JPH04367373A - 溶接ロボットの制御方法 - 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、多関節型アーク溶接ロ
ボットの溶接線倣い制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、消耗電極式アーク溶接機で図１（
ａ）に示すような隅肉溶接や、図１（ｂ）に示すような
Ｖ開先溶接を行う場合、ウィービング運動する溶接トー
チ１を搭載した台車を開先線に沿って走行させているが
、台車がワークの開先線に沿って正しく走行しないとき
は溶接部２が偏って溶接される。この問題点を除去する
ため、溶接トーチ先端のウィービングの中心が、溶接線
から偏った場合、ウィービング両端における溶接電流又
は電圧が異なったものとなることを利用し、溶接トーチ
１を溶接線に対し、ウィービング方向に水平に移動させ
るアクチュエータを設け、これを前記ウィービング両端
での検出値の差が０になるように制御して左右にずれの
ない溶接ビードが得られるようにし、またその検出値が
常に一定になるように垂直方向（消耗電極方向）にアク
チュエータを制御する溶接線自動追従倣い制御装置が提
案されている。この倣い方式を公知の円筒座標ロボット
（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ
　　ｒｏｂｏｔ）、極座標ロボット（ｐｏｌａｒ　　ｃ
ｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　　ｒｏｂｏｔ）、直角座標ロボ
ット（ｃａｒｔｅｓｉａｎ　　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ
　　ｒｏｂｏｔ）、多関節ロボット（ａｒｔｉｃｕｌａ
ｔｅｄ　　ｒｏｂｏｔ）で実行する場合を考えると、例
えば図２に示すような構成のアーク溶接ロボットとなる
。この図２に示すものは多関節ロボットに前記方式を適
用した場合の一例を示すもので、ロボットの手首にウィ
ービング装置３と水平駆動アクチュエータ４、及び垂直
駆動アクチュエータ５を装備したものであるが、２軸の
アクチュエータとウィービング装置の合計３軸の駆動源
がロボット手首に装着されることになるため、その重量
と大きさが問題になる。即ち、作業ツールが重くなると
、ロボット手首への負担が大きくなり、手首の耐久性か
ら好ましくないし、また作業ツールが大きくなると、狭
い所へ入って行わないため、溶接箇所の制約を受け、汎
用性を損う欠点がある。また、提案されている前記溶接
線自動追従倣い制御装置には、溶接ロボットに必要な以
下の技術・手段が何ら開示されていない。すなわち、手
首角度（溶接トーチ姿勢）制御や多数ブロックから成る
被溶接物のブロック切替方法（曲り角検出方法）やワー
クずれのため、被溶接物の溶接開始点に溶接トーチが正
しくセットされないときの迅速な溶接開始点への接近方
法や、間欠的に与えられるウィービング両端での軌跡修
正信号間の３次元的溶接トーチ駆動方法が、この先行技
術には何ら示されておらず、汎用の３次元ワーク溶接倣
いに使用できないという欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のよう
に、ロボットの手首に、ウィービング装置３、水平駆動
アクチュエータ４及び垂直駆動アクチュエータ５を装備
しなくとも、それらを装備した場合と同様の動作を行う
多関節型溶接ロボットを提供することができる制御方法
を得ることを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するためになされたものでウィービング軸、水平軸ア
クチュエータ及び、垂直軸アクチュエータの３軸動作又
は水平及び垂直軸アクチュエータの動作をロボットの３
次元運動を行なわせるための基本３軸又は基本３要素で
代行させ、ウィービング中心が予め教示されている軌跡
上またはその軌跡を３次元平行シフトした軌跡上を進行
するよう制御すると共に、ウィービング端に来る毎に溶
接電流または溶接電圧を検出し、前回のウィービング端
でのそれと比較し、その差があれば、その差をなくす方
向、すなわち、ウィービング中心（実際の溶接線）の進
行方向に対する左、右（ウィービング方向）と、前回の
ウィービング端と今回のウィービング端での溶接電流ま
たは溶接電圧の平均値をプリセットされている値と比較
し、その差があれば、その差をなくす方向、すなわちウ
ィービング中心の進行方向に対する上，下（ウィービン
グ方向と直交する方向）とで規定される合成ベクトル方
向へウィービング中心をロボット基本３軸又は基本３要
素を制御することによりシフトさせ（修正制御）、ウィ
ービング中心と実際の溶接線の位置ずれを修正し、かつ
溶接電流又は溶接電圧を一定にすることによって適正な
るウィービング溶接を行なうと同時に複雑な３次元ワー
クのロボットによる自動倣い溶接を可能とする適正な手
首角度（溶接トーチ姿勢）制御方法、ブロック切替え方
法（曲り角検出方法）、適正かつ迅速な溶接開始点への
接近方法及び間欠点軌跡修正信号への適正対応法を提供
するものである。

【０００５】

【実施例】以下にその制御方法について更に図面を参照
しながら説明する。図３は本発明を実行するための多関
節型ティーチング・プレイバック・ロボットの一例を示
すもので、１１が消耗電極式溶接トーチである。この溶
接ロボットは、土台１２上に屈曲する２つのアーム１３
，１４を具えた旋回体１５を設け、アーム１３の先端に
取付けられた溶接トーチ１１はふり角度及びひねり角度
を駆動モータで変えられるようになっており、溶接トー
チ１１のウィービングは、アーム１３と１４と旋回体１
５を制御して行なわれる。周知のように、ティーチング
・プレイバック・ロボットは、図示しないティーチボッ
クスで２点を教示すると、直線補間によってその２点間
を結ぶ直線上を溶接トーチ１１が移動する。従って、図
４に示すような曲線からなるワーク溶接線Ｒを追跡させ
るような場合には、軌跡修正機能を持たないロボットで
は多数の教示点を与えないと、適正な溶接を行なうこと
ができない。そこで、この発明ではおおまかにＰ１，Ｐ
２，Ｐ３の３教示点を与えるだけで、ワーク溶接線Ｒを
追跡する制御方法を提供しようとするものである。この
実用的価値は、溶接開始前の教示作業を簡単化し、ロボ
ットの取扱を容易にすると共に、ワークの精度が悪い場
合でも適正な溶接が実行されることを可能とするもので
ある。

