JP7287866B2

JP7287866B2 - ロボット制御装置およびアーク溶接ロボットシステム

Info

Publication number: JP7287866B2
Application number: JP2019157802A
Authority: JP
Inventors: 茂夫吉田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: CN112439977B; JP2021035701A; DE102020121730A1; US20210060792A1; CN112439977A; US11628575B2

Description

本発明は、ロボット制御装置およびアーク溶接ロボットシステムに関するものである。

アーク溶接ロボットの溶接時に、溶接トーチを溶接対象物に接近させ、溶接トーチから突出する溶接ワイヤの先端を溶接部位に沿って移動させる。この動作を教示するために、溶接開始点や溶接終了点にアーク溶接ロボットを移動させる必要がある。その際に溶接ワイヤが溶接対象物に意図せずに接触してしまうと、溶接対象物に向かう方向の力が溶接トーチから溶接ワイヤに加わり、溶接ワイヤが曲がってしまうことがある。そこで、溶接対象物との接触による溶接ワイヤの曲がりを防止するロボットの制御方法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。

特開２０１４－２２３６３３号公報特開２０１８－１８３８３０号公報

溶接作業時の移動経路を教示する場合、エアカット点、溶接対象物へのアプローチ点、溶接対象物上の溶接開始点、経由点および溶接終了点、ならびに逃げ点等、複数の教示点に順番にロボットをジョグ操作で移動させる。

溶接開始点等の教示の際、溶接対象物に対する溶接ワイヤの位置および姿勢は、ロボットのジョグ操作によって精密に調整される。例えば、溶接ワイヤの先端の位置は、溶接開始点に対して１ｍｍ以下の精度で調整され、溶接ワイヤの姿勢は、溶接開始点に対して１°単位で調整される。このような溶接ワイヤの位置および姿勢の微調整を可能にするために、溶接対象物の近傍ではロボットの動作速度を下げることが好ましい。しかし、操作者がロボットの動作速度を下げるためには、教示操作盤のキー操作等の煩わしい操作が必要である。

本開示の一態様は、溶接トーチが接続されたロボットの教示操作装置によるジョグ操作中の動作を制御するロボット制御装置であって、前記溶接トーチから突出する溶接ワイヤの溶接対象物との接触を検知する接触検知部と、前記ロボットの動作速度を所定の速度から増減するためのオーバライド値を設定および変更するオーバライド値調整部と、前記教示操作装置から操作信号を受信し、前記オーバライド値調整部によって設定された前記オーバライド値に基づく動作速度で前記操作信号に従って前記ロボットを制御する制御部と、を備え、前記溶接ワイヤの前記溶接対象物との前記接触が前記接触検知部によって検知されたときに、前記制御部が前記ロボットを一時停止させるとともに前記オーバライド値調整部が前記オーバライド値を下げる、ロボット制御装置である。

一実施形態に係るアーク溶接ロボットシステムの全体構成図である。一実施形態に係るロボット制御装置の構成を示すブロック図である。ロボットに教示される移動経路を説明する図である。教示モードにおける、溶接トーチの溶接対象物への接近動作を説明する図である。教示モードにおける、溶接トーチの溶接対象物からの離間動作を説明する図である。

以下に、一実施形態に係るロボット制御装置１およびアーク溶接ロボットシステム２について図面を参照して説明する。
アーク溶接ロボットシステム２は、図１に示されるように、アーク溶接ロボット３と、溶接電源４と、アーク溶接ロボット３および溶接電源４を制御するロボット制御装置１とを備える。

アーク溶接ロボット３は、ロボット５と、ロボット５に接続された溶接トーチ６と、溶接トーチ６に溶接ワイヤ８を供給するワイヤ送給装置７とを備える。
ロボット５は、アーク溶接に一般に使用される任意の種類のロボットであり、例えば、６軸の垂直多関節ロボットである。ロボット５は、多関節のロボットアーム５ａと、各関節用のサーボモータ（図示略）とを有する。溶接トーチ６は、ロボットアーム５ａの先端に接続されている。ロボット５はロボット制御装置１と接続され、ロボット制御装置１によってサーボモータが駆動させられることによって、ロボットアーム５ａが動作し溶接トーチ６の位置および姿勢が３次元的に変更される。

ワイヤ送給装置７は、ロボットアーム５ａに設けられている。ワイヤ送給装置７は、一対のローラ７ａ，７ｂの回転によって溶接ワイヤ８を溶接トーチ６に向かって送る。溶接トーチ６の先端からは、溶接ワイヤ８が突出している。

