JPH01157777A - 溶接ロボツトの位置制御装置 - Google Patents

溶接ロボツトの位置制御装置

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JPH01157777A
JPH01157777A JP31694587A JP31694587A JPH01157777A JP H01157777 A JPH01157777 A JP H01157777A JP 31694587 A JP31694587 A JP 31694587A JP 31694587 A JP31694587 A JP 31694587A JP H01157777 A JPH01157777 A JP H01157777A
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Shigeo Mogi
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、船殻ブロック等の升目状大型鋼構造物等の
ように、水平画材と1周面を形成する垂直母材との溶接
部の溶接に適用される溶接ロボットの位置を制御する溶
接ロボットの位置制御装置に関する。 〔従来の技術〕 一般に、ロボットはアームの長さによりその動作範囲が
決定されるため、対象ワークの大きさや種類に応じ、最
適のアーム長さのロボットを選定し、あるいは凹型プレ
ーサ、マニピュレータあるいはポジショナなどの周辺装
置を組み合わせた装置型ロボットを用いることが通常行
なわれている。 しかし、前者のように、対象ワークに応じたアーム長の
ロボットを選定するには、各種の対象ワークごとのロボ
ットを準備しなければならず極めて不経済である。 一方、後者の装置型ロボットを用いる場合、装備に多大
な費用がかかシ、しかもロボットの適用ステージが固定
化されるという制約があシ、現状では、装置型ロボット
は限られたワークにしか適用されていない。 すなわち、第13図に示すように、水平母材としてのス
キン(8)と1局面を形成する垂直母材としてのロンジ
(L) 、 )ランス(’I’)とからなる船殻ブロッ
クなどの大型構造物の溶接部の溶接を行なう場合、前記
した装置型ロボットはランニングコストが大きくなシす
ぎるため、従来可搬型ロボットを、手動によシ、あるい
は半自動化手段により。 継手から継手へ移動させながら、分散的に適用すること
が行なわれている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、このような可搬型ロボットによシ溶接を行な
う場合、ロボットを原点位置に固定した状態で動作範囲
内の溶接部の溶接を行なわなければならないため、動作
範囲内に溶接部が集中している場合には非常に効果があ
るが、前記した大型構造物の溶接を行なうには、可搬型
ロボットをハンドリングさせる回数が多く、アークタイ
ム率の低下を招くという問題点がある。 そこで、この発明では、距離センサからの検出信号によ
り、溶接ロボットの位置を自動的に制御し、船殻ブロッ
クのように、水平母材と9局面を形成する垂直母材との
溶接部の溶接を自動的に効率よく行なえるようにするこ
とを技術的課題とする・ 〔問題点を解決するための手段〕 そして、前記した従来技術の問題点を解決するための手
段を、実施例に対応する第1図ないし第4図を用いて説
明する。 すなわち、水平母材と2局面を形成する垂直母材との溶
接部を溶接する溶接ロボッ) fi+の位置を制御する
溶接ロボッ) fi+の位置制御装置において、この発
明では、 前記溶接ロポツ) (1)を搭載した基台(2+と、前
記基台(21に回転自在に設けられた複数個の車輪(4
8)、(4b)と、 前記基台+21に設けられ前記各垂直母材との距離を検
出して検出信号を出力する複数個の非接触式距離センサ
(8a)〜(8c)と、 前記溶接部の角部の溶接時、前記各検出信号によシ前記
ロボット(1)のマニピュレータ(lb) (7) m
 大動作距、峻以下の作業原点と前記マニピュレータ(
1b)の動作中心点Mとの偏差を導出し、該偏差を零に
する前記車輪(411)、(4b)の移動方向および回
転量を導出する導出手段としての移動制御盤noと、前
記車輪(4a)、(4b)を導出された前記移動方向に
前記回転量駆動する駆動手段としてのモータ(6a)。 (6b)とを設け、 前記溶接部の直線部の溶接時、前記各検出信号によシ前
記垂直母材から前記動作中心点Mまでの距離が一定にな
るように前記車輪(4a)、(4b)を制御する倣い制
御手段としての機能を移動制御盤aoに付加するという
技術的手段を講じている。 〔作用〕 したがって、この発明によると、各センサ(8a)〜(
8C)からの検出信号によシ、溶接ロボッ) +l+の
