JPH1131009A - ロボットによる溶接の順序計画方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用的な時間内で溶接の順序計画に対してほ
ぼ最適な解を得る。 【解決手段】 溶接ロボット装置１は、一対の多関節型
ロボット６，７のアーム先端に装着される高速回転アー
ク溶接用トーチ８，９によるツイントーチ方式で、小組
立部材１０をすみ肉溶接で製造する。小組立部材１０
は、平板状の主板１１に複数の部材１２〜１５を接合し
て製造する。各部材１２〜１５は、両側を同時に溶接す
る。ほぼ最適な解を実用的な時間内に得るため、旋回軸
５ａまわりのヘッド５の回転角度の範囲を制限する。タ
ッチセンシングの時間を減らすため、高速回転アーク溶
接用トーチの終端検知機能を活用する。溶接品質の点か
ら、ビード継ぎ制約条件を満たすように、解を制限す
る。対象となる部材が多いときは、さらにグループ化を
行い、解の探索対象を狭め、実用的な時間内での全探索
を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板状の対象物に複
数の部材をアーク溶接する場合に、サイクルタイムがほ
ぼ最短となる部材の溶接順序および溶接方向の組合せを
選択するロボットによる溶接の順序計画方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、各種生産の自動化のためにロ
ボットの導入が検討されている。たとえば特開平４−３
０３２０４には、多品種少量生産で、溶接工程を含む複
数の工程を実行する際に、ほぼ最短時間となる組合せを
求める生産計画システムについての先行技術が開示され
ている。この先行技術では、各工程毎の搬入時間、作業
時間および搬出時間をそれぞれ算出し、各工程を組合せ
て、待ち時間を含む全体の必要時間がほぼ最短となるよ
うに生産計画を行うようにしている。また、特開平２−
２７３８０７には、スポット溶接を複数台のロボットで
行うための教示用データ作成についての先行技術が開示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−３０３２０
４の先行技術では、溶接を含む各工程毎の作業時間をど
のようにして算出するかについての考え方は示されてい
ない。また、特開平２−２７３８０７では、複数台のロ
ボット間での衝突防止が目的である。生産性向上のため
にロボットを導入する以上、溶接作業時間を短縮するこ
とも重要である。

【０００４】たとえば船舶の船殻二重底フロアパネルに
代表される平板にスティフナ、ブラケットなどの防撓材
が取付けられるパネル構造部材では、平板に対して複数
の防撓材を溶接する順序や方向によって作業時間は大き
く変動してしまう。全ての部材の溶接箇所に対して、各
溶接箇所毎に必要な時間を算出して、溶接順序および溶
接方向の組合せの全てについて必要な総作業時間を算出
すれば、総作業時間であるサイクルタイムが最短となる
溶接順序および方向を解として選択することが可能なは
ずである。しかしながら、防撓材の数が多くなると、溶
接順序および溶接方向の組合せ数が膨大になり、高性能
のコンピュータ装置を使用しても、実用的な許容時間内
にほぼ最短な時間となる解を得ることが非常に困難とな
る。

【０００５】本発明の目的は、実用的な時間内でほぼ最
適な解を得ることができるロボットによる溶接の順序計
画方法および装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、終端検知機能
を有するロボットを用い、オフラインティーチによって
同一の対象物に対して複数の部材をアーク溶接する場合
の順序計画方法であって、全ての部材の溶接箇所に対し
て、溶接方向毎に、その部材の溶接に必要な時間、タッ
チセンシングに必要な時間、およびその作業間の移動に
必要な時間の総和を個別に算出する溶接時間算出段階
と、各部材の溶接箇所を溶接する順序、および溶接方向
についての全ての組合せからなる解から、予め定める制
約条件を満たさない解を除外する解除外段階と、解除外
段階で除外されない解に対し、溶接時間算出段階で算出
されている時間と部材間の移動に要する時間を合計し
て、合計時間がほぼ最短となる解を選択する解選択段階
とを含むことを特徴とするロボットによる溶接の順序計
画方法である。

【０００７】本発明に従えば、溶接時間算出段階で、同
一の対象物に対する全ての部材の溶接箇所について、溶
接方向毎にその部材の溶接に必要な時間、タッチセンシ
ングに必要な時間、およびその作業間の移動に必要な時
間の総和を個別に算出する。予め定める制約条件を満た
さない溶接箇所の順序および溶接方向の組合せである解
は、解除外段階で除外される。これによって解選択段階
で溶接時間算出段階において算出されている時間と部材
間の移動に要する時間を合計して比較する対象を絞るこ
とができ、選択の対象となる解の範囲を狭めてほぼ最適
な解を得るまでに要する時間を短縮することができる。

【０００８】また本発明は、前記解除外段階終了後に、
予め定める結合条件を満たす複数の部材をグループ化す
る部材結合段階をさらに含み、前記解選択段階では、グ
ループ化された部材を１つの部材として取扱うことを特
徴とする。

