(57)【要約】【課題】弾性流体配送系を用いる場合でもノズルが吐出する流量を精度良く制御すること。【解決手段】流量配送システムは、モータを有し、モータの回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプと、ポンプから吐出された流体を配送する弾性流体配送系と、弾性流体配送系により配送された流体を吐出するノズルと、弾性流体配送系内の流体の圧力を測定する圧力センサと、ポンプに吐出させる流体の流量の流量指令値を生成する流量指令生成部と、圧力センサにより測定された前記圧力に基づいて、ノズルが吐出する流体の流量の推定値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部と、算出されたフィードバック値及び生成された流量指令値に基づいて、モータの回転速度の回転速度指令値を生成する回転速度指令生成部と、を備える。【選択図】図３
2020124696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを有し、前記モータの回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された前記流体を配送する弾性流体配送系と、
前記弾性流体配送系により配送された前記流体を吐出するノズルと、
前記弾性流体配送系内の前記流体の圧力を測定する圧力センサと、
前記ポンプに吐出させる前記流体の流量の流量指令値を生成する流量指令生成部と、
前記圧力センサにより測定された前記圧力に基づいて、前記ノズルが吐出する前記流体の流量の推定値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部と、
算出された前記フィードバック値及び生成された前記流量指令値に基づいて、前記モータの回転速度の回転速度指令値を生成する回転速度指令生成部と、を備える流量制御システム。
【請求項２】
前記フィードバック値算出部は、
前記弾性流体配送系入口での前記流体の流量と、前記圧力センサにより測定された直近の２つの前記流体の圧力と、予め設定された所定の係数と、に基づいて前記ノズルに流入する前記流体の平均流量を算出し、算出した前記流体の平均流量を前記フィードバック値とする、請求項１に記載の流量制御システム。
【請求項３】
前記弾性流体配送系から前記ノズルに配送される前記流体の流れを開閉するバルブを備え、
前記フィードバック値算出部は、さらに、
前記弾性流体配送系入口での前記流体の流量と、前記圧力センサにより測定された直近の２つの前記流体の圧力と、予め設定された所定の係数と、に基づいて前記ノズルに流入する前記流体の平均流量を算出し、算出した前記ノズルに流入する前記流体の平均流量と、前記圧力センサにより測定された前記流体の現在までの圧力の平均値と、前記ノズルの開口度と、に基づいて前記流体の粘性係数を算出する粘性係数算出部を備える請求項１に記載の流量制御システム。
【請求項４】
前記フィードバック値算出部は、前記ノズルの開口度と、前記圧力センサにより測定された現在の圧力と、前記粘性係数算出部により算出された前記流体の粘性係数と、に基づいて前記フィードバック値を算出する請求項３に記載の流量制御システム。
【請求項５】
モータを有し、前記モータの回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された前記流体を配送する弾性流体配送系と、
前記弾性流体配送系により配送された前記流体を吐出するノズルと、
前記弾性流体配送系内の前記流体の圧力を測定する圧力センサと、を備える流量制御システムの流量制御方法であって、
前記ポンプに吐出させる前記流体の流量の流量指令値を生成し、
前記圧力センサにより測定された前記圧力に基づいて、前記ノズルが吐出する前記流体の流量の推定値をフィードバック値として算出し、
算出された前記フィードバック値及び生成された前記流量指令値に基づいて、前記モータの回転速度の回転速度指令値を生成する流量制御方法。
【請求項６】
モータを有し、前記モータの回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された前記流体を配送する弾性流体配送系と、
前記弾性流体配送系により配送された前記流体を吐出するノズルと、
