JPS5916674A - ロボツトのウイ−ビング制御装置 - 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】 本発明は関節形溶接用ロボットのウィービング制御装置
に関するものである。

広幅の溶接をするために溶接トーチを溶接線を横切って
往復運動をさせながら溶接する、いわゆるウィービング
をロボットにさせる場合・従来は機械的なウィービング
装置をロボットの手首に取付けることが行わ匙ているが
、ロボットの有効可搬重量が減少するという問題があっ
た。また電気的にウィービング回路を設けるにしても、
ロボットのある軸のモータ出力に印加するだけで、関節
形ロボットには応用できないものであった。なぜなら関
節形のロボットの場合はトーチのウィービング力向がロ
ボットの旋回軸の動きに依存してし１うため、第１図に
おける溶接線（イ）に対するウィービング軌跡←）のよ
うに一定方向のウィービングを行うことができなかった
〇 不発明は上述のような従来のウィービング装置の問題点
を解決し、ウィービンク゛方向が、ロボットのアームの
方向や位置に影響さｎず、かつ何等の機械的ウィービン
グ装置を付加することなく、被溶接物に対して最適なウ
ィービングを行い、最適な溶接仕上Ｄｆｆｉ得ることが
できるロボットのウィービング制御装置を提供しようと
するもので、ロボットの各軸の現在値データから直交座
標（ｘ。

Ｙ、Ｚ　）　ｆｆｉ計算する制御装置において、このｘ
、ｙ、ｚの値を出力するレジスタを設置し、そのレジス
タにウィービング要素を加算したものを返すことにより
、Ｘ、７．Ｚ方向のウィービングを可能にするロボット
のウィービング制御装置に関するものである。本発明に
よるとウィービング制御は制御レジスタと、ウィービン
グ計算ユニットと、ウィービング制御回路と係数レジス
タと、ウィービング発信器と合成回路とを附加すること
にＪ−り行わ扛る。

次に不発明の実施例を図面について説明する。

第２図はＸ、７．Ｚ方向のウィービングを可能とする不
発明のウィービング制御装置の一実施例を示すものであ
る。その内左端の部分はウィービングを行わない従来か
らの制御装置と同じであって、すべてのユニットの制御
ヲ行うｃＰＵ　（１１と、教示さ牡たデータを保存する
メモリ（２）と、メモリからＣＰＵ（１）ヲ弁してデー
タを保存する現在値レジスタ（３）と、目標値レジスタ
（４）と、目標位置のｘｙｚ座標を計算し、現在値との
距離を求め、さらに補間データＸｉ、Ｙｉ、Ｚｉ’ｉ計
算シタ後Ｘ１６Ｙ１．Ｚ１７１）・ら対応する各軸のデ
ータＶｉ、Ｈｉ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｒｉに逆変換する計算ユ
ニット（５）と、各軸の制御モータ（６）から構成さｎ
ている。

制御モータ（６）は５個の各軸のモータを代表して１個
だけ示しである。

ウィービング制御を行うための制御レジスタ（７）は計
算ユニット（５〕で求めらｎる補間データＸ１．Ｙ、　
。

Ｚｌはじめ、ロボットの現在位ｆｌｔ、　（Ｘｏ　−７
０、ｚｏ　）と、次に向うべき点（ｘｌ、ｙｌ、ｚｌ）
トの距離（旬、Ｇ　Ｘ、ＹＺの座標の差分Ｘ＋　−ｘｏ
　、Ｙ＋−７ｏ　ｒ　Ｚ＋−２ｎ　ｋウィービング制御
回路に伝達する働きをするし、また合成回路αりによＶ
作り出さ′ｎたウィービング信号を加算さ扛た補間デー
タ（Ｘｉ　、Ｙｉ　、Ｚｉ　）を計算ユニット（５）に
返す働きをもっている。ウィービング計Ｘユニット（８
）のａ、ｂ、ｃはウィービング振幅の方向を決定する係
数でＡはＣＰＵから指令さｎるウィービングの振幅であ
る。例えばＸ、Ｙ平面においてロボットが現在位置（Ｘ
ｏ、　ｙ、　）から次の目標位置（Ｘｒ　＋　Ｙｓ　）
に動ｔｉから、ウィービング金かける際、Ｘ方向ウィー
ビング係数は −（Ｙ□−７ｏ　）　ｘ　Ａ ０＝−一−１ Ｙ方向のウィービング係数は ゎ−　（Ｙ□−ｘｏ）ｘＡ となる。