【０００９】本発明に従えば、部材結合段階で、複数の
部材をグループ化して最適解選択段階で取扱う部材の数
を減らすので、適切な数まで部材の数を減らせば、実用
的な時間内に容易にほぼ最適な解を得ることが可能とな
る。

【００１０】また本発明で前記ロボットは、溶接箇所に
対して空間的に移動可能なテーブルに装着されることを
特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、ロボットの位置と姿勢の
変化を行うのに必要な時間を考慮して、ほぼ最適な溶接
方向および順序を選択することができる。

【００１２】また本発明で前記ロボットは、同一のテー
ブルに対をなすように装着され、部材の両側を同時に溶
接可能であることを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、部材の両側に対しテーブ
ルに対をなすように装着されるロボットで同時に溶接を
行うようにすることができるので、複数の部材を対象物
に迅速に溶接することができる。

【００１４】また本発明で前記解除外段階では、部材の
両側を同時に溶接可能であっても、一方側に他の部材が
接続される場合は、他方側で予め定めるビード継ぎ条件
を満たす必要があることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、部材の両側を同時に溶接
中に、一方側が他の部材の接続部分で溶接を中断する必
要があるとき、他方側もいったん溶接を停止する。次に
溶接を行うときには、他方側はビード継ぎ条件を満たす
ように行うので、全体として健全な溶接を、自動的に行
うことができる。

【００１６】また本発明で前記一対のロボットは、旋回
変位可能なテーブルに装着され、前記解除外段階では、
旋回変位が予め定める角度範囲内となる解のみを選択の
対象とすることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、一対のロボットが装着さ
れるテーブルは旋回変位可能であり、解除外段階で旋回
変位が予め定める角度範囲内となる解のみを選択の対象
とするので、旋回変位について効率的に解の数を減らす
ことができる。

【００１８】また本発明は、溶接対象物は板状で、水平
面上に載置され、前記ロボットは、水平面上を移動可能
な門構形移動装置に天吊りされる垂直多関節型ロボット
であり、アームの先端に終端検知機能を備える高速回転
アーク溶接用トーチを有することを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、板状の対象物に複数の部
材を、門構形移動装置に天吊りされる垂直多関節ロボッ
トの終端検知機能を利用しながらアーク溶接を行うこと
ができる。高速回転アーク溶接用トーチは終端検知機能
を備えるので、溶接前に正確な終端位置を検知する必要
無しに、溶接中に自動的に検知して溶接を停止させるこ
とができる。

【００２０】さらに本発明は、終端検知機能を有するロ
ボットを用い、オフラインティーチによって同一の対象
物に対して複数の部材をアーク溶接する場合の順序計画
装置であって、全ての部材の溶接箇所に対して、溶接方
向毎に、その部材の溶接に必要な時間、タッチセンシン
グに必要な時間、およびその作業間の移動に必要な時間
の総和を個別に算出する溶接時間算出手段と、各部材の
溶接箇所を溶接する順序、および溶接方向についての全
ての組合せからなる解から、予め定める制約条件を満た
さない解を除外する解除外手段と、予め定める結合条件
を満たす複数の部材をグループ化する部材結合手段と、
部材結合手段によってグループ化された部材と、グルー
プ化されない部材とに基づく解のうち、解除外手段によ
って除外されない解に対し、溶接時間算出手段によって
算出されている時間と部材間の移動に要する時間を合計
して、合計時間がほぼ最短となる解を選択する解選択手
段とを含むことを特徴とするロボットによる溶接の順序
計画装置である。

【００２１】本発明に従えば、同一の対象物に対して複
数の部材をアーク溶接する際に、終端検知機能を有する
ロボットを用いる。溶接時間算出手段は、全ての部材の
溶接箇所に対して、溶接方向毎にその部材の溶接に必要
な時間、タッチセンシングに必要な時間、およびその作
業間の移動に必要な時間の総和を個別に算出する。解除
外手段は、予め定める制約条件に従って制約条件を満た
さない溶接箇所の順序および溶接方向の組合せである解
を除外する。さらに部材結合手段で複数の部材を結合す
るので、解選択手段で、溶接時間算出手段によって算出
されている時間と部材間の移動に要する時間を合計する
際に探索の対象とすべき解の数が減少し、実用的な時間
内でほぼ最適な解を求めることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
順序計画方法の対象となる溶接ロボット装置１の全体的
な構成を示す。門構形移動装置２は、床面上に敷設され
る２本の平行なレール３，４上を往復走行可能である。
門構形移動装置２には、走行方向に垂直な横行方向に往
復移動可能なテーブル５が設けられる。鉛直方向に延び
る旋回軸５ａまわりに角変位可能なテーブル５には、一
対の垂直多関節型ロボット６，７のアームが天吊りされ
ている。各ロボット６，７のアームの先端には、高速回
転アーク溶接用トーチ８，９がそれぞれ装着され、ツイ
ントーチ方式でのすみ肉溶接が可能である。

