WO2014098132A1 - シーム溶接設備、シーム溶接方法、ロボット制御装置及びロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

　ワークの表面状態や全体形状の影響を受けないシーム溶接装置を提供することを課題とする。この課題を解決するために、シーム溶接設備（１０）は、一対の回転電極（３１、３２）と、電極支持フレーム（３７）と、距離計測手段（５０）と、制御部（４３）とを備える。電極支持フレーム（３７）は、一対の回転電極（３１、３２）を支える。距離計測手段（５０）は、電極支持フレーム（３７）に設けられ鋼板（６１）のエッジ（６１ａ）までの距離を測る。制御部（４３）は、距離計測手段（５０）で測定した実測距離が所定距離から外れた場合に偏差がゼロになるようにロボット（２０）を制御して回転電極（３１、３２）の走行方向を調節させる。これにより、小型化が図れると共にワーク（鋼板（６１））の表面状態や形状の影響を受けないシーム溶接設備（１０）が提供される。

Description

シーム溶接設備、シーム溶接方法、ロボット制御装置及びロボットの制御方法

　本発明は、シーム溶接、特に車体のシーム溶接に適したシーム溶接設備、シーム溶接方法、ロボット制御装置及びロボットの制御方法に関する。

　回転電極によるシーム溶接法が知られている。すなわち、一対の回転電極で、重ねた状態の２枚の鋼板を挟む。一方の回転電極に給電し他方の回転電極をアース電極とする。２枚の鋼板間に溶着金属（ナゲット）が生成される。回転電極を相対的に移動させることで、溶着金属が線状に連続する。

　シーム溶接は、連続溶接であるため、密閉性が要求されるタンクなどに適用される。ただし、ワークが立体である場合は、回転電極がワークから脱輪し易くなる。脱輪対策が必要となる。回転電極の脱輪対策を講じたシーム溶接装置が、各種提案された（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１に開示されているシーム溶接装置は、基礎に固定されている基台と、この基台に旋回可能に支持されている本体部と、この本体部を旋回する回転機構と、本体部に支持されている一対の回転電極と、ワーク（溶接対象物）の送り方向と直交する方向にて回転電極に加わる荷重を計測するロードセルからなっている。一対の回転電極を通る鉛直線回りに、回転機構によって回転電極が回転する。ロードセルで計測する荷重がゼロになるように回転電極を鉛直線回りに旋回する。

　特許文献１によるシーム溶接装置は、基台と、本体部と、回転機構と、回転電極とからなっているため、極めて大型な設備となる。シーム溶接装置の低コスト化が求める中、シーム溶接装置の小型化が望まれる。

　また、特許文献１よるシーム溶接装置は、ロードセルで計測する荷重がゼロになるように回転電極を鉛直線回りに旋回することで脱輪を防止している。ワークの形状が複雑であるほど、ロードセルで計測する荷重が変動し易くなる。荷重が変動すると回転電極を鉛直線回りに頻繁に旋回することとなる。頻繁に旋回するとシームが蛇行する頻度が高まる。ワークの形状に拘わらず綺麗なシームが得られることが求められる。

特開２０１０－１５８６９２号公報

　本発明は、容易に小型化が図れると共にワークの形状の影響を受けないシーム溶接装置を提供することを課題とする。

　請求項１に係る発明によれば、関節に一定の遊びが設定できる多関節ロボットと、このロボットに取付けられる溶接装置とからなり、重ねた鋼板にシーム溶接を施すシーム溶接設備において、前記溶接装置は、一対の回転電極と、これらの回転電極を支える電極支持フレームと、この電極支持フレームに設けられ前記鋼板のエッジまでの距離を測る距離計測手段と、この距離計測手段で測定した実測距離が所定距離から外れた場合に偏差がゼロになるように前記ロボットを制御して前記回転電極の走行方向を調節する制御部とからなる、シーム溶接設備が提供される。

　請求項２に係る発明によれば、関節に一定の遊びが設定できる多関節ロボットと、このロボットに取付けられる溶接装置とからなり、重ねた鋼板にシーム溶接を施すシーム溶接設備において、前記溶接装置は、一対の回転電極と、これらの回転電極を支える電極支持フレームと、前記回転電極が前記鋼板上を走行するときに走行方向を変更できるように電極支持フレームを旋回可能に支持する支持枠と、この支持枠に設けられ前記電極支持フレームを旋回する旋回手段と、前記支持枠又は前記電極支持フレームに設けられ前記鋼板のエッジまでの距離を測る距離計測手段と、この距離計測手段で測定した実測距離が所定距離から外れた場合に偏差がゼロになるように前記旋回手段を制御して前記回転電極の走行方向を調節する制御部とからなる、シーム溶接設備が提供される。

　請求項３に係る発明によれば、シーム溶接設備を用いて実施するシーム溶接方法であって、前記多関節ロボットに溶接ラインを教示するロボットティーチング工程と、前記多関節ロボットの前記関節に遊びを設定するロボット設定工程と、前記所定距離を前記制御部に設定する距離設定工程と、シーム溶接時に前記距離計測手段で前記鋼板のエッジまでの距離を測る距離測定工程と、前記制御部で実測距離と前記所定距離の偏差を求める偏差演算工程と、前記制御部で前記偏差がゼロになるように前記旋回手段を制御して前記回転電極の走行方向を調節する電極旋回工程と、からなるシーム溶接方法が提供される。

　また、実施形態の一態様に係るロボット制御装置は、誤差取得部と、変換部と、ロボット制御部とを備える。誤差取得部は、複数の駆動部を有するロボットに装着されたエンドエフェクタの計測もしくは推定された位置と前記エンドエフェクタの目標位置との誤差を取得する。変換部は、前記誤差を予め設定された前記エンドエフェクタの旋回角度に対する補正角度へ変換する。ロボット制御部は、前記エンドエフェクタが前記補正角度に基づいて旋回するように、前記ロボットを制御する。