溶接電源４は、溶接トーチ６と接続されている。溶接電源４は、溶接トーチ６を経由して溶接電圧または微弱電圧を溶接ワイヤ８に印加する。溶接電圧は、溶接ワイヤ８と溶接対象物Ｗとの間にアーク放電を発生させるための電圧である。微弱電圧は、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触を検知するための電圧である。微弱電圧の大きさは、溶接電圧よりも小さく、溶接ワイヤ８が溶接対象物Ｗと接触したとしてもアーク放電を発生させない大きさである。

ロボット制御装置１は、図２に示されるように、接触検知部１１と、オーバライド値調整部１２と、記憶部１３と、制御部１４とを備える。また、ロボット制御装置１は、操作者がロボット５を手動操作するための教示操作装置１５を備える。操作者は、教示操作装置１５を使用してロボット５を遅い動作速度で手動操作するジョグ操作を行うことができる。接触検知部１１は、溶接電源４に設けられ、オーバライド値調整部１２、記憶部１３および制御部１４は、制御ボックス１６内に設けられている。教示操作装置１５は、例えば、操作者によって携帯される可搬式の教示操作盤であり、有線または無線によって制御ボックス１６内の制御部１４と接続されている。

接触検知部１１は、教示操作装置１５を用いたロボット５のジョグ操作中、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触を検知する。具体的には、ロボット５のジョグ操作中、制御部１４が溶接電源４を制御することによって溶接電源４から溶接ワイヤ８に微弱電圧が印加される。溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触によって、溶接ワイヤ８と溶接対象物Ｗとの間の電圧は降下する。接触検知部１１は、ロボット５のジョグ操作中に溶接ワイヤ８と溶接対象物Ｗとの間の電圧を測定し、電圧の降下を溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触として検知する。このような接触検知部１１は、例えば、溶接ワイヤ８および溶接対象物Ｗに接続され、溶接ワイヤ８と溶接対象物Ｗとの間の電圧を測定する回路を含む。接触検知部１１は、制御ボックス１６内のオーバライド値調整部１２と接続され、検出結果をオーバライド値調整部１２に送信する。

オーバライド値調整部１２は、教示モードのとき、ロボット５の動作速度を所定の速度から増減するためのオーバライド値を設定する。教示モードは、操作者による教示操作装置１５の操作に基づく操作信号に従って制御部１４がロボット５を制御するモードである。オーバライド値が小さい程、ロボット５の動作速度が遅くなる。例えば、所定の速度は、予め設定された教示モードでのロボット５の最高動作速度であり、オーバライド値は、０％を超え１００％以下の範囲から選択される値である。一例において、オーバライド値が５０％に設定されている場合、ロボット５は最高動作速度の半分の速度で制御部１４によって制御される。

教示操作装置１５には、操作者がオーバライド値を設定するための設定部が設けられている。操作者によって設定されたオーバライド値の設定値は、教示操作装置１５から制御部１４を経由してオーバライト値調整部１２に送信され、オーバライド値調整部１２は、オーバライド値を設定値に設定する。操作者は、設定部の操作によってオーバライド値を設定および変更し、それにより、ロボット５の動作速度を任意の速度に設定および変更することができる。

さらに、教示モード中、オーバライド値調整部１２は、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触が接触検知部１１によって検知されたときに、オーバライド値を設定値から、設定値よりも小さい低値に変更する。そして、接触検知部１１による接触の検知後、溶接トーチ６からの溶接ワイヤ８の突出方向に平行な方向であって溶接対象物Ｗから離れる方向に所定距離Ｄ、溶接ワイヤ８が移動したときに、オーバライド値調整部１２は、オーバライド値を低値から設定値まで上げる。溶接ワイヤ８が所定距離Ｄ移動したか否かは、例えば、制御部１４によって算出されるロボットアーム５ａの先端の位置の変化に基づいて判断される。
オーバライド値調整部１２の上述の機能は、例えば、オーバライド値調整部１２が有するプロセッサが記憶部１３に記憶されたオーバライド値調整プログラムに従って処理を実行することによって、実現される。

記憶部１３は、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびその他の任意の記憶装置を有する。記憶部１３は、制御プログラムを記憶している。
制御部１４は、プロセッサを有する。制御部１４の後述の機能は、プロセッサが制御プログラムに従って処理を実行することによって実現される。
教示モードにおいて、制御部１４は、教示操作装置１５から操作信号を受信し、操作信号に従ってロボット５の各サーボモータに制御指令を送信することによって、ロボットアーム５ａを動作させる。