ＹＺ平面、ＺＸ平面についても同様で、ウィービング計
算ユニット（８）内ではａｘｙ、　ｂｘｙ、　Ｃｘｙ、
　ａｙｚｌ）ｙｚ（！ｙｚ、ａｚｘ、１）ｚｘｃｚｘｉ
全て計算しているか、実際の係数ａ、ｂ、ｃはウィービ
ング制御回路（９）によりＱＩ’ＴＪ　（１）　ｎｓら
のＸＶ、ＹＺ、　１　ｆｃはＺＸＯどの平曲７＞　ノ指
令に基いて、例えはａケａｘｙ　、　ａｙＺ　、　ａＺ
Ｘのいず匙にするか全スイッチで切換えて、係数レジス
タα０にその値を出力するようになっている０図ではス
イッチ’ｔ−（１１）　−ａｑで部分的に表示している
０こ扛らのスイッチはＸｙ、Ｙｚ、Ｚｘ　　信号で制御
されるリレー類似のものである。合成回路Ｑ乃は制御レ
ジスタ（７）の値に、ウィービング発振器α句からのサ
イン信号Ｓ工Ｎ（ａ＋ｔ）　（！：係数＜ａ）　（ｂ）
　（ｃ）　トの掛算値を加え、そｎ’を制御レジスタ（
７）に出力するようになっている０尚計算ユニツト（５
）内の太字のＣ即ちＣは座標変換行列テ、Ｖ　、Ｈ、Ｓ
　、Ｂ　、Ｆｊ　ｉ）ｈらトーチ先端位置（ＸＪ。

ｚ）を求める式を次の通り行列で表わしている。

又、逆にＸ、７．Ｚ；Ｑ＞らＶ、Ｈ，Ｓ、Ｂ、Ｒノ値ヲ
求メル式ヲ次のとおりＩＥの逆行列（で表わしている。

Ｖｏ、Ｈｏ、Ｓｏ、Ｒｏはロボット（７）Ｖ軸（垂直）
、Ｈｔｉｌｌ（水平）、Ｓ＠（旋回）、Ｂ軸（曲けう、
Ｒ軸（捩り）の現在値を示し、Ｖ、　、Ｈ，、Ｓ、　、
Ｂ、　、Ｒ，は目標値を示している〇 第２図において、ロボットが再生運転音していないとき
は計算ユニット（５）内で上述のように現在の各軸の値
（ｖｏ、Ｈｏ、Ｓｏ、ＢＯｏＲＯ）から現在のトーチ先
端位置の（ｘ＋　−７１、ｚＩ　）座標（ｘｏ、７ｏ、
ｚｏ　）’を常時計算しているが、特に明示はしていな
いＯ 以下計算ユニット（５）の作動を説明すると、ロボット
が再生を始める時には、その時の現在値（ｖｏ。

Ｈｏ、Ｓｏ、Ｂｏ、Ｒｏ）は判っておｐｌ　トーチ先端
位置（ｘｏ。

ｙｏ、ｚｏ）は判っているとする。

■−〉 ロボットが再生する時には、ＣＰＵ　（１）　’！ｒ介
してメモリ（２）から−魚介のデータ（Ｖ、Ｈ，Ｂ、Ｂ
、ｋｔ）を目標値レジスタ（４）に入力する。このデー
タｋ　（■＋　、Ｈｒ　、Ｓｌ　−Ｒ，）とする。計算
ユニット（５）は次にデータ（ｖＩ。