【０００６】先ず原理について説明する。

【外１】 ロボットの溶接トーチ１１の先端がワークの溶接線Ｒ上
の軌跡を動くためには前述のずれ量検出のためのウィー
ビング運動を続け乍ら、溶接トーチのウィービング中心
を常に溶接線上に持って行うようにすればよい。そして
、ウィービング中心が溶接線Ｒ上をたどるためには、公
知のセンサから与えられるウィービング両端での軌跡修
正信号に対応した方向にウィービング中心を移動させ、
その後、教示された軌跡を３次元的に平行シフトした軌
跡ｌ１，ｌ２，ｌ３……上をたどるようにすればよい。 これら３つの動き、即ちウィービング運動、ウィービン
グ中心の軌跡修正、ティーチング軌跡の３次元平行シフ
トされた軌跡上をウィービング中心が移動する運動をロ
ボット基本３軸又は基本３要素で実行させ、ウィービン
グ中心より等しい距離だけ溶接線に対し左右にウィービ
ングしながら両端での軌跡修正信号が与えられると、そ
の方向へウィービング中心を移動させ、移動完了後は３
次元平行シフトされた新たな軌跡上をウィービング中心
が移動、与えられないときにはもとの軌跡上を移動しな
がら次の軌跡修正信号を持つ動作をくり返し，Ｐ２”に
到達する。このＰ２”点即ち変曲点以後は平行シフトの
方向を―Ｐ２Ｐ３方向としてシフトさせ乍ら追跡動作を
行なわせればワーク溶接線Ｒの追跡制御が実行されるこ
とになる。この平行シフト方向の切換を行うための変曲
点Ｒ２”の検出は、曲り角検出監視点Ｐ２０を∠Ｐ１Ｐ
２Ｐ３の補角側に定め、溶接トーチ先端のウィービング
中心との距離ｍを常に演算し、その最小値よりある変動
巾だけ大きくなった点を検出すればＰ２”が求めること
が出来る。なおＰ２０は∠Ｐ１Ｐ２Ｐ３の２等分線上に
設定されることが望ましい。このようにして追跡制御を
行えば、従来法に比し、極めてラフなティーチング（教
示）で、適正なウィービング溶接が実行され、溶接ロボ
ットの運転操作に貢献するところ極めて大である。次に
、ロボット基本３軸又は基本３要素によるウィービング
運動に関し図５に基づき説明する。ロボット運転に先立
って先ず、ウィービングの方向、振巾、周波数等、倣い
溶接上必要な条件をティーチングする必要がある。前記
教示点Ｐ１，Ｐ２間でＱ１，Ｑ２，Ｑ３の３点を任意に
ティーチングすることにより、ウィービングの方向と振
巾を設定する。２点Ｑ１，Ｑ２のみでは溶接線に対する
ウィービングする面が決まらないため、点Ｑ３を設定す
るものである。こゝで─Ｑ１Ｑ２にＱ３から垂線を下ろ
してその足をＨとし、

【数１】 となる点Ｑ２’を求め、ウィービング中心Ｈからの振巾
を等しくＨ→Ｑ１→Ｈ→Ｑ２’→Ｈの単振動ウィービン
グをさせる。Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で作られる面と─Ｐ１Ｐ
２の交点Ｗ（ｘｗ，ｙｗ，ｚｗ）は、

【数２】

【数３】 とすると、Ｗの位置は、

【数４】 Ｐ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は教示された点であり、
その座標値は判明しているので、α，β，γ，α’，β
’，γ’，λ，μ，νすなわちｘｗ，ｙｗ，ｚｗ，は演
算装置により簡単に求められる。

【０００７】ウィービング中心はＨであるが、説明をわ
かりやすくするために、本記載事項中では、交点Ｗをウ
ィービング中心と仮称する。このウィービング中心Ｗが
図４におけるＰ１から始まり、倣い動作をしながらＰ２
’点に到達することになる。ロボットの手首に装着した
溶接トーチ先端は、Ｗの軌跡をたどるのではなく、時々
刻々のＷの値に→ＷＨベクトルとＨからのウィービング
現在値を加算した軌跡をたどることになる。Ｗは→Ｐ１
Ｐ２上または→Ｐ１Ｐ２の３次元平行シフト軌跡ｌ１，
ｌ２……上または修正軌跡をたどる。溶接トーチの先端
がＨから出発し基準クロックＫ回後のウィービング点座
標を求めるために１回の基準クロックで─Ｑ１Ｑ２’上
を動く距離Ｓを求める。こゝにいう基準クロックとは、
一般にサーボクロックと称される信号で、図４に示す分
周、立上り微分回路３７の出力信号である。 その詳細は図１８に関する説明で後述するが、同図ＢＲ
Ｍ（Ｂｉｎａｒｙ　　Ｒａｔｅｄ　　Ｍｕｌｔｉｐｌｉ
ｅｒ）の出力、即ちロボットを構成している各軸の位置
サーボへのパルス列信号としての位置サーボ指令が同図
に示すクロックφとＢＲＭビット数で決まる時間で払い
出し完了となる周期を有するクロックのことである。そ
してその周期を基準クロック周期と称する。この基準ク
ロック周期内に各軸への次の位置サーボ指令データ、即
ち、同図に示すバッファ４１への入力データが演算器３
１で演算される。なおこの演算クロック周期は、通常数
ｍｓに設定され、この基準クロック周期毎にロボット各
軸の移動量をインクリメンタル演算し、きめの細いウィ
ービング運動を行なわせるものである。ウィービング運
動を行なわせるにあたり、最初このＫをＫ＝１とし、基
準クロック周期毎にＫ＝Ｋ＋１となる値にＫを増分させ
ていく。こゝで、基準クロック周期をＣ０、ウィービン
グ周波数をｈ、ウィービング振巾の半分をｊとすると、

【数５】 で表わされる。また基準クロックＮ回後のウィービング
パターン上の現在値ｘｋ　　ｙｋ　　ｚｋは

【数６】 で表わされる。なおＨ→Ｑ１→Ｈ→Ｑ２’→Ｈのウィー
ビングでＱ１，Ｑ２’から折り返すときにはΔｘ，Δｙ
，Δｚの符号を逆にするのは当然である。→ＷＨの長さ
と方向は常に一定であり、その成分ｘ０，ｙ０，ｚ０は

【数７】 となる。従って、（６）式、（７）式にウィービング中
心Ｗの座標を加算した軌跡を溶接トーチ先端がたどれば
よいことになる。図４に示すようにウィービング中心Ｗ
は最初Ｐ１を始点、Ｐ２を終点とする直線上を動き始め
ウィービング両端での軌跡修正信号により方向を修正し
、次に─Ｐ１Ｐ２と平行な新たな軌跡ｌ１をたどる。 すなわちウィービング中心Ｗの制御には修正モードと平
行移動モードの２つがある。図５（ａ）に示すように修
正モード時におけるウィービング中心Ｗの進行方向に対
する左，右の軌跡方向はウィービング方向すなわち→Ｑ
２’Ｑ１’→Ｑ１Ｑ２’，上下方向はベクトル→Ｑ１Ｑ
２’と→Ｐ１Ｐ２の外積の方向と定義する。―Ｑ１Ｑ２
を平行移動させ―Ｐ１Ｐ２とＨ点で交わらしたときの∠
Ｐ２ＨＱ２’＝ωとおくと、上下方向の方向余弦（ｅ，
ｆ，ｇ）は

【数８】 で求められる。左右方向の方向余弦は前記α，β，γと
なる。

【０００８】図６は８通りの左右上下の修正ベクトルを
示す。修正ベクトルの方向余弦（ｕ，ｖ，ｗ）は─Ｑ１
Ｑ２’および―ＨＱＡに関するその方向に応じて８個の
形をとる。すなわち左側のものから、

【数９】 となる。ウィービング中心、Ｗの修正なしのときの進行
方向は─Ｐ１Ｐ２に平行であり、その方向余弦は前記（
λ，μ，ν）となる。図７はウィービング中心Ｗを（λ
，μ，ν）の方向へγだけ移動させながら修正させるこ
とを示す図である。合成された実際のＷの修正ベクトル
δのｘ，ｙ，ｚ成分★δｘ，★δｙ，★δｚは次式より
求まる。

【数１０】 指定された溶接速度Ｖを実現するために平行移動モード
時の基準クロック毎の移動量は

【数１１】 で表わされる。修正モードを除き平行移動モードでウィ
ービング中止Ｗが基準クロックＫ回後に移動する距離★
δｘ’★δｙ’★δｚ’は

【数１２】 となる。図７のベクトルδをたどる修正モードではｒ方
向が指定速度Ｖで制御されるのでｒ／Ｖなる時間にＷは
δだけ移動する。よって基準クロック１回当りのδ方向
への移動量★ｘｎ１，★ｙｎ１，★ｚｎ１は

【数１３】 となる。修正モード中の基準クロックＫ’回目の移動量
は

【数１４】 となる。この★δｘ１，★δｙ１，★δｚ１が修正モー
ド終了時★δｘ，★δｙ，★δｚと一致するように修正
モードの最終回でその差を補正する。よってウィービン
グ中心Ｗの基準クロックＮ回目の座標ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ
は