【００２３】溶接ロボット装置１は、たとえば船舶の船
殻二重底フロアパネルに代表される小組立部材１０を溶
接するために用いられる。小組立部材１０は、床面上に
ほぼ水平に載置される平板状の主板１１の表面に、複数
の部材１２，１３，１４，１５を、単純すみ肉溶接継手
を構成するようにアーク溶接して形成する。部材１２，
１３，１４，１５は板状であり、主板１１の表面に立て
た状態で溶接する。したがって、一対の高速回転アーク
溶接用トーチ８，９を用いて、同一の部材に対するすみ
肉溶接を両側から同時に行うことができる。

【００２４】図２は、溶接対象となる小組立部材１０の
例を示す。部材１２，１３，１４，１５などは、主板１
１である平板に取付けられるスティフナやブラケットな
どの防撓材であり、大型の船舶ではこのような小組立部
材を多数組合せて船殻二重底フロアパネルなどを形成す
る。溶接箇所は、予めオフラインティーチによって、溶
接ロボット装置１に情報として入力しておく。

【００２５】図３は、図１に示す溶接ロボット装置１に
おける情報の流れを示す。生産設計事務所にはＥＷＳな
どと略称されるエンジニアリングワークステーションな
どで動作するＣＡＤシステム２０が設けられ、設定され
ている船殻モデル２１に基づき、三次元的な加工関連情
報ファイル２２としてＮＣ情報作成装置２３に加工関連
情報を出力する。ＮＣ情報作成装置２３では、加工関連
情報ファイル２２を読込み、図１の溶接ロボット装置１
で連続的に溶接することができない部位を判定し、必要
に応じて部材モデルの分割処理を行う。続いて作業順序
計画を行い、衝突チェックの後、各部材を溶接するため
のＮＣ情報をオフラインティーチ情報として作成し、フ
ロッピディスクなどの情報記録媒体２４にファイルとし
て記録して出力する。

【００２６】生産の現場ではライン制御装置２５が情報
記録媒体２４に記録されているＮＣ情報を読込み、この
オフラインティーチ情報に従って門構形移動装置２と２
台のロボット６，７とを総括的に制御する。ロボット
６，７をそれぞれ制御するロボット制御装置２６，２７
は、通信回線２８を介して送られるＮＣ情報に基づい
て、ロボット６，７に溶接作業を実行させる。

【００２７】図４は、図１の溶接ロボット装置１で、す
み肉溶接を行う際に、タッチセンシング（以下「ＴＳ」
と略称する）および終端検知を行う原理を示す。図４
（ａ）は、主板１１に部材１２をすみ肉溶接する基本的
な形態を示す。溶接トーチ２９が溶接ビード３０を形成
しながら始端３１から終端３２まで移動し、主板１１の
表面上に板状の部材１２を立設させるアーク溶接を行
う。ロボットで溶接トーチ２９を自動的に移動させてア
ーク溶接を行う際には、始端３１と終端３２とについ
て、ＴＳによって正確な位置を検知する必要がある。図
３に示すようなＣＡＤシステム２０は、モデルに対する
加工関連情報を出力するが、実際の主板１１や部材１２
の配置は、モデルについて設定される位置からずれる可
能性があるからである。

【００２８】図４（ｂ）は、終端３２についてＴＳを行
っている状態を示す。ＴＳを行う際には、溶接トーチ２
９を何度も、かつ溶接トーチ２９や主板１１および部材
１２に衝撃を与えないように低速度で、溶接トーチ２９
の先端を主板１１や部材１２の表面に接触させる必要が
ある。接触点３３と溶接トーチ２９の移動量とから、始
端３１や終端３２の実際の位置を検知する。図４（ａ）
に示すような基本的なすみ肉溶接では、始端３１と終端
３２との２箇所に対してＴＳを行い、その後でアーク溶
接を実行する。ＴＳは、かなり時間を要し、なるべく省
略する方が生産性の点で好ましい。

【００２９】図４（ｃ）は、図１の溶接ロボット装置１
の高速回転アーク溶接用トーチ８，９によって行われる
高速回転アーク溶接の原理を示す。高速回転アーク溶接
用トーチ８に対して、回転３４を与えながら溶接電流や
電圧の変化を監視すると、終端３２の周囲が開空間であ
る場合は、終端３２の位置を検知することができ、終端
３２に対するＴＳを省略することができる。またすでに
溶接が終了した部分の溶接ビード３０に溶接トーチが到
達するときも、溶接電流や電圧の変化から検知すること
ができる。このような高速回転アーク溶接による終端検
知の原理は、たとえば本件出願人による特願平９−６６
５１６の明細書などに記述されている。

