JP3351912B2 - 作業ロボットの作業プログラム作成装置 - Google Patents

作業ロボットの作業プログラム作成装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、作業ロボットのツール
先端をワーク上の所定の移動経路に沿って移動させるこ
とにより溶接作業等所定の作業を行わせるための作業プ
ログラムを作成する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】溶接ロボットでは、ロボット各軸が駆動
制御されることにより、溶接トーチの先端が溶接線に沿
って移動され、溶接作業が行われる。ここで溶接作業を
行わせるためにはロボットの制御プログラムとしての作
業プログラムを作成する必要がある。この種の作業プロ
グラムを作成する技術としては、例えば特開平6ー31
450号公報にみられるものがある。この公報記載の技
術によれば、オフラインプログラマのCRT画面上にお
いて、溶接対象部品(以下「ワーク」という)を溶接す
べき場所に配置した上で溶接線を指定してやり、この指
定された溶接線に対する溶接開始位置、溶接終了位置等
溶接実行に必要な位置データ等を演算し、この演算結果
に基づきロボットの動作軌跡を求めるという処理を経て
ロボットの制御プログラムが作成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、オペレータは、各種のワーク毎に、CRT画面上で
溶接線を指定する処理を行う必要がある。
【0004】しかし、このような人手によるティーチン
グ作業は煩雑であり、ワークの種類が多種類にわたる現
場ではとりわけ煩雑なものとなる。
【0005】また、溶接線を指定するという操作は、テ
ィーチングの知識や技能等を要し、一定の熟練者でなけ
れば操作することができない。
【0006】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、溶接対象のワークを選定、配置するだけ
で、自動的にロボットの動作軌跡が求められ、作業プロ
グラムが自動的に作成されるようにし、上述したような
煩雑さを排除できるとともに熟練を要することなく操作
できる装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明の主た
る発明では、作業ロボットのツールの先端の移動経路が
ロボット座標軸上の絶対座標位置で記述された作業プロ
グラムを作成し、該作成された作業プログラムに記述さ
れたロボット座標軸上の絶対座標位置に応じて前記作業
ロボットを駆動制御し、前記作業ロボットに所定作業を
行わせるようにした作業ロボットの作業プログラム作成
装置において、ワーク上での作業ロボットのツールの先
端の移動経路の座標位置が、ワークの位置決め位置をパ
ラメータとする変数として記述された基本プログラム
を、異なる形状のワーク毎に予め用意しておき、作業対
象のワークの形状を示すデータを入力するとともに、前
記ワークが位置決めされた際の位置決め位置の座標位置
を示すデータを入力する入力手段と、 前記入力されたワ
ーク形状データに基づいて、対応する基本プログラムを
選択する選択手段と、前記入力された位置決め座標位置
データに基づいて、選択された基本プログラム上の移動
経路の座標位置を、ロボット座標軸上の絶対座標位置に
変換して、作業プログラムを作成する変換手段とを具え
るようにしている。
【0008】
【作用】かかる構成によれば、図1、図4、図5、図1
0に示すように、作業ロボット1のツール2の先端2a
が移動すべきワークWK上の移動経路(3)の座標位置
P11…が、ワークWKの位置決め位置Rをパラメータ
とする変数として記述された基本プログラムPRが、異
なる形状のワークWK1、WK2、WK3…毎に予め用
意される。
【0009】そして、作業対象のワークWK1の形状を
示すデータM1が入力されるとともに、ワークWK1が
位置決めされた際の位置決め位置Rの座標位置(XR、
YR、ZR)を示すデータが入力される。
【0010】すると、入力されたワーク形状データM1
に対応する基本プログラムPRが選択され、この選択さ
れた基本プログラムPR上の移動経路P11…の座標位
置が、入力された位置決め座標位置データR(XR、Y
R、ZR)に基づいて演算され、作業プログラムが作成さ
れる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る作業ロボ
ットの作業プログラム作成装置の実施例について説明す
る。なお、実施例では、溶接作業を行う溶接ロボットの
各軸を駆動制御するための作業プログラムを作成する装
置を想定している。しかし、本発明としては、ツール先
端をワーク上の移動経路に沿って移動させて所定の作業
