JPS58187269A - 溶接ロボツトの軌跡制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は溶接ロボットの軌跡制御方法に関し、特に、
教示・再生型溶接ロボットに多層盛溶接を行なわせる場
合の２層目以降の動作軌跡を制御する方法に関する。

多層盛溶接をロボットに行なわせるためには各層毎の動
作軌跡をロボットに教示する必要がある。

従来、次の方法が用いられてきた。その第一は、各層毎
に動作軌跡を教示する方法である。しか巨この方法では
ティーチング作業に多大の時間を費すのみならず、デー
タの記憶容量も層数分だけ必要となる。第二の方法は、
１層目の軌跡をＦＴＰ又はＣＰ方式でシーチングし記憶
させ、２層目以降の軌跡は、１層目の軌跡上の適当な位
置（例えば溶接開始点）でロボットを動かしてシフト位
置を教示し、この教示によるシフト量及びシフト方向か
ら各層毎の軌跡を求める方法である。しかし、この方法
では、オペレータが何度もロボットを動かしてシフト点
を教示しなければならず、煩雑でありまた時間もかかる
。第三の方法は、１層目の軌跡をＦＴＰ又はＣＰ方式で
ティーチングし記憶させるが、２層目以降の軌跡はオペ
レータが操作パネルを操作して各層毎に予め計測したシ
フト量とシフト方向を入力する方法である。しかしこの
方法では、たとえば、ＸＹ平面（水平面）上でシフトさ
せるためには、一層目の軌跡からのシフト量とシフト方
向すなわち（士ΔＸ、±Δｙ）をいちいち選定して設定
しなければならない。オペビータに熟練が要求されると
ともに、設定操作自体わずられしいという問題があった
。

そこで、この発明は上記問題点に鑑みなされたもので、
オペレータの操作が実質的に１層目のティーチングだけ
ですむ多層盛溶接におけるロボットの軌跡制御方法を提
供することを目的としている。

この発明を要約すれば、１層目の動作軌跡を記憶させる
とともに、シフト幅ΔＳをパラメータとして与え、１層
目の記憶データから２層目以降のシフト方向を求め、こ
のシフト方向と前記シフト幅から２層目以降の動作軌跡
を求めて多層盛溶接を行うことを特徴としている。

好ましくは、前記シフト幅ΔＳは動作軌跡記憶データと
ともに記憶させておくようにする。このようにすれば、
ロボットによる多層盛溶接を完全に自動化できる。

以下、本発明を添付図面に図解する実施例に基づいて説
明する。

第１図は溶接ロボットシステムの概略ブロック図である
。１は教示・再生型のロボット本体、２はロボット本体
１を制御する制御装置、３はロボット本体１の動作経路
や溶接条件等の動作経路に関するデータを記憶する記憶
装置、４は制御装置に外部から指令や情報を入力するだ
めのマニュアル入力装置で例えば操作パネル等よりなる
。

前記制御装置２には、制御の中枢をなす演算制御部５を
備え、演算制御部５はたとえばマイクロプロセサやマイ
クロコンピュータを含む。この演算制御部５は、記憶装
置３の記憶データ（およびロボット本体１の位置検出装
置の位置データ）に基づいて演算処理を実行し、この演
算結果に応じてロボット本体１を、ある点からある点ま
で移動させるように位置制御とともに速度制御を行なう
。

位置制御では経路（軌跡）を制御するためたとえは関数
補間方式を採用することができる。

このようなロボットシステムにより、第２図に示すよう
な、スミ肉多層盛溶接を行なう場合、本実施例の軌跡制
御方法は、要約すると次のとおりである。すなわち、ま
ず、第１層目ビード６に対応する直線軌跡玩を教示する
。次いで、シフト量へＳを与える。以降は（一般に２．
３．４・・層の複数盤）、直線教示軌跡Ｌ１とシフト量
へＳにより、ロボット自身が自動的にシフト方向を決め
るとともに△Ｓシフトした直線軌跡Ｌ２に沿って第２層
目ピード７を形成してゆく方法である。なお、第２図中
、８は溶接トーチ、９は溶接ワイヤを示している。