【００３０】図５は、図３に示すＮＣ情報作成装置２３
による作業順序計画の対象となる小組立部材１０の例を
示す。１枚の平板状の主板１１上に、５枚の部材１２〜
１６が配置されている。主板１１に各部材１２〜１６を
溶接する作業では、すみ肉溶接そのものに要する時間
と、ＴＳに要する時間と、さらに部材１２〜１６間の移
動に要する時間であるエアーカット時間とが必要とな
る。作業順序計画では、これらの時間の合計値を最小と
する組合せ最適化問題であり、巡回セールスマン問題
（Traveling Salesman Problem からＴＳＰと略称する
こともある）に類似の問題となる。組合せ最適化問題で
は、全ての組合せについて評価して探索し、最適な解を
採用すれば、最適解を得ることができる。しかしなが
ら、一般には全探索を行うと、膨大な時間を要する。こ
のため、ＧＡ(Genetic Algorithm）やＳＡ（Simulated
Annealing)などの手法を用いて、適当な時間内でほぼ最
適な解を得る手法が適用されている。あるいは、問題毎
に特徴を分析し、問題毎にそれぞれ解法を考案して適用
されている。

【００３１】主板１１に対して、各部材１２〜１６は、
たとえばスポット溶接で仮付けされている状態ですみ肉
溶接を実行する。作業順序計画で決定すべき項目とし
て、次の３つが挙げられる。

【００３２】（１）部材間の溶接順序 （２）各部材毎の溶接方向 （３）各部材の両側についての高速回転アーク溶接用ト
ーチの割当て 主板１１は、矩形であり、長手方向を図１の門構形移動
装置がレール３，４に沿って移動する方向であるｘ方向
とし、これに垂直な横行方向をｙ方向とする。また一対
の高速回転アーク溶接用トーチ８，９は、一方の高速回
転アーク溶接用トーチ８をマスタとし、他方の高速回転
アーク溶接用トーチ９をスレーブとする。

【００３３】図６は、図５に示すような溶接対象ワーク
のうち、部材１６を分割して、全体で５つの部材１２〜
１６を６つの部材Ａ〜Ｆとして溶接順序〜と、矢印
で示す溶接方向と、二重丸と一重丸とで示す高速回転ア
ーク溶接用トーチ８，９の割当てとを行っている一例を
示す。部材１６を、部材Ｅと部材Ｆとに分割しているの
は、部材１６の両側を一対の高速回転アーク溶接用トー
チ８，９で同時に溶接する場合、部材１５が部材１６の
一方側に接続されているので、連続的に溶接を行うこと
ができず、２つの部材Ｅ，Ｆとして、別個に溶接する必
要があるからである。

【００３４】図７は、図６の部材１６を２つの部材Ｅ，
Ｆのように分割するときに生じるビード継ぎの制約につ
いて示す。すなわち図７（ａ）に示すように、部材１５
の先端に、他の部材１６の中間部分が接合され、大略的
にＴ字状に組合わされているときには、部材１６の側面
を１回で溶接することができない。このとき図７（ｂ）
に示すように、他方の部材１６は、図６の部材Ｅ，Ｆに
相当する２つの部材１６α，１６βに部材分割して溶接
する必要がある。ここで図７（ｂ）に示す「〜」の部分
は、品質保証の必要性から、サイクルタイムを犠牲にし
ても必ずビード継ぎを行う必要がある。また、高速回転
アーク溶接法では、図７（ｃ）に示すように、溶接の終
端側でのみビード継ぎを自動的に行うことができる。こ
のため、分割された部材Ｅ，Ｆ間では、ビード継ぎを行
う必要性から局所的な順序関係が発生し、ビード継ぎの
制約条件となる。

【００３５】図８は、図３のＮＣ情報作成装置２３の作
業順序計画によって、解空間を絞込む考え方を示す。一
般に組合せ最適化問題では、組合せる要素の数が１つで
も増えると探索の対象となる解の数が著しく増大する。
さらに図５に示すような主板１１に複数の部材１２〜１
６を溶接する順序の最適化を行うような場合には、決定
すべき項目が多く、また各項目が作業順序を計画するう
えで、相互に影響を及ぼし合ってしまう。このため、そ
の全解空間４０は、広大かつ複雑なものとなる。そこ
で、解の最適性をそれほど損なわずに、独自に決定可能
な項目を決定し、組合せ数を減少させ、その後に全探索
を行ってほぼ最適な解を採用することとする。解の探索
手順としては、次のように行う。

【００３６】（１）各部材を溶接する際の部材の両側の
トーチ割当てを決定する。 （２）各部材に対して、溶接方向毎に、その部材を溶接
する際の作業時間、ＴＳに必要な時間、およびその作業
間の移動に必要な時間の総和を算出する。 （３）ある部材間でビード継ぎ制約が存在する場合に、
それら部材内の溶接順序および方向をある程度限定する
半固定化を行う。 （４）部材数が多い場合は、それが適当な数になるま
で、後述するルールに基づいて部材をグループ化し、こ
の際、グループ内の部材の溶接順序および方向を半固定
化する。 （５）グループとグループ化されていない部分との全て
の組合せに対し、全探索を行ってサイクルタイムが最短
の解を採用する。

