特開 2024-144802 溶接用の多関節ロボットの教示方法

(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】P2024144802

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】溶接用の多関節ロボットの教示方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

B25J9/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056917

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(71)【出願人】

【識別番号】305017815

【氏名又は名称】十一屋工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大附 和敬

(72)【発明者】

【氏名】平松 剛

(72)【発明者】

【氏名】西羅 康平

(72)【発明者】

【氏名】森 貴久

(72)【発明者】

【氏名】田原 健一

(72)【発明者】

【氏名】相馬 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 聡

(72)【発明者】

【氏名】二村 倫也

(72)【発明者】

【氏名】大棟 康亜

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 一道

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS11

3C707BS12

3C707CS01

3C707HS27

3C707JS02

3C707JU14

3C707LS02

3C707LS04

3C707MT07

(57)【要約】

【課題】上部鋼管柱と下部鋼管柱とのＲ角部に沿った開先における溶接の品質を確保することができる多関節ロボットの教示方法を提供する。
【解決手段】溶接用の多関節ロボット８０の教示方法は、台車８１をレール７３に沿って走行させ、かつ、ロボット本体８０Ａの動作によりトーチ９２を移動させながら、隣接する一方の平面部１０ａの一部から、Ｒ角部１０ｂを通過して、他方の平面部１０ａの一部までの開先３０に沿って、鋼管柱１を連続して溶接するための教示方法である。Ｒ角部の設定長さをＬｍとし、トーチ９２の最大速度をＶｓとし、台車８１がレール７３を走行する最大速度をＶｃとし、設定区間ＧＡに沿って移動するトーチ９２の先端の移動期間に、台車８１が移動する距離をＬｓとしたときに、Ｌｓ≦Ｖｃ×（Ｌｍ／Ｖｓ）を満たすように、多関節ロボットの姿勢の教示を行う。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、多関節ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら前記トーチを前記開先に沿って移動させ、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接するための溶接用の多関節ロボットの教示方法であって、
前記上部鋼管柱と下部鋼管柱は、複数の平面部と、隣接する前記平面部同士の間を繋ぐように所定の曲率半径で湾曲したＲ角部と、を有した角形の鋼管柱であり、
前記多関節ロボットは、多関節のロボット本体と、水平方向に延在した直線状のレール上を走行する台車と、を含み、
前記教示方法は、前記台車を前記レールに沿って走行させ、かつ、前記ロボット本体の動作により前記トーチを移動させながら、隣接する前記平面部同士の一方の平面部の一部から、前記Ｒ角部を通過して、他方の平面部の一部までの前記開先に沿って、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを連続して溶接するように、前記ロボット本体の姿勢と前記台車の位置とを教示する方法であり、
前記Ｒ角部を溶接する溶接区間内に、前記ロボット本体の姿勢と前記台車の位置とを教示する教示点を少なくとも２つ設定し、
設定した２つの前記教示点同士の間にある設定区間であり、前記溶接区間に沿った前記設定区間の長さをＬｍとし、
前記設定区間に沿って移動する前記トーチの先端の最大速度をＶｓとし、
前記台車が前記レールを走行することができる走行性能としての最大速度をＶｃとし、
前記設定区間に沿って移動する前記トーチの先端の移動期間に、前記台車が移動する距離をＬｓとしたときに、
以下の式（１）を満たすように、前記多関節ロボットの教示を行うことを特徴とする溶接用の多関節ロボットの教示方法。
Ｌｓ≦Ｖｃ×（Ｌｍ／Ｖｓ） …（１）

【請求項2】

前記設定区間は、前記溶接区間の中央を含む区間であることを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボットの教示方法。

【請求項3】

前記設定区間は、前記溶接区間の両端に前記教示点が設定された区間であることを特徴とする請求項２に記載の多関節ロボットの教示方法。

【請求項4】

前記設定区間は、前記溶接区間を複数の区間に分割するように前記教示点が設定された複数の設定区間からなることを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボットの教示方法。

【請求項5】

前記溶接区間に沿って移動する前記トーチの先端の移動期間において、前記台車を等速で移動させることを特徴とする請求項１に記載の溶接用の多関節ロボットの教示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、上部鋼管柱と下部鋼管柱とを溶接用の多関節ロボットの教示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の技術として、たとえば、特許文献１には、エレクションピースを建て入れ冶具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら、上部鋼管柱と下部鋼管柱の溶接する鋼管柱の溶接方法が提案されている。この溶接方法では、溶接用ロボットに多関節ロボットを用いており、多関節ロボット本体を台車に搭載し、台車をレール部材に沿って走行させながら、多関節ロボットを動作させながら、溶接を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１４６７５０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、多関節ロボットは、上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に沿って、トーチを移動させる際に、同じ開先の位置であっても、様々な姿勢を採ることができ、多関節ロボットの姿勢を教示する際に、その教示方法を多関節ロボットの一義的に決定することができない。また、多関節ロボットの台車の位置が異なれば、同じ地点を溶接する場合であっても、多関節ロボットの姿勢は異なる。

