专利名称：点焊枪的伺服控制装置的制作方法
技术领域：
本发明适用于例如具备点焊枪的产业机器人，其涉及一种点焊枪的伺服控制装置，该控制装置通过伺服电动机对相向的一对焊枪嘴中的至少一方的可移动侧枪焊嘴进行驱动，并控制对在一对焊枪嘴之间夹持的焊接对象物的焊接压力。
背景技术：
目前，作为控制对在一对焊枪嘴之间夹持的焊接对象物的焊接压力的点焊枪的伺服控制装置，在特开平11-65676号公报(JP-A-11-65676)中进行了公开。伺服控制装置通过反馈控制来控制焊接压力，使实际的焊接压力与指令焊接压力一致。在该伺服控制装置中，检测到的焊接压力与指令焊接压力的差分值乘以焊接压力控制增益后的值成为驱动一对焊枪嘴的伺服电动机的速度指令，该速度指令与实际的伺服电动机的速度的差乘以速度控制增益后的值为伺服电动机的转距指令。
如图4所示，在该文献中表示了作为反馈控制的传递函数21的焊接压力控制增益Kf、伺服电动机的传递函数22、和作为速度反馈的传递函数23的速度控制增益Kv。在传递函数22的项内，Kt为驱动枪焊嘴的伺服电动机的转距常数，J为惯量(inertia)，S为微分的拉普拉斯算子。在该反馈控制中，由指令焊接压力Fc减去由观测器所推定的等效焊接压力F，并使其差分值(Fc-F)乘以焊接压力控制增益Kf。
在该现有例子中，等效焊接压力F达到指令焊接压力Fc所需的时间由该控制系的时间常数来决定。例如，在使所述指令焊接压力Fc与等效焊接压力F的差分值(Fc-F)乘以焊接压力控制增益Kf后的值成为速度指令，使该速度指令减去实际速度与速度控制增益Kv的乘积之后的值作为转距指令Tc的控制系中，等效焊接压力F达到指令焊接压力Fc所需的时间由焊接压力控制增益Kf来决定，焊接压力控制增益Kf越高则达到指令焊接压力Fc所需的时间越短。
但是，当增大焊接压力控制增益Kf时存在控制系变得不稳定的倾向，所以有时根据点焊枪的结构，无法使焊接压力控制增益Kf足够高。在这样的情况下，点焊枪在焊嘴间的焊接压力达到指令焊接压力之前需要花费时间，因此，存在无法加快控制系的应答性的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种点焊枪的伺服控制装置，其可以使焊嘴间的焊接压力达到指令焊接压力(目标焊接压力)所需的时间充分提前。
为了达成上述目的，本发明提供一种点焊枪的伺服控制装置，其将相向的一对焊枪嘴中的至少一方的可移动焊枪嘴由控制对象沿相向的方向进行驱动，并控制对于在所述一对焊枪嘴之间夹持的焊接对象物的焊接压力，其具有反馈控制单元，对检测到的所述焊接压力与指令焊接压力的差分值进行计算；和前馈控制单元，把根据对所述控制对象的位置指令或速度指令计算或提供的修正指令与所述差分值相加，根据将所述修正指令与所述差分值相加后的控制指令来控制所述焊接压力。
根据所述发明，由于具有通过反馈控制来计算检测到的焊接压力与指令焊接压力的差分值的反馈控制单元，所以可以根据焊接压力来直接控制驱动可移动侧焊枪嘴的控制对象。此外，因为具有前馈控制单元，其将根据对控制对象的位置指令或速度指令计算或提供的修正指令与所述差分值相加，所以即使在无法增大焊接压力控制增益的情况下，也可以得到与增大了焊接压力控制增益的情况相同的效果。因此，可以充分提前焊嘴间的焊接压力达到指令焊接压力所需的时间，可以提高控制系的应答性。
另外，本发明还提供一种伺服控制装置，其具有在所述焊接压力达到了规定阈值的时刻，使所述前馈控制单元无效的开关单元。根据本发明，可以调整等效焊接压力的过冲(overshoot)量，可以提高焊嘴间的焊接压力的稳定性。
另外，本发明还提供将所述阈值设为与所述指令焊接压力相同的值的伺服控制装置。根据本发明，因为在达到指令焊接压力之前前馈有效，所以可以用最短的时间达到指令焊接压力，还可以抑制过冲量。