また、教示モードにおいて、制御部１４は、オーバライド値調整部１２によって設定されているオーバライド値に基づいてロボット５の動作速度を決定し、決定された動作速度でロボット５を制御する。前述したように、ロボット５の動作速度は、オーバライド値が小さい程遅くなるように決定される。例えば、オーバライド値が０％を超え１００％以下の範囲から選択される値である場合、ロボット５の動作速度は、所定の速度とオーバライド値との積に決定される。
また、教示モードにおいて、制御部１４は、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触が接触検知部１１によって検知されたときに、教示操作装置１５から操作信号を受信しているか否かに関わらず、ロボット５の動作を停止させる。

教示操作装置１５は、操作者によって操作される操作部材、例えばジョグボタンを備える。操作部材の操作は、溶接トーチ６に固定されたツール座標系での溶接トーチ６の動きと対応させることができる。教示操作装置１５は、操作部材の操作に対応する操作信号を制御部１４に送信し、制御部１４は、操作信号に従ってロボット５を動作させる。したがって、教示モードにおいて、操作者は、操作部材を使用してロボット５をジョグ操作し、ロボット５を低速で動作させることができる。

次に、アーク溶接ロボットシステム２の作用について説明する。
教示モードにおいて、教示操作装置１５を使用したロボット５のジョグ操作が開始されると、制御部１４は、溶接電源４を制御し、溶接ワイヤ８への微弱電圧の印加を開始させる。これにより、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触が接触検知部１１によって検知可能な状態となる。このとき、オーバライド値は、操作者によって設定された設定値にオーバライド値調整部１２によって設定されている。制御部１４は、設定値から決定された設定速度でロボット５を制御する。

操作者は、教示操作装置１５を使用して、移動経路上の複数の教示点をロボット５に教示する。例えば、図３に示されるように、移動経路は、教示点として、エアカット点Ｐ１、溶接対象物Ｗへのアプローチ点Ｐ２、溶接開始点Ｐ３、溶接終了点Ｐ４および逃げ点Ｐ５を含む。溶接開始点Ｐ３および溶接終了点Ｐ４は溶接対象物Ｗの表面上の点である。

操作者は、教示操作装置１５を使用してロボット５をジョグ操作し、溶接トーチ６から所定の長さだけ突出する溶接ワイヤ８の先端をエアカット点Ｐ１に位置決めする。次に、操作者は、例えば教示操作装置１５に設けられた記憶ボタン（図示略）を押下することによって、エアカット点Ｐ１に溶接ワイヤ８の先端が位置決めされているときのロボットアーム５ａの位置および姿勢を記憶部１３に記憶させる。これにより、エアカット点Ｐ１がロボット制御装置１に教示される。

次に、操作者は、教示操作装置１５を使用してロボット５をジョグ操作し、溶接ワイヤ８の先端をエアカット点Ｐ１からアプローチ点Ｐ２に移動させアプローチ点Ｐ２に位置決めする。そして、操作者は、エアカット点Ｐ１と同じ手順で、アプローチ点Ｐ２をロボット制御装置１に教示する。
同様にして、操作者は、溶接開始点Ｐ３、溶接終了点Ｐ４および逃げ点Ｐ５を順番にロボット制御装置１に教示する。

ここで、図４に示されるように、アプローチ点Ｐ２から溶接開始点Ｐ３へ向かって移動する溶接ワイヤ８の先端が溶接開始点Ｐ３に接触したときに、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触が接触検知部１１によって検知される。接触の検知に応答して、制御部１４は、ロボット５の動作を一時停止させる。また、接触の検知に応答して、制御部１４は、溶接電源４から溶接ワイヤ８への微弱電圧の印加を停止させることによって接触検知部１１による接触検知を無効化する。また、接触の検知に応答して、オーバライド値調整部１２は、オーバライド値を設定値から低値に下げる。

ロボット５の一時停止は、例えば、操作者による教示操作装置１５の所定の操作によって解除される。操作者は、教示操作装置１５を使用してロボット５を再びジョグ操作し、溶接ワイヤ８の先端を溶接開始点Ｐ３から溶接終了点Ｐ４まで溶接対象物Ｗの表面上の溶接経路Ｐに沿って移動させる。溶接ワイヤ８の先端の溶接開始点Ｐ３との接触時にオーバライド値は低値に下げられているので、ロボット５は、設定速度よりも遅い動作速度で溶接開始点Ｐ３から溶接終了点Ｐ４まで動作する。

