CN103506749A - 点焊系统和用于点焊机器人的控制装置 - Google Patents

点焊系统和用于点焊机器人的控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及点焊系统和用于点焊机器人的控制装置。根据实施方式的点焊系统包括点焊机器人和控制装置。所述点焊机器人具有多个关节轴并且包括与所述关节轴相对应的多个马达。所述控制装置驱动所述马达。此外，所述控制装置包括电容器，所述电容器蓄积从所述马达产生的再生电力。

Description

点焊系统和用于点焊机器人的控制装置
技术领域
本文所讨论的实施方式涉及点焊系统和用于点焊机器人的控制装置。
背景技术
许多点焊机器人被设置在用于汽车等的生产线上，以自动地执行焊接操作以便提高生产率。这种技术已知已例如在日本特开第2008-213020号公报中公开。
点焊机器人例如是保持重的点焊枪的大尺寸机器人。在一些情况下，数百个点焊机器人可被用于一条生产线上。因此，点焊工艺中的电力节约成为对于生产线的总体电力节约来说重要的问题。
根据实施方式的一方面，实施方式的目的在于提供一种可实现电力节约的点焊系统和用于点焊机器人的控制装置。
发明内容
根据实施方式的点焊系统包括点焊机器人和控制装置。所述点焊机器人具有多个关节轴并且包括与所述关节轴相对应的多个马达。所述控制装置驱动所述马达。此外，所述控制装置包括电容器，所述电容器蓄积从所述马达产生的再生电力。
根据实施方式的一方面，可以提供一种能够实现电力节约的点焊系统和用于点焊机器人的控制装置。
附图说明
由于通过在结合附图考虑时参考下述详细说明更好地理解本发明及其许多随附优点，因此将容易获得对本发明及其许多随附优点的更完整理解，在附图中：
图1是示出根据实施方式的点焊系统的构造示例的示意图；
图2是示出根据实施方式的控制装置的构造示例的框图；
图3是示出根据实施方式的马达驱动单元、转换器单元和电容器单元的构造示例的图；
图4是示出再生电力与由马达实现的链接体的驱动状态之间的关系的图；
图5是示出电容器单元的附接构造的示例的示意图；
图6A至图6C是说明电容器单元的附接和拆离的图；
图7和图8是示出电容器单元的另一构造示例的图；以及
图9是示出控制装置的示例的图，其中电容器单元分别设置用于马达驱动单元。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来详细地说明根据本公开内容的实施方式的点焊系统和用于点焊机器人的控制装置。此外，下文公开的实施方式并不旨在限制本发明。
图1是示出根据实施方式的点焊系统1的构造示例的示意图。如图1所示，根据本实施方式的点焊系统1包括点焊机器人2、焊接电源3以及控制装置4。
点焊机器人2是具有多个关节轴J1至J6的多关节机器人。点焊机器人2包括彼此以可枢转的方式联接的基座13、回转单元14、下臂15、上臂16、第一腕17、第二腕18、以及腕凸缘19。
更具体地，回转单元14连接到基座13，以能够绕关节轴J1旋转。下臂15连接到回转单元14，以能够绕与关节轴J1大致垂直的关节轴J2旋转。此外，上臂16连接到下臂15，以能够绕大致平行于关节轴J2的关节轴J3旋转。第一腕17连接到上臂16，以能够绕与关节轴J3大致垂直的关节轴J4旋转。
第二腕18连接到第一腕17，以能够绕与关节轴J4大致垂直的关节轴J5旋转。腕凸缘19连接到第二腕18，以能够绕与关节轴J5大致垂直的关节轴J6旋转。
点焊机器人2包括马达M1至M6（在下文中，它们可被称为“马达M”），这些马达M设置成与关节轴J1至J6对应。马达M由控制装置4来驱动。马达M例如为永磁体型旋转电机。永磁体型旋转电机例如包括转子和定子，所述转子包括沿转子铁心的周向方向设置的多个永磁体，所述定子以一定间隙面对所述转子的外周面放置。
点焊枪10被附接到点焊机器人2的前端。通过由控制装置4控制马达M来控制点焊枪10的位置、角度、方向等。
点焊枪10包括彼此面对地设置的可动电极21和固定电极22。当执行点焊时，控制装置4控制点焊枪10以将作为被焊接构件的工件夹设在可动电极21和固定电极22之间，并且从焊接电源3向点焊枪10供应电力，以使电流在电极21和22之间流动预定时间。
