(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６つまたは７つの駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記先端軸駆動機構は、前記エンドエフェクタの先端軸に直交する第１軸方向に該先端軸を駆動する第１軸駆動部と、前記先端軸及び前記第１軸方向に直交する第２軸方向に該先端軸を駆動する第２軸駆動部とを有し、前記第１軸駆動部は、前記第２軸駆動部を前記第１軸方向に移動させる直動スライドユニットを有することを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
６つまたは７つの駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記先端軸駆動機構は、前記エンドエフェクタの先端軸に直交する第１軸方向に該先端軸を駆動する第１軸駆動部と、前記先端軸及び前記第１軸方向に直交する第２軸方向に該先端軸を駆動する第２軸駆動部とを有し、前記第１軸駆動部は、前記第２軸駆動部を前記第１軸方向に移動させる直動スライドユニットを有し、
前記駆動制御部は、
前記多関節ロボットを駆動して、前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿って移動させる主方向駆動部と、
前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記エンドエフェクタの移動可能範囲である場合には、前記先端軸駆動機構を駆動して前記ウィービング動作を行い、前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記移動可能範囲を超える場合には、前記ウィービング動作のウィービング移動分のうち前記移動可能範囲の移動限界を超える移動補完量を求め、前記先端軸駆動機構を前記移動限界まで駆動するとともに、前記多関節ロボットが有する少なくともいずれかの駆動軸を前記移動補完量に応じて駆動することで、前記ウィービング動作を行うウィービング駆動部と、
を有することを特徴とする溶接装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記先端軸駆動機構の駆動により生じる前記多関節ロボットの振動を打ち消す方向に、前記多関節ロボットを駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記エンドエフェクタは、溶接トーチであって、先端軸に消耗式電極の先端部が配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の溶接装置。
【請求項５】
６つまたは７つの駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記先端軸駆動機構は、前記エンドエフェクタの先端軸に直交する第１軸方向に該先端軸を駆動する第１軸駆動部と、前記先端軸及び前記第１軸方向に直交する第２軸方向に該先端軸を駆動する第２軸駆動部とを有し、前記第１軸駆動部は、前記第２軸駆動部を前記第１軸方向に移動させる直動スライドユニットを有する溶接装置を用い、
先端軸駆動機構を駆動して、前記エンドエフェクタの先端軸を、前記先端軸に直交する第１軸方向、及び、前記先端軸と前記第１軸方向に直交する第２軸方向に移動させることを特徴とする溶接装置の制御方法。
【請求項６】
６つまたは７つの駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記先端軸駆動機構は、前記エンドエフェクタの先端軸に直交する第１軸方向に該先端軸を駆動する第１軸駆動部と、前記先端軸及び前記第１軸方向に直交する第２軸方向に該先端軸を駆動する第２軸駆動部とを有し、前記第１軸駆動部は、前記第２軸駆動部を前記第１軸方向に移動させる直動スライドユニットを有する溶接装置を用い、
前記多関節ロボットと前記先端軸駆動機構とを駆動して、前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿ってウィービング動作させる際に、
前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記エンドエフェクタの移動可能範囲である場合には、前記先端軸駆動機構を駆動して前記ウィービング動作を行い、前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記移動可能範囲を超える場合には、前記ウィービング動作のウィービング移動分のうち前記移動可能範囲の移動限界を超える移動補完量を求め、前記先端軸駆動機構を前記移動限界まで駆動するとともに、前記多関節ロボットが有する少なくともいずれかの駆動軸を前記移動補完量に応じて駆動することで、前記ウィービング動作を行うことを特徴とする溶接装置の制御方法。
【請求項７】