另外，本发明还提供一种所述焊接压力是由观测器或者通过模拟来推定的等效焊接压力的伺服控制装置。根据本发明，可以不需要检测焊接压力的测压元件等压力传感器，可以不增加成本地检测焊接压力。等效焊接压力是根据电动机的速度等推定出的焊接压力，即使焊枪已通电(正在焊接)也可以进行测量。因此，可以不影响机器人的位置、姿势地进行正确的焊接压力控制，可以提高点焊的品质可靠性。
通过参照
对本发明的最佳实施方式进行说明，本发明上述以及其他的目的、特征以及有点会变得更加明确。
图1是表示本发明的点焊枪的伺服控制装置的第1实施方式的方框图。
图2是表示本发明的点焊枪的伺服控制装置的第2实施方式的方框图。
图3是表示图2所示的点焊枪的伺服控制装置的变形例的方框图。
图4是表示现有的伺服控制装置的一例的方框图。
具体实施例方式
以下采用附图对本发明的实施方式进行详细地说明。图1表示了本发明的点焊枪的伺服控制装置的第1实施方式。
本实施方式的伺服控制装置是在未图示的相向的一对焊枪嘴中，将其中一方可移动焊枪嘴通过伺服电动机(控制对象)沿相向的方向进行驱动，并控制对于在一对枪焊嘴之间夹持的焊接对象物的焊接压力的点焊枪的伺服控制装置，经由公共存储器与未图示的焊接机器人的上位控制装置总线连接。
未图示的上位控制装置由CPU、输入输出接口、ROM、RAM、非易失性RAM等构成。用于对机器人示教各种动作或设定各种设定值、参数的示教操作盘与输入输出接口相连接。在ROM中存储系统程序，在非易失性RAM中存储动作程序、各种设定值、参数、成为点焊枪的目标的焊接压力。在RAM中存储通过观测器等推定出的点焊枪的等效焊接压力。
未图示的公共存储器用于在上位控制装置的CPU与伺服控制装置的CPU(未图示)之间进行信号的收发。从上位控制装置一侧向伺服控制装置一侧发送位置指令、速度指令、焊接压力指令，相反从伺服控制装置一侧向上位控制装置一侧发送表示伺服电动机状态的信号。
伺服控制装置构成具有未图示的CPU、各种存储器、输入输出接口等的数字伺服电路，并进行伺服电动机的位置控制、速度控制、转矩(电流)控制等控制。
如图1所示，本实施方式的伺服控制装置具有用于根据电动机的速度推定等效焊接压力的观测器12；计算由观测器12推定出的等效焊接压力F与指令焊接压力Fc的差分值(F-Fc)的反馈控制单元15；以及把根据对伺服电动机(控制对象)2的位置指令Up计算出的修正指令Vu与差分值(F-Fc)相加的前馈控制单元14。在进行观测器12的处理的同时，该处理为推定点焊枪的一对焊枪嘴的等效焊接压力F，根据由该观测器12推定出的等效焊接压力F进行焊接压力的控制，由此，可以使点焊枪的焊嘴间的焊接压力F与指令焊接压力Fc一致。此外，因为观测器12的处理是公知的，所以省略了在本说明书中的说明(例如，希望参照特开平11-58024)。
如图1所示，在方框线图中，2是作为伺服电动机的控制对象，3以及4分别是控制方法切换开关(开关单元)，5是焊接压力控制增益Kf，6是对于焊接压力控制增益Kf的前馈增益K1，由7表示的s是微分的拉普拉斯算子，由8表示的(1/s)是积分的拉普拉斯算子，9是位置控制增益Kp，10是速度控制增益Kv。
该控制系在点焊枪的一对焊枪嘴相分离时，开关3与端子c连接，按照位置指令Up对驱动侧焊枪嘴的伺服电动机进行位置控制使焊枪嘴移动。一对焊枪嘴的间隔变窄，驱动侧焊枪嘴与焊接对象物接触，从点焊枪的等效焊接压力F超过了一定值的瞬间开始开关2与端子d连接，切换到按照指令焊接压力Fc的焊接压力控制。
在上述的位置控制和焊接压力控制的2阶段进行伺服电动机2的控制。在焊接压力控制中，由于通过反馈控制单元15进行反馈控制，所以可以正确地控制对焊接对象物的点焊枪的焊接压力。在反馈控制单元15中，为了推定等效焊接压力F而采用观测器12，所以不需要测压元件等压力传感器，由此可以不增加成本地计算等效焊接压力F。等效焊接压力F是根据作为电动机的输出的速度等推定出的焊接压力，所以即使焊枪已通电(正在焊接)也可以推定焊接压力，可以提高点焊的品质可靠性。此外，反馈的等效焊接压力F最好是由代替现有的压力传感器的检测单元推定出的，也可以是通过模拟等推定出的焊接压力。
另外，在焊接压力控制中，使指令焊接压力Fc与点焊枪的等效焊接压力F的差分值(Fc-F)乘以焊接压力控制增益Kf来计算速度指令Vc，并且由前馈控制单元14把根据位置指令Up计算出的修正指令Vu通过开关4与速度指令Vc相加。在前馈控制单元14中，通过对来自上位控制装置的位置指令Up进行微分来变换为速度的因次，并将前馈增益K1与其相乘来计算修正指令Vu。通过将该修正指令Vu与速度指令Vc相加，可以使焊嘴间的等效焊接压力F更快地与指令焊接压力Fc一致，可以提高该控制系的应答性。即，通过把由前馈控制单元14计算出的修正指令Vu与该控制系相加，可以起到与增加了焊接压力控制增益Kf时的相同的作用以及效果。
然后，计算与修正指令Vu相加后的速度指令(Vc+Vu)和从伺服电动机2反馈的速度的差分值，并使该差分值乘以速度控制增益Kv而得到转矩(电流)指令。在等效焊接压力F与指令焊接压力Fc一致，点焊结束后，开关2与端子c连接，驱动点焊枪的伺服电动机返回初始状态。
此外，通过开关4相加的前馈控制单元14的修正指令Vu的值，其大小可以通过前馈增益K1来进行调整，可以使等效焊接压力F平稳地上升到指令焊接压力Fc。
但是，由于点焊枪的等效焊接压力F达到指令焊接压力Fc时的焊枪嘴的位置不明，所以存在以下的问题在位置指令Up较大时，即使为F＞Fc，也会因为所述前馈控制14而产生过冲。因此，在本实施方式中，具有一旦F＞Fc时使修正指令Vu变为0的开关4。通过具有开关4，在点焊枪的等效焊接压力F比指令焊接压力Fc小时，以位置指令Up为基础使修正指令与控制系相加，即使用焊接压力控制增益Kf较小的点焊枪也可以迅速提升点焊枪的焊接压力，而一旦等效焊接压力F过冲，使开关4与端子b连接以使修正指令Vu变为0，由此，在超过指令焊接压力Fc时等效焊接压力F也不产生过冲。
如上所述，根据本实施方式的发明，由于具有前馈单元14，其把修正指令Vu(根据对伺服电动机2的位置指令Up计算出的)与等效焊接压力F和指令焊接压力Fc的差分值(Fc-F)相加，所以即使在像大型、低刚性的点焊枪那样，无法增大焊接压力控制增益Kf的情况下，也可以得到与增加了焊接压力控制增益Kf时的相同效果，可以充分提前焊嘴间的焊接压力达到指令焊接压力Fc所需的时间，由此，可以通过缩短周期来提高加工效率。
然后，对本发明的点焊枪的伺服控制装置的第2实施方式进行说明。此外，对于本实施方式与第1实施方式相同的组成部分，附加相同的符号并省略说明。
如图2所示，在本实施方式的伺服控制装置1A中，在修正指令Vp是来自上位控制装置的速度指令Vp这一点上，与根据位置指令Up计算出的第1实施方式的修正指令Vu不同。本实施方式的前馈控制单元14A是通过开关4把来自上位控制装置的速度指令Vp与速度指令Vc相加的单元。
与实施例1相同，在点焊枪的一对焊枪嘴相互分离时，开关3与端子c连接，并按照位置指令Up进行位置控制。一对焊枪嘴与焊接对象物接触，从等效焊接压力F超过了一定值开始开关3与端子d连接，并按照指令焊接压力Fc进行焊接压力控制。在开关3与端子d相连接时，使指令焊接压力Fc与等效焊接压力F的差分值(Fc-F)乘以焊接压力控制增益Kf，并把由前馈控制单元14A得到的修正指令Vp与速度指令Vc相加，另外，该速度指令(Vc+Vp)与电动机速度的差分值乘以速度控制增益Kv后的值成为控制对象的转矩指令。
