TW201446391A - 機器人控制裝置、以及在多層堆銲機器人中的偏移値的教示方法 - Google Patents

Abstract

依據通過複數個教示點的教示線、與重力方向平行之軸且與前述教示線交叉的基準軸Zs、以及與沿著前述教示線之軸Xs與前述基準軸Zs雙方正交的軸，座標系演算部7演算非正交座標系Xs-Ys-Zs。藉由教示器TP的按鍵操作，將第一銲接道次之第一教示點下的位置姿態、與第N銲接道次之對應教示點下的位置姿態之間的差額作為偏移值，而記憶於硬碟5，該偏移值係以非正交座標系為基準。藉此，操作員可直覺性地理解軸方向。特別是在第二銲接道次以後，當使機器人移動至所指定的位置時，可簡單地進行手動操作或偏移值的輸入。

Description

機器人控制裝置、以及在多層堆銲機器人中的偏移值的教示方法

本發明係有關一種機器人控制裝置、以及在使用機器人控制裝置之多層堆銲機器人中的偏移值教示方法。

作為厚板構造物之銲接方法，已知有所謂的多層堆銲。於多層堆銲中，為在銲接區間內反覆進行複數次的銲接道次(銲接操作)。在此情況下，若是教示全部的複數個銲接道次的教示點時，其作業量將會變得很龐大。因此，採取教示最下層之第一銲接道次的教示點，第二銲接道次以後則是以輸入表示與第一銲接道次之各教示點之間的相對位置的偏移值，藉此減輕教示作業的負擔。而偏移值的設定，則是以設定於第一銲接道次之各個教示點上的銲接線座標系為基準，輸入位置座標值。

如圖5所示，於銲接線座標系中，分別將沿著銲接線的軸設為X軸、溶接炬T之中心軸設為Z軸、正交於X軸及Z軸的軸設定為Y軸。此外，在銲接線座標系中，亦有分別將沿著銲接線的軸設為Z軸、溶接炬之中心軸設定為X軸的情況。如上所述，在進行多層堆銲的情況下，第二銲接道次以後，作為對於第一銲接道次之教示點的第二銲接道次之教示點，則是輸入將銲接線座標系作為基準的偏移值。

然而，由圖5可知，銲接線座標系之軸方向與工件W的接合處形狀之間並無直接的關係。因此，當輸入偏移值的情況下，並無法直接採用 由接合處形狀之圖面等所取得之理想偏移值。故須以手動進行由第一銲接道次之教示點至第二銲接道次以後之教示點為止的教示操作，藉由其教示之作業來決定各個教示點。

在使溶接炬由第一銲接道次之教示點移動至第二銲接道次以後之教示點的教示作業中，為於銲接線座標系之下進行手動操作。然而，過去以來的銲接線座標系為藉由沿著銲接線之軸、以及溶接炬之中心軸來進行設定。在此情況下，沿著銲接線軸以外之軸，係與接合處形狀無關，仍須依賴溶接炬的方位。因此，難以進行用以使溶接炬移動的手動操作。

於專利文獻1中，在以銲接線與大地平行的狀態為前提之下，提案有將Z軸設定為與大地正交之軸(與重力方向平行之軸)的銲接線座標系。藉由採用於專利文獻1所提案之大地銲接線座標系，提升以手動操作第二銲接道次以後之教示情況下的操作性。然而，仍具有下述之問題點。

如圖6(a)所示，在大地銲接線座標系中，設定與大地正交之Z軸為固定軸。此外，如圖6(a)之虛線箭頭所示，分別將沿著由教示點P1朝向教示點P2之溶接炬T的銲接線之軸設為X軸、將正交於X軸及Z軸之軸設為Y軸。在大地銲接線座標系中，由於銲接線係以與大地平行之狀態下將Z軸設為固定軸，因此如圖6(b)所示，當工件W傾斜時，銲接線無法平行於大地，造成所設定之X軸與沿著銲接線之軸無法一致。因而導致難以進行使溶接炬移動之手動操作、或是偏移值之設定。

