特開 2023-32040 自走式溶接ロボット、溶接方法、プログラム、及び制御マップの作成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023032040

(43)【公開日】2023-03-09

(54)【発明の名称】自走式溶接ロボット、溶接方法、プログラム、及び制御マップの作成方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/12 20060101AFI20230302BHJP

   B23K 37/02 20060101ALI20230302BHJP

   B23K 9/127 20060101ALI20230302BHJP

   B25J 5/00 20060101ALI20230302BHJP

【ＦＩ】

B23K9/12 331D

B23K9/12 350B

B23K37/02 A

B23K9/127 502C

B25J5/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021137908

(22)【出願日】2021-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100125645

【弁理士】

【氏名又は名称】是枝 洋介

(74)【代理人】

【識別番号】100145609

【弁理士】

【氏名又は名称】楠屋 宏行

(74)【代理人】

【識別番号】100149490

【弁理士】

【氏名又は名称】羽柴 拓司

(72)【発明者】

【氏名】菅野 直紀

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS11

3C707CS08

3C707KS36

3C707LT06

3C707LV05

3C707WA16

(57)【要約】      （修正有）

【課題】曲面を有するコーナー部において良好な溶接を実現することが可能な自走式溶接ロボットを提供する。
【解決手段】自走式溶接ロボットは、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットであって、車体と、車体に設けられた前輪と、車体に設けられた後輪と、車体に支持された溶接トーチと、溶接トーチを車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータ６と、溶接トーチを車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータ７と、前記車体の姿勢を表す姿勢データを取得する姿勢取得部１１と、前記自走式溶接ロボットが前記溶接対象のコーナー部を走行するときに、前記車体の姿勢及び前記コーナー部の曲率に応じた前記高さ調整アクチュエータ６の目標値及び前記角度調整アクチュエータ７の目標値を出力する制御部１４と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットであって、
車体と、
前記車体に設けられた前輪と、
前記車体に設けられた後輪と、
前記車体に支持された溶接トーチと、
前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、
前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータと、
前記車体の姿勢を表す姿勢データを取得する姿勢取得部と、
前記自走式溶接ロボットが前記溶接対象のコーナー部を走行するときに、前記車体の姿勢及び前記コーナー部の曲率に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を出力する制御部と、
を備える、自走式溶接ロボット。

【請求項2】

前記制御部は、前記コーナー部において前記溶接トーチの先端と溶接点の距離及び前記溶接トーチの溶接点に対する角度の少なくとも一方を一定に保つように、前記高さ調整アクチュエータ及び前記角度調整アクチュエータを制御する、
請求項１に記載の自走式溶接ロボット。

【請求項3】

前記コーナー部の曲率を表す曲率データを取得する曲率取得部をさらに備える、
請求項１または２に記載の自走式溶接ロボット。

【請求項4】

前記コーナー部の曲率並びに前記前輪及び前記後輪の大きさ及び間隔に基づいて、前記車体の姿勢に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を含む制御マップを予め作成するマップ作成部をさらに備える、
請求項１ないし３の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項5】

前記マップ作成部は、前記コーナー部において前記溶接トーチの先端と溶接点の距離及び前記溶接トーチの溶接点に対する角度の少なくとも一方が一定に保たれるように、前記車体の姿勢に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を算出する、
請求項４に記載の自動式溶接ロボット。

【請求項6】

前記前輪及び前記後輪の少なくとも一方を駆動する車輪用アクチュエータを備え、
前記制御部は、前記自走式溶接ロボットの移動速度をさらに制御する、
請求項１ないし５の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項7】

前記制御部は、前記コーナー部において前記溶接トーチの先端の移動速度が一定となるように、前記車輪用アクチュエータの目標値を出力する、
請求項６に記載の自動溶接ロボット。

【請求項8】

前記姿勢取得部は、前記車体の移動量を検出する移動量検出部を含み、前記車体の移動量を前記姿勢データとして取得する、
請求項１ないし７の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項9】

前記制御部は、前記前輪が前記コーナー部上にあり、且つ溶接点が前記コーナー部の手前にある区間では、前記車体の移動に伴って前記溶接トーチの前進角及び高さが増加するように、前記高さ調整アクチュエータ及び前記角度調整アクチュエータを制御する、
請求項８に記載の自走式溶接ロボット。

【請求項10】

前記制御部は、前記前輪が前記コーナー部上にあり、且つ溶接点も前記コーナー部上にある区間では、前記車体の移動に伴って前記溶接トーチの前進角が減少し、且つ前記溶接トーチの高さが増加するように、前記高さ調整アクチュエータ及び前記角度調整アクチュエータを制御する、
請求項８または９に記載の自走式溶接ロボット。

