(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット制御装置からの指令によって溶接機を制御し、被溶接物の溶接を行うようにした溶接作業用ロボットの制御方法において、前記溶接作業用ロボットに把持された溶接トーチが溶接開始点に到達する時刻よりも前記ロボット制御装置から前記溶接機に対して溶接開始指令が出力されてから前記溶接機が実際に溶接起動を行うまでに前記溶接開始点毎に予測される溶接アーク発生遅れ時間に応じて予め設定された無駄時間だけ先行して前記溶接開始指令を出力するようにした溶接作業用ロボットの制御方法。
【請求項２】
ロボット制御装置からの指令によって溶接機を制御し、被溶接物の溶接を行うようにした溶接作業用ロボットの制御方法において、前記溶接作業用ロボットに把持された溶接トーチが溶接開始点に到達する時刻よりも前記ロボット制御装置から前記溶接機に対して溶接開始指令が出力されてから前記溶接機が実際に溶接起動を行うまでに前記溶接開始点毎に予測される溶接アーク発生遅れ時間に応じて予め設定された無駄時間分だけ先行して前記溶接起動指令を出力し、前記溶接トーチが溶接終了点に到達する時刻よりも前記ロボット制御装置から前記溶接機に対して溶接停止指令が出力されてから前記溶接機が実際に溶接停止を行うまでに前記溶接終了点毎に予測される予め設定された無駄時間分だけ先行して前記溶接停止指令を出力するようにした溶接作業用ロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ロボット制御装置からの指令によって溶接機を制御し、被溶接物の溶接を行うようにした溶接作業用ロボットの制御方法において、ロボット制御装置と溶接機との信号の授受を効率よく行うための溶接作業用ロボットの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボット制御装置は、教示点において動作を切れ目なく滑らかに行うために、ロボットに対する動作命令の先行解釈と実行準備を行い、サーボ系への出力が途切れないように演算制御を行っているのが通常である。また、溶接の開始および終了等、ロボット本体の動作と同期させて実行する作業命令も、当然先行解釈と実行準備が行なわれる。すなわち、実際の溶接開始または終了点に到達する以前に、上記溶接開始または終了命令が解釈され、どの動作命令の実行完了と同期させて実行させるかのタイミングを決定している。
【０００３】
一方、ロボット制御装置から溶接機に対して溶接起動指令が出力されてから、溶接機が溶接起動指令を受けて実際に溶接起動を行うまでには図６に示すように信号の授受や処理などに起因する無駄時間が存在する。
【０００４】
図６において、ロボットが教示された経路を移動して溶接開始点に達した時点でロボットは停止し、また溶接開始命令を読み込んで処理し、溶接機に対する指令信号に変換して出力する。（所要時間Ｔd1）。
【０００５】
この出力信号は、通信手段によりロボット制御装置から溶接機に伝達される。（所要時間Ｔd2）。
【０００６】
溶接機においては、このロボットから伝達された信号を受信して処理し、溶接開始、溶接条件信号に変換して各部に指令する。（所要時間Ｔd3）。
【０００７】
溶接機はこの信号によって起動し、電極の送給を開始するとともに溶接用電力の出力を開始し、送給された電極が被溶接物に接触した時点で電流が流れ始めて溶接アークが開始される。（所要時間Ｔd4）。
【０００８】
この溶接電流は、アーク起動検出器にて検出されてアーク起動完了信号として溶接機から通信によりロボット制御装置に伝達される。（所要時間Ｔd5）。
【０００９】
ロボット制御装置はこのアーク起動完了信号を受信するとロボットを移動すべく再起動する。（所要時間Ｔd6）。
【００１０】
したがって、上記の各所要時間Ｔd1ないしＴd6の和に相当するＴs の間、ロボットは停止していることになる。
【００１１】
同様にロボット制御装置から溶接機に対して溶接停止指令が出力されてから、溶接機が溶接停止指令を受けて実際に溶接停止を行うまでにも長い停止時間が存在するが、その発生順序が逆になるだけであるので、図示は省略する。
【００１２】
これらのうち、すくなくともＴd1ないしＴd3またはＴd4の間は実際にはロボットが停止する必要のない無駄時間である。この無駄時間は、溶接箇所が多いほど、また溶接加工物が多いほどその総計は無視し得なくなり、特に高速タクトが要求される作業環境では、経済的に大きな問題となってくる。