前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿ってウィービング動作させる移動軌跡を演算して求め、
求めた移動軌跡を複数の駆動ステップに分割し、
前記駆動ステップ毎に前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿って移動させる主方向移動分と、溶接ラインの各位置でウィービング動作を行うためのウィービング移動分とを求めておき、
前記駆動ステップ毎の前記ウィービング移動分が、前記先端軸駆動機構による前記エンドエフェクタの移動可能範囲にある場合には、前記先端軸駆動機構を当該駆動ステップの前記ウィービング移動分に応じて駆動し、前記ウィービング移動分が前記移動可能範囲を超える場合には、当該駆動ステップの前記ウィービング移動分のうち前記移動可能範囲の移動限界を超える移動補完量を求め、前記先端軸駆動機構を前記移動限界まで駆動するとともに、前記多関節ロボットが有する少なくともいずれかの駆動軸を前記移動補完量に応じて駆動することで、前記エンドエフェクタをウィービング動作させることを、
前記駆動ステップの数だけ繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の溶接装置の制御方法。
【請求項８】
前記駆動制御部は、前記先端軸駆動機構の駆動により生じる前記多関節ロボットの振動を打ち消す方向に、前記多関節ロボットを駆動することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の溶接装置の制御方法。
【請求項９】
前記エンドエフェクタは、溶接トーチであって、先端軸に消耗式電極の先端部が配置されることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の溶接装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接装置及び溶接装置の制御方法関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節ロボットを用いて溶接作業を行う際、ビード幅、溶け込み形状、溶着量をそれぞれ適切にするため、又はアーク倣い機能を得るために、ウィービングを実行することがある。ウィービングとは、多関節ロボットが把持する溶接トーチを、溶接ラインの直交方向に振る運棒方法であって、このウィービングの制御が高精度な程、良好な溶接が可能となる。
【０００３】
一般的な６軸ロボットを用いた従来のウィービング制御では、あらゆる方向の溶接ラインに対するウィービングが原理的に可能となっている。しかし、溶接条件によっては高速なウィービングが行えない場合がある。これは、精度良くウィービングが可能な限界周波数が、ロボットの剛性及び固有振動数等によって決まり、ロボットの剛性が低い駆動軸のために限界周波数が低くなるためである。つまり、ロボットの駆動軸の剛性に起因して、高精度、且つ高周波数のウィービングが困難になる。
【０００４】
このような課題を持つ多関節ロボットのウィービング制御に関して、例えば、特許文献１，２のような改良技術が提案されている。
特許文献１の溶接ロボットは、溶接トーチの先端が、ロボット先端軸の軸線からオフセットされており、ロボット先端軸を回転駆動することにより、溶接トーチの先端がロボット先端軸の軸線周りに回転可能となる。そして、溶接ロボットの制御装置は、ロボット先端軸のみ用いて、溶接トーチの先端を溶接ラインに対して交差する方向へウィービングさせる。この場合、ロボット先端軸のイナーシャは、他の軸のイナーシャと比べて小さくなる。そのため、ロボット先端軸のみ用いてウィービングすることにより、複数の軸を用いてウィービングを行う場合と比べて高い周波数で高精度のウィービングが可能になる。
【０００５】
特許文献２の溶接ロボットは、ウィービング対象軸毎の応答性の違い、ウィービング周波数や指令振幅の大小による応答性の違い、各ウィービング対象軸のイナーシャによる応答性の違いを考量して、モータへの指令振幅を決定している。これにより、ウィービング制御による運棒軌跡を正確にして、ウィービングの精度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−５６３５９号公報
【特許文献２】特開平０７−２４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のウィービング制御方法に用いる溶接ロボットは、溶接トーチの先端が先端軸の軸線からオフセットされ、先端軸の回転により、溶接トーチの先端を先端軸の軸線周りに回転させるため、高い周波数で高精度のウィービングを実現している。しかし、この方式では、複雑なウィービングパターンを適用することは機構上困難である。
【０００８】
特許文献２は、ウィービング周波数以外で、ウィービング振幅に影響を与える要因を考慮して指令振幅を決定しており、特に周波数１〜１０Ｈｚ、振幅２〜１０ｍｍのサイン波形を実現することはできる。しかし、サイン波形以外のウィービングパターンや１０Ｈｚ以上のウィービング周波数でウィービング動作させることに関しては何ら意識していない。
