JPS63256281A - 溶接ト−チ姿勢の教示方式 - Google Patents

溶接ト−チ姿勢の教示方式

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JPS63256281A
JPS63256281A JP9078787A JP9078787A JPS63256281A JP S63256281 A JPS63256281 A JP S63256281A JP 9078787 A JP9078787 A JP 9078787A JP 9078787 A JP9078787 A JP 9078787A JP S63256281 A JPS63256281 A JP S63256281A
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JP
Japan
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angle
torch
robot
teaching
vector
Prior art date
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Pending
Application number
JP9078787A
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English (en)
Inventor
Tomio Kikiyouhara
桔梗原 富夫
Yasunori Shimura
志村 安規
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Hitachi Ltd
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63256281A publication Critical patent/JPS63256281A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボットによる自動溶接に係り、特に教示簡
略化するのに好適なロボットの教示方式〔従来の技術〕 従来のこの種の装置は、特開昭59−167713号に
記載のように、教示の際、手首先端の位置決めを行った
後、手首の姿勢を教示するために姿勢変更を行っても手
首先端の位置が変わらないよう制御し、教示を容易にす
るものである。
また、特開昭59−229619号の記載のように、3
次元ロボットシミュレータを用いて、グラフィック上に
表示して教示を行うものもある。
この場合は、原理的に数値入力も可能と思われるが、実
機を使用した。いわゆるダイレクト・ティーチとは根本
的に手法が異なる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ロボットによる溶接作業において、溶接トーチの姿勢は
溶接品質の良否に大きく影響する。そのため、溶接トー
チの姿勢の教示は非常に重要である。しかし、従来の方
法では、ロボットを実際に手動動作させて、実際の溶接
姿勢をとらせて教示しており、作業の経験が必要であっ
たり、角度ゲージを当てて教示するなど、とても煩雑な
作業になっていた。
ところが、適切な溶接姿勢については、ワークの開先形
状や下向き、横向き等の溶接方法の種類によって、既に
角度データとしてわかっている。
本発明の目的は、作業者が実際に溶接トーチを誘導する
のではなく、数値入力によって姿勢の教示を行うことが
可能な溶接トーチ姿勢の教示方式を得ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、教示に先立ち、溶接ワークの情報を簡単に
与えおき、実際の教示の際に、数値入力された溶接トー
チの情報とワークの情報とをもとに、座標変換の逆変換
を行うことによって、教示データを生成することができ
る。
〔作用〕
ワークの情報とそれに対する溶接トーチの情報が得られ
れば、空間での溶接トーチの位置と姿勢は一意的に決定
される。その時、ロボットの各関節角の値は座標変換に
よって計算することができる。よって、そのデータを教
示データとすればよい。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明す机 第1図は1本実施例の全体構成を示している。
1はロボット本体であり、6個の関節部(駆動部)を有
する6自由度のティーチング・プレイバック方式のロボ
ットである。2はロボットの手首に取付けられた溶接ト
ーチ、Tは始点が溶接トーチの先端で、方向が溶接トー
チの中心線方向の大きさが1のベクトルであり、以後こ
れをトーチベクトルと呼ぶ。
3はロボット制御装置であり、内部にロボット制御用の
CPUボード、教示データや制御プログラムの記憶部、
サーボモータ駆動用の強電部等を内蔵している。また、
上部にはデータ表示用のCRTと起動、停止等の各種ス
イッチ、トーチ姿勢の角度データを数値入力できるよう
なテン・キー等が付いている。4はティーチング・ボッ
クスであり、ロボットに作業を教示する際に用いる。5
は溶接機、6はワイヤ供給装置であり、これらは3のロ
ボット制御装置の指令により動作する。本実施例では、
消耗電極式のアーク溶接法を用いている。7は被溶接物
(ワーク)、8はそれを置く台である。
次に、第2図〜第4図を用いてトーチ姿勢(角度)を定
義しておく、第1図、第2図はそれぞれ第3図のような
ワークと溶接トーチとの位置関係を側面および正面から
見た図である。この時1図中のαを1・−チ角、前進角
と呼ぶことにする。また、板Aの上面を基準面と呼ぶ(
A、Bどちらの板を基準面にとってもよいが、ここでは
考えやすいように下板Aとした。)、これらの角度α、
βは溶接の品質に大きく関わる。例えば、トーチ角αが
大きくなると、ビード幅が狭くなる、余盛が高くなる。
溶込みが深くなる。気孔が発生しやすくなるなどが知ら
れている。また、前進角βはビード形状、ガスシールド
効果などに影響をおよぼす。