を行うものであれば、任意のロボットに適用可能であ
り、たとえばシーリングを行うシーリング作業用ロボッ
トにも適用することができる。
【0012】図1は、実施例の装置の全体構成を示して
いる。
【0013】同図に示すように、ロボット1は、アーム
3を有しており、このアーム3の先端には、ツールであ
る溶接トーチ2が取り付けられている。
【0014】ロボット1は、たとえば6軸ロボットであ
り、各軸が駆動されることにより、ロボット座標系Xー
YーZ(図2参照)上で、ツール先端2aの座標位置お
よびツール姿勢角P(X、Y、X、A、B、C)が変化
される。
【0015】ロボット1の各軸は、ロボットコントロー
ラ5によって駆動制御され、これによりトーチ先端2a
が、溶接対象部品であるワークWK上の所定の溶接線1
0に沿って移動される。
【0016】ロボット1が溶接作業を行うワークWKの
種類は、図1に示すような円環形状のワークWK3ばか
りではなく、図10(a)に示すように、WK1、WK
2、WK3…と多種類にわたる。
【0017】したがって、ロボット1としては、図1の
ようにベースプレートBS上に1つのワークWK3を配
置し、これを溶接する作業ばかりではなく、図2のよう
にベースプレート上に3種類のワークWK1、WK2、
WK3を配置し、これらを順次溶接する作業も行う場合
もある。図2(a)、(b)は、ロボット1と溶接対象
部品が載置される定盤4との位置関係を示す上面図、側
面図を示しており、溶接対象部品は定盤4上に載置され
る。
【0018】定盤4の頂点Qは、ロボット座標系XーY
ーZの原点位置(X0、Y0、Z0)であり、ロボット各
軸は、この座標系XーYーZに従い駆動制御される。
【0019】また、ロボット1は、図3に示すように、
ベースプレートBS上にWK2、WK3と各ワークを順
次重ね配置した上で、各ワークWK2、WK3を順次溶
接する作業も行うことができる。なお、図面中、9、1
0は各ワークWK2、WK3の溶接線を示しており、こ
の実施例では、すみ肉溶接を行う場合を想定している。
【0020】さらに図10(e)に示すように、定盤4
上に2枚のベースプレートBS、BS´を載置し、それ
らの上に各ワークWK2、3およびWK1をそれぞれ配
置した上で、溶接を行うという作業もロボット1は行う
ことができる。
【0021】オフラインプログラマ6は、パソコン、ワ
ークステーション等で構成されており、このオフライン
プログラマ6とコントローラ5の間は、例えばRSー2
32Cのようなインターフェース7で接続されており、
データの相互通信が行われるか、または、フロッピディ
スク8にような携行可能な記憶媒体を介してデータを相
互に入出力させることができるようになっている。
【0022】ロボットコントローラ5は、オフラインプ
ログラマ6から転送されるロボット制御プログラムとし
ての「作業プログラム」を実行し、ロボット1を駆動す
るための駆動指令信号Vをロボット1に出力する。
【0023】つぎに、オフラインプログラマ6で行われ
る処理について説明する。
【0024】図4はオフラインプログラマ6で実行され
る内容を概念的に示している。
【0025】オフラインプログラマ6は、後述するモジ
ュールテーブル11と後述する溶接条件テーブル12と
いう2つの記憶テーブルを有している。そこで、モジュ
ールテーブル11から選択され読み出されたモジュール
データと溶接条件テーブル12から読み出された溶接条
件データとが合成されて、溶接の「作業プログラム」が
作成される。その後、動作確認および干渉チェックがな
されて、「作業プログラム」が修正され、これがコント
ローラ5に転送されることで溶接作業が行われる。
【0026】以下、図5〜図10も併せ参照して上記
「作業プログラム」の作成処理を具体的に説明する。図
8は、処理手順を示すフローチャートであり、図10
(e)のような態様の溶接を行う場合を想定している。
【0027】まず、最初にオペレータは、キーボード等
を操作して、ベースプレートBS、BS´上に配置し、
溶接すべきワークの種類を示す「部品パターンNO.」
データを入力する。この場合、3つのワークWK1、W
K2、WK3に対応するデータが入力される。すると、
ワークWK1を示すデータ入力に応じて図4のモジュー
ルテーブル11からワークWK1に対応するモジュール
データM1が選択、読み出される。同様にして、ワーク
WK2に対応するモジュールデータM2が読み出さ
れ、、またワークWK3に対応するモジュールデータM
3が読み出される。なお、ワークWKが配置されるべき
ベースプレートBS、BS´に対応するモジュールデー
タM0も読み出される(ステップ101)。
【0028】さて、モジュールデータM1、M2…は、
ワークWK1、WK2…の形状を示す部品形状パターン
PNと、このワークWKを溶接加工するのに必要な制御
