JP5459255B2

JP5459255B2 - ロボットシステム

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Publication number: JP5459255B2
Application number: JP2011086135A
Authority: JP
Inventors: 裕樹大江; 圭司牧野
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: US20120255938A1; US20140217076A1; EP2508307A1; JP2012218029A; US8742290B2; CN102728952B; CN102728952A

Description

本発明は、ロボットシステムに関し、特に、レーザ光を照射可能なレーザ照射部を備えたロボットシステムに関する。

従来、レーザ光を照射可能なレーザ照射部を備えた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）。

上記特許文献１には、加工対象物に対してレーザ光を照射可能なレーザ照射装置（レーザ照射部）を備えたロボットシステムが開示されている。このロボットシステムは、レーザ照射装置が所定の位置に位置決めされた状態（停止された状態）で任意形状の加工軌跡に対してレーザ光を照射するように構成されている。

特開２００８−４３９７１号公報

しかしながら、上記特許文献１のロボットシステムでは、レーザ照射装置（レーザ照射部）を所定の位置に位置決めした状態（停止した状態）で任意形状の加工軌跡に対してレーザ光を照射することが可能である一方、レーザ照射装置（レーザ照射部）が移動しながらレーザ光を照射する場合には、任意形状の加工軌跡に対して適切にレーザ光を照射することができないという問題点があると考えられる。

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、レーザ照射部が移動しながらレーザ光を照射する場合にも、任意形状の加工軌跡に対して適切にレーザ光を照射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

上記目的を達成するために、この発明の一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、加工対象物に対してレーザ光を照射するレーザ照射部と、任意形状の加工軌跡の情報およびレーザ照射部の移動情報に基づいて、レーザ照射部によりレーザ光を照射する制御を行う制御部とを備え、制御部は、レーザ照射部が移動している際に、任意形状の加工軌跡の基準位置がレーザ照射部の所定範囲内に位置するか否かを判断し、基準位置が所定範囲内に入った場合に、任意形状の加工軌跡に対応する加工位置がレーザ照射部によりレーザ光を照射可能な加工範囲内に位置するか否かを判断する制御を開始し、加工位置が加工範囲内に位置する場合に、加工軌跡に対して溶接を開始する制御を行うように構成されている。

この発明の一の局面によるロボットシステムでは、上記のように、任意形状の加工軌跡の情報およびレーザ照射部の移動情報に基づいて、レーザ照射部によりレーザ光を照射する制御を行う制御部を設けることによって、制御部により、レーザ照射部の移動状態を考慮してレーザ光を照射する制御を行うことができるので、レーザ照射部が移動しながらレーザ光を照射する場合にも、レーザ照射部の移動に応じて任意形状の加工軌跡に対して適切にレーザ光を照射することができる。

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示した概略図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムのロボット制御装置を示したブロック図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムのレーザスキャナの構成を示した概略図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの任意形状作成ツールを用いて直線の溶接軌跡を描く手順について説明するための図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの任意形状作成ツールを用いて円弧の溶接軌跡を描く手順について説明するための図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの任意形状作成ツールを用いて楕円の溶接軌跡を描く手順について説明するための図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの任意形状作成ツールを用いて任意形状の溶接軌跡が描かれた状態を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムのレーザ溶接条件ファイル画面を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて任意形状の溶接軌跡の基準位置および基準方向を教示する際の動作手順について説明するための図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの焦点演算部による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。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接開始範囲を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接開始範囲内に第１基準点が入った状態を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接範囲を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接範囲内に溶接点が位置する状態を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図３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。

本発明の一実施形態によるロボットシステム１００は、対象物から離れた位置（たとえば、約５００ｍｍ離れた位置）でレーザ光を照射してレーザ溶接を行うリモートレーザ溶接のロボットシステムである。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を制御するロボット制御装置２と、ロボット１の動作を教示するためのペンダント（プログラミングペンダント）３とを備えている。また、本実施形態によるロボットシステム１００は、ロボット１に取り付けられ、レーザ光を照射するレーザスキャナ４と、レーザスキャナ４にレーザ光を供給するレーザ発振器５とをさらに備えている。なお、ペンダント３は、本発明の「教示装置」の一例であり、レーザスキャナ４は、本発明の「レーザ照射部」の一例である。

ロボット１は、複数の関節を有する多関節型ロボットである。また、ロボット１は各関節を駆動するための図示しない複数のサーボモータを備え、各サーボモータにより先端部に取り付けられたレーザスキャナ４を移動可能に構成されている。