【請求項11】

前記制御部は、前記前輪が前記コーナー部を過ぎ、溶接点が前記コーナー部上にあり、且つ前記後輪が前記コーナー部の手前にある区間では、前記車体の移動に伴って前記溶接トーチの前進角が減少し、前記コーナー部の中央で０となった後、後進角が増加し、且つ前記車体の移動に伴って前記溶接トーチの高さが増加し、前記コーナー部の中央で極大値となった後、減少するように、前記高さ調整アクチュエータ及び前記角度調整アクチュエータを制御する、
請求項８ないし１０の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項12】

前記制御部は、溶接点が前記コーナー部上にあり、且つ前記後輪も前記コーナー部上にある区間では、前記車体の移動に伴って前記溶接トーチの後進角が増加し、且つ前記溶接トーチの高さが減少するように、前記高さ調整アクチュエータ及び前記角度調整アクチュエータを制御する、
請求項８ないし１１の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項13】

前記制御部は、溶接点が前記コーナー部を過ぎ、且つ前記後輪が前記コーナー部上にある区間では、前記車体の移動に伴って前記溶接トーチの後進角及び高さが減少するように、前記高さ調整アクチュエータ及び前記角度調整アクチュエータを制御する、
請求項８ないし１２の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項14】

前記姿勢取得部は、前記車体の角度を検出する角度検出部を含み、前記車体の角度を前記姿勢データとして取得する、
請求項１ないし７の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項15】

前記姿勢取得部は、前記車体と前記溶接対象の間隔を検出する距離検出部を含み、前記間隔を前記姿勢データとして取得する、
請求項１ないし７の何れかに記載の自走式溶接ロボット。

【請求項16】

車体と、前記車体に設けられた前輪と、前記車体に設けられた後輪と、前記車体に支持された溶接トーチと、前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータとを備え、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットを用意し、
前記車体の姿勢を表す姿勢データを取得し、
前記自走式溶接ロボットが前記溶接対象のコーナー部を走行するときに、前記車体の姿勢及び前記コーナー部の曲率に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を出力する、
溶接方法。

【請求項17】

車体と、前記車体に設けられた前輪と、前記車体に設けられた後輪と、前記車体に支持された溶接トーチと、前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータとを備え、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットのコンピュータに、
前記車体の姿勢を表す姿勢データを取得すること、及び、
前記自走式溶接ロボットが前記溶接対象のコーナー部を走行するときに、前記車体の姿勢及び前記コーナー部の曲率に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を出力すること、
を実行させるためのプログラム。

【請求項18】

車体と、前記車体に設けられた前輪と、前記車体に設けられた後輪と、前記車体に支持された溶接トーチと、前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータとを備え、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットが用いる制御マップの作成方法であって、
前記溶接対象のコーナー部の曲率を表す曲率データを取得し、
前記コーナー部の曲率並びに前記前輪及び前記後輪の大きさ及び間隔に基づいて、前記車体の姿勢に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を含む制御マップを作成する、
制御マップの作成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自走式溶接ロボット、溶接方法、プログラム、及び制御マップの作成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、前後左右の車輪をマグネット車として傾斜面を自走して昇降できるようにした台車に、２本の垂直軸を各々別個の駆動装置で上下動自在に備え、上記２本の垂直軸のうち一方の垂直軸にオシレート機能をもたせると共に該軸上部に水平の左右軸を左右方向へ移動自在に保持させ、且つ上記左右軸の一端に、溶接トーチの先端を中心として該溶接トーチを揺動させる回転軸を連結し、更に台車の側方に走行線センサーを、又、上記垂直軸のうち他方の垂直軸の下端に上下センサー、走行面傾きセンサーをそれぞれ備えたことを特徴とする自走式溶接ロボットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平６－８３８９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記文献には、曲面を有するコーナー部における溶接について開示されておらず、曲面を有するコーナー部において良好な溶接を期待することができない。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、曲面を有するコーナー部において良好な溶接を実現することが可能な自走式溶接ロボット、溶接方法、プログラム、及び制御マップの作成方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の一の態様の自走式溶接ロボットは、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットであって、車体と、前記車体に設けられた前輪と、前記車体に設けられた後輪と、前記車体に支持された溶接トーチと、前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータと、前記車体の姿勢を表す姿勢データを取得する姿勢取得部と、前記自走式溶接ロボットが前記溶接対象のコーナー部を走行するときに、前記車体の姿勢及び前記コーナー部の曲率に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を出力する制御部と、を備える。