この第２図の状態をｘｙ平面（水平面）に投影した第３
図（概念図）によってさらに詳、しく説明する。Ｐｌ（
Ｘ工、ｙ工）　、　Ｐ２（Ｘ２　＋７ｊ２　）は、ＰＴ
Ｐ方式で記憶させた第１層目の位置データである。プレ
イバック時には、Ｐｌ、　Ｐ２間の任意点片は演算制御
部５による直線補間演算により求められる。

他方、Ｐ：　（ｘ１′、ｙＱ　）　、ｐ；（ｘ；　、＝
　）Ｕｉ線ＰｉＰ２に垂直な直線上でＰｌ、　Ｐ２から
それぞれ△Ｓだけシフトした第２層目に対応する位置で
ある。データＰＬ　（Ａ　、ａｌ）　？Ｐ２　（Ｘ２　
＋Ｙｚ　）は、第１図の記憶装置３に記憶されており、
かつシフト量へＳはマニュアル入力装置４から記憶装置
３又は制御装置２中の適当な置数部に入力されている。

したがって、Ｐｌ　（Ｘｉ　ｖＶＬ　）　＋Ｐ２　（Ｘ
ｒ　＋７２　）は演算制御部５によって次のように演算
して求められる。

ただし、 上記（１）式、（２）式において±医の符号子は、進行
方向（Ｐｌ−）Ｐ２）の左側にシフトする場合を＋、反
対に、右側にシフトする場合は−に予め′規定する。

すなわち、シフトする方向は、第１層目の溶接線の進行
方向に対して溶接トーチ８が位置する側となる。

次に、このシフト方向を自動的に決定する手段である。

ベクトルの外積を用いて決定する。

第４図に示すように、溶接トーチ８の方向ベクトルを小
とすると、そのＸ方向、ｙ方向成分は（ｌｈ　、ｆｎＴ
）である。このｌＴ、ｔｎＴは、ティーチング時、点Ｐ
１を記憶させたときのトーチ方向余弦であり、（ｘｌ、
ｙよ）と共に記憶装置３に記憶されているデータである
。一方、軌跡の方向ベクトルをＰとすると、 ｐ＝ｐ１ｐ２＝（ｚ２−ｘ１１ｙ２　３’ｌ）”（ｘ２
１．ｙ２１）テアリ、（ｘ３０．ｙ４）は”１（ｘｌ　
ｓ　ｙよ）　＋Ｐ２（ｘ２　＋７２）のデータより演算
して求められる。

この２つの方向ベクトル÷と９の外積Ａは、両方向ベク
トルのなす角をφとして、次式（４）の通り演算して求
められる。

Ａ＝　ＩＰＩＩ”ｌ　”□φ＝４２．・ｆＦｌ、　　Ｖ
２ｘ”Ｔ　　−（４）したがって、外積の定義から明ら
かなように、Ａ＞Ｏのときは溶接トーチ８は溶接線の右
側にありシフト方向は右側（−）に、Ａ＜Ｏのときは左
側（＋）に定まる。こうしてロボットは第２層目のシフ
ト方向を知ることができる。

以上の演算処理を通じて、Ｐ工′（ｘよ′、ｙ□′）お
よびＰ２′（ｘ２′、ｙ２′）が決められるが、この演
算処理は第１図に示した演算処理部５が実行する。その
際、演算制御部５は、複数の演算ステップからなるソフ
トウェアプログラムを実行することになるが、演算の流
れをハードウェア的に示すと第５図の如くなる。第５図
において、入力データは、ティーチングデータである％
　ｔ　７１　＋　Ｘ２　ｒ　７２　＋　４　＋−とシフ
ト量へＳで、出力は第２層目の軌跡データとなるＸ工、
ｙ工＋　ｘ２　＋　７２であり、士は同順でどちらか一
方に決まる。なお、１０は加算手段、１１は減算手段。

