JPH05150822A

JPH05150822A - 産業用ロボツトのウイービング制御装置

Info

Publication number: JPH05150822A
Application number: JP33584791A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Suzuki; 雅史鈴木; Kazuyoshi Teramoto; 和良寺本; Takeshi Ando; 安藤　　武; Koji Kodaira; 孝司小平; Hiroshi Jibiki; 弘史地引; Kyoichi Kawasaki; 恭一川崎; Tatsuya Seshimo; 達也瀬下; Kenji Hirobe; 健治広部
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】所望の設定値通りのウィービング振幅が常に
確実に得られるようにした産業用ロボットのウィービン
グ制御装置を提供すること。【構成】補間実行毎に補正ウィービング振幅を演算し
(３４)、その補正ウィービング振幅を用いてウィービン
グを含む補間を行う(３５〜３８)ようにした。【効果】所望するウィービング振幅でウィービング動
作するので、作業効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットのウィ
ービング制御に係り、特に、アーク溶接作業や塗装作
業、バリ取り作業、或いはシーリング作業を対象とした
産業用ロボットに好適なウィービング制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ウィービング技法は、産業用ロボットに
しばしば適用され、特に、溶接ロボットには不可欠の機
能として認識されており、従って、このウィービング制
御のための装置としては、従来から種々のものが知られ
ており、例えば、特開平１−３０６１８６号公報で
は、ロボット本体(マニプレータ)の駆動機構に存在する
バックラッシュによる回転方向の変動分のうち、直接ウ
ィービングに影響があるウィービング振幅方向成分をウ
ィービング振幅補正量として使用する装置について開示
しており、特開昭６２−２５９６７５号公報では、主経
路始点、終点におけるウィービング方向データを記憶
し、そのウィービング方向データを補間することにより
ウィービング振幅を一定に保持する装置について開示し
ている。

【０００３】しかし、これら従来の装置においては、ウ
ィービング演算時に潜在するウィービング振幅の誤差に
ついては述べられていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、産業用ロボ
ットでウィービング制御を行う場合、ある時刻における
ウィービング量を算出するのに周期関数が用いられるこ
とが多い。そこで、いま、周期関数をＧ、ウィービング
周波数をｆ、ウィービング振幅をａとすると、ある時刻
ｔにおけるウィービング量ｙは次式により求められる。ｙ＝ａ・Ｇ(２πｆｔ) ……(数１) ところが、ロボットのウィービング制御では、必ず補間
制御が行われるため、この補間周期を△ｔとすると、実
際には時刻ｔは連続して与えられるのではなくて、次式
に示すように、補間周期△ｔの整数倍として飛び飛びの
値をとる。ｔ＝Ｎ・Δｔ ……(数２) ここで、Ｎは、ある時刻ｔにおける補間が何回目めにな
るかを表わす補間回数である。なお、これらの数値の実
例としては、ウィービング振幅ａ＝１０ｍｍ、周波数ｆ
＝４．１７Ｈｚ、補間周期△ｔ＝４０ｍＳec程度が一般
的である。

【０００５】そうすると、ある補間回数Ｎにおけるウィ
ービング量ｙは、次式により求められる。ｙ＝ａ・Ｇ(２πｆＮΔｔ) ……(数３) そこで、いま、関数Ｇを正弦波関数(Ｓin)とすると、ウ
ィービング量ｙの時間的変化は、図４(a)に示すように
なる。この図において、破線は上記条件による正弦波曲
線を表わし、小円は補間周期毎のウィービング量(補間
点)を表わしている。ところが、このとき、図４(a)に示
すように、補間点が破線の正弦波曲線の最大振幅位置か
ら外れていると、図４の(b)に示すように、この補間点
の位置が、実際にロボットのウィービング動作として得
られる最大振幅位置となり、この結果、従来技術では、
設定した所望のウィービング振幅ａを得ることができな
いという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、補間動作に伴うウィービ
ング振幅の減少がなく、常に設定した所望の振幅でウィ
ービング動作を得ることができる産業用ロボットのウィ
ービング制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、設定された
ウィービング振幅と上記周期関数からウィービング補正
量を算定する演算手段を設け、このウィービング補正量
を用いて上記補間処理を行なうことにより達成される。

【０００８】

【作用】演算手段は、常に設定されたウィービング振幅
が得られるように、補正値の演算を行い、この補正値を
用いてウィービング量が補正されるため、常に設定され
たウィービング振幅をもったウィービング制御を得るこ
とができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明による産業用ロボットのウィー
ビング制御装置について、図示の実施例により詳細に説
明する。図２は、本発明の一実施例が適用された溶接用
ロボット装置の全体構成を示したもので、図において、
１はロボット本体(マニプレータ)で、６個のアクチュエ
ータにより駆動されるもの、２はロボット制御部で、ロ
ボット装置全体の制御を実行するもの、３はプレイバッ
クコンソールで、自動運転時でのロボットの起動、停止
等を行うもの、４はプログラミングユニットで、ロボッ
トの教示作業やロボットの動作速度、それにウィービン
グ周波数のリアルタイム変更などに使用されるものであ
る。