【００１３】
ところで、前述した従来の先行解釈と実行準備は、ロボット制御装置内での閉じた環境における演算処理のみを考慮したものであって、ロボット制御装置外部において発生する無駄時間の削減までを考慮したものではない。すなわち、ロボット制御装置から溶接機に対し溶接起動指令が出力されてから、溶接機が前記溶接起動指令を受けて実際に溶接起動を行うまでの無駄時間、あるいはまた、ロボット制御装置から溶接機に対し溶接停止指令が出力されてから、溶接機が前記溶接停止指令を受けて実際に溶接停止を行うまでの無駄時間等を削減するものではなかった。
【００１４】
従来はこれらの無駄時間によるロスを溶接速度を増加させることによって補っていた。その結果溶接電流をも増加させる必要が生じていた。また、溶接部以外でのロボットの動作速度、経路などを変更することによって全体のタクトタイムを短縮させることも行われている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溶接速度や溶接電流はもともと要求される溶接品質に応じて定められるべき要因であり、これらを上記のように他の目的のために変化させると、本来の溶接品質を確保することができなくなる。
【００１６】
また、溶接部以外でのロボットの動作速度や経路などを変更することによって得られるタクトタイムの短縮は、本来制御装置に起因して発生する上記の無駄時間の解消対策とは独立に行なわれるべき作業であり、もともとこれらは限界値まで短縮された条件となっているのが通常であるから、改善の余地はほとんど残されていないはずである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上に鑑み、前記無駄時間をシステム内で可能な限り解消しようとするものである。
【００１８】
そこで、本発明においては動作命令の実行完了と溶接開始または終了作業命令の実行との同期を、指定の時間だけ先行させる演算制御を行う。またこの時、先行させるべき時間をパラメータとして設け、自由な値が設定できるようにしておく。これにより、ロボット制御装置に接続される溶接機の種類によって、前記溶接起動指令または溶接停止指令に対する応答の無駄時間が異なっても、対応が容易となる。
【００１９】
【作用】
本発明の制御方法においては、ロボットに把持された溶接トーチが溶接開始位置に到達してから、実際に溶接起動が行なわれるまでの待ち時間、およびロボットに把持された溶接トーチが溶接終了位置に到達してから、実際に溶接停止が行なわれるまでの待ち時間を必要最小限にすることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を図１ないし図５により説明する。
図１は本発明を実施したときの溶接開始時における様子を図６に対応して示した線図であり、同図に示すようにロボット制御装置はロボットが溶接開始位置に到達するよりも先行処理時間Ｔo だけ早く溶接開始指令を溶接機に出力し、溶接機がこれを受けて溶接開始のための処理をして実際に溶接が開始されるころにロボットが真の溶接開始位置に到達することになる。
【００２１】
この結果、例えば、先行処理時間Ｔo を図１の各所要時間Ｔd1ないしＴd4の和に相当する時間、Ｔo ＝Ｔd1＋Ｔd2＋Ｔd3＋Ｔd4に設定するときはロボットの停止時間Ｔs は所要時間Ｔd5＋Ｔd6のみとなり、、一回の溶接開始または溶接終了に際してそれぞれ先行処理時間Ｔo ＝Ｔd1＋Ｔd2＋Ｔd3＋Ｔd4だけ無駄時間を短縮できることになる。
【００２２】
なお、この先行処理時間Ｔo としては、ロボットの各動作位置に応じて変更できるようにしておけば、各所要時間が変化することが予測できる場合により正確に無駄時間の低減をはかることができる。
また、アーク加工開始検出までの所要時間Ｔd4は前回の溶接終了時の状態や溶接箇所の状態によって変化することが考えられるのでこの時間Ｔd4は先行処理時間Ｔo から除外したほうがよい場合もある。
【００２３】
同様に溶接停止時においても、停止に先行して溶接停止信号を出力するようにして信号の先行処理を行う。
【００２４】
図２は、本発明の制御方法をロボット言語を用いて作業プログラムに記述した例である。同図において、MOVEP 命令は、ロボットを現在位置からその教示目標点に位置決め動作させる動作命令である。ASTART命令は、その位置で溶接開始させる作業命令である。MOVEL 命令は、ロボットを現在位置からその教示目標点に直線補間動作させる動作命令である。AEND命令は、その位置で溶接終了させる作業命令である。