マニピュレータ(1b)の最大動作距離以下の作業原点
が設定され、該作業原点とマニピュレータ(II))の
動作中心点Mとの偏差がゼロになるように移動制御盤+
10の制御によって車輪(4a)、(4b)が駆動され
、溶接部の角部の溶接時に、前記動作中心点Mが作業原
点に一致して配設され、溶接部の直線部の溶接時に、前
記動作中心点故が垂直母材から一定距暖に保持された状
態で基台(21が走行し、水平母材および垂直母材の溶
接部の溶接が行なわれる。 〔実施例〕 つぎに、この発明を、その1実施例を示した第1図ない
し第12図とともに詳細に説明する。 第1図ないし第3図において、(1)は溶接ロボットで
あり、ロボット本体(1a)と、該本体(1a)に取シ
付けられた複数個のアームからなるマニピュレータ(I
b)と、先端のアームに取シ付けられた溶接トーチ(I
C)と、該トーチ(IC)に溶接ワイヤを送給するワイ
ヤ送給部(1d)とからなシ、ロボット本体(In)が
長方形の基台(21に直接固定されるとともに、ワイヤ
送給部(1d)が支持部材(3+にょシ基台(2)に固
定され、溶接ロボット(1)が基台(21に搭載されて
いる。 (48)、(4b)は基台+21の左端部に回転自在に
設けられた車輪であり、基台+21に搭載された駆動手
段としてのステアリング用モータ(5a)、(5b)に
よシそれぞれ移動方向が互いに連動して制御され、基台
(2)に搭載された駆動手段としての走行用サーボモー
タ(5a)、(6b)によシ回転量が互いに連動して制
御され、水平母材上を車輪(41m)、(4b)が転勤
する。 (78)、(7b)は基台〔2)の右端部に回転自在に
設けられ車輪(4E1)、(4h)と同様の動きをなす
ローラ、(8a)〜(8e)は基台(2)に設けられた
超音波センサからなる非接触式の第1〜第5距離センサ
(以下第1〜第5センサという)であシ、第1〜第4セ
ンサ(8a)〜(8d)が基台
【2)の四隅部に配設さ
れ、第5センサ(8C)が基台(2+の右端中央部に配
設され、第1.第3センサ(811)、(8G)によシ
前側の垂直部材との距離が、第2.第4センサ(8b)
、(8d)によシ後側の垂直部材との距離が、第5セン
サ(8c)により右側の垂直部材との距離がそれぞれ検
出され、検出信号が出力される。 (9)は基台(21の左端中央部に設けられたリミット
スイッチ、no 、 onはそれぞれ支持部材(31に
取シ付けられた移動制御盤およびA/D変換ユニットで
ある。 つぎに、制御回路のブロック構成を示す第4図について
説明する。 第4図において、a2は溶接ロボット(1)に設けられ
た溶接ロボット制御盤であシ、マニピュv−p(’l1
1)を制御するとともに、溶接機用インターフェイスユ
ニット03を介して溶接出力の制御を行なう。 04)はA/D変換ユニツ) Qllによりデジタル信
号に変換された各センサ(8a)〜(8e)からの検出
信号が入力されるインターフェイス回路、i′IGハテ
ンキー。 準備完了キーなどの操作キーからなるキーボード、αQ
はパネルインターフェイス回路、αηはRAM。 01lOはI10インターフェイス回路a9を介して溶
接ロボット制御盤0のとの間で信号およびデータの入出
力を行なうCPU、fiはデジタルサーボ回路であシ、
CPUQEOからの制御データ、および各サーボモー 
p (5a)、(5b)、(6a)、(61,1)用ノ
ハルスジェネレータ(21EL)〜(21d)からの信
号にもとづき、各サーボモー タ(5a)、(5b)、
(6a)、(6b) tv v−ポ制御を行なうように
なっており、CPUQlp、各インターフェイス回路Q
4) 、 0f19 、 Ql 、 キーホー )’l
′If9 、RAM(17)、4J−−ポ回路(4)に
より移動制御盤1’IOが構成されている。 、このとき、前記した構成の移動制御盤rtoが、溶接
部の角部の溶接時、各センサ(8a)〜(8e)からの
検出信号によシマニピュレータ(Ib)の最大動作距離
以下の作業原点と前記マニピュレータ(1b)の動作中
心点との偏差を導出し、該偏差を零にする車輪(4a)
、(4b)の移動方向および回転量を導出する導出手段
としての機能を有し、溶接部の直線部の溶接時、各セン
サ(8a)〜(8e)からの検出信号によシ垂直母材か
らマニピュレータ(1h)の動作中心点までの距1狸が
一定になるように車輪(4a)、(4b)を制御する倣
い制御手段としての機能を有する。 つぎに、前記実施mjの動作について説明する。 いま、第5図のフローチャートに示すように、溶接ロボ
ット(1)を基台(2)ごと水平母材上に設置し、キー
ボードl’15の準備完了キーをオンすると、移動制御
盤QOの0PUQSにょシ、移動指令の入力があったか
否かが判定され、入力あり、すなわちyt;sであれば