　請求項１に係る発明では、溶接装置はロボットに設けられる。溶接装置が移動するため、重ねた鋼板を三次元的に移動させる必要がない。シーム溶接中、溶接装置の移動は、全てロボットに委ねるため、シーム溶接設備は簡単になる。また、距離計測手段で鋼板のエッジを測る。鋼板の表面状態や形状の影響はエッジに現れ難いため、表面に凹凸があっても距離計測は支障なく実施される。すなわち、本発明によれば、小型化が図れると共に鋼板の形状の影響を受けないシーム溶接設備が提供される。

　請求項２に係る発明によれば、請求項１と同様に、小型化が図れると共に鋼板の形状の影響を受けないシーム溶接設備が提供される。さらには、支持枠と旋回手段を備えるため、ロボットの負担が軽減され、低グレードのロボットの採用が可能となる。

　請求項３に係る発明では、ロボットの関節に遊びを設定したことにより、回転電極の旋回を可能にした。結果、請求項１又は２と同様に、小型化が図れると共に鋼板の形状の影響を受けないシーム溶接設備が提供される。

　実施形態の一態様によれば、ロボット制御装置において、エンドエフェクタが目標位置からズレた場合であっても、目標位置へ適切に戻すように、ロボットの動作を制御することができる。

図１は、本発明に係るシーム溶接設備の斜視図である。 図２は、溶接対象物の一例を示す図である。 図３は、溶接装置の正面図である。 図４は、図３の４－４線断面図である。 図５は、距離計測手段の原理図である。 図６は、乱反射光を説明する図である。 図７は、距離計測手段の作用図である。 図８は、シーム溶接設備の作用図である。 図９は、シーム溶接設備の作用図である。 図１０は、シーム溶接設備の制御を説明するフロー図である。 図１１は、距離計測手段の別の配置例を説明する図である。 図１２は、溶接装置の変更例を示す図である。 図１３は、図１２の１３－１３線断面図である。 図１４は、実施形態に係るロボット及びロボット制御装置を中心に示す模式図である。 図１５は、ロボット制御装置によって行われるロボットの制御を説明する図である。 図１６は、ロボット制御装置によって実行される処理手順を示すフロー図である。

　以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面に基づいて説明する。

　図１に示されるように、シーム溶接設備１０は、多関節ロボット２０と、このロボット２０に取付けられる溶接装置３０とからなっている。

　多関節ロボット２０は、例えば、地面に垂直な軸に相当する第１軸２１廻りに第１モータＭ１（モータは内蔵されるが、便宜上、外に示した。他のモータも同様。）で回されると共に水平軸に相当する第２軸２２廻りに第２モータＭ２でスイングされる下腕部２３と、この下腕部２３の先端に第３軸２４を介して接続され第３軸２４廻りに第３モータＭ３でスイングされると共に第３軸２４に直交する第４軸２５廻りに第４モータＭ４で回される上腕部２６と、この上腕部２６の先端に第５軸２７を介して接続され第５軸２７廻りに第５モータＭ５でスイングされると共に第５軸２７に直交する第６軸２８廻りに第６モータＭ６で回される手首部２９とからなっている６軸ロボットである。

　一対の回転電極３１、３２間にあるティーチング・ポイントＴＰは、ロボット２０により、直交座標であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と回転座標であるＲｘ軸、Ｒｙ軸、Ｒｚ軸の位置（回転位置を含む）情報を有し、ロボット２０の姿勢が規定されている。

　シーム溶接設備１０は、図２（ａ）に示されるように、車体の溶接に供され、例えば、（ａ）のｂ－ｂ線断面図である（ｂ）に示されるように、センターピラー３３におけるインナーメンバーのフランジ３４とアウターメンバーのフランジ３５の接合に供される。

　図３に示されるように、溶接装置３０は、一対の回転電極３１、３２と、これらの回転電極３１、３２を支える電極支持フレーム３７と、この電極支持フレーム３７に設けられフランジのエッジまでの距離を測る距離計測手段５０とを備える。
　一方の回転電極３２は、レール３９、スライダ４１及びシリンダ４２により移動可能である。フランジの厚さが変化すると、一方の回転電極３２が移動する。

　図４に示されるように、距離計測手段５０から距離情報が制御部４３に送られる。制御部４３はロボット制御部４４を介して多関節ロボット（図１、符号２０）を制御する。一方の回転電極３２は、スライダ４１に取付けられたモータ４５で回され、他方の回転電極３１は、支持ブロック４６に取付けられたモータ４７で回される。溶接電流は、回転電極３１に給電側ケーブル４８で供給され、回転電極３２に電気的に接続されるアース側ケーブル４９へ流される。給電とアースは逆にしてもよい。

　図５に示されるように、距離計測手段５０は、レーザの発射光５７を照射するレーザ発射部５１と、発射光５７を絞る投光レンズ５２と、反射光５９を絞る受光レンズ５３と、反射光５９の受光位置を特定する光位置検出素子５４と、これらを一括して収納するケース５５とからなっている。

　図６（ａ）に示されるように、発射光５７は、レーザ発射部５１から投光レンズ５２を介してフランジ３４のエッジに到達する。
　鏡面以外の面では光は乱反射されるため、フランジ３４のエッジが乱反射面となる。

　そこで、図６（ｂ）に示されるように、乱反射光５８が発生し、この乱反射光５８の一部の反射光５９が受光レンズ５３に到達し、受光レンズ５３で絞られて光位置検出素子５４に当たる。なお、本発明では、無数の乱反射光５８のうちで、受光レンズ５３に向かう光のみを反射光５９と呼ぶ。