【００２５】
図２の作業プログラムに基づくロボットの動作軌跡の例を図３に示す。図２および図３において、MOVEP Ｐn 命令により、現在位置からロボットに把持された溶接トーチを教示点Ｐn まで移動させる。Ｐn 点に到達するとASTART A,V,S命令が出力されて溶接開始指令と溶接条件（電流値Ａ，電圧値Ｖ，溶接速度Ｓ）とが出力される。つぎにMOVEL Ｐn+1 命令によりトーチを溶接しながら教示点Ｐn+1 まで移動させる。Ｐn+1 点に到達するとAEND命令により溶接を終了し、MOVEP Ｐn+2 命令により次の教示点Ｐn+2 まで移動する。
【００２６】
本発明の溶接作業用ロボットの制御方法を実施するロボット制御装置内における信号の処理を図４に示すロボット制御装置内部構成の一例において説明する。図４において、６は作業プログラム解釈部、７は作業プログラムファイル、８は軌道計画部、９は溶接指令部、１０は溶接機制御パラメータ、１１，１４，１７はバッファ、１２は座標変換部、１３はロボット機構データ、１５はサーボデータ生成部、１６はサーボ制御パラメータ、１８はサーボ出力部である。
【００２７】
まず作業プログラム解釈部６は、複数の作業プログラムが格納された作業プログラムファイル７から指定された作業プログラムを読みだし順次命令の解釈を行う。解釈された命令のうち、動作命令は軌道計画部８に、溶接作業命令は溶接指令部９にそれぞれ処理実行がまかされる。。
【００２８】
軌道計画部８では、動作命令の記憶内容にしたがって、速度の出力パターンを時間の関数で生成する。すなわち、所定のサンプリング時間単位にロボットを動かす経路上の目標点を算出し、これら目標点データを順次バッファ１１に格納する。ただし、次の座標変換部１２が直前のデータを読み取っていなければ待機する。
【００２９】
溶接指令部９では、溶接機への溶接指令制御を司るが、溶接の開始および終了と、ロボット動作の開始および停止タイミングとが密接に関係するため、サーボ出力部１８と同期制御を行う。
【００３０】
座標変換部１２は、バッファ１１のサンプリング時間毎のロボット目標点を、ロボット機構データ１３に基づいて座標変換を行い、バッファ１４に格納する。ただし、次のサーボ出力データ生成部１５が直前のデータを読み取っていなければ待機する。
【００３１】
サーボ出力データ生成部１５は、バッファ１４に格納されたサンプリング時間毎の座標変換されたロボット目標点データを、サーボ制御パラメータ１６に基づいて、サーボ出力データに変換し、バッファ１７に格納する。ここでもまた、次のサーボ出力部１８が直前のデータを読み取っていなければ待機する。
【００３２】
サーボ出力部１８は、サンプリング時間に対応したクロックパルスに同期して、バッファ１７のデータを取り出しサーボ機構に出力する。また上述のように、溶接指令部９との同期制御が必要となることがある。すなわち、ある教示点にロボットが到達したことを確認した後、溶接を開始するには、その教示点への到達に対応するサーボ出力の完了後、溶接指令部９に溶接起動可能を通知する。
また、ある教示点にロボットが到達したことを確認した後、溶接を終了する場合には、その教示点への到達に対応するサーボ出力の完了後、溶接指令部９に溶接停止指令を通知する。
【００３３】
さて、以上の構成に基づき、本発明の実現方法を詳細に説明する。作業プログラム解釈部６は、MOVEP 命令とASTART命令を連続して解釈すると、軌道計画部８にMOVEP の情報を引き渡す。また溶接指令部９にASTARTの情報を引き渡す。ただし、これらの情報には以下に示す情報が付加される。先ずMOVEP 命令の情報には本来の軌道情報と速度情報以外に、溶接指令部９に溶接起動タイミングを通知するため同期番号Ａが付加される。同様に、ASTART命令の情報にも溶接条件情報以外に、同期番号Ａが付加される。
【００３４】
軌道計画部８では、受け取ったMOVEP 命令の情報に基づいて軌道計画を行い、サンプル時間毎の目標位置の算出を行う。サンプル時間毎の目標位置は時間順にバッファ１１に出力されるが、溶接起動タイミングとなるサンプリング時間の目標位置データは、特に前期同期番号Ａとセットで出力される。
【００３５】
ここで、ロボット制御装置と溶接機間の溶接起動指令の伝達には無駄時間が存在するため、その時間だけ遡った時刻に出力される目標位置データが、前期同期番号Ａと対応付けられる。この対応付けは、自由な値の設定を可能とした溶接機制御パラメータ１０に基づいて行なわれる。
