ロボットシステム
【課題】ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することが可能なロボットシステムを提供する。
【解決手段】このロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１により移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチ２と、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボット１を制御するロボット制御装置３とを備えている。
【解決手段】このロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１により移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチ２と、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボット１を制御するロボット制御装置３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットシステムに関し、特に、ウィービング動作を行うロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウィービング動作を行うロボットシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、溶接トーチによりウィービングしながら溶接を行う多関節産業用ロボット（ロボットシステム）が開示されている。この多関節産業用ロボットは、溶接トーチの根元部側に位置する駆動原点を回動中心として溶接トーチを振り子状に移動させることによってウィービングしながら溶接を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７１２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の多関節産業用ロボット（ロボットシステム）では、ウィービングしながら溶接を行う場合に溶接トーチが振り子状に移動されるので、溶接トーチ先端とワークとの距離がウィービングの中央部と端部とで異なる。よって、ウィービングの振幅（円動作の半径）が大きくなると溶接線付近と溶接線周辺とで溶接強度にばらつきが生じ、結果として溶接品質の低下を招く恐れがある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することが可能なロボットシステム、および、ウィービングしながら加工または処理を行う場合でも、加工品質または処理品質が低下するのを抑制することが可能なロボットシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるロボットシステムは、ロボットと、ロボットにより移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチと、溶接トーチにより、溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボットを制御する制御部とを備えている。
【０００８】
この発明の第１の局面によるロボットシステムでは、上記のように、溶接トーチにより、溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボットを制御する制御部を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら溶接を行う場合に、溶接強度にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面におけるロボットシステムは、ロボットと、ロボットにより移動され、作業線に対して加工または処理を行うエンドエフェクタと、エンドエフェクタにより作業線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うようにロボットを制御する制御部とを備えている。ここで作業線とは、溶接を行う場合の溶接線に相当するものであり、加工または処理を行う前に予め教示される。
【００１０】
この発明の第２の局面によるロボットシステムでは、上記のように、エンドエフェクタにより作業線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うようにロボットを制御する制御部を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら加工または処理を行う場合に、加工結果または処理結果にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら加工または処理を行う場合でも、加工品質または処理品質が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるロボットシステムの全体構成を説明するための概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるロボットシステムのウィービング動作を説明するための概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて円形状ウィービングを行う際の準備手順を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて楕円形状ウィービングを行う際の準備手順を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて溶接線を教示する際の準備手順を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態によるロボットシステムのウィービングを伴う溶接時の処理について説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおけるウィービング軌道上の通過点について説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて基本座標系を徐々に回動させる処理について説明するための図である。
【図９】本発明の比較例において基本座標系を急激に回動させた場合について説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて仮想線に基づいて基本座標系を設定する処理について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるロボットシステム１００の構成について説明する。
【００１４】
本実施形態によるロボットシステム１００は、アーク溶接を行う機能を有している。ロボットシステム１００は、溶接線に対してウィービングしながら行う溶接処理（ウィービングを伴う溶接処理）と、ウィービングを伴わないで溶接線に対して行う溶接処理（ウィービングを伴わない溶接処理）とをユーザが選択可能に構成されている。また、ロボットシステム１００は、図１に示すように、ロボット１と、ロボット１の先端部に取り付けられた溶接トーチ２と、ロボット１を制御するロボット制御装置３とを備えている。なお、溶接トーチ２は、本発明の「エンドエフェクタ」の一例であり、ロボット制御装置３は、本発明の「制御部」の一例である。
【００１５】
ロボット１は、６つの関節部を有する６軸（旋回ベース１１から手先部１６へ向かって順にＳ軸、Ｌ軸、Ｕ軸、Ｒ軸、Ｂ軸およびＴ軸と呼称する）の垂直多関節型ロボットである。ロボット１は、旋回ベース１１と、アーム支持部１２と、下腕部１３と、上腕部１４と、手首部１５と、手先部１６とを備えている。
【００１６】
旋回ベース１１は、下面が設置面（床面や走行台車の設置面など）に固定され、上面側でアーム支持部１２を水平面内で回動可能に支持している。旋回ベース１１とアーム支持部１２とは、減速機１７ａを介して連結され、図示しないモータによってアーム支持部１２を旋回ベース１１に対して水平面内で相対的に回動（旋回）させるように構成されている。このように、旋回ベース１１とアーム支持部１２との間でＳ軸（旋回軸）の関節部が構成されている。
【００１７】
アーム支持部１２は、旋回ベース１１上に設置され、下腕部１３および上腕部１４を含むロボット１のアーム全体を支持するように構成されている。アーム支持部１２は、上方に延びるように設けられた下腕取付部１２１で減速機１７ｂを介して下腕部１３を回動可能に支持している。また、下腕取付部１２１と下腕部１３とは、水平方向に対向するようにして水平方向に延びる回動軸（Ｌ軸）周りに相対回動可能に連結されている。そして、下腕部１３は、減速機１７ｂに接続された図示しないモータによって、下腕取付部１２１（アーム支持部１２）に対して垂直面内で前傾または後傾するように旋回駆動されるように構成されている。このように、アーム支持部１２と下腕部１３との間でＬ軸（下腕軸）の関節部が構成されている。