当完成焊接时，控制装置4将可动电极21沿与固定电极22分离的方向移位以释放工件，并且致动点焊机器人2以将点焊枪10移位到下一焊接点。
一系列操作被设定在操作程序中，所述操作程序预先被存储在控制装置4中。操作者使得控制装置4执行该操作程序，且因此使得点焊机器人2执行点焊操作。
在本文中，将说明控制装置4的构造。图2是示出控制装置4的构造示例的框图。如图2所示，控制装置4包括控制单元30、转换器单元31、马达驱动单元321至326（在下文中，它们可被称为马达驱动单元32）、以及电容器单元33。
控制单元30、转换器单元31和马达驱动单元32由通信总线34来互连。此外，转换器单元31、马达驱动单元32以及电容器单元33由直流汇流条6A和6B互连。在本实施方式中，直流汇流条6A和6B被形成在未示出的母板上。转换器单元31、马达驱动单元32和电容器单元33借助形成于母板上的连接器而以可拆卸的方式连接到直流汇流条6A和6B。
控制单元30在其中存储操作程序并且使得内部CPU读出并且执行该操作程序，以控制马达驱动单元321至326、点焊枪10的可动电极21、以及焊接电源3。
点焊机器人2的马达M1至M6由该控制来驱动，以改变点焊枪10的位置、角度和方向等，接着该点焊枪10执行点焊。
图3是示出转换器单元31、马达驱动单元32和电容器单元33的构造示例的图。
如图3所示，转换器单元31包括整流电路51、平滑用电容器C1以及再生电力处理单元52，所述整流电路51包括六个桥接的二极管。转换器单元31通过使用整流电路51来整流来自交流电源5的三相交流电压，并且通过使用平滑用电容器C1来平滑该整流电压以将三相交流电压转换为直流电压。
再生电力处理单元52包括切换元件Q7和电阻R1，所述切换元件和电阻被串联连接并且设置在直流汇流条6A和6B之间。当下文将描述的再生电力从马达驱动单元32被供应时，再生电力处理单元52是保护电路，其将直流汇流条6A和6B的电压抑制至不超过预定值的值。在本文中，切换元件Q7例如是半导体元件，例如MOSFET和IGBT。
在再生电力处理单元52中，当直流汇流条6A和6B的电压超过所述预定值时，切换元件Q7由未被示出的控制单元来接通。结果，再生电力的一部分由电阻R1消耗，且因此直流汇流条6A和6B的电压被抑制至不超过所述预定值的值。保护二极管D7还并联地连接到电阻R1。当切换元件Q7被断开时，保护二极管D7抑制由电阻R1的配线电感引起的电涌电压。
马达驱动单元32包括：三相桥接切换元件Q1至Q6；反并联地连接到切换元件Q1至Q6的二极管D1至D6；以及开关控制单元41。
切换元件Q1至Q6基于来自开关控制单元41的开关驱动信号S1至S6被控制成接通或断开。结果，来自转换器单元31的直流电力被转换为交流电力，并且将交流电力供应到马达M。此外，切换元件Q1至Q6例如是自消弧型半导体元件，例如IGBT和MOSFET。
当交流电力从马达驱动单元32被供应到马达M时，马达M使得相应的链接体绕关节轴旋转。例如，马达M1通过利用来自马达驱动单元321的交流电力而使得回转单元14绕关节轴J1旋转，并且马达M2通过利用来自马达驱动单元322的交流电力而使得下臂15绕关节轴J2旋转。
如上所述，马达M驱动作为负载的相应的链接体。同时，当操作者想要停止链接体的驱动时，再生电力被供应到马达驱动单元32。图4是示出再生电力与由马达M实现的链接体的驱动状态之间的关系的图。
如图4所示，被供应有来自马达驱动单元32的交流电力的马达M使得链接体旋转，然后当链接体的旋转位置接近目标位置时使得所述链接体的旋转减速。在减速的情况下，马达M由于链接体的动能而作为发电机操作，且因此再生电力从马达M被供应到马达驱动单元32。再生电力由马达驱动单元32转换为直流，并且被输出至直流汇流条6A和6B。
如上所述，由于点焊机器人2使得点焊枪10相继地移位到焊接点以执行点焊，因此在相对短的时间内反复地产生再生电力。由于点焊枪10的运动以短间距（shortpitch）被执行，因此不会出现大的再生电力，且因此再生电力可被蓄积在电容器中。
因此，根据本实施方式的控制装置4包括电容器单元33，所述电容器单元33蓄积再生电力。结果，由于能够以相对低的成本来有效地使用再生电力，因此可实现电力节约。