此外，修正指令Vp通过开关4选择性地成为速度指令Vp或0，而且还可以规定为根据焊枪嘴与焊接对象物的相对位置来决定该速度指令Vp的值。
在该实施方式中，在把速度指令Vp设为一定速度时，可以以大体恒定的速度使与驱动焊枪嘴的伺服电动机2的位置成比例关系(线性)的焊枪嘴的等效焊接压力F增加。另外，在该控制系中，因为可以通过前馈来指定使前馈无效的瞬间的焊枪嘴的速度，所以可以调整使前馈无效之后的过冲量。即，在将速度指令Vp设为一定速度时，在由开关4使前馈无效之后焊接压力仍增加一定量，所以根据指令焊接压力Fc考虑使前馈无效后的焊接压力的增加量，通过该增加量大小的较小的等效焊接压力F使前馈无效，由此，可以没有过冲地使点焊枪的等效焊接压力F与指令焊接压力Fc一致。
根据该第2实施方式，由前馈控制单元14A得到的修正指令Vp是速度指令Vp，所以可以使焊接压力的应答性更快。另外，通过开关4的切换可以把过冲量抑制得很小。
此外，本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种变形来实施。在第1、第2实施方式中，通过开关3切换按照位置指令Up的位置控制和按照指令焊接压力Fc的焊接压力控制，而且如图3所示，也可以设为不进行位置控制的伺服控制装置1B。此时，为了提高伺服控制的应答性，最好作为修正指令Vp采用一定速度的速度指令。
另外，作为检测焊接压力的单元，在本实施方式中采用观测器，而且还可以采用测压元件等压力传感器。即使将检测单元由观测器替换为压力传感器，也不改变本发明的作用及效果。
以上，通过最佳的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解在不脱离后述的请求范围的公开范围的情况下，可以进行的各种修改以及变更。
权利要求
1.一种点焊枪的伺服控制装置(1、1A、1B)，将相向的一对焊枪嘴中的至少一方的可移动焊枪嘴由控制对象(2)沿相向的方向进行驱动，并控制对于在所述一对焊枪嘴之间夹持的焊接对象物的焊接压力，其特征在于，具有反馈控制单元(15)，对检测到的所述焊接压力与指令焊接压力的差分值进行计算；和前馈控制单元(14、14A、14B)，把根据对所述控制对象(2)的位置指令或速度指令计算或提供的修正指令与所述差分值相加，根据将所述修正指令与所述差分值相加后的控制指令来控制所述焊接压力。
2.根据权利要求1所述的点焊枪的伺服控制装置(1、1A、1B)，其特征在于，具有在所述焊接压力达到了规定阈值的时刻，使所述前馈控制单元(14、14A、14B)无效的开关单元(4)。
3.根据权利要求2所述的点焊枪的伺服控制装置(1、1A、1B)，其特征在于，使所述阈值为与所述指令焊接压力相同的值。
4.根据权利要求1～3的任意1项所述的点焊枪的伺服控制装置(1、1A、1B)，其特征在于，所述焊接压力是由观测器(12)或通过模拟推定出的等效焊接压力。
全文摘要
一种点焊枪的伺服控制装置，将相向的一对焊枪嘴中的至少一方的可移动焊枪嘴由控制对象沿相向的方向进行驱动，并控制对于在所述一对焊枪嘴之间夹持的焊接对象物的焊接压力，其具有反馈控制单元，对检测到的所述焊接压力F与指令焊接压力Fc的差分值(Fc－F)进行计算；和前馈控制单元，把根据对控制对象的位置指令或速度指令计算或提供的修正指令与所述差分值(Fc－F)相加。
文档编号G05D15/01GK1900866SQ20061010770
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月20日 优先权日2005年7月21日
发明者加藤哲朗, 有田创一, 最上康太 申请人:发那科株式会社