【数１５】 として求まる。前記したように溶接トーチ先端の制御点
の座標ｘｎ，ｙｎ，ｚｎを次式になるよう制御すればよ
い。

【数１６】 またそのブロックの終点Ｐ２”を求めるために点Ｐ２０
（★ｘ２０，★ｙ２０，★ｚ２０）とウィービング中心
Ｗとの距離Ｄ

【数１７】 を基準クロック毎に求め、最小値を保存し、ＷがＰ２に
近づくにつれ最小値が更新され、ＷがＰ２”点を過ぎる
とＤが最小値より大きくなる。ＷのＰ１→Ｐ２”への進
行につれて平均的には距離Ｄは小さくなっていくが、修
正モードでの修正ベクトルの出かたによっては必ずしも
ミクロな意味でＤは小さくなるとはかぎらない。このた
め現在までの最小値にある微小な変動巾を持たせ、それ
を越えた点をそのブロックの終点とする。この曲り角認
識方法は、図４に示すようななだらかな曲り角検出には
有効であるが、急峻な直角コーナ等の曲り角には適用で
きない。よって図１３，図１４で説明する曲り角認識法
と併用することになる。

【０００９】つぎにロボット手首軸の制御について説明
する。手首姿勢は、溶接線に沿いトーチ角、前進角が溶
接上で決まるある変化巾内にあるよう制御されねばなら
ない。教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３点での手首姿勢は当然正
しくティーチングされている。Ｐ１→Ｐ２への溶接倣い
の場合、手首ふり軸Ｂ、ひねり軸ＴのＰ１，Ｐ２点での
値を★Ｂ１，★Ｔ１，★Ｂ２，★Ｔ２として、基準クロ
ックＣ０当りの増分量ΔＢ，ΔＴは次式より求められる
。

【数１８】 基準クロック毎にこれを加算しＰ１→Ｐ２”への進行に
ともない修正モード、平行移動モードを問わず一様に変
化させる。よって基準クロックＮ回目のＢｎ，Ｔｎは

【
数１９】 となる。ブロックの終点Ｐ２”でのＢ，Ｔは★Ｂ２，★
Ｔ２と一般に等しくならないが、図４ではワークのずれ
が跨張して書かれているにすぎず、現実の対象ワークで
のＰ２，Ｐ２”点間の距離は小さいため、この差は何ら
実用上の支障にならない。従って溶接倣い中、常に適正
な溶接トーチ姿勢が保たれる。（１）式のＸ，Ｙ，Ｚ値
は制御点である溶接トーチ先端の値であるから、（１）
式を求めるために、ロボットの形態が直交形、多関節形
、円筒形、極座標形を問わず、メモリに格納されている
Ｐ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の各駆動軸座標データか
ら直交座標への変換が必要となる。また（１７）式、（
２０）式で計算された時々刻々（基準クロック毎）の溶
接トーチのあるべき位置（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ，Ｂｎ，Ｔ
ｎ）をロボットとして実現するために（１７）式の解Ｘ
ｎ，Ｙｎ，Ｚｎをロボット基本３軸の駆動軸データに逆
変換しなければならない。ロボット手首軸データはＢｎ
，Ｔｎとなる。図３に示した実施例ロボットの基本３軸
、すなわち３要素の旋回体１５アーム１３，１４はそれ
ぞれ回転角φ，ψ，θで制御され、手首ふり軸、ひねり
軸は回転角Ｂ，Ｔで制御される。制御点Ｐは溶接トーチ
１１の先端である。手首ふり軸回転中心より距離Ａ、ひ
ねり軸回転中心より距離ｄ離れた点Ｐがティーチングさ
れた制御点であるから、その直交座標値は

【数２０】 となる。また（１７）式で求めたＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎと（
２０）式で求めたＢｎ，Ｔｎより（２１）式を逆変換し
た次式により関節ロボットの基本３軸の回転角Ψｎ，θ
ｎ，ψｎが求まる。

【数２１】 （２１）式，（２２）式はそれぞれのロボット形態に応
じ、夫々定義される。図８はウィービング両端での溶接
電圧、溶接電流等から上，下，左，右方向へ一定量ｑだ
け移動させるための軌跡修正信号を発生させるセンサ回
路部である。

【００１０】図５で説明したＱ１，Ｑ２，Ｑ３がティー
チングで与えられると、垂線の足Ｈの座標は求まり、そ
れをｘｈ，ｙｈ，ｚｈとすると、ウィービングの現在値
ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ（（６）式）より現在の振巾ｊ’が求
まる。

【数２２】 このｊ’がｊとなったときがウィービング端であり、こ
のときセンサ回路部へ測定開始指令が与えられる。溶接
トーチのウィービング中心が実際の溶接線より溶接線方
向に対し右にずれているときには“左”信号が発生され
る。左にずれたときには“右”信号が発生される。ウィ
ービング両端の値の平均値がプリセットされている値よ
り大きいときには“上”信号が、小さいときには“下”
信号が発生される。この上下左右信号は８通りの組み合
わせがある（図６参照）。図９にこゝで言う上下左右の
方向を示す。左右はウィービング方向で、上下は溶接ト
ーチ方向、すなわちワイヤ電極１１ａの出てくる方向で
ある。図１０はウィービング教示パターンの自動継続を
説明するための図である。図においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３
は図５同様ティーチング点、Ｑ１，Ｑ２’，Ｑ３は図５
と全く同じことを意味する。―Ｐ１Ｐ２の延長線上にＰ
ｅをとる。Ｐ１とΔＱ１Ｑ２’Ｑ３をこのまゝ―Ｐ１Ｐ
２にそって平行移動し、Ｐ１をＰ２にもってきたとき―
Ｑ１Ｑ２’が─Ｑ１０Ｑ２０’の位置になる。―Ｐ２Ｐ
３と─Ｐ２Ｐｅで作る平面に垂直な方向―Ｐ２Ｕを引く
。ただし―Ｐ２Ｕは２つのベクトル―Ｐ２Ｐ３と―Ｐ２
Ｐｅの外積の方向にとる。∠Ｐ３Ｐ２Ｐｅ＝ω０として
―Ｑ１０Ｑ２０’を―Ｐ２Ｕの軸のまわりに―Ｐ２Ｐｅ
から―Ｐ２Ｐ３へ向う方向へω０だけ回転させると次の
ブロックのウィービングパターン―★Ｑ１★Ｑ２’が求
まる。Ｐ１（★Ｘ１，★ｙ１，★ｚ１），Ｐ２（★ｘ２
，★ｙ２，★ｚ２）の座標値から─Ｐ１Ｐ２の方向余弦
（λ，μ，ν）を求めＰ２（★Ｘ２，★ｙ２，★ｚ２）
，Ｐ３（★Ｘ３，★ｙ３，★ｚ３）の座標値から─Ｐ２
Ｐ３の方向余弦（λ’，μ’，ν’）を求めるとω０は
次式で定義される。

【数２３】 Ｑ１，Ｑ２’，Ｑ３の座標値がそれぞれ（ｘ１，ｙ１，
ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２），（ｘ３，ｙ３，ｚ３）
のとき★Ｑ１（ｘ１’，ｙ１’，ｚ１’）は次式で定義
される。