專利文獻1：日本專利特開2009-119525號公報。

本發明之目的在於提供一種機器人控制裝置，可直覺性地掌握以銲接線等教示線為基準的座標系，而可簡單的進行機器人之手動操作等的機器人控制裝置。此外，本發明之目的在於提供一種教示方法，係於多層堆銲機器人中，當將第二銲接道次以後之教示點藉由對於第一銲接道次之偏移值來進行指定的情況下，即便銲接線未平行於大地，仍可簡單的設定偏移值。

為達成上述目的，藉由本發明之第一態樣，提供一種機器人控制裝置，其係為因應由教示操作裝置輸入之操作訊號來控制機器人的動作。機器人控制裝置係為，依據以操作教示操作裝置而通過教示給機器人之複數個教示點的教示線、與平行於重力方向之軸且與教示線交叉的基準軸、以及沿著教示線並正交於基準軸之軸而訂定的非正交座標系，來控制機器人的動作。

2‧‧‧按鍵輸入監視部

3‧‧‧教示處理部

5‧‧‧硬碟

7‧‧‧座標系演算部

9‧‧‧動作控制部

10‧‧‧TP介面

11‧‧‧解釋實施部

12‧‧‧驅動指令部

21‧‧‧CPU

22‧‧‧ROM

23‧‧‧RAM

A‧‧‧電弧

Fc‧‧‧控制訊號

Iw‧‧‧銲接電流

Of‧‧‧偏移檔案

R‧‧‧機器人

RC‧‧‧機器人控制裝置

Ss‧‧‧操作訊號

T‧‧‧溶接炬

TP‧‧‧教示器(Teach Pendant)

Td‧‧‧多層堆銲程式

Vw‧‧‧銲接電壓

W‧‧‧工件

WM‧‧‧線纜輸送馬達

WP‧‧‧銲接電源

Wc‧‧‧銲接指令訊號

Wr‧‧‧銲接線

圖1之模式圖，為表示本發明之機器人控制裝置、以及多層堆銲機器人之連接關係。

圖2之方塊圖，為表示本發明之機器人控制裝置的構成。

圖3之模式圖，為表示銲接線座標系之軸方向。

圖4之流程圖，為表示偏移值之教示順序。

圖5之模式圖，為表示習知之銲接線座標系之軸方向。

圖6之(a)、(b)模式圖，為表示大地銲接線座標系之軸方向。

〔用以實施發明之形態〕

關於具體化本發明之機器人控制的一實施形態，參照圖1~圖4進行說明。

如圖1所示，機器人控制裝置RC為依據來自教示器TP之操作訊號Ss而輸出動作控制訊號Mc、控制組裝於機器人R之複數軸的伺服馬達。此外，機器人控制裝置RC為依據操作訊號Ss，在指定的時間點，將銲接指令訊號Wc輸出至銲接電源WP。當將銲接指令訊號Wc輸入至銲接電源WP後，銲接電源WP則將銲接電壓Vw及銲接電流Iw供給至機器人R。

此外，銲接電源WP為控制設於未圖示之高壓氣體桶之電磁閥，將遮護氣體供給至機器人R的溶接炬T。另外，銲接電源WP為對機器人R之線纜輸送馬達WM輸出送給控制訊號Fc，驅動線纜輸送馬達WM。機器人R為因應操作訊號Ss，移動溶接炬T之前端位置。銲接線Wr係為，藉由線纜輸送馬達WM，通過溶接炬T內而傳送至作業對象物之工件W。工件W則藉由銲接線Wr之間所產生的電弧A而被銲接。

教示器TP(Teach Pendant)係為一種可攜式之教示操作裝置，其係連接於機器人控制裝置RC。操作員為操作教示器TP、切換機器人R之基準座標系、或是將機器人R進行微動進料作業。如此，教示機器人R之第一銲接道次的位置姿態，亦即教示複數個教示點。此時，分別將多個教示點以步驟編號的方式由1開始依序遞增編號。第二銲接道次以後，則分別對各個銲接道次，輸入相對於第一銲接道次之教示點的偏移值。如 此，自動生成第二銲接道次以後的教示點。藉此所輸入的教示資料，作為多層堆銲程式Td的一部份而記憶於機器人控制裝置RC的內部。偏移值係以本案發明之銲接線座標系為基準而輸入。

