(57)【要約】【課題】らせんウィービング動作中の振動を抑制しつつ、ユーザーの望み通りのらせん軌跡を描くことができるようにする。【解決手段】入力部１２には、らせんウィービング動作を行うためのらせん半径、らせん周波数、複数の溶接条件が入力される。選択部１３では、溶接トーチ２１の振動を抑制する振動抑制制御を行うか否かが選択される。振動抑制制御を行うように選択された場合に、らせん半径再計算部１６では、入力部１２で入力されたらせん周波数に基づいて新たならせん半径が再計算される。ロボット制御装置１１は、再計算された新たならせん半径に基づいて、らせんウィービング動作を行うように、多関節溶接ロボット２０を制御する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に溶接トーチが設けられた多関節溶接ロボットを備えた溶接ロボット装置であって、
所定のらせん軌跡を描きながら溶接するらせんウィービング動作を行うように、前記多関節溶接ロボットを制御するロボット制御装置と、
前記らせんウィービング動作を行うためのらせん半径、らせん周波数、複数の溶接条件を入力可能な入力部と、
前記溶接トーチの振動を抑制する振動抑制制御を行うか否かを選択する選択部と、
前記入力部で入力された前記らせん周波数に基づいて前記らせん半径を再計算するらせん半径再計算部とを備え、
前記ロボット制御装置は、前記振動抑制制御を行うように前記選択部で選択された場合に、前記らせん半径再計算部で再計算された新たな前記らせん半径に基づいて、前記らせんウィービング動作を行うように前記多関節溶接ロボットを制御することを特徴とする溶接ロボット装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記入力部は、前記溶接条件を切り替えるための溶接条件切替角度を入力可能に構成され、
前記入力部で入力された前記らせん周波数に基づいて前記溶接条件切替角度を再計算する溶接条件切替角度再計算部を備え、
前記ロボット制御装置は、前記らせんウィービング動作中に前記溶接条件切替角度に達したときに前記溶接条件を切り替える一方、前記振動抑制制御を行うように前記選択部で選択された場合に、前記溶接条件切替角度再計算部で再計算された新たな前記溶接条件切替角度に基づいて前記溶接条件を切り替えることを特徴とする溶接ロボット装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記らせん半径再計算部は、前記入力部で入力された前記らせん半径に対して所定の倍率を乗算することで、前記振動抑制制御を行う際の新たならせん半径を再計算するように構成されていることを特徴とする溶接ロボット装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記溶接条件切替角度再計算部は、前記入力部で入力された前記溶接条件切替角度に対して所定の角度を加算又は減算することで、前記振動抑制制御を行う際の新たな溶接条件切替角度を再計算するように構成されていることを特徴とする溶接ロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ロボット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、産業用ロボットの手首に取り付けられた溶接トーチの先端をウィービングしながら円弧移動制御する円弧ウィービング（らせんウィービング）制御方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、らせんウィービングを行う際には、その動作軌跡を決定するパラメータとして、らせん半径とらせん周波数とを設定する必要がある。図７に示すように、らせん半径とは、らせん軌跡の進行方向に対する振幅のことである。また、らせんウィービング動作中の溶接トーチの位置は、らせん中心からの角度であるらせん角度で表すことができる。
【０００４】
ここで、らせん角度の変化量は、らせん周波数によって決定される。例えば、らせん角度が０°から３６０°まで変化するのに１秒かかった場合には、らせん周波数は１Ｈｚということになる。そのため、らせん周波数が高くなればなるほど、らせんウィービングの軌跡の回転数が多くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１５２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、らせんウィービング動作中、その教示姿勢によっては、急激な姿勢変化に伴って溶接トーチの先端が振動してしまい、正常な溶接を行うことが困難となることがある。そこで、振動を抑制するために、ロボットの姿勢制御の信号にフィルタをかけることで、姿勢変化をなだらかにすることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、らせん周波数をそのままにしてなだらかな姿勢変化を行うと、図８に示すように、所定のらせん半径よりも小さな振幅のらせん軌跡しか描くことができなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、らせんウィービング動作中の振動を抑制しつつ、ユーザーの望み通りのらせん軌跡を描くことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、先端に溶接トーチが設けられた多関節溶接ロボットを備えた溶接ロボット装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１０】
