JPH04250991A - 産業用ロボットとそれを用いる作業方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットとそれ
を用いる作業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットが自動車や家電製品など
の量産工場で使用される場合は、ロボットの作業内容は
予め定められており、ロボット設置時にプログラミング
しておけばそのプログラムに従ってロボットは繰返して
継続的に作業することができる。しかし、造船、建築な
どの現場で使用される場合は繰り返し作業は少なく、都
度プログラミングする必要があり、それに要する工数が
膨大となるため、産業用ロボットの導入ができない。し
たがって、この工数の大幅な低減が求められている。

【０００３】従来のロボットティーチング手法としては
、（１）レコードプレイバツク方式、（２）ＮＣ（数値
制御）入力方式、および（３）ダイレクトティーチング
方式がある。レコードプレイバツク方式は、作業者が、
釦操作でロボットをリモートコントロール誘導して作業
すべき各場所の１点ずつ釦を押して記憶させてゆく手法
である。またＮＣ入力方式は、予めコンピユータによっ
てロボット動作プログラムデータを作成し、そのデータ
をテープおよびデイスクなどを介してロボットに入力す
る手法である。ダイレクトティーチング方式は、作業者
がロボットのアーム先端を持って作業者の力でロボット
アームを誘導し、ティーチングする手法である。このよ
うなレコードプレイバツク方式およびダイレクトティー
チング方式は、いずれも作業者が都度ティーチングする
必要があり、したがって造船、建築などの現場における
非繰り返し作業の場合、ティーチングに膨大な工数がか
かるという問題がある。

【０００４】ＮＣ入力方式は、ロボット位置とワーク座
標とを厳密に規定する必要があり、現物合せ要素の強い
非繰り返し作業には適用が困難である。

【０００５】他の先行技術として、たとえば特開昭６３
−２７８７７９および特開昭６４−４６８０４がある。 これらの各先行技術では、作業者が発光体、たとえば発
光ダイオードを手で持って、作業場所を指示し、この発
光している場所に作業端を導く。この先行技術は、前述
のダイレクトティーチング方式と同様に、ティーチング
に膨大な工数がかかる。

【０００６】さらに他の先行技術はたとえば特開昭６３
−２８５４１０に開示されており、この先行技術では、
複数台のカメラを用いて作業対象物の位置と姿勢を検出
する。この先行技術では、作業対象物の位置および姿勢
を検出することは可能であるけれども、たとえばその各
場所の溶接条件などをさらに設定することはできず、し
たがって非繰り返し作業を行う場合、手間がかかる結果
になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、先行
技術における作業対象の変わるたびに必要であつたティ
ーチング・プログラミングに要する膨大な工数を削減し
て、ティーチング作業を簡素化するようにした産業用ロ
ボットとそれを用いる作業方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数軸の作業
軸を有し、作業端に、（ａ）作業を行う作業手段と、（
ｂ）作業をすべき場所を検出する第１センサと、（ｃ）
前記各場所の作業条件を決定するための状態を検出する
第２センサとを備え、第１センサの出力に応答して、各
場所に沿って第２センサを移動し、第２センサによって
検出された状態に対応する各場所毎の作業条件を設定す
る作業条件設定手段と、作業条件設定手段の出力に応答
して、作業手段を、設定された作業条件で動作させて制
御し、各場所の作業を行わせる作業動作制御手段とを含
むことを特徴とする産業用ロボットである。

【０００９】また本発明は、産業用ロボットは、各場所
の作業順序を決定する手段を備え、作業動作制御手段は
、作業順序決定手段の出力に応答して、作業すべき場所
を作業順序決定手段によって決定された順序で、作業を
行わせることを特徴とする。