ロボット制御装置２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ている。また、ロボット制御装置２は、ケーブル１１を介してペンダント３に通信可能に接続されている。さらに、ロボット制御装置２は、スキャナ指令ケーブル１２を介してレーザスキャナ４に通信可能に接続されている。また、ロボット制御装置２は、図２に示すように、ペンダント３との間で信号の送受信を行う通信部２１と、動作プログラムやレーザ溶接に関する溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）などを格納するデータ格納部２２と、データ格納部２２に格納された動作プログラムや溶接情報などを読み出して情報を解釈する命令解釈部２３とを含んでいる。

また、ロボット制御装置２は、命令解釈部２３による解釈に基づいてロボット１の移動軌跡を所定の制御周期ごとに演算するロボット軌跡演算部２４と、ロボット軌跡演算部２４による演算結果に基づいてロボット１に設けられた各サーボモータを制御するサーボ制御部２５とをさらに含んでいる。また、ロボット制御装置２には、サーボ制御部２５により各サーボモータに送信される動作指令に基づいてロボット１の現在の先端部の状態（レーザスキャナ４の現在の位置・姿勢）を推定するサーボシミュレート部２６と、サーボシミュレート部２６により推定されたロボット１の先端部の現在位置に基づいて焦点位置（溶接位置）を演算する焦点演算部２７とが設けられている。ここで、サーボ制御部２５からの動作指令の送信タイミングとそれに基づくロボット１の動作タイミングとの間には、若干のタイムラグが生じる。このため、サーボシミュレート部２６は、そのタイムラグを考慮してレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢を推定する。なお、焦点演算部２７により実施される溶接時の処理については後述する。また、焦点演算部２７は、本発明の「制御部」の一例である。

ペンダント３は、ロボット１の動作プログラムおよびレーザ溶接に関する溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）を作成するために設けられている。また、ペンダント３は、図１に示すように、表示部３１と、複数の操作ボタンからなる操作部３２とを有している。ユーザは、表示部３１の表示を見ながら操作部３２を操作して所定の情報を入力することが可能である。また、ユーザは、ペンダント３を操作してロボット制御装置２にロボット１の動作を教示することが可能である。また、本実施形態のペンダント３には、たとえば、コンパクトフラッシュ（登録商標）などからなるメモリカード１１０を読み取り可能なデバイススロット（カードスロット）３３が設けられている。これにより、ペンダント３は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）６などの外部装置により作成されたロボット制御に関連する情報をメモリカード１１０を介して取り込むことが可能である。また、ペンダント３には、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）接続可能なＵＳＢ端子３４が設けられている。また、ＰＣ６には、メモリカード１１０を装着可能なデバイススロット（カードスロット）６１ａと、ＵＳＢ端子６１ｂとが設けられている。すなわち、ＰＣ６で作成した溶接軌跡の情報をＵＳＢ端子６１ｂに装着されたＵＳＢメモリ（図示せず）に格納した後、そのＵＳＢメモリをペンダント３のＵＳＢ端子３４に差し込むことにより、ＵＳＢ端子３４を介してロボット制御装置２（データ格納部２２）に溶接軌跡の情報が受け付けられる。なお、ＵＳＢケーブルを用いてＰＣ６とＵＳＢ端子３４とを直接接続するとともに、ＰＣ６で作成した溶接軌跡の情報をＵＳＢ端子３４を介してペンダント３に送信することによって溶接軌跡の情報をＵＳＢ端子３４により受け付けるようにしてもよい。また、ＰＣ６は、本発明の「加工軌跡作成装置」、「外部装置」および「外部情報端末装置」の一例である。また、デバイススロット３３は、本発明の「受付部」および「記録媒体読取部」の一例であり、ＵＳＢ端子３４は、本発明の「受付部」の一例である。また、メモリカード１１０は、本発明の「可搬型記録媒体」の一例である。

レーザスキャナ４は、レーザ発振器５により出力されたレーザ光を対象物に向けて照射する機能を有している。レーザ発振器５により出力されたレーザ光は、ファイバ１３を介してレーザスキャナ４に供給される。また、図３に示すように、レーザスキャナ４の内部には、レンズなどからなる光学系４１と、ミラー４２ａおよび４２ｂを含むガルバノミラー４２と、ミラー４２ａおよび４２ｂのそれぞれを駆動するモータ４３ａおよび４３ｂとが設けられている。レーザ発振器５からレーザスキャナ４に供給されたレーザ光は、光学系４１により集光された後、ガルバノミラー４２により方向が変化されて対象物に向けて照射される。レーザスキャナ４は、焦点演算部２７による演算結果に基づいて、ミラー４２ａおよび４２ｂを駆動することによって所定の位置にレーザ光を照射するように構成されている。具体的には、本実施形態のレーザスキャナ４は、対象物から５００ｍｍ離れた状態で２００ｍｍ四方の範囲内にレーザ光を照射することが可能である。このように、レーザ焦点距離などのレーザスキャナ４の仕様は予め分かっているので、後述する溶接軌跡の作成の際にはレーザスキャナ４から対象物までの距離がレーザ焦点距離となっていることが前提となっている。またロボット１の動作の教示やレーザ溶接の際にはレーザスキャナ４から対象物までの距離をレーザ焦点距離に保つようにする。なお図３では省略しているが、レーザスキャナ４は光学系４１の調整機構も備えており動的にレーザ焦点距離を変更することができる。これによりレーザスキャナ４と対象物との距離を変えながらレーザ溶接を行うことも可能となっている。