【０００９】
更に、ロボット軸には、ウィービング周波数の振動が重畳される。このウィービング周波数がロボットの固有振動数に近くなると、共振現象が生じてウィービング振幅が増大し、ロボット本体が不安定になる。このため、ウィービング周波数は、ロボットの固有振動数を避ける必要があり、溶接に適用可能なウィービング条件に制限が生じていた。
【００１０】
本発明は、多関節ロボットを用いて溶接する際に、ロボットの固有振動数に制限されず、様々なウィービングパターンによる高精度且つ高周波数のウィービング制御が可能となる溶接装置及び溶接装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は下記構成からなる。
（１）  ６つまたは７つの駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記先端軸駆動機構は、前記エンドエフェクタの先端軸に直交する第１軸方向に該先端軸を駆動する第１軸駆動部と、前記先端軸及び前記第１軸方向に直交する第２軸方向に該先端軸を駆動する第２軸駆動部とを有し、前記第１軸駆動部は、前記第２軸駆動部を前記第１軸方向に移動させる直動スライドユニットを有することを特徴とする溶接装置。
（２）  ６つまたは７つの駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記先端軸駆動機構は、前記エンドエフェクタの先端軸に直交する第１軸方向に該先端軸を駆動する第１軸駆動部と、前記先端軸及び前記第１軸方向に直交する第２軸方向に該先端軸を駆動する第２軸駆動部とを有し、前記第１軸駆動部は、前記第２軸駆動部を前記第１軸方向に移動させる直動スライドユニットを有する溶接装置を用い、
先端軸駆動機構を駆動して、前記エンドエフェクタの先端軸を、前記先端軸に直交する第１軸方向、及び、前記先端軸と前記第１軸方向に直交する第２軸方向に移動させることを特徴とする溶接装置の制御方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウィービング周波数がロボットの固有振動数に制限されず、様々なウィービングパターンによる高精度且つ高周波数のウィービング制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】溶接装置の概略的な全体構成図である。
【図２】多関節ロボットの一例を示す外観斜視図である。
【図３】図２に示す２軸ウィーバーの拡大図である。
【図４】駆動制御部によってロボット及び２軸ウィーバーを駆動する制御ブロック図である。
【図５】ウィービング移動分を含む移動軌跡を示す説明図である。
【図６】溶接トーチがトーチ周囲の部材と干渉する場合の一例を示す説明図である。
【図７】ウィービング制御方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各種のウィービングパターンを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜溶接装置の全体構成＞
図１は溶接装置１００の概略的な全体構成図である。
本構成の溶接装置１００は、複数の駆動軸を有する多関節ロボット１１と、制御装置１３と、溶接電源１５と、制御装置１３に接続される教示コントローラ１７とを備える。多関節ロボット１１の最先端駆動軸１９には、先端軸駆動機構としての２軸ウィーバー２１が設けられる。この２軸ウィーバー２１は、エンドエフェクタである溶接トーチ２３を含んで構成される。
【００１５】
多関節ロボット１１の最先端駆動軸１９と溶接トーチ２３との間に設けられた２軸ウィーバー２１は、詳細を後述する溶接トーチ２３の先端軸を、最先端駆動軸１９に対して相対移動させる第１駆動部と第２駆動部とを有する。これら第１軸駆動部と第２軸駆動部の少なくとも一方を駆動することで、溶接トーチ２３のウィービング動作が行われる。
【００１６】
制御装置１３は、教示コントローラ１７から入力された教示データに基づいて、多関節ロボット１１と２軸ウィーバー２１を駆動して、溶接トーチ２３の先端軸を移動させる。この制御装置１３は、図示はしないが、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等に記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより、溶接装置１００の各部の制御が行われる。
【００１７】
溶接トーチ２３の先端軸には、フラックス入りワイヤ、ソリッドワイヤ等の消耗式電極である溶接ワイヤ２５が、制御装置１３からの指令により、図示しないワイヤ送給装置から繰り出されることで供給される。また、溶接電源１５は、図示しないパワーケーブルにより溶接トーチ２３、及びワークＷの母材と接続され、制御装置１３からの指令によって、パワーケーブルを通じて各部に溶接電流が供給される。また、溶接トーチ２３の内部には、図示しないガス供給部からシールドガスが供給される。