の計算式にＪ：す、トーチ先端の（ｘ、’ｙ、ｚ）座標
を計算し、また現在値（ｘｏ＋　ｙｏ−ｚｏ　）から（
”Ｉ−３’ｌ。

Ｚ＋）壕での距離ｌを の式により求める０この７１から、（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ
）から（ｘｌ、ｙｌ、ｚＩ）へ行く間に何回（ｎ）台補
間計算を行うかを次式に、ｒ、り決定する。

ｎ　＝□×　α 但しＦニスピード α：１秒間の計算回数である。

■◆ 計算ユニット（５）は補間点の座標を次式にＪ、り求め
る。

（ｘ＋−ｘｏ） Ｘｉ＝＝Ｘｉ、十−ｘｉ （ｙ夏−ｙｏ）　　ｘ　１ ７、＝＝７０十−一つ、− （ｚｌ−２ｏ）ｘｌ ”　　”　ｚＯ十ｍ　　− １＝１．２．３・・・・・・・・・、　ｎ次にこの１香
目ｘｉ、ｙｉ、ｚｉからロボット各軸の値を次式に、Ｊ
：り求める０ このようにして、各軸（Ｖ、ＨｏＳ、Ｂ、ｆｊ）の制御
モータ（６）に対して、Ｖｉ、Ｈｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｒｉ
を出力し、ロボットを動かす。以上の動作ｆ　ｉ　＝　
ｎ　ＶｒＣなる壕で矢印■のところから繰返す。

次にｉ　＝　ｎになｎはロボットが目標値ｖＩ　−”Ｉ
　。

Ｓｌ、Ｂ、、Ｒ，に到達したことになるので、今の■。

。 Ｈｏ、　Ｓｏ、Ｂｏ、ＲｏｉＪＶ、、Ｈ，、Ｓ、、　Ｂ
、、Ｒ，に一致し、Ｘｏ。

ｙｏ、ｚｏはｘｌ、ｙｌ、ｚ□　に一致する。この後プ
ログラムエンドになる壕でメモリ（２）から次の点のデ
ータを順次入力し矢印■から繰返す。

以上の計算ユニット（５）の動作は従来からのロボット
制御装置の計算ユニット（５）の動作と同じであるが、
本発明では計算ユニット（５）に与える補間データ（ｘ
ｌ、　７＋、　Ｚ＋　）にウィービング信号を加算する
制御レジスタ（７）以下のウィーヒンク′計算ユニット
（８）、ウィービング制御回路（９）、係数レジスタ叫
、合成回路（１７１、ウィービング発振器晴等からなる
ウィービング制御機構を設けてウィービング波形を得ら
ｎるようにしたものである。

すなわち、不発明では従来の計算ユニット（５）の中で
計算途中で発生する幾つかの値全利用できるように制御
レジスタ（７）ヲ設け、またウィービング計算専用のウ
ィービング計算ユニット（８）ヲ設けである。ウィービ
ングにはＸｙ、Ｙｚ、Ｚｘ平血の３種類とライ−ピング
の周波数や旅幅などのパラメータが必要であるので、こ
ｆｌ’にメモリ（２）に保存しておき、必要に応じてＣ
ＰＵ’　（１）　’に弁してウィービング制御回路（９
）とウィービング発振器０印に入力できるように構成す
る。

ウィービング発信器−は周波数ωの値によりＷＶ　＝　
Ｓ工Ｎ〔ωｔ〕 の式から第３図に示すように１番目の時間ｔ１のときの
波形ＷＶｉを与える。

ウィービング制御回路（９）はＣＰＵ　（１１’に介し
てメモリ（２）から入力さｎたウィービング平面パラメ
ータＸ３’、ＹＺ、ＺＸによりウィービング計算ユニッ
ト（Ｓ）Ｏ値のうち、どｎｋ係数とするか全決定し、係
数しジスタ（Ｉｎへ送る働きをもっている。また振幅バ
ラメークＡｉウィービンク計算ユニット（８）に与える
ことにより、ウィービング計算全指示する。合成回路Ｑ
ηはウィービング計算によって求めたｘ、ｙ、ｚ成分を
従来の計算ユニット（５）の補間テーク（Ｘｌ。