【0007】

また、本発明の他の態様の溶接方法は、車体と、前記車体に設けられた前輪と、前記車体に設けられた後輪と、前記車体に支持された溶接トーチと、前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータとを備え、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットを用意し、前記車体の姿勢を表す姿勢データを取得し、前記自走式溶接ロボットが前記溶接対象のコーナー部を走行するときに、前記車体の姿勢及び前記コーナー部の曲率に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を出力する。

【0008】

また、本発明の他の態様のプログラムは、車体と、前記車体に設けられた前輪と、前記車体に設けられた後輪と、前記車体に支持された溶接トーチと、前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータとを備え、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットのコンピュータに、前記車体の姿勢を表す姿勢データを取得すること、及び、前記自走式溶接ロボットが前記溶接対象のコーナー部を走行するときに、前記車体の姿勢及び前記コーナー部の曲率に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を出力すること、を実行させる。

【0009】

また、本発明の他の態様の制御マップの作成方法は、車体と、前記車体に設けられた前輪と、前記車体に設けられた後輪と、前記車体に支持された溶接トーチと、前記溶接トーチを前記車体の上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータと、前記溶接トーチを前記車体の前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータとを備え、溶接対象上を走行しながら溶接を行う自走式溶接ロボットが用いる制御マップの作成方法であって、前記溶接対象のコーナー部の曲率を表す曲率データを取得し、前記コーナー部の曲率並びに前記前輪及び前記後輪の大きさ及び間隔に基づいて、前記車体の姿勢に応じた前記高さ調整アクチュエータの目標値及び前記角度調整アクチュエータの目標値を含む制御マップを作成する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、曲面を有するコーナー部において良好な溶接を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】自走式溶接ロボットの構成例を示す図である。

【図2】自走式溶接ロボットの構成例を示す図である。

【図3】情報処理装置の構成例を示す図である。

【図4】姿勢データの取得を説明するための図である。

【図5】姿勢データの取得を説明するための図である。

【図6】姿勢データの取得を説明するための図である。

【図7】姿勢データの取得を説明するための図である。

【図8】曲率データの取得を説明するための図である。

【図9】曲率データの取得を説明するための図である。

【図10】姿勢１を説明するための図である。

【図11】姿勢２を説明するための図である。

【図12】姿勢３を説明するための図である。

【図13】姿勢４を説明するための図である。

【図14】姿勢５を説明するための図である。

【図15】姿勢に応じたトーチ高さ及びトーチ角度の例を示す図である。

【図16】姿勢１を説明するための図である。

【図17】姿勢１を説明するための図である。

【図18】姿勢１を説明するための図である。

【図19】別の実施形態を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、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0013】

［自走式溶接ロボットの概要］
図１及び図２は、実施形態に係る自走式溶接ロボット１の構成例を示す側面図及び背面図である。図中の上下前後左右は、自走式溶接ロボット１を基準とする上下前後左右を表す。自走式溶接ロボット１は、ガイドレールを必要とせず、溶接対象ＷＢ上を自走しながら溶接を行うことが可能である。

【0014】

自走式溶接ロボット１は、車体２と、車体２の前部に設けられた前輪３と、車体２の後部に設けられた後輪４とを備えている。自走式溶接ロボット１は、２つの前輪３と２つの後輪４とを備える四輪車両である。前輪３及び後輪４は、磁性体で形成された溶接対象ＷＢに向かう引力を発生させるための磁石を含んでいる。磁石は、車体２に設けられてもよい。

【0015】

自走式溶接ロボット１は、車体２に支持された溶接トーチ５と、溶接トーチ５を車体２に対して上下方向に昇降させる高さ調整アクチュエータ６と、溶接トーチ５を車体２に対して前後方向に揺動させる角度調整アクチュエータ７とを備えている。溶接トーチ５は、高さ調整アクチュエータ６及び角度調整アクチュエータ７を介して車体２に支持されている。

【0016】

溶接トーチ５は、例えばアーク溶接のための溶接トーチである。溶接トーチ５は、前輪３よりも後方且つ後輪４よりも前方に配置されている。溶接トーチ５は、車体２の側方に先端部５１が下方を向いた姿勢で配置されている。図示の例では、溶接トーチ５は、車体２の右方に配置されている。溶接トーチ５の先端部５１は、溶接対象ＷＢの表面に接近する。

【0017】

自走式溶接ロボット１は、溶接対象ＷＢに定められた溶接線ＷＬ（図５参照）に沿って走行し、溶接トーチ５の先端部５１は、溶接線ＷＬのうちの溶接点ＷＰの近傍に位置決めされる。溶接点ＷＰは、溶接線ＷＬのうちの一点であって、溶接トーチ５による溶接が進行中の点である。