【００１８】
制御装置１３は、溶接ワイヤ２５の先端部とワークＷとの間に溶接電源１５からの溶接電流を供給して、シールドガス雰囲気にされた溶接トーチ２３の先端軸にアークを発生させる。そして、アークが発生した溶接トーチ２３を、予め教示した軌跡通りに移動させる。これによりワークＷが溶接される。
【００１９】
次に、上記構成の溶接装置１００における各部の構成について、更に詳細に説明する。
＜多関節ロボット＞
図２は多関節ロボットの一例を示す外観斜視図である。
本構成の溶接装置１００に用いる多関節ロボット１１は、例えば、一般的な６つの駆動軸を有する６軸ロボットが用いられる。図示例では、回転方向Ｊ１〜Ｊ６に駆動可能な多関節ロボットを示している。また、６軸ロボットの以外にも、例えば７軸ロボットや、他の多軸ロボットであってもよい。以下、多関節ロボットを「ロボット」と略称する。
【００２０】
ロボット１１の回転方向Ｊ６に駆動する最先端駆動軸１９と、溶接トーチ２３との間には、上記の２軸ウィーバー２１が取り付けられる。ロボット１１の回転方向Ｊ１〜Ｊ６に駆動する各駆動軸は、それぞれ図示しないサーボモータ等の駆動モータにより駆動される。これら駆動モータには、それぞれ図１に示す通信線２７を通じて制御装置１３からの駆動信号が入力される。
【００２１】
＜２軸ウィーバー＞
図３は図２に示す２軸ウィーバー２１の拡大図である。
一例として示す２軸ウィーバー２１は、溶接トーチ２３の先端軸２３ａを、先端軸２３ａに直交する平面Ｐａ内において、第１軸方向であるＸ軸方向に駆動する第１軸駆動部３１と、先端軸２３ａ及びＸ方向に直交する第２軸方向であるＹ方向に駆動する第２軸駆動部３３とを有する。つまり、２軸ウィーバー２１は、互いに直交するＸ，Ｙ方向に溶接トーチ２３を移動自在に支持する。
【００２２】
第１軸駆動部３１と第２軸駆動部３３は、溶接トーチ２３の先端軸２３ａの基準位置を中心として、平面Ｐａ上で互いに直交する２方向に溶接トーチ２３の先端軸２３ａを駆動する。第１軸駆動部３１は、第２軸駆動部３３をＸ方向となる移動方向Ｊ７に移動させる直動スライドユニットを有する。第２軸駆動部３３は、溶接トーチ２３を支持するトーチ基部３５を、軸３７を中心に回転方向Ｊ８へ回転自在に支持する回転ユニットを有する。これらの直動スライドユニットと回転ユニットは、それぞれ図示しないサーボモータ等の駆動モータにより駆動される。
【００２３】
第１軸駆動部３１と第２軸駆動部３３の各駆動用モータには、ロボット１１の各駆動軸の場合と同様に、Ｊ７の直動と、Ｊ８の回転動の駆動信号が、それぞれ通信線２７を通じて制御装置１３から入力される。
【００２４】
上記構成の２軸ウィーバー２１は、Ｘ方向に関しては直動、Ｙ方向に関しては回転動により移動させる構成であるが、これに限らない。例えば、Ｘ方向及びＹ方向を共に直動により移動させる構成としてもよく、Ｘ方向及びＹ方向を共に回転動により移動させる構成としてもよい。回転動により移動させる構成は、装置の設計がしやすく、軸摺動部のシール性を容易に高められる。また、直動により移動させる構成は、トーチ先端が大きく移動してもワークからの高さがずれないため、ウィービング動作により溶接性状にばらつきが生じにくくなる。
【００２５】
更に、溶接トーチ２３には、図示しないガス供給装置からシールドガスが供給され、溶接時における溶接トーチ２３の大気の巻き込みが防止される。また、溶接トーチ２３には、図示しないワイヤ送給装置から溶接ワイヤ２５が送給される。なお、最先端駆動軸１９にはアーク点調整棒３９が着脱自在に装着される。このアーク点調整棒３９は、その先端部３９ａが溶接位置の位置合わせ等に用いられ、溶接時には取り外される。
【００２６】
＜制御装置の構成と作用＞
次に、制御装置の構成と、制御装置によるウィービング動作を伴った溶接方法について説明する。
図１に示す制御装置１３は、教示コントローラ１７から入力された入力情報に基づいて、ロボット１１及び２軸ウィーバー２１を駆動する駆動制御部４１を備える。以下、駆動制御部４１によるウィービング動作を伴った溶接トーチ２３の移動動作について説明する。なお、制御装置１３は、駆動制御部４１の他にも、溶接トーチ２３に溶接ワイヤ２５を送給するワイヤ送給制御部、溶接トーチ２３にシールドガスを供給するガス供給制御部、溶接電源１５からの溶接電流を制御する電流制御部等を備えるが、ここでは説明を省略する。
【００２７】
図４は駆動制御部４１によってロボット１１及び２軸ウィーバー２１を駆動する制御ブロック図である。
駆動制御部４１は、ロボット１１が有する駆動方向Ｊ１〜Ｊ６の駆動軸に対する各駆動モータ、及び２軸ウィーバー２１の第１軸駆動部３１、第２軸駆動部３３の各駆動モータに駆動信号を出力して、溶接トーチ２３の位置と姿勢を変更する。
【００２８】