次に、図４〜図７を参照して、任意形状の溶接軌跡の情報を、ＰＣ６を用いて作成する手順について説明する。

ＰＣ６に予めインストールされたソフトウェア（アプリケーションプログラム）である任意形状作成ツールを起動することによって、ＰＣ６の表示部６１（図１参照）には、図４〜図７に示すように、任意形状作成ツール画面６２が表示される。ユーザは、任意形状作成ツール画面６２の線種項目６２ａから所望の線種を選択することが可能である。具体的には、任意形状作成ツール画面６２は、グラフィカルユーザインターフェースによって直線、円弧および楕円の中から所望の線種を選択可能に構成されており、ユーザは、直線、円弧および楕円の異なる線種を任意に組み合わせて任意形状の溶接軌跡を作成可能である。

たとえば、直線を描く場合には、図４に示すように、線種項目６２ａから直線を選択した後、作成領域６２ｂ内においてポインタ６２ｃで開始点および終了点を指定して直線を描く。開始点および終了点は、識別可能なように互いに異なる色で表示される。また、作成した直線がポインタ６２ｃにより選択されている場合には、任意形状作成ツール画面６２には、開始点および終了点の座標が表示される。これにより、ユーザは開始点および終了点の位置を数値で確認することが可能である。また、ユーザは、座標を数値で直接入力することによって開始点および終了点を指定することも可能である。また、ポインタ６２ｃの現在位置の座標も作成領域６２ｂの下側に表示される。なお、作成領域６２ｂは、左下の頂点を原点とするＸＹ平面において、座標値で５００四方の範囲である。図４の例では、ポインタ６２ｃが作成領域６２ｂの中央に位置しているのでポインタの現在位置の座標が（２５０、２５０）と表示されている。

また、円弧を描く場合には、図５に示すように、線種項目６２ａから円弧を選択した後、作成領域６２ｂ内においてポインタ６２ｃで中心点およびサイズを指定して円を描く。また、円弧が選択されている場合には、任意形状作成ツール画面６２には、指定された中心点の座標、軌跡の開始角度、開始点からの回転角度および半径の値が表示される。ユーザは、開始角度および回転角度を入力することによって円弧の開始点および終了点を任意に設定することが可能である。また、中心点の座標および半径を数値で直接入力することも可能である。なお、開始角度は図５の作成領域６２ｂのＸ軸を基準とし、反時計回りの方向を正としている。

また、楕円を描く場合には、図６に示すように、線種項目６２ａから楕円を選択した後、作成領域６２ｂ内においてポインタ６２ｃで中心点およびサイズを指定して楕円を描く。また、楕円が選択されている場合には、任意形状作成ツール画面６２には、指定された中心点の座標、軌跡の開始角度、開始点からの回転角度、Ｘ軸径およびＹ軸径の値が表示される。ユーザは、円弧の場合と同様に、開始角度および回転角度を入力することによって楕円の開始点および終了点を任意に設定することが可能である。また、中心点の座標、Ｘ軸径およびＹ軸径を数値で直接入力することも可能である。なお、開始角度は図６の作成領域６２ｂのＸ軸を基準とし、反時計回りの方向を正としている。

ユーザは、上記のように描いた直線、円弧および楕円を作成領域６２ｂ内において任意に組み合わせることにより、図７に示すように、任意形状の溶接軌跡を描くことが可能である。そして、任意形状作成ツールにより作成された任意形状の溶接軌跡の情報をファイルとしてＰＣ６のデバイススロット６１ａに装着されたメモリカード１１０、ＰＣ６内またはＰＣ６のＵＳＢ端子６１ｂに装着されたＵＳＢメモリ（図示せず）に保存する。このようにして、ＰＣ６を用いて任意形状の溶接軌跡の情報を作成する。

次に、図１および図４〜図９を参照して、溶接を行う前の準備手順について説明する。

まず、ＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡の情報をロボット制御装置２にロードする。具体的には、溶接軌跡の情報が記憶されたメモリカード１１０をペンダント３のデバイススロット３３に挿入してデータ格納部２２にロードする。または、ＰＣ６内またはＵＳＢメモリに保存された溶接軌跡の情報を、ＵＳＢケーブルやＵＳＢメモリを用いてＵＳＢ端子３４を介してデータ格納部２２にロードしてもよい。