プログラムを示す基本プログラムPRとから構成されて
いる(図4参照)。
【0029】いま、ワークとしてワークWK1を代表し
て説明すると、図5(a)、(b)に示すように、モジ
ュールデータM1は、ワークWK1の各部の寸法L1〜
L5および基準点R(XR、YR、ZR)、姿勢角θが変数
(未知数)として示されている部品形状パターンPN
と、この部品形状パターンPNを溶接する際のトーチ先
端2aの移動経路、つまり接近点、サーチ点、溶接開始
点、溶接終了点、退避点および溶接条件等を記述した基
本プログラムPRとからなっている。なお、図5(b)
の基本プログラムPRは、図5(a)の溶接線(1)、
(2)、(3)、(4)のうち溶接線(3)に対応する
「ラベル3」を例示している。
【0030】基本プログラムPR上の接近点P1(X
1、Y1、Z1、A1)等、移動経路を示す位置データは、
上記基準点R(XR、YR、ZR)、姿勢角θ、各部の寸
法L1〜L5、脚長等の溶接条件Wをパラメータとする変
数P1、P2、P11…P16として記述されており、
上記基準点R(XR、YR、ZR)等が具体的な数値とし
て与えられることによって、ロボット座標軸XーYーZ
上の絶対位置に変換され、定まるようになっている。
【0031】ここで、上記パラメータのうち、ワークW
K1各部の寸法L1〜L5、溶接条件Wについては、ワー
クWK1に固有のものとして予め具体的な数値を与えて
おいてもよい。
【0032】しかし、ワークWK1の基準点R、姿勢角
θについては、ワークWK1のベースプレートBS´上
への位置決め位置に応じて変動し得るので、変数として
おく必要がある。ただし、円環形状のワークWK3のご
とく、方向性を有しないワークについては、姿勢角θの
特定は不要であり、たとえばワーク中心位置といった基
準位置Rのみが特定されればよい。
【0033】なお、ワークWK1の各部寸法L1…を変
数としないで具体的な数値として与える場合には、各サ
イズごとに各モジュールデータM1´、M1´´…とし
てモジュールテーブル11に登録しておくようにすれば
よい。
【0034】この実施例の場合は、ワークWK1の各部
の寸法L1〜L5および溶接条件Wが未知の場合となって
おり、それら寸法を示すデータを入力するとともに、脚
長を特定するデータを入力する。他のワークWK2、W
K3のデータも同様に入力される(ステップ102)。
【0035】この結果、CRT画面上において寸法が特
定されたワークWK1が表示されるとともに、溶接条件
テーブル12から入力された脚長に対応する溶接条件、
たとえばAが読み出され(図7参照)、基本プログラム
PR上の溶接条件Wが決定されることになる。なお、こ
の実施例では、脚長に応じてアーク電流等が一義的に定
めるようにしているが(図7参照)、これら脚長、アー
ク電流等の諸条件を個別に選択できるようにしてもよ
い。他のワークWK2、WK3についても同様な処理が
実行される(ステップ103;図10(b)参照)。
【0036】さて、ステップ101で読み出されたベー
スプレートのモジュールデータM0は、各部寸法L1、
L2が変数となっている部品形状パターンPNを有して
いる(図4、図10(c)参照)。そこで、各ベースプ
レートBS、BS´についてそれぞれの寸法を示すデー
タを入力する。この結果、CRT画面上において寸法が
特定されたベースプレートBS、BS´を表示させるこ
とができる。なお、ベースプレートの寸法を変数としな
いで、予め固定しておく実施もワークWKと同様に可能
である(ステップ104;図10(c)参照)。
【0037】つぎに、CRT画面上においてベースプレ
ートBS上にワークWK2、WK3を配置、位置決めす
る操作を行う。同様にしてベースプレートBS´上にワ
ークWK1を配置、位置決めする操作を行う。こうして
製品モデルが生成される(ステップ105;図10
(d)参照)。
【0038】つぎに、CRT画面上で上記製品モデルを
定盤4上に配置、位置決めする操作を行う(ステップ1
06;図10(e)参照)。
【0039】そして、ワークWK1、WK2、WK3の
溶接の順序を指定するワーク加工順序データ、たとえば
「WK1→WK2→WK3」を入力する。
【0040】また、個々のワーク、例えばワークWK1
の溶接線の溶接順序については図5(a)に示すように
(1)→(2)→(3)→(4)の順で定まっており、
基本プログラムPRのラベル1、ラベル2、ラベル3
(図5(b))、ラベル4の順で処理が実行されること
により1つのワークWK1の全工程(1)〜(4)の溶
接がなされるようになっている。しかし、この溶接線の
溶接順序を任意に変更することも可能である。
【0041】この場合は、ワークWK1の溶接線の溶接
順序を指定する溶接線順序データ、たとえば「(2)→
(3)→(4)→(1)」を入力する。
