JPH06149341A - 溶接ロボットのワーク衝突検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接ロボットの動作領域を実際の領域に極め
て近い形状にモデル化し、溶接ロボットが動作して溶接
ワークに衝突する危険範囲の高精度の検出を可能にす
る。 【構成】 動作領域のモデル作成時に、溶接ロボットの
動作軌跡をシミュレーションして動作領域１を直交する
ＸＹ平面，ＹＺ平面，ＺＸ平面及び溶接線Ｌに直交する
平面それぞれに投影した４種類の２値画像１ｘｙ，１ｙ
ｚ，１ｚｘ，１ｌを形成し、該各画像１ｘｙ，１ｙｚ，
１ｚｘ，１ｌの節点座標の情報を動作領域１のモデル化
情報として求め、危険範囲の検出時に、各２値画像１ｘ
ｙ，１ｙｚ，１ｚｘ，１ｌの節点座標の情報から動作領
域１を再現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接動作により溶接ロ
ボットが溶接ワークに衝突する危険範囲を事前に検出す
る溶接ロボットのワーク衝突検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接ロボットにより溶接する際
は、事前に溶接ロボットが溶接ワークの部材に衝突する
範囲（危険範囲）を検出し、この検出結果からロボット
の動作領域の修正，変更等を行って衝突を回避する必要
がある。そして、危険範囲の検出，すなわちワーク衝突
検出は、ワークステーション等のコンピュータ装置によ
り溶接ロボットが溶接線に沿って溶接する際のロボット
の動作領域内でのロボットと部材との衝突の有無（干渉
チェック）をシミュレーションして行われる。

【０００３】このとき、一般的には、溶接ロボットはワ
イヤフレームモデルにモデル化し、各部材はサーフェー
スモデルにモデル化して取扱われる。また、溶接ロボッ
トの動作領域は、事前のモデル作成時に溶接ロボットの
動作軌跡のシミュレーションにより多面体モデルにモデ
ル化され、危険範囲の検出時には作成時のモデル化情報
に基づき、大まかな多面体モデルで再現される。そし
て、この多面体モデルを用いたシミュレーションによ
り、衝突の有無がチェックされて危険範囲が検出され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の溶接ロボッ
トのワーク衝突検出方法の場合、溶接ロボットの動作領
域を多面体モデルで大まかに近似するため、溶接ロボッ
トのマニピュレータの移動等によって生じる複雑な動作
領域については正確にモデル化して再現することができ
ず、衝突の有無の厳密なチェックが困難で危険範囲の精
度の高い検出が行えない問題点がある。本発明は、溶接
ロボットの動作領域を実際に近い形状にモデル化して衝
突が生じる危険範囲の検出精度を向上することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の溶接ロボットのワーク衝突検出方法にお
いては、動作領域のモデル作成時に、溶接ロボットの動
作軌跡をシミュレーションして動作領域を直交する３平
面及び溶接線を法線とする平面それぞれに投影した４種
類の２値画像を形成し、該各画像の節点座標の情報を動
作領域のモデル化情報として求め、危険範囲の検出時
に、各２値画像の節点座標の情報から動作領域を再現す
る。

【０００６】

【作用】前記のように構成された本発明の溶接ロボット
のワーク衝突検出方法の場合、動作領域のモデル作成
時、溶接ロボットの動作軌跡をシミュレーションして求
まる溶接ロボットの３次元の動作領域が、直交する３平
面及び溶接線を法線とする平面それぞれに投影した２値
画像に分解して把握される。

【０００７】さらに、各２値画像の節点座標の情報に基
づき、各２値画像の輪郭線の情報が動作領域のモデル化
情報として求められる。そして、危険範囲の検出時は、
モデル作成時に求められた各２値画像の節点座標からモ
デル化された動作領域が再現される。

【０００８】このとき、各節点座標が実際の動作領域の
輪郭線上の各節点を表すため、再現された動作領域は従
来の大まかな多面体近似の場合より実際の領域に極めて
近い形状にモデル化される。そのため、溶接ロボットの
マニピュレータの移動等に基づく複雑な動作領域につい
ても、その領域を極めて正確にモデル化してシミュレー
ションし、衝突の危険範囲を高精度に検出することがで
きる。