【0018】

高さ調整アクチュエータ６は、車体２と角度調整アクチュエータ７の間に介在し、溶接トーチ５及び角度調整アクチュエータ７を車体２に対して上下方向に昇降させる。高さ調整アクチュエータ６は、例えば電動リニアアクチュエータを含んでいる。高さ調整アクチュエータ６は、溶接トーチ５の車体２に対する高さ（以下、トーチ高さともいう）を制御する。

【0019】

角度調整アクチュエータ７は、高さ調整アクチュエータ６と溶接トーチ５の間に介在し、溶接トーチ５を左右軸回りに回転させる。角度調整アクチュエータ７は、例えば電動モータを含んでいる。角度調整アクチュエータ７は、溶接トーチ５の基端部に連結され、溶接トーチ５の先端部５１を車体２に対して前後方向に揺動させる。角度調整アクチュエータ７は、溶接トーチ５の車体２に対する角度（以下、トーチ角度ともいう）を制御する。

【0020】

車輪用アクチュエータ８は、減速機８１を介して前輪３に連結されており、前輪３を駆動することで自走式溶接ロボット１を走行させる。車輪用アクチュエータ８は、前輪３に限らず、後輪４を駆動してもよいし、前輪３と後輪４の両方を駆動してもよい。

【0021】

自走式溶接ロボット１は、高さ調整アクチュエータ６、角度調整アクチュエータ７、及び車輪用アクチュエータ８を制御するための制御装置１０を備えている。

【0022】

制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、及び入出力インターフェース等を含むコンピュータである。制御装置１０のＣＰＵは、ＲＯＭ又は不揮発性メモリからＲＡＭにロードされたプログラムに従って情報処理を実行する。プログラムは、光ディスク又はメモリカード等の情報記憶媒体を介して供給されてもよいし、インターネット又はＬＡＮ等の通信ネットワークを介して供給されてもよい。

【0023】

本実施形態に係る自走式溶接ロボット１は、制御装置１０が溶接トーチ５のトーチ高さ及びトーチ角度を適切に調整・制御することによって、曲面を有するコーナー部ＣＮにおいても良好な溶接を実現することが可能である。以下、制御装置１０の具体的な構成及び動作について説明する。

【0024】

［制御装置の構成及び動作］
図３は、制御装置１０の構成例を示すブロック図である。制御装置１０は、姿勢取得部１１、曲率取得部１２、マップ作成部１３、制御部１４、データ保持部１５、及びマップ保持部１６を備えている。このうち、機能部１１～１４は、制御装置１０のＣＰＵがプログラムに従って情報処理を実行することによって実現される。記憶部１５～１６は、制御装置１０のメモリに確保される。

【0025】

姿勢取得部１１及び制御部１４は、実施形態に係る溶接方法を実現するための機能部である。曲率取得部１２及びマップ作成部１３は、実施形態に係る制御マップの作成方法を実現するための機能部である。

【0026】

姿勢取得部１１は、車体２の姿勢を表す姿勢データを取得する。姿勢データは、車体２の姿勢を直接的又は間接的に表すデータである。本実施形態では、車体２の移動量が姿勢データとして用いられる。すなわち、コーナー部ＣＮでは車体２の移動量に応じて車体２の姿勢が変化するため、車体２の移動量を姿勢データとして用いることができる。姿勢取得部１１については詳細を後述する。

【0027】

曲率取得部１２は、コーナー部ＣＮの曲率を表す曲率データを取得する。本実施形態では、曲率データは、例えばユーザの操作入力に応じて取得される。これに限らず、曲率データは、溶接対象ＷＢの構造データから抽出されてもよいし、後述する手法によって実際に測定されてもよい。

【0028】

マップ作成部１３は、高さ調整アクチュエータ６及び角度調整アクチュエータ７の制御に用いられる制御マップを予め作成し、マップ保持部１６に格納する。マップ作成部１３は、車体２の姿勢に応じた高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値を算出し、制御マップに含める。

【0029】

具体的には、マップ作成部１３は、曲率取得部１２により取得されたコーナー部ＣＮの曲率を表す曲率データ、並びにデータ保持部１５に記憶された前輪３及び後輪４の大きさ及び間隔などを表す車両形状データに基づいて、車体２の姿勢に応じた高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値を算出する。

【0030】

高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値は、コーナー部ＣＮにおいて溶接トーチ５の先端部５１と溶接点ＷＰの距離及び溶接トーチ５の溶接点ＷＰに対する角度の少なくとも一方が一定に保たれるように算出される。制御マップの作成については詳細を後述する。

【0031】

制御部１４は、高さ調整アクチュエータ６、角度調整アクチュエータ７、及び車輪用アクチュエータ８を制御する。制御部１４は、自走式溶接ロボット１がコーナー部ＣＮを走行するときに、マップ保持部１６に格納された制御マップを参照して、車体２の姿勢に応じた高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値を出力する。