、左原点合わせ、あるいは右原点合わせの処理がなされ
たのち、位置決め完了信号が溶接ロボット制御盤α2に
出力され、再び移動指令の入力の判定がなされる。なお
、移動指令の人吉判定の結果がNoであれば、該判定が
、 yr:sで通過するまで繰り返される。 また、移動指令の入力判定がYESであれば、第5図に
示すように、左倣い走行、あるいは右倣い走行の処理が
なされ、倣い走行完了信号が溶接ロボット制御盤から移
動制御盤aOに出力される。 つぎに、前記した第18図の船殻ブロックの溶接部を溶
接する場合の動作について、第6図のフローチャート、
第7図および第8図の動作説明図を用いて、具体的に説
明する。 まず、溶接ロボット(1)を基台(2)ごと水平母材で
あるスキン(8)上の任意の位置に設置し、キーボード
a9の準備完了キーをオンすると、CPUQSがパネル
インターフェイス回路αQを介して、準備完了キーのオ
ンが読みとられ、直ちに0PUQ榎からI10インター
フェイス回路QCJを介して、溶接ロボット制御盤0乃
に、準備完了信号のが出・力され、この準備完了信号■
の入力によシ、第7図(a)に示すように、交差する垂
直母材である一方のトランス(T)およびロンジ(L)
からマニピュレータ(lb)の最大動作距離以下の距離
(XI 、Yl ’)として与えられる単位作業原点P
1の位置情報@と、右原点合せ信号Oが、溶接ロボット
制御盤(2)から移動制御盤α0に出力される。 そして、CP ’OQlによるディジタルサーボ回路翰
、パルスジェネレータ(2IC)、(21d) を介シ
f/:、ソフトウェアサーボ制御によって、第8図(a
)に示す状態から同図()))に示す状態に、車輪(4
a)、(4h)の向きを90″回転させるべく、サーボ
モータ(58)、(5b)が適宜回転され、この状態で
、第3.第”5センサ(80)、(80) 、 A/D
変換ユニット0】1.インターフェイス回路0滲を介し
て、第7図(h)に示すようにセンサ(88)、(80
)とトランス(T)との距離e3.ノ4−が、CPUa
81により読み取られ、この距離IB、14をフィード
バック情報として、1B = 14 = XI −w/
2 (ただし、Wは基台(2+の幅)となるように、サ
ーボモータ(6a)。 (611)がソフトウェアサーボ制御によって、適宜回
転され、基台(2+がロンジ(L)に対して平行に制御
される。 つぎに、CPUQ樽により、サーボモータ(511) 
。 (51))が回転され、第8図(e)に示すように、車
輪(411)。 (41))の向きが90’  回転されたのち、CPU
Q■によりサーボモー p (6n)、(6b’)が回
転され、第7図(1))に示す単位作業原点PIに向か
い、マニピュレータ(1b)の動作中心点Mが作業原点
Pl上に達するまで基台(2)が走行する。 このとき、基台(21の走行中、CP U Q榎によシ
、第5センサ(8e) 、 A/D変換ユニットon 
、インターフェイス回路α4を介して、第7図(0)に
示すように、センサ(8e)とロンジ(L)との距@1
5が読み取られ、15 = Y+ −D (ただし、D
は−t=yす(8e)からマニピュレータ(1b)の動
作中心点M−iでの距@)となったときに、車輪(4L
)、(4b)の駆動が停止され、動作中心点Vと単位作
業原点P1とが一致した状態で基台(2)が停止する。 そして、この状態でCP U Q81によるサーボロッ
クによシζ車輪(41m)、(4b)が固定され、17
0インタ一フエイス回路a9を介して、位置決め完了信
号■が溶接ロボット制御盤Q2に出力され、この位置決
め完了信号■の入力によシ、予め記憶されている単位作
業プログラムに従い、溶接ロボット制御盤Q3によシ、
溶接ロボット(1)が制御され、第7図(d)に示すよ
うに、一方のトランス(T)、一方のロンジ(L)とス
キン(S)との溶接部の角部の単位溶接作業が実行され
る。 さらに、前記した第1の単位溶接作業が終了すると、溶
接ロボット制御盤αのから、左原点合せ信号■、および
第7図(d)に示すように、他方のトランス(T)およ
び前記一方のロンジ(L)からマニピュレータ(117
)の最大動作距離以下の距離(X2.Yl)として与え
られる単位作業原点P2の位置情報■が、移動#≠≠本
制御盤00に出力され、CP U Q8)により、第8
図(d)に示すように、車輪(41k)、(4b)の向
きが90’回転され、基台(2)が第2の単位作業原点
P2に向かって走行し、第7図(0)に示すように、第
4゜第1センサ(8d)、(8n)とトランス(T)と
の距離l!1゜l!2が、tl = 12 ’= X2
− w/2となったときに、車輪(48)、(4b)が
停止され、動作中心点Mと単位作業原点P2とが一致し