溶接終了点Ｐ４の教示後、図５に示されるように、溶接終了点Ｐ４から逃げ点Ｐ５へ向かって溶接ワイヤ８が溶接対象物Ｗから離れる方向に所定距離Ｄ移動したときに、オーバライド値調整部１２によって、下げられていたオーバライド値が設定値に戻される。したがって、溶接ワイヤ８の先端が溶接対象物Ｗから所定距離Ｄ離れた後は、ロボット５は、設定速度で動作する。

仮に、溶接ワイヤ８の接触後もロボット５が動作し続けた場合、溶接ワイヤ８が溶接対象物Ｗに接触した状態で溶接トーチ６が溶接対象物Ｗにさらに近付き溶接ワイヤ８が曲がってしまうことがある。本実施形態によれば、溶接ワイヤ８が溶接対象物Ｗに接触したときにロボット５が自動的に停止する。これにより、溶接対象物Ｗとの接触による溶接ワイヤ８の曲がりを防止することができる。

また、本実施形態によれば、ロボット５および溶接トーチ６が溶接対象物Ｗの近傍に存在するか否かに応じて、オーバライド値が自動的に変更される。すなわち、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触時に、オーバライド値が自動的に下げられる。溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触は、ロボット５および溶接トーチ６が溶接対象物Ｗの近傍に存在することを意味する。そして、オーバライド値が下げられた後、溶接ワイヤ８が溶接対象物Ｗから所定距離Ｄだけ離れたときに、オーバライド値が設定値に自動的に上げられる。
このようなオーバライド値の変更によって、溶接対象物Ｗの近傍においてロボット５を低速で動作させることができ、溶接対象物Ｗから離れた位置ではロボット５を設定速度で動作させることができる。

また、本実施形態によれば、オーバライド値の上記の変更が、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触に基づいて、および、ロボット５が溶接対象物Ｗから所定距離Ｄ離れたことに基づいて、自動的に実行される。したがって、オーバライド値を変更するための操作者による教示操作装置１５の煩わしい操作が不要である。

オーバライド値の自動調整機能が設けられていないロボット制御装置の場合、操作者は、溶接トーチ６が溶接対象物Ｗに近接したときに教示操作装置１５の操作によってオーバライド値を手動で下げ、その後、ロボット５のジョグ操作を行う。もし、オーバライド値を下げ忘れたままジョグ操作をしてしまうと、ロボット５を正確に動作させることができず、その結果、溶接ワイヤ８を曲げてしまうことがある。この場合、操作者は、ジョグ操作によってロボット５を溶接対象物Ｗから遠ざけ、ワイヤ送給装置７によって溶接ワイヤ８を一定量送給し、溶接ワイヤ８の曲がった部分を除去し、溶接ワイヤ８の溶接トーチ６からの突出部分を所定の長さに切り、溶接ワイヤ８の先端を再び溶接開始点Ｐ３に移動させる、という復旧作業が必要になる。
本実施形態によれば、オーバライド値が自動的に変更されるので、このような手間がかかる復旧作業の発生を防止することができる。

上記実施形態において、制御部１４は、接触検知部１１によって接触が検知された後、溶接対象物Ｗに向かう方向のロボット５の動作を禁止してもよい。例えば、制御部１４は、ロボットアーム５ａの先端を溶接対象物Ｗに近付けるための操作信号が教示操作装置１５から送信されてきたとしても、当該操作信号を受け付けず、ロボットアーム５ａの先端の位置を維持してもよい。
この構成によれば、溶接対象物Ｗに溶接ワイヤ８の先端が接触した状態で溶接トーチ６が溶接対象物Ｗに向かって移動することによって、溶接ワイヤ８が曲がってしまうことを防止することができる。

上記実施形態において、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗとの接触の検知後、ロボット５が溶接対象物Ｗから所定距離Ｄだけ離間したときに、オーバライド値調整部１２が、オーバライド値を低値から、設定値よりも大きい値に変更してもよい。
また、オーバライド値調整部１２が、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗからの距離に応じた量だけオーバライド値を上げてもよい。例えば、オーバライド値調整部１２は、溶接ワイヤ８の溶接対象物Ｗからの距離が大きくなるにつれて、オーバライド値を連続的にまたは段階的に上げてもよい。これにより、ロボット５の動作速度は、溶接対象物Ｗから離れるにつれて、漸次速くなる。