【００１８】
下腕部１３は、下端部でアーム支持部１２によって前後方向に旋回可能に支持されている一方、上端部で上腕部１４を旋回可能に支持するように構成されている。下腕部１３は、上端部で上腕部１４の第１上腕部１４１と水平方向に対向するようにして、減速機１７ｃを介して連結されている。そして、上腕部１４は、減速機１７ｃに接続された図示しないモータによって、下腕部１３に対して垂直面内で上下方向に旋回駆動されるように構成されている。このように、下腕部１３と上腕部１４との間でＵ軸（上腕軸）の関節部が構成されている。
【００１９】
また、上腕部１４は、一端（根本部）側の第１上腕部１４１で下腕部１３によって上下方向に旋回可能に支持されている一方、他端（先端部）側の第２上腕部１４２で手首部１５を支持するように構成されている。第１上腕部１４１は、減速機１７ｄを介して第２上腕部１４２に連結されており、第２上腕部１４２を連結軸（Ｒ軸）周りに回動可能に支持するように構成されている。そして、第２上腕部１４２は、減速機１７ｄに接続された図示しないモータによって回動駆動されるように構成されている。このように、第１上腕部１４１と第２上腕部１４２との間で、第２上腕部１４２から先端側の手首部１５および手先部１６を回動させるＲ軸（手首回動軸）の関節部が構成されている。
【００２０】
手首部１５は、上腕部１４（第２上腕部１４２）の先端に回動可能に支持されている。手首部１５は、減速機１７ｅと、減速機１７ｅに接続された図示しないモータとを内蔵している。そして、手首部１５は、減速機１７ｅに接続された上記モータによって、上腕部１４（第２上腕部１４２）に対して連結軸（Ｂ軸）周りに回動可能なように構成されている。このように、第２上腕部１４２と手首部１５との間で、手首部１５を回動させるＢ軸（手首曲げ軸）の関節部が構成されている。
【００２１】
手先部１６は、手首部１５の先端に設けられ、手首部１５と手先部１６との連結方向に延びる回動軸（Ｔ軸）周りに回動可能なように手首部１５に支持されている。手先部１６は、減速機１７ｆを介して手首部１５と連結されている。そして、手先部１６は、減速機１７ｆに接続された図示しないモータによって、手首部１５に対して回動軸（Ｔ軸）周りに回動されるように構成されている。このように、手首部１５と手先部１６との間で、手先部１６を回動させるＴ軸（手先回動軸）の関節部が構成されている。
【００２２】
溶接トーチ２は、溶接線に対してアーク溶接を行うために設けられている。溶接トーチ２は、図１および図２に示すように、ロボット１の手先部１６の先端部に取り付けられており、ロボット１により移動されるように構成されている。溶接トーチ２の先端部は、ロボット１により溶接トーチ２を移動させる際の制御点Ｃとなっている。
【００２３】
ロボット制御装置３は、図１に示すように、ロボット指令ケーブル１０を介してロボット１に通信可能に接続され、所定の指令クロック周期毎にロボット１の各軸のモータに対して動作指令を出力してロボット１の動作を制御する。また、ロボット制御装置３は、ロボット１の動作を教示するための図示しないペンダントに通信可能に接続されている。また、ロボット制御装置３は、後述のように、水平面（大地に平行な平面）を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接するようにロボット１の動作を制御するように構成されている。なお、図１では本実施形態の説明に必要な部分のみ描いている。すなわち、ペンダントの他にも溶接電源やワイヤ、送給装置は省略している。また溶接トーチ２についても模式的に描いている。
【００２４】
次に、図３を参照して、溶接を行う前の準備手順について説明する。
【００２５】
まず、図示しないペンダントを用いてロボット１を移動させながらロボット制御装置３にロボット１の動作を教示する。また、ペンダントを用いて溶接を行う区間を設定する。また、ウィービングを伴う溶接処理またはウィービングを伴わない溶接処理のいずれか一方を選択して設定する。また、溶接情報（溶接速度やウィービング動作に関する情報）を設定する。具体的には、ウィービングを伴う溶接処理を選択した場合には、ウィービングの形態やウィービング動作の周波数、ウィービング動作の振幅などを設定する。本実施形態では、ウィービングの形態として、単振動ウィービングや円形状ウィービング、楕円形状ウィービングなどがある。また、円形状ウィービングが選択された場合には、図３に示すように、鉛直方向から見て溶接線の延びる方向に延びるＸ１軸と、水平面内でＸ１軸に直交する方向に延びるＹ軸とが構成する水平面（大地に平行な平面）上の半径Ｒを設定する。また、楕円形状ウィービングが選択された場合には、図４に示すように、Ｘ１軸の半径（縦径Ａ）とＹ軸の半径（横径Ｂ）とを設定する。
【００２６】
また、ペンダントを用いてロボット１を移動させながら、図５に示すように、ワーク領域２００において、溶接線の始点Ｗｓと溶接線の終点Ｗｅとをロボット制御装置３に教示する。これにより溶接線が教示される。ウィービングを伴う溶接処理が選択された場合には、この溶接線に対してウィービングしながら溶接が行われ、ウィービングを伴わない溶接処理が選択された場合には、溶接線上に溶接が行われる。
【００２７】
次に、図３〜図７を参照して、本実施形態のロボットシステム１００のロボット制御装置３によるウィービングを伴う溶接時の処理について説明する。ここでは、ウィービングの形態として、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングが選択された場合について説明する。
【００２８】
図６のステップＳ１において、ロボット制御装置３は、指令クロック毎の溶接線上の移動目標点Ｗｋの位置を取得する。具体的には、ロボット制御装置３は、教示された溶接線の軌跡情報、溶接速度および指令クロック周期に基づいて、指令クロック毎の溶接線上の移動目標点Ｗｋの位置を取得する。移動目標点Ｗｋは、溶接トーチ２による溶接の進行に伴って指令クロック毎に溶接線に沿って順次移動される。また、溶接線の軌跡情報は、軌跡の大きさ（長さ）や方向などの情報を含む溶接線の形態に関する情報である。
【００２９】
次に、ロボット制御装置３は、ステップＳ２において、水平方向に延びる投影ベクトルＸ１を取得する。その取得の手順について説明する。まず、ロボット制御装置３は、図５に示すように、指令クロック毎の移動目標点Ｗｋに基づいて、移動目標点Ｗｋが移動する方向に延びる移動ベクトルＸを取得する。移動ベクトルＸは、教示された溶接線に沿って延びるベクトルである。そして、ロボット制御装置３は、移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得する。すなわち、投影ベクトルＸ１は、鉛直方向から見て溶接線の延びる方向に延びる基準線のベクトルである。そして、ロボット制御装置３は、ステップＳ３において、基本座標系を設定する。具体的には、ロボット制御装置３は、鉛直ベクトル（大地に対して垂直方向に延びるベクトル）Ｚと、投影ベクトルＸ１とに基づいて、これらに対して直交するベクトルＹを取得する。すなわち、ベクトルＹは、水平方向に延びるベクトルであり、鉛直ベクトルＺと投影ベクトルＸ１との外積（Ｚ×Ｘ１）により得られる。投影ベクトルＸ１およびベクトルＹにより構成される平面は、水平面であり、移動目標点Ｗｋが溶接線に沿って移動するのに伴って溶接線に沿って順次移動される。また、ロボット制御装置３は、移動目標点Ｗｋを原点として、投影ベクトルＸ１、ベクトルＹおよび鉛直ベクトルＺの３軸からなる座標系を移動目標点Ｗｋにおける基本座標系として設定する。なお、投影ベクトルＸ１およびベクトルＹは、ぞれぞれ、円形状ウィービングの半径Ｒ（楕円形状ウィービングの縦径Ａおよび横径Ｂ）を設定する際の図３（図４）に示したＸ１軸およびＹ軸に対応する。
【００３０】
そして、ロボット制御装置３は、ステップＳ４において、ウィービング動作に関する情報および移動目標点Ｗｋに基づいて、指令クロック毎の制御点Ｃの位置に対応する通過点Ｔ（ｋ）の位置を取得する。ここでｋは０以上の整数である。円形状ウィービングを行う場合には、ロボット制御装置３は、図７に示すように、溶接線の始点Ｗｓを第１点目の通過点Ｔ（０）として取得する。そして、仮に移動目標点Ｗｋが移動していない（基本座標系が移動していない）と考えた場合、第２点目以降の通過点Ｔ（ｋ）は、通過点Ｔ（０）から投影ベクトルＸ１上を順次たどり、予め設定された半径Ｒの円周上に到達すると、それ以降の通過点Ｔ（ｋ）は、移動目標点Ｗｋを中心とする半径Ｒの円周上を順次たどる。２周期目以降においては、通過点Ｔ（ｋ）は、半径Ｒの円周上を順次たどる。
【００３１】
次に、移動目標点Ｗｋを中心とする半径Ｒの円周上をたどる通過点Ｔ（ｋ）の基本座標系上での位置を取得する式を以下の式（１）および式（２）に示す。
【００３２】
ＸＴ（ｋ）＝Ｒ×ｃｏｓθ・・・・・（１）
ＹＴ（ｋ）＝Ｒ×ｓｉｎθ・・・・・（２）