【数２４】 ★Ｑ２’（ｘ２’，ｙ２’，ｚ２’），★Ｑ３（ｘ３’
，ｙ３’，ｚ３’）も同様に求められる。ウィービング
パターン、振巾のティーチングは最初の溶接線で１回行
なうだけでよく、後続ブロックでは★Ｑ１，★Ｑ２’，
★Ｑ３を順次求め、図５で説明したことをくり返しなが
らウィービングが適正な方向に自動継続される。途中に
ウィービングをしないエアーカットのブロックがあって
も演算上は上記計算を続行するのでエアーカット後の溶
接線でもウィービング点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３のティーチン
グは不要である。換言すると、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３のティ
ーチングは１回で済む。ティーチング点Ｐ１，Ｐ２間の
同一ブロック内で、ティーチングされている軌跡と実際
のワーク溶接線のずれ角ξ（図１１，図１２参照）には
溶接倣い上の制約がある。すなわちウィービング周波数
ｈ（Ｈｚ）、溶接速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）、図６に示し
た軌跡修正量ｑ（ｍｍ）、または√２ｑ（ｍｍ）により
ξの許容最大ζｍａｘが決まる。

【数２５】 このζｍａｘ以下なら同─ブロック内での溶接倣いが可
能となり、本来曲り角とみなす必要はない。しかし、こ
ゝではζｍａｘ／２を同一ブロック内の許容角度とする
。今ｈ＝２Ｈｚ、ｑ＝０．７ｍｍ、Ｖ＝３００ｍｍ／ｍ
ｉｎではζｍａｘ≒３０°となりζｍａｘ／２≒１５°
と溶接自動化上の生産技術からみても１５°もワークの
バラツキがある被溶接物は一般に存在しないことからし
てζｍａｘ／２を採用することは妥当といえる。

【００１１】図１３は隅肉溶接における急峻な直角コー
ナ部での倣い溶接の挙動を示している。実際のワーク溶
接線上を倣いながら進み、ウイービング中心はＰ２’点
に達する。Ｐ１’〜Ｐ２’，間のウィービング方向は→
Ｐ１Ｐ２に直角な方向である。Ｐ２’で隅肉部がなくな
ると平板上に溶接ビードを乗せだす。この場合ロボット
は平板上を→Ｐ１Ｐ２に平行なベクトル→Ｐ２’Ｐｎ’
を基準とし倣い溶接を続行し、（２６），（２７）式で
決まるζｍａｘの角度の方向へウィービング中心は進む
。図１４はＰ２’点近傍におけるウィービング中心の挙
動を更に詳細に示す拡大図である。前記（１５）式で与
えられるウィービング中心（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を修正
モード前後■，■’，■，■’，……で記憶しておき、
前回の修正モードに入る直前の座標（ｘｎ−１，ｙｎ−
１，ｚｎ−１）と今回の修正モードに入る直前の座標（
ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を結ぶ直線ｌ１をティーチングされ
ている直線−Ｐ１Ｐ２と─Ｐ２Ｐ３で作られる面上へ投
影したときの─Ｐ１Ｐ２とのなす角度ξを求める。 また今回の修正モード完了直後の座標（ｘｎ’，ｙｎ’
，ｚｎ’）と前回の修正モード完了直後の座標（ｘｎ’
−１，ｙｎ’−１，ｚｎ’−１）を結ぶ直線ｌ２を上記
面へ投影したときの─Ｐ１Ｐ２とのなす角度ηを求める
。─■■，　　─■■，─■■……の方向余弦（ａ，ｂ
，ｃ）、■’■’，■’■’………の方向余弦（ａ’，
ｂ’，ｃ’）、−Ｐ１Ｐ２の方向余弦（λ，μ，ν）、
−Ｐ２Ｐ３の方向余弦（λ’，μ’，ν’）は、Ｐ１，
Ｐ２，Ｐ３，■，■’，■，■’，………の座標値がわ
かっているから簡単に求まる。よってξ，ηは次式で定
義される。

【数２６】 このξとηの平均値を溶接倣い中修正モードの前後で毎
回計算し、ＦＩＦＯに順次記憶しておきＦＩＦＯ内の平
均値がζｍａｘ／２以上でζｍａｘに近づいたとき図１
３点Ｐ２’’を曲り角と認識するようにする。こゝで図
１０で説明したようにウィービング方向が切り替わり─
Ｐ２Ｐ３に直角な方向となる。Ｐ２’’を始点としＰ２
→Ｐ２’’’変位ベクトルだけＰ３をシフトした点Ｐ３
’を終点とする直線を基準として次のブロックの倣い溶
接が始まる。しかし、まだ隅肉部でなく平板上にトーチ
ウィービング中心があるため、−Ｐ２’’Ｐ３’とζｍ
ａｘなる角度の方向へ向かいＰ２’’点へ到達後、正確
な隅肉部溶接倣いを実行する。曲り角認識後のξ，ηの
平均値もζｍａｘとなるためこゝで曲り角の認識をしな
いためのインターロックは必要である。この場合

【外２
】 というようにオーバターンをすることになるが、このオ
ーバターンは必ずしも悪いとはいえない。即ち、もとも
と鋭角コーナ部の溶接は難しく、アンダーカットをなく
すために、倣なしのロボットによる鋭角曲り角のティー
チングは、図１５に示すように溶接線の外側を曲す例が
多い。

【００１２】図１５は隅肉溶接でのティーチング位置と
溶接トーチ姿勢を上と横からみた図である。比較的大き
な溶接電流を使う隅肉溶接では、通常ウエブ側のアンダ
ーカットを防ぐため、溶接トーチのねらい位置をフラン
ジ側にｔだけずらして溶接する。そして、特にコーナ部
では肉量が多くなるため、ウエブ側のアンダーカットが
生じやすいので、図示のようにコーナ部では溶接トーチ
のねらい位置をｔよりも大きくする。このことを考える
と、この曲り角認識法には妥当性があるといえる。また
図１５に示すｔなるオフセット量は、センサ回路部の左
右信号比較回路（図示せず）にバイアスをかけ、零点を
オフセットすれば本溶接倣いでも当然可能である。図１
６，図１７は、量産の場合にしばしば起る実際の溶接開
始点が、もともと溶接開始点としてティーチングされて
いた点から大きくずれているときの溶接開始点サーチ機
能の説明図である。図１６中、点線で示されたワーク位
置で正しくティーチングされた溶接開始点Ｐ１が、ワー
クが点線から実線の位置に斜め上方にずれたため隅肉部
がなく実際の溶接開始点は平板上になるので、その点Ｐ
’１でウィービング溶接倣いを開始すると平板上を図９
で説明したウィービング方向（左右方向）に溶接トーチ
１１を振るためウィービング両端で電流差が生じる。 溶接線に平行なベクトル─Ｐ１’Ｐ２’を基準とし、そ
の電流差をなくし、しかも溶接電流を一定にしようとし
て左方向、下方向の合成ベクトル方向すなわち隅肉部へ
向ってζｍａｘなる角度で近づきＰ１’’点より正常な
溶接を始めることになる。　　長さｍ１を最小にし、し
かもＰ１’Ｐ１’’への不要溶接ピードが被溶接物に悪
影響を与えないようにするため、Ｐ１’Ｐ１’’間は実
際の溶接線（Ｐ１’’以降）と異なるウィービング条件
、溶接速度で溶接倣いを行なうようにする。すなわち、
溶接速度Ｖと溶接電流値を極端に落とし、ウィービング
周波数ｈを上げ、軌跡修正量ｑを大きくし、（２６），
（２７）式のζｍａｘが大きくなるようにする。 Ｐ１’’点の認識は、図１３，図１４で説明した方法を
準用すればよい。図１７はワークが逆にずれたときの図
であり、図１６と全く同様に処理される。