機器人控制裝置RC為因應來自教示器TP之操作訊號Ss，進行機器人R之微動進料，或是依據多層堆銲程式Td，進行機器人R的再現運作。如圖2所示，機器人控制裝置RC係以作為中央演算處理裝置的CPU21、儲存有軟體程式或控制參數等的ROM22、作為暫時性計算區域的RAM23、以及包含有各種記憶體等的微電腦所構成。TP介面10，則為連接機器人控制裝置RC與教示器TP的部分。硬碟5為不揮發記憶體，記憶有多層堆銲程式Td或是偏移檔案Of。

在ROM22中，記憶有用以進行各種處理的軟體程式。機器人控制裝置RC更具備有，按鍵輸入監視部2、教示處理部3、座標系演算部7、動作控制部9、解釋實施部11以及驅動指令部12等處理部。該等處理部，為依據來自CPU21的控制訊號，實施各種處理。按鍵輸入監視部2為監視與解析來自教示器TP的操作訊號Ss，將教示情報通知至教示處理部3。

教示處理部3係為，因應來自按鍵輸入監視部2所通知的教示點、亦即機器人R的位置姿態座標值，或是因應在第二銲接道次以後之銲接銲接道次中之基本銲接線的偏移值，產出多層堆銲程式Td。教示處理部3則為，使多層堆銲程式Td記憶於硬碟5中。作為來自按鍵輸入監視部2所通知的教示點，列舉有構成第一銲接道次之基本銲接線的銲接開始點、中間點、銲接終了點等。偏移值亦可儲存於多層堆銲程式Td之內部 資料。此外，偏移值亦可記憶作為來自多層堆銲程式Td之間接性參照的偏移檔案Of。

座標系演算部7係為，演算作為偏移值之基準的銲接線座標系。解釋實施部11係為，當再現多層堆銲程式Td時，於各個教示點讀取多層堆銲程式Td，解析多層堆銲程式Td的內容。當驅動機器人R的情況下，解釋實施部11將指令的種類或位置姿態值等控制資訊輸出至動作控制部9。動作控制部9為依據控制資訊而進行軌道計畫等。動作控制部9係經由驅動指令部12，將動作控制訊號Mc輸出至機器人R。

藉著，參照圖3，針對在教示第一銲接道次後，利用偏移值來教示第二銲接道次以後之位置姿態時的作用進行說明。

如圖3所示，在本發明之銲接線座標系中，Zs軸係與重力方向平行之軸，且平行於機器人系統上之世界座標系Z軸。亦即，Zs軸係為不會因溶接炬T的方位或是銲接線而變化的固定軸。如圖3之虛線箭頭所示，Xs軸係為，沿著通過作為第一教示點之教示點m與第二教示點之教示點m+1的溶接炬T之銲接線的軸。在此情況下，若變化銲接方向，亦可變更Xs軸之軸方向。Ys軸係為，正交於Zs軸及Xs軸的軸。如此，本發明的銲接線座標系為非正交座標系。此外，由於採用非正交座標系，將Zs軸設定、固定為與任何人均能理解之與重力方向相互平行的軸，且分別將Xs軸設定為沿著銲接線正交的軸、將Ys軸設定為沿著Zs軸及Xs軸正交的軸，而可直覺性地理解軸方向。藉此，可提昇將機器人R進行微動進料時的操作性。

接著，針對偏移值之教示順序，參照於圖4所示之流程圖來進 行說明。

如圖4所示，於步驟(以下，稱St)1中，操作員為由工件W之第一銲接道次的銲接路徑來決定M個教示點。在決定教示點之後，操作員為操作教示器TP，將機器人R進行微動進料。每當溶接炬T到達工件W上之各個教示點時，操作員便對溶接炬T之工件W教示位置姿態。如此，經由教示第一銲接道次之M個教示點，而教示基準銲接線。此時，分別在各教示點，操作員亦可輸入機器人R的動作條件、或是銲接條件。