上記式（１）および式（２）において、ＸＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＸ座標、ＹＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＹ座標、Ｒは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における円形状ウィービングの半径、θは、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の投影ベクトルＸ１に対する回転角をそれぞれ表す。
【００３３】
次に、楕円形状ウィービングを行う場合の通過点Ｔ（ｋ）の位置を取得する式を以下の式（３）および式（４）に示す。
【００３４】
ＸＴ（ｋ）＝Ａ×ｃｏｓθ・・・・・（３）
ＹＴ（ｋ）＝Ｂ×ｓｉｎθ・・・・・（４）
上記式（３）および式（４）において、ＸＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＸ座標、ＹＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＹ座標、Ａは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における楕円形状ウィービングの縦径（Ｘ１軸の半径）、Ｂは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における楕円形状ウィービングの横径（Ｙ軸の半径）、θは、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の投影ベクトルＸ１に対する回転角をそれぞれ表す。
【００３５】
実際には、移動目標点Ｗｋは、溶接線に沿って順次移動されるので、それに伴って基本座標系が移動して通過点Ｔ（ｋ）が描く円形状（楕円形状）の軌道も順次Ｘ方向にずれる。
【００３６】
その後、ロボット制御装置３は、ステップＳ５において、設定した基本座標系に基づいて、溶接トーチ２によりＸ１軸およびＹ軸により構成される水平面（移動目標点Ｗｋを含む水平面）上の通過点Ｔ（ｋ）の軌道に沿って略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接するようにロボット１を制御する。すなわち、ロボット制御装置３は、溶接トーチ２の制御点ＣがＸ１軸およびＹ軸により構成される水平面を構成する基本座標系に基づいて通過点Ｔ（ｋ）の軌道に沿ってウィービング動作するようにロボット１を制御する。この際、ロボット制御装置３は、ロボット１の６つの関節部の駆動を制御することによって、溶接トーチ２の姿勢（水平面に対する傾斜角度）を変動させることなく、基本座標系に基づいて移動（ウィービング）させる。これにより、教示された溶接線が水平方向に延びる（水平面内に位置する）場合であっても、水平面に対して傾斜している場合であても、ロボット制御装置３により、溶接トーチ２の制御点Ｃが溶接線に沿って鉛直方向に順次移動される水平面（Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面）を構成する基本座標系に対して水平方向にウィービングしながら移動される。
【００３７】
次に、図８を参照して、鉛直方向（Ｚ方向）から見て互いに異なる方向に延びる第１溶接線および第２溶接線が接続されている場合において、第１溶接線に対するウィービング動作から第２溶接線に対するウィービング動作に移行する際のロボット制御装置３による処理について説明する。ここでは、鉛直方向から見て、第１溶接線および第２溶接線が互いにα度傾斜している場合について説明する。すなわち、第１溶接線に対する基本座標系のＸ１軸（投影ベクトルＸ１）と第２溶接線に対する基本座標系のＸ１軸（投影ベクトルＸ１）とのなす角度がα度である。
【００３８】
ロボット制御装置３は、図８に示すように、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、溶接トーチ２による溶接の進行に伴って基本座標系を徐々にα度分回動させる制御を行う。具体的には、ロボット制御装置３は、接続点の前後の複数のウィービング動作周期にわたって徐々に基本座標系を回動させα度に達するようにする。たとえば、接続点のウィービング動作５周期手前から接続点の後のウィービング動作５周期目にわたって基本座標系を回動させる場合には、この区間（接続点の前後の計１０周期にわたる区間）において、各ウィービング動作周期で等角度（α／１０度）ずつ基本座標系を回動させる。これにより、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、第１溶接線に対する基本座標系から第２溶接線に対する基本座標系に徐々に切り替えることが可能である。また、３つ以上の溶接線が接続されることにより２つ以上の接続点が存在する場合でも、ロボット制御装置３は、各接続点の前後において、上記と同様の処理を行う。なお、接続点の前後において基本座標系を回動させる区間（ウィービング動作の周期数）は、ユーザが任意に設定可能である。
【００３９】
一方、本実施形態とは異なり、第１溶接線および第２溶接線の接続点において、基本座標系を急激にα度回動させる場合には、図９に示すように、第１溶接線に対するウィービング動作の最後の通過点Ｔ（ｋ−１）と、第２溶接線に対するウィービング動作の最初の通過点Ｔ（ｋ）との距離が大きくなるので、ウィービング動作時に溶接トーチ２の制御点Ｃの急激な速度変動が生じる。このため、第１溶接線および第２溶接線の接続点近傍の溶接品質が低下する。
【００４０】
次に、図１０を参照して、教示された溶接線とは異なる仮想線に基づいて基本座標系を設定する際のロボット制御装置３による処理について説明する。通常、ロボット制御装置３は、上記のように、教示された溶接線に沿って延びる移動ベクトルＸに基づいて投影ベクトルＸ１を取得して基本座標系を設定する。しかしながら、このような溶接線に基づく基本座標系の設定では、溶接線の長さが短い場合には所望の溶接線に対する教示した溶接線の精度が確認しにくい。そのため移動ベクトルＸが実際の溶接線との間にずれを生じて所望の方向に基本座標系を設定できず教示精度が低くなる場合がある。また協調ウィービングを行う際に協調動作精度が低い場合などにも、所望の方向に基本座標系を設定することができない場合がある。このような場合に、教示された溶接線とは異なる仮想線を設定し、この仮想線に基づいて基本座標系を設定する。なお、協調ウィービングとは、溶接トーチ２の移動に加えて、溶接線が設定されたワーク領域２００（図５参照）も移動させながら行うウィービングである。協調ウィービングを行う際には、ワーク領域を移動させる機構（ロボットなど）と溶接トーチを移動させるロボットとの位置関係を予め求めておく必要がある。「協調動作精度が低い」とは、この位置関係が精度よく同定されていないことを指す。
【００４１】
仮想線に基づいて基本座標系を設定する際には、図１０に示すように、ユーザは図示しないペンダントを用いて通常の教示点とは異なる仮想点としてＷｉを教示する。仮想点Ｗｉが教示されると、ロボット制御装置３は、教示された溶接線とは異なる仮想線（溶接線の始点Ｗｓから仮想点Ｗｉに延びる線）に沿って延びる仮想ベクトルを移動ベクトルＸとして設定する。そして、ロボット制御装置３は、仮想線に沿って延びる移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得する。それ以降は、通常の基本座標系を設定する場合と同様に、ロボット制御装置３は、鉛直ベクトルＺと投影ベクトルＸ１とに基づいてベクトルＹを取得して基本座標系を設定する。たとえば、仮想点Ｗｉを溶接線の始点Ｗｓから見て溶接線の終点Ｗｅより遠い場所に設定することで基本座標系をより高精度で設定することができる。
【００４２】