　図７に示されるように、光位置検出素子５４は多数（便宜的に６個）の受光素子５４ａ～５４ｆで構成される。
　フランジ３４が投光レンズ５２に近いところにある場合には、発射光５７が当たる点Ｐ１と、受光レンズ５３の中心とを結ぶ線上を反射光５９が進み、第５番素子５４ｅに受光される。

　図７では、理解の便宜のため、投光レンズ５２から遠いところにある場合のフランジを符号３４ａで示し、そのときの反射光を符号５９ａで示す。図７に示されるように、フランジ３４ａが投光レンズ５２に遠いところにある場合には、発射光５７が当たる点Ｐ２と、受光レンズ５３の中心とを結ぶ線上を反射光５９ａが進み、第２番素子５４ｂに受光される。
　レーザ発射部５１、投光レンズ５２、受光レンズ５３及び光位置検出素子５４は、相対位置が固定されていて、位置座標は既知である。そのため、受光素子５４ａ～５４ｆの何れに受光されているかが定まれば、幾何学的にフランジ３４の位置が求められる。

　以上の構成からなるシーム溶接設備１０の作用を次に述べる。なお、フランジ３４を一般化して、以下、鋼板６１と呼ぶ。
　また、以下に述べる図８及び図９では、図示の都合で上の回転電極３２だけを示し、作用を説明するが、図４に示されるように、一対の回転電極３１、３２は、同時に同方向へ同量だけＲｚ軸廻りに旋回する。

　図８（ａ）に示されるように、鋼板６１は相対的に静止し、回転電極３２が図面下方へ相対的に移動している。距離計測手段５０も回転電極３２と一緒に図面下方へ移動する。仮に、シームライン（電縫溶接線）６３が、溶接ラインに相当する予定ライン６４からδ１だけエッジ６１ａ側に変位したとする。距離計測手段５０で計測するエッジ６１ａ間での実測距離Ｄ１は、所定距離よりδ１だけ大きくなる。

　制御部（図４、符号４３）は、偏差δ１を小さくするために、図８（ｂ）に示されるように、回転電極３２を旋回する。すると、図８（ｃ）に示されるように、旋回角度θ１によりシームライン６３が曲がる。この曲がりにより、距離計測手段５０で計測するエッジ６１ａ間での実測距離Ｄ２は小さくなる（Ｄ２＜Ｄ１）。

　図９（ａ）に示されるように、ポイントＴＰが予定ライン６４を超えた場合には回転電極３２を逆側に旋回する。図９（ｂ）に示されるように、旋回角度θ２によりシームライン６３が曲がり、図９（ｃ）に示されるように、ポイントＴＰが予定ライン６４に合致する。
　すなわち、常に距離計測手段５０でエッジ６１ａまでの距離Ｄｎを実測（実際に測定）し、この実測距離Ｄｎが所定距離と異なるときに、偏差δ１がゼロになるように、旋回角度θ１、θ２を制御する。この制御をＰＩＤ制御で行うことが推奨される。

　図８、図９を制御フローに基づき、再度、説明する。
　図１０のステップ番号（以下、ＳＴと略記する。）０１で、ロボットの教示を行う。ただし、回転電極の旋回を許容するために、ＳＴ０２でＲｚｎにβの遊びを持たせる。この旋回に伴ってｘ方向の移動が発生するため、ｘｎにαの遊びを持たせる。

　距離計測手段５０から鋼板エッジ６１ａまでの所定距離Ｄｓを設定し（ＳＴ０３）、その上で、距離計測手段５０により鋼板エッジ６１ａまでの距離（実測距離Ｄｎ）を実測する（ＳＴ０４）。
　制御部４３で、δ１＝（Ｄｓ－Ｄｎ）の算式により、偏差δ１を求める（ＳＴ０５）。
　制御部４３は、偏差δ１がゼロになる方向に、回転電極３２の旋回方向を定めて旋回する。偏差δ１が小さくなると、旋回角度も小さくなる（ＳＴ０６）。
　ＳＴ０７により、終了の指令があるまでは、ＳＴ０４～ＳＴ０６を繰り返し、連続して距離を測り、この距離が所定距離になるように、常に回転電極を旋回することで、シームラインを予定ラインに近似させる。

　すなわち、本発明方法は、次の工程群からなっている。
　多関節ロボットに溶接ラインを教示するロボットティーチング工程（ＳＴ０１）と、前記多関節ロボットの前記関節に遊びを設定するロボット設定工程（ＳＴ０２）と、前記所定距離を前記制御部に設定する距離設定工程（ＳＴ０３）と、シーム溶接時に前記距離計測手段で前記鋼板のエッジまでの距離を測る距離測定工程（ＳＴ０４）と、前記制御部で実測距離と前記所定距離の偏差を求める偏差演算工程（ＳＴ０５）と、前記制御部で前記偏差がゼロになるように前記旋回手段を制御して前記回転電極の走行方向を調節する電極旋回工程（ＳＴ０６）と、からなっている。

　本発明方法によれば、教示された通りに多関節ロボットで溶接装置を鋼板に対して相対移動させ、関節の遊びの範囲で回転電極の走行方向を調節することで、シームラインを鋼板のエッジに倣わせることができる。

　ところで、図２、図３において、距離計測手段５０を回転電極３１、３２の近傍に配置したが、距離計測手段５０が光学式測定手段である場合に、溶接スパーク光の影響を受けることがある。その場合には、次に説明する代替案が推奨される。
　図１１（ａ）に示されるように、回転電極３２の前後に、ある程度の距離を置いて距離計測手段５０、５０を配置する。

　具体的に例えば、図１１（ａ）に示す例では、距離計測手段５０、５０が回転電極３２の前後に等間隔で配置され、制御部４３が距離計測手段５０、５０で得られた各距離情報の平均値を、回転電極３２に対応する位置でのエッジ６１ａまでの距離と推定してもよい。また、図１１（ａ）では、回転電極３２の前後にそれぞれ１個ずつ距離計測手段５０が配置されるようにしたが、それに限定されるものではなく、いずれか一方であってもよい。