【００３７】手順（１）が終了すると、図８のトーチ割
当て後の解空間４３のように、全解空間４０が絞られ
る。手順（３）によって、ビード継ぎ制約で解空間を限
定すれば、図８のビード継ぎ制約で限定される解空間４
４のようにさらに解空間が絞られ、実行可能解４１の一
部のみが探索の対象となる。さらに手順（４）で、部材
数を減らせば、図８のグループ化後の解空間４５のよう
に、解空間が減少し、実用的な時間内で全探索を行うこ
とが可能となる。

【００３８】図９は、手順（１）でトーチの割当てを行
う際の原則を示す。

【００３９】一般に旋回軸５ａの回転を頻繁に行うこと
は、サイクルタイムを増大させる原因となる。特に、門
構形移動装置２で走行や横行の速度に比較して、旋回速
度が遅いときは、サイクルタイムを短縮するために、極
力、旋回動作を減らす必要がある。図９（ａ）は、旋回
軸５ａの回転角度θを、−９０°＜θ≦９０°の範囲に
限定している状態を示す。同等のトーチ割当ては、図９
（ｂ）のようにしても得られる。ただし、θ≦−９０°
またはθ＞９０°となり、回転角度θの絶対値が大きく
なってしまう。前述の（１）のトーチ割当てによって、
予め部材方向に基づくトーチ割当てを行えば、図８に示
すトーチ割当て後の解空間４３のように、解空間を大幅
に縮小して、絞り込むことができる。

【００４０】図１０は、前述の手順（２）で溶接方向毎
の作業時間の算出を行う際の考え方を示す。図７の部材
１５，１６の組合せで、図１０（ａ）に示すように、部
材１５側の両端をＡ点およびＢ点とする。溶接方向とし
ては、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、
２通りが探索の対象となる。図１０（ｂ）では、始端の
Ａ点および終端のＢ点でＴＳが必要となり、ＴＳのため
のトーチの移動時間も必要となる。図１０（ｃ）では、
始端となるＢ点ではＴＳが必要であるけれども、終端と
なるＡ点は周囲が開空間であるので、高速回転アーク溶
接法を用いれば溶接中に終端が自動的に検知され、ＴＳ
は不要である。このように、溶接方向によって、ＴＳを
含む作業時間が異なるので、溶接方向毎の作業時間を算
出して、全探索を行うことが可能なように準備する必要
がある。

【００４１】図１１は、前述の手順（３）で、ビード継
ぎ制約の存在する部材の半固定化を行う処理を示す。図
１１（ａ）に示すように、部材１６を部材１６α，１６
βに分割する。図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、ビ
ード継ぎ制約を満たす１つの部材１６として置換えて半
固定化する。図１１（ｄ），（ｅ）に示すような溶接順
序および方向については、ビード継ぎ制約を満たさない
ので、実行不可能な組合せとして除外する。

【００４２】図１２は、前述の手順（４）で、部材のグ
ループ化を行う処理の概要を示す。解空間は、溶接すべ
き部材数が増えると、爆発的に膨張する。そのため、手
順（５）の全探索の時点では、部材数が少ないことが望
ましい。そこで、一定のルールに基づき、たとえば図１
２（ａ）に示す６つの部材１７Ａ〜Ｆのうち、２つの部
材１７Ｂ，Ｃをグループ化して、図１２（ｂ）に示す１
つの部材１７Ｇとして取扱い、グループ内での溶接順序
および方向を半固定化する。グループ化のルールとして
は、現在対象となっている部材の全部について、個別的
な溶接に要する作業時間と、部材間の移動に要する時間
との和が最小となることと定める。このルールに従う２
つの部材の組合せを探索して、１つの部材に置換える。
作業順序計画の対象となる部材の数が実用的な時間内で
全探索の可能な範囲になるまで、グループ化を繰返す。