【０００９】

【実施例】１実施例について、図１ないし図４を参照し
て説明する。図１は動作領域のモデル作成及び危険範囲
の検出の処理工程を示し、図中のステップＳ１〜Ｓ６が
モデル作成工程であり、残りのステップＳ７〜Ｓ１０が
危険範囲の検出工程である。そして、動作領域のモデル
作成時は、まず、ステップＳ１により、溶接ロボットの
姿勢（溶接姿勢）として溶接線に応じた適当な姿勢がコ
ンピュータ装置に与えられる。

【００１０】つぎに、ステップＳ２により、コンピュー
タ装置は与えられた溶接姿勢で溶接線に沿って溶接する
ときの溶接ロボットの動作軌跡をシミュレーションして
実際の動作領域を算出する。さらに、ステップＳ３，Ｓ
４により、コンピュータ装置はステップＳ２で算出した
動作領域を直交する３平面及び溶接線を法線とする平面
それぞれに投影し、各平面（以下動作平面という）それ
ぞれに投影した２値画像のデータを生成する。

【００１１】すなわち、図２に示すように溶接ロボット
の動作原点，溶接ワークの原点等の適当な点を原点Ｏと
するＸ，Ｙ，Ｚの直交する３軸を設定し、動作領域１を
ＸＹ平面，ＹＺ平面，ＺＸ平面及び溶接線方向Ｌを法線
とする平面の４つの動作平面に投影し、２次元の２値画
像１ｘｙ，１ｙｚ，１ｚｘ及び１ｌのデータを生成す
る。なお、図２では説明のために動作領域を簡略化して
示しているが、実際の動作領域は溶接ロボットの形状及
び動作軌跡に応じた複雑な形状になる。

【００１２】そして、溶接ロボットが吊下げられてレー
ルを移動するアーム及びこのアームの先端のマニピュレ
ータからなり、動作領域がアーム全体のプレーサ移動領
域及びマニピュレータ移動領域により構成される場合、
例えば動作領域をＸＹ平面に投影した２値画像の１例
は、図３に示すようになり、図中の「１」，「０」は各
画素の値を示す。なお、直交するＸＹ平面，ＹＺ平面，
ＺＸ平面以外に溶接線を法線とする第４の平面を選び、
この平面に投影した２値画像を求めるのは、動作領域を
再現する際にトーチ先端等の重要な部分の形状を明確に
するためである。

【００１３】つぎに、ステップＳ５により、コンピュー
タ装置は各２値画像の最外郭の「１」の節点座標を求め
て各動作平面での輪郭線を抽出する。なお、図３の２値
画像から抽出される輪郭線は図４に示すようになり、図
中の「８」は輪郭線上の画素を示す。

【００１４】そして、各動作平面の節点座標をそのまま
動作領域のモデル化情報としてもよいが、この場合は扱
う情報量が多くなる。そこで、この実施例ではステップ
Ｓ６により各節点座標をフリーマン（Ｆｒｅｅ Ｍａ
ｎ）のチェーンコードにより符号化して圧縮し、この圧
縮により形成した情報に各動作平面の２値画像の輪郭線
上の最上段，最左端の画素の位置情報を付加した情報
を、動作領域のモデル化情報として求める。なお、図４
の輪郭線を変換したフリーマンのチェーンコードは表１
に示すようになり、表中のｘｓ，ｙｓの値は図４の最上
段，最左端の画素ｓの位置情報を示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】以上により、動作領域のモデル作成が終了
する。つぎに、危険範囲の検出時は図１のステップＳ７
により、コンピュータ装置が動作領域のモデル化情報に
基づいて各動作平面の節点座標を復号する。さらに、ス
テップＳ８により、復号した各平面の節点座標を結んで
それぞれの２値画像の輪郭線を再構成し、動作領域のワ
イヤフレームモデルを再現する。

【００１７】このとき、再現されたモデルは、従来のよ
うに大まかな多面体で近似されるのでなく、実際の領域
の輪郭線の節点座標を結んで形成されるため、溶接ロボ
ットのマニピュレータの移動等に基づく複雑な動作領域
であっても、実際の領域に極めて近い形状にモデル化さ
れる。