　又は、図１１（ｂ）に示されるように、回転電極３２の上方に距離計測手段５０を配置する。溶接スパーク光は水平に放射されるため、光対策としては十分である。ただし、この距離計測手段５０はイメージセンサが望ましく、画像データから鋼板のエッジを認識し、エッジの位置を演算するようにする。

　又は、図１１（ｃ）に示されるように、光の影響を受けない機械式距離計測手段５０を採用する。

　具体的に例えば、図１１（ｃ）に示す例では、制御部４３が機械式距離計測手段５０で得られた距離情報を時系列に記憶しておき、さらに機械式距離計測手段５０で計測されるエッジ６１ａの位置と回転電極３２に対応するエッジ６１ａの位置との離間距離を予め記憶しておく。そして、制御部４３は、回転電極３２が離間距離進んだ場合、回転電極３２における現在のエッジ６１ａまでの距離を、離間距離進む前の時点で記憶した機械式距離計測手段５０の距離情報に基づいて推定してもよい。

　次に、図２、図３で説明した溶接装置３０の変更例を説明する。
　図１２に示されるように、ロボット（手首部２９）に支持枠６６を取付け、この支持枠６６に鉛直軸６７廻りに旋回可能に電極支持フレーム３７を取付け、この電極支持フレーム３７に回転電極３１、３２を取付け、支持枠６６に旋回手段６８を設け、この旋回手段６８で電極支持フレーム３７を旋回するようにしてもよい。図２、図３との共通要素は符号を流用して、説明を省略する。旋回手段６８は、減速機付きサーボモータが好適である。

　図１３に示されるように、鉛直軸６７は回転電極３１、３２の中心を通る。距離計測手段５０は、電極支持フレーム３７に設けてもよいが、この例では支持枠６６に設けた。距離計測手段５０からの距離情報を受けた制御部４３は、適宜旋回手段６８を作動させ、回転電極３１、３２を鉛直軸６７廻りに旋回する。

　溶接装置３０内で回転電極３１、３２を旋回制御するため、ロボット２０の負担が軽くなる。結果、６軸ロボットよりも軸数の少ない、安価なロボットが使用可能となる。

　尚、本発明は、車体フレームにシーム溶接を施すシーム溶接設備に好適であるが、溶接対象物は、車体の他、いわゆる、製缶物と呼ばれる一般構造物であって差し支えない。

　ところで、上記したシーム溶接設備１０について再説すると、シーム溶接設備１０は、多関節ロボット２０（以下、単に「ロボット２０」という）を備える（図１参照）。ロボット２０の手首部２９には、エンドエフェクタとして溶接装置３０が装着される。なお、以下においては、溶接装置３０を「エンドエフェクタ３０」ということがある。

　エンドエフェクタ３０は、鋼板６１に対して所定の処理、具体的にはシーム溶接処理を施すように構成される。なお、以下では、処理の対象である鋼板６１を「被処理物６１」ということがある。

　エンドエフェクタ３０は、被処理物６１に処理を施す際、例えば被処理物６１の形状などによっては予め設定された目標位置とならないことがある。具体的に例えば、被処理物６１に凹凸形状があったり、予定する軌跡（例えば予定ライン６４）が湾曲していたりする場合、エンドエフェクタ３０が目標位置とならない、換言すれば目標位置に対してズレることがある。

　そのため、以前より、目標位置に対してズレたエンドエフェクタ３０を、目標位置へ戻すようにロボット２０の動作を制御することができる技術が望まれていた。

　そこで、本実施形態に係るロボット制御装置においては、エンドエフェクタ３０が目標位置からズレた場合であっても、目標位置へ適切に戻すように、ロボット２０の動作を制御する構成とした。以下、そのロボット制御装置について詳しく説明する。

　図１４は、実施形態に係るロボット２０及びロボット制御装置を中心に示す模式図である。なお、図１４には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸、紙面における左右方向をＸ軸、紙面奥から手前方向をＹ軸とした３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の図１５でも示される。

　また、この明細書では「Ｘ軸」「Ｙ軸」「Ｚ軸」などと表現して説明することがあるが、これらはロボット２０や回転電極３２が図示された姿勢にあるときのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向を意味するものであって、表現した方向に限定されるものではない。

　ロボット２０は、上記したように、複数の駆動部（具体的には第１モータＭ１～第６モータＭ６。図１４で図示せず）を有し、駆動部Ｍ１～Ｍ６によって対応する関節がそれぞれ第１軸２１～第６軸２８の各軸廻りに回転させられる。

　エンドエフェクタ３０たる溶接装置３０は、シーム溶接用の一対の回転電極３１、３２などを有する。回転電極３１、３２は、上記したように、被処理物６１を挟んで接触した状態でモータ４５、４７によって回転させられながら移動する。

　なお、一対の回転電極３１、３２のうち、一方の回転電極３２は、シリンダ４２によって図１４において下方に移動させられて、被処理物６１に対して加圧した状態で移動する。上記したシリンダ４２は、例えばシリンダ４２を制御するシリンダ制御部（図示せず）に接続され、そのシリンダ制御部へ加圧指令が入力されると、回転電極３２を下方に移動させるように駆動して加圧状態とする。

　回転電極３１、３２は、上記の如く被処理物６１に接触するローラ部３２０として機能し、エンドエフェクタ３０は、ローラ部３２０（回転電極３１、３２）の回転に応じて被処理物６１と接触しながら、ロボット座標系におけるｙ軸方向へ移動する。これにより、エンドエフェクタ３０にあっては、例えば被処理物６１と接触して加圧しながら移動しているときに、回転電極３１、３２に溶接電流が供給されることで、被処理物６１に対してシーム溶接を行うことが可能となる。