また、ペンダント３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２にロボット１の動作を教示する。また、ペンダント３を用いて溶接を行う区間（溶接区間）を設定する。溶接区間は、後述するレーザ溶接条件ファイル画面３１１でのサイズの指定と、同じく後述する第１基準点Ｂ１、第２基準点Ｂ２の教示を行うことで設定される。

また、レーザ溶接に関する溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）を設定する。具体的には、ＰＣ６により作成した任意形状の溶接軌跡に基づいてレーザ溶接を行う場合には、図８に示すように、ペンダント３の表示部３１（図１参照）に表示されるレーザ溶接条件ファイル画面３１１上で補間種類として「任意形状」を選択する。なお「補間種類」とは、ロボット１に教示した複数の位置（教示点）の間を移動する際にロボット先端部の動作軌跡をどのようにするかを指定するものである。図示しないが、「任意形状」の他には「直線」や「円弧」といった補間種類が指定可能である。本実施形態のような複雑な溶接軌跡を用いない場合には補間種類として「直線」が指定されることが多い。

また、レーザ溶接条件ファイル画面３１１上でレーザ出力の値および溶接速度を設定する。また、本実施形態では、ＰＣ６により作成された任意形状の溶接軌跡の情報（ファイル）をデータ格納部２２に複数ロード、保存しておくことが可能であり、所望の溶接軌跡をファイル番号（図８のファイルＮｏ.）を指定することにより選択する。また、座標で５００四方の作成領域６２ｂ（図４〜図７参照）を対象物のワーク領域２００（図９参照）に反映した場合の一辺の長さを指定する。たとえば、座標で５００をワーク領域２００で５０ｍｍに設定する場合には、サイズ５０ｍｍとして指定する。このように指定すると、５００四方の作成領域６２ｂに描かれた溶接軌跡が５０ｍｍ四方内の領域に自動的にスケーリングされる。

また、ペンダント３を用いてロボット１を移動させながらＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡の基準位置および基準方向をロボット制御装置２に教示する。具体的には、図９に示すように、ロボット１を移動させてレーザスキャナ４から教示用のレーザ光を照射し、ユーザがワーク上のレーザ光の位置を確認しながら所望の位置にて基準位置としての第１基準点Ｂ１をロボット制御装置２に教示する。これにより、ロボット１の設置部に固定されたロボット座標系｛Ｒ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＲＢ１が教示される。基準位置としての第１基準点Ｂ１は、作成領域６２ｂ（図４〜図７参照）をワーク領域２００に反映した場合に、作成領域６２ｂにおける原点（作成領域６２ｂの左下の頂点）が位置する点である。また、ロボット１を移動させてレーザスキャナ４から教示用のレーザ光を照射して第１基準点Ｂ１の場合と同様にユーザがワーク上のレーザ光の位置を確認しながら第２基準点Ｂ２をロボット制御装置２に教示する。これにより、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た第２基準点Ｂ２の位置^ＲＢ２が教示される。また、任意形状の溶接軌跡の基準方向として、第１基準点Ｂ１から第２基準点Ｂ２に向かう方向が教示される。基準方向としての第１基準点Ｂ１から第２基準点Ｂ２に向かう方向は、作成領域６２ｂ（図４〜図７参照）をワーク領域２００に反映した場合の作成領域６２ｂにおけるＸ方向である。このようにして、作成領域６２ｂのＸＹ平面とロボット座標系｛Ｒ｝との位置関係を設定することでワーク領域２００において、ＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡の位置決めが行われる。

次に、図８〜図１４を参照して、本実施形態のロボットシステム１００がレーザ溶接を行う際に実施される焦点演算部２７による溶接時の処理について説明する。

図１０のステップＳ１において、焦点演算部２７は、レーザスキャナ４に固定されたレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１（図９参照）の位置^ＬＢ１を取得する。具体的には、焦点演算部２７は、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴと、教示されたロボット座標系｛Ｒ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＲＢ１とに基づいて、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１を取得する。

次に、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１を求める式を以下の式（１）に示す。

^ＬＢ１（Ｘ_Ｂ１、Ｙ_Ｂ１）＝（^Ｒ _ＬＴ）^−１・^ＲＢ１・・・・・（１）
上記式（１）において、^ＬＢ１は、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置、Ｘ_Ｂ１は、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１のＸ座標、Ｙ_Ｂ１は、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１のＹ座標、^Ｒ _ＬＴは、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢、^ＲＢ１は、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置をそれぞれ表す。また、（^Ｒ _ＬＴ）^−１は^Ｒ _ＬＴの逆変換を意味し、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たロボット座標系｛Ｒ｝原点の現在の位置・姿勢を表す。