Ｙｉ、Ｚｉ　）に加算する働きを持っている。また合成
回路αηは係数レジスタα１の値とウィービング発信器
←榎の出力ＷＶｉとの掛算を次式により行っている。

Ｘｉ　＝　Ｘｉ　士ａ　＋ＷＶｉ ここに左辺のＸｉはウィービングを加算した補間値、右
辺Ｘｔは従来の補間値、ａは係数である。

本発明によると、従来の関節形アーク溶接用ロボットの
割算ユニット（５）に、計算ユニットで求めらｎる補間
テークその他のテークをウィービング制御回路に伝達す
る制御レジスタ（７）ヲ設け、制御レジスタを経て合成
回路にＪ、！ｌｌ補間データにウィービング要素を加算
したものを返丁ことによりトーチ先端にｘ、ｙ、ｚカ回
のウィービングを可能にするよ′）ｖｃ　ｔ、　ｘので
、サインウェーブ、らせん、デルタ等いかなる形状のウ
ィービングであってもそ、ｎをＸ　、　”ｆ　、　Ｚ方
向のウィービングとすることができる。そのためウィー
ビング力向が旋回軸の動きの影響を受けないので第４図
に示すように本発明の制御装置を具えた関節形溶接用ロ
ボットでｘ、ｙ、ｚウィービングを行ったときのウィー
ビング軌跡←）は被溶接物のどの位置においても溶接線
（イ）に対して一定方向のウィービング軌跡を得ること
ができる。第５図は本発明のウィービング制御装置を有
するロボットにペンを持たせて描かせたウィービング軌
跡の一例である。

尚イう丑でもなく本発明ではロボットの手首に機械的な
ウィービング装置を附加する必要はないのでロボットの
有効可搬重量を減少させることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロボットのウィービング軌跡を示す模式
図、第２図は本発明の実施例を示すブロック図、第３図
は本発明のウィービング発振器によるウィービング波形
図、第４図は本発明の制御装置によるウィービング軌跡
を示す模式図、第５図は本発明のウィービング軌跡の一
例の軌跡図である。 （１〕・・・ｃ　Ｐ　Ｕ　　　　　　（２）・・・メモ
リ（３）・・・現在値レジスタ　（４）・・・目標値レ
ジスタ（５）・・・計算ユニット（６）・・・制御モー
タ（７）・・・制御レジスタ （８）・・・ウィービング計算ユニット（９）・・・ウ
ィービング制御回路 萌・・・係数レジスタ　αη・・・合成回路０枠・・・
ウィービング発振器 代理人弁理士　　河　内　潤　二 Ｍ蹟Ｗ苗岑循Ｗ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. すべてのユニットの制御を行うＣＰＵと、教示さｎたデ
   ータを保存するメモリと、０ＰＵｉ介してメモリからの
   データを保存する現在値レジスタと、目標値レジスタと
   、目標位置の直角座標を計算した現在値との距離を求め
   、更に補間データカ・ら対応する各軸のデータに逆算す
   る計算ユニットと各軸の制御モータと、計算ユニットで
   求めらｎる補間データ距離、各直交座標の差分をウィー
   ビング制御回路に伝達すると共に、合成回路力・ら出力
   さｎ′ｆ？：、ウィービング信号を加算さＣた補間デー
   タを計算ユニットに返す制御レジスタと、ウィービング
   計算専用のウィービング計算ユニットと、ＣＰＵからの
   相姦に基づきウィービング計算ユニットヲ介して制御レ
   ジヌタの内容からウィービング振幅の方向を決定する係
   数を選んで係数レンスタへ出力するウィービング制御回
   路と、ウィービング発振器と、制御レジスタの値に、ウ
   ィービング発振器のサイン信号と係数の掛算値を加算し
   て制御レジスタに出力する前記合成回路とを具えたこと
   を特徴とするロボットのウィービング制御装置。