　他方、エンドエフェクタ３０は、シーム溶接を行わない場合、回転電極３２は被処理物６１を押さえつけていた状態から押圧力を解放させてもよい。すなわち被処理物６１に対して加圧しない状態とされる。そして、エンドエフェクタ３０の回転電極３２は、回転しながら被処理物６１と接触した状態で例えば次の溶接位置までロボット２０によって移動させられる。このロボット２０によるエンドエフェクタ３０の移動は、位置制御によって行われるが、これについては後に説明する。

　なお、上記では、エンドエフェクタ３０の回転電極３２は、シーム溶接を行わない場合にも、被処理物６１と接触するようにしたが、それに限定されるものではない。すなわち、シーム溶接を行わない場合の回転電極３２が、例えばシリンダ４２によって図１４の上方に移動させられ、被処理物６１から離間させられるような構成であってもよい。

　図１４に示されるように、ロボット２０にはロボット制御装置７０が電気的に接続される。ロボット制御装置７０は、図示しないＣＰＵ（Central　Processing　Unit）やＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、さらにはハードディスクなどの記憶部を備えている。そして、かかるロボット制御装置７０は、記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵが読み出し、プログラムに従ってロボット２０を制御・駆動する。

　ロボット制御装置７０は、目標位置・旋回角度設定部７１と、加圧判定部７２と、誤差取得部７３と、変換部７４と、逆キネマティクス演算部７５と、上記したロボット制御部４４とを備える。

　目標位置・旋回角度設定部７１は、エンドエフェクタ３０の目標位置及び旋回角度、詳しくは回転電極３１、３２の目標位置及び旋回角度を設定する。具体的に説明すると、例えば先ずロボットティーチング工程において、予定ライン６４に即したエンドエフェクタ３０の目標位置及び旋回角度を示す位置指令値が、図示しない入力装置（例えばプログラミングペンダント）を介して目標位置・旋回角度設定部７１へ入力される。なお、ティーチング工程での位置指令値は、ロボット座標系で入力される。

　目標位置・旋回角度設定部７１は、入力された位置指令値を、例えば順キネマティクス演算を用いて直交座標系の位置指令値に変換する。この直交座標系の位置指令値が、目標位置・旋回角度設定部７１で設定される目標位置及び旋回角度である。このように、エンドエフェクタ３０の目標位置及び旋回角度は、シーム溶接が行われる前に、目標位置・旋回角度設定部７１において予め設定（ティーチング）される。

　上記した目標位置等について、図１５を参照しつつ具体的に説明する。図１５は、ロボット制御装置７０によって行われるロボット２０の制御を説明する図である。なお、図１５は、エンドエフェクタ３０の回転電極３２付近をＺ軸の正方向から見たときの状態を示す、図８や図９と同様な模式平面図である。また、図１５においては、回転電極３２のみが示されているが、一対の回転電極３１、３２はともに、同方向へ同量もしくは略同量だけＲｚ軸廻りに旋回するように構成されることは、前述した通りである。

　エンドエフェクタ３０の回転電極３２の目標位置１３２は、図１５（ａ）において二点鎖線で示される。なお、図１５（ａ）においては、回転電極３２の実際の位置が目標位置１３２に対してＸ軸の正方向へズレている状態が示されている。また、回転電極３２の目標位置１３２と被処理物６１との接する点が目標とされる溶接位置であり、その点を連続に繋げた線が上記した予定ライン６４である。

　目標位置・旋回角度設定部７１で設定されるエンドエフェクタ３０の旋回角度、正確には回転電極３２の旋回角度は、例えば回転電極３２の進行方向（ロボット座標系のｙ軸）と直交座標系のＹ軸とのなす角度である。なお、図１５（ａ）の例で、例えば回転電極３２が目標位置１３２に対してズレていないとした場合、回転電極３２の進行方向は、Ｙ軸に対して平行であるため、旋回角度は０度に設定される。なお、上記では、Ｙ軸を旋回角度の基準としたが、これは例示であって限定されるものではなく、Ｘ軸など他の軸を基準としてもよい。

　図１４の説明を続けると、加圧判定部７２は、回転電極３１、３２が被処理物６１に対して加圧した状態であるか否かを判定する、換言すれば、回転電極３１、３２が被処理物６１に対してシーム溶接を行うことが可能な状態であるか否かを判定する。

　加圧判定部７２は、例えばシリンダ制御部への加圧指令の有無に基づいて加圧した状態であるか否かを判定する。なお、上記では、加圧判定部７２が加圧指令に基づいて判定するようにしたが、それに限定されるものではなく、例えば回転電極３１、３２などに加圧センサなどが取り付けられ、加圧センサの出力に基づいて判定するようにしてもよい。

　誤差取得部７３は、エンドエフェクタ３０の計測もしくは推定された実際の位置（例えば図１５（ａ）において実線で示される回転電極３２の実際の位置）とエンドエフェクタ３０の目標位置（例えば二点鎖線で示される回転電極３２の目標位置）１３２との誤差Ａを取得する。

　誤差Ａは、上記した偏差δ１と同じまたは略同じである。したがって、誤差取得部７３は、距離計測手段５０から距離情報を得て、当該距離情報に基づいて誤差Ａを取得することができる。

　なお、上記では、誤差取得部７３は、距離計測手段５０の距離情報に基づいて誤差Ａを取得するようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、誤差取得部７３は、例えば駆動部（第１モータＭ１～第６モータＭ６）に取り付けられたエンコーダなどの位置センサに基づいて回転電極３２の位置を推定し、推定した回転電極３２の位置と目標位置１３２とから誤差Ａを取得することとしてもよい。