前記弾性流体配送系内の前記流体の圧力を測定する圧力センサと、を備える流量制御システムを制御する流量制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記ポンプに吐出させる前記流体の流量の流量指令値を生成する処理と、
前記圧力センサにより測定された前記圧力に基づいて、前記ノズルが吐出する前記流体の流量の推定値をフィードバック値として算出する処理と、
算出された前記フィードバック値及び生成された前記流量指令値に基づいて、前記モータの回転速度の回転速度指令値を生成する処理と、
を実行させる流量制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御システム、流量制御方法、及び流量制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットには、アームの先端にノズルが配置され、自動車のドア等の被塗布物の表面にシール材を塗布するものがある。例えば、シール材を供給するポンプとノズルを一体に組み立てることで、被塗布物の形状に応じてロボットのアーム（ノズル）の移動速度が変化しても、被塗布物に塗布されるシール材の塗布量を均一に制御するという技術が知られている。例えば、特許文献１、２参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１６６７５号公報
【特許文献２】特開平９−１１７７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ポンプが大きくてロボットに搭載できない場合、ロボットから離れた場所にポンプが配置され、高圧に耐えるホースやパイプ等の流体配送系を用いてノズルにシール材を供給する。ロボットは複雑な部品上の複雑な形状の塗布経路に沿ってできるだけ一定速で移動するが鋭角なコーナ部では必然的に速度の低下が発生することがある。このように、ロボット速度が低下しても単位長さあたりのシール材塗布量を一定に保つために、ノズルの移動速度に比例してポンプ駆動用のモータの回転数（∝流量）を増減させ流量を制御する。
しかしながら、流体配送系のホース等が長い場合、流体配送系の弾性により、ノズルの流量に反映されるまでに時間がかかってしまい、流量を迅速に制御することは困難である。
【０００５】
例えば、ノズルの流量を増やそうとポンプのモータの回転数を上げても、流体配送系（ホース）が膨らむため、流体配送系内のシール材の圧力が上がるまでに時間がかかり、ノズルの流量が追いつくまでに遅れが生じる。一方、ノズルの流量を減らそうとポンプのモータの回転数を下げても、流体配送系内のシール材の圧力が下がる（すなわち、ホースが縮小する）までに時間がかかるため、ノズルでの流量がなかなか下がらないという現象が起こる。
また、シール材は、非ニュートン（Ｎｏｎ−Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ）流体、すなわち粘性係数が一定でなくかつ非線形であるため、シール材の粘性係数の温度、流量、時間、製造ロット等による変動に対応することが困難であった。
図９Ａ、図９Ｂは、それぞれシール材が過大に塗布されたケースを示す図である。なお、白色の矢印は、ノズルが移動する方向を示す。図９Ａには、シール材を塗布するスタート時に過大に塗布され、シール材の塗布された最初の地点から矢印で示す範囲で、塗布幅が膨らんでいる様子が見られる。また、図９Ｂには、鋭角コーナでのロボットの減速に流量が対応できずに、シール材が過大に塗布され、塗布幅が膨らんでいる様子が見られる。
【０００６】
すなわち、ポンプが吐出する流量はきめ細やかに精度良く制御できるにもかかわらず、流体配送系が長く、流体配送系の弾性により、ノズル位置での流量に反映されるまでに遅れが生じ、特に、被塗布物への塗布開始時や、被塗布物の鋭角なコーナ部等においてシール材の塗布幅を一定に保つことが困難であった。
一方で、流体の粘度特性が時間的に一定である場合にはノズル直前の流体の圧力と流量の間には一意の関係がある。すなわち、予めノズルにおけるシール材の圧力と流量の関係を測定してプロットしておけば、塗布を行っている時のシール材の圧力を計ることによりその瞬間のノズルから流出するシール材の流量を正確に算出することが可能である。