【0005】

特に、鋼管柱が、複数の平面部と、隣接する平面部同士の間を繋ぐＲ角部を有した多角形の鋼管柱である場合、Ｒ角部に沿った開先にトーチを移動させようとすると、多関節ロボットの姿勢を大きく変化させることがあり、その際に、レール部材を走行する台車の移動量も大きくなることがある。この際、多関節ロボットに教示する姿勢によっては、台車の移動量が大きくなり過ぎて、台車の最大移動速度を超えてしまい、教示した多関節ロボットの姿勢に対して、教示した台車の位置まで、所定の時間内に台車が移動できないことがあり、溶接の品質の低下を招くおそれがある。

【0006】

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上部鋼管柱と下部鋼管柱とのＲ角部に沿った開先における溶接の品質を確保することができる多関節ロボットの教示方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を鑑みて、本発明に係る溶接用の多関節ロボットの教示方法は、上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、多関節ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら前記トーチを前記開先に沿って移動させ、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接するための溶接用の多関節ロボットの教示方法である。前記上部鋼管柱と下部鋼管柱は、複数の平面部と、隣接する前記平面部同士の間を繋ぐように所定の曲率半径で湾曲したＲ角部と、を有した角形の鋼管柱である。前記多関節ロボットは、多関節のロボット本体と、水平方向に延在した直線状のレール上を走行する台車と、を含む。前記教示方法は、前記台車を前記レールに沿って走行させ、かつ、前記ロボット本体の動作により前記トーチを移動させながら、隣接する前記平面部同士の一方の平面部の一部から、前記Ｒ角部を通過して、他方の平面部の一部までの前記開先に沿って、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを連続して溶接するように、前記ロボット本体の姿勢と前記台車の位置とを教示する方法である。前記Ｒ角部を溶接する溶接区間内に、前記ロボット本体の姿勢と前記台車の位置とを教示する教示点を少なくとも２つ設定する。
設定した２つの前記教示点同士の間にある設定区間であり、前記溶接区間に沿った前記設定区間の長さをＬｍとし、前記設定区間に沿って移動する前記トーチの先端の最大速度をＶｓとし、前記台車が前記レールを走行することができる走行性能としての最大速度をＶｃとし、前記設定区間に沿って移動する前記トーチの先端の移動期間に、前記台車が移動する距離をＬｓとしたときに、以下の式（１）を満たすように、前記多関節ロボットの教示を行うことを特徴とする。
Ｌｓ≦Ｖｃ×（Ｌｍ／Ｖｓ） …（１）

【0008】

この発明によれば、開先に沿った教示点において、ロボット本体の姿勢と台車の位置とが教示される。教示された多関節ロボットは、台車をレールに沿って走行させ、かつ、ロボット本体の動作によりトーチの先端を移動させながら、隣接する平面部同士の一方の平面部の一部から、略円弧状のＲ角部を通過して、他方の平面部の一部までの開先に沿って、上部鋼管柱と下部鋼管柱とを連続して溶接することができる。

【0009】

ここで、Ｒ角部を溶接する溶接区間内に、ロボット本体の姿勢と台車の位置とを教示する教示点を少なくとも２つ設定する。この設定した２つの教示点の間の設定区間の長さをＬｍとし、設定区間に沿って移動するトーチの先端の最大速度をＶｓとしたときに、Ｌｍ／Ｖｓは、トーチの先端が設定区間を溶接する溶接時間であり、設定区間ＧＡに沿って移動するトーチ９２の先端の移動期間（移動時間）に相当する。この溶接時間は、トーチの先端の最大速度Ｖｓから算出した時間であるので、トーチの先端が設定区間を実際に溶接するに要する時間は、この溶接時間以上の時間となる。

【0010】

この溶接時間に、台車がレールを走行することができる走行性能としての最大速度Ｖｃを乗じた台車の距離（最大移動可能距離）を超えて、台車を移動させようとすると、台車が、所定の時間内に教示した位置まで移動できないことがある。したがって、台車が最大移動可能距離以下となるように、ロボット本体の姿勢と台車の位置とを教示すれば、台車が教示した目標となる位置に遅れることなく到達するので、上部鋼管柱と下部鋼管柱との溶接を安定して行うことができる。