そのため、駆動制御部４１は、溶接トーチ２３の先端軸の移動軌跡を演算により求める移動軌跡演算部４３と、ロボット１１及び２軸ウィーバー２１を駆動する駆動部４４とを備える。駆動部４４は、ロボット１１を駆動して溶接トーチ２３をウィービング動作を含まない溶接ラインに沿って移動させる主方向駆動部４５と、２軸ウィーバー２１を駆動して溶接トーチ２３をウィービング動作させるウィービング駆動部４７と、を含んで構成される。また、駆動制御部４１は、図１に示す教示コントローラ１７により入力された溶接条件等の教示データを読み込む入出力部４９と、読み込んだ教示データや演算した移動軌跡を記憶する記憶部５１と、を更に備える。
【００２９】
教示コントローラ１７は、図１に示す通信線５５を通じて駆動制御部４１と接続される。オペレータは、教示コントローラ１７を操作して、ロボット１１と２軸ウィーバー２１を駆動し、溶接トーチ２３の先端軸を溶接ポイントとなる位置にセットする。このとき、図３に示すように、アーク点調整棒３９を最先端駆動軸１９に装着することで溶接ポイントが容易に確認可能となる。
【００３０】
そして、オペレータが、所望の溶接ラインに沿った複数点の溶接ポイントを登録することで、溶接トーチ２３の動作経路が決定される。つまり、教示コントローラ１７を用いてロボット１１を動作させ、溶接ラインをＰＴＰ制御（Point-to-point control）により決定する。教示コントローラ１７には、上記のようなオペレータからの入力によって、溶接ラインの位置情報、移動速度、ウィービング動作の周期等の情報を含む教示データが生成される。この生成された教示データは、教示コントローラ１７から駆動制御部４１に送信され、入出力部４９を介して記憶部５１に記憶される。
【００３１】
移動軌跡演算部４３は、記憶部５１の教示データを参照して、溶接トーチ２３の先端軸の動作経路を複数の駆動ステップに分割する。ここで、駆動ステップとは、ロボット１１や２軸ウィーバー２１を同期制御する駆動タイミングの間隔であるが、その他にも、任意に定めたタイミングであってもよい。
【００３２】
そして、移動軌跡演算部４３は、上記の動作経路にウィービング動作による移動分を重畳させることで、実際の溶接時における溶接トーチ２３の先端軸の移動軌跡を求める。ウィービング動作による移動分は、例えば図５に示すように、所定の一定間隔ｔの駆動ステップ毎に、シフト量としてΔＳが設定される。図示例では、サイン波形のウィービング動作を例示している。ウィービング移動分ΔＳは、所望のウィービング動作の１周期を適宜な間隔で分割し、この分割した１間隔を単位駆動ステップとして、各駆動ステップにおけるウィービング動作の大きさを演算により求めて設定される。
【００３３】
本構成の溶接装置１００においては、溶接トーチ２３のウィービング動作を形成するウィービング移動分ΔＳに関しては、２軸ウィーバー２１を駆動し、溶接ラインに沿った主方向移動分に関してはロボット１１を駆動して溶接トーチ２３を移動させる。この駆動によれば、溶接トーチ２３をウィービング動作させながら溶接ラインに沿って溶接する場合に、ウィービング動作を２軸ウィーバー２１のみで行うことになる。よって、ロボット１１の駆動軸には、上記のウィービング周波数の振動が重畳されず、ロボット１１の駆動によりウィービング動作させる場合と比較して共振現象が生じにくくなる。その結果、ロボット１１の固有振動数に制限されずに様々なウィービングパターンの動作が可能となり、高精度、且つ、高周波数のウィービング制御が行える。
【００３４】
ところで、溶接ラインに沿って溶接トーチ２３を移動させると、溶接場所によってはウィービング動作の振幅のうち、少なくとも一部の領域で２軸ウィーバー２１による溶接トーチ２３の移動が不能になる場合が起こり得る。
【００３５】
図６は溶接トーチ２３がトーチ周囲の部材と干渉する場合の一例を示す説明図である。ワークＷの開先６１の幅Ｗｓ内において溶接トーチ２３をウィービング動作させる場合、例えば、図３に示す２軸ウィーバー２１の第１軸駆動部３１を駆動して溶接トーチ２３をウィービングさせると、開先６１に隣接する壁部６３に溶接トーチ２３が干渉することになる。
【００３６】
その場合には、溶接トーチ２３のウィービング動作の一部を、２軸ウィーバー２１に代えてロボット１１の駆動軸を駆動することで、壁部６３との干渉を回避させる。
【００３７】
つまり、図５に示すように、主移動方向への主方向移動分ΔＬと、ウィービング動作となる主移動方向に直交する方向へのウィービング移動分ΔＳとを合成した移動軌跡Ｐｔに沿って溶接トーチ２３を移動させる際、移動軌跡Ｐｔの途中に干渉発生領域６５が存在することがある。その場合、２軸ウィーバー２１の駆動による移動分が干渉発生領域６５に入らないようにする。
【００３８】
移動軌跡Ｐｔが干渉発生領域６５内に到達した場合、２軸ウィーバー２１を、干渉発生領域６５に入らない限界のシフト量を移動限界ΔＳ１として駆動する。そして、移動軌跡Ｐｔの移動限界ΔＳ１を超えたシフト量を移動補完量ΔＳ２として、この移動補完量ΔＳ２をロボット１１の駆動軸を駆動することで、溶接トーチ２３の姿勢を変更しながら移動させる。
【００３９】