本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボット１を制御するロボット制御装置３を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら溶接を行う場合に、溶接強度にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、上記のように、溶接線の移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得するとともに、投影ベクトルＸ１を含む水平面を構成する互いに直交する２軸（投影ベクトルＸ１およびベクトルＹ）を有する基本座標系を取得し、基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線が水平面に対して傾斜している場合でも、移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１が取得されるので、取得された投影ベクトルＸ１に基づいて、水平面を構成する基本座標系を容易に取得することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上記のように、溶接線からずれた位置に位置する仮想点Ｗｉに基づく仮想ベクトル（溶接線の始点Ｗｓから仮想点Ｗｉに向かって延びるベクトル）を移動ベクトルＸとして基本座標系を取得するようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線の長さが短くて教示精度が低くなる場合や協調ウィービングを行う際に協調動作精度が低い場合など、所望の方向に基本座標系を設定することができない場合でも、仮想点Ｗｉを教示することにより移動ベクトルＸの方向を任意に変更することができるので、所望の方向で基本座標系を設定することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、上記のように、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、基本座標系を溶接トーチ２による溶接の進行に伴って徐々にα度回動させる制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、図９の比較例に示すように、接続点において基本座標系を急激に回動させる場合とは異なり、溶接トーチ２の制御点Ｃの急激な速度変動が生じるのを抑制することができるので、複数の溶接線が互いに傾斜して接続されている場合でも、接続点近傍の溶接品質が低下するのを抑制することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいて円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングしながら溶接することを可能に構成する。このように構成すれば、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングを行うことにより、単振動ウィービングに比べて油分が攪拌され易くなるので、その分溶接品質の向上を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記のように、溶接線上の移動目標点Ｗｋを中心として円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングしながら溶接線に対して溶接する制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線を中心軸とする所望の溶接幅で溶接を行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２が溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングするように、垂直多関節型ロボットからなるロボット１の各関節の駆動制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、垂直多関節型ロボットの複数の関節のそれぞれの駆動量を調整して、容易に、水平方向にウィービング動作を行うことができる。
【００４９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５０】
たとえば、上記実施形態では、本発明のロボットの一例として、垂直多関節型ロボットを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶接トーチ（エンドエフェクタ）を移動可能であれば、垂直多関節型ロボット以外のロボットであってもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、本発明のエンドエフェクタの一例として、溶接トーチを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶射や塗装、研磨など溶接以外の作業を行うエンドエフェクタであってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、ウィービングを伴う溶接時の処理を、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングが選択された場合について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶接線に対して直線状に単振動を繰り返す単振動ウィービングや、溶接線に対して三角状にウィービングを行う三角波ウィービング、溶接線に対してＬ字形状にウィービングを行うＬ型波ウィービングなど、円形状ウィービングおよび楕円形状ウィービング以外のウィービング形態であっても、上記実施形態と同様に、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面（移動目標点Ｗｋを含む水平面）を構成する基本座標系に基づいてウィービングを行ってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部としてのロボット制御装置の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ ロボット
２ 溶接トーチ（エンドエフェクタ）
３ ロボット制御装置（制御部）
１００ ロボットシステム
Ｗｉ 仮想点
Ｗｋ 移動目標点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットシステムに関し、特に、ウィービング動作を行うロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウィービング動作を行うロボットシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、溶接トーチによりウィービングしながら溶接を行う多関節産業用ロボット（ロボットシステム）が開示されている。この多関節産業用ロボットは、溶接トーチの根元部側に位置する駆動原点を回動中心として溶接トーチを振り子状に移動させることによってウィービングしながら溶接を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７１２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の多関節産業用ロボット（ロボットシステム）では、ウィービングしながら溶接を行う場合に溶接トーチが振り子状に移動されるので、溶接トーチ先端とワークとの距離がウィービングの中央部と端部とで異なる。よって、ウィービングの振幅（円動作の半径）が大きくなると溶接線付近と溶接線周辺とで溶接強度にばらつきが生じ、結果として溶接品質の低下を招く恐れがある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することが可能なロボットシステム、および、ウィービングしながら加工または処理を行う場合でも、加工品質または処理品質が低下するのを抑制することが可能なロボットシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるロボットシステムは、ロボットと、ロボットにより移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチと、溶接トーチにより、溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボットを制御する制御部とを備えている。
【０００８】
この発明の第１の局面によるロボットシステムでは、上記のように、溶接トーチにより、溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボットを制御する制御部を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら溶接を行う場合に、溶接強度にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面におけるロボットシステムは、ロボットと、ロボットにより移動され、作業線に対して加工または処理を行うエンドエフェクタと、エンドエフェクタにより作業線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うようにロボットを制御する制御部とを備えている。ここで作業線とは、溶接を行う場合の溶接線に相当するものであり、加工または処理を行う前に予め教示される。
【００１０】