【0011】

より好ましい態様としては、前記設定区間は、前記溶接区間の中央を含む区間である。ここで、溶接区間の中央とは、略円弧状のＲ部に沿った中央（円弧の両端から同じ長さとなる位置）である。溶接区間の中央近傍では、溶接時にロボット本体の姿勢が大きく変化し、台車の移動量も大きくなる。したがって、溶接区間の中央を含む区間では、台車が、所定の時間内に教示した位置まで移動できないことがある。そこで、本態様によれば、設定区間を、溶接区間の中央を含む区間とし、この設定区間において、式（１）を適用して、多関節ロボットの教示を行うことにより、上部鋼管柱と下部鋼管柱との溶接を安定して行うことができる。

【0012】

より好ましい態様としては、前記設定区間は、前記溶接区間の両端に前記教示点が設定された区間である。この態様によれば、設定区間を、溶接区間の両端に教示点が設定された区間とすることにより、Ｒ角部の溶接区間において、溶接に安定したロボット本体の姿勢と台車の位置をより簡単に教示することができる。

【0013】

より好ましい態様としては、前記設定区間は、前記溶接区間を複数の区間に分割するように前記教示点が設定された複数の設定区間からなる。この態様によれば、Ｒ角部を溶接する溶接区間を複数の設定区間に設定するので、Ｒ角部の溶接区間の設定区間ごとに、トーチの先端の最大速度に合わせた台車の移動距離を設定することができる。この結果、Ｒ角部の溶接区間において、上部鋼管柱と下部鋼管柱との溶接をより安定して行うことができる。

【0014】

より好ましい態様としては、前記溶接区間に沿って移動する前記トーチの先端の移動期間において、前記台車を等速で移動させる。この態様によれば、溶接区間に沿って移動する前記トーチの先端の移動期間（Ｒ角部を溶接する溶接期間）に、ロボット本体の姿勢が大きく変化するが、台車を等速で移動させることにより、教示後の多関節ロボットの制御の簡素化を図ることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、上部鋼管柱と下部鋼管柱とを繋ぐ略円弧状のＲ角部に沿った開先における溶接の品質を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱を説明するための側面図である。

【図2】仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱を用いた、多関節ロボットの教示方法とその溶接方法を説明するための模式的斜視図である。

【図3】建て入れ治具を取付けた状態の多関節ロボットの教示方法とその溶接方法を説明するための模式的平面図である。

【図4】多関節ロボットの教示点を説明するための平面図である。

【図5】（ａ）は、第１～第３溶接区間における教示点ごとのトーチの先端の位置を説明するための概念図であり、（ｂ）は、台車の位置関係を説明するための概念図である。

【図6】（ａ）～（ｆ）は、第１～第３溶接区間における教示点ごとのロボット本体の姿勢と、台車の位置関係を説明するための平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態に係る鋼管柱の溶接方法について、図面を参照しながら説明する。

【0018】

本実施形態に係る教示方法は、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との開先３０に、多関節ロボット８０に取付けられたトーチ９２の先端から、溶融した溶接材料を供給しながらトーチ９２を開先３０に沿って移動させ、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とを溶接するため方法である。

【0019】

ここで、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とは、４つの平面部と４つの湾曲部によって形成された多角形鋼管からなり、上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０のそれぞれの４つの平面部１０ａ、２０ａには、たとえば、平面部１０ａ、２０ａの中央にエレクションピース１１、２１が取付けられている。平面部１０ａ、１０ａ（２０ａ、２０ａ）同士の間には、これらの繋ぐように、表面が所定の曲率半径で湾曲した４つのＲ角部１０ｂ（２０ｂ）が形成されている。なお、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とは、図１および図２等に示す四角形の角形鋼管柱に限定されるものではなく、たとえば、四角形以外の多角形の角形鋼管柱（具体的には三面以上の多角形鋼管）であってもよい。

【0020】

ここで、角形鋼管柱としては、冷間ロール成形角形鋼管（ＢＣＲ）、冷間プレス成形角形鋼管（ＢＣＰ）などを挙げることができる。同じ肉厚の角形鋼管柱では、冷間プレス成形角形鋼管（ＢＣＰ）に比べて、冷間ロール成形角形鋼管（ＢＣＲ）の方が、Ｒ角部の曲率半径が小さい。したがって、冷間ロール成形角形鋼管（ＢＣＲ）の方が、上述した課題が生じ易いため、後述する教示方法を適用することが好ましい。