そして、焦点演算部２７は、ステップＳ２において、第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１が溶接開始範囲Ａ１（図１１および図１２参照）に入っているか否かを判断する。溶接開始範囲Ａ１は、図１１に示すように、ユーザがレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝の原点を中心とする円または楕円のＸ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２の値を設定することによって決定される。ユーザは、Ｘ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２を自在に設定可能である。ただし径の設定を大きくしすぎるとレーザスキャナ４から大きく離れた場所にまでレーザが照射されてしまうため、各径の設定可能値を最大２００ｍｍとしている。本実施形態では、たとえば、Ｘ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２が１８０ｍｍに設定されている。溶接開始範囲Ａ１は、ロボット１によりレーザスキャナ４が移動されるのに伴って移動される。

次に、第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１が溶接開始範囲Ａ１内か否かを判断するための式を以下の式（２−５）に示す。なお、式（２−１）〜（２−４）は、式（２−５）の算出手順を説明するためのものである。

まず、図１１に示す溶接開始範囲Ａ１内に位置するＸ座標およびＹ座標は、以下の式（２−１）および式（２−２）で定義される。
Ｘ≦ｄ１／２×ｃｏｓ（α）・・・・・（２−１）
Ｙ≦ｄ２／２×ｓｉｎ（α）・・・・・（２−２）
これらを変換して以下の式（２−３）および式（２−４）を得る。
４Ｘ^２／ｄ１^２≦ｃｏｓ^２（α）・・・・・（２−３）
４Ｙ^２／ｄ２^２≦ｓｉｎ^２（α）・・・・・（２−４）
そして、上記式（２−３）および式（２−４）から、第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１が溶接開始範囲Ａ１内に位置する場合に満足すべき式（２−５）を得る。
４（Ｘ_Ｂ１ ^２／ｄ１^２＋Ｙ_Ｂ１ ^２／ｄ２^２）≦１・・・・・（２−５）
上記式（２−５）において、Ｘ_Ｂ１は、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１のＸ座標、Ｙ_Ｂ１は、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１のＹ座標、ｄ１は、溶接開始範囲Ａ１のＸ軸径、ｄ２は、溶接開始範囲Ａ１のＹ軸径をそれぞれ表す。

焦点演算部２７は、第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１が溶接開始範囲Ａ１に入るまでこの判断を繰り返す。図１２に示すように、第１基準点Ｂ１の位置^ＬＢ１が溶接開始範囲Ａ１に入ると、焦点演算部２７は、ステップＳ３において、溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）に基づいて、溶接区間における制御周期回数Ｎを取得する。具体的には、焦点演算部２７は、溶接の軌跡情報Ｄ、溶接速度Ｖおよびロボット１の制御周期Δｔに基づいて、制御周期回数Ｎを算出する。溶接の軌跡情報Ｄは、ペンダント３を用いて設定された溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）に基づくものであり、軌跡の大きさ（長さ）や方向などの情報を含む溶接軌跡の形態に関する情報である。溶接速度Ｖは、図８に示すレーザ溶接条件ファイル画面３１１で設定された溶接速度である。また、この段階で変数ｋ（後述）に０を代入して初期化しておく。

次に、溶接区間における制御周期回数Ｎを取得する式を以下の式（３）に示す。

Ｎ＝Ｄ／（Ｖ・Δｔ）・・・・・（３）
上記式（３）において、Ｎは、溶接区間における制御周期回数（０以上の整数）、Ｄは、溶接の軌跡情報（この場合は溶接軌跡の長さ）、Ｖは、溶接速度、Δｔは、制御周期をそれぞれ表す。なお、式（３）の右辺が割り切れない場合は小数点以下を切り捨てた値をＮとする。

その後、焦点演算部２７は、ステップＳ４において、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た第１基準点Ｂ１の位置^ＲＢ１および基準方向（第１基準点Ｂ１から第２基準点Ｂ２に向かう方向）に基づいて、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接開始点^ＲＷｓを取得する。そして、ステップＳ５において、焦点演算部２７は、溶接区間でのｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接点の位置^ＲＷｋを取得する。ここで、ｋは整数（ただし、０≦ｋ≦Ｎ）ある。

次に、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接点の位置^ＲＷｋを取得する式を以下の式（４）に示す。

^ＲＷｋ＝^ＲＷｓ＋Ｄ（ｋ／Ｎ）・・・・・（４）
上記式（４）において、^ＲＷｋは、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接点の位置、^ＲＷｓは、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接開始点、Ｄは、溶接の軌跡情報（この場合は溶接軌跡の長さ）、Ｎは、溶接区間における制御周期回数をそれぞれ表す。

