JPH07141010A - 溶接用ロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、２箇所以上に溶接部位の存在する溶
接対象物を、ポジョショナと２台のロボットとを用いて
溶接する溶接用ロボットの制御方法の改良に関するもの
である。 【構成】溶接対象物を載置した１台のポジショナと溶接
トーチを持つマニピュレータ１台とを協調制御するロボ
ットと、溶接トーチを持つもう１台のマニピュレータを
制御するロボットとを用いてこれらを同時に動作させな
がら溶接を行うシステムにおいて、前記２台のマニピュ
レータの対応する溶接区間における一方のマニピュレー
タが実行する補間数を他方のマニピュレータを制御する
ロボットに通知して前記他方のマニピュレータの当該溶
接区間における補間数とし、当該溶接区間の前記他方の
マニピュレータのプレイバック速度を前記補間数によっ
て算出し、前記算出したプレイバック速度に対応して前
記他方のマニピュレータの速度以外の溶接条件を修正す
る溶接用ロボットの制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、図１に示すように２箇
所以上に溶接部位の存在する溶接対称物を、ポジョショ
ナ上に設置して溶接を行うに際して、ティーチングプレ
イバック方式のロボットを２台用いて溶接するようにし
た産業用ロボットの制御方法の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連するシステム構成は、図２
に示す如く、溶接を行うための溶接トーチ１と、溶接ト
ーチ１を持つマニピュレータ１１と、溶接対象物８０を
載置するための１軸以上の回転機構を有するポジショナ
２０と、マニピュレータ１１およびポジショナ２０を制
御する制御装置３１と、マニピュレータ１１およびポジ
ショナ２０の動作や溶接作業の教示を行う場合に用いる
ティーチペンダント４１と、溶接を行うための溶接トー
チ２と、溶接トーチ２を持つマニピュレータ１２と、マ
ニピュレータ１２を制御する制御装置３２と、マニピュ
レータ１２の動作や溶接作業の教示を行う場合に用いる
ティーチペンダント４２と、制御装置３１と３２とを結
ぶ通信回線５０とからなる。

【０００３】図３および図４に、従来の溶接作業の教示
手順を示す。最初にポジショナ２０の絶対姿勢とそれに
対する溶接トーチ１の相対位置姿勢の組を、溶接対象物
８０の溶接作業区間およびその前後の複数の点について
順次記憶していく。また、各教示点間の移動方法（速度
・軌跡）と、必要に応じて溶接条件（電流・電圧）を教
示する。こうして得られた教示データ６１は、制御装置
３１内部の記憶装置７１に格納される。この教示データ
６１は、通信回線５０またはフロッピーディスク等の媒
体を介して制御装置３２内の記憶装置７２に転送され
る。

【０００４】次に、制御装置３１に接続されたティーチ
ペンダント４１の操作により、教示データ６１に基づい
て、マニピュレータ１１とポジショナ２０のプレイバッ
クを行う。そして各教示点毎に止めて、マニピュレータ
１１とポジショナ２０とを、教示した位置・姿勢になる
ようにする。各教示点では、ティーチペンダント４２を
用いてマニピュレータ１２を動作させ、その時のマニピ
ュレータ１１とポジショナ２０の位置・姿勢に対応し
て、トーチ２が取るべき位置・姿勢に修正する。この位
置・姿勢を、記憶装置７２に格納された教示データ６１
の対応する教示点の値と入れ換え、教示データ６２を作
成する。こうすることによって、ポジショナ２０とトー
チ１およびトーチ２の三者が同時に取るべき位置・姿勢
が確定する。

【０００５】制御装置３１による教示データ６１のプレ
イバックアルゴリズムを図５に示す。説明を簡単にする
ため、ポジショナは１軸の自由度のみ有するものとし、
Ｐ１（ｘ1,ｙ1,ｚ1,ａ1,ｂ1,ｃ1,ｗ1 ），Ｐ2 （ｘ2,ｙ
2,ｚ2,ａ2,ｂ2,ｃ2,ｗ2 ）の２点間の直線動作について
説明する。ここで、ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃはポジショ
ナ上に定義された直角座標系９０での位置姿勢を表し、
ｗはポジショナの回転角度を表すものとする。教示され
たプレイバック速度Ｖ1 は、座標系９０上をトーチ１の
先端が動作する速度である。したがって、Ｐ1 からＰ2
までの移動時間Ｔ1 は、