在St2中，由於進行第二銲接道次以後的教示，故操作員為操作教示器TP之模式設定按鍵，選擇偏移值輸入模式。

St3~Stn+2係為，在偏移值輸入模式下之第二銲接道次以後的銲接道次之教示處理。St3~Stn+2則為，反覆進行由第一銲接道次之第一教示點至第M教示點為止的處理。第一教示點、…、第M教示點，為由銲接開始點至銲接終了點為止之依序計次的教示點。

以下，將St4~Stn+2作為在對應於第一銲接道次之第一教示點(m=1)的第二銲接道次以後之各銲接道次下的處理進行說明。

在St4中，操作員為操作教示器TP，使溶接炬T移動至第一銲接道次之第一教示點。此時，操作員為藉由手動操作進行低速再現運作，移動溶接炬T。

在St5中，操作員為操作教示器TP，選擇銲接線座標系。接受該操作，機器人控制裝置RC的座標系演算部7，則將與世界座標系之Z軸平行的軸設定作為銲接線座標系之Zs軸。接著，作為銲接線座標系之Xs軸，座標系演算部7則設定通過第一教示點與第二教示點的直 線。亦即，如圖3所示，座標系演算部7係為，將沿著通過教示點m與教示點m+1的直線設定成Xs軸。而座標系演算部7則演算Xs軸以及與Zs軸正交的Ys軸。如此，設定將第一教示點作為原點的銲接線座標系。

在此，依據操作員的設定操作，設定銲接線座標系。此外，較佳為可在溶接炬T到達第一銲接道次之第一教示點的階段，自動演算、設定銲接線座標系。在此情況下，由於可省略藉由操作員所進行的設定操作作業，故可縮短教示時間。

於St6中，操作員為操作教示器TP，將機器人R進行微動進料，使溶接炬T移動至對應於第一銲接道次之第一教示點的第二銲接道次之偏移預定位置。此時，操作員為以St5所設定的銲接線座標系為基準，使溶接炬T移動至第二銲接道次之偏移預定位置。

當溶接炬T移動至第二銲接道次之偏移預定位置後，操作員為操作教示器TP，教示溶接炬T之位置姿態。當教示溶接炬T的位置姿態之後，於St7中，操作員按下教示器TP之未圖示的記憶按鍵。藉此，將第一銲接道次之第一教示點下的位置姿態、與第二銲接道次之對應教示點下的位置姿態之間的差額(difference)作為偏移值，記憶於硬碟5的偏移檔案Of，該偏移值為以在St5所設定之銲接線座標系為基準。

接著，於St8中，操作員係與St6相同的操作教示器TP、進行微動進料，使溶接炬T移動至第三銲接道次之偏移預定位置。即便在此時，操作員仍以在St5所設定之銲接線座標系為基準，使溶接炬T移動至第三銲接道次之偏移預定位置。

當溶接炬T移動至第三銲接道次之偏移預定位置後，操作員為 操作教示器TP，教示溶接炬T之位置姿態。在教示溶接炬T之位置姿態後，於St9，操作員按下教示器TP之記憶按鍵。藉此，將第一銲接道次之第一教示點下的位置姿態、與第三銲接道次之對應教示點下的位置姿態之間的差額作為偏移值，記憶於硬碟5的偏移檔案Of，該偏移值為以在St5所設定之銲接線座標系為基準。

以下，第二銲接道次係與第三銲接道次相同，於Stn中，操作員係使溶接炬T移動至第N銲接道次之偏移預定位置。即便在此時，操作員仍以在St5所設定之銲接線座標系為基準，使溶接炬T移動至第N銲接道次之偏移預定位置。

當溶接炬T移動至第N銲接道次之偏移預定位置後，係與第二銲接道次、第三銲接道次相同，操作員為操作教示器TP，教示溶接炬T的位置姿態。在教示溶接炬T的位置姿態之後，於Stn+1，操作員按下教示器TP之記憶按鍵。藉此，將第一銲接道次之第一教示點下的位置姿態、與第N銲接道次之對應教示點下的位置姿態之間的差額作為偏移值，記憶於硬碟5的偏移檔案Of，該偏移值為以在St5所設定之銲接線座標系為基準。

藉由上述一連串的操作，全數記錄對應於第一銲接道次之第m教示點(m=1)的各銲接道次之教示點中的偏移值。接著，在Stn+2中，進行對應於第一銲接道次之下一教示點(m=2)之教示處理的準備，回到St3。