如图2和图3所示，电容器单元33连接到位于转换器单元31和马达驱动单元32之间的直流汇流条6A和6B，以蓄积来自马达驱动单元32的再生电力。
电容器单元33包括例如电容器C10并且将再生电力蓄积在电容器C10中。电容器C10例如是相对便宜的电解电容器。具有高电力存储效率的电容器（例如，双电层电容器）可被用作电容器C10。
电容器单元33被附接到控制装置4，使得该电容器单元可被附接到马达驱动单元32以及从该马达驱动单元被拆离。因此，当执行维护时，例如可容易地执行电容器单元33或电容器C10的更换。
点焊机器人2的操作基于工件而不同，且因此从马达M产生的再生电力的大小也是不同的。因此，通过将电容器单元33以可拆离的方式连接到控制装置4，能够将具有合适静电容量的电容器单元33连接到马达驱动单元32。例如，使用电容器C10，所述电容器C10具有如下静电容量，其中不由再生电力处理单元52消耗的再生电力与从马达M产生的再生电力的比例如是80%至100%。
在本文中，将说明电容器单元33的构造示例。图5是示出电容器单元33的构造示例的示意图。如图5所示，电容器单元33可从外部被附接到控制装置4的壳体50，或者从该壳体50被拆离。此外，控制单元30、转换器单元31和马达驱动单元32被放置在控制装置4的壳体50中。
电容器单元33包括电容器C10和电容器保持单元61，并且被连接到由壳体50内的支承单元71支承的连接器72。电容器保持单元61包括：筒状的第一保持构件63，所述第一保持构件在其外周上形成有多个凸起部；和第二保持构件64，所述第二保持构件通过利用紧固构件65被连接到第一保持构件63。
第一保持构件63是筒状构件并且被安装在电容器C10的外周处，所述筒状构件的内径与电容器C10的外径大致相等。在第一保持构件63的外周以及第二保持构件64的前端处形成的多个凸起部设置有在相应位置处形成的通孔。紧固构件65被插入穿过所述通孔，以将所述第一保持构件63连接到第二保持构件64。
在所述第二保持构件64的前端中形成比所述电容器C10的外径大的通孔。电容器C10被插入穿过所述通孔。此外，在第二保持构件64的底端中形成具有通孔的凸起部。所述凸起部通过利用紧固构件66被附接到壳体50。
图6A至图6C是说明电容器单元的附接和拆离的图。如图6A所示，在所述电容器C10被附接到电容器保持单元61的状态下，通过将电容器C10的底端插入形成于壳体50中的开口73中并且将电容器C10的端子78连接到连接器72来执行所述电容器单元33的附接。
电容器单元33的附接可如图6B所示被进一步执行。也就是说，第二保持构件64被附接到壳体50并且电容器C10被附接到第一保持构件63。然后，在所述电容器C10被附接到所述第一保持构件63的状态下，通过将电容器C10的底端插入形成于壳体50中的开口73中并且将电容器C10的端子78连接到连接器72来执行所述附接。之后，第一保持构件63和第二保持构件64由紧固构件65来联接。
例如，如图6C所示，电容器单元33A可取代电容器单元33被附接到控制装置4，所述电容器单元33A包括与电容器单元33的电容器相比具有不同的静电容量的电容器C10A。
更具体地，第二保持构件64被附接到壳体50并且电容器C10A被附接到第一保持构件63A。然后，在电容器C10A被附接到第一保持构件63A的状态下，通过将电容器C10A的底端插入形成于壳体50中的开口73中并且将电容器C10A的端子78A连接到所述连接器72来执行所述附接。之后，第一保持构件63A和第二保持构件64由紧固构件65来联接。
电容器C10A的尺寸小于电容器C10的尺寸。此外，连接器72构造成能够连接电容器C10和C10A，所述电容器C10和C10A的端子形状和端子间距是不同的。
如上所述，在根据本实施方式的点焊系统1中，电容器单元33可从控制装置4的壳体50突出到外部，并且可被附接到控制装置4。因此，与其中电容器单元33被放置在壳体50中的情况相比，可减小壳体50的尺寸。
此外，由于电容器单元33构造成能被附接到控制装置4或者能从所述控制装置4被拆离，因此能容易地附接如下电容器单元33，所述电容器单元33具有根据再生电力的尺寸的静电容量。
