各種センサを持つエキスパートロボットによるGMA溶接の全自動化に関する研究

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建築鉄骨および橋梁などの直角の曲がり角を持つすみ肉溶接において、予めティーチングすることなく、タッチセンサ、アークセンサおよびCCDカメラなどの各種センサの情報を用いて、オンラインでロボットアームおよびトーチの位置と姿勢を被溶接物との干渉がないように制御するエキスパートロボットを構築し、高精度な溶接線検出・追跡を行った。まずタッチセンサを用いて被溶接物の概ねの位置と形状を計測する。この情報を用いて溶接開始位置を決定するとともに、アークセンサを用いて、ロボットアームおよびトーチの位置と姿勢を溶接線の位置と形状に合わせて予見制御した。すなわち角付近において予見的にトーチの付け根角を0から90度まで回転させることにより、トーチと被溶接物との干渉を避け、かつ角におけるウィービング角度を溶接線に対して約45度にすることができるので、アークセンサによる高精度な溶接線追跡が可能となった。ウィービングは慣性の最も小さいロボット手首軸のみを用いて高速に行った。トーチ姿勢を変化させるためロボットの角軸に対する運動方程式は複雑になるので、溶接線追跡のコントローラには式を必要としないファジィ制御を用いた。角において追跡に遅れを生じるため、ニューラルネットワークのパターン認職を用いて角を職別し、ファジィコントローラの構造を変化させることにより追跡性能を改善した。また溶接終了後の溶接部の検査が省略できるように、CCDカメラを用いて溶融池形状をオンラインでセンシングした。CCDカメラは外部同期式のものを用い、ウィービングに同期して溶融池形状を撮像した。つぎにタッチセンサとCCDカメラを用いて同様に溶接線検出・追跡を行った。ニューラルネットワークを用いて角の位置と大きさを検出し、角の大きさによってファジィコントローラのゲインを調整することにより、高精度な溶接線追跡が行えた。