回到St3，以下，同樣的反覆進行St4~Stn+2之操作或處理。當結束對應於第一銲接道次之第M教示點的St4~Stn+ 2之操作或處理，且於St3判定m>M時，則結束上述一連串的教示作業。

此外，當教示作業結束後，欲修正在第二銲接道次以後之各銲接道次下的已完成教示之偏移位置的情況下，則進行如下之操作。

一開始，操作員為操作教示器TP，使溶接炬T依序朝已完成教示之偏移位置進行移動。此時，操作員係以手動操作進行低速再現運作，而移動溶接炬T。如此，操作員可確認在各偏移位置下之溶接炬T的位置姿態。

接著，若是有欲修正的偏移位置時，在將機器人R進行微動進料、變更溶接炬T之位置姿態後，操作員便按下教示器TP之記憶按鍵。如此，將第一銲接道次之教示點下的位置姿態、與修正後之教示點下的位置姿態之間的差額作為偏移值，記憶於硬碟5的偏移檔案Of。此外，偏移值係指在第二銲接道次之後，以在各銲接道次下的非正交座標系為基準的偏移值。

如上述說明，藉由本發明，係可設定包含Zs軸與Xs軸之非正交座標系，該Zs軸為與重力方向平行之固定軸，且該Xs軸係為沿著教示線之軸。藉此，操作員可直覺性地掌握軸方向。進而可依據銲接線等教示線之座標系，以手動進行操作、或是輸入位置姿態座標值。尤其在多層堆銲機器人方面，當藉由相對於第一銲接道次之偏移值來指定第二銲接道次以後之教示點的情況下，可容易進行偏移值的設定。

T‧‧‧溶接炬

W‧‧‧工件

Claims (5)

1. 一種機器人控制裝置，供因應來自教示操作裝置輸入之操作訊號，控制機器人的動作，其特徵在於，依據操作前述教示操作裝置且通過教示給前述機器人之複數個教示點的教示線、與平行於重力方向且與前述教示線交叉的基準軸、以及沿著前述教示線並正交於前述基準軸之軸而訂定的非正交座標系，控制前述機器人的動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器人控制裝置，其中，前述教示線為安裝於前述機器人之溶接炬的移動路徑，前述教示線係以第一教示點、以及相鄰於前述第一教示點之第二教示點所訂定。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之機器人控制裝置，其中，前述機器人控制裝置更具備記憶手段，用以記憶前述非正交座標系中的位置座標值，前述位置座標值記憶有以前述教示線上之教示點作為原點的偏移值。
4. 一種在多層堆銲機器人中的偏移值教示方法，係使用申請專利範圍第1項或第2項所述之機器人控制裝置，其特徵在於包含有下述步驟：第一步驟，供操作前述教示操作裝置，設定第一銲接道次之教示線；第二步驟，藉由手動操作，使前述溶接炬移動至前述第一銲接道次之指定教示點，設定前述非正交座標系；第三步驟，供操作前述教示操作裝置，以前述非正交座標系為基準，使溶接炬由前述第一銲接道次之前述指定教示點，朝第二銲接道次以後之各 銲接道次對應的偏移預定位置移動；第四步驟，當前述溶接炬移動至前述偏移預定位置後，操作前述教示操作裝置，教示前述溶接炬之位置姿態，將前述第一銲接道次之教示點下的位置姿態與第二銲接道次以後各銲接道次對應之教示點下的位置姿態之間的差額儲存作為偏移值；該偏移值係以前述非正交座標系為基準。
5. 如申請專利範圍第4項所述之在多層堆銲機器人中之偏移值的教示方法，其中，包含有第五步驟，係對在第二銲接道次以後各銲接道次中之已完成教示之偏移位置的溶接炬，進行其位置姿態的修正；前述第五步驟，係使前述溶接炬移動至前述已完成教示的偏移位置，將在第一銲接道次教示點下的位置姿態與修正後教示點下的位置姿態之間差額作為偏移值重新記錄的步驟；前述偏移值，係為於第二銲接道次以後各銲接道次中，以前述非正交座標系為基準的偏移值。