た状態で基台(2+が停止する。 このとき、第8図(0)に示すように、車輪(41) 
。 (41))の向きがさらに90°回転され、第5センサ
(8e)とロンジ(L)との距III e5 カ、1B
=Y1−Dトfx;bように微調整され、微調整終了後
、CPUQ杓によ墨サーボロックによシ、車輪(4a)
、(41))が固定され、110インタ一フエイス回路
Q9を介して、位置決め完了信号■が溶接ロボット制御
盤a2に出力され、この位置決め完了信号■の入力によ
り、予め記憶されている単位作業プログラムに従い、溶
接ロボット制御盤a2によシ、溶接ロボット(1)が制
御され、第7図(f)に示すように、一方のロンジ(L
)、他方のトランス(T)とスキン(S)との溶接部の
角部の単位溶接作業が実行される。 そして、前記した第2の単位溶接作業が終了すると、溶
接ロボット制御盤αのによシ、溶接トーチ(IC)が最
適な姿勢9位置となるよう、溶接部ポットfi+が制御
されたのち、左倣い走行指令■、走行距離Ll 、走行
速度Vlが、溶接ロボット制御盤αのから移動制御盤0
0に出力されるとともに、アークスタート信号が溶接機
用インターフェイスユニット03を介して、図外の溶接
電源に出力される。 つぎに、基台f21が、第7図(f)に示す状態のまま
前記他方のトランス(T)と近似的に平行走行しながら
、当該トランス(1゛)とスキン(S)との直線状の溶
接部の倣い走行が行なわれ、走行距離がLlに達すると
、基台(21の走行が停止され、倣い走行完了信号■が
溶接ロボット制御盤02に出力され、この倣い走行完了
信号◎により、溶接ロボット制御1130’z>によp
直ちにアークが停止され溶接ロボット(1)が制御され
て原点姿勢に復帰される。 さらに、前記した動作と同様にして、第7図(g)ない
しく1)に示すように、ロボッl−fl+ 、基台(2
+の姿勢が反幅され、他方のトランス(T)、他方のロ
ンジ(L)とスキン(S)との溶接部、および他方のロ
ンジ(L) 、 一方のトランス(T)とスキン(S)
との溶接部の角部および直線部の溶接が行なわれ、1個
の船殻ブロックの溶接部の溶接が終了する。 なお、このときの作業原点として、第7図01)に示す
ように、他方のトランス(T)および他方のロンジ(り
からの距4 (X3.Y2)として与え−られる点P3
が設定されるとともに、第7図(j)に示すように、一
方のトランス(T)および他方のロンジ(りからの距M
 (X4.Y2)として与えられる点P4が設定される
。 つぎに、前記した左倣い走行処理について第9図のフロ
ーチャートを用いて説明する。 いま、第9図に示す左倣い走行ル−チンが実行される前
に、走行距@Llと走行速度v1のデータが溶接ロボッ
ト制御盤(2)よシ出力され、RAM(lηに記憶され
ておシ、左倣い走行p−チンが実行されると、まずモー
タ(ム)、(Gb)が、nl =ViX d X i π vl/ = kv X vl ・で与えられる回転数n1で回転される。 すると、基台(2)は走行を開始するが、無軌道でかつ
トランス(T)とは非接触であるため、・トランス(T
)との平行線: Pitよシ反トランス(T)側または
トランス(T)側へ逸れることが当然予想されるため、
センサ(88)、(80)によって測定される基台(2
)とトランス(T)との距離11,12よシ逸れ量Δl
が求められ、ついで逸れている方向が判別される。 まず、逸れていない場合と、逸れ量が第1の基準値1+
ekll以下の場合とは、操舵が行なわれない。 つぎに、基台(21が反トランス(T)側へ逸れている
ときは、+θkl、トランス(T)側へ逸れているとき
は、−θlclだけ、モータ(611)、(6h)が制
御され、車輪(411)、(4h)が回転され、その際
へれ量が第2の基準値1±lk2+以下の場合、すなわ
ち、l−1k21\Δl! > l −IIcl lま
たはlkl (Δl −< 77に2の場合は、ω1(
1なる角速度でモータ(60)、(611)が回転され
、逸れ量が第2の基準値1±l!に21よシ大きい場合
は、度ωとの関係を図示すると、第10図(a)のよう
になシ、このようにして、走行距離が指令値L1に等し
くなるまで制御が行なわれ、動作中心点Mの走行軌跡Q
は第10図(b)に示すようになるが、逸れ量の最大V
iA1が、溶接ロポツ) fi+の実施作業に支障をき
たさない程度になるよう、基準定数1に、θ1(、ωk
を実験等により予め求めておき、実用に供することがで
きるようにしておく。 一方、右倣い走行処理の動作も、第11図のフローチャ
ートに示すように、前記した左倣い走行熱ようになシ、
動作中心点Mの走行軌跡Qは第12図ら)のようになシ
、逸れ幅の最大値A2mが、溶接ロボット(1)の実施
作業に支障をきたさない程度になるよう、基準定数l!