【００３６】
バッファ１１，１４，１７に格納されるデータの構造を図５に示す。各バッファ間でデータは変換され次元の異なるものとなるが、サンプリング時間毎の対応はとられているため、同期番号と各データとの同期関係は保たれる。サーボ出力部１８は、同期番号Ａの附随したサーボ出力データを出力すると同時に、前記同期番号Ａを溶接指令部９に通知する。溶接指令部９は、ASTART命令と同期番号Ａを受け取ると、サーボ出力部１８から同期番号Ａが通知されるのを待って、溶接条件とともに溶接起動指令を溶接機に出力する。また、溶接起動の完了を溶接機から通知されると、溶接起動が成功したことを作業プログラム解釈部６に通知する。
【００３７】
同様に、作業プログラム解釈部６は、MOVEL 命令とAEND命令を連続して解釈すると、軌道計画部８にMOVEL の情報を引き渡す。また溶接指令部９にAENDの情報を引き渡す。ただし、これらの情報には以下に示す情報が付加される。先ずMOVEL 命令の情報には本来の軌道情報と速度情報以外に、溶接指令部９に溶接停止タイミングを通知するための同期番号Ｂが付加される。同様に、AEND命令の情報にも溶接条件情報以外に、同期番号Ｂが付加される。
【００３８】
軌道計画部８では、受け取ったMOVEL 命令の情報に基づいて軌道計画を行い、サンプル時間毎の目標位置の算出を行う。サンプル時間毎の目標位置は時間順にバッファ１１に出力されるが、溶接停止タイミングとなるサンプリング時間の目標位置データは、同期番号Ｂとセットで出力される。
【００３９】
ここで、ロボット制御装置と溶接機間の溶接停止指令の伝達には無駄時間が存在するため、その時間だけさかのぼった時刻に出力される目標位置データが、同期番号Ｂと対応付けられる。この対応付けは、自由な値の設定を可能とした溶接機制御パラメータ１０に基づいて行なわれる。
【００４０】
サーボ出力部１８は、同期番号Ｂの附随したサーボ出力データを出力すると同時に前記同期番号Ｂを溶接指令部９に通知する。溶接指令部９は、AEND命令と同期番号Ｂを受け取ると、サーボ出力部１８から同期番号Ｂが通知されるのを待って溶接停止指令を溶接機に出力する。また、溶接起動の完了を溶接機から通知されると、溶接終了処理が成功したことを作業プログラム解釈部６に通知する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ロボットに把持された溶接トーチが溶接開始位置に到達してから、実際に溶接起動が行なわれるまでの待ち時間を必要最小限にすることができる。
同様に、ロボットに把持された溶接トーチが溶接終了位置に到達してから、実際に溶接停止が行なわれるまでの待ち時間を必要最小限にすることができる。
この結果、システムの無駄時間を排除することが可能となり、タクトタイムの短縮が厳密に要求される作業環境に対して十分答えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボット制御装置から溶接機への溶接起動指令通知を、ロボット停止に先行させて行わせるタイミング例を示す図。
【図２】作業プログラムの例を示す図。
【図３】作業プログラムの動作軌跡の例を示す図。
【図４】ロボット制御装置内部構成の例を示す図。
【図５】データ構造の例を示す図。
【図６】従来の制御方法におけるロボット制御装置から溶接機への溶接起動指令通知後に発生する無駄時間の存在を示す図。
【符号の説明】
１  溶接開始点へのアプローチ位置決め動作経路
２  溶接開始点
３  溶接経路
４  溶接終了点
５  退避点への位置決め動作経路
６  作業プログラム解釈部
７  作業プログラムファイル
８  軌道計画部
９  溶接指令部
１０  溶接機制御パラメータ
１１  バッファ
１２  座標変換部
１３  ロボット機構データ
１４  バッファ
１５  サーボデータ生成部
１６  サーボ制御パラメータ
１７  バッファ
１８  サーボ出力部
Ｔd1、Ｔd2、Ｔd3、Ｔd4、Ｔd5、Ｔd6    信号の伝達、処理等に要する時間
Ｔo   先行処理時間
Ｔs   ロボット停止時間
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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