【００１３】図１８は本発明の一実施例における演算器
と２段バッファ付きＢＲＭで構成された溶接倣い制御器
とロボット全体の動作を統括するメインＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）と、溶接電流指令切替スイッチ及び図８
で説明したセンサ回路部とのつなぎを示すブロック図で
ある。演算器からのコマンド要求に対し、全体のロボッ
ト動作シーケンス上から溶接倣いを行なう場合には、メ
インＣＰＵ２０は図示しないティーチボックスで指定し
た倣うべきブロックの始点Ｐ１、終点Ｐ２と倣うべきブ
ロックに続くつぎのブロックの終点Ｐ３とウィービング
パターン定義点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３および距離監視点Ｐ２
０のロボット基本３軸とロボット手首軸の原点からのパ
ルス数、溶接速度Ｖ、ウィービング周波数ｈ、軌跡修正
量ｑをメモリ（図示せず）から読み出してレヂスタ２１
〜レヂスタ３０にセットし、溶接倣い開始マクロコマン
ドを出力する機能を有している。演算器３１は、シーケ
ンスコントローラ３２、マイクロプログラムメモリ３３
、パイプラインレヂスタ３４、マルチプレクサ３５、Ｒ
ＡＬＵ（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ　　ａｎｄ　　Ａｒｉｔｈｍ
ｅｔｉｃ　　Ｌｏｇｉｃａｌ　　Ｕｎｉｔ）３６、レヂ
スタ２１〜レヂスタ３０、クロックφの分周、立ち上り
微分回路３７及び基準クロック・アドレスゼネレータ３
８より構成される。シーケンスコントローラ３２はマイ
クロプログラムメモリ３３に格納されているマイクロイ
ンストラクションの実行シーケンスを制御するアドレス
コントローラである。パイプラインレヂスタ３４からの
制御命令により種々のアドレッシングとスタックコント
ロールを行なう。更に詳しくいえば、現在実行中のアド
レスのインクリメント、マクロコマンドで指定されたア
ドレス選択、基準クロックアドレスジェネレータ３８で
指定されたアドレス選択、ＲＡＬＵスティタスを含めた
テスト条件に応じた条件ジャンプのときパイプラインレ
ヂスタ３４から与えられるジャンプアドレスの選択、無
条件ジャンプのときパイプラインレヂスタ３４から与え
られるジャンプアドレスの選択、マイクロサブルーチン
コール時のスタックコントロール等を処理する部分であ
る。アドレッシングのための入力情報としてはＣＰＵか
らのマクロコマンド、基準クロックアドレスジェネレー
タ３８の出力及びパイプラインレヂスタ３４の出力の３
つがある。マイクロプログラムすなわちパイプラインレ
ヂスタ３４の制御命令により、シーケンスコントローラ
３２がこの３つのうちどれを選ぶか、またはどちらも選
ばずカレントアドレスのインクリメントを行なうかが決
まる。 溶接倣い制御用には次の４つのマクロコマンドがある。 ■　　エアカット直後のアークスタートブロックであり
、しかも次のブロックとの曲り角認識を距離監視方式で
行う。■　　エアカット直後のアークスタートブロック
であり、しかも次のブロックとの曲り角認識をξ＋η／
２角度計算方式で行なう。■既に前回のブロックでアー
クスタートが出され溶接を連続して行なうブロックで、
次のブロックとの曲り角認識を距離監視方式で行なう。 ■　　既に前回のブロックでアークスタートが出され、
溶接を連続して行なうブロックで、次のブロックとの曲
り角認識をξ＋η／２角度計算方式で行なう。このマク
ロコマンドと基準クロックアドレスジェネレータ３８の
出力はハードウェア上からいえば、それぞれの処理マイ
クロプログラムの先頭アドレスを示す形で与えられる。 これらがシーケンスコントローラに与えられていないと
きには、パイプラインレヂスタ３４出力からのジャンプ
アドレス、サブルーチンコールアドレス、カレントアド
レスインクリメントが与えられる。

【００１４】マイクロプログラムメモリ３３は本演算器
３１の中枢部で、全ての演算処理はこのマイクロプログ
ラムの指令通りに実行される。パイプラインレヂスタ３
４はマイクロプログラムメモリ３３のバッファレヂスタ
で現在実行すべき演算用マイクロインストラクションを
ＲＡＬＵ３６へ出力するとともに、次のマイクロアドレ
ス決定のための制御命令をシーケンスコントローラ３２
と、マルチプレクサ３５へ出力し、ジャンプアドレス、
サブルーチンコールアドレス、カレントアドレスインク
リメントをシーケンスコントローラ３２へ出力する、ま
た溶接倣い実行中のブロックで曲り角が検出されたとき
には、次のブロックの座標データを要求するコマンド要
求をメインＣＰＵ２０へ出力する。このパイプラインレ
ヂスタ３４は、２つの信号パスを形成し、各々を並列に
同時進行させ、マイクロサイクルタイムを短縮させ、演
算の高速化をはかるためにある。すなわち、１つのパス
はパイプラインレヂスタ３４⇒シーケンスコントローラ
３２⇒マイクロプログラムメモリ３３とつながるコント
ロール系のパス、今一つはパイプラインレヂスタ３４→
ＲＡＬＵ３６の演算系のパスで、この２つのパスを同じ
クロックサイクルの間に並列に動作させるために、パイ
プラインレヂスタ３４が用意されている。クロックＣＰ
の立ち上り時には既にコントロール系のパスで準備され
たマイクロプログラムの次の命令がパイプラインレヂス
タ３４の入力にあらわれているため、メモリフェッチ時
間がゼロと等価な高速動作が可能となる。マルチプレク
サ３５はパイプラインレヂスタ３４の制御命令に応じＲ
ＡＬＵスティタス，センサ部よりの軌跡修正信号の図６
に示す８通りのテスト条件をシーケンスコントローラ３
２へ与え、それぞれの処理プログラムへの条件ジャンプ
を実行させるためのものである。

【００１５】ＲＡＬＵ３６は論理・算術演算ユニットと
プログラマブルレヂスタで構成され、マイクロプログラ
ムで規定された演算インストラクションを実行する。演
算結果である基準クロック毎のロボット各駆動軸の増分
パルス数がＲＡＬＵ３６内の所定のレヂスタに格納され
る。レヂスタ２１は始点Ｐ１、レヂスタ２２は終点Ｐ２
、レヂスタ２３はＰ３点、レヂスタ２４はＱ１点、レヂ
スタ２５はＱ２点、レヂスタ２６はＱ３点、レヂスタ２
７はＰ２０点のロボット基本３軸とロボット手首軸の原
点からのパルス数を格納するレヂスタである。レヂスタ
２８は倣い溶接速度Ｖを、レヂスタ２９はウィービング
周波数ｈを、レヂスタ３０は軌跡修正量ｑを格納するレ
ヂスタである。バッファ４１はロボット各駆動軸のつぎ
の基準クロックで払い出すべき増分パルス数を格納する
レヂスタ、バッファ４２は現在払い出し中の増分パルス
数を格納するレヂスタである。ＢＲＭはバッファ４２に
格納されているパルス数を基準クロック周期内に、クロ
ックφに同期したパルスとして均一一様に配分し、基準
クロック毎にバッファ転送用払い出し完了信号を出力す
る。分周、立ち上り微分回路はクロックφよりＢＲＭの
ビット数だけ分周された基準クロックを作りその立ち上
りを微分する回路で、ＢＲＭ払い出し完了信号と基準ク
ロックの同期をとるためのものである。溶接機とセンサ
回路部５０への溶接電流指令はメインＣＰＵ２０から与
えられるが溶接開始点検出時には演算器出力により溶接
電流指令切替スイッチ５１が切替わり、固定値を選択す
るし、溶接開始点が検出されると演算器出力によりメイ
ンＣＰＵ指令値側に切替わる。