上記の駆動によれば、溶接トーチ２３がトーチ周囲の部材と干渉する領域においては、２軸ウィーバー２１とロボット１１の駆動軸とを協働させることで、溶接トーチ２３の姿勢が変更され、他の部材との干渉が回避される。よって、干渉発生領域６５においても、連続したウィービング動作が行える。
【００４０】
具体的には、移動軌跡演算部４３により求めた移動軌跡におけるウィービング移動分ΔＳが、溶接トーチ２３の干渉発生領域６５を含まない２軸ウィーバー２１による移動可能範囲にあるかを判定する。ウィービング移動分ΔＳが移動可能範囲にある場合には、ウィービング駆動部４７は、２軸ウィーバー２１へウィービング移動分ΔＳに応じた駆動信号を出力して、溶接トーチ２３の先端軸をウィービング方向に移動させる。また、主方向駆動部４５は、ロボット１１の駆動軸に、主方向移動分ΔＬに応じた駆動信号を出力して、溶接トーチ２３の先端軸を溶接ラインに沿って移動させる。これにより、溶接トーチ２３は、ウィービング方向と溶接ライン方向との移動が合成された移動軌跡Ｐｔに沿って移動する。
【００４１】
一方、ウィービング移動分ΔＳが移動可能範囲を超える場合には、ウィービング駆動部４７は、ウィービング移動分ΔＳのうち移動可能範囲の移動限界ΔＳ１を超えた移動補完量ΔＳ２を求め、２軸ウィーバー２１に、移動限界ΔＳ１まで移動させる駆動信号を出力する。これにより、溶接トーチ２３の先端軸は、移動限界ΔＳ１まで移動する。これとともに、ウィービング駆動部４７は、ロボット１１が有する少なくともいずれかの駆動軸を、移動補完量ΔＳ２に応じて駆動するためのウィービング駆動信号を主方向駆動部４５に出力する。
【００４２】
主方向駆動部４５は、入力されたウィービング駆動信号に基づいて、溶接トーチ２３の先端軸をウィービング動作させる動作と、ロボット１１の駆動軸を主方向移動分ΔＬに応じて移動させる動作と、を統合した合成駆動信号をロボット１１に出力する。つまり、ロボット１１は、上記のウィービング駆動部４７からのウィービング駆動信号による駆動と、主方向移動分ΔLの駆動とを統合した合成駆動信号により駆動される。その結果、溶接トーチ２３は、ウィービング方向と溶接ライン方向との移動が合成された移動軌跡Ｐｔに沿って移動する。
【００４３】
＜ウィービング制御の一例＞
次に、上記の基本手順によって、溶接トーチ２３の先端軸をウィービング動作させながら溶接ラインに沿って移動させるウィービング制御の一例について、図７に基づいて説明する。
【００４４】
図７はウィービング制御方法の手順を示すフローチャートである。
まず、ワークの溶接開始点と溶接終了点までのウィービングを含まない溶接ラインを、前述した教示コントローラ１７を用いて決定する。決定した溶接ラインの全移動パスを、駆動ステップ毎に分割する。そして、分割された単位駆動ステップ当たりの溶接ラインに沿った主方向への移動回数、及び主方向移動量を計算する（Ｓ１）。なお、移動回数や移動距離は、予め教示したポイント（位置）、ウィービング方法、溶接トーチ２３の移動速度や移動周期等の情報を基にして求める。
【００４５】
また、ウィービング１周期の分割点と、各分割点におけるシフト量、即ち、図５に示されるウィービング移動分ΔＳを計算する（Ｓ２）。
【００４６】
次に、Ｓ１で求めた主方向移動量と、Ｓ２で求めたシフト量から、ウィービング動作を含む溶接トーチ２３の移動軌跡を演算により求める（Ｓ３）。この移動軌跡の演算では、溶接開始点から溶接終了点までの全溶接ラインに対して、駆動ステップ毎に主方向移動量とシフト量とが求められる。
【００４７】
駆動ステップ毎に求めたシフト量から、２軸ウィーバー２１を駆動して溶接トーチ２３を移動させる場合の、移動目標位置を求める（Ｓ４）。この移動目標位置は、ロボット１１の各駆動軸を駆動させずに、２軸ウィーバー２１の駆動のみで移動させた場合の、２軸ウィーバー２１の移動目標位置又は移動目標角度である。
【００４８】
そして、求めた移動目標位置が、２軸ウィーバー２１の移動可能範囲に含まれているかを判定する（Ｓ５）。移動目標位置が２軸ウィーバー２１の駆動域でカバーできる場合は、移動目標位置まで２軸ウィーバー２１を駆動する（Ｓ６）。
【００４９】
一方、求めた移動目標位置が、２軸ウィーバー２１の移動可能範囲を超えている場合は、２軸ウィーバー２１の移動可能範囲を超えた部分を図５に示される移動補完量ΔＳ２として算出する（Ｓ７）。この移動補完量をロボット１１の駆動軸で移動させるための、ロボット１１の移動目標位置を求める。求めた移動補完量を補うための移動目標位置と、ロボット１１の駆動軸が主方向移動するための移動目標位置とを合成した、ロボット１１の合成移動目標位置を求める（Ｓ８）。そして、求めた合成移動目標位置にロボット１１を駆動する。また、２軸ウィーバー２１は、移動限界まで駆動する（Ｓ９）。これにより、溶接トーチ２３は、溶接ラインに沿った主方向への移動と、ウィービング動作のための移動が同時に行われ、移動軌跡に沿った移動先へ送られる。
【００５０】
