JPH0712545B2 - 産業用ロボツトにおける手首制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ロボットにおける手首制御方法に関し、
詳しくは、溶接部位からの加圧反力の増加に応じたトル
クを手首軸に作用させることができる産業用ロボットに
関する。これは、ワークの所定部位にスタッド溶接また
はアークスポット溶接を順次自動的に施すロボットの分
野で利用されるものである。

〔従来技術〕

産業用ロボットにおける手首装置はロボットアームの先
端に取付けられ、アームの動きとは独立して手首自体が
所望の挙動をするように、スイベル、ベンド、ツイスト
などの各機構を備えている。溶接ロボットにおいては、
そのような手首の先端に溶接ガンなどが取付けられ、ス
タッド溶接やアークスポット溶接ができるようになって
いる。ところで、溶接ガンをワークの溶接部位に押し当
て加圧するとき、溶接ガンがその部位より逃げると作業
に支障をきたす。そのため手首に設けられている上述の
スイベルなどの各機構体においては、その各軸回りにト
ルクが発生しないように工夫が施されている。

しかし、各機構体での所望外の曲げ作動を回避すること
ができるのは、溶接ガンがワークの溶接部位において面
直状態にある場合であって、ワークの面直方向と溶接ガ
ンの軸線方向とが異なると、溶接ガンが溶接部位から滑
って外れることになる。すなわち、ガンの先端には溶接
部位との摩擦力が発生するが、ロボットの加圧力が摩擦
力を上回ると溶接ガンが滑り出し、所定の溶接部位にガ
ン先端を保持することができなくなる。したがって、溶
接ガンを傾斜させざるを得ない形状のワークに対して
は、所定の加圧力を作用させることができず、最早溶接
が不可能となる。そのため、別途専用の溶接機を備えた
り、別工程で溶接を施さなければならならず、多車種の
不定形な車体を同一生産ラインで処理する場合に、ロボ
ットをフレキシブルに対応させることができない問題が
ある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、その目的
は、ガン軸線方向に加圧することができない場合にあっ
ても、ワークの溶接部位において溶接ガンを傾斜した状
態で所定の加圧力を作用させることができる産業用ロボ
ットにおける手首制御方法を提供することである。

〔発明の構成〕

本発明の特徴とするところを第１図を参照して述べる
と、ロボットにワーク17の溶接部位を教示するとき、そ
の溶接部位の位置のみならず、ワーク17の面直方向と溶
接ガン７の軸線方向との傾斜角度θを教示し、ロボット
の復元作動において溶接ガン７がワーク17の溶接部位を
加圧するとき溶接ガン７に作用するワークからの加圧反
力を検出し、その加圧値と教示されている傾斜角度θと
から、溶接ガン７の先端がワーク17の溶接部位から逃げ
ないようなトルクを手首軸に発生させる、加圧力の増加
に比例してそのトルクを順次増大させる制御方法とした
ことである。

〔実施例〕

以下に、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明が適用されるロボット手首１の模式図
で、アーム２の先端にスイベル３、ベンド４や必要に応
じてツイスト５などの回動または曲げ機構が設けられて
いる。このような手首を装着したアーム２は、図示しな
い機構がモータにより駆動され、屈曲や回転作動すると
共に本体６に対して旋回などして、ロボットが所望の動
作をすることができるようになっている。手首１は上述
したスイベル３などの各回動機構でアーム２の動きとは
独立して動作できるようになっており、その先端にはス
タッド溶接やアークスポット溶接などの溶接ガン７やト
ーチなどを装着するガン取付部８が設けられている。

このガン取付部８は伸縮可能な構造であり、第２図に示
すように溶接ガンを固定するガン基台９と基台保持部10
とからなっている。ガン基台９には、例えば適数本（図
示１本）の加圧方向に伸びるスライダ11が突設され、そ
のスライダが基台保持部10に形成されたスライド孔12に
嵌め込まれ、スライドベアリング13を介して軸方向の摺
動が許容されている。したがって、ガン基台９はガン取
付部８内において回動できないが、溶接ガンの加圧方向
14のみへの変位が許容されている。このガン基台９と基
台保持部10との間には、ガン基台10が手首から離れる方
向に一定の力で付勢すると共にガン加圧方向の変位を吸
収する２つのスプリング15,16が介在されている。これ
は、溶接ガン７がワーク17〔第１図参照〕で押さえたと
き、ガン基台９がガン取付部８内で後退変位することが
できると共に、その変位を吸収して加圧作動時に手首１
や後述するセンサ19に作用する衝撃力を和らげることが
できるようになっている。このスプリング15,16の弾発
力は当板18を介してガン基台９に伝達されるが、その当
板18とガン基台９との間に、加圧制御において発生する
ワーク17からの加圧反力を検出するセンサ19が設けられ
ている。このセンサはロードセルなどであり、加圧力に
比例して上述のスプリング15,16が縮められているとき
の加圧力を検出することができ、検出された圧力はコー
ド20を介して電気信号でもって図示しないストレインア
ンプなどに入力されるようになっている。なお、加圧状
態にないときには、センサ19にはスプリング15,16の初
期力しか作用しない。

ところで、ロボットの制御系には位置フィードバックル
ープや速度フィードバックループが形成されているが、
それらの空間移動制御系に加えて、加圧制御系および両
制御系の切換えロジックが組み込まれている。本実施例
においては空間移動制御系においてのみならず、加圧制
御系においてもフィードバックループが採り入れられて
いる。なお、このような制御系を有するロボットにワー
ク17の溶接部位を教示するときには、その溶接部位の位
置のみならず、ワークの面直方向と溶接ガン７の軸線方
向との傾斜角度θも教示されるようになっている。