【0032】

具体的には、制御部１４は、コーナー部ＣＮにおいて溶接トーチ５の先端部５１と溶接点ＷＰの距離及び溶接トーチ５の溶接点に対する角度の少なくとも一方を一定に保つように、高さ調整アクチュエータ６及び角度調整アクチュエータ７を制御する。なお、完全に一定である必要はなく、当該制御を行わない場合と比較して変動が抑制されていれば足りる。

【0033】

［姿勢データの取得］
本実施形態では、図４に示すように、前輪移動量Ｌ（車体２の移動量に相当）を姿勢データとして取得する。前輪移動量Ｌの検出には、車輪用アクチュエータ８（図２参照）に設けられたエンコーダ又はビジョンセンサ１１ａ（図５参照）等の移動量検出部が用いられる。移動量検出部は、姿勢取得手段の一例である。

【0034】

コーナー部ＣＮ上の前輪移動量Ｘは、Ｘ＝Ｌ－Ｌ０で求められる。Ｌ０は、初期位置からコーナー部ＣＮの入口までの移動距離である。Ｌ０は、ユーザの操作入力又は構造データから取得されてもよいし、ティーチングにより取得されてもよい。ティーチングでは、溶接前に自走式溶接ロボット１を初期位置から移動させてコーナー部ＣＮの入口で停止させ、その状態の移動量検出値を記憶させる。

【0035】

車体２の姿勢を表す車体姿勢角∠θ２は、コーナー部ＣＮ上の前輪移動量Ｘを検出し、検出された前輪移動量Ｘ、コーナー部ＣＮの曲率、及び車両形状に基づいて、幾何学的に算出できる。車両形状は、前輪３及び後輪４の大きさ及び間隔などである。

【0036】

前輪移動量Ｌの検出にエンコーダを用いる場合、前輪３の回転量をエンコーダで測定し、測定された前輪３の回転量に車輪径を掛けることで、前輪移動量Ｌを求める。

【0037】

前輪移動量Ｌの検出にビジョンセンサ１１ａを用いる場合、図５に示すように、溶接対象ＷＢの表面に溶接線ＷＬに沿って設けられた距離マーカーＭＫをビジョンセンサ１１ａで読み取り、画像処理により前輪移動量Ｌを求める。ビジョンセンサ１１ａは、例えば車体２の溶接トーチ５とは反対の側方に配置される。

【0038】

姿勢データは、前輪移動量Ｌに限らず、例えば車体２の角度であってもよいし、車体２と溶接対象ＷＢの間隔などであってもよい。

【0039】

車体２の角度を検出する角度検出部は、例えばジャイロセンサを含み、検出された角速度から車体２の角度を求める。角度検出部は、姿勢取得手段の一例である。自走式溶接ロボット１がコーナー部ＣＮに入ると、車体２の角度が変化するので、この角度変化をジャイロセンサにより検出して、車体２の角度を取得する。

【0040】

車体２と溶接対象ＷＢの間隔を検出する距離検出部は、図６に示すように、例えば車体２に設けられたレーザ距離計１１ｂを含む。距離検出部は、姿勢取得手段の一例である。自走式溶接ロボット１がコーナー部ＣＮに入ると、レーザ距離計１１ｂにより検出される距離が変化するので、この距離変化から車体２の姿勢を推定できる。

【0041】

図７の上図は、車体移動量とレーザ距離計１１ｂの測定値との関係例を表すグラフであり、図７の下図は、車体移動量と車体姿勢角∠θ２との関係例を表すグラフである。

【0042】

レーザ距離計１１ｂの測定値、すなわち車体２と溶接対象ＷＢの間隔は、コーナー部ＣＮの入口までは一定で、コーナー部ＣＮの入口を過ぎると減少を始め、コーナー部ＣＮの中央で最も低くなり、コーナー部ＣＮの中央を過ぎると増加を始め、コーナー部ＣＮの出口を過ぎると再び一定となる。

【0043】

車体姿勢角∠θ２は、レーザ距離計１１ｂの測定値に応じて変化する。車体姿勢角∠θ２は、コーナー部ＣＮの入口までは０度のままで、コーナー部ＣＮの入口を過ぎると増加を始め、コーナー部ＣＮの中央で４５度となり、コーナー部ＣＮの中央を過ぎても増加を続け、コーナー部ＣＮの出口で９０度になる。

【0044】

レーザ距離計１１ｂの測定値に基づいてコーナー部ＣＮ上の位置を取得することも可能である。すなわち、レーザ距離計１１ｂの測定値の減少が始まった点をコーナー部ＣＮの入口とし、測定値が最も低くなった点をコーナー部ＣＮの中央とし、測定値の増加が終わった点をコーナー部ＣＮの出口とする。