以上のＳ３〜Ｓ６又はＳ９までの処理を、最終地点である溶接終了点まで繰り返す（Ｓ１０）。このウィービング制御によって、複雑なウィービングパターンであっても、周囲部材と干渉を生じることなく行える。特に、１〜１０Ｈｚ、振幅２〜１０ｍｍのサイン波形を高精度に実現できる。また、１０Ｈｚ以上の高い周波数のウィービング動作であっても高精度で実現可能となる。
【００５１】
図８（Ａ）、（Ｂ），（Ｃ）は各種のウィービングパターンを示す模式図である。
上記のウィービングパターンは、図８（Ａ）に示すサイン波形であったが、これに限らない。例えば、図８（Ｂ）に示すループ状、図８（Ｃ）に示す三角波状、等の各種のパターンを採用できる。ウィービングパターンをループ状や三角波状とする場合には、２軸ウィーバー２１の第１軸駆動部３１と第２軸駆動部３３とを同時に駆動すればよい。いずれの場合でも、ウィービング動作は基本的に２軸ウィーバー２１だけで行い、ロボット１１の各駆動軸は、２軸ウィーバー２１だけではウィービング動作が行えない場合のみ、補助的にウィービング動作に用いる。
【００５２】
＜ロボット１１の他の駆動例＞
上記のウィービング制御においては、ロボット１１の各駆動軸は、主に主方向移動のために駆動される。その際、ロボット１１の各駆動軸を、２軸ウィーバー２１がウィービング動作する際に生じる振動を打ち消す方向に動作させることが好ましい。
【００５３】
例えば、２軸ウィーバー２１が一方向に往復運動される場合に、この往復運動の方向変換するタイミングで、ロボット１１の駆動軸を発生する慣性力の逆向きに駆動する。すると、２軸ウィーバー２１の往復運動により発生する慣性力が相殺され、ロボット１１本体の振動が抑制される。これにより、精度の良いウィービング動作が可能となる。
【００５４】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
例えば、先端軸駆動機構は、２軸ウィーバーに限らず、１軸ウィーバーであってもよく、回転駆動型のウィーバーであってもよい。更に、他の駆動軸を備えた３軸以上の駆動軸を有するウィーバーであってもよい。
また、上記の溶接装置は、エンドエフェクタとして溶接トーチを備えた構成を例示したが、これに限らない。例えば、エンドエフェクタとしてスラグを除去するスラグチッパー備えたスラグ除去装置、ガウジングトーチを備えたガウジング装置、レーザーセンサを備えた計測装置であってもよい。更に、レーザー溶接用トーチを備えたレーザ溶接装置、スポット溶接用ガンを備えたスポット溶接装置であってもよい。
【００５５】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  複数の駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記先端軸駆動機構は、前記エンドエフェクタの先端軸に直交する第１軸方向に駆動する第１軸駆動部と、前記先端軸及び前記第１軸方向に直交する第２軸方向に駆動する第２軸駆動部とを有することを特徴とする溶接装置。
この溶接装置によれば、エンドエフェクタをウィービング動作させながら溶接ラインに沿って溶接する場合に、ウィービング動作を先端軸駆動機構のみで行える。よって、多関節ロボットの駆動軸には、上記のウィービング周波数の振動が重畳されず、多関節ロボットの駆動によりウィービング動作させる場合と比較して共振現象が生じにくくなる。その結果、多関節ロボットの固有振動数に制限されずに様々なウィービングパターンの動作が可能となり、高精度、且つ、高周波数のウィービング制御が行える。
【００５６】
（２）  複数の駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記駆動制御部は、
前記多関節ロボットを駆動して、前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿って移動させる主方向駆動部と、
前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記エンドエフェクタの移動可能範囲である場合には、前記先端軸駆動機構を駆動して前記ウィービング動作を行い、前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記移動可能範囲を超える場合には、前記ウィービング動作のウィービング移動分のうち前記移動可能範囲の移動限界を超える移動補完量を求め、前記先端軸駆動機構を前記移動限界まで駆動するとともに、前記多関節ロボットが有する少なくともいずれかの駆動軸を前記移動補完量に応じて駆動することで、前記ウィービング動作を行うウィービング駆動部と、
を有することを特徴とする溶接装置。
この溶接装置によれば、エンドエフェクタが周囲の部材と干渉する移動可能範囲外の領域においては、先端軸駆動機構と多関節ロボットの駆動軸とを協働させることで、エンドエフェクタの姿勢が変更され、エンドエフェクタと他の部材との干渉が回避される。よって、エンドエフェクタの移動可能範囲外の干渉が発生する領域においても、連続したウィービング動作が行える。
【００５７】