【００１６】図１９は、図１８で説明したＢＲＭから払
い出される指令パルスにより制御される多関節形ロボッ
トの基本３軸（ψ軸，θ軸，φ軸）と手首２軸（Ｂ軸，
Ｔ軸）の位置サーボである。溶接トーチ先端がウィービ
ング運動をしながら溶接倣いをするべく与えられた各軸
指令パルスと各パルスゼネレータ６１６，６２６，６３
６，６４６，６５６からのフィードバックパルスとの差
が偏差カウンタ６１１，６２１，６３１，６４１，６５
１から出力されＤ／Ａ変換器６１２，６２２，６３２，
６４２，６５２を介してアナログの速度指令がサーボア
ンプ６１３，６２３，６３３，６４３，６５３に夫々入
力される。サーボアンプはその速度指令とタコゼネレー
タ６１５，６２５，６３５，６４５，６５５の出力（検
出速度）とを夫々比較し、その差がなくなるように各駆
動モータを制御する。この位置サーボ系により、ロボッ
トに装着された溶接トーチ先端が指令パルス通りに追従
し所望の溶接倣い動作が行なわれる。

【００１７】つぎに、図１８に示した制御回路による溶
接倣い制御動作について説明する。演算器３１は最初ウ
ェイトルーチンを実行している。シーケンスコントロー
ラ３２は、メインＣＰＵ２０からマクロコマンドが与え
られると、そのサービスプログラムの先頭アドレスを選
択する制御命令をパイプラインレヂスタ３４から与えら
れながら、演算器３１がウェイトルーチンを実行するよ
うアドレスコントロールしている。このウェイトルーチ
ンには基準クロック分周回路３７をリセットする命令が
入っているため、基準クロックは発生しない。溶接倣い
制御を始めるにあたって、メインＣＰＵ２０はまずレヂ
スタ２１〜レヂスタ２６に、溶接倣いブロックの始点Ｐ
１（★ψ１，★θ１，★φ１，★Ｔ１，★Ｂ１）、終点
Ｐ２（★ψ２，★θ２，★φ２，★Ｔ２，★Ｂ２）、次
ブロックの終点Ｐ３（★ψ３，★θ３，★φ３，★Ｔ３
，★Ｂ３）、ウィービングパターン定義点Ｑ１（ψ１，
θ１，φ４１，Ｔ１，Ｂ１）、Ｑ２（ψ２，θ２，φ２
，Ｔ２，Ｂ２）、Ｑ３（ψ３，θ３，φ３，Ｔ３，Ｂ３
）の座標値をセットする。またレヂスタ２８〜レヂスタ
３０に、倣い溶接速度Ｖ、ウィービング周波数ｈ、軌跡
修正量ｑをセットする。そしてそのブロックの曲り角認
識が距離監視方式であるときにはレヂスタ２７にＰ２０
（★ψ２０，★θ２０，★φ２０，★Ｔ２０，★Ｂ２０
）の座標値をセットする。メインＣＰＵ２０が前記４つ
のマクロコマンドのうち１ヶを出力するとそれぞれの対
応するサービスマイクロプログラムの先頭アドレスが選
択される。この４通りのサービスプログラムは、溶接開
始点検出を含むブロックであるときには溶接開始点検出
フラグ（図示せず）を１にセットし、含まないブロック
であるときには０にリセットし、曲り角検出が距離監視
方式であるときには、曲り角検出フラグ（図示せず）を
１にセットし、ξ＋η／２計算方式であるときには曲り
角検出フラグを０にリセットした後溶接倣い処理プログ
ラムＮ＃へエントリーするプログラムである。またこの
４通りのプログラムには基準クロック分周回路３７のリ
セット信号の解除命令が入っているため、分周回路３７
はクロックφをカウントし始める。以後次の基準クロッ
クアドレスゼネレータ３８よりの出力がくるまでシーケ
ンスコントローラ３２は演算処理に必要なアドレッシン
グを行なうよう動作する。

【００１８】では次にＮ＃から始まる溶接倣い処理プロ
グラムについて説明しよう。アークスタート時のブロッ
クから溶接倣いを始めるので、最初は溶接開始点フラグ
は１になっている。よって正規の溶接開始点に溶接倣い
動作が到達する迄は、溶接速度Ｖ、ウィービング周波数
ｈ、軌跡修正量ｑはレヂスタ２８〜レヂスタ３０にセッ
トされている値を使わずに、演算器内に固定値として記
憶されている値を使う。また溶接機とセンサ回路部５０
に与える溶接電流指令が固定値となるよう溶接電流指令
切替スイッチ５１を演算器出力で切替える。レヂスタに
セットされているＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３
を（２１）式により（１）式に示す直交座標系データに
変換する。また曲り角検出フラグが１のときにはＰ２０
を（２１）式によりＰ２０（★ｘ２０，★ｙ２０，★ｚ
２０）に変換する。つぎに演算器内に固定値として記憶
されているｈにより（４）式、（５）式を解く。また、
固定値Ｖにより（１１）式を解く。また（２）式及び（
３）式を解き次いで（７）式を解く。Ｐ１，Ｐ２の手首
軸角度より（１９）式を解く。これ以降の処理プログラ
ムが格納されている先頭番地がＭ＃であるとする。溶接
倣いを開始する最初の基準クロックでは、溶接トーチは
まだウィービング中心上に位置しているため軌跡修正信
号は発生しない。よって今の時点では（８）式〜（１０
）式、（１３）式、（１４）式は関与せず演算器３１は
平行移動モードの状態となる。一番最初の基準クロック
ではＮ＝１にして（６）式を解く。またＫ’＝０である
から（１６）式よりＫ＝１となる。（１２）式、（１５
）式、（７）式より（１７）式のＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎを求
める。（２０）式よりＢｎ，Ｔｎを求める。（２０）式
の解Ｂｎ，Ｔｎと前回の基準クロック時のＢｎ，Ｔｎ（
今の場合には★Ｂ１，★Ｔ１）の差ΔＢ，ΔＴをＲＡＬ
Ｕ３６内の所定のレヂスタにセットする。（１７）式の
解Ｘｎ，Ｙｎ，ＺｎとＢｎ，Ｔｎを（２２）式に代入し
て基本３軸ψｎ，θｎ，φｎを求め、前回の基準クロッ
ク時のψｎ，θｎ，φｎ（今の場合★ψ１，★θ１，★
φ１）の差Δψ，Δθ，ΔφをＲＡＬＵ内の所定のレヂ
スタにセットする。また曲り角検出フラグが１のときに
は（１８）式を計算しその値をＲＡＬＵ内の所定のレヂ
スタにセットし演算器３１は待機する。この待機はメイ
ンＣＰＵ２０よりのマクロコマンドを待つウェイトルー
チンとは異なり、次の基準クロックアドレスゼネレータ
出力Ｍ＃を待つルーチンであり、分周回路３７のリセッ
トは行なわれない。以上の演算が終了するまでの時間以
上に基準クロック周期が長くなるようにクロックφとＢ
ＲＭビット数を設定しているので、演算時間が間にあわ
ないというトラブルは発生しない。