【0045】

［曲率データの取得］
上述したように、本実施形態では、コーナー部ＣＮの曲率を表す曲率データは、ユーザの操作入力又は溶接対象ＷＢの構造データから取得されるが、これに限らず、以下に説明するように、コーナー部ＣＮの曲率が実際に測定されてもよい。

【0046】

例えば図８に示すように、自走式溶接ロボット１にＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等のレーザセンサ１２ａを設け、コーナー部ＣＮの形状をセンシングして、コーナー部ＣＮの曲率を求めてもよい。レーザセンサ１２ａに限らず、カメラが用いられてもよい。

【0047】

又は、上記図６に示したレーザ距離計１１ｂにより検出される距離（車体２と溶接対象ＷＢの間隔）の変化に基づいて、コーナー部ＣＮの曲率を求めてもよい。図９に示すように、自走式溶接ロボット１にコーナー部ＣＮを走行させたときの、レーザ距離計１１ｂの測定値のコーナー部ＣＮにおける変動幅に応じて、コーナー部ＣＮの曲率を決定する。

【0048】

単位時間ごとの移動量に対するレーザ距離計１１ｂの測定値（以下、変動度ともいう）によりコーナー部ＣＮの形状が把握される。レーザ距離計１１ｂの測定値の減少が始まった点、すなわち変動度が所定値（例えばゼロ）よりも低くなった点が、コーナー部ＣＮの入口と認識される。

【0049】

レーザ距離計１１ｂの測定値が減少し、最小値になる点、すなわち変動度が再び所定値（例えばゼロ）となる点が、コーナー部ＣＮの中央と認識される。その後、レーザ距離計１１ｂの測定値が増加し、増加が終わった点、すなわち変動度が再び所定値（例えばゼロ）となる点が、コーナー部ＣＮの出口と認識される。

【0050】

［制御マップの作成］
以下、制御マップの作成について説明する。

【0051】

トーチ高さ及びトーチ角度の制御を行うには、前もってコーナー部ＣＮの曲率を分かっている必要がある。そこで、溶接を行う前工程として、ユーザの操作入力若しくは溶接対象ＷＢの構造データからコーナー部ＣＮの曲率を取得し、又は自走式溶接ロボット１を走行させてコーナー部ＣＮの曲率を計測して、コーナー部ＣＮの曲率及び車両形状の幾何学的関係から、前輪移動量に対するトーチ高さ及びトーチ角度の制御マップを作成する。

【0052】

自走式溶接ロボット１は、コーナー部ＣＮを走行するとき、図１０～図１４に示すように５つの姿勢を採る（５つの区間を通る）。トーチ高さ及びトーチ角度は、自走式溶接ロボット１の姿勢に応じて決定される。図１５は、各姿勢におけるトーチ高さ及びトーチ角度の例を示す図である。図１５の上図は、前輪移動量とトーチ角度との関係例を示す図であり、図１５の下図は、前輪移動量とトーチ高さとの関係例を示す図である。

【0053】

図１０に示す姿勢１（区間１）は、自走式溶接ロボット１の前輪３がコーナー部ＣＮ上にあり、且つ溶接点ＷＰがコーナー部ＣＮの手前にある姿勢（区間）である。図１５に示すように、姿勢１では、前輪移動量の増加に伴ってトーチ角度の前進角及びトーチ高さが増加するように、高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値が決定される。

【0054】

図１１に示す姿勢２（区間２）は、自走式溶接ロボット１の前輪３がコーナー部ＣＮ上にあり、且つ溶接点ＷＰもコーナー部ＣＮ上にある姿勢（区間）である。図１５に示すように、姿勢２では、前輪移動量の増加に伴ってトーチ角度の前進角が減少し、トーチ高さが増加するように、高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値が決定される。

【0055】

図１２に示す姿勢３（区間３）は、自走式溶接ロボット１の前輪３がコーナー部ＣＮを過ぎ、溶接点ＷＰがコーナー部ＣＮ上にあり、且つ後輪４がコーナー部ＣＮの手前にある姿勢（区間）である。図１５に示すように、姿勢３では、前輪移動量の増加に伴ってトーチ角度の前進角が減少し、コーナー部ＣＮの中央で０となった後、後進角が増加するように、角度調整アクチュエータ７の目標値が決定される。また、前輪移動量の増加に伴ってトーチ高さが増加し、コーナー部ＣＮの中央で極大値となった後、減少するように、高さ調整アクチュエータ６の目標値が決定される。