また、焦点演算部２７は、ステップＳ６において、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋを取得する。具体的には、焦点演算部２７は、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴ、および、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接点の位置^ＲＷｋに基づいて、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋを算出する。

次に、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋを取得する式を以下の式（５）に示す。

^ＬＷｋ（Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）＝（^Ｒ _ＬＴ）^−１・^ＲＷｋ・・・・・（５）
上記式（５）において、^ＬＷｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置、Ｘ_ｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点のＸ座標、Ｙ_ｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点のＹ座標、^Ｒ _ＬＴは、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢、^ＲＷｋは、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接点の位置、ｋは、整数（ただし、０≦ｋ≦Ｎ）をそれぞれ表す。また、（^Ｒ _ＬＴ）^−１は^Ｒ _ＬＴの逆変換を意味し、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たロボット座標系｛Ｒ｝原点の現在の位置・姿勢を表す。

そして、焦点演算部２７は、ステップＳ７において、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋが溶接範囲Ａ２（図１３および図１４参照）に入っているか否かを判断する。溶接範囲Ａ２は、図１３に示すように、ユーザがレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝の原点を中心とする円または楕円のＸ軸径ｄ３およびＹ軸径ｄ４の値を設定することによって決定される。ユーザは、Ｘ軸径ｄ３およびＹ軸径ｄ４を自在に設定可能である。ただし溶接開始範囲Ａ１のＸ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２と同様、径の設定を大きくしすぎるとレーザスキャナ４から大きく離れた場所にまでレーザが照射されてしまうため、各径の設定可能値を最大２００ｍｍ以内としている。本実施形態では、たとえば、Ｘ軸径ｄ３およびＹ軸径ｄ４が２００ｍｍに設定されている。溶接範囲Ａ２は、ロボット１によりレーザスキャナ４が移動されるのに伴って移動される。

次に、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋが溶接範囲Ａ２内か否かを判断するための式を以下の式（６）に示す。なお、式（６）は、上記式（２−５）と同様の手順により算出する。

４（Ｘ_ｋ ^２／ｄ３^２＋Ｙ_ｋ ^２／ｄ４^２）≦１・・・・・（６）
上記式（６）において、Ｘ_ｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点のＸ座標、Ｙ_ｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点のＹ座標、ｄ３は、溶接範囲Ａ２のＸ軸径、ｄ４は、溶接範囲Ａ２のＹ軸径をそれぞれ表す。

焦点演算部２７は、図１３および図１４に示すように、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋが溶接範囲Ａ２に入っていると、ステップＳ８において、ｋ回目の制御周期における溶接点Ｗｋにレーザ光を照射する制御を行う。一方、焦点演算部２７は、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋが溶接範囲Ａ２に入っていなければ、レーザ光を照射することなくステップＳ９に進む。これにより、レーザスキャナ４から誤った位置にレーザ光が照射されてしまうのを抑制することが可能である。なお、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋが溶接範囲Ａ２に入らず、所望の溶接軌跡に適切に溶接を行うことができない場合は、ロボット１により移動されるレーザスキャナ４の移動軌跡（移動経路）と溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）との関係が適切でないため、これらを設定し直すことにより適切な溶接を行うことが可能である。

焦点演算部２７は、ステップＳ９において、ｋ＝Ｎであるか否かを判断し、ｋ＝Ｎであれば、そのまま溶接時の処理を終了する。また、ｋ＝Ｎでなければ（ｋ＜Ｎの場合には）、焦点演算部２７は、ステップＳ１０において、ｋをインクリメントして、ｋ＝ＮとなるまでステップＳ５〜Ｓ１０の処理を繰り返す。このように、本実施形態のロボットシステム１００では、レーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴにおいてレーザ光を照射するか否かをロボット１の制御周期ごとに判断するので、レーザ光の照射を開始する際のレーザスキャナ４の位置・姿勢およびレーザ光の照射を終了する際のレーザスキャナ４の位置・姿勢を予め設定する場合とは異なり、レーザスキャナ４の移動速度が溶接速度Ｖに依存しない。また、本実施形態では、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋが溶接範囲Ａ２内に位置するようにレーザスキャナ４の位置をロボット１の動作によって調整するだけでよく、レーザスキャナ４の移動軌跡と溶接軌跡とを合わせる必要がない。また、本実施形態によるロボットシステム１００では、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た溶接点の位置^ＬＷｋが溶接範囲Ａ２内に位置するか否かを判断することによって、レーザスキャナ４が移動しているか否かに拘わらず、任意形状の溶接軌跡に対応することが可能である。