【００４３】図１３は、本実施形態による自動的な作業
順序計画システムの計画結果と、人間による場合の計画
結果とを、（ａ）および（ｂ）で比較して示す。二重丸
印は、マスタ側の高速回転アーク溶接用トーチ８の割当
て側を示す（スレーブ側のトーチの割当てを示す一重丸
は省略する）。作業順序計画システムによる場合は、
、およびで、ＴＳに要する時間を減らすことを重
視し、高速回転アーク溶接の終端検知機能を活用した結
果となっている。人間による場合は、、および
で、エアカット時間が短くなるように見える溶接順序お
よび方向が選択され、ＴＳに要する時間は減らされてい
ない。図１３の（ａ），（ｂ）の比較結果を次の表１に
示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】図１４は、以上で説明した本実施形態の作
業順序計画を含む、全体の手順の概要をを示す。図５の
主板１１に各部材１２〜１６を溶接するような場合は、
主板１１に対する各部材１２〜１６の溶接のような水平
溶接の他に、各部材１２〜１６相互間を溶接するような
立向き溶接を行う必要がある。ここでは、水平溶接を行
ってから立向き溶接を行うものとする。ステップａ１か
ら作業順序計画を開始し、ステップａ２では、立向き溶
接データおよび水平溶接データ共に、図９に示すような
条件に従って、旋回軸の回転角度を決定する。ステップ
ａ３では、対象となる溶接箇所が、立向き溶接データで
あるか水平溶接データであるかを判断する。

【００４６】ステップａ３で、立向き溶接データと判断
されるときは、ステップａ４で、各溶接方向に対して始
端および終端の座標（ｘ，ｙ）、旋回軸の回転角度θ、
およびその部材の溶接に必要な時間、ＴＳに必要な時
間、その作業間の移動に必要な時間の総和を算出する。
次のステップａ５では、部材数が適当な数になるまで、
部材のグループ化を行った後、全探索を行い順序を決定
する。

【００４７】ステップａ３で、水平溶接データであると
判断されるときは、ステップａ６で、部分的な順序関係
が有るグループ化された複合データであるか、部分的な
順序関係が無い単独データであるかを判断する。複合デ
ータに対しては、ステップａ７で、複合データ内の順序
を決定し、複合データを表現する代表データを作成し、
各溶接方向に対して始端および終端の座標（ｘ，ｙ）、
旋回軸の回転角度θ、およびその部材の溶接に必要な時
間、ＴＳに必要な時間、その作業間の移動に必要な時間
の総和を算出する。単独データに対しては、ステップａ
８で、各溶接方向に対して始端および終端の座標（ｘ，
ｙ）、旋回軸の回転角度θ、およびその部材の溶接に必
要な時間、ＴＳに必要な時間、その作業間の移動に必要
な時間の総和を算出する。個々のデータについて、ステ
ップａ７またはａ８の算出処理が終了すると、全てのデ
ータについての算出処理が終了するまで、ステップａ６
以下を繰返す。ステップａ９では、部材数が適当な数に
なるまで、部材のグループ化を行った後、全探索を行い
順序を決定する。

【００４８】ステップａ５またはａ９が終了すると、ス
テップａ１０で、水平溶接データの後に立向き溶接デー
タを加え、水平溶接データに対して旋回軸の回転角度を
±１８０°に変えてサイクルタイムを短縮することがで
きるものがあれば、旋回軸の回転角度を±１８０°に変
更する。ステップａ１１で作業順序計画を終了する。

【００４９】図１５は、本発明の実施の他の形態に用い
る溶接ロボット装置５１の概略的な構成を示す。この溶
接ロボット装置５１は図１の溶接ロボット装置１に類似
し、対応する部分には同一の参照符を付して重複する説
明を省略する。本実施形態の溶接ロボット装置５１は、
単一の多関節ロボット６が旋回軸を有しないテーブル５
に天吊りされており、高速回転アーク溶接用トーチ８が
１つだけ装着されるシングルトーチ方式である。シング
ルトーチ方式では、旋回軸の回転角度を考慮する必要は
ない。

【００５０】図１６は、本実施形態で溶接すべき対象の
例を示す。主板１１に５つの部材１２〜１６を立設する
すみ肉溶接を高速回転アーク溶接用トーチ８を用いて行
う場合、各部材１２〜１５では片側１２ａ，１２ｂ；１
３ａ，１３ｂ；１４ａ，１４ｂ；１５ａ，１５ｂずつ別
個に溶接する必要がある。部材１６については、一方側
で部材１５が接続されている箇所で２つの部分１６ａ，
１６ｂに分割し、他方側１６ｃとともに３箇所の溶接を
行う。

【００５１】図１７は、本実施形態の作業順序計画の概
要を示す。ステップｂ１から作業順序計画を開始し、ス
テップｂ２では、対象となる溶接箇所が、立向き溶接デ
ータであるか水平溶接データであるかを判断する。立向
き溶接データと判断されるときは、ステップｂ３で、各
溶接方向に対して始端および終端の座標（ｘ，ｙ）、お
よびその部材の溶接に必要な時間、ＴＳに必要な時間、
その作業間の移動に必要な時間の総和を算出する。次の
ステップｂ４では、部材数が適当な数になるまで、部材
のグループ化を行った後、全探索を行い順序を決定す
る。