すなわち、第１の発明は、所定のらせん軌跡を描きながら溶接するらせんウィービング動作を行うように、前記多関節溶接ロボットを制御するロボット制御装置と、
前記らせんウィービング動作を行うためのらせん半径、らせん周波数、複数の溶接条件を入力可能な入力部と、
前記溶接トーチの振動を抑制する振動抑制制御を行うか否かを選択する選択部と、
前記入力部で入力された前記らせん周波数に基づいて前記らせん半径を再計算するらせん半径再計算部とを備え、
前記ロボット制御装置は、前記振動抑制制御を行うように前記選択部で選択された場合に、前記らせん半径再計算部で再計算された新たな前記らせん半径に基づいて、前記らせんウィービング動作を行うように前記多関節溶接ロボットを制御することを特徴とするものである。
【００１１】
第１の発明では、通常のらせんウィービング動作は、入力部で入力されたらせん半径に基づいて行われる。一方、溶接トーチの振動を抑制しながららせんウィービング動作を行う場合には、入力部で入力されたらせん周波数に基づいてらせん半径を再計算し、この新たならせん半径に基づいてらせんウィービング動作が行われる。
【００１２】
これにより、らせんウィービング溶接時の振動を抑制しつつ、所定のらせん半径を確保することができる。
【００１３】
具体的に、振動抑制制御時には、例えば、らせん周波数によって倍率が決定するらせん半径倍率テーブルに基づいて、入力されたらせん周波数に応じてらせん半径を倍加する等して、新たならせん半径を再計算し、この新たならせん半径に基づいてらせんウィービング動作を行うことで、所定のらせん半径を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、らせんウィービング動作中の振動を抑制しつつ、ユーザーの望み通りのらせん軌跡を描くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る溶接ロボット装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１及び第２の板材をらせんウィービング溶接するときの概略図である。
【図３】溶接条件の切替角度を説明するための概略図である。
【図４】らせん半径再計算部の倍率テーブルを示す図である。
【図５】振動抑制時の切替タイミングの遅れを説明するための概略図である。
【図６】溶接条件切替角度再計算部の角度テーブルを示す図である。
【図７】らせん半径及びらせん角度を説明するための概略図である。
【図８】本来のらせん軌跡と振動抑制時のらせん軌跡とを比較するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１７】
図１に示すように、溶接ロボット装置１０は、多関節溶接ロボット２０と、ロボット制御装置１１と、溶接制御装置１５とを備えている。
【００１８】
多関節溶接ロボット２０は、複数のサーボモータ２３を有する多軸のロボットで構成されている。ロボットアーム２２の先端部には、溶接トーチ２１や図示しないワイヤ送給装置が取り付けられている。多関節溶接ロボット２０は、溶接トーチ２１を所定のらせん軌跡を描くように移動させながら溶接する、いわゆるらせんウィービング動作を行うことが可能となっている。
【００１９】
ロボット制御装置１１は、制御部１４を備えており、制御部１４から出力される制御信号によって、多関節溶接ロボット２０の動作が制御される。制御部１４は、後述するらせん半径再計算部１６と、溶接条件切替角度再計算部１７とを有する。
【００２０】
ロボット制御装置１１には、入力部１２と、選択部１３とが設けられている。入力部１２は、例えば、タッチパネルモニタ等で構成されている。ユーザーは、入力部１２を操作することで、らせんウィービング動作を行うためのパラメータである、らせん半径、らせん周波数、溶接条件切替角度、溶接条件などを入力することができる。
【００２１】
選択部１３は、例えば、スイッチやタッチパネルモニタ等で構成されている。ユーザーは、選択部１３を操作することで、溶接トーチ２１の振動を抑制する振動抑制制御を行うか否かを任意に選択することができる。なお、入力部１２と選択部１３とを別々に設けるのではなく、例えば、入力部１２をタッチパネルモニタで構成して、入力部１２のモニタ画面に選択部１３を示すアイコン等を表示してもよい。
【００２２】
以下、図２に示すような、板厚がｔ１の第１の板材３１と、第１の板材３１よりも大きな板厚ｔ２（＞ｔ１）の第２の板材３２とを溶接する場合について説明する。
【００２３】
具体的には、第１の板材３１と第２の板材３２との周縁部を突き合わせ、溶接トーチ２１を、第１の板材３１と第２の板材３２とを跨ぐようにらせんウィービング動作させながら溶接を行う。
【００２４】
図２に示す例では、らせん中心が第１の板材３１と第２の板材３２との突き合わせ部分を通っており、溶接トーチ２１は、図２で左方から右方に向かう方向に進行する。そして、入力部１２で入力されたらせん半径、らせん周波数に基づいて、らせんウィービング動作が行われる。
【００２５】
ここで、らせんウィービング溶接を行うのにあたって、第１の板材３１よりも板厚の大きな第２の板材３２に対して、第１の板材３１を溶接する場合よりも大きな電流を供給しながら溶接が行われるように、溶接条件を切り替えるようにしている。
【００２６】
具体的に、図３に示すように、溶接トーチ２１が第１の板材３１側に位置しており、らせん角度が０°〜＋１８０°の範囲内（図３でハッチングを付していない範囲）では、所定の電流を供給して溶接を行うように、溶接条件αを設定している。
【００２７】