１２は乗算手段、１３は除算手段、１４は正弦演算手段
。

１５は余弦演算手段、１６は逆正接演算手段、１７は正
負の比較演算手段である。このようにして求められるＰ
ｌ　（ｘｌ′、’Ｉｚ　）とＰ２　（ｘ２Ｚ　ｙ２　）
から直線ＰＩＰｚ間の任意の点Ｐ工′は第１層目と同様
に、直線補間演算によって求められる。

作用において、第２図を再び参照すると、プレイバック
時にはまず、教示した直線軌跡Ｌ１に沿って第１層目の
ピルドロが形成される。この第１層目の実作業プログラ
ムの後にシフト量△Ｓに関する一連のデータがあるので
、ロボット自身が自動的にシフト方向を決めて、シフト
量ΔＳだけシフトし、演算して求めた第２層目の軌跡Ｌ
２に倣って自動的に溶接を進め、第２層目のビード７を
形成する。

もつとも、第１層目と第２層目とを連続して作業するこ
と力＜、第１層目の終了後、シフト量△Ｓのみを第１図
に示したマニュアル入力装置４から入力するようにして
もよい。しかし、第１層目のティーチングデータととも
に予めΔＳを記憶装置３に記憶させておけば、ロボット
による多層盛溶接を完全に自動化することができる。

なお、第２図では、２層しか示されていないが、一般に
複数層の多層盛溶接が可能である。その場合、シフト量
は△Ｓ工、△Ｓ２．ΔＳ３．・・・・・・となる。Δ８
１゜△Ｓ２．ΔＳ３は、溶接対象および溶接条件に基づ
き適宜法めることができる。

以上のように、この発明によれば、教示・再生型溶接ロ
ボットに第１層目の直線状動作軌跡を記憶させるととも
に、外部からシフト幅をパラメータとして与え、第１層
目の記憶データである溶接トーチの方向ベクトルと動作
軌跡の方向ベクトルとの外積をとることにより第２層目
以降のシフト方向を求め、このシフト方向と前記シフト
幅から第２層目以降の動作軌跡を演算して求めるように
したので、シフト幅を入力するのみで以降の多層盛溶接
を自動化でき、オペレータの操作が極めて容易となる効
果がある。また、マニュアル入力装置のスイッチを減少
させうる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接ロボットシステムの概略ブロック図、第２
図は本発明の詳細な説明図、第３図は第１層目と第２層
目の動作軌跡の関係を示す説明図、第４図はシフト方向
を決める説明図、第５図は演算処理のフロー図である。 １・・・ロボット本体、２・・・制御装置、３・・・記
憶装置、４　マニュアル入力装置、５・・演算制御部、
Ｌｌ　　第１層目の直線状動作軌跡、Ｌ２　　第２層目
の動作軌跡、ΔＳ・・・シフト幅、Ｔ・・トーチの方向
ベクトル、Ｐ・・動作軌跡の方向ベクトル。 特　許　出　願　人　株式会社神戸製鋼所代　理　人　
弁理士　青白　葆　ほか２名第１！！Ｉ 第２図 ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）演算制御手段を含む教示・再生型溶接ロボットに
   おいて多層盛溶接を行う場合の第２層目以降の動作軌跡
   を制御する方法にして、第１層目の直線状動作軌跡を教
   示するとともに、外部から第２層目以降の溶接ピードに
   対応したシフト幅をパラメータとして与える一方、前記
   第１層目の教示データに基づき溶接トーチの方向ベクト
   ルと動作軌跡の方向ベクトルを求めかつこの２つのベク
   トルの外積を演算して第２層目以降のシフト方向を決め
   、このシフト方向と前記シフト幅から第２層目以降の動
   作軌跡を前記演算制御手段により自動的に求める工程を
   含むことを特徴とする溶接ロボットの軌跡制御方法。