【００５２】ステップｂ２で、水平溶接データであると
判断されるときは、ステップｂ５で、各溶接方向に対し
て始端および終端の座標（ｘ，ｙ）、およびその部材の
溶接に必要な時間、ＴＳに必要な時間、その作業間の移
動に必要な時間の総和を算出する。ステップｂ６では、
部材数が適当な数になるまで、部材のグループ化を行っ
た後、全探索を行い順序を決定する。ステップｂ４また
はｂ６が終了すると、ステップｂ７で水平溶接データの
後に立向き溶接データを加え、ステップｂ８で作業順序
計画を終了する。

【００５３】以上説明した各実施形態では、解を絞り込
んで、図３に示すＮＣ情報作成装置２３にＥＷＳを使用
して、数秒で作業順序を計画することができる。溶接対
象の溶接箇所が多くなる場合は、グループ化によって部
材数を減らすことができるので、数分程度の実用的な時
間内で容易にほぼ最適な解を求めることができる。１隻
の船舶に必要な小組立部材１０の種類は多く、個別の小
組立部材１０についてほぼ最適な解を容易かつ迅速に得
ることができるので、船舶の建造などの生産性を向上さ
せることができる。また、本発明はアーク溶接によるす
み肉溶接継手を必要とする他の製造や建設の分野にも適
用可能で、同様の効果を得ることができる。さらに、垂
直多関節型のロボットに限らず、他の形式のロボットに
ついても同様に本発明を適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、全ての可
能な解を対象としつつ、実現不可能な解を除外して、ほ
ぼ最適な解を選択する際の解空間を狭めることができる
ので、溶接に必要な時間をほぼ最短とする溶接順序およ
び方向の組合せを実用的な時間内で選択することができ
る。

【００５５】また本発明によれば、部材結合段階で、複
数の部材をグループ化して１つの部材として取扱うこと
が可能となるので、同一の対象物に溶接すべき部材の数
が多くても、実用的な時間範囲内でほぼ最短な時間とな
る部材の溶接順序および方向の組合せを容易に得ること
ができる。

【００５６】また本発明によれば、空間的に移動可能な
テーブルに装着されたロボットを用いて、複数の部材を
同一の対象物に溶接する作業時間がほぼ最短となる作業
順序および方向の組合せを容易に得ることができる。

【００５７】また本発明によれば、同一のテーブルに対
をなして設けられるロボットにより、部材の両側を同時
に溶接する際に、ほぼ最短の時間が得られる溶接順序と
方向の組合せを容易に得ることができる。

【００５８】また本発明によれば、部材の両側を同時に
溶接する際に、一方側で溶接を中断し、他方側ではビー
ド継ぎを要する場合であっても、適切な条件でアーク溶
接を行う順序および方向の組合せを容易に選択すること
ができる。

【００５９】また本発明によれば、テーブルの旋回変位
も考慮して、複数の部材の溶接順序および溶接方向の組
合せを、全体の溶接に必要となる時間がほぼ最短となる
ように選択することができる。

【００６０】また本発明によれば、門構形移動装置に天
吊りされる垂直多関節ロボットによる溶接を、必要な時
間をほぼ最短とする溶接順序および方向の組合せを実用
的な時間内に容易に選択することができる。

【００６１】さらに本発明によれば、同一の対象物に対
して複数の部材をアーク溶接する際に終端検知機能を有
するロボットを用い、溶接時間算出手段によって全ての
部材の溶接箇所に対して、その部材の溶接に必要な時
間、ＴＳに必要な時間、およびその作業間の移動に必要
な時間の総和を算出する。解除外手段は、抽出された溶
接箇所の組合せのうち、予め定める制約条件を満たさな
い組合せを除外し、さらに部材結合手段によって部材の
数を減少させるので、解選択手段は、実用的な時間範囲
内で必要な時間がほぼ最短となる解を選択することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の対象となる溶接ロボッ
ト装置１の概略的な構成を示す斜視図である。