しかしながら、実際のシール材の粘性係数は温度や流量に応じて（Ｓｈｅｅｒ  Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）、時々刻々大きく変動するため、測定された圧力値の精度が良くても、シール材の流量を精度よく計算することは困難であった。さらに、ノズルでの流量を精度よく求めるためには時々刻々変動する流体の粘性係数を推定して流量計算を補正する必要があるが、流量指令が頻繁に上下する状況では粘性係数を正確に推定することが困難であった。
【０００７】
なお、以下において、「弾性流体配送系」は、剛体でない材質から成る流体配送系であって、流体の圧力の変動により流体配送系の弾性が流量に有意な影響を与えうる流体配送系を意味する。
そこで、上記のように、例えばシール材の吐出ノズルをロボットの先端に装着して塗布作業をするようなときに、流体配送系のホース等が長い場合等のように、弾性流体配送系を用いる場合でもノズルが吐出する流量を精度良く制御することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の流体制御システムの一態様は、モータを有し、前記モータの回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された前記流体を配送する弾性流体配送系と、前記弾性流体配送系により配送された前記流体を吐出するノズルと、前記弾性流体配送系内の前記流体の圧力を測定する圧力センサと、前記ポンプに吐出させる前記流体の流量の流量指令値を生成する流量指令生成部と、前記圧力センサにより測定された前記圧力に基づいて、前記ノズルが吐出する前記流体の流量の推定値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部と、算出された前記フィードバック値及び生成された前記流量指令値に基づいて、前記モータの回転速度の回転速度指令値を生成する回転速度指令生成部と、を備える。
【０００９】
本開示の流体制御方法の一態様は、モータを有し、前記モータの回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された前記流体を配送する弾性流体配送系と、前記弾性流体配送系により配送された前記流体を吐出するノズルと、前記弾性流体配送系内の前記流体の圧力を測定する圧力センサと、を備える流量制御システムの流量制御方法であって、前記ポンプに吐出させる前記流体の流量の流量指令値を生成し、前記圧力センサにより測定された前記圧力に基づいて、前記ノズルが吐出する前記流体の流量の推定値をフィードバック値として算出し、算出された前記フィードバック値及び生成された前記流量指令値に基づいて、前記モータの回転速度の回転速度指令値を生成する。
【００１０】
本開示の流体制御プログラムの一態様は、モータを有し、前記モータの回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された前記流体を配送する弾性流体配送系と、前記弾性流体配送系により配送された前記流体を吐出するノズルと、前記弾性流体配送系内の前記流体の圧力を測定する圧力センサと、を備える流量制御システムを制御する流量制御プログラムであって、コンピュータに、前記ポンプに吐出させる前記流体の流量の流量指令値を生成する処理と、前記圧力センサにより測定された前記圧力に基づいて、前記ノズルが吐出する前記流体の流量の推定値をフィードバック値として算出する処理と、算出された前記フィードバック値及び生成された前記流量指令値に基づいて、前記モータの回転速度の回転速度指令値を生成する処理と、を実行させる。
【発明の効果】
【００１１】
一態様によれば、弾性流体配送系を用いる場合でもノズルが吐出する流量を精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の流体制御システムを示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】図２のＣＰＵの機能例を示す機能ブロック図である。
【図４】流体配送系の弾性について説明する模式図である。
【図５Ａ】流体配送系内の圧力と流体配送系の体積との関係の一例を示す図である。
【図５Ｂ】流体配送系内の圧力と流体配送系の弾性係数との関係の一例を示す図である。
【図６】図１に示した流体制御システムの動作を説明するフローチャートである。
【図７】第２の実施形態のＣＰＵの機能例を示す機能ブロック図である。
【図８】第２の実施形態の流体制御システムの動作を説明するフローチャートである。