【００１０】５は溶接機で、溶接電源供給部とインタフ
ェース部より構成されているもの、６は溶接ワイヤで、
ワイヤ供給装置７により供給される。８は作業具として
のトーチである。なお、この実施例では、溶接用ロボッ
トについて説明しているが、バリ取りやシーリング用の
ロボットでも同様である。

【００１１】図３はロボット制御部２のブロック図で、
ＣＰＵ−Ａ１２は、ロボット本体１の動作制御やマンマ
シンインタフェース等の処理を行なう。また、ウィービ
ング振幅の補正量に演算手段としての働き、及び指令デ
ータの演算手段としての働きも有している。ＣＰＵ−Ｂ
１３はＣＰＵ−Ａ１２から送られてきたデータをもと
に、ロボット本体１のアクチュエータとなっているサー
ボモータの駆動処理を行うサーボ回路として働く。

【００１２】ＣＰＵ−Ｃ１４はプレイバックコンソール
３とプログラミングユニット４との通信を行っており、
また、溶接機インタフェース１７を介して溶接機５との
通信も行っている。１８はＲＡＭ−Ａで、ＣＰＵ−Ａ１
２の処理手順を記述したプログラムが格納されているも
の、２１はＲＡＭ−Ｂで、ＣＰＵ−Ｂ１３の処理手順を
記述したプログラムが格納されているもの、２２はＲＡ
Ｍ−Ｃで、ＣＰＵ−Ｃ１４の処理手順を記述したプログ
ラムが格納されているもの、そして１９はＲＯＭで、初
期化時にバブルメモリ２０に記憶されているプログラム
をＲＡＭ−Ａ１８にローディングするための処理プログ
ラムが格納されている。

【００１３】また、バブルメモリ２０は不揮発性の外部
記憶装置で、教示点のデータやロボット動作速度、ウィ
ービング周波数等のデータが格納されている。つまり、
このバブルメモリ２０は記憶手段として働く。そして溶
接機インタフェース１７は、溶接機５に対するワイヤの
送給量、溶接電圧、アークＯＮ等の指令の受け渡しを行
なうものである。

【００１４】ここで、本発明の一実施例におけるウィー
ビング補正の基本的な考え方について説明する。まず、
ウィービング周期は、ウィービング周波数の逆数である
から、ウィービング周期Ｔは次式により求められる。Ｔ＝１／ｆ ……(数４) また、ウィービング１周期における補間回数Ｎは、補間
周期△ｔを用いて次のように表すことが出来る。Ｎ＝Ｔ／Δｔ ……(数５) 従って、ウィービング１周期におけるウィービング量を
合計した値、つまり合計値Ｌは、ある振幅ｂを用いて次
式のように表すことが出来る。

【００１５】

【数６】

【００１６】一方、所望されるウィービング量を合計し
た値、つまり所望合計値Ｌ₀ は、次の式のように、上記
した(数３)式を積分することにより求められる。

【００１７】

【数７】

【００１８】そこで、この合計値Ｌと所望合計値Ｌ₀ と
が等しくなるように、(数６)式におけるｂの値を計算す
る。すなわち、Ｌ＝Ｌ₀ と置き、(数３)式における値ａ
の代えて、上記した値ｂを用いて次式による計算を行な
うことにより、所望されるウィービング量の合計値Ｌ₀
を求めることができるのである。

【００１９】

【数８】

【００２０】ここで、ｉは累積加算用のインデックスで
ある。次に、この実施例の制御動作について、図１のフ
ローチャートを用いて説明する。なお、この実施例で
は、説明を簡単にするため、周期関数Ｇを正弦波関数と
した場合についてのものとしている。まず、ステップ３
１において、補間距離Ｍ及び補間方向ベクトルvecＭを
演算する。ここで、補間開始点ベクトルをvecＰｓ、補
間終了点ベクトルをvecＰｅとすると、補間距離Ｍ及び
補間方向ベクトルvecＭは、(数１０)式により演算する
ことが出来る。

【００２１】

【数１０】

【００２２】次に、ステップ３２において、補間距離Ｍ
と補間累積距離Ｍｃを用いて補間終了の判定を行う。い
ま、補間周期を△Ｔ(ｍｓ)、補間速度をＶ(mm／ms)とす
ると、この補間累積距離Ｍｃは(数１１)式により表され
る。