一方、溶接トーチ２１が第２の板材３２側に位置しており、らせん角度が０°〜−１８０°の範囲内（図３でハッチングを付している範囲）では、溶接条件αよりも大きな電流を供給しながら溶接を行うように、溶接条件βを設定している。なお、溶接条件αと溶接条件βとで、供給する電圧を変えるようにしてもよい。
【００２８】
このように、図３に示す例では、切替角度Ａ，Ｂが０°，１８０°のときに、溶接条件が切り替わるようになっている。つまり、多関節溶接ロボット２０は、らせん角度が溶接条件切替角度に達したときに、溶接条件Ａ，Ｂを切り替えることで、ローパルス溶接を行う。
【００２９】
ところで、らせんウィービング動作中、その教示姿勢によっては、急激な姿勢変化に伴って溶接トーチ２１の先端が振動してしまい、正常な溶接を行うことが困難となることがある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、溶接トーチ２１の振動を抑制する振動抑制制御を行うか否かを、選択部１３によって任意に選択できるようにしている。そして、振動抑制制御を行う場合には、らせん半径再計算部１６と溶接条件切替角度再計算部１７を用いて、らせん半径と溶接条件切替角度を再計算するようにしている。
【００３１】
具体的に、らせんウィービングの振動抑制時、らせん半径は、本来の軌跡よりも小さくなる（図８参照）。どれぐらい小さくなるかは、らせん周波数によって決まる。
【００３２】
らせん半径再計算部１６は、倍率テーブル１６ａを有している（図４参照）。倍率テーブル１６ａは、一定のらせん周波数（例えば、０．５Ｈｚ）毎に、元のらせん半径に戻すために必要な倍率を予め計算しておき、それらをテーブル化したものである。
【００３３】
そして、振動抑制制御を行う場合、らせん半径再計算部１６は、入力部１２で入力されたらせん周波数から倍率テーブル１６ａの対応する倍率を決定し、入力部１２で入力されたらせん半径に対して、倍率テーブル１６ａから決定された倍率を乗算することで、新たならせん半径を再計算する。
【００３４】
ここで、倍率テーブル１６ａが持つらせん周波数は、入力部１２によって入力可能ならせん周波数の最小値と最大値を含む。なお、入力部１２より入力されたらせん周波数に一致するテーブルが存在しないときは、前後のテーブル値から直線補間することで倍率を決定する。
【００３５】
多関節溶接ロボット２０は、再計算された新たならせん半径を用いて、らせんウィービング動作を行う。このとき、多関節溶接ロボット２０は、ユーザーが入力したらせん半径よりも大きい半径でらせんウィービングを実行しようとするが、振動抑制制御されることでらせん半径が小さくなり、結果としてユーザーが指定したらせん半径でらせんウィービングを行うことができる。
【００３６】
また、らせんウィービングの振動抑制時、溶接条件切替角度は、図５に示すように、本来の切替角度から遅れてしまう。どれだけ遅れるかは、らせん周波数によって決まる。
【００３７】
溶接条件切替角度再計算部１７は、角度テーブル１７ａを有している（図６参照）。角度テーブル１７ａは、一定のらせん周波数（例えば、０．５Ｈｚ）毎に、元の溶接条件切替角度に戻すために必要な角度を予め計算しておき、それをテーブル化したものである。
【００３８】
そして、振動抑制制御を行う場合、溶接条件切替角度再計算部１７は、入力部１２で入力されたらせん周波数から角度テーブル１７ａの対応する角度を決定し、入力部１２で入力された溶接条件切替角度Ａ，Ｂに対して、角度テーブル１７ａから決定された角度を加算又は減算することで、溶接条件切替角度Ａ’，Ｂ’を再計算する。なお、角度テーブル１７ａから決定された角度を加算するか減算するかは、らせん軌跡の回転方向によって決定する。
【００３９】
ここで、角度テーブル１７ａが持つらせん周波数は、入力部１２によって入力可能ならせん周波数の最小値と最大値を含む。なお、入力部１２より入力されたらせん周波数に一致するテーブルが存在しないときは、前後のテーブル値から直線補間することで角度を決定する。
【００４０】
また、らせん角度には、下限と上限（例えば、−１８０°〜＋１８０°）が存在する。溶接条件切替角度再計算部１７は、再計算後の溶接条件切替角度が下限を下回る、あるいは上限を上回った場合、下限と上限内に収まるように調整を行う機能を持つ。
【００４１】
多関節溶接ロボット２０は、再計算された新たな溶接条件切替角度Ａ’，Ｂ’を用いて、らせんウィービング動作を行う。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る溶接ロボット装置１０によれば、溶接トーチ２１の振動を抑制しつつ、ユーザーが入力部１２で入力した通りのらせん半径と溶接条件切替角度とを有するらせん軌跡を描きながら溶接を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上説明したように、本発明は、らせんウィービング動作中の振動を抑制しつつ、ユーザーの望み通りのらせん軌跡を描くことができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００４４】
１０    溶接ロボット装置
１１    ロボット制御装置
１２    入力部
１３    選択部
１６    らせん半径再計算部
１７    溶接条件切替角度再計算部
２０    多関節溶接ロボット
２３    溶接トーチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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