本実施形態では、上記のように、任意形状の溶接軌跡の情報およびレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴに基づいて、レーザスキャナ４によりレーザ光を照射する制御を行う焦点演算部２７を設けることによって、焦点演算部２７により、レーザスキャナ４の移動状態を考慮してレーザ光を照射する制御を行うことができるので、レーザスキャナ４が移動しながらレーザ光を照射する場合にも、レーザスキャナ４の移動に応じて任意形状の溶接軌跡に対して適切にレーザ光を照射することができる。その結果、任意形状の溶接軌跡に対応した溶接を行うことができる。

本実施形態では、上記のように、ＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡の情報およびレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴに基づいて、レーザ光を照射する制御を行うように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、外部装置であるＰＣ６を用いて容易に任意形状の溶接軌跡の情報を作成することができるとともに、その任意形状の溶接軌跡に対応した溶接を行うことができる。

本実施形態では、上記のように、ＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡の情報をメモリカード１１０を介して受け付けるデバイススロット３３をペンダント３に設け、デバイススロット３３により受け付けられた任意形状の溶接軌跡の情報およびレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴに基づいて、レーザ光を照射する制御を行うように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、デバイススロット３３により、ＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡の情報をメモリカード１１０を介して容易に受け付けることができるので、容易に、外部装置であるＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡に対応した溶接を行うことができる。

本実施形態では、上記のように、任意形状の溶接軌跡の情報とペンダント３により教示された第１基準点Ｂ１および基準方向（第１基準点Ｂ１から第２基準点Ｂ２に向かう方向）とに基づいて、任意形状の溶接軌跡に対応する溶接点Ｗｋを取得し、取得した溶接点Ｗｋにレーザ光を照射する制御を行うように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、外部装置であるＰＣ６で作成された任意形状の溶接軌跡を、第１基準点Ｂ１および基準方向を用いて対象物のワーク領域２００に容易に反映することができるので、外部装置であるＰＣ６を用いて作成された任意形状の溶接軌跡に対応した溶接を容易に行うことができる。

本実施形態では、上記のように、直線、円弧および楕円の異なる線種が任意に組み合わされた任意形状に対応するように構成する。このように構成すれば、直線、円弧および楕円の３つの線種を任意に組み合わせて任意形状の溶接軌跡を作成することができるので、溶接軌跡に対して自由度の高いロボットシステム１００を提供することができる。

本実施形態では、上記のように、レーザスキャナ４が移動しているか否かに拘わらず、任意形状の溶接軌跡に対応する溶接点Ｗｋがレーザスキャナ４によりレーザ光を照射可能な溶接範囲Ａ２内に位置するか否かを判断し、溶接点Ｗｋが溶接範囲Ａ２内に位置する場合にレーザ光を照射する制御を行うように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、溶接点Ｗｋが溶接範囲Ａ２内に位置していない場合には、レーザ光が照射されないので、レーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴから照射することができない溶接点Ｗｋであるにも拘わらずレーザ光を照射して誤った位置にレーザ光が照射されてしまうのを抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、任意形状の溶接軌跡の基準位置としての第１基準点Ｂ１がレーザスキャナ４の溶接開始範囲Ａ１内に位置するか否かを判断し、第１基準点Ｂ１が溶接開始範囲Ａ１内に入った場合に、溶接点Ｗｋがレーザスキャナ４の溶接範囲Ａ２内に位置するか否かを判断する制御を開始するように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、第１基準点Ｂ１がレーザスキャナ４の溶接開始範囲Ａ１内に入るほどレーザスキャナ４が任意形状の溶接軌跡に近づいた場合に、焦点演算部２７により、溶接点Ｗｋがレーザスキャナ４の溶接範囲Ａ２内に位置するか否かを判断する制御が開始されるので、レーザスキャナ４が任意形状の溶接軌跡から遠く離れた位置に位置しているにも拘わらず、溶接点Ｗｋが溶接範囲Ａ２内か否かを判断する無駄な制御動作が行われるのを抑制して焦点演算部２７の負荷を軽減することができる。

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。

たとえば、上記実施形態では、本発明のロボットシステムの一例として、レーザ光を照射してリモートレーザ溶接を行うロボットシステムを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、レーザ光により対象物を切断するなど、溶接以外の加工を行うロボットシステムであってもよい。

また、上記実施形態では、メモリカードを読み込み可能なデバイススロット（受付部）およびＵＳＢ端子（受付部）を、本発明の教示装置としてのペンダントに設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、受付部を、教示装置以外の、たとえばロボット制御装置に設けてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の受付部の一例として、メモリカードを読み込み可能なデバイススロットおよびＵＳＢ端子を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、メモリカードやＵＳＢメモリ以外の可搬型記録媒体を読み込み可能な受付部であってもよいし、ＬＡＮ接続（有線、無線を含む）など、ＵＳＢ接続以外の接続に対応した受付部であってもよい。また、ＰＣ（外部情報端末）およびペンダント（教示装置）やロボット制御装置がインターネットに接続可能な場合には、インターネットを介して任意形状の加工軌跡の情報をＰＣ（外部情報端末）からペンダント（教示装置）やロボット制御装置に送信してもよい。この場合には、ペンダント（教示装置）やロボット制御装置のインターネット接続部が受付部として機能する。