（３）  前記駆動制御部は、前記先端軸駆動機構の駆動により生じる前記多関節ロボットの振動を打ち消す方向に、前記多関節ロボットを駆動することを特徴とする（１）又は（２）に記載の溶接装置。
この溶接装置によれば、先端軸駆動機構の往復運動により発生する慣性力が相殺され、多関節ロボット本体の振動が抑制される。これにより、精度の良いウィービング動作が可能となる。
【００５８】
（４）  前記エンドエフェクタは、溶接トーチであって、先端軸に消耗式電極の先端部が配置されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の溶接装置。
この溶接装置によれば、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接等のアーク溶接により、良好なウィービングビードが得られる。
【００５９】
（５）  複数の駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備える溶接装置を用い、
先端軸駆動機構を駆動して、前記エンドエフェクタの先端軸を、前記先端軸に直交する第１軸方向、及び、前記先端軸と前記第１軸方向に直交する第２軸方向に移動させることを特徴とする溶接装置の制御方法。
（６）  複数の駆動軸を有する多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに支持されるエンドエフェクタと、
前記多関節ロボットの最先端駆動軸と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタをウィービング動作させる先端軸駆動機構と、
前記多関節ロボット及び前記先端軸駆動機構を駆動する駆動制御部と、
を備える溶接装置を用い、
前記多関節ロボットと前記先端軸駆動機構とを駆動して、前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿ってウィービング動作させる際に、
前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記エンドエフェクタの移動可能範囲である場合には、前記先端軸駆動機構を駆動して前記ウィービング動作を行い、前記先端軸駆動機構によるウィービング動作が前記移動可能範囲を超える場合には、前記ウィービング動作のウィービング移動分のうち前記移動可能範囲の移動限界を超える移動補完量を求め、前記先端軸駆動機構を前記移動限界まで駆動するとともに、前記多関節ロボットが有する少なくともいずれかの駆動軸を前記移動補完量に応じて駆動することで、前記ウィービング動作を行うことを特徴とする溶接装置の制御方法。
【００６０】
（７）  前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿ってウィービング動作させる移動軌跡を演算して求め、
求めた移動軌跡を複数の駆動ステップに分割し、
前記駆動ステップ毎に前記エンドエフェクタを溶接ラインに沿って移動させる主方向移動分と、溶接ラインの各位置でウィービング動作を行うためのウィービング移動分とを求めておき、
前記駆動ステップ毎の前記ウィービング移動分が、前記先端軸駆動機構による前記エンドエフェクタの移動可能範囲にある場合には、前記先端軸駆動機構を当該駆動ステップの前記ウィービング移動分に応じて駆動し、前記ウィービング移動分が前記移動可能範囲を超える場合には、当該駆動ステップの前記ウィービング移動分のうち前記移動可能範囲の移動限界を超える移動補完量を求め、前記先端軸駆動機構を前記移動限界まで駆動するとともに、前記多関節ロボットが有する少なくともいずれかの駆動軸を前記移動補完量に応じて駆動することで、前記エンドエフェクタをウィービング動作させることを、
前記駆動ステップの数だけ繰り返すことを特徴とする（６）に記載の溶接装置の制御方法。
【００６１】
（８）  前記駆動制御部は、前記先端軸駆動機構の駆動により生じる前記多関節ロボットの振動を打ち消す方向に、前記多関節ロボットを駆動することを特徴とする（５）乃至（７）のいずれか一つに記載の溶接装置の制御方法。
（９）  前記エンドエフェクタは、溶接トーチであって、先端軸に消耗式電極の先端部が配置されることを特徴とする（５）乃至（８）のいずれか一つに記載の溶接装置の制御方法。
【符号の説明】
【００６２】
１１  ロボット（多関節ロボット）
１３  制御装置
１５  溶接電源
１９  最先端駆動軸
２１  ２軸ウィーバー（先端軸駆動機構）
２３  溶接トーチ（エンドエフェクタ）
２３ａ  先端軸
２５  溶接ワイヤ
３１  第１軸駆動部
３３  第２軸駆動部
４１  駆動制御部
４３  移動軌跡演算部
４４  駆動部
４５  主方向駆動部
４７  ウィービング駆動部
６５  干渉発生領域
１００  溶接装置
【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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