【図９Ａ】不良塗布の一例を示す図である。
【図９Ｂ】不良塗布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、第１の実施形態について図面を用いて説明する。
なお、以下の説明では、簡単のため、「弾性流体配送系」を「流体配送系」という。そして、特に断らない限り、流体配送系とは、「弾性流体配送系」のことである。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る流量制御システムの全体構成を示すブロック図である。流量制御システムは、制御装置１０、ポンプ２０、流体配送系３０、バルブ４０、ノズル５０及び圧力センサ６０から構成される。
なお、以下の説明において、流体制御システムは、シール材を配送するが、これに限定されず、任意の非ニュートン流体に対して適用可能である。
【００１４】
制御装置１０は、ＣＰＵ等の制御部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等の記憶部を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のコンピュータである。なお、制御装置１０は、図示しないロボットのロボットコントローラ等のロボット制御装置でも良く、後述するポンプ２０に含まれるサーボモータの制御装置でも良い。制御装置１０については、図２及び図３で詳述する。
【００１５】
ポンプ２０は、例えば、Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｐｕｍｐ（容積移送式ポンプ）、すなわち、モータの回転量に比例した容積が押し出されるポンプであり、サーボモータ等のモータ２１と、ピストンによるシール材の流体を押し出すショットメータ２２を有する。そして、ポンプ２０は、制御装置１０からの回転速度指令値の回転速度でモータ２１を駆動する。これにより、ポンプ出口でのシール材の吐出量を精度良く制御することができる。なお、ポンプ２０には、モータ２１とショットメータ２２との組み合わせに限定されず、ギアポンプ、回転容積式ねじポンプ等の、他の型式の容積移送式ポンプを用いても良い。
【００１６】
流体配送系３０は、線形又は非線形の弾性を有したホースやパイプ等である。流体配送系３０は、自動車等の被塗布物の大きさに応じた長さを有し、例えば、４−５ｍ程度の長さを有する。なお、流体配送系３０については、図４及び図５で詳述する。
バルブ４０は、流体配送系３０により配送されてきたシール材のノズル５０への流れをＯＮ／ＯＦＦ（開閉）する。
【００１７】
ノズル５０は、例えば、図示されないロボットのアームの先端に配置され、図示されない被塗布物に対してシール材を塗布する。このノズルはそこまでの流体配送系の直径に比較してかなり小さな開口部を持ち、ノズル直前の流体の圧力により流体はノズルの開口部をかなり高速に通過し被塗布物に吹き付けられる。その時の流量は、流体の圧力、粘度とノズルの開口面積（Ｏｒｉｆｉｃｅ）によって決まる。なお、高圧である流体の圧力はノズルの外では大気圧まで低下する。この時の圧力降下の殆どはノズル内で発生しており、ポンプからノズル直前まで（すなわち流体配送系内）の圧力降下は無視できる。
圧力センサ６０は、流体配送系３０内のシール材の圧力（正確には大気圧との差）を測定し、測定した圧力の測定値を制御装置１０にフィードバックする。この文書内で、流体又はシール材の「圧力」と記述している場合は全て「大気圧との差」という意味である。なお、圧力センサ６０は、予め設定されたサンプリング周期の一定の時間間隔で圧力を測定する。
【００１８】
図２は、図１の制御装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０３と、バス１０４と、入出力インターフェース１０５と、出力部１０６と、入力部１０７と、通信部１０８とを備える。
【００１９】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記録されている流体制御プログラムを含む各種プログラムに従って各種の処理を実行する。
ＲＡＭ１０３には、ＣＰＵ１０１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等が適宜記憶される。
【００２０】
ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２及びＲＡＭ１０３は、バス１０４を介して相互に接続されている。また、バス１０４には、入出力インターフェース１０５も接続される。入出力インターフェース１０５には、出力部１０６、入力部１０７、通信部１０８及び圧力センサ６０が接続される。
【００２１】
出力部１０６は、液晶ディスプレイ等であり、ＣＰＵ１０１の制御指示に基づいて各種情報を出力する。
入力部１０７は、キーボードやタッチパネル等であり、流体制御システムのオペレータによる入力操作に基づいて各種情報を入力する。
【００２２】
通信部１０８は、有線又は無線を介して、図示しない上位制御装置や外部入力装置等に接続され、該装置との間の通信を制御する。
また、入出力インターフェース１０５は、有線又は無線を介して、圧力センサ６０に接続され、圧力センサ６０により測定された流体配送系３０内の圧力を示す信号を受信し、受信した信号をＣＰＵ１０１に出力する。
【００２３】
図３は、図２のＣＰＵ１０１の機能のうち、流体制御処理の実現が可能になる機能の一例を示す機能ブロック図である。
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された流体制御プログラムを、バス１０４を介して読み出し、流体制御プログラムに従って流体制御システム全体を制御することで、図３に示すように、流量指令生成部２０１、減算部２０２、フィードフォワード（ＦＦ）ゲイン部２０３、フィードバック（ＦＢ）ゲイン部２０４、加算部２０５、回転速度指令生成部２０６、及びフィードバック値算出部２０７の機能を実現するように構成される。ＲＡＭ１０３には一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。
【００２４】
流量指令生成部２０１は、入出力インターフェース１０５を介して、図示しない上位制御装置や外部入力装置等から入力されるプログラムや命令に従って、ポンプ２０が吐出するシール材の流量指令値を生成する。
減算部２０２は、生成された流量指令値から、後述するフィードバック値算出部２０７により算出されたフィードバック値を減算する。
【００２５】
ＦＦゲイン部２０３は、フィードフォワード制御の制御値として、生成された流量指令値を予め設定されたゲインで調整する。
ＦＢゲイン部２０４は、フィードバック制御の制御値として、流量指令値とフィードバック値との減算値を予め設定されたゲインで調整する。
加算部２０５は、ＦＦゲイン部２０３からのフィードフォワード制御の制御値と、ＦＢゲイン部２０４からのフィードバック制御の制御値とを加算する。
【００２６】
回転速度指令生成部２０６は、フィードフォワード制御の制御値とフィードバック制御の制御値との加算値に基づいて、ポンプ２０のモータ２１の回転速度の回転速度指令値を生成する。
【００２７】
フィードバック値算出部２０７は、回転速度指令生成部２０６により生成された回転速度指令値と、圧力センサ６０により測定された流体配送系３０内のシール材の圧力とに基づいて、ノズル５０が吐出するシール材の流量の推定値をフィードバック値として算出する。フィードバック値算出部２０７については、図４及び図５で詳述する。
【００２８】
＜流体配送系３０内の流量計算＞
図４は、流体配送系３０の弾性について説明する模式図である。上述したように、流体配送系３０は、非線形の弾性を有するホースやパイプ等である。図４では、流体配送系３０の弾性を、ピストン３１、ばね３２、及びシリンダ３３を用いて模式的に表す。
図４に示すように、シール材等の流体がポンプ２０により吐出される吐出量Ｆｉで流体配送系３０に流し込まれることで、ピストン３１がばね３２で支えられているシリンダ３３内に流体を流し込むのと同様であり、その体積に対応してシリンダ３３内の圧力（流体の圧力）が高くなる。
なお、ポンプ２０が吐出する流体の吐出量Ｆｉは、式（１）のように表される。
Ｆｉ＝ａ・Ｖｃ        （１）
ａは、ポンプ係数であり、モータ２１の１回転あたりの吐出量を示す。Ｖｃは、回転速度指令生成部２０６により生成された回転速度指令値を示す。
【００２９】
図５Ａは、流体配送系３０内の圧力Ｐａと流体配送系３０の体積Ｖｍとの関係の一例を示す図である。