【0042】すると、このように変更された溶接線の溶
接順序に従って、基本プログラムPRの各ラベル1ない
し4の実行順序が変更されることになる。同様に他のワ
ークWK2、WK3についても溶接線の溶接順序をそれ
ぞれ変更することができる(ステップ107)。
【0043】以上のように製品モデルが定盤4上に配置
された結果、定盤4の頂点Qをロボット座標系の原点と
して、ワークWK1の基準位置R(XR、YR、ZR)お
よび姿勢角θが数値として与えられることになり、これ
ら基準位置R、姿勢角θと、上記入力されたワークWK
1の各部寸法L1〜L5と、上記入力された脚長等の溶接
条件Aとに基づいて、基本プログラムPR上の接近点P
1(X1、Y1、Z1、A1)の座標位置が具体的な数値に
変換されることになる。同様にして、図5(b)で矢印
で示すよう変数となっている移動経路上の各点P2(X
2、Y2、Z2、A2)、P11…P16、S11、S12
の座標位置が絶対位置に変換される。なお、上記A1、
A2は、ワークWK1が縦であるか横であるかに応じて
定まる変数である。また、図5(b)中、B1、C1(B
2、C2)はトーチ2の姿勢角に応じて定まる数値であ
り、ワークWK1が位置決めされた際の位置に応じて定
まるわけでなくなく、予め定数として与えておくことが
できる。
【0044】こうして、基本プログラムPRに記述され
た移動経路が絶対座標位置として与えられる。
【0045】こうした絶対座標位置を付与する処理は、
基本プログラムPRのラベル1、ラベル2、ラベル3
(図5(b))、ラベル4について実行され、これら処
理が終了したラベル1、ラベル2、ラベル3、ラベル4
の基本プログラムPRを予め設定された溶接線の溶接順
序(1)→(2)→(3)→(4)に応じた順序(ラベ
ル1→ラベル2→ラベル3→ラベル4)に配列、構成す
ることによりワークWK1の「作業プログラム」を生成
する。また、上記ステップ107で与えられた溶接線順
序データ「(2)→(3)→(4)→(1)」に応じた
順序(ラベル2→ラベル3→ラベル4→ラベル1)に配
列、構成することによりワークWK1の「作業プログラ
ム」を生成してもよい。他のワークWK2、ワークWK
3についても同様に個々の「作業プログラム」を生成す
る。
【0046】つぎに、こうした各ワークごとに生成され
た「作業プログラム」が、上記ステップ107で与えら
れたワーク加工順序データ「WK1→WK2→WK3」
に応じた順序(WK1の「作業プログラム」→WK2の
「作業プログラム」→WK3の「作業プログラム」)に
配列、構成されて、製品の「作業プログラム」が生成さ
れる(ステップ108)。
【0047】こうして製品の「作業プログラム」が作成
されると、これがコントローラ5に転送され、これを実
行することにより、ロボット1はワークWK1、ワーク
WK2、ワークWK3を順次溶接していき、図10
(e)に示す製品を最終的に完成させる。
【0048】ワークWK1の溶接工程(3)を例にとれ
ば、図5(b)に示すように、各コマンド「EXカクジ
ク」、「EXチョクセン」等に応じた補間方法および移
動速度をもってトーチ2が移動されるとともに、上記絶
対座標位置が特定された点P1、P2…と順次トーチ先
端2aが移動される。すなわち、溶接接近位置P1から
溶接開始位置P11までトーチ先端2aが移動し、以
後、上記特定された溶接条件Aをもって点P12からP
13、P14を介して点P15まで溶接が行われ(図6
(c)参照)、やがて退避点P16までトーチ先端2a
が移動される。
【0049】また、図5(b)に示すようにサーチ点の
座標位置S11、S12が絶対位置として定まるので、
この座標位置S11、S12に基づき所定のサーチパタ
ーン1、4をもって、図6(a)、(b)に示すような
態様で、ワークWK1とトーチ先端2aとの相対位置関
係がサーチされる。この結果、溶接線に沿っての移動を
正確に行うことができる(図6(c)参照)。
【0050】なお、上述した実施例では、ベースプレー
トBS、BS´上にワークWK1、WK2、WK3を配
置する処理を行った後、これら全体の製品モデルを定盤
4上に配置する処理を行うようにしているが(ステップ
105、106)、その順番は任意であり、図9のステ
ップ201〜204に示すように、ベースプレートB
S、BS´を定盤4上に配置した後で、ベースプレート
BS、BS´上にワークWK1〜WK3を配置する処理
を行うようにしてもよい。
【0051】要は、配置、位置決めされたワークWKの
位置決め座標位置(基準位置R、姿勢角θ)を最終的に
定めることができるのであれば、配置する順序は任意で
ある。また、CRT画面上で溶接対象部品を配置、位置
決めする操作を行うことなく、ワークWKの位置決め座
標位置を直接データとして入力するようにしてもよい。