この発明の第２の局面によるロボットシステムでは、上記のように、エンドエフェクタにより作業線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うようにロボットを制御する制御部を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら加工または処理を行う場合に、加工結果または処理結果にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら加工または処理を行う場合でも、加工品質または処理品質が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるロボットシステムの全体構成を説明するための概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるロボットシステムのウィービング動作を説明するための概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて円形状ウィービングを行う際の準備手順を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて楕円形状ウィービングを行う際の準備手順を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて溶接線を教示する際の準備手順を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態によるロボットシステムのウィービングを伴う溶接時の処理について説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおけるウィービング軌道上の通過点について説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて基本座標系を徐々に回動させる処理について説明するための図である。
【図９】本発明の比較例において基本座標系を急激に回動させた場合について説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて仮想線に基づいて基本座標系を設定する処理について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるロボットシステム１００の構成について説明する。
【００１４】
本実施形態によるロボットシステム１００は、アーク溶接を行う機能を有している。ロボットシステム１００は、溶接線に対してウィービングしながら行う溶接処理（ウィービングを伴う溶接処理）と、ウィービングを伴わないで溶接線に対して行う溶接処理（ウィービングを伴わない溶接処理）とをユーザが選択可能に構成されている。また、ロボットシステム１００は、図１に示すように、ロボット１と、ロボット１の先端部に取り付けられた溶接トーチ２と、ロボット１を制御するロボット制御装置３とを備えている。なお、溶接トーチ２は、本発明の「エンドエフェクタ」の一例であり、ロボット制御装置３は、本発明の「制御部」の一例である。
【００１５】
ロボット１は、６つの関節部を有する６軸（旋回ベース１１から手先部１６へ向かって順にＳ軸、Ｌ軸、Ｕ軸、Ｒ軸、Ｂ軸およびＴ軸と呼称する）の垂直多関節型ロボットである。ロボット１は、旋回ベース１１と、アーム支持部１２と、下腕部１３と、上腕部１４と、手首部１５と、手先部１６とを備えている。
【００１６】
旋回ベース１１は、下面が設置面（床面や走行台車の設置面など）に固定され、上面側でアーム支持部１２を水平面内で回動可能に支持している。旋回ベース１１とアーム支持部１２とは、減速機１７ａを介して連結され、図示しないモータによってアーム支持部１２を旋回ベース１１に対して水平面内で相対的に回動（旋回）させるように構成されている。このように、旋回ベース１１とアーム支持部１２との間でＳ軸（旋回軸）の関節部が構成されている。
【００１７】
アーム支持部１２は、旋回ベース１１上に設置され、下腕部１３および上腕部１４を含むロボット１のアーム全体を支持するように構成されている。アーム支持部１２は、上方に延びるように設けられた下腕取付部１２１で減速機１７ｂを介して下腕部１３を回動可能に支持している。また、下腕取付部１２１と下腕部１３とは、水平方向に対向するようにして水平方向に延びる回動軸（Ｌ軸）周りに相対回動可能に連結されている。そして、下腕部１３は、減速機１７ｂに接続された図示しないモータによって、下腕取付部１２１（アーム支持部１２）に対して垂直面内で前傾または後傾するように旋回駆動されるように構成されている。このように、アーム支持部１２と下腕部１３との間でＬ軸（下腕軸）の関節部が構成されている。
【００１８】
下腕部１３は、下端部でアーム支持部１２によって前後方向に旋回可能に支持されている一方、上端部で上腕部１４を旋回可能に支持するように構成されている。下腕部１３は、上端部で上腕部１４の第１上腕部１４１と水平方向に対向するようにして、減速機１７ｃを介して連結されている。そして、上腕部１４は、減速機１７ｃに接続された図示しないモータによって、下腕部１３に対して垂直面内で上下方向に旋回駆動されるように構成されている。このように、下腕部１３と上腕部１４との間でＵ軸（上腕軸）の関節部が構成されている。
【００１９】
また、上腕部１４は、一端（根本部）側の第１上腕部１４１で下腕部１３によって上下方向に旋回可能に支持されている一方、他端（先端部）側の第２上腕部１４２で手首部１５を支持するように構成されている。第１上腕部１４１は、減速機１７ｄを介して第２上腕部１４２に連結されており、第２上腕部１４２を連結軸（Ｒ軸）周りに回動可能に支持するように構成されている。そして、第２上腕部１４２は、減速機１７ｄに接続された図示しないモータによって回動駆動されるように構成されている。このように、第１上腕部１４１と第２上腕部１４２との間で、第２上腕部１４２から先端側の手首部１５および手先部１６を回動させるＲ軸（手首回動軸）の関節部が構成されている。
【００２０】
手首部１５は、上腕部１４（第２上腕部１４２）の先端に回動可能に支持されている。手首部１５は、減速機１７ｅと、減速機１７ｅに接続された図示しないモータとを内蔵している。そして、手首部１５は、減速機１７ｅに接続された上記モータによって、上腕部１４（第２上腕部１４２）に対して連結軸（Ｂ軸）周りに回動可能なように構成されている。このように、第２上腕部１４２と手首部１５との間で、手首部１５を回動させるＢ軸（手首曲げ軸）の関節部が構成されている。
【００２１】
手先部１６は、手首部１５の先端に設けられ、手首部１５と手先部１６との連結方向に延びる回動軸（Ｔ軸）周りに回動可能なように手首部１５に支持されている。手先部１６は、減速機１７ｆを介して手首部１５と連結されている。そして、手先部１６は、減速機１７ｆに接続された図示しないモータによって、手首部１５に対して回動軸（Ｔ軸）周りに回動されるように構成されている。このように、手首部１５と手先部１６との間で、手先部１６を回動させるＴ軸（手先回動軸）の関節部が構成されている。
【００２２】
溶接トーチ２は、溶接線に対してアーク溶接を行うために設けられている。溶接トーチ２は、図１および図２に示すように、ロボット１の手先部１６の先端部に取り付けられており、ロボット１により移動されるように構成されている。溶接トーチ２の先端部は、ロボット１により溶接トーチ２を移動させる際の制御点Ｃとなっている。
【００２３】
ロボット制御装置３は、図１に示すように、ロボット指令ケーブル１０を介してロボット１に通信可能に接続され、所定の指令クロック周期毎にロボット１の各軸のモータに対して動作指令を出力してロボット１の動作を制御する。また、ロボット制御装置３は、ロボット１の動作を教示するための図示しないペンダントに通信可能に接続されている。また、ロボット制御装置３は、後述のように、水平面（大地に平行な平面）を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接するようにロボット１の動作を制御するように構成されている。なお、図１では本実施形態の説明に必要な部分のみ描いている。すなわち、ペンダントの他にも溶接電源やワイヤ、送給装置は省略している。また溶接トーチ２についても模式的に描いている。
【００２４】
次に、図３を参照して、溶接を行う前の準備手順について説明する。
【００２５】
まず、図示しないペンダントを用いてロボット１を移動させながらロボット制御装置３にロボット１の動作を教示する。また、ペンダントを用いて溶接を行う区間を設定する。また、ウィービングを伴う溶接処理またはウィービングを伴わない溶接処理のいずれか一方を選択して設定する。また、溶接情報（溶接速度やウィービング動作に関する情報）を設定する。具体的には、ウィービングを伴う溶接処理を選択した場合には、ウィービングの形態やウィービング動作の周波数、ウィービング動作の振幅などを設定する。本実施形態では、ウィービングの形態として、単振動ウィービングや円形状ウィービング、楕円形状ウィービングなどがある。また、円形状ウィービングが選択された場合には、図３に示すように、鉛直方向から見て溶接線の延びる方向に延びるＸ１軸と、水平面内でＸ１軸に直交する方向に延びるＹ軸とが構成する水平面（大地に平行な平面）上の半径Ｒを設定する。また、楕円形状ウィービングが選択された場合には、図４に示すように、Ｘ１軸の半径（縦径Ａ）とＹ軸の半径（横径Ｂ）とを設定する。