【0021】

上部鋼管柱１０の下端縁面１３は、外側に向いて傾斜したテーパ面であり、下部鋼管柱２０の上端縁面２３は、下部鋼管柱２０の長手方向に対して直交するように形成された平坦面である。これにより、下部鋼管柱２０の上端縁面２３に対向するように、上部鋼管柱１０の下端縁面１３を配置すると、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との間に、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０の周方向に沿った開先３０を形成することができる。

【0022】

さらに、本実施形態では、下部鋼管柱２０の内壁面には、裏当金（図示せず）が周方向に沿って取付けられている。たとえば、裏当金は、下部鋼管柱２０の上端縁面２３から鉛直方向（下部鋼管柱２０の長手方向）の上向きに突出しており、下部鋼管柱２０に上部鋼管柱１０を配置する際に、裏当金の突出した部分が、上部鋼管柱１０に内挿される。上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との間隙を、裏当金で覆うことができるので、溶接時に、溶融した溶接材料が、鋼管柱１の内部に入り込むことを防止することができる。

【0023】

図２は、仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱を用いた、多関節ロボット８０の教示方法とその溶接方法を説明するための模式的斜視図である。図３は、建て入れ治具３を取付けた状態の多関節ロボット８０の教示方法とその溶接方法を説明するための模式的平面図である。

【0024】

本実施形態では、下部鋼管柱２０を挟むように、下部鋼管柱２０に一対のレール７３、７３が、取付けられている。下部鋼管柱２０の４つの平面部のうち、反対側に位置する２つの平面部のそれぞれには、一対の支持片７８、７８が溶接されている。下部鋼管柱２０に、第１支持部材７１で挟むように、支持片７８、７８に、第１支持部材７１が固定されている。第１支持部材７１は、Ｈ形鋼などの長尺状の部材であり、後述する多関節ロボット８０が、走行するレール７３と直交する方向に延在している。

【0025】

一対の第２支持部材７２は、下部鋼管柱２０を挟むように、一対の第１支持部材７１に跨って固定されている。第２支持部材７２は、長尺状の部材であり、第２支持部材７２には、長手方向に沿ってレール７３が取付けられている。レール７３は、水平方向に延在した直線状の部材である。下部鋼管柱２０を挟むように、一対のレール７３、７３は、配置されている。なお、本実施形態では、第１支持部材７１と第２支持部材７２とを用いて、下部鋼管柱２０にレール７３を取付けたが、たとえば、剛性が確保することができるのであれば、下部鋼管柱２０に、レール７３を取付けてもよい。レール７３は、リニアガイドレールであり、レール７３には、多関節ロボット８０を構成する台車８１が取付けられている。

【0026】

多関節ロボット８０は、多関節のロボット本体８０Ａと、レール７３上を走行する台車８１と、を含む。多関節ロボット８０の台車８１は、図示しないモータにより、レール７３に沿って走行自在となっている。多関節のロボット本体８０Ａは、６軸で回動するロボットの機構であり、溶接機（図示せず）に接続された多関節ロボットの機構である。

【0027】

多関節ロボット８０のロボット本体８０Ａは、台車８１に取付けられる基台８２と、基台８２に対して旋回する旋回台８３と、を備えている。旋回台８３には、ロアアーム８４が枢動自在に取付けられている。ロアアーム８４の先端には、関節部８５が、枢動自在に取付けられている。関節部８５には、アッパアーム８６が、長手方向を軸心として回動自在に取付けられている。

【0028】

さらに、アッパアーム８６の先端には、エンドエフェクタとなる溶接機のトーチ９２を支持する支持アーム８７が取付けられている。トーチ９２には、溶接ワイヤを送給するケーブル９１が接続されており、ケーブル９１の基端は溶接ワイヤを送給する送給装置（図示せず）に接続されている。

【0029】

上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接は、多関節ロボット８０で行われる。本実施形態では、図３に示すように、対向するレール７３、７３の間の空間を境界線で仕切った領域Ａ、Ｂにおいて、それぞれの多関節ロボット（溶接用ロボット）８０が溶接を行うように、多関節ロボット８０の教示を行う。

【0030】

この設定された領域Ａ、Ｂ内において、各多関節ロボット８０で溶接する際には、トーチ９２を開先３０の溶接ラインに沿って移動させながら、トーチ９２の先端から開先３０に溶接材料を供給する。具体的には、周方向に沿って周回する開先３０（の溶接ライン）を、４つの治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒ、…に分割する。本実施形態では、エレクションピース１１、２１を挟んだ４つの区間で開先３０の溶接ラインを分割している。