【０００６】

【数１】

【０００７】で表される。制御装置３１の演算周期をｔ
とすると、Ｐ1 からＰ2 までの補間点数は、

【０００８】

【数２】

【０００９】で与えられる。Ｐ1 からＰ2 までの各補間
点における、ポジショナ２０の回転角度ｗとトーチ１の
位置姿勢の与え方は様々であるが、本発明の本題ではな
いのでここでは説明しない。また本発明は、補間点の算
出方法に依存するものではない。

【００１０】一方制御装置３２による教示データ６２の
プレイバックアルゴリズムを図６に示す。制御装置３２
にはポジショナ２０は接続されていないが、ポジショナ
とトーチ２との相対位置姿勢関係を保ってマニピュレー
タ１２を動作させる必要があるため、内部的には制御装
置３１の制御対象と同じポジショナを協調制御するため
の演算を行う。マニピュレータ１１とポジショナ２０が
Ｐ1 またはＰ2 にある時の教示データを、それぞれＱ1
(ｐ1,ｑ1,ｒ1,ｄ1,ｅ1,ｆ1,ｗ1)，Ｑ2(ｐ2,ｑ2,ｒ2,ｄ
2,ｅ2,ｆ2,ｗ2)とする。教示されたプレイバック速度Ｖ
2 は、座標系９０上をトーチ２の先端が動作する速度で
ある。したがって、Ｑ1 からＱ2 に至る経路も直線であ
るとするとＱ1 からＱ2 までの移動時間Ｔ2 は、

【００１１】

【数３】

【００１２】で表される。制御装置３２の演算周期を制
御装置３１と同じくｔとすると、Ｑ1 からＱ2 までの補
間点数は、

【００１３】

【数４】

【００１４】で表される。ところで良い溶接作業結果を
得るためには、Ｐ1 からＰ2 にいたる間の長さとＱ1 か
らＱ2 に至る間の長さが異なっても、Ｐ1 からＰ2 への
動作と、Ｑ1 からＱ2 への動作タイミングを、開始、終
了ともに完全に一致させることが必要となる。このため
には、、Ｐ1 からの動作開始時刻とＱ1 からの動作開始
時刻を一致させることと、Ｎ1 とＮ2 を等しくすること
とが必要である。なぜなら、ポジショナ２０は、両方の
マニピュレータが次の教示点に到着した時に始めてつぎ
の姿勢をとるように駆動されなければならない。このた
めに、もし両方のマニピュレータの動作終了時刻が一致
しない時にはトーチ１がＰ2 に到達し、かつポジショナ
２０が回転角度w2に到達する時刻と、トーチ２がＱ2 に
到達する時刻との間に時間差が生じることとなり、先に
動作が終了した方のマニピュレータおよびポジショナが
遅れたほうのマニピュレータの動作完了を待つことにな
る。その結果これらはその位置で停止してしまうことに
なって、予定しない停滞が発生して、溶接の中断等が発
生して望ましくない溶接結果となる。

【００１５】このため、従来においては両制御装置間を
通信回線５０で結び、同期信号を通知し合うことによっ
て動作開始時刻を一致させる一方、マニピュレータ１１
または１２の教示位置を微修正することにより、補間点
数Ｎ1 とＮ2 とを一致させて両者の動作終了時刻を一致
させていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方法にお
いては、溶接区間に複数の教示点が存在すると次のよう
な問題が生じる。すなわち、連続する教示点Ｑ1 ，Ｑ2
，Ｑ3 があってＱ1 からＱ2 への動作終了時刻を一致
させるためにＱ1 からＱ2 に至る間の補間点数を変更す
るためにＱ2 点の位置修正を行うと、Ｑ2 からＱ3 に至
る間の補間点数が影響を受け、結果としてＱ3 点の位置
修正も必要となる。このような作業は、教示点数が増え
れば増えるほど増加し、位置修正に費やす時間は膨大な
ものとなる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、１台のポジシ
ョナに設置された作業対象物に対して、トーチを持つ２
台のマニピュレータを用いて同時に溶接作業を行う時、
ポジショナと２台のマニピュレータの動作タイミングを
等しくするために、２台のマニピュレータの対応する溶
接区間において、一方のマニピュレータが実行する補間
数を、他方のマニピュレータを制御するロボットに通知
し、前記他方のマニピュレータの当該溶接区間における
補間数として採用するとともに、当該溶接区間の前記他
方のマニピュレータのプレイバック速度を前記補間数に
よって算出し、前記算出したプレイバック速度に対応し
て、前記他方のマニピュレータの速度以外の溶接条件を
修正することによって、溶接品質を確保し、かつ全シス
テムを滑らかに動作させるようにしたものである。