【００２６】
また、ペンダントを用いてロボット１を移動させながら、図５に示すように、ワーク領域２００において、溶接線の始点Ｗｓと溶接線の終点Ｗｅとをロボット制御装置３に教示する。これにより溶接線が教示される。ウィービングを伴う溶接処理が選択された場合には、この溶接線に対してウィービングしながら溶接が行われ、ウィービングを伴わない溶接処理が選択された場合には、溶接線上に溶接が行われる。
【００２７】
次に、図３〜図７を参照して、本実施形態のロボットシステム１００のロボット制御装置３によるウィービングを伴う溶接時の処理について説明する。ここでは、ウィービングの形態として、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングが選択された場合について説明する。
【００２８】
図６のステップＳ１において、ロボット制御装置３は、指令クロック毎の溶接線上の移動目標点Ｗｋの位置を取得する。具体的には、ロボット制御装置３は、教示された溶接線の軌跡情報、溶接速度および指令クロック周期に基づいて、指令クロック毎の溶接線上の移動目標点Ｗｋの位置を取得する。移動目標点Ｗｋは、溶接トーチ２による溶接の進行に伴って指令クロック毎に溶接線に沿って順次移動される。また、溶接線の軌跡情報は、軌跡の大きさ（長さ）や方向などの情報を含む溶接線の形態に関する情報である。
【００２９】
次に、ロボット制御装置３は、ステップＳ２において、水平方向に延びる投影ベクトルＸ１を取得する。その取得の手順について説明する。まず、ロボット制御装置３は、図５に示すように、指令クロック毎の移動目標点Ｗｋに基づいて、移動目標点Ｗｋが移動する方向に延びる移動ベクトルＸを取得する。移動ベクトルＸは、教示された溶接線に沿って延びるベクトルである。そして、ロボット制御装置３は、移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得する。すなわち、投影ベクトルＸ１は、鉛直方向から見て溶接線の延びる方向に延びる基準線のベクトルである。そして、ロボット制御装置３は、ステップＳ３において、基本座標系を設定する。具体的には、ロボット制御装置３は、鉛直ベクトル（大地に対して垂直方向に延びるベクトル）Ｚと、投影ベクトルＸ１とに基づいて、これらに対して直交するベクトルＹを取得する。すなわち、ベクトルＹは、水平方向に延びるベクトルであり、鉛直ベクトルＺと投影ベクトルＸ１との外積（Ｚ×Ｘ１）により得られる。投影ベクトルＸ１およびベクトルＹにより構成される平面は、水平面であり、移動目標点Ｗｋが溶接線に沿って移動するのに伴って溶接線に沿って順次移動される。また、ロボット制御装置３は、移動目標点Ｗｋを原点として、投影ベクトルＸ１、ベクトルＹおよび鉛直ベクトルＺの３軸からなる座標系を移動目標点Ｗｋにおける基本座標系として設定する。なお、投影ベクトルＸ１およびベクトルＹは、ぞれぞれ、円形状ウィービングの半径Ｒ（楕円形状ウィービングの縦径Ａおよび横径Ｂ）を設定する際の図３（図４）に示したＸ１軸およびＹ軸に対応する。
【００３０】
そして、ロボット制御装置３は、ステップＳ４において、ウィービング動作に関する情報および移動目標点Ｗｋに基づいて、指令クロック毎の制御点Ｃの位置に対応する通過点Ｔ（ｋ）の位置を取得する。ここでｋは０以上の整数である。円形状ウィービングを行う場合には、ロボット制御装置３は、図７に示すように、溶接線の始点Ｗｓを第１点目の通過点Ｔ（０）として取得する。そして、仮に移動目標点Ｗｋが移動していない（基本座標系が移動していない）と考えた場合、第２点目以降の通過点Ｔ（ｋ）は、通過点Ｔ（０）から投影ベクトルＸ１上を順次たどり、予め設定された半径Ｒの円周上に到達すると、それ以降の通過点Ｔ（ｋ）は、移動目標点Ｗｋを中心とする半径Ｒの円周上を順次たどる。２周期目以降においては、通過点Ｔ（ｋ）は、半径Ｒの円周上を順次たどる。
【００３１】
次に、移動目標点Ｗｋを中心とする半径Ｒの円周上をたどる通過点Ｔ（ｋ）の基本座標系上での位置を取得する式を以下の式（１）および式（２）に示す。
【００３２】
ＸＴ（ｋ）＝Ｒ×ｃｏｓθ・・・・・（１）
ＹＴ（ｋ）＝Ｒ×ｓｉｎθ・・・・・（２）
上記式（１）および式（２）において、ＸＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＸ座標、ＹＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＹ座標、Ｒは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における円形状ウィービングの半径、θは、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の投影ベクトルＸ１に対する回転角をそれぞれ表す。
【００３３】
次に、楕円形状ウィービングを行う場合の通過点Ｔ（ｋ）の位置を取得する式を以下の式（３）および式（４）に示す。
【００３４】
ＸＴ（ｋ）＝Ａ×ｃｏｓθ・・・・・（３）
ＹＴ（ｋ）＝Ｂ×ｓｉｎθ・・・・・（４）
上記式（３）および式（４）において、ＸＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＸ座標、ＹＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＹ座標、Ａは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における楕円形状ウィービングの縦径（Ｘ１軸の半径）、Ｂは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における楕円形状ウィービングの横径（Ｙ軸の半径）、θは、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の投影ベクトルＸ１に対する回転角をそれぞれ表す。
【００３５】
実際には、移動目標点Ｗｋは、溶接線に沿って順次移動されるので、それに伴って基本座標系が移動して通過点Ｔ（ｋ）が描く円形状（楕円形状）の軌道も順次Ｘ方向にずれる。
【００３６】
その後、ロボット制御装置３は、ステップＳ５において、設定した基本座標系に基づいて、溶接トーチ２によりＸ１軸およびＹ軸により構成される水平面（移動目標点Ｗｋを含む水平面）上の通過点Ｔ（ｋ）の軌道に沿って略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接するようにロボット１を制御する。すなわち、ロボット制御装置３は、溶接トーチ２の制御点ＣがＸ１軸およびＹ軸により構成される水平面を構成する基本座標系に基づいて通過点Ｔ（ｋ）の軌道に沿ってウィービング動作するようにロボット１を制御する。この際、ロボット制御装置３は、ロボット１の６つの関節部の駆動を制御することによって、溶接トーチ２の姿勢（水平面に対する傾斜角度）を変動させることなく、基本座標系に基づいて移動（ウィービング）させる。これにより、教示された溶接線が水平方向に延びる（水平面内に位置する）場合であっても、水平面に対して傾斜している場合であても、ロボット制御装置３により、溶接トーチ２の制御点Ｃが溶接線に沿って鉛直方向に順次移動される水平面（Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面）を構成する基本座標系に対して水平方向にウィービングしながら移動される。
【００３７】
次に、図８を参照して、鉛直方向（Ｚ方向）から見て互いに異なる方向に延びる第１溶接線および第２溶接線が接続されている場合において、第１溶接線に対するウィービング動作から第２溶接線に対するウィービング動作に移行する際のロボット制御装置３による処理について説明する。ここでは、鉛直方向から見て、第１溶接線および第２溶接線が互いにα度傾斜している場合について説明する。すなわち、第１溶接線に対する基本座標系のＸ１軸（投影ベクトルＸ１）と第２溶接線に対する基本座標系のＸ１軸（投影ベクトルＸ１）とのなす角度がα度である。
【００３８】
ロボット制御装置３は、図８に示すように、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、溶接トーチ２による溶接の進行に伴って基本座標系を徐々にα度分回動させる制御を行う。具体的には、ロボット制御装置３は、接続点の前後の複数のウィービング動作周期にわたって徐々に基本座標系を回動させα度に達するようにする。たとえば、接続点のウィービング動作５周期手前から接続点の後のウィービング動作５周期目にわたって基本座標系を回動させる場合には、この区間（接続点の前後の計１０周期にわたる区間）において、各ウィービング動作周期で等角度（α／１０度）ずつ基本座標系を回動させる。これにより、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、第１溶接線に対する基本座標系から第２溶接線に対する基本座標系に徐々に切り替えることが可能である。また、３つ以上の溶接線が接続されることにより２つ以上の接続点が存在する場合でも、ロボット制御装置３は、各接続点の前後において、上記と同様の処理を行う。なお、接続点の前後において基本座標系を回動させる区間（ウィービング動作の周期数）は、ユーザが任意に設定可能である。