　変換部７４は、誤差Ａを目標位置・旋回角度設定部７１で予め設定されたエンドエフェクタ３０（正確には回転電極３２）の旋回角度に対する補正角度θａへ変換する（図１５（ｂ）参照）。なお、変換部７４において補正角度θａは、例えば誤差Ａがゼロに近づくようになる値に設定される。

　具体的に変換部７４は、誤差Ａに基づき、例えば下記の式（１）を用いたＰＩ（比例積分）制御等で補正角度θａを求める。
　　θａ＝ｋｐ（１＋ｋｉ／ｓ）×Ａ　　　・・・式（１）
　かかる式（１）において、ｋｐは比例ゲイン、ｋｉは積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。

　逆キネマティクス演算部７５は、目標位置・旋回角度設定部７１で設定された直交座標系の旋回角度（位置指令値）に、変換部７４で求めた補正角度θａを加算し、直交座標系の旋回角度（位置指令値）を補正する。以下、補正された直交座標系の位置指令値を「補正指令値」ということがある。

　そして、逆キネマティクス演算部７５は、補正指令値を逆キネマティクス演算を用いて、ロボット２０の各関節の駆動部に対するロボット座標系の位置指令値を算出する、具体的には第１モータＭ１～第６モータＭ６のそれぞれに対する動作位置指令信号を生成する。

　次いで、逆キネマティクス演算部７５は、生成した動作位置指令信号をロボット制御部４４へ送出する。このように、逆キネマティクス演算部７５は、目標位置・旋回角度設定部７１で予め設定された回転電極３２の旋回角度を補正角度θａで補正する。

　ロボット制御部４４は、エンドエフェクタ３０の回転電極３２が補正角度θａに基づいて旋回するように、ロボット２０を制御する。具体的にロボット制御部４４は、逆キネマティクス演算部７５から送出された動作位置指令信号に基づいて、各駆動部（第１モータＭ１～第６モータＭ６）の動作を制御する。

　これにより、回転電極３２は、図１５（ｂ）に示されるように旋回させられる。上記のようなロボット２０の制御を行うことで、回転電極３２は、目標位置１３２に徐々に近づくこととなり、誤差Ａ及びその誤差Ａに応じて演算される補正角度θａも次第に減少していき、最終的には図１５（ｃ）に示されるように、目標位置１３２と一致または略一致する位置まで移動する。

　これにより、ロボット制御装置７０にあっては、エンドエフェクタ３０、正確には回転電極３２が目標位置１３２からズレた場合であっても、目標位置１３２へ適切に戻すように、ロボット２０の動作を制御することができる。なお、図１５（ｂ）で示される回転電極３２の状態から図１５（ｃ）で示される状態への移行は、上記で図８，９等を用いて詳しく説明したので、ここでの説明は省略する。

　なお、ロボット制御部４４は、回転電極３２が被処理物６１に対して加圧していない状態の場合、すなわちシーム溶接していない場合、各モータＭ１～Ｍ６に対して、ティーチングに即した位置制御を行ってロボット２０を制御するが、それについては後述する。

　また、上記したエンドエフェクタ３０の回転電極３２の旋回は、被処理物６１と接触する位置（具体的にはポイントＴＰ）を中心とするように行われる。すなわち、ロボット制御部４４は、例えば第６モータＭ６などを回転させ、エンドエフェクタ３０を第６軸２８廻りに回転させることで、回転電極３２の旋回が被処理物６１と接触する位置ＴＰを中心に行われることとなる。

　これにより、ロボット制御装置７０にあっては、エンドエフェクタ３０に対してシーム溶接を行わせながら旋回させることができる。よってロボット制御装置７０は、例えばシーム溶接中にエンドエフェクタ３０の回転電極３２が目標位置１３２からズレた場合であっても、溶接を行わせながら目標位置１３２へ適切に戻すことができる。

　なお、上記では補正角度θａを予め設定されたロボット２０の位置指令値に追加した上で逆キネマティクス演算を実行し、第１モータＭ１～第６モータＭ６のそれぞれに対する動作位置指令信号を送出するように構成されるが、それに限定されるものではない。すなわち、例えば、Ｒｚ軸と第６軸２８とが一致するように、エンドエフェクタ３０をロボット２０に取り付けるように構成しておき、補正角度θａを第６軸２８の動作位置修正のみで変更できるように構成することもできる。

　続いて、上記したロボット制御装置７０によって実行される処理手順について図１６を用いて説明する。図１６は、その処理手順を示すフロー図である。

　図１６に示されるように、先ずロボット制御装置７０の目標位置・旋回角度設定部７１は、エンドエフェクタ３０の目標位置１３２と旋回角度とを設定する（ＳＴ１０）。次いで、加圧判定部７２は、エンドエフェクタ３０、正確には回転電極３１、３２が被処理物６１に対して加圧した状態であるか否かを判定する（ＳＴ１１）。

　加圧判定部７２で加圧状態と判定された場合（ＳＴ１１，Ｙｅｓ）、誤差取得部７３は、エンドエフェクタ３０の位置の誤差Ａを取得する（ＳＴ１２）。続いて、変換部７４は、上記した式（１）を用いるなどして、誤差Ａを旋回角度に対する補正角度θａへ変換する（ＳＴ１３）。

　次いで、逆キネマティクス演算部７５は、変換部７４で得られた補正角度θａに基づき、目標位置・旋回角度設定部７１で設定された旋回角度を補正する（ＳＴ１４）。具体的に逆キネマティクス演算部７５は、予め設定された旋回角度に補正角度θａを加えて補正し、補正された値（補正指令値）に対して逆キネマティクス演算を行って、各モータＭ１～Ｍ６の動作位置指令信号を生成する。

　そして、ロボット制御部４４は、補正された目標位置及び旋回角度に基づいてロボット２０を制御する（ＳＴ１５）、具体的には、上記した動作位置指令信号に基づいて各モータＭ１～Ｍ６を動作させてロボット２０を制御する。