本発明は、溶接の重要な因子となるαとβの教示を、ロ
ボット制御装置3から数値入力によって簡単に行うもの
である。
以下に実際の操作及び処理について説明する。
まず、実際の動作経路と作業内容の教示に先立ちワーク
の情報を予め、ラフに教示する。第5図はその説明図で
ある。今、第5図に示すようなワークがある時、ロボッ
トを手動動作させて、溶接トーチ2を溶接線上に誘導し
、実際の溶接方向が1点P1から点P2の向きになるよ
うな溶接線上の任意の2点PL、P2の位置情報を取り
込む。次に、溶接基準面上の任意の点P3の位置情報を
取り込む、ロボット制御装置!3では、これら3点の情
報をもとに溶接線方向のベクトル、基準面と平行なベク
トル、基準面と垂直なベクトルを算出する。
大きさが1のそれぞれのベクトルを、図のように、溶接
線ベクトルW、基準ベクトルS、法線ベクトルHと定義
する。ここで、ベクトルHとベクトルWは直角、ベクト
ルHとベクトルSは直角である。
次に、実際の教示と処理アルゴリズムについて第6図の
フローチャートに沿って説明する。
溶接の開始点の教示を行うのに、従来は溶接トーチ2の
位置決めを行った後、fa接部に対し、相対的にトーチ
姿勢を手動動作で正確に定めていた。
本実施例では、まず、従来と同様にステップ6aで溶接
トーチ2の位置決め操作を行う、この時。
ロボット制御袋@3では、ステップ6bで位置決めされ
た時の各関節角のデータをもとにトーチベクトルTを計
算する。これは、ロボッ1〜を制御する際、ロボット制
御装置3内では、各関節角から、制御対象点(ここでは
、溶接トーチ2の先端)の位置ベクトルを常時算出して
いる。従って、溶接トーチ2のロボット手首に対する取
付は角がわかれば、容易に算出することができる。
次に、ステップ6cでトーチ角αと前進角βをロボット
制御装置3のCRTに表示された第7図のような画面を
用いて数値入力する。ここで、αβの値については、ワ
ークの種類や施工方法によって理想的な値がわかってい
るので、操作者は定数表等を参照して入力すればよい。
すると、ロボット制御装置では、ステップ6cで入力さ
れた角度データと予備教示によって得られた3つのベク
トルW、S、Hとを用いて、ステップ6dで入力された
トーチ角、前進角を実現するようなトーチベクトルを算
出する。その方法について第8図を用いて説明する。今
、溶接線ベクトルW=(W、、Wエ 、絢 )、法線ベ
クトルをH−(hz  、 h、、 h7 ) 、トー
チベクトルをT=(1,,1工、t3)とすると、 ′ I(−T=  IHl・1TIc o s a    
 ’    −(1)=  h+ tl+  hz t
z+  h5t、=  c  o−s”aW−T = 
 IWI ・1Tlc o sβ        ・ 
(2)” Wt tr + WJ tz + Wlty
” COSβ(,−IH1=/W/=lTl= 1 )
(1)、(2)式を解くと、ベクトルTは、ベクトルW
とベクトルHによってはられる平面について、+Sの側
と−Sの側の2つが求まる。このうち、+S側のTをト
ーチベクトルとする。
この後、ロボット制御装置3では、ステップ6eでこの
トーチベクトルの値から、逆変換を行い。
各関節角を求める。それについて、第9図を用いて説明
する。一般に、溶接トーチ2を空間で固定するためには
、先端の位置ベクトルP (P+  、 Pa。
Py )とトーチベクトルT(tr  、 tz 、 
t3  )がわかればよい0本実施例のロボッ1−は6
軸であり、図のような関節構成になっている。ここで、
各関節角を(li(j、=1〜6)とすれば。
のような座標変換を行って、溶接トーチ2の位置と姿勢
を制御することができる。ここでAは、座標変換行列で
あり、ロボットの腕の長さ等によって決定される。さら
に1行列Aは、一般に、正則行列であり、逆行列が存在
する。従って、(3)式は のような逆変換が可能であり、(p、、pよr P7)
 +Ct、++ tzs t7)が既知であるならば、
(θ、〜θハを求めることができる。
以上の一連の処理の後、ステップ6fで上記で求めた各
関節角にロボットを制御するとともに。
各関節角のデータを教示データとして、ロボット制御装
置3の記憶部に格納する。
以上によって、ロボットの姿勢教示を角度数値入力によ
って実現することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来、経験等定性的な判断で行ってい
た溶接トーチの姿勢を数値によって、定量的に行えるよ
うになり、溶接の品質の安定化がはかれる。また、煩雑
であった教示作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例の全体構成図、第2〜4図はトーチ角
、前進角の説明図、第5図は予備ティーチの説明図、第
6図は教示の際の操作と処理のフローチャート、第7図
は溶接トーチ姿勢の数値入力画面図、第8図は予備教示
によって得られるワークのベクトルとトーチベクトルの
関係を示す説明図、第9図は本実施例のロボットの関節
構成を示す関節構成図である。 α・・・トーチ角、β・・・前進角、1・・・ロボット
本俸。 2・・・溶接トーチ、3・・・ロボット制御装置、T・
・・トーチベクトル・ ゝ\−−/′ $ 1  図 ta  ロボット本俸  2:5gk)−す  3ニ 
レホ;ト祠卸雇iTa  トーチベクトル 第  5rtJ 第  7IU $ 8 凹

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、ロボット手首に取り付けられた溶接トーチの位置と
    姿勢を制御するロボットにおいて、溶接トーチの対象ワ
    ークに対する角度を数値入力することによって教示する
    ことを特徴とする溶接トーチ姿勢の教示方式。
JP9078787A 1987-04-15 1987-04-15 溶接ト−チ姿勢の教示方式 Pending JPS63256281A (ja)

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