【0056】

図１３に示す姿勢４（区間４）は、自走式溶接ロボット１の溶接点ＷＰがコーナー部ＣＮ上にあり、且つ後輪４もコーナー部ＣＮ上にある姿勢（区間）である。図１５に示すように、姿勢４では、前輪移動量の増加に伴ってトーチ角度の後進角が増加し、且つトーチ高さが減少するように、高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値が決定される。

【0057】

図１４に示す姿勢５（区間５）は、自走式溶接ロボット１の溶接点ＷＰがコーナー部ＣＮを過ぎ、且つ後輪４がコーナー部ＣＮ上にある姿勢（区間）である。図１５に示すように、姿勢５では、前輪移動量の増加に伴ってトーチ角度の後進角及びトーチ高さが減少するように、高さ調整アクチュエータ６の目標値及び角度調整アクチュエータ７の目標値が決定される。

【0058】

［姿勢１についての説明］
以下、上記図１０に示した姿勢１（区間１）におけるトーチ高さ及びトーチ角度の決定手法について具体的に説明する。

【0059】

図１６に示すように、溶接点ＷＰの位置をＡ点とし、前輪３の中心をＢ点とし、後輪４の中心をＣ点とし、溶接トーチ５の回転中心をＤ点とし、Ｂ－Ｃ線の中間点をＥ点とし、Ｄ－Ｂ－Ｅが成す角を∠θＤとし、車体２の前傾角を∠θ２とし、コーナー部ＣＮの前輪３の接点と垂直線が成す角を∠θ１とし、Ｂ－Ｃ間の長さをＬ１とし、コーナー部ＣＮの大きさをＲ１とし、車輪半径をＲ２とする。

【0060】

図１７に示すように、コーナー部ＣＮの入口（Ｒ開始点）から、前輪３とコーナー部ＣＮとの接点がコーナー部ＣＮ上を前輪移動量Ｘだけ移動した場合、∠θ１＝Ｘ／Ｒ１となる。水平線からの前輪３の落ち込み量ΔＬは、ΔＬ＝（Ｒ１＋Ｒ２）×（１－ｃｏｓθ１）となる。水平線に対する車体２の傾き角度∠θ２は、∠θ２＝ａｒｃｓｉｎ（ΔＬ／Ｌ１）となる。

【0061】

溶接トーチ５の回転中心Ｄは、高さ調整アクチュエータ６の動作によってＤ－Ｅ線上を移動する。高さ調整アクチュエータ６は、溶接トーチ５の回転中心Ｄと溶接点Ａの距離が常に一定距離（＝ＬＴ）となるように、Ｄ－Ｅ線上のＤ点の高さ（トーチ高さ）を制御する。

【0062】

この高さ制御により、図１８に示すように、溶接トーチ５の回転中心Ｄは、Ｄ－Ｅ線上であって、Ｄ’－Ａ’（Ａ’：溶接点）が一定距離ＬＴとなる条件を満たす点Ｄ’（Ｄの目標点）に移動するように制御される。溶接トーチ５のトーチ角度（ここでは、前進角）∠Ｅ－Ｄ’－Ａ’は、車体２の傾き角度∠θ２と等しくなるように制御される。

【0063】

ベクトルＯＢ（＝Ｂ点座標）は、（（Ｒ１＋Ｒ２）・ｓｉｎθ１，（Ｒ１＋Ｒ２）・ｃｏｓθ１－Ｒ１）であり、ベクトルＢＥは、（－（Ｌ１／２）・ｃｏｓθ２，（Ｌ１／２）・ｓｉｎθ２）である。ベクトルＯＥ（Ｅ点座標）は、ベクトルＯＢ＋ベクトルＢＥなので、（（Ｒ１＋Ｒ２）・ｓｉｎθ１－（Ｌ１／２）・ｃｏｓθ２，（Ｒ１＋Ｒ２）・ｃｏｓθ１－Ｒ１＋（Ｌ１／２）・ｓｉｎθ２）である。

【0064】

上記により得られたＥ点のＸ座標をＥｘとし、、Ｙ座標をＥｙとすると、Ａ’点は（Ｅｘ＋（ＬＴ－Ｅｙ）・ｔａｎθ２，０）となる。Ｄ’点は、（Ｅｘ＋（ＬＴ－Ｅｙ）・ｔａｎθ２，ＬＴ）となる。これを（Ｄ’ｘ，Ｄ’ｙ）と表す。