【0031】

図３に示す治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒ、２Ｌ、２Ｒごとに溶接する場合、たとえば、治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒの境界にあるエレクションピース１１（２１）を、多関節ロボット８０が通過する際に、一旦溶接が中断され、溶接条件が変更されるため、より合理的に溶接をすることができる。

【0032】

ここで、トーチ９２を開先３０の溶接ラインに沿って複数回移動させながら、溶接材料を供給し、多層肉盛り部となる溶接部分（ビード）が形成される。この際には、トーチ９２の先端部に位置する溶接点の位置とトーチ９２の方向は、移動ごとに異なるため、このような溶接を行う際には、多関節ロボットにより溶接を行うことが適している。また、各治具間溶接区間において、トーチ９２を移動させて、溶接材料を肉盛る回数は同じである。

【0033】

本実施形態では、一対の多関節ロボット８０、８０のトーチ９２の先端を、鋼管柱１の中心軸を挟んで対向させながら、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を行う。これにより、上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０への溶接時の熱を、鋼管柱１の中心軸を挟んで対称に入熱することができる。この結果、鋼管柱１の中心軸の歪み等を抑えることができる。

【0034】

本実施形態では、台車８１の走行制御、ロボット本体８０Ａの駆動制御、トーチ９２による溶接条件に応じた溶接等は、制御装置（図示せず）により行われる。また、台車８１の走行制御、ロボット本体８０Ａの駆動制御を実行するため、ロボット本体８０Ａの姿勢と台車８１の位置とを教示する教示方法は、ティーチングペンダント（図示せず）を介して行われる。この教示したデータおよび溶接条件は、制御装置に入力される。

【0035】

本実施形態では、鋼管柱１の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具３、３間において、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を、多関節ロボット８０で行う際に、一方の建て入れ治具３から他方の建て入れ治具３までの間の各治具間溶接区間１Ｒ、１Ｌ、２Ｒ、２Ｌを、第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃに区分する。

【0036】

図１および図３に示すように、第１溶接区間Ｐａは、一方の建て入れ治具３からＲ角部１０ｂ（２０ｂ）手前（始端）までの平面部１０ａ（２０ａ）により形成された開先３０に沿った区間であり、直線状の溶接ラインに位置する区間である。第２溶接区間Ｐｂは、Ｒ角部１０ｂ（２０ｂ）の始端から終端までのＲ角部１０ｂ（２０ｂ）により形成された開先３０に沿った区間であり、円弧状の溶接ラインに位置する区間である。第３溶接区間Ｐｃは、Ｒ角部１０ｂ（２０ｂ）の終端から、他方の建て入れ治具３までの平面部１０ａ（２０ａ）により形成された開先３０に沿った区間であり、直線状の溶接ラインに位置する区間である。

【0037】

第１溶接区間Ｐａに相当する一方の平面部１０ａ（２０ａ）の一部（一方の建て入れ治具３）から、第２溶接区間Ｐｂに相当するＲ角部を通過して、第２溶接区間Ｐｂに相当する他方の平面部（１０ａ（２０ａ））の一部（他方の建て入れ治具３）まで、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とを連続して溶接する。この際、台車８１をレール７３に沿って走行させ、かつ、ロボット本体８０Ａの動作によりトーチ９２の先端を開先３０に沿って移動させる。このような溶接を行うべく、治具間溶接区間１Ｒ、１Ｌ、２Ｒ、２Ｌごとに、第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃにおいて、トーチ９２の先端の位置を教示点の基準として、ロボット本体８０Ａの姿勢と台車の８１の位置とを教示する。

【0038】

図４は、多関節ロボット８０の教示点Ｐ１～Ｐ９、Ｐ１１～Ｐ１９を説明するための平面図である。図５（ａ）は、教示点における第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃにおけるトーチ９２の先端の位置を説明するための概念図であり、（ｂ）は、台車８１の位置関係を説明するための概念図である。図６（ａ）～（ｆ）は、第１～第３溶接区間における教示点ごとのロボット本体８０Ａの姿勢と、台車８１の位置関係を説明するための平面図である。

【0039】

本実施形態では、第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃまでの治具間溶接区間１Ｒ、１Ｌ（２Ｒ、２Ｌ）において、トーチ９２の先端の位置を基準とした教示点Ｐ１～Ｐ９（Ｐ１１～Ｐ１９）が設定される。各教示点では、ロボット本体８０Ａの姿勢と、その姿勢となる台車８１の位置が設定される。トーチ９２の先端の教示点Ｐ１～Ｐ９（Ｐ１１～Ｐ１９）を移動するように、教示されたロボット本体８０Ａの姿勢が連続して変化し、その姿勢となる台車８１の位置が連続して変化するように、ロボット本体８０Ａの動作と台車８１の移動が制御される。

【0040】

ここで、教示点は、第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃまでにおいて、等間隔に設定されていてもよいが、本実施形態では、説明の便器上、第２溶接区間Ｐｂにおいて、教示点をより多く設定している。したがって、図４に示す教示点は、その一例である。

【0041】

本実施形態では、第１溶接区間Ｐａに、教示点Ｐ１～Ｐ３が設定される。教示点Ｐ３は、第２溶接区間Ｐｂと共通する教示点である。第１溶接区間Ｐａでは、図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、ロボット本体８０Ａの姿勢と、その姿勢となる台車８１の位置が設定される。図６（ａ）～図６（ｃ）は、教示点Ｐ１～Ｐ３のそれぞれに対応している。

【0042】

第１溶接区間Ｐａでは、一方の建て入れ治具３に対向する位置（教示点Ｐ１）から、トーチ９２の移動方向の前方側に向かってトーチ９２を傾斜させる。この状態で、トーチ９２を移動するに従って、鋼管柱１の表面の法線方向に対してトーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを減少させながら溶接を行い、鋼管柱１の表面の法線方向に対してトーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを一定角度となるまで減少させながら溶接を行う（教示点Ｐ２）。その後、鋼管柱１の表面の法線方向に対してトーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを一定角度に保持しながら、溶接を行う（教示点Ｐ３）。このような溶接が実行できるように、教示点Ｐ１～Ｐ３において、ロボット本体８０Ａの姿勢を教示する。

【0043】

この際、教示点Ｐ１では、台車８１の位置は、エレクションピース１１（２２）が設けられている鋼管柱１の中央を０としたときに、治具間溶接区間１Ｒ（２Ｒ）寄りに距離ａだけ進んだ位置Ｃ１に教示される。教示点Ｐ２では、台車８１の位置は、鋼管柱１の中央から離れる方向に距離ｂだけ進んだ位置Ｃ２に教示される。教示点Ｐ３では、台車８１の位置は、鋼管柱１の中央から離れる方向に距離ａだけ進んだ位置Ｃ３に教示される。ここで、位置Ｃ１と位置Ｃ３は、同じ位置であるが、この位置は、異なっていてもよい。このように、第１溶接区間Ｐａでは、台車８１は、鋼管柱１の中心から離れる方向に移動し、最終的には、鋼管柱１の中心から近づく方向に移動する（本実施形態では元の位置Ｃ３に戻る）。このような台車８１の位置を教示することにより、第２溶接区間Ｐｂにおける台車８１の移動距離を短くすることができる。

【0044】

ところで、第２溶接区間Ｐｂに沿ってトーチ９２を移動させようとすると、ロボット本体８０Ａの姿勢を大きく変化させることがあり、その際に、レール７３を走行する台車８１の移動量も大きい。この際、ロボット本体８０Ａの教示する姿勢によっては、台車８１の移動量が大きくなり過ぎて、台車８１の走行性能としての最大移動速度を超えてしまい、教示したロボット本体８０Ａの姿勢に対して、所定の時間内に、教示した台車８１の位置まで台車８１が移動できず、溶接の品質の低下を招くおそれがある。このような点から、第２溶接区間Ｐｂにおける台車８１の移動距離を短くすることは、有効である。

【0045】

本実施形態では、第２溶接区間Ｐｂに、教示点Ｐ３～Ｐ７が設定される。教示点Ｐ３は、第１溶接区間Ｐｂと共通する教示点であり、教示点Ｐ７は、第３溶接区間Ｐｃと共通する教示点である。第２溶接区間Ｐｂでは、図６（ｃ）から図６（ｅ）に示すように、ロボット本体８０Ａの姿勢と、その姿勢となる台車８１の位置が設定される。図６（ｃ）から図６（ｅ）は、教示点Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７のそれぞれに対応している。

【0046】

第２溶接区間Ｐｂでは、Ｒ角部の開始位置ＰＳ（教示点Ｐ３）から、Ｒ角部の終了位置ＰＥ（教示点Ｐ７）まで、トーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを一定角度に保持する。このような溶接が実行できるように、教示点Ｐ３～Ｐ７において、ロボット本体８０Ａの姿勢を教示する。

【0047】

ここで、本実施形態では、設定した２つの教示点Ｐ３、Ｐ７同士の間に、設定区間ＧＡを設ける。設定区間ＧＡは、第２溶接区間Ｐｂの両端に教示点Ｐ３、Ｐ７が設定された区間である。したがって、第２溶接区間Ｐｂと設定区間ＧＡとは、一致している。

【0048】

第２溶接区間Ｐｂに沿った設定区間ＧＡの長さをＬｍとし、設定区間ＧＡに沿って移動するトーチ９２の先端の最大速度をＶｓとし、台車８１がレール７３を走行することができる走行性能としての最大速度をＶｃとし、設定区間ＧＡに沿って移動するトーチ２９の先端の移動期間（設定区間ＧＡで溶接する溶接期間）に、台車８１が移動する距離をＬｓとする。このときに、以下の式（１）を満たすように、多関節ロボット８０の教示を行う。
Ｌｓ≦Ｖｃ×（Ｌｍ／Ｖｓ） …（１）

【0049】

具体的には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、設定区間ＧＡの距離Ｌｍにおいて、台車８１の移動区間ＨＡの距離Ｌｓが、式（１）よりを満たすように、教示点Ｐ３～Ｐ７ごとに、台車８１の位置Ｃ３～Ｃ７を教示した上で、その決定した位置におけるロボット本体８０Ａの姿勢を教示する。なお、トーチ９２の先端の最大速度Ｖｓは、実際に実施される溶接におけるトーチの先端の最大速度であり、トーチ９２の先端の速度が一定の場合には、最大値は、その一定速度になる。

【0050】

この設定した２つの教示点の間の設定区間ＧＡの長さをＬｍとし、設定区間ＧＡに沿って移動するトーチ９２の先端の最大速度をＶｓとしたときに、Ｌｍ／Ｖｓは、トーチ９２の先端が設定区間ＧＡを溶接する溶接時間であり、設定区間ＧＡに沿って移動するトーチ９２の先端の移動期間（移動時間）に相当する。この溶接時間は、トーチの先端の最大速度Ｖｓから算出した時間であるので、トーチ９２の先端が設定区間ＧＡを実際に溶接するに要する時間は、この溶接時間以上の時間となる。

【0051】

この溶接時間に、台車８１がレール７３を走行することができる走行性能としての最大速度Ｖｃを乗じたキャリジの距離（最大移動可能距離）を超えて、台車８１を移動させようとすると、台車８１が、教示した位置まで所定の時間で移動できないことがある。したがって、台車８１が最大移動可能距離以下となるように、ロボット本体８０Ａの姿勢と台車８１の位置とを教示すれば、台車８１が教示した目標となる位置に遅れることなく到達するので、鋼管柱１の溶接を安定して行うことができる。

【0052】

設定区間ＧＡを、第２溶接区間Ｐｂの両端に教示点Ｐ３、Ｐ７が設定された区間とすることにより、後述するように、第２溶接区間Ｐｂに複数の設定区間ＧＣ１～ＧＣ４を設けた場合に比べて、溶接に安定したロボット本体８０Ａの姿勢と台車８１の位置をより簡単に教示することができる。

【0053】

なお、図５（ａ）に示すように、設定区間ＧＡは、第２溶接区間Ｐｂの中央（教示点Ｐ５）を含む区間である。ここで、第２溶接区間Ｐｂの中央とは、略円弧状のＲ部に沿った中央（円弧の両端から同じ長さとなる位置）である。第２溶接区間Ｐｂの中央近傍では、溶接時にロボット本体８０Ａの姿勢が大きく変化し、台車８１の移動量も大きくなりやすい。設定区間ＧＡを、第２溶接区間Ｐｂの中央を含む区間とし、この設定区間ＧＡにおいて、式（１）を適用して、多関節ロボット８０の教示を行うことにより、鋼管柱１の溶接を安定して行うことができる。

【0054】

このような点から、たとえば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２溶接区間Ｐｂよりも短く、第２溶接区間Ｐｂの中央を含む、教示点Ｐ４と教示点Ｐ６の区間に、設定区間ＧＢを設定してもよい。設定区間ＧＢの距離Ｌｍにおいて、台車８１の移動区間ＨＢの距離Ｌｓが、式（１）を満たすように、教示点Ｐ４～Ｐ６ごとに、台車８１の位置Ｃ４～Ｃ６を教示した上で、その決定した位置におけるロボット本体８０Ａの姿勢を教示する。