上記実施形態において、制御部１４は、オーバライド値調整部１２によってオーバライド値が低値から上げられたときに、オーバライド値が上がったことを操作者に認識させるための報知動作を実行してもよい。例えば、報知動作は、ロボット５の一時停止、教示操作装置１５の振動、音の出力、ランプの点灯等である。
この構成によれば、操作者は、制御部１４の報知動作に基づいて、その後にロボット５の動作速度が速くなることを認識することができる。

上記実施形態において、制御部１４は、ロボット５の姿勢、例えばロボットアーム５ａ先端の姿勢が所定角度以上変化した場合に、オーバライド値調整部１２による低値から設定値へのオーバライド値の変更を禁止してもよい。
ロボット５の姿勢の変化によって溶接対象物Ｗに対するツール座標系の姿勢が変化するので、教示操作装置１５の操作部材の操作によって、溶接対象物Ｗに対する溶接トーチ６の接近方向の移動速度を正確に制御することが難しい。ロボット５の姿勢が大きく変化した場合、オーバライド値を低値に維持することによって、操作者は、ロボット５を遅い動作速度で慎重に操作することができる。また、操作者は、自身の判断に基づき、教示操作装置１５の手動操作によって、オーバライド値を低値から設定値へ上げることができる。

上記実施形態において、教示操作装置１５による操作部材の操作の座標系がツール座標系から他の座標系に変更された場合、制御部１４は、オーバライド値調整部１２による低値から設定値へのオーバライド値の変更を無効化してもよい。
アーク溶接ロボット３は、ツール座標系の他に、ロボット５のベースに固定されたロボット座標系およびロボットアーム５ａの先端に固定された手首座標系等の座標系を有する。教示操作装置１５による操作の座標系が他の座標系である場合、操作者は、教示操作装置１５を使用したジョグ操作による溶接トーチ６の移動方向を正確に把握することは難しい。他の座標系である場合、オーバライド値を低値に維持することによって、操作者は、ロボット５を遅い動作速度で慎重に操作することができる。

１ロボット制御装置
２アーク溶接ロボットシステム
５ロボット
６溶接トーチ
８溶接ワイヤ
１１接触検知部
１２オーバライド値調整部
１３記憶部
１４制御部
１５教示操作装置
Ｗ溶接対象物

Claims

溶接トーチが接続されたロボットの教示操作装置によるジョグ操作中の動作を制御するロボット制御装置であって、
前記溶接トーチから突出する溶接ワイヤの溶接対象物との接触を検知する接触検知部と、
前記ロボットの動作速度を所定の速度から増減するためのオーバライド値を設定および変更するオーバライド値調整部と、
前記教示操作装置から操作信号を受信し、前記オーバライド値調整部によって設定された前記オーバライド値に基づく動作速度で前記操作信号に従って前記ロボットを制御する制御部と、を備え、
前記溶接ワイヤの前記溶接対象物との前記接触が前記接触検知部によって検知されたときに、前記制御部が前記ロボットを一時停止させるとともに前記オーバライド値調整部が前記オーバライド値を下げる、ロボット制御装置。
前記制御部は、前記接触検知部による前記接触の検知後、前記溶接対象物に向かう方向の前記ロボットの動作を禁止する、請求項１に記載のロボット制御装置。
前記接触検知部による前記接触の検知後、前記ロボットの動作によって前記溶接ワイヤが前記溶接対象物から離れる方向に所定距離移動したときに、前記オーバライド値調整部が前記オーバライド値を上げる、請求項１または請求項２に記載のロボット制御装置。
前記オーバライド値調整部が、前記溶接ワイヤと前記溶接対象物との距離に応じた量だけ前記オーバライド値を上げる、請求項３に記載のロボット制御装置。
前記制御部は、前記オーバライド値調整部によって前記オーバライド値が上げられたときに、該オーバライド値が上がったことを操作者に認識させるための報知動作を実行する、請求項３または請求項４に記載のロボット制御装置。
前記報知動作が、前記ロボットの一時停止である、請求項５に記載のロボット制御装置。
溶接トーチが接続されたロボットと、
該ロボットを制御する請求項１から請求項６のいずれかに記載のロボット制御装置と、を備えるアーク溶接ロボットシステム。