このような構成の手首装置においては、以下のようにし
て溶接ガン７を加圧制御することができる。

まず、手首１をワーク17の所定溶接部位に移動させると
き、第３図および第４図に示す切換えロジック21がオフ
にされ、加圧制御系における加圧および傾斜角度設定値
22の指令信号が遮断される。空間移動制御系における位
置指令23を受けてアーム２が適宜作動され、かつ手首１
においてもスイベル３などの回動機構が作動される。そ
の間、手首１が予め教示されている位置に到達するよう
に、エンコーダ24からの信号をもとに破線で示すフィー
ドバック制御が行なわれる。そのとき、手首などの移動
速度についても、それを駆動しているモータ25に付設さ
れているタコジェネレータ26で検出された速度と対比さ
れ、指定された速度となるように一点鎖線で示したよう
なフィードバック制御が行なわれる。手首１が移動して
溶接ガン７の先端がワーク17の所望の溶接部位に到達す
ると、切換えロジック21が自動的にオンされ、上述した
ロボットの空間移動制御に加えて、溶接ガン７がワーク
17を押圧する加圧制御機能が追加される。

ロボットはその溶接部位で拘束状態にあるので、アーム
２や手首１の各作動機構を駆動するモータ25に流れる電
流の増分によって、ワーク17が加圧される。加圧が進む
とガン取付部８内に介在されたスプリング15,16に支持
されているガン基台９が、スプリングを圧縮しながら基
台保持部10方向に後退する。このとき、溶接ガン７はス
プリング15,16の弾発力に抗して変位するが、基台保持
部10に対して回転することはなく、加圧動作による溶接
ガン７の姿勢は保持される。なお、スプリング15,16に
よってガン基台９が支持されていることから、その後退
作動中に急激な加圧反力が作用しても、手首１やセンサ
19への衝撃は緩和される。

いま、溶接ガン７の軸線が溶接部位の面に対して直角に
なっていないと、溶接ガン７の先端がワーク17から滑り
出す事態が生じる。これを防止するため、第４図におい
ては、溶接ガン７の姿勢を保持するスイベル３およびベ
ンド４の制御系に、第３図に示す制御系に加えて、対抗
トルクを生ずる切換えロジック27が組み込まれている。
したがって、溶接ガン７がワーク17の溶接部位を加圧す
るとき、切換えロジック21および27がオンされ、その加
圧反力がセンサ19で検出され、制御部に入力される。制
御部にはその溶接部位における溶接ガン７の傾斜角度θ
およびツール長さＬ〔第１図参照〕28が教示されている
ので、その記憶されている傾斜角度θおよびツール長さ
Ｌと検出された加圧値から、手首軸に作用させるトルク
が演算される。その演算結果を受けて溶接ガン７の先端
がワーク17の溶接部位から逃げない対抗トルクを手首軸
に発生させるように、空間移動制御系のモータに電流が
流される。ロボットが加圧を強めると検出される圧力も
増大し、その値に応じてトルクも増強される。所定の設
定圧力にまで加圧が行なわれていなければ、第３図およ
び第４図の二点鎖線で示すフィードバック制御によっ
て、加圧および傾斜角度設定値22からの加圧値信号に一
致するまで加圧作動が続けられる。設定値に到達すると
その加圧力が保持され、溶接のための電圧が掛けられて
溶接が行なわれる。その部位での溶接が完了すると、切
換えロジック21が自動的にオフし、加圧力フィードバッ
クループは断たれると共に、加圧力は除去される。この
とき、加圧力の減少に比例して手首軸の対抗トルクも減
少する。加圧力が定められた初期値以下になると、切換
えロジック27がオフされ、対抗トルクは消失する。そし
て、教示されている次の溶接部位に手首が移動され、同
様の手順による制御によって順次そのワークに対する作
業が続けられる。

なお、本発明は、手首に設けられているスイベルなどの
各機構体で、その各軸回りのトルクが発生しないように
工夫されている場合だけでなく、手首に特別の工夫を施
していない場合にも適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上の実施例の詳細な説明から判るように、ロ
ボットに溶接部位の位置のみならず溶接ガンの軸線方向
の傾斜角度を教示し、ロボットの復元作動において溶接
ガンに作用するワークからの加圧反力をセンサで検出
し、その加圧値と教示されている傾斜角度とから所望の
トルクを手首軸に発生させ、加圧力の増加に比例してそ
のトルクを順次増大させるようにしたので、溶接ガンが
ワークに対して面直状態になくても、所定の加圧力を発
生させ、ガン先端で滑りを起こすことなく溶接すること
ができる。したがって、複雑な形状をしたワークに対し
ても、特殊な方向からの溶接機を別途準備する必要がな
く、また同一の生産ラインにおいて多様な個所の溶接を
迅速かつフレキシブルに行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される産業用ロボットの全体概略
模式図、第２図は手首装置における溶接ガン取付部の断
面構成図、第３図および第４図はロボットの制御系ブロ
ック図である。 １……手首、７……溶接ガン、17……ワーク、19……セ
ンサ、θ……傾斜角度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 晋二 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 坂本 好隆 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットにワークの溶接部位を教示すると
   き、その溶接部位の位置のみならず、ワークの面直方向
   と溶接ガンの軸線方向との傾斜角度を教示し、ロボット
   の復元作動において溶接ガンがワークの溶接部位を加圧
   するとき、溶接ガンに作用するワークからの加圧反力を
   検出し、その加圧値と教示されている傾斜角度とから、
   溶接ガンの先端がワークの溶接部位から逃げないような
   トルクを手首軸に発生させ、加圧力の増加に比例してそ
   のトルクを順次増大させることを特徴とする産業用ロボ
   ットにおける手首制御方法。