【００１８】つぎに、ステップＳ９により、コンピュー
タ装置は再現した動作領域を用いてシミュレーションを
実行し、ステップＳ１０により危険範囲を検出する。
この検出の際、従来のように溶接ロボットをワイヤフレ
ームモデル，各部材をサーフェースモデルとし、溶接ロ
ボットがある間隔で少しずつ移動した状態でのシミュレ
ーションをくり返して検出すると、移動間隔の途中に存
在する侵入部材の見落し等が生じる。

【００１９】そこで、この実施例では溶接ワークの各部
材を線ベクトルのワイヤフレームモデルとし、再現され
た動作領域の各動作平面に部材外形線を投影して動作領
域に侵入した部分をクリッピングする。さらに、クリッ
ピングした各侵入部分の外形線を溶接線に投影し、その
投影線分から危険範囲を確定して検出する。

【００２０】この場合、各部材がワイヤフレームモデル
にモデル化され、動作領域に侵入した部材の侵入部分の
外形線が溶接線に漏れなく投影されるため、シミュレー
ションをくり返すことなく、溶接ロボットと溶接ワーク
との衝突の有無が漏れなくチェックされる。そして、動
作領域が実際の領域に極めて近い形状に近似してモデル
化され、しかも、このモデル化された領域に侵入した部
材を漏れなくクリッピングして検出するため、衝突の有
無を厳密にチェックして危険範囲を高精度に検出するこ
とができる。

【００２１】なお、危険範囲が検出されると、溶接ロボ
ットがこの範囲に入らないように動作領域の修正，変更
等が行われる。そして、危険範囲の検出と動作領域の修
正，変更等とが必要に応じてくり返され、最終的に決定
された溶接ロボットの移動，姿勢に基づき、実際の溶接
が実行される。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。動作領域の
モデル作成時に溶接ロボットの動作軌跡をシミュレーシ
ョンして求まる動作領域１が直交する３平面及び溶接線
を法線とする平面それぞれに投影した２値画像１ｘｙ，
１ｙｚ，１ｚｘ及び１ｌに分解して把握され、各２値画
像１ｘｙ，１ｙｚ，１ｚｘ及び１ｌの節点座標の情報に
基づき、各２値画像の輪郭線の情報が動作領域１のモデ
ル化情報として求められ、危険範囲の検出時は、モデル
作成時に求められた各２値画像１ｘｙ，１ｙｚ，１ｚｘ
及び１ｌの節点座標から動作領域がモデル化して再現さ
れる。

【００２３】このとき、各節点座標が実際の動作領域１
の節点を表すため、再現された動作領域は従来の大まか
な多面体近似の場合より実際の領域１に極めて近い形状
にモデル化され、動作領域１が複雑であっても、その領
域１を極めて正確にモデル化することができ、モデル化
された動作領域を用いたシミュレーションにより、溶接
ロボットと溶接ワークとの衝突の有無を厳密にチェック
して高精度に危険範囲を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接ロボットのワーク衝突検出方法の
１実施例の処理説明用のフローチャートである。

【図２】図１の動作軌跡の投影説明図である。

【図３】図１の動作軌跡の投影により得られた２値画像
の具体例の説明図である。

【図４】図３の２値画像から抽出された輪郭線の説明図
である。

【符号の説明】

１ 動作領域 １ｘｙ，１ｙｚ，１ｚｘ，１ｌ 各平面に投影された２
値画像 Ｌ 溶接線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ロボットの動作領域及び溶接ワーク
   をモデル化してシミュレーションし、該シミュレーショ
   ンに基づき、前記ロボットが動作して前記ワークに衝突
   する危険範囲を検出する溶接ロボットのワーク衝突検出
   方法において、 前記動作領域のモデル作成時に、 溶接ロボットの動作軌跡をシミュレーションして前記動
   作領域を直交する３平面及び前記溶接線を法線とする平
   面それぞれに投影した４種類の２値画像を形成し、該各
   画像の節点座標の情報を前記動作領域のモデル化情報と
   して求め、 前記危険範囲の検出時に、 前記各２値画像の節点座標の情報から前記動作領域を再
   現することを特徴とする溶接ロボットのワーク衝突検出
   方法。