【図２】図１の溶接対象の一例である小組立部材１０の
斜視図である。

【図３】図１の溶接ロボット装置１の制御のための情報
の流れを示すブロック図である。

【図４】図１の溶接ロボット装置１が備えるＴＳおよび
終端検知機能を示す斜視図である。

【図５】図１の実施形態の作業順序計画の対象を示す平
面図である。

【図６】図５の溶接対象に対する解の一例を示す平面図
である。

【図７】図６の部材１５，１６について生じるビード継
ぎ制約を、簡略化して示す平面図である。

【図８】図１の実施形態の作業順序計画で探索対象とな
る解の範囲を示す解空間図である。

【図９】図１の実施形態で、トーチの割当てに対し、旋
回軸５ａまわりの回転角度の制約条件を示す簡略化した
平面図である。

【図１０】図１の実施形態で、溶接方向によるＴＳに必
要な時間とその作業間の移動に必要な時間の違いを示す
簡略化した平面図である。

【図１１】図１の実施形態で、ビード継ぎ制約に基づく
半固定化処理を示す簡略化した平面図である。

【図１２】図１の実施形態で、部材のグループ化につい
て示す簡略化した平面図である。

【図１３】図１の実施形態の作業順序計画システムと人
間とによる解を比較して示す簡略化した平面図である。

【図１４】図１の実施形態の作業順序計画の手順を示す
フローチャートである。

【図１５】本発明の実施の他の形態の対象となる溶接ロ
ボット装置５１の概略的な構成を示す斜視図である。

【図１６】図１５の実施形態の作業順序計画の対象を示
す平面図である。

【図１７】図１５の実施形態の作業順序計画の手順を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１，５１ 溶接ロボット装置 ２ 門構形移動装置 ５ テーブル ５ａ 旋回軸 ６，７ 垂直多関節型ロボット ８，９ 高速回転アーク溶接用トーチ １０ 小組立部材 １１ 主板 １２，１３，１４，１５，１６，１６α，１６β，１
７，１７Ａ〜１７Ｇ，１８ 部材 ２０ ＣＡＤシステム ２２ 加工関連情報ファイル ２３ ＮＣ情報作成装置 ２５ ライン制御装置 ２６，２７ ロボット制御装置 ３０ 溶接ビード ３１ 始端 ３２ 終端 ３３ 接触点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 文博 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 福本 浩一 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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 終端検知機能を有するロボットを用い、
   オフラインティーチによって同一の対象物に対して複数
   の部材をアーク溶接する場合の順序計画方法であって、 全ての部材の溶接箇所に対して、溶接方向毎に、その部
   材の溶接に必要な時間、タッチセンシングに必要な時
   間、およびその作業間の移動に必要な時間の総和を個別
   に算出する溶接時間算出段階と、 各部材の溶接箇所を溶接する順序、および溶接方向につ
   いての全ての組合せからなる解から、予め定める制約条
   件を満たさない解を除外する解除外段階と、解除外段階
   で除外されない解に対し、溶接時間算出段階で算出され
   ている時間と部材間の移動に要する時間を合計して、合
   計時間がほぼ最短となる解を選択する解選択段階とを含
   むことを特徴とするロボットによる溶接の順序計画方
   法。
2. 【請求項２】 前記解除外段階終了後に、予め定める結
   合条件を満たす複数の部材をグループ化する部材結合段
   階をさらに含み、 前記解選択段階では、グループ化された部材を１つの部
   材として取扱うことを特徴とする請求項１記載のロボッ
   トによる溶接の順序計画方法。
3. 【請求項３】 前記ロボットは、溶接箇所に対して空間
   的に移動可能なテーブルに装着されることを特徴とする
   請求項１または２記載のロボットによる溶接の順序計画
   方法。
4. 【請求項４】 前記ロボットは、同一のテーブルに対を
   なすように装着され、部材の両側を同時に溶接可能であ
   ることを特徴とする請求項３記載のロボットによる溶接
   の順序計画方法。
5. 【請求項５】 前記解除外段階では、部材の両側を同時
   に溶接可能であっても、一方側に他の部材が接続される
   場合は、他方側で予め定めるビード継ぎ条件を満たす必
   要があることを特徴とする請求項４記載のロボットによ
   る溶接の順序計画方法。
6. 【請求項６】 前記一対のロボットは、旋回変位可能な
   テーブルに装着され、前記解除外段階では、旋回変位が
   予め定める角度範囲内となる解のみを選択の対象とする
   ことを特徴とする請求項４または５記載のロボットによ
   る溶接の順序計画方法。
7. 【請求項７】 前記対象物は板状で、水平面上に載置さ
   れ、 前記ロボットは、水平面上を移動可能な門構形移動装置
   に天吊りされる垂直多関節型ロボットであり、 アームの先端に終端検知機能を備える高速回転アーク溶
   接用トーチを有することを特徴とする請求項１〜６のい
   ずれかに記載のロボットによる溶接の順序計画方法。
8. 【請求項８】 終端検知機能を有するロボットを用い、
   オフラインティーチによって同一の対象物に対して複数
   の部材をアーク溶接する場合の順序計画装置であって、 全ての部材の溶接箇所に対して、溶接方向毎に、その部
   材の溶接に必要な時間、タッチセンシングに必要な時
   間、およびその作業間の移動に必要な時間の総和を個別
   に算出する溶接時間算出手段と、 各部材の溶接箇所を溶接する順序、および溶接方向につ
   いての全ての組合せからなる解から、予め定める制約条
   件を満たさない解を除外する解除外手段と、予め定める
   結合条件を満たす複数の部材をグループ化する部材結合
   手段と、 部材結合手段によってグループ化された部材と、グルー
   プ化されない部材とに基づく解のうち、解除外手段によ
   って除外されない解に対し、溶接時間算出手段によって
   算出されている時間と部材間の移動に要する時間を合計
   して、合計時間がほぼ最短となる解を選択する解選択手
   段とを含むことを特徴とするロボットによる溶接の順序
   計画装置。