に、θに、a+kを予め求めておき、実用に供すること
ができるようにしておく。 したがって、前記実施例によると、各センサ(8B)〜
(8C)からの検出信号によシ、溶接部の角度の溶6接
時に、溶接ロボット(1)のマニピュレータ(lb)の
動作中心点Mが作業原点P1〜P4に一致するように位
置制御され、溶接部の直線部の溶接時に、前記動作中心
点Mが垂直母材であるトランス(T)から一定の距離に
保持されつつ、基台(2)が走行制御されるため、溶接
ロボット(1)の位置を自動的に制御でき、水平母材で
あるスキン(8)と周面を形成する垂直母材であるトラ
ンス(T)、ロンジ(L) トの溶接部を自動的に効率
よく溶接することができる。 なお、距離センサは5個に限るものではない。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明の溶接ロボットの位置制御装置
によると、各距離センサからの検出信号により、溶接ロ
ボットの位置を自動的に制御することができ、船殻ブロ
ックのように、水平母材と。 周面を形成する垂直母材との溶接部を自動的に効率よく
溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第12図は、この発明の溶接ロボットの位
置制御装置の1実施例を示し、第1図ないし第8図はそ
れぞれ外観の正面図、平面図および右側面図、第4図は
回路ブロック図、第5図および第6図は動袴説明用フロ
ーチャート、第7図(a)〜(1)は基台の位置制御の
動作説明図、第8図(a)〜(0)は車輪の方向制御の
動作説明図、第9図および第11図は左倣い走行および
右倣い走行時の動作説明用フローチャート、第1θ図(
n) 、 (b)および第12図(n) 、 (b)は
それぞれ左倣い走行、右倣い走行時の動作説明図であシ
、各図(a)は各基準定数の関係を示す図、各図(b)
は動作中心点の走行軌跡を示す図、第18図は一般の船
殻ブロックの斜視図である。 口)・・・溶接ロボット、(lb)・・・マニピュレー
タ、C2)・・・基台、(4a)、(4b) ・・・車
輪、(6n)、(5b)、(6a)、(6b) = −
1:一タ、(8B) 〜(86) ・・・第1.第5セ
ンサ、(8) ・Xキン、(T)・・・トランス、(L
)・・・ロンジ、M・・・動作中心点、Pi、、、P4
・・・作業原点。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水平母材と、周面を形成する垂直母材との溶接部
    を溶接する溶接ロボットの位置を制御する溶接ロボット
    の位置制御装置において、 前記溶接ロボットを搭載した基台と、 前記基台に回転自在に設けられた複数個の車輪と、 前記基台に設けられ前記各垂直母材との距離を検出して
    検出信号を出力する複数個の非接触式距離センサと、 前記溶接部の角部の溶接時、前記各検出信号により前記
    ロボットのマニピュレータの最大動作距離以下の作業原
    点と前記マニピュレータの動作中心点との偏差を導出し
    、該偏差を零にする前記車輪の移動方向および回転量を
    導出する導出手段と、前記車輪を導出された前記移動方
    向に前記回転量駆動する駆動手段と、 前記溶接部の直線部の溶接時、前記各検出信号により前
    記垂直母材から前記動作中心点までの距離が一定になる
    ように前記車輪を制御する倣い制御手段と を備えたことを特徴とする溶接ロボットの位置制御装置
JP31694587A 1987-12-15 1987-12-15 溶接ロボツトの位置制御装置 Expired - Lifetime JPH0635060B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005016602A1 (fr) * 2003-08-19 2005-02-24 Jiluan Pan Procedes et systemes de commande pour robot de soudage a l'arc autonome possedant des chenilles et des roues a aimant permanent
JP2006039893A (ja) * 2004-07-27 2006-02-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 可搬式自動加工装置

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