【００１８】

【実施例１】図７ないし図９に本発明の第１の実施例を
示す。この実施例は、教示データ６２をオフライン方式
で修正して教示データ６３に変換し、溶接実行時にはこ
の教示データ６３を読み出してマニピュレータ１２を制
御する方法である。図７は、教示データ６２をオフライ
ン方式で修正してマニピュレータ１２のための教示デー
タ６３として記憶するまでのアルゴリズムを示す。図７
において、まず教示データ６１の溶接区間内の全ての教
示点間の補間数Ｎ_i を求める。次に教示データ６１の溶
接区間内における全ての教示点に対応する教示データ６
２の各教示点について、隣接する全ての２点間毎に、上
記求めた補間数で動作させるための速度Ｖ_i を求める。

【００１９】上記によって得られた速度Ｖ_i を、当該溶
接区間のマニピュレータ１２のプレイバック速度とす
る。さらに、変更された速度に対して、要求される溶接
結果が得られる溶接電流・電圧を換算表等を用いて求
め、当該溶接区間の溶接条件とする。上記求められた教
示データは、教示データ６３として制御装置３２の記憶
装置７２に格納される。

【００２０】図８および図９に、上記によって求められ
た教示データ６３を、教示データ６１とともに同期を取
りながら実行させるためのアルゴリズムを示す。ただ
し，溶接開始点に近づくまでのトーチおよびポジショナ
の動作方法と、溶接終了点から安全な位置へトーチおよ
びポジショナを引き離す動作については、本題ではない
ためここでは省略する。

【００２１】トーチ１とポジショナ２０の位置・姿勢を
溶接開始点に到達させた制御装置３１と、トーチ２を溶
接開始点へ到達させた制御装置３２は、溶接開始作業を
行う直前に、それぞれ通信回線５０を介して互いの制御
装置に同期信号を通知する。各制御装置は、相手からの
同期信号を受けた直後溶接を開始し、再度溶接開始成功
を相手側に通知する。相手側から溶接開始成功の通知を
受け取り、自身も溶接開始に成功していれば、マニピュ
レータおよびポジショナの動作を開始する。

【００２２】また両制御装置は、溶接終了点に到達し溶
接終了すると、互いにその旨通知しあう。相手側制御装
置から溶接終了処理完了の通知を受け取り、自身も溶接
終了処理を完了していれば、溶接終了点から安全な位置
・姿勢へトーチおよびポジショナを引き離す動作に移
る。

【００２３】

【実施例２】上記実施例においては、マニピュレータ１
２のための教示データを、マニピュレータ１１の教示デ
ータに対応してオフラインにてあらかじめ算出して修正
記憶したが、この教示データの修正は溶接実行時にオン
ラインで算出してもよい。

【００２４】図１０および図１１に、教示データ６２の
プレイバック速度をオンラインで変更することによっ
て、マニピュレータ１１，１２とポジショナ２０の動作
タイミングを一致させるためのアルゴリズムを示す。ト
ーチ１とポジショナ２０の位置・姿勢を溶接開始点に到
達させた制御装置３１と、トーチ２を溶接開始点へ到達
させた制御装置３２は、溶接開始作業を行う直前に、そ
れぞれ非同期に通信回線５０を介して互いの制御装置に
同期信号を通知する。各制御装置は、相手側制御装置か
らの同期信号を受けた直後溶接を開始し、再度溶接開始
成功を相手側に通知する。相手側制御装置から溶接開始
成功の通知を受け取り、自身も溶接開始に成功している
制御装置は、次の動作に移る。

【００２５】さらに両制御装置は、溶接終了点に到達し
溶接終了すると、互いにその旨通知し合う。相手側から
溶接終了処理の通知を受け取り、自身も溶接終了を完了
していれば、溶接終了点から安全な位置・姿勢へトーチ
およびポジショナを引き離す動作に移る。

【００２６】またこれとは別に、制御装置３１は溶接区
間の各隣接する次の教示点Ｐ_i+1 からＰ_i+2 の間の補間
数Ｎ_i+1 を、図７に示した実施例と同様にして求め、該
補間数を少なくともＰ_i 点到達前に、通信回線５０を介
して制御装置３２に送信する。上記補間数を受信した制
御装置３２は、対応する教示点間を制御装置３１と同じ
補間数となるように、図７に示した実施例と同様にして
プレイバック速度を算出して、この速度に見合う溶接電
流・電圧を求めてつぎの溶接区間の溶接条件として記憶
しておき、教示データ６１のＰ_i+1 からＰ_i+2 に至る区
間に対応する教示データ６２のＱ_i+1 からＱ_i+2 に至る
区間のプレイバック実行時に使用する。

【００２７】

【本発明の効果】本発明により、１台のポジショナに設
置された作業対象物に対して、トーチを持つ２台のマニ
ピュレータを用いて同時に溶接作業を行う時、全システ
ムを滑らかに動作させて良い溶接作業結果を得るための
教示作業が、従来に比べて大幅に短縮され、作業効率を
著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】作業対象物の例を示す図。

【図２】本発明の対象となるシステム構成の例を示す
図。

【図３】従来の制御方法における教示手順の例を示す図
の１／２。

【図４】従来の制御方法における教示手順の例を示す図
の２／２。

【図５】図３および図４の従来方法における教示データ
６１のプレイバックアルゴリズムを示す図。

【図６】図３および図４の従来方法における教示データ
６２のプレイバックアルゴリズムを示す図。

【図７】本発明の制御方法における教示データ変換アル
ゴリズムの例を示す図。

【図８】図７の実施例において、教示データ６１を制御
装置３２と同期をとりながらプレイバックさせるアルゴ
リズムの例を示す図。

【図９】図７の実施例において、教示データ６３を制御
装置３１と同期をとりながらプレイバックさせるアルゴ
リズムの例を示す図。

【図１０】本発明の制御方法の別の実施例を示す図であ
り、溶接区間の隣接する教示点間の補間数を制御装置３
２に送信し、教示データ６１をプレイバックさせるアル
ゴリズムの例を示す図。

【図１１】図１０に示す実施例において、制御装置３１
からの補間点数を受信して教示データ６２のプレイバッ
ク速度をオンラインで変更し、プレイバックさせるアル
ゴリズムの例を示す図。

【符号の説明】

１，２ 溶接トーチ １１，１２ マニピュレータ ２０ ポジショナ ３１，３２ ロボット制御装置 ４１，４２ ティーチペンダント ５０ 通信回線 ６１ ロボット制御装置３１上に作成される教
示データ ６２ ロボット制御装置３２上に作成される教
示データ ６３ 教示データ６２を、本発明の制御方法に
したがって変換した教示データ ７１，７２ 教示データ格納用記憶装置 ８０ 溶接対象物 ９０ 溶接対象物８０上に定義された直角座標
系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接対象物を載置した１台のポジショナ
   と溶接トーチを持つマニピュレータ１台とを協調制御す
   るロボットと、溶接トーチを持つもう１台のマニピュレ
   ータを制御するロボットとを用いてこれらを同時に動作
   させながら溶接作業を行うシステムにおいて、前記２台
   のマニピュレータの対応する溶接区間における前記２台
   のマニピュレータのうちの一方のマニピュレータが実行
   する補間数を前記２台のマニピュレータのうちの他方の
   マニピュレータを制御するロボットに通知して前記他方
   のマニピュレータの当該溶接区間における補間数とし、
   当該溶接区間の前記他方のマニピュレータのプレイバッ
   ク速度を前記補間数によって算出し、前記算出したプレ
   イバック速度に対応して前記他方のマニピュレータの速
   度以外の溶接条件を修正する溶接用ロボットの制御方
   法。