　このように、ロボット制御部４４は、加圧判定部７２で加圧した状態であると判定された場合、エンドエフェクタ３０が補正角度θａに基づいて旋回するように、ロボット２０を制御する。これにより、例えばエンドエフェクタ３０は加圧状態にあるときに目標位置１３２に対してズレることがあるが、そのような場合であっても、エンドエフェクタ３０を目標位置１３２へ適切に戻すことができる。

　なお、誤差Ａがない場合、ＳＴ１３の処理で得られる補正角度θａはゼロになることから、ＳＴ１４の処理において、予め設定された旋回角度は実質的には補正されない。したがって、ＳＴ１５では、目標位置・旋回角度設定部７１で設定されたエンドエフェクタ３０の目標位置及び旋回角度、すなわちティーチングされた目標位置及び旋回角度に基づいてロボット２０を制御することとなる。

　ロボット制御部４４は、ＳＴ１５の処理後、終了の指令があるか否かを判定する（ＳＴ１６）。ロボット制御部４４は、終了の指令があると判定した場合（ＳＴ１６，Ｙｅｓ）、一連のシーム溶接の処理を終了する一方、終了の指令がないと判定した場合（ＳＴ１６，Ｎｏ）、ＳＴ１１に戻って上記した処理を繰り返す。

　このように、ロボット制御装置７０では、シーム溶接を実行しながら回転電極３２の位置を目標位置１３２と随時比較しながら溶接を行うフィードバック制御とした。なお、ＰＩ制御で補正角度θａを演算している場合には、図示しないＰＩ制御の積分器の値を必要に応じて適宜なタイミングでクリアまたはリセットするようにしてもよい。

　他方、加圧判定部７２で加圧した状態ではないと判定された場合（ＳＴ１１，Ｎｏ）、ロボット制御部４４は、エンドエフェクタ３０が予め設定された旋回角度へ戻るようにロボット２０を制御する（ＳＴ１７）。

　すなわち、加圧状態ではないと判定された場合、エンドエフェクタ３０ではシーム溶接が行われていない状態と推定することができる。そのような場合に、エンドエフェクタ３０が補正された旋回角度のままの状態だと、例えば次の溶接位置まで移動したときに、予定ライン６４上に適切に乗らず、予定ライン６４に沿ったシーム溶接ができないおそれがある。

　そこで、本実施形態に係るロボット制御装置７０にあっては、加圧した状態ではないと判定された場合、エンドエフェクタ３０を補正角度θａに基づいて旋回させず、予め設定された旋回角度へ戻すようにした。

　これにより、例えばエンドエフェクタ３０が次の溶接位置まで移動したとき、エンドエフェクタ３０は予め設定された旋回角度であることから、予定ライン６４上に適切に乗り、結果として予定ライン６４に沿ったシーム溶接を実行することができる。

　次いで、ロボット制御部４４は、予め設定されたエンドエフェクタ３０の目標位置１３２及び旋回角度、具体的にはティーチングされた目標位置１３２及び旋回角度に基づいて駆動部（各モータＭ１～Ｍ６）を位置制御し、ロボット２０を制御する（ＳＴ１８）。

　このように、ロボット制御部４４は、加圧判定部７２で加圧した状態であると判定された場合、駆動部Ｍ１～Ｍ６に対し、ティーチング及び補正角度θａに基づいた位置制御を行ってロボット２０を制御する。一方、加圧した状態ではない場合、ロボット制御部４４は、駆動部Ｍ１～Ｍ６に対し、ティーチングに基づいた通常の位置制御を行ってロボット２０を制御する。すなわち、加圧状態であるか否かの判定結果に基づいてロボット２０の制御を切り替えるようにした。

　これにより、例えばシーム溶接中はエンドエフェクタ３０の実際の位置と目標位置１３２とのズレを修正しながら、ティーチングされた動作内容を再生する制御を行うことができる。一方、シーム溶接中ではないときは、ティーチングされたエンドエフェクタ３０の動作内容を正確に再生する制御を行うことができる。

　なお、上記では、ＳＴ１７でエンドエフェクタ３０を予め設定された旋回角度へ戻した後に、ＳＴ１８でロボット２０の駆動部Ｍ１～Ｍ６を位置制御するようにしたが、これに限定されるものではなく、ＳＴ１７，１８の処理を並行して行ってもよい。また、ロボット制御部４４は、ＳＴ１８の処理後、ＳＴ１６に進んで上記した処理を実行する。

　上述してきたように、本実施形態に係るロボット制御装置７０では、誤差取得部７３と、変換部７４と、ロボット制御部４４とを備える。誤差取得部７３は、複数の駆動部Ｍ１～Ｍ６を有するロボット２０に装着されたエンドエフェクタ３０の計測もしくは推定された位置とエンドエフェクタ３０の目標位置１３２との誤差Ａを取得する。変換部７４は、誤差Ａを予め設定されたエンドエフェクタ３０の旋回角度に対する補正角度θａへ変換する。ロボット制御部４４は、エンドエフェクタ３０が補正角度θａに基づいて旋回するように、ロボット２０を制御する。これにより、ロボット制御装置７０において、エンドエフェクタ３０が目標位置１３２からズレた場合であっても、目標位置１３２へ適切に戻すように、ロボット２０の動作を制御することができる。

　なお、上述した実施形態では、エンドエフェクタ３０が溶接装置３０であり、ローラ部３２０が回転電極３１、３２であるように構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、エンドエフェクタ３０は、ローラ部３２０の回転に応じて被処理物６１と接触しながら移動するような装置であればよく、例えば金属箔を被処理物６１に圧着しながら移動する圧着装置などであってもよい。その場合、ローラ部３２０は、被処理物６１に接触して金属箔を圧着させながら移動する回転体などであってもよい。このように、エンドエフェクタ３０及びローラ部３２０は、エンドエフェクタ３０で行われる処理内容に応じて適宜変更してもよい。