【００１９】演算器３１がＭ＃を待つウェイトルーチン
を実行しているとき基準クロックが発生すると同時にＢ
ＲＭより払い出し完了信号が出力され５ヶのバッファ４
１に前記ＲＡＬＵ３６内の所定のレヂスタからΔψ，Δ
θ，Δφ，ΔＢ，ΔＴがそれぞれロードされ、バッファ
４２にはバッファ４１の内容がロードされる。初回の基
準クロックではバッファ４１がクリアされたままである
ため、バッファ４２には０が入り、ＢＲＭによるパルス
払い出しは行なわれない。この基準クロックにより基準
クロックアドレスジェネレータ３８が作動し、マイクロ
プログラムはＭ＃から実行され始めＮ＝２にして（６）
式を求める。前回の基準クロック時の（２３）式のｊ’
がｊになっていないため軌跡修正信号は発生せず演算器
は平行移動モードを継続する。よってＫ’＝０のままで
、（１６）式よりＫ＝２となる。そこで（１２）式、（
１５）式より（１７）式のＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎを求める。 また（２０）式のＢｎ，Ｔｎを求め、前回との差ΔＢ，
ΔＴをＲＡＬＵ内の所定のレヂスタにセットする。 このＸｎ，Ｙｎ，ＺｎとＢｎ，Ｔｎを（２２）式に代入
しψｎ，θｎ，φｎを求め、前回との差Δψ，Δθ，Δ
φをＲＡＬＵ内の所定のレヂスタにセットする。また（
１８）式を計算し、その値がＲＡＬＵ内に格納されてい
る前回の値より小さいことを確認してその値を入れ換え
る。その後演算器は待機し、次の基準クロックアドレス
ゼネレータ出力Ｍ＃を待つ。つぎの基準クロックでバッ
ファ４２には前回のバッファ１の内容が入り、バッファ
４１には今回のΔψ，Δθ，Δφ，ΔＴ，ΔＢがそれぞ
れロードされ、ＢＲＭにより各軸位置サーボへ指令パル
スが払い出される。この動作は（２３）式におけるｊ’
がｊになるまでくり返えされる。ｊ’＝ｊとなった時点
で（１５）式で求めたウィービング中にｘｎ，ｙｎ，ｚ
ｎを記憶しておき、測定開始指令をセンサ回路部５０へ
与え、次の基準クロックで演算器３１は軌跡修正モード
に入る。すなわちセンサ回路部よりの上下左右の軌跡修
正信号をＭ＃でテスト条件として受けとり、既に計算済
みのα，β，γ，λ，μ，νと演算器内に固定値として
記憶されているｑと固定値γとにより（８）式、（１０
）式、（１３）式を解く。Ｋ’＝１とおき（１４）式を
解き、Ｋは前回の値のままで（１５）式を解いて求めた
ウィービング中心ｘｎ，ｙｎ，ｚｎをｘ’ｎ，ｙ’ｎ，
ｚ’ｎとして記憶しておく。Ｎ＝Ｋ＋Ｋ’とおき（６）
式を解く。（１７）式の解Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎを求める。 Ｂｎ，Ｔｎを求め、Δψ，Δθ，Δφ，ΔＴ，ΔＢに変
換しＲＡＬＵ内の所定のレヂスタにセットし、ＢＲＭに
より位置サーボ制御をする。また（１８）式を計算しそ
の値を更新する。

【００２０】次に演算器は再度平行移動モードに入り、
基準クロックがくる毎にψｎ，θｎ，φｎ，Ｔｎ，Ｂｎ
を求め前回の基準クロック時との差Δψ，Δθ，Δφ，
ΔＴ，ΔＢにより位置サーボ制御を行なう。（１８）式
の計算も毎回行ない最小値を保存しておく。再度ｊ’＝
ｊになるまで平行移動モードを続行する。再度ｊ’＝ｊ
となった時、（１５）式で求めたｘｎ，ｙｎ，ｚｎと前
回記憶したｘｎ，ｙｎ，ｚｎ（ｘｎ−１，ｙｎ−１，ｚ
ｎ−１となる）を結ぶ直線の方向余弦（ａ，ｂ，ｃ）を
ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ，ｘｎ−１，ｙｎ−１，ｚｎ−１の座
標値より求め、★Ｐ２Ｐ３の方向余弦（λ’，μ’，ν
’）をＰ２（★ｘ２，★ｙ２，★ｚ２）、Ｐ３（★ｘ３
，★ｙ３，★ｚ３）の座標値より求め、既に（２）式で
求めている─Ｐ１Ｐ２の方向余弦とより（２８）式のξ
を計算する。そのξの値をＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　　Ｉ
ｎ　　Ｆｉｒｓｔ　　Ｏｕｔ）メモリに記憶しておく。 また今回求めたｘｎ，ｙｎ，ｚｎを前回値と入れ替え記
憶する。測定開始指令をセンサ回路部５０へ与え、次の
基準クロックで演算器３１は軌跡修正モードに入る。セ
ンサ回路部５０から軌跡修正信号に応じ（８）式、（１
０）式、（１３）式を解く、そしてＫ’＝２とおき（１
４）式を解き、Ｋは前回の基準クロック時の値のままで
（１５）式を解いて求めたウィービング中心ｘｎ，ｙｎ
，ｚｎをｘ’ｎ，ｙ’ｎ，ｚ’ｎとする。このｘ’ｎ，
ｙ’ｎ，ｚ’ｎと前回記憶したｘ’ｎ，ｙ’ｎ，ｚ’ｎ
（ｘ’ｎ−１，ｙ’ｎ−１，ｚ’ｎ−Ｉ，となる）を結
ぶ直線の方向余弦（ａ’，ｂ’，ｃ’）をｘ’ｎ，ｙ’
ｎ，ｚ’ｎ，ｘ’ｎ−１，ｙ’ｎ−１，ｚ’ｎ−１の座
標値から求め、既に求めている方向余弦（λ，μ，ν）
と（λ’，μ’，ν’）により（２９）式のηを計算す
る。そのηの値ＦＩＦＯメモリに記憶しておく。また今
回求めたｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’を前回値と入れ替え記
憶する。Ｎ＝Ｋ＋Ｋ’とおき（６）式を解く。（１７）
式の解Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎを求める。Ｂｎ，Ｔｎを求めΔ
ψ，Δθ，Δφ，ΔＴ，ΔＢに変換しＲＡＬＵ内所定の
レヂスタにセットし、ＢＲＭにより位置サーボ制御をす
る。また（１８）式を計算しその値を更新する。これで
修正モードは終り再度平行移動モード⇒修正モード⇒平
行移動モード…繰り返えす。この修正モードでの前後で
ＦＩＦＯメモリに記憶されている（ξ＋η）／２の平均
値が（２６）式または（２７）式で計算されたξｍａｘ
の１／２以上でξｍａｘに近づいているかどうか計算し
、ξｍａｘに近い値であるときには溶接開始点検出中で
あると認識し、Ｖ，ｈ，ｑをそのままの固定値で、溶接
電流指令切替スイッチ５１も固定値側にしたまま溶接倣
いを続行する。そして（ξ＋η）／２の平均値がξｍａ
ｘ／２以下になったとき溶接開始点に到達したと判断し
、溶接電流指令切替スイッチ５１がメインＣＰＵ２０よ
りの溶接電流指令値を選択するよう演算器出力を制御し
、Ｖ，ｈ，ｑの値をレヂスタ２８〜レヂスタ３０の値に
変更し、（４），（５）式を解き基準クロック当りのウ
ィービング移動量Δｘ，Δｙ，Δｚを求め直し、（１１
）式の★ｘｎ０，★ｙｎ０，★ｚｎ０を求め直し、（１
０）式の計算にもレヂスタ３０のｑを使う。 また（２６）式、（２７）式のξｍａｘも計算し直す。 以降、曲り角検出フラグが１のときには（１８）式の最
小値を更新していき、曲り角検出フラグが０のときには
ξ，ηを順次ＦＩＦＯに貯えておき、上記溶接倣い動作
を続行する。曲り角検出フラグが１のときには、（１８
）式の最小値がある変動巾以上になったときをそのブロ
ックの終点とする。曲り角検出フラグが０のときには、
ＦＩＦＯメモリ内のξ＋η／２の平均値がζｍａｘ／２
以上でζｍａｘに近づいたときをそのブロックの終点と
する。