【００２３】Ｍｃ＝Ｍ＋Ｖ・Δｔ ……(数１１) そして、Ｍｃ＜Ｍの場合は補間未終了と判定し、ステッ
プ３３へ進み、Ｍｃ≧Ｍの場合には補間終了と判定し、
このステップ３２からステップ３９へ進む。そして、ス
テップ３９に進んだときには、ここで終了する。ステッ
プ３３では、作業点の位置の演算を行う。ここで、作業
点の位置にはウィービング量は含まれていない。作業点
の位置の演算は補間方向ベクトルvecＭと、補間累積距
離Ｍｃを用いて行う。作業点の位置をvecＰiとすると、
これは、(数１２)式により表される。

【００２４】 vecＰi＝Ｍｃ・vecＭ ……(数１２) 次に、ステップ３４において補正ウィービング振幅を計
算する。いま、周期関数Ｇを正弦波関数、周波数をｆ、
設定振幅をａとして、(数１３)式により補正ウィービン
グ振幅ｂを求める。

【００２５】

【数１３】

【００２６】ここで、周期Ｔは(数４)式から、また、補
間回数Ｎは(数５)式から、夫々求めることが出来る。ス
テップ３５においては、ウィービングベクトルvecＷを
演算する。このウィービングベクトルvecＷの演算方法
としては種々のものがあるが、一般的には、(数１４)式
のように表される。

【００２７】 vecＷ＝vecＷｃ・Ｓin（Ｐhc） ……(数１４) ここで、vecＷｃはウィービングを行う方向ベクトル、
Ｇは任意の周期関数、Ｐhc は位相である。そして、こ
のウィービングベクトルvecＷｃの決定方法にも種々の
ものがあり、例えば、ロボットの教示によって、その方
向を決定するものや、また補間方向と、トーチ方向に垂
直な方向から決定にするいったようなものがあが、この
実施例では後者の方法を採用してあり、トーチ方向ベク
トルをベクトルvecＡｔで表すと、ウィービング方向ベ
クトルvecＷｃは(数１５)式で表される。

【００２８】 vecＷｃ＝vecＭ・vecＡｔ（外積） ……(数１５) 次に、ステップ３６において、(数１２)式で求まってい
た作業点の位置ベクトルvecＰiに、(数１４)で求められ
たウィービングベクトルvecＷを加算し、現在の補間周
期から向かうべき位置ベクトルvecＰi 'を、次の(数１
６)式により計算する。

【００２９】 vecＰi '＝vecＰi＋vecＭ ……(数１６) こうして、(数１６)式により、ロボットが目標とする位
置ベクトルvecＰi 'が求められたわけであるが、ロボッ
トを実際に動かすためには、この位置ベクトルvecＰi '
に対応するロボットの各関節の関節角度が必要となる。
この変換は、ステップ３７において行われており、その
後、ステップ３８において、この関節角度を用いてサー
ボ位置指令を行い、各関節のアクチュエータを動かすの
である。

【００３０】従って、以上で説明したステップ３２から
ステップ３８までの処理を、補間が終了するまで行うこ
とにより、この実施例によれば、図４で説明したような
ウィービング振幅の減少をもたらすことなく、常に所望
のウィービングを確実に得ることができる。

【００３１】この実施例によると、以下の効果がある。

【００３２】(1) 設定されたウィービング振幅と実際の
ウィービング振幅が同じになるようにウィービング振幅
が作成されるので、所望するウィービング振幅を確実に
得ることが出来る。 (2) ウィービング振幅を補間周期毎に計算し、補正を行
なっているので、ウィービング振幅ａの設定を変えるだ
けで、リアルタイムで任意にウィービング振幅を変更さ
せることが出来る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、設定されたウィービン
グ振幅と実際のウィービング振幅が同じになるように、
自動的にウィービング振幅が作成されるので、所望する
ウィービング振幅が、そのままで得ることが出来るた
め、実際にロボットを動かし、ウィービングを行ってウ
ィービング振幅を調整する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による産業用ロボットのウィービング制
御装置の一実施例の動作を説明するためのフローチャー
トである。

【図２】本発明による産業用ロボットのウィービング制
御装置の一実施例が適用されたロボットシステムの一例
を示す構成図である。

【図３】本発明の一実施例に用いたロボット制御装置の
ブロック図である。

【図４】ロボットのウィービング動作の説明図である。

【符号の説明】１ロボット本体(マニプレータ) ２ロボット制御部３プレイバックコンソール４プログラミングユニット５溶接機６溶接ワイヤ８トーチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤武千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者小平孝司千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者地引弘史千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者川崎恭一千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者瀬下達也千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者広部健治千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周期毎に、所定の周期関数にした
がって補間処理を行なうことにより、ウィービング動作
を制御する方式の産業用ロボットのウィービング制御装
置において、設定されたウィービング振幅と上記周期関
数からウィービング補正量を算定する演算手段を設け、
このウィービング補正量を用いて上記補間処理を行なう
ように構成したことを特徴とする産業用ロボットのウィ
ービング制御装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記演算手段
によるウィービング補正量の算定処理が上記補間周期毎
に行われるように構成したことを特徴とする産業用ロボ
ットのウィービング制御装置。