【0052】また、実施例では、すみ肉溶接を行う場合
を想定しているが、本発明としてはこれに限定されるこ
となく、突合せ溶接等、任意の溶接方法に適用すること
ができる。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、作
業対象のワークを選定、配置するだけで、自動的にロボ
ットの動作軌跡が求められ、作業プログラムが自動的に
作成される。この結果、動作軌跡を指定しなければなら
ないという処理の煩雑さを排除することができ、熟練を
要することなく容易に作業プログラムを作成することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係る作業ロボットの作業プログ
ラム作成装置の実施例の全体構成を示す図である。
【図2】図2(a)、(b)は実施例のロボットと定盤
との位置関係を示す上面図および側面図である。
【図3】図3は図1に示すロボットが行うすみ肉溶接作
業を説明する斜視図である。
【図4】図4は図1に示すオフラインプログラマで行わ
れる処理を概念的に示す図である。
【図5】図5(a)、(b)は図4に示すモジュールテ
ーブルに記憶されるモジュールデータの内容を示す図で
ある。
【図6】図6(a)、(b)、(c)は図5(b)に示
す基本プログラムで実行される処理の内容を説明するた
めに用いた図である。
【図7】図7は図4に示す溶接条件テーブルに記憶され
る溶接条件データの内容を示す図である。
【図8】図8は図1に示すオフラインプログラマで行わ
れる処理の手順を示すフローチャートである。
【図9】図9は図8の処理内容の変形例を示す図であ
る。
【図10】図10(a)〜(e)は、図8に示す処理内
容を説明するために用いた図である。
【符号の説明】
1 作業ロボット 2 溶接トーチ 5 ロボットコントローラ 6 オフラインプログラマ BS ベースプレート WK1〜WK3 溶接対象部品(ワーク)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B23Q 15/00 301 B23Q 15/00 301Z (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/12 B23K 9/127 B25J 9/18 G05B 19/4097 G05B 19/4155

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作業ロボットのツールの先端の移動経
    路がロボット座標軸上の絶対座標位置で記述された作業
    プログラムを作成し、該作成された作業プログラムに記
    述されたロボット座標軸上の絶対座標位置に応じて前記
    作業ロボットを駆動制御し、前記作業ロボットに所定作
    業を行わせるようにした作業ロボットの作業プログラム
    作成装置において、ワーク上での作業ロボットのツールの先端の移動経路の
    座標位置 が、ワークの位置決め位置をパラメータとする
    変数として記述された基本プログラムを、異なる形状の
    ワーク毎に予め用意しておき、 作業対象のワークの形状を示すデータを入力するととも
    に、前記ワークが位置決めされた際の位置決め位置の座
    標位置を示すデータを入力する入力手段と、 前記入力されたワーク形状データに基づいて、対応する
    基本プログラムを選択する選択手段と、 前記入力された位置決め座標位置データに基づいて、選
    択された基本プログラム上の移動経路の座標位置を、ロ
    ボット座標軸上の絶対座標位置に変換して、作業プログ
    ラムを作成する変換手段とを具えた 作業ロボットの作業
    プログラム作成装置。
  2. 【請求項2】 前記作業ロボットは、溶接トーチの先
    端を溶接線に沿って移動させることにより溶接作業を行
    う溶接ロボットであり、 前記基本プログラムを選択するとともに、溶接条件を示
    すデータを選択することによって前記作業プログラムを
    作成するようにした請求項1記載の作業ロボットの作業
    プログラム作成装置。
  3. 【請求項3】 前記作業ロボットは、所定のベースプ
    レート上に配置、位置決めされた複数のワークを順次溶
    接する溶接ロボットであり、 前記複数のワークの形状を示すデータを入力するととも
    に、これら複数のワークの溶接順序を示すデータを入力
    することによって、前記複数のワークに対応する複数の
    基本プログラムをワークの溶接順序に従って組み合わせ
    て作業プログラムを作成するようにした請求項1記載の
    作業ロボットの作業プログラム作成装置。
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