【００１０】また本発明は、産業用ロボットを用いる作
業方法において、産業用ロボットは、複数軸の作業軸を
有し、作業端に、（ａ）作業を行う作業手段と、（ｂ）
作業をすべき場所を検出する第１センサと、（ｃ）前記
各場所の作業条件を決定するための状態を検出する第２
センサとを備え、第１センサの出力に応答して、各場所
に沿って第２センサを移動し、第２センサによって検出
された状態に対応する各場所毎の作業条件を設定する作
業条件設定手段と、各場所の作業順序を決定する手段と
、作業順序決定手段の出力に応答して作業すべき場所を
作業順序決定手段によって決定された順序で、作業条件
設定手段の出力に応答して、作業手段を、設定された作
業条件で動作させて制御し、各場所の作業を行わせる作
業動作制御手段とを含み、第１センサは、複数の各色を
光学的に検出する構成を有し、各場所に、作業条件に対
応する色を有する塗料を塗布しておき、第１センサによ
って塗料の塗布してある各場所を検出し、これによって
各場所の作業順序を決定し、第２センサで各場所の状態
を検出して作業条件を設定し、作業端を各場所に順番に
移動しつつ作業手段によって前記設定された作業条件で
作業を行うことを特徴とする産業用ロボットを用いる作
業方法である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、産業用ロボットは、作業者が
各場所を作業端にティーチングすることなく、また前述
のＮＣ入力方式のようにテープおよびディスクなどにプ
ログラミングデータを作業者によって入力することなく
、産業用ロボット自身が作業対象物を認識し、内蔵する
作業知識データベースに従って、その動作軌跡、動作順
序、作業パラメータなどを決定し、作業プログラミング
を自律的に創成し、作業を実行する。

【００１２】すなわち本発明に従えば、産業用ロボット
の複数軸を有する作業端には、溶接トーチなどのような
作業手段と、その作業すべき場所を検出するＣＣＤ（電
荷蓄積素子）などを利用した第１センサと、各場所の作
業条件を決定するための状態、たとえば溶接の場合、そ
の溶接開先の形状などを検出するレーザなどを用いる第
２センサとが取付けられており、第１センサによって作
業すべき場所の撮像を行い、この結果に基づき、各場所
に沿って第２センサを移動して作業条件設定手段を用い
て各作業場所の作業条件を設定する。この作業条件は、
たとえば溶接時の溶接トーチ姿勢、溶接速度、ウィービ
ングパラメータ、溶接電流、溶接電圧、アークセンサパ
ラメータなどである。こうして作業条件が設定された後
、作業手段を動作させて制御し、各場所の作業を作業動
作制御手段によって制御し、作業を行わせる。したがっ
て従来からの作業者による繁雑なティーチング操作が不
要となり、いわゆる自律プログラミングを行って作業を
行うことが可能となる。

【００１３】また本発明に従えば、産業用ロボットは各
場所の作業順序を決定する手段を備えており、作業動作
制御手段は、この作業順序決定手段によって決定された
順序で、作業手段を移動して作業を行わせる。

【００１４】また本発明に従えば、第１センサによる作
業すべき各場所の認識を容易にするために、各場所には
、作業条件に対応する色を有する塗料を塗布しておき、
たとえば開先の種類に個別的に対応した色を有する塗料
を用い、第１センサによってこの色を識別して、各場所
を検出するとともに、これによって予め設定してある各
場所の作業順序に従い、第２センサで検出された各場所
の状態に対応する作業条件に従って、作業を行う。 このようにして、作業環境を認識して、産業用ロボット
自身が自律プログラミングを行い、作業を行う。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の産業用ロボット
の側面図である。床１には基台２が移設可能に取付けら
れており、移動体３は基台２上で鉛直軸線である第１軸
４のまわりに矢符５のように角変位可能である。アーム
６は水平な第２軸７のまわりに矢符８のように角変位可
能であり、さらにアーム９は水平な第３軸１０のまわり
に矢符１１のように角変位可能である。アーム９の端部
には作業端１２が水平な第４軸１３まわりに矢符１４の
ように角変位可能に取付けられている。作業端１２は第
５軸１５のまわりに矢符１６で示されるように角変位可
能である。このようにして、複数（この実施例では５）
の各作業軸を有する産業用ロボット１７が構成される。 この作業端１２には、溶接作業を行う作業手段１８が取
付けられる。この作業手段１８は、作業端１２に固定さ
れるホルダ１９に溶接トーチ２０が取付けられて構成さ
れる。溶接トーチ２０には可撓性を有する溶接ケーブル
２１を介して、溶接のための電力が供給される。

【００１６】図２は、作業端１２とその付近の平面図で
ある。作業端１２にはまた、作業をすべき場所を検出す
る第１センサ２２と、その各場所の作業条件を決定する
ための状態、すなわち図３に示す溶接開先を検出する第
２センサ２３とが設けられる。これらの第１および第２
センサ２２，２３の軸線は、第５軸１５に垂直な軸線２
４を有する。図１および図２では、軸線２４は第４軸１
３と第５軸１５とを含む平面内にある。第１センサ２２
は、たとえば集光レンズと、その焦点位置に設けられる
電荷蓄積素子とによって構成され、溶接を行うべき場所
の撮像を行う。この第１センサ２２は、複数の各色、た
とえば赤、青、緑などを光学的に検出することができる
。

【００１７】第２センサ２３は、たとえばレーザビーム
を軸線２４に交差する方向に走査して、溶接開先の正確
な位置および形状などを検査する。

【００１８】図３は、造船および建築などの現場におけ
る溶接作業を行うべき開先の断面図である。図３（１）
は、部材２５，２６をビード２７によって溶接する隅肉
溶接の断面形状を示す。図３（２）は、部材２８，２９
を溶接ビード３０によって付合せ溶接した状態を示す斜
視図、図３（３）は、部材３１，３２によるレ形開先を
溶接ビード３３によって溶接した状態を示す。これらの
、およびその他の開先は、前述の第２センサ２３によっ
て検出されることができる。

【００１９】図４（１）を参照して、第１センサ２２を
用いて溶接すべき場所３４の撮像を行って検出する。次
に図４（２）に示されるように第２センサ２３を用いて
各溶接すべき場所３４の作業条件を決定するための状態
を検出し、たとえばこの実施例では作業すべき場所３４
が隅肉溶接のための開先であることを検出する。その後
、図４（３）に示されるように溶接トーチ２０によって
隅肉溶接の開先を溶接する。

【００２０】図５は、図１〜図４に示される実施例の電
気的構成を示すブロック図である。第１および第２セン
サ２２，２３の出力はマイクロコンピュータなどによっ
て実現される処理回路３５に与えられ、この処理回路３
５にはメモリ３６が備えられる。処理回路３５は、第１
〜第５軸４，７，１０，１３，１５を駆動するためのモ
ータを制御し、また溶接トーチ２０の溶接電力を制御す
る。

【００２１】図６は、処理回路３５の動作を説明するた
めのフローチャートである。造船または建築などの現場
における溶接すべき場所には、作業者によって図７に示
されるように、各開先毎の色を有する塗料を予め塗布す
る。たとえば隅肉溶接を行うべき場所３７と突合せ溶接
を行うべき場所３８とには、赤および緑の各色を有する
塗料をそれぞれ塗布する。このような各場所３７，３８
の溶接のために、図６のステップａ１からステップａ２
に移り、図４（１）のように第１センサ２２を用いてこ
れらの各場所３７，３８を含む範囲３９にわたって、図
８に示されるように撮像を行う。この撮像の範囲３９は
、産業用ロボット１７の基台２が設置されて溶接トーチ
２０によって溶接を行うことが可能な範囲を含む。この
第１センサ２２による撮像結果は、処理回路３５に与え
られて画像処理を行い、場所３７，３８の検出を行う。 さらに最初の撮像の範囲３９をたとえば４つの範囲３９
Ａ〜３９Ｄに分けて、各部分３９Ａ〜３９Ｄだけを撮像
することができるようにして拡大して撮像を行い、各場
所３７，３８の位置および姿勢を高精度で検出し、産業
用ロボット１７の座標系で、各場所３７，３８の場所お
よび姿勢を検出する。各部分３９Ａ〜３９Ｄ毎の各場所
３７，３８である溶接すべき開先がある部位を、ステッ
プａ４で認識する。このようにして、最初に第１センサ
２２で溶接を行うべき範囲３９の全域の認識を行い、そ
の色を識別して、溶接線の存在位置を概略的に認識する
。各場所の溶接線は、前述のように塗料が塗布されてい
るので、その溶接線の検出が容易であるとともに、その
溶接の種類を誤りなく識別することが可能である。本発
明の他の実施例では、このような塗料の塗布は、必ずし
も、必要ではない。

【００２２】次にステップａ５では、図４（２）のよう
に第２センサ２３を用いて、各場所３７，３８の溶接線
の近傍において、溶接線座標と開先形状を、さらに精密
に認識する。このために図９に示されるように、検出さ
れた溶接線の長手方向に垂直にレーザビームを参照符４
１で示すように繰り返し走査し、そのビームの屈曲した
形状を検出することによって、開先形状を認識すること
ができるとともに、その座標を認識することができる。

【００２３】処理回路３５に備えられているメモリ３６
には、溶接を行うべき範囲３９の全域にわたる溶接線の
概略の位置が予めストアされており、各溶接線の場所に
対応して、その開先の種類および溶接トーチ２０によっ
て溶接する順序がストアされている。したがって前述の
ようにステップａ４において溶接線の位置を検出するこ
とによって、溶接作業の範囲３９のどこの溶接場所であ
るかを容易に認識することが可能であり、これによって
検出誤りを防ぐことができる。

【００２４】ステップａ６において、第２センサ２３の
出力に基づき、開先形状が認識された後には、次のステ
ップａ７に移り、溶接条件を決定する。この溶接条件は
、検出された開先の種類とその寸法形状などに対応して
、溶接トーチ２０の姿勢、溶接速度、ウィービングパラ
メータおよび溶接電流、溶接電圧、およびアークセンサ
パラメータ、さらには多層盛り回数などを設定する。 さらに１ビード毎の溶接開始点、および溶接終点を決定
する。こうして溶接トーチ２０による溶接のすべての動
作条件を決定する。次に処理回路３５は、ステップａ８
において、溶接場所３７，３８の溶接線に沿う一連の作
業プログラムを創成して自律プログラミングを行う。

【００２５】このようにして視覚認識情報から被溶接構
造物である造船および建築の各現場における溶接線の軌
跡、形状などを３次元座標軸として割出し、所要の溶接
条件とロボット動作条件を創成する。

【００２６】ステップａ９では、上述のようにして創成
された作業プログラムに従って作業端１２、したがって
溶接トーチ２０を動作して自動溶接を行う。この自動溶
接が終了した後には、床１から基台２を取外して、さら
に引き続き溶接を行うべき場所に産業用ロボット１７を
移設して同様な自律プログラミングを行って自動溶接を
行う。

【００２７】第１センサ２２による溶接を行うべき場所
の検出を容易にするために用いられた塗料は、溶接品質
に支障を生じない材料から成る。

【００２８】本発明は造船および建築などの分野に限ら
ず、また原子力およびその他の分野においても実施する
ことができ、溶接だけでなく、シール剤の塗布およびそ
の他の作業を行うためにもまた実施することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、作業端に
作業手段と第１および第２センサとを備え、第１センサ
によって作業すべき各場所を検出し、こうして検出され
た各場所に第２センサを移動してその第２センサの出力
によって作業条件を設定し、こうして設定された作業条
件で、各場所の作業を行うようにして、自律プログラミ
ングを行うことができるので、従来から特に非繰り返し
作業時に、その作業対象物の変わるたびに必要であつた
作業者によるティーチングプログラミングに要する膨大
な工数が、本発明によれば削減され、したがってロボッ
トの導入が容易になる。

【００３０】また本発明によれば、各場所の作業順序を
決定する手段を備えており、この作業順序決定手段の出
力に基づいて複数の作業場所の作業順序を決定して作業
を行う。したがって複数の作業場所を、予め定めた順序
で、自動的に行うことができるようになる。

【００３１】さらに本発明によれば、作業すべき各場所
の作業条件に対応する色を有する塗料を、各場所に塗布
しておき、この色を第１センサによって検出するように
したので、第１センサによる各場所の検出が容易となり
、作業を確実に行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の産業用ロボット１７の側面
図である。

【図２】作業端１２とその付近の平面図である。

【図３】本件産業用ロボット１７によって溶接される溶
接開先の断面図である。

【図４】第１および第２センサ２２，２３による検出動
作ならびに溶接トーチ２０による溶接作業を説明するた
めの図である。

【図５】本件実施例の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図６】処理回路３５の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図７】溶接すべき各場所３７，３８を示す斜視図であ
る。

【図８】第１センサ２２によって撮像される範囲３９を
示す図である。

【図９】前記範囲３９の各部分３９Ａの第２センサ２３
による検出動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１２　　作業端 １７　　産業用ロボット １８　　作業手段 １９　　溶接トーチ ２２　　第１センサ ２３　　第２センサ ３５　　処理回路 ３６　　メモリ ３７，３８　　場所

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数軸の作業軸を有し、作業端に、（
   ａ）作業を行う作業手段と、（ｂ）作業をすべき場所を
   検出する第１センサと、（ｃ）前記各場所の作業条件を
   決定するための状態を検出する第２センサとを備え、第
   １センサの出力に応答して、各場所に沿って第２センサ
   を移動し、第２センサによって検出された状態に対応す
   る各場所毎の作業条件を設定する作業条件設定手段と、
   作業条件設定手段の出力に応答して、作業手段を、設定
   された作業条件で動作させて制御し、各場所の作業を行
   わせる作業動作制御手段とを含むことを特徴とする産業
   用ロボット。
2. 【請求項２】　　産業用ロボットは、各場所の作業順序
   を決定する手段を備え、作業動作制御手段は、作業順序
   決定手段の出力に応答して、作業すべき場所を作業順序
   決定手段によって決定された順序で、作業を行わせるこ
   とを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
3. 【請求項３】　　産業用ロボットを用いる作業方法にお
   いて、産業用ロボットは、複数軸の作業軸を有し、作業
   端に、（ａ）作業を行う作業手段と、（ｂ）作業をすべ
   き場所を検出する第１センサと、（ｃ）前記各場所の作
   業条件を決定するための状態を検出する第２センサとを
   備え、第１センサの出力に応答して、各場所に沿って第
   ２センサを移動し、第２センサによって検出された状態
   に対応する各場所毎の作業条件を設定する作業条件設定
   手段と、各場所の作業順序を決定する手段と、作業順序
   決定手段の出力に応答して作業すべき場所を作業順序決
   定手段によって決定された順序で、作業条件設定手段の
   出力に応答して、作業手段を、設定された作業条件で動
   作させて制御し、各場所の作業を行わせる作業動作制御
   手段とを含み、第１センサは、複数の各色を光学的に検
   出する構成を有し、各場所に、作業条件に対応する色を
   有する塗料を塗布しておき、第１センサによって塗料の
   塗布してある各場所を検出し、これによって各場所の作
   業順序を決定し、第２センサで各場所の状態を検出して
   作業条件を設定し、作業端を各場所に順番に移動しつつ
   作業手段によって前記設定された作業条件で作業を行う
   ことを特徴とする産業用ロボットを用いる作業方法。