因此，当执行维护时，能容易地执行电容器单元33或电容器C10的更换。此外，能够附接如下电容器单元33，所述电容器单元33具有根据由点焊系统1焊接的工件的优化静电容量。
在如图5所示的示例中，已经说明了电容器单元33被附接到控制装置4，使得所述电容器单元33的一部分从形成于控制装置4的壳体50中的开口73突出到壳体50外部。然而，实施方式不局限于该构造。例如，实施方式可具有如下构造，即，所述电容器单元33以可拆离的方式被放置在所述控制装置4的壳体50内部。
电容器单元33的构造不局限于图5的构造。因此，如果电容器单元33能被附接到控制装置4并且能从所述控制装置4拆离，那么电容器单元33可具有任何构造。例如，电容器单元33可具有图7的构造。图7和图8是示出电容器单元的其他构造示例的图。
在图7所述的电容器单元33B中，电容器C10在该电容器C10的端子78被连接到形成于壳体80的底部上的连接器81的状态下被放置在壳体80内。电连接到连接器81的连接端子的端子82连接到壳体80的外部底部。端子82以可拆离的方式连接到所述控制装置4的连接器72。
例如，类似于如图8所示的电容器单元33C，电容器单元可具有如下构造，即，可改变用于蓄积再生电力的静电容量。更具体地，在电容器单元33C中，连接器81A被放置在壳体80中，多个电容器C10C借助连接器81A能被附接和拆离。因此，通过调节待被连接到连接器81A的电容器C10C的数量，可改变电容器单元33C的静电容量。
在该实施方式中，已经说明了电容器单元33由多个马达驱动单元321至326共用。实施方式不局限于该构造。例如，如在图9中示出的控制装置4A中的那样，电容器单元33可设置用于每个马达驱动单元32。图9是示出控制装置4A的示例的图。
这样，电容器单元33可分别设置成邻近于马达驱动单元32，且因此可降低直流汇流条6A和6B中的电力损失。此外，可根据与每个电容器单元33对应的马达M的再生电力来设置静电容量。
在该实施方式中，已经说明了六轴点焊机器人2。该实施方式不局限于该构造。点焊机器人2可以是具有除了六轴构造之外的构造的点焊机器人。例如，点焊机器人2可以是七轴点焊机器人。

Claims (8)

1.一种点焊系统，所述点焊系统包括：
点焊机器人，所述点焊机器人具有多个关节轴并且包括与所述关节轴相对应的多个马达；以及
控制装置，所述控制装置驱动所述马达以控制所述点焊机器人，其中
所述控制装置包括电容器，所述电容器蓄积从所述多个马达产生的再生电力。
2.根据权利要求1所述的点焊系统，其中，所述电容器以可拆离的方式附接到所述控制装置。
3.根据权利要求2所述的点焊系统，其中，所述电容器经由形成于所述控制装置的壳体中的开口而以可拆离的方式附接到所述控制装置。
4.根据权利要求3所述的点焊系统，其中，所述电容器在该电容器从所述控制装置的所述壳体突出到外部的状态下被附接到所述控制装置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的点焊系统，其中，所述电容器由所述多个马达共用。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的点焊系统，其中，所述控制装置构造成能够附接蓄积所述再生电力用的静电容量不同的电容器。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的点焊系统，其中：
所述控制装置包括：
转换器单元，所述转换器单元将交流电力转换为直流电力；以及
多个马达驱动单元，这些马达驱动单元将来自所述转换器单元的直流电力转换为交流电力并且将所述交流电力分别供应至所述多个马达；并且
所述电容器以可拆离的方式附接到直流汇流条，所述直流汇流条连接所述转换器单元和所述马达驱动单元。
8.一种用于点焊机器人的控制装置，所述控制装置包括：
马达驱动单元，所述马达驱动单元驱动分别对应于点焊机器人的关节轴设置的马达；以及
电容器，所述电容器蓄积从所述马达产生的再生电力。
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