【００２１】曲り角検出が終ると演算器３１は、次のブ
ロックでのウィービング方向を決め、前のブロックのウ
ィービング振巾と等しい振巾になるようにウィービング
パターン継続処理を行なう。すなわち、既に前ブロック
で求めた−Ｐ１Ｐ２の方向余弦（λ，μ，ν）と−Ｐ２
Ｐ３の方向余弦（λ’，μ’，ν’）により（２４）式
のω０を求め、（２５）式より次ブロックでのＱ１点す
なわち図９で説明した★Ｑ１点の座標ｘ’１，ｙ’１，
ｚ’１を求める。同様に★Ｑ２点、★Ｑ３点を求め（１
）式のＱ１，Ｑ２，Ｑ３を入れ替える。曲り角が検出さ
れたときのウィービング中心の位置（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ
）が次ブロックの始点となる。このｘｎ，ｙｎ，ｚｎと
Ｐ２点（★ｘ２，★ｙ２，★ｚ２）との差ｉ１，＝（ｘ
ｎ−★ｘ２）、ｉ２＝（ｙｎ−★ｙ２）、ｉ３＝（ｚｎ
−★ｚ２）を記憶しておき、ｘｎ，ｙｎ，ｚｎを（１）
式のＰ１の座標データ★ｘ２，★ｙ２，★ｚ２とする。 その後演算器３１からのコマンド要求に対しメインＣＰ
Ｕ２０は次ブロックの終点のロボット５軸の原点からの
パルス数をレヂスタ２２にセットし、つぎのつぎのブロ
ックの終点および次のブロックの距離監視点のロボット
５軸の原点からのパルス数をレヂスタ２３、レヂスタ２
７にセットした後、前記マクロコマンドを演算器３１に
与える。このマクロコマンドは溶接開始点検出を含まな
い。演算器３１はレヂスタ２２にセットされたブロック
の新たな終点Ｐ２座標（★ψ２，★θ２，★φ２，★Ｔ
２，★Ｂ２）、レヂスタ２３にセットされた次ブロツク
の新たな終点Ｐ３座標（★ψ３，★θ３，★φ３，★Ｔ
３，★Ｂ２）、レヂスタ２７にセットされた新たなＰ２
０（★ψ２０，★θ２０，★φ２０，★Ｔ２０，★Ｂ２
０）を（２１）式によりＰ２（★ｘ２，★ｙ２，★ｚ２
）、Ｐ３（★ｘ３，★ｙ３，★ｚ３）、Ｐ２０（★ｘ２
０，★ｙ２０，★ｚ２０）に変換する。このＰ２（★ｘ
２，★ｙ２，★ｚ２）の座標値を、記憶しているｉ１，
ｉ２，ｉ３だけシフトした点を新たな終点座標とする。 すなわち★ｘ２＋ｉ１⇒★ｘ２，★ｙ２＋ｉ２⇒★ｙ２
，★ｚ２＋ｉ３⇒★ｚ２と変更を行ない新たな終点Ｐ２
（★ｘ２，★ｙ２，★ｚ２）とする。その後の溶接倣い
動作は溶接開始点検出を行なわないことを除いて前ブロ
ックの動作と全く同様である。また２段バッファにより
指令パルスを払い出しながらいつもバッファ４１に次の
データが入っているため曲り角にきたときもブロック間
停止がなくなめらかな溶接倣いが実現される。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本実施例による溶
接倣いシステムは精度の悪いワークの溶接の自動化を可
能とするもので次のような長所をもっている。 （１）　　ロボット手首に溶接トーチ以外なにも装着さ
れていないため、溶接トーチが入っていける所ならどん
な狭い所でも溶接倣いが可能である。 （２）　　ワーク精度が悪く実際のワーク溶接点がティ
ーチングされた点から大巾にずれていても高価なビジョ
ンシステム等の形状認識装置がなくても溶接開始点を検
出できる。 （３）　　形状認識装置がなくても、溶接倣いをしなが
ら円滑にどんな形状の曲り角をも適正な溶接が可能であ
る。またその曲り角がワークにより大巾にばらついても
適正な溶接が可能である。 （４）　　ウィービング周波数、溶接速度、軌跡修正量
の設定値で決まる溶接倣い角度以下のワーク溶接線は同
一ブロックに含めてよいため、最初のティーチング作業
が簡単で操作性が良い。 （５）　　ウィービングパターン自動継続機能があるた
め最初の溶接ブロックにのみウィービングパターンを定
義する３点をティーチングするだけでよいのでティーチ
ング作業性が良い。 （６）　　特別のセンサをロボット手首に装着するので
はなく、アーク現象（溶接電流、溶接電圧）そのものか
らセンシング情報を得るため、非接触センサ、接触セン
サを問わず通常他のセンサでは問題になる“溶接時セン
サが邪魔になる”、“死角が存在する”、“溶接熱、ス
パッター、ヒューム等による悪環境下での信頼性に弱点
がある”等の欠点がない。 従って本発明によれば、精度の悪いワークでも、ワーク
取付位置が多少ずれたり、溶接線が波を打っているよう
な場合でもロボットによる溶接の自動化が可能となり、
溶接自動化に貢献するところが極めて大きいといえる。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】ウィービング溶接の説明図である。

【図２】従来のウィービング溶接方式を適用したアーク
溶接ロボットの斜視図である。

【図３】本発明を実施するためのアーク溶接ロボットの
斜視図である。

【図４】本発明による倣い制御方式の説明図である。

【図５】ウィービング運動設定用教示点の説明図である
。

【図６】修正ベクトル図である。

【図７】修正ベクトル図である。

【図８】センサ回路部の入出力信号の説明図である

【図
９】溶接トーチの制御方向を示す図である

【図１０】ウ
ィービング教示パターンの自動継続を説明するための図
である。

【図１１】ティーチング軌跡と実際の溶接線のずれ角を
説明するための図である。

【図１２】ティーチング軌跡と実際の溶接線のずれ角を
説明するための図である。

【図１３】隅肉溶接における急峻な直角コーナ部での倣
い溶接の挙動を示す説明図である。

【図１４】図１３の一部拡大説明図である。

【図１５】隅肉溶接での教示点と溶接トーチ姿勢を示す
図である。

【図１６】実際の溶接開始点が教示点と相違する場合の
動作説明図である。

【図１７】実際の溶接開始点が教示点と相違する場合の
動作説明図である。

【図１８】実施例における制御回路のブロック図である
。

【図１９】実施例におけるサーボ制御部のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１１　　溶接トーチ １２　　土台 １３　　アーム １４　　アーム １５　　旋回体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接トーチ先端をウィービングさせ、教示
   線に沿って溶接トーチ先端を移動させる多関節型溶接ロ
   ボットであって、ウィービング両端での溶接電流又は溶
   接電圧を検出し、その検出値の変化により被溶接物の実
   際の溶接線のずれを検知し、前記検出値から演算した軌
   跡修正信号によって溶接線に沿った溶接トーチ先端の移
   動軌跡を修正するようにした多関節型溶接ロボットにお
   いて、溶接トーチ先端を教示線に沿って移動させる基本
   動作に、溶接トーチ先端のウィービング動作およびウィ
   ービング中心の軌跡の修正動作の２動作を重畳させた動
   作を、ロボット基本３軸又は基本３要素を制御すること
   により行うことを特徴とする多関節型溶接ロボットの制
   御方法。
2. 【請求項２】教示点間を直線補間によって実行するティ
   ーチング・プレイバック・溶接ロボットを使用したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多関節型溶接
   ロボットの制御方法。