また、上記実施形態では、直線、円弧および楕円の３つの異なる線種が組み合わされた任意形状に対応可能に構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、正弦曲線や余弦曲線など、直線、円弧および楕円以外の線種が組み合わされた任意形状に対応可能なように構成してもよい。

また、上記実施形態では、本発明の外部装置の一例として、ＰＣを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、携帯電話端末や携帯情報端末（ＰＤＡ）など、ＰＣ以外の外部装置（外部情報端末）であってもよい。さらに、上記実施形態では、外部装置とペンダント（教示装置）とを別体とする例を示したが、本発明はこれに限らず、両者を一体化してもよい。すなわち、外部装置であるＰＣなどにペンダント（教示装置）の機能を統合してロボット制御装置と接続してもよいし、ペンダント上で任意形状の溶接軌跡を作成できるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部としての焦点演算部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。

１ロボット
３ペンダント（教示装置）
４レーザスキャナ（レーザ照射部）
６ＰＣ（加工軌跡作成装置、外部装置、外部情報端末装置）
２７焦点演算部（制御部）
３３デバイススロット（受付部、記録媒体読取部）
３４ＵＳＢ端子（受付部）
１００ロボットシステム
１１０メモリカード（可搬型記録媒体）

Claims

ロボットと、
前記ロボットにより移動され、加工対象物に対してレーザ光を照射するレーザ照射部と、
任意形状の加工軌跡の情報および前記レーザ照射部の移動情報に基づいて、前記レーザ照射部により前記レーザ光を照射する制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記レーザ照射部が移動している際に、前記任意形状の加工軌跡の基準位置が前記レーザ照射部の所定範囲内に位置するか否かを判断し、前記基準位置が前記所定範囲内に入った場合に、前記任意形状の加工軌跡に対応する加工位置が前記レーザ照射部により前記レーザ光を照射可能な加工範囲内に位置するか否かを判断する制御を開始し、前記加工位置が前記加工範囲内に位置する場合に、前記加工軌跡に対して溶接を開始する制御を行うように構成されている、ロボットシステム。
前記制御部は、加工軌跡作成装置を用いて作成された前記任意形状の加工軌跡の情報および前記レーザ照射部の移動情報に基づいて、前記レーザ光を照射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。
前記ロボットの動作を教示するための教示装置をさらに備え、
前記制御部は、前記加工軌跡作成装置としての前記教示装置を用いて作成された前記任意形状の加工軌跡の情報および前記レーザ照射部の移動情報に基づいて、前記レーザ光を照射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。
前記ロボットの動作を教示するための教示装置をさらに備え、
前記制御部は、前記教示装置とは異なる前記加工軌跡作成装置としての外部装置を用いて作成された前記任意形状の加工軌跡の情報および前記レーザ照射部の移動情報に基づいて、前記レーザ光を照射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。
前記外部装置を用いて作成された前記任意形状の加工軌跡の情報を受け付ける受付部をさらに備え、
前記制御部は、前記受付部により受け付けられた前記任意形状の加工軌跡の情報および前記レーザ照射部の移動情報に基づいて、前記レーザ光を照射する制御を行うように構成されている、請求項４に記載のロボットシステム。
前記受付部は、前記外部装置を用いて作成された前記任意形状の加工軌跡の情報を可搬型記録媒体を介して受け付け可能な記録媒体読取部である、請求項５に記載のロボットシステム。
前記外部装置を用いて作成された前記任意形状の加工軌跡の前記基準位置および基準方向が前記教示装置により教示されており、
前記制御部は、前記任意形状の加工軌跡の情報と前記教示装置により教示された前記基準位置および前記基準方向とに基づいて、前記任意形状の加工軌跡に対応する加工位置の情報を取得し、取得した前記加工位置に前記レーザ光を照射する制御を行うように構成されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
前記外部装置は、外部情報端末装置である、請求項４〜７のいずれか１項に記載のロボットシステム。
前記任意形状は、異なる線種の組み合わせからなる形状である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボットシステム。
前記制御部は、前記レーザ照射部が移動しているか否かに拘わらず、前記任意形状の加工軌跡に対応する加工位置が前記レーザ照射部により前記レーザ光を照射可能な加工範囲内に位置するか否かを判断し、前記加工位置が前記加工範囲内に位置する場合に前記レーザ光を照射する制御を行うように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のロボットシステム。