　また、上記では、目標位置・旋回角度設定部７１、加圧判定部７２やロボット制御部４４などがロボット制御装置７０に内蔵されているが、その一部あるいは全部が別体で構成されるようにしてもよい。

　また、上記では、ロボット２０を６軸構成のロボットで説明したが、かかる構成に限定されるものではない。すなわち、ロボット２０は６軸構成以外のロボット、例えば５軸以下や７軸以上の構成のロボットを用いることも可能であり、また双腕ロボットなど他の種類のロボットであってもよい。

　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

　本発明は、車体フレームにシーム溶接を施すシーム溶接設備に好適である。

　１０…シーム溶接設備、２０…多関節ロボット（ロボット）、３０…溶接装置、３１、３２…回転電極、３７…電極支持フレーム、４３…制御部、４４…ロボット制御部、５０…距離計測手段、６１…鋼板、６１ａ…鋼板のエッジ、６４…溶接ライン（予定ライン）、６６…支持枠、６８…旋回手段、７０…ロボット制御装置、７１…目標位置・旋回角度設定部、７２…加圧判定部、７３…誤差取得部、７４…変換部、７５…逆キネマティクス演算部。

Claims (10)

1. 　関節に一定の遊びが設定できる多関節ロボットと、このロボットに取付けられる溶接装置とからなり、重ねた鋼板にシーム溶接を施すシーム溶接設備において、
   　前記溶接装置は、一対の回転電極と、これらの回転電極を支える電極支持フレームと、この電極支持フレームに設けられ前記鋼板のエッジまでの距離を測る距離計測手段と、この距離計測手段で測定した実測距離が所定距離から外れた場合に偏差がゼロになるように前記ロボットを制御して前記回転電極の走行方向を調節する制御部と、からなるシーム溶接設備。
2. 　関節に一定の遊びが設定できる多関節ロボットと、このロボットに取付けられる溶接装置とからなり、重ねた鋼板にシーム溶接を施すシーム溶接設備において、
   　前記溶接装置は、一対の回転電極と、これらの回転電極を支える電極支持フレームと、前記回転電極が前記鋼板上を走行するときに走行方向を変更できるように電極支持フレームを旋回可能に支持する支持枠と、この支持枠に設けられ前記電極支持フレームを旋回する旋回手段と、前記支持枠又は前記電極支持フレームに設けられ前記鋼板のエッジまでの距離を測る距離計測手段と、この距離計測手段で測定した実測距離が所定距離から外れた場合に偏差がゼロになるように前記旋回手段を制御して前記回転電極の走行方向を調節する制御部とからなる、シーム溶接設備。
3. 　請求項１記載のシーム溶接設備を用いて実施するシーム溶接方法であって、
   　前記多関節ロボットに溶接ラインを教示するロボットティーチング工程と、
   　前記多関節ロボットの前記関節に遊びを設定するロボット設定工程と、
   　前記所定距離を前記制御部に設定する距離設定工程と、
   　シーム溶接時に前記距離計測手段で前記鋼板のエッジまでの距離を測る距離測定工程と、
   　前記制御部で実測距離と前記所定距離の偏差を求める偏差演算工程と、
   　前記制御部で前記偏差がゼロになるように前記旋回手段を制御して前記回転電極の走行方向を調節する電極旋回工程と、からなるシーム溶接方法。
4. 　複数の駆動部を有するロボットに装着されたエンドエフェクタの計測もしくは推定された位置と前記エンドエフェクタの目標位置との誤差を取得する誤差取得部と、
   　前記誤差を予め設定された前記エンドエフェクタの旋回角度に対する補正角度へ変換する変換部と、
   　前記エンドエフェクタが前記補正角度に基づいて旋回するように、前記ロボットを制御するロボット制御部と
   　を備えることを特徴とするロボット制御装置。
5. 　前記エンドエフェクタは、
   　被処理物に接触するローラ部を有し、前記ローラ部の回転に応じて前記被処理物と接触しながら移動すること
   　を特徴とする請求項４に記載のロボット制御装置。
6. 　前記エンドエフェクタは、
   　シーム溶接用の一対の回転電極
   　を有し、
   　前記回転電極が被処理物に対して加圧した状態であるか否かを判定する加圧判定部
   　を備え、
   　前記ロボット制御部は、
   　前記加圧した状態であると判定された場合、前記エンドエフェクタが前記補正角度に基づいて旋回するように、前記ロボットを制御すること
   　を特徴とする請求項４に記載のロボット制御装置。
7. 　前記エンドエフェクタの旋回は、
   　前記被処理物と接触する位置を中心とすること
   　を特徴とする請求項５または６に記載のロボット制御装置。
8. 　前記ロボット制御部は、
   　前記加圧した状態ではないと判定された場合、前記エンドエフェクタを前記補正角度に基づいて旋回させず、前記駆動部を位置制御して前記ロボットを制御すること
   　を特徴とする請求項６に記載のロボット制御装置。
9. 　前記ロボット制御部は、
   　前記加圧した状態ではないと判定された場合、前記エンドエフェクタを予め設定された前記旋回角度へ戻した後、前記駆動部を位置制御して前記ロボットを制御すること
   　を特徴とする請求項８に記載のロボット制御装置。
10. 　複数の駆動部を有するロボットに装着されたエンドエフェクタの計測もしくは推定された位置と前記エンドエフェクタの目標位置との誤差を取得する誤差取得工程と、
    　前記誤差を予め設定された前記エンドエフェクタの旋回角度に対する補正角度へ変換する変換工程と、
    　前記エンドエフェクタが前記補正角度に基づいて旋回するように、前記ロボットを制御するロボット制御工程と
    　を含むことを特徴とするロボットの制御方法。

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