【0065】

ベクトルＢＤは、（－Ｌ１０×ｃｏｓ（θＤ＋θ２），－Ｒ１＋Ｌ１０×ｓｉｎ（θＤ＋θ２）となる。ここで、Ｌ１０はＤＢ間距離であるので、ベクトルＯＤ（＝Ｄ点座標）＝ベクトルＯＢ＋ベクトルＢＤより、ベクトルＯＤ（＝Ｄ点座標）は、（（Ｒ１＋Ｒ２）・ｓｉｎθ１－Ｌ１０×ｃｏｓ（θＤ＋θ２），（Ｒ１＋Ｒ２）・ｃｏｓθ１－Ｒ１＋Ｌ１０×ｓｉｎ（θＤ＋θ２））となる。これを（Ｄｘ，Ｄｙ）と表す。

【0066】

以上より、トーチ高さ制御量（＝Ｄ点移動量＝Ｄ’－Ｄ間距離）は、√（（Ｄ’ｘ－Ｄｘ）^２＋（Ｄ’ｙ－Ｄｙ）^２）となる。

【0067】

姿勢２～姿勢５についても、上記と同様に、コーナー部ＣＮの曲率及び車両形状（車輪半径，前輪－後輪間距離）の幾何学的関係から、前輪移動量に対するトーチ高さ及びトーチ角度を演算することができる。

【0068】

以上に説明した実施形態によれば、コーナー部ＣＮの曲率及び車両形状の幾何学的関係に基づいて前輪移動量に対するトーチ高さ及びトーチ角度の制御マップを作成し、作成された制御マップを用いて、トーチ高さ及びトーチ角度を適切に調整・制御するので、曲面を有するコーナー部ＣＮにおいても良好な溶接を実現することが可能である。

【0069】

［別の実施形態］
以下、別の実施形態について説明する。本実施形態では、以下に説明するように車輪用アクチュエータ８の速度制御が行われる。それ以外の構成及び動作は、上記実施形態と同様である。

【0070】

本実施形態において、マップ作成部１３（図３参照）は、コーナー部ＣＮにおいて溶接トーチ５の先端部５１の移動速度が一定となるような車輪用アクチュエータ８の目標値を算出し、制御マップに含める。これにより、制御部１４（図３参照）は、制御マップを参照して、コーナー部ＣＮにおいて溶接トーチ５の先端部５１の移動速度が一定となるように車輪用アクチュエータ８の目標値を出力する。

【0071】

図１９は、制御マップの作成を説明するための図である。図１９の上図は、時間と前輪移動量Ｌｗとの関係例を表すグラフであり、図１９の下図は、時間と前輪移動速度Ｖｗとの関係例を表すグラフである。溶接点移動量ＬＡ及び溶接点移動速度ＶＡは、溶接トーチ５の先端部５１の移動量及び移動速度に相当する。

【0072】

前輪移動量Ｌｗと溶接点移動量ＬＡとの関係は、上記実施形態で説明したように求められる。

【0073】

また、溶接点移動量ＬＡ＝溶接点移動速度ＶＡ×時間Ｔの、溶接点移動速度ＶＡを一定とすることで、溶接点（Ａ点）を一定速度で動かす場合の時間Ｔに対する溶接点移動量ＬＡも求められる。

【0074】

これらに基づいて、図１９の上図に示すように、溶接点を一定速度で移動させるための時間Ｔに対する前輪移動量Ｌｗが求められる。溶接点を一定速度で動かす場合、溶接点移動量ＬＡは、時間に対して直線の関係になる。

【0075】

前輪移動量Ｌｗは、姿勢１から姿勢３の途中まで（コーナー部ＣＮの中央まで）は、溶接点移動量ＬＡよりも小さくなり、姿勢３の途中から姿勢５までは、溶接点移動量ＬＡよりも大きくなる。すなわち、トーチ角度（図１５の上図を参照）と反対の関係になる。

【0076】

そして、図１９の下図に示すように、前輪移動量Ｌｗを時間微分することにより、溶接点を一定速度で動かすための時間Ｔに対する前輪移動速度Ｖｗが求められる。

【0077】

上述したようにトーチ高さ及びトーチ角度を制御するとともに、同図に示すように前輪移動速度Ｖｗを制御することで、トーチ５の先端部５１の移動速度を一定にすることができ、コーナー部ＣＮにおいてもより高品質な溶接を実現することが可能となる。

【0078】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が当業者にとって可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0079】

１ 自走式溶接ロボット、２ 車体、３ 前輪、４ 後輪、５ 溶接トーチ、５１ 先端部、６ 高さ調整アクチュエータ、７ 角度調整アクチュエータ、８ 車輪用アクチュエータ、８１ 減速機、１０ 制御装置、１１ 姿勢取得部、１２ 曲率取得部、１３ マップ作成部、１４ 制御部、１５ データ保持部、１６ マップ保持部、１１ａ ビジョンセンサ、１１ｂ レーザ距離計、１２ａ レーザセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】