【0055】

さらに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２溶接区間Ｐｂを複数の区間に分割するように教示点Ｐ４～Ｐ６が設定された複数の設定区間ＧＣ１～ＧＣ４からなってもよい。設定区間ＧＣ１～ＧＣ４の移動距離Ｌｍ１～Ｌｍ４において、台車８１の移動区間ＨＣ１～ＨＣ４のそれぞれの距離Ｌｓ１～Ｌｓ４が、式（１）を満たすように、教示点Ｐ３～Ｐ７ごとに、台車８１の位置Ｃ３～Ｃ７を教示した上で、その決定した位置におけるロボット本体８０Ａの姿勢を教示する。このようにして、第２溶接区間Ｐｂの設定区間ＧＣ１～ＧＣ４ごとに、トーチ９２の先端の最大速度に合わせた台車８１の移動距離Ｌｍ１～Ｌｍ４を設定することができる。この結果、第２溶接区間Ｐｂにおいて、鋼管柱１の溶接をより安定して行うことができる。

【0056】

上述した全ての例において、第２溶接区間Ｐｂに沿って移動するトーチ９２の先端の移動期間（第２溶接区間Ｐｂ内の溶接期間）において、台車８１を等速で移動させてもよい。この場合、第２溶接区間Ｐｂに沿って移動するトーチ９２の先端の移動期間（Ｒ角部を溶接する溶接期間）に、ロボット本体８０Ａの姿勢が大きく変化するが、台車８１を等速で移動させることにより、教示後の多関節ロボット８０の制御の簡素化を図ることができる。

【0057】

最後に、第３溶接区間Ｐｃに、教示点Ｐ７～Ｐ９が設定される。教示点Ｐ７は、第２溶接区間Ｐｂと共通する教示点である。第３溶接区間Ｐｃでは、図６（ｅ）から図６（ｆ）に示すように、ロボット本体８０Ａの姿勢と、その姿勢となる台車８１の位置が設定される。図６（ｅ）、図６（ｆ）は、教示点Ｐ７、Ｐ９のそれぞれに対応している。

【0058】

第３溶接区間Ｐｃでは、Ｒ角部の終了位置ＰＥ（教示点Ｐ７）から、一方の建て入れ治具３が対向する位置（教示点Ｐ９）まで、トーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを一定角度に保持した後、その角度を前進角βにする。このような溶接が実行できるように、教示点Ｐ７～Ｐ９において、ロボット本体８０Ａの姿勢を教示する。

【0059】

この際、教示点Ｐ７では、台車８１の位置は、柱１の中央を０としたときに、治具間溶接区間１Ｒ（２Ｒ）寄りに距離ａだけ進んだ位置Ｃ７に教示される。教示点Ｐ８では、台車８１の位置は、鋼管柱１の中央から離れる方向に進んだ位置Ｃ８に教示される。教示点Ｐ９では、台車８１の位置は、鋼管柱１の中央から離れる方向に進んだ位置Ｃ９に教示される。

【0060】

なお、本実施形態では、多関節ロボット８０により、治具間溶接区間１Ｒの溶接を行った後、多関節ロボット８０の姿勢を入れ替えて、治具間溶接区間１Ｌを引き続き行う。治具間溶接区間１Ｌでも、第１溶接区間Ｐａ～Ｐｃを設定し、治具間溶接区間１Ｒとは、建て入れ治具３を挟んで、略線対称となるようなロボット本体８０Ａの姿勢、台車８１の位置に、教示点Ｐ１１～Ｐ１９を設定すればよい。

【0061】

これを１パス目の溶接として、２パス目は、治具間溶接区間１Ｌにおいて、境界部分の建て入れ治具３から順に、第１溶接区間Ｐａ～Ｐｃを設定し、溶接を行い、続けて、治具間溶接区間１Ｒにおいて、レール７３と対向する建て入れ治具３から順に、第１溶接区間Ｐａ～Ｐｃを設定し、溶接を行う。これらの区間を往復するように、複数回溶接を繰り返す。

【0062】

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

【符号の説明】

【0063】

１：鋼管柱、３：建て入れ治具、１０：上部鋼管柱、１１：エレクションピース、２０：下部鋼管柱、２１：エレクションピース、３０：開先、８０：溶接用ロボット（多関節ロボット）、８０Ａ：ロボット本体、８１：台車、９２：トーチ、１Ｌ、１Ｒ、２Ｒ、２Ｌ：治具間溶接区間、Ｐａ：第１溶接区間、Ｐｂ：第２溶接区間（溶接区間）、Ｐｃ：第３溶接区間、ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ１～ＧＣ４：設定区間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】