【００３９】
一方、本実施形態とは異なり、第１溶接線および第２溶接線の接続点において、基本座標系を急激にα度回動させる場合には、図９に示すように、第１溶接線に対するウィービング動作の最後の通過点Ｔ（ｋ−１）と、第２溶接線に対するウィービング動作の最初の通過点Ｔ（ｋ）との距離が大きくなるので、ウィービング動作時に溶接トーチ２の制御点Ｃの急激な速度変動が生じる。このため、第１溶接線および第２溶接線の接続点近傍の溶接品質が低下する。
【００４０】
次に、図１０を参照して、教示された溶接線とは異なる仮想線に基づいて基本座標系を設定する際のロボット制御装置３による処理について説明する。通常、ロボット制御装置３は、上記のように、教示された溶接線に沿って延びる移動ベクトルＸに基づいて投影ベクトルＸ１を取得して基本座標系を設定する。しかしながら、このような溶接線に基づく基本座標系の設定では、溶接線の長さが短い場合には所望の溶接線に対する教示した溶接線の精度が確認しにくい。そのため移動ベクトルＸが実際の溶接線との間にずれを生じて所望の方向に基本座標系を設定できず教示精度が低くなる場合がある。また協調ウィービングを行う際に協調動作精度が低い場合などにも、所望の方向に基本座標系を設定することができない場合がある。このような場合に、教示された溶接線とは異なる仮想線を設定し、この仮想線に基づいて基本座標系を設定する。なお、協調ウィービングとは、溶接トーチ２の移動に加えて、溶接線が設定されたワーク領域２００（図５参照）も移動させながら行うウィービングである。協調ウィービングを行う際には、ワーク領域を移動させる機構（ロボットなど）と溶接トーチを移動させるロボットとの位置関係を予め求めておく必要がある。「協調動作精度が低い」とは、この位置関係が精度よく同定されていないことを指す。
【００４１】
仮想線に基づいて基本座標系を設定する際には、図１０に示すように、ユーザは図示しないペンダントを用いて通常の教示点とは異なる仮想点としてＷｉを教示する。仮想点Ｗｉが教示されると、ロボット制御装置３は、教示された溶接線とは異なる仮想線（溶接線の始点Ｗｓから仮想点Ｗｉに延びる線）に沿って延びる仮想ベクトルを移動ベクトルＸとして設定する。そして、ロボット制御装置３は、仮想線に沿って延びる移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得する。それ以降は、通常の基本座標系を設定する場合と同様に、ロボット制御装置３は、鉛直ベクトルＺと投影ベクトルＸ１とに基づいてベクトルＹを取得して基本座標系を設定する。たとえば、仮想点Ｗｉを溶接線の始点Ｗｓから見て溶接線の終点Ｗｅより遠い場所に設定することで基本座標系をより高精度で設定することができる。
【００４２】
本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボット１を制御するロボット制御装置３を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら溶接を行う場合に、溶接強度にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、上記のように、溶接線の移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得するとともに、投影ベクトルＸ１を含む水平面を構成する互いに直交する２軸（投影ベクトルＸ１およびベクトルＹ）を有する基本座標系を取得し、基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線が水平面に対して傾斜している場合でも、移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１が取得されるので、取得された投影ベクトルＸ１に基づいて、水平面を構成する基本座標系を容易に取得することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上記のように、溶接線からずれた位置に位置する仮想点Ｗｉに基づく仮想ベクトル（溶接線の始点Ｗｓから仮想点Ｗｉに向かって延びるベクトル）を移動ベクトルＸとして基本座標系を取得するようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線の長さが短くて教示精度が低くなる場合や協調ウィービングを行う際に協調動作精度が低い場合など、所望の方向に基本座標系を設定することができない場合でも、仮想点Ｗｉを教示することにより移動ベクトルＸの方向を任意に変更することができるので、所望の方向で基本座標系を設定することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、上記のように、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、基本座標系を溶接トーチ２による溶接の進行に伴って徐々にα度回動させる制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、図９の比較例に示すように、接続点において基本座標系を急激に回動させる場合とは異なり、溶接トーチ２の制御点Ｃの急激な速度変動が生じるのを抑制することができるので、複数の溶接線が互いに傾斜して接続されている場合でも、接続点近傍の溶接品質が低下するのを抑制することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいて円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングしながら溶接することを可能に構成する。このように構成すれば、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングを行うことにより、単振動ウィービングに比べて油分が攪拌され易くなるので、その分溶接品質の向上を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記のように、溶接線上の移動目標点Ｗｋを中心として円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングしながら溶接線に対して溶接する制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線を中心軸とする所望の溶接幅で溶接を行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２が溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングするように、垂直多関節型ロボットからなるロボット１の各関節の駆動制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、垂直多関節型ロボットの複数の関節のそれぞれの駆動量を調整して、容易に、水平方向にウィービング動作を行うことができる。
【００４９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５０】
たとえば、上記実施形態では、本発明のロボットの一例として、垂直多関節型ロボットを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶接トーチ（エンドエフェクタ）を移動可能であれば、垂直多関節型ロボット以外のロボットであってもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、本発明のエンドエフェクタの一例として、溶接トーチを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶射や塗装、研磨など溶接以外の作業を行うエンドエフェクタであってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、ウィービングを伴う溶接時の処理を、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングが選択された場合について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶接線に対して直線状に単振動を繰り返す単振動ウィービングや、溶接線に対して三角状にウィービングを行う三角波ウィービング、溶接線に対してＬ字形状にウィービングを行うＬ型波ウィービングなど、円形状ウィービングおよび楕円形状ウィービング以外のウィービング形態であっても、上記実施形態と同様に、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面（移動目標点Ｗｋを含む水平面）を構成する基本座標系に基づいてウィービングを行ってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部としてのロボット制御装置の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ ロボット
２ 溶接トーチ（エンドエフェクタ）
３ ロボット制御装置（制御部）
１００ ロボットシステム
Ｗｉ 仮想点
Ｗｋ 移動目標点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットと、
前記ロボットにより移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチと、
前記溶接トーチにより前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うように前記ロボットを制御する制御部とを備える、ロボットシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記基本座標系に基づいてウィービングしながら前記溶接線に沿って順次溶接する制御を行うように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記溶接線の移動ベクトルが水平面に投影された投影ベクトルを取得するとともに、前記投影ベクトルを前記基準線のベクトルとし、前記投影ベクトルを含む水平面を構成する互いに直交する２軸を有する前記基本座標系を取得し、前記基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記制御部は、前記溶接線が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、前記投影ベクトルを含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記制御部は、前記溶接線からずれた位置に位置する仮想点に基づく仮想ベクトルを前記溶接線の移動ベクトルとして前記基本座標系を取得するように構成されている、請求項３または４に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記溶接線は、第１溶接線と、前記第１溶接線に対して鉛直方向から見て所定角度傾斜して前記第１溶接線に接続された第２溶接線とを含み、
前記制御部は、前記第１溶接線および前記第２溶接線の接続点の前後において、前記基本座標系を前記溶接トーチによる溶接の進行に伴って徐々に前記所定角度分回動させる制御を行うように構成されている、請求項３〜５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記制御部は、前記溶接トーチにより前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいて略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記制御部は、前記溶接トーチにより前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいて、前記溶接線上の点を中心として略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項７に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記ロボットは、多関節ロボットを含み、
前記制御部は、前記溶接トーチが前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいてウィービングするように、前記多関節ロボットの各関節の駆動制御を行うように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
ロボットと、
前記ロボットにより移動され、作業線に対して加工または処理を行うエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタにより前記作業線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うように前記ロボットを制御する制御部とを備える、ロボットシステム。
【請求項１】
ロボットと、
前記ロボットにより移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチと、
前記溶接トーチにより前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うように前記ロボットを制御する制御部とを備える、ロボットシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記基本座標系に基づいてウィービングしながら前記溶接線に沿って順次溶接する制御を行うように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記溶接線の移動ベクトルが水平面に投影された投影ベクトルを取得するとともに、前記投影ベクトルを前記基準線のベクトルとし、前記投影ベクトルを含む水平面を構成する互いに直交する２軸を有する前記基本座標系を取得し、前記基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記制御部は、前記溶接線が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、前記投影ベクトルを含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記制御部は、前記溶接線からずれた位置に位置する仮想点に基づく仮想ベクトルを前記溶接線の移動ベクトルとして前記基本座標系を取得するように構成されている、請求項３または４に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記溶接線は、第１溶接線と、前記第１溶接線に対して鉛直方向から見て所定角度傾斜して前記第１溶接線に接続された第２溶接線とを含み、
前記制御部は、前記第１溶接線および前記第２溶接線の接続点の前後において、前記基本座標系を前記溶接トーチによる溶接の進行に伴って徐々に前記所定角度分回動させる制御を行うように構成されている、請求項３〜５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記制御部は、前記溶接トーチにより前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいて略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記制御部は、前記溶接トーチにより前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいて、前記溶接線上の点を中心として略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項７に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記ロボットは、多関節ロボットを含み、
前記制御部は、前記溶接トーチが前記溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいてウィービングするように、前記多関節ロボットの各関節の駆動制御を行うように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
ロボットと、
前記ロボットにより移動され、作業線に対して加工または処理を行うエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタにより前記作業線に基づく基準線を含む水平面を構成する前記基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うように前記ロボットを制御する制御部とを備える、ロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４０１０２（Ｐ２０１２−２４０１０２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４６４２（Ｐ２０１１−１１４６４２）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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