図５Ａに示す関係を得るために、流体配送系３０内に流体を満たして圧力Ｐａがゼロである状態にする。この時の体積をＶ０とする。この状態で、例えば、制御装置１０は、バルブ４０を閉じ、ポンプ２０のモータ２１を少しずつ段階的に回転させて、流体配送系３０に流体を少しずつ流し込み、その都度圧力センサ６０に圧力Ｐａを測定させる。そして、流体配送系３０の体積Ｖｍと、測定された圧力Ｐａのデータをプロットすることにより、図５Ａに示す関係が得られる。
【００３０】
図５Ａに示すように、圧力Ｐａがゼロ近辺では、圧力Ｐａと体積Ｖｍの関係はほぼ線形に変化する。そして、体積Ｖｍが増加するに従い、流体配送系３０が膨れて、圧力Ｐａが急激に上昇し、これ以上流体配送系３０内に流体を流し込むことができない状態になる。なお、さらに流体を無理やり流し込んだ場合には、圧力Ｐａが異常に高くなりいずれ流体配送系３０が破裂する。
【００３１】
実際の流体制御システムは、流体配送系３０の耐圧近傍で動作させることはないため、流体配送系３０内の体積Ｖｍと圧力Ｐａとの関係は、線形であるとする。なお、図５Ａに示した測定結果があれば、流体配送系３０内の体積Ｖｍと圧力Ｐａとの関係が非線形となる場合にも拡張することは容易である。これについては、図５Ｂで説明する。
体積Ｖｍと圧力Ｐａとの関係が線形となる部分では、流体配送系３０内の圧力Ｐａは、式（２）のように計算できる。
Ｐａ＝Ｂ・（Ｖｍ−Ｖ０）      （２）
Ｂは、図５Ａに示すＶｍ−Ｐａ曲線の圧力Ｐａにおける傾きである。図５Ａに示すように、所定の圧力値（又は所定の体積値）までの間は、体積Ｖｍと圧力Ｐａとの関係は、線形である。なお、体積Ｖｍと圧力Ｐａとの関係が非線形となる場合には、図５Ａから傾きＢの値を取得することができる。
【００３２】
一方、流体配送系３０の体積Ｖｍは、ポンプ２０が吐出する流体の吐出量Ｆｉと、流体配送系３０の出口での流体の流量Ｆａを用いると、式（３）のように表される。
Ｖｍ＝∫（Ｆｉ−Ｆａ）ｄｔ＋Ｖ０      （３）
したがって、流体の圧力Ｐａは、式（２）と式（３）から式（４）のように表される。
Ｐａ＝Ｂ・∫（Ｆｉ−Ｆａ）ｄｔ      （４）
【００３３】
そして、式（４）の両辺を時間微分することにより、流体配送系３０の出口での流体の流量（すなわち、ノズル５０での流量）Ｆａは、式（５）のように表される。
Ｆａ＝Ｆｉ−（Ｐａ’／Ｂ）      （５）
Ｐａ’は、圧力Ｐａの時間微分を示す。ここで、圧力Ｐａの時間微分Ｐａ’は、直接測定することはできないが、上述したように圧力Ｐａは、例えば、圧力センサ６０により所定のサンプリング周期の一定間隔で測定されている。このことから、圧力Ｐａの時間微分Ｐａ’は、式（６）を用いて算出することができる。
Ｐａ’＝（Ｐ［ｎ］−Ｐ［ｎ−１］）／Δｔ      （６）
＝ΔＰ／Δｔ
Ｐ［ｎ］、Ｐ［ｎ−１］は、圧力センサ６０の測定開始からｎ番目、（ｎ−１）番目に測定された圧力の測定値を示し、Δｔは、Ｐ［ｎ］、Ｐ［ｎ−１］がそれぞれ測定された時間間隔（サンプリング周期）を示す。ｎは、２以上の整数である。
【００３４】
なお、式（６）を用いて算出される時間微分Ｐａ’は、圧力Ｐａの計測値Ｐ［ｎ］、Ｐ［ｎ−１］の差分と時間間隔Δｔとの比であることから、式（５）を用いて算出される流量Ｆａは、圧力計測の時間間隔Δｔにおける平均流量Ｆａｖｅとなる。すなわち、式（５）は、式（６）を用いて式（５’）のように書き換えられる。
Ｆａｖｅ＝Ｆｉ−（ΔＰ／Δｔ）／Ｂ      （５’）
【００３５】
したがって、フィードバック値算出部２０７は、式（１）と式（５’）を用いて、流体配送系３０の出口での流量Ｆａ、すなわちノズル５０が吐出するシール材の流量Ｆａの推定値として、平均流量Ｆａｖｅを算出する。フィードバック値算出部２０７は、算出した平均流量Ｆａｖｅをフィードバック値としてフィードバックすることができる。
なお、上述したように、式（５’）で算出されるＦａｖｅは、平均流量であり、現在の瞬間の値ではなく、遅れを含んでいる。その遅れゆえ、ＦＢゲイン部２０４におけるフィードバック制御のゲインには限度があり、上限以上に上げることができない。しかしながら、流体配送系３０での流量Ｆａｖｅを用いることにより、シール材等の非ニュートン流体における粘性係数の変動による影響を最小化することが可能となる。
【００３６】
ここで、上述したように、流体制御システムは、図５Ａに示した測定結果を有する場合、体積Ｖｍと圧力Ｐａとの関係が非線形の場合にも容易に拡張することができる。
具体的には、体積Ｖｍと圧力Ｐａの関係が線形の場合、弾性係数Ｂは定数であるが、非線形の場合、弾性係数Ｂは、圧力Ｐａに応じて変化し図５Ａに示したