JPS60213362A - 工業用ロボツトの自動ウイ−ビング装置 - Google Patents

工業用ロボツトの自動ウイ−ビング装置

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JPS60213362A
JPS60213362A JP6867984A JP6867984A JPS60213362A JP S60213362 A JPS60213362 A JP S60213362A JP 6867984 A JP6867984 A JP 6867984A JP 6867984 A JP6867984 A JP 6867984A JP S60213362 A JPS60213362 A JP S60213362A
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JP
Japan
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weaving
vector
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direction vector
data
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JP6867984A
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Takahide Nagahama
恭秀 永浜
Kazunobu Kojo
古城 和伸
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/24Features related to electrodes
    • B23K9/28Supporting devices for electrodes
    • B23K9/287Supporting devices for electrode holders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/032Seam welding; Backing means; Inserts for three-dimensional seams

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

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、工業用ロボットの自動ウィービング装置に
係り、殊に複雑な形状のワークに対しても容易にウィー
ビングをなしうる自動ウィービング装置に関する。
工業用ロボットの中でも溶接、塗装、U磨、 r#削加
工等を行うものにおいては、溶接炎、塗斑。
その他の加工斑を防止するために、ウィービングを行う
ことが必要である。
ウィービングは、たとえば第1図に示すような二字形の
ワークHのずみ内部Aを溶接の場合、ワークHを第1図
(a)のように傾けて置いたときは水平方向(矢印α、
)に行うのが好ましく、またワークHを第1図(b)の
ように置いたときは45°方向(矢印α2)に行うのが
好ましいとされてい)ように、状況に応じ°ζ方向を適
切に選択して行わなければならない。
そこで従来は、工業用ロボットに適切なウィービング方
向をオペレータが指示していたが、ワークの形状が頓純
でウィービング方向の変化が少ない場合はよいとしても
、ワークの形状が複雑になってウィービング方向の変化
が多い場合には十分な指示を与えることが困難となる。
たとえば第4図に示すワークNの場合、溶接線R′で示
すようにウィービング方向を時々・刻々変化させなけれ
ばならないため、小区間毎に細かく教示させねばならな
いが、その都度ウィービングの方向を教示する従来の方
法は極めて能率が悪かった。
この発明は、適切なウィービング方向を自動的に算出し
てウィービングする装置の提供を目的とするものであっ
て、これによりオペレータがウィービング方向を指示す
る負担をなくし、また複雑な形状のワークのウィービン
グにも十分に対処可能とするものである。
すなわちこの発明は、所定の手順にしたがって工具の移
動の制御と工具の姿勢の制御とを行う工業用ロボットに
おいて、工具の移動に関するデータから工具の移動方向
ベクトルを算出する移動方向ベクトル算出手段と、工具
の姿勢に関するデータから工具の軸芯方向ベクトルを算
出する軸芯方向ベクトル算出手段と、前記移動方向ベク
トルと軸芯方向ベクトルからそれらの外積ベクトルを算
出する外積ベクトル算出手段と、その外積ベクトルの方
向をウィービング方向としてウィービングを行わせるべ
く工具の移動および/または姿勢を1liIIrBする
ウィービング制御手段とを具備したことを構成上の要旨
とする工業用ロボットの自動ウィービング装置を提供す
るものである。
上記構成において工具の移動に関するデータとは換言す
ればウィービングの無いときの工具の軌跡のデータであ
り、また移動方向ベクトルとはその軌跡の接線方向のベ
クトルである。軌跡のデータから接線方向のベクトルを
得る演算自体は、従来公知の接線算出手法を用いればよ
い。
また上記構成において、工具の姿勢に関するデータとは
換言すればウィービングの無いときの工具軸芯の角度デ
ータであり、そのデータから容易に工具の軸芯方向ベク
トルが算出される。
更に上記工具の移動に関するデータや姿勢に関するデー
タを得るための教示作業は、後記実施例に示したFTP
教示によってもまたいわゆるCP教示等によって行って
もよい。
さて、第2図に、1を跡Uと、各点P1.P2゜P、に
おける接線方向のベクトルすなわち移動方向ベクトルt
、、 、 L2’+ t+)と、それら各点P。
、p、、p、における好ましいウィービング方向(矢印
β1.β2.β3)を作図しているが、この図より容易
に理解されるように、ウィービング方向(矢印β1、β
7.β3)はそれぞれ移動方向ベクトルL、、L、、L
3に垂直な面内にあることが好ましい。一方、第1図(
a)、(b)より容易に理解されるように、ウィービン
グ方向(矢印α1.α2)はそれぞれ工具にの軸芯方向
ベクトル”r、、”r2に垂直な面内にあるのが好まし
い、そこで結局のところ、ウィービング方向は移動方向
ベクトルおよび工具軸芯方向ベクトルの両者に垂直な方
向が好ましいことになるが、上記この発明の構成におけ
る外積ベクトルを算出することによって両者に垂直な方
向を好適にめることができる。
このように工具の移動方向ベクトルと工具の軸芯方向ベ
クトルとから通切なウィービング方向を得ることができ
るのは、工具の移動方向ベクトルも工具の姿勢方向ベク
トルも、溶接線等のワークの形状によってその最適な方
向が一義的に定まるからである。
ウィービング方向を得ることができれば、与えられたウ
ィービング周波数とウィービング振幅のデータとに基づ
いてウィービングするのは、従来と同様に行いうる。
続いて第3図以下の添付図面を参照しつつ、この発明を
具体化した実施例につき説明する。ここに第3図はこの
発明の一実施例に係る溶接用ロボットの構成説明図、第
4図は2つのパイプを溶接するワークの斜視図、第5図
は移動方向ベクトルと軸芯方向ベクトルとウィービング
方向ベクトルとの関係を示すベクトル図、第6図は第3
図に示す装置における制御手順の主要部分のフローチャ
ートである。なお制御子11fi(ステップ)の番号を
31.32.33.・・・で表す。
第3図に示す装置は、アーク′f8接用ロボット装置1
であって、作業工具としての溶接トーチ2を保持してい
る多関節型工業用ロボット3、コンピュータを含む制御
部4および操作盤5からなっている。
第4図はワークの一例を示しており、このワークNは、
バイブn1にパイプn2を直角に接合するものであって
、その接合線Rはくら形の曲線である。この接合線Rに
ウィービングを加えたものが溶接線R′となる。
アーク溶接用ロボット装W1によってワークNを溶接す
るには1、操作盤5を用いてオペレータが工業用ロボッ
ト3を駆動し、溶接トーチ2をとびとびの溶接位置(教
示値1)に誘導すると共に、その位置データを記憶する
ことにより、ウィービングを加えないで溶接するものと
したときの教示点(接合線Rに沿った軌跡をなす)のデ
ータ(θ8.5 θ1..θ31. θ、□5 θ6、
)を教示すると共に、ウィービングに関してはウィービ
ング周波数fおよび振幅りを教示するか、又は予め記憶
させておく、さらに再生時の位置決め時間間隔Δtと、
再生速度Vと、円弧補間又は直線補間を行うべき指示と
を教示し、あるいは記憶させておく。
制御部4は教示された関節角度データ(θ1゜、θ2L
−θ3□、θ、□、θ5□)から順座標変換してデータ
(X工、y、、z工、θ4L、θ5工)を得、さらに座
標変換して工具の姿勢に関するデータを方向余弦の形態
で含んだデータ(X□。
Y工、Z□、EL、F□、G□)を得る0次にこれから
教示点間の補間点データ(X+ 、Y+ 、Zr、E、
、F、、G、)を算出する。これらの座標変換および演
算は従来公知の処理と同様である。
次に第6図を参照して上記各データからウィービング方
向を算出する手順を説明するが、説明の都合ヒ、教示点
もしくは補間点の任意の一点Am(0≦m、A、は始め
の教示点とする)のデータが(Xm、Ym、Zm、Em
、Pm、Gm)であるとし、その次の一点Anのデータ
が(Xn、Yn、Zn、En、Fn、Gn)であるとす
る(即ちn=rn+1)。
まず第6図にSlで示すように、点Anにおける移動方
向ベクトルLnをめるが、移動に関するデータは上記の
如くその点の座標を示しているから、(1)式により近
似的ではあるが十分実用的な移動方向ベクトルLnを得
られる。
L n =(Xn−Xm、 Yn −Ym、Zn−Zm
) −(i )続いてS2で示すように、点、Anにお
ける工具の軸芯方向ベクトルTnをめる。かかる工具の
姿勢に関するデータはその点における溶接トーチ2の方
向余弦であるから、そのまま軸芯方向ベクトルをあられ
しており、(II)式で示される。
Tn= (En、Fn、Gn)−(ii)その後、S3
で示すように、移動方向ベクトルLnと軸芯方向ベクト
ルTnの外積ベクトルWnを得る。外積ベクトルWnは
(iii )式でめられる。
Wn−TnXLn =(Fn−(Zn−Zm)−Gn(Yn −Ym )。
Gn−(Xn−Xn+)−En・(Zn−Zm )En
・(Yn−Ym)−Fn ・(Xn−Xm)) −(i
ii )さらに、S4に示すように、ウィービング量C
nをめるが、これは正弦波的にウィービングを行うもの
とすれば、(1v)式によって(Mられる。
CnxD−5in(21f HΔL ・n) −(iv
)次に、第6図に85で示すように、ウィービングを加
えたときに点Anが変位する点An’をめる。これには
、ます外積ベクトルWnの各成分の平方の和で各成分を
除し、かつCnを各成分に乗じて外積ベクトルWnの長
さをCnとしたウィービング・ベクトルW n ’を得
、次にそのウィービング・ベクトルW n ’の各成分
を点Anにおける移動に関するデータ(Xn、Yn、Z
n)の各成分に加えればよい。
ウィービングの実施は、点An’のデータを移動に関す
るデータとし、点Anにおける姿勢に関するデータをそ
のまま姿勢に関するデータとして、これらから逆座標変
換によって工業用ロボット3を直接制御可能な関節角度
データ(0+n’。
θ2n’r θ3n′、θ。。′、θ5n′)を得て、
これにより工業用ロボット3を制御すればよい。なお、
これによるウィービングは溶接トーチ2の姿勢を変えず
に溶接トーチ2の平行移動により行う方式のものとなる
他の実施例としては、補藺点データの算出が円弧補間の
場合、(1)式で近似的に移動方向ベクトルをめないで
、円弧補間のときに得られる円の中心および半径のデー
タを用いて正確に接線方向のベクトルを得、これを移動
方向ベクトルとするものが挙げられる。
さらに他の実施例としては、点An’のデータによって
移動に関するデータだけを補正するのではなく、それと
ともに姿勢に関するデータをも、或いは姿勢に関するデ
ータだけを補正するものが挙げられる。これらの場合、
ウィービングは、溶接トーチ2の軸芯の振れによっても
、或いは振れだけによって実施されることになり、溶接
トーチ2の振れ方向および振れ角度を指定してウィービ
ングを実施することになる。
またさらに他の実施例としては、溶接トーチ2に代えて
塗装ガンやグラインダ等を工業用ロボット3に保持させ
、ウィービングさせつつ塗装や研磨等を行わせるものが
挙げられる。
上記実施例ではいわゆるFTP教示についてのみ説明し
たが、いわゆるCP型の教示方式を採ることも可能であ
り、この場合前記補間計算の手順は不要となる。また使
用する工業用ロボン;・は上記多関節型にかぎらず、直
角座標型、水平多関節型(スカラ型)2円筒座種型、そ
の他にも適用可能であることは言うまでもない。
この発明は、以上述べたように、所定の手順にしたがっ
て工具の移動の制御と工具の姿勢の制御とを行う工業用
ロボットにおいて、工具の移動に関するデータから工具
の移動方向ベクトルを算出する移動方向ベクトル算出手
段と、工具の姿勢に関するデータから工具の軸芯方向ベ
クトルを算出する軸芯方向ベクトル算出手段と、前記移
動方向ベクトルと軸芯方向ベクトルからそれらの外積ベ
クトルを算出する外積ベクトル算出手段と、その外積ベ
クトルの方向をウィービング方向としてウィービングを
行わせるべく工具の移動および/または姿勢を制御する
ウィービング制御手段とを具備したことを特徴とする工
業用ロボットの自動ウィービング装置を提供するもので
、これによれば、適切なウィービング方向を自動的に選
択させてウィービングを実施できることになるから、教
示時に各教示点におけるウィービング方向をいちいち教
示する必要がなくなり、ウィービング方向を時々刻々変
化させる必要がある複雑な形状のワークに対する作業(
たとえば第4図に示したようなくら型のill線をもつ
ワークの溶接や、開先形状の変化するワークの溶接など
)に対し乙あるいはポジショナ−にのせられてロボット
と同時に連続位置決めされるワークに対して、迅速にウ
ィービングの教示作業を実施可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はワークの方向とウィービング方向の関係を示す
側面図、第2図は工具の移動t4L跡とウィービング方
向の関係を示す平面図、第3図はこの発明の一実施例の
溶接用ロボットの構成説明図、第4図は2つのパイプを
溶接するワークの斜視図第5図は移動方向ベクトルと軸
芯方向ベクトルとウィービング方向ベクトルとの関係を
示すベクトル図、第6図は第3図に示す装置における制
御手順の主要部分のフローチャートである。 (符号の説明) ■・・・アーク溶接用ロボット装置 2・・・溶接アーチ 3・・・工業用ロボット 4・・・制御部5・・・操作
盤 N・・・ワーク R・・・接合線 R′・・・溶接線 Ln・・・移動方向ベクトル Tn・・・軸芯方向ベクトル Wn・・・外積ベクトル。 出願人 株式会社神戸1i!1III所代理人 弁理士
 本庄 武男

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の手順にしたがって工具の移動の制御と工具の
    姿勢の制御とを行う工業用ロボットにおいて、 工具の移動に関するデータから工具の移動方向ベクトル
    を算出する移動方向ベクトル算出手段と、工具の姿勢に
    関するデータカ・ら工具の軸芯方向ベクトルを算出する
    軸芯方向ベクトル算出手段と、前記移動方向ベクトルと
    軸芯方向ベクトルからそれらの外積ベクトルを算出する
    外積ベクトル算出手段と、その外積ベクトルの方向をウ
    ィービング方向としてウィービングを行わせるべく工具
    の移動および/または姿勢を制御するウィービング1i
    11fal1手段とを具備したことを特徴とする工業用
    ロボットの自動ウィービング装置。
JP6867984A 1984-04-06 1984-04-06 工業用ロボツトの自動ウイ−ビング装置 Granted JPS60213362A (ja)

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JPH0424147B2 JPH0424147B2 (ja) 1992-04-24

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS647107A (en) * 1987-06-30 1989-01-11 Yaskawa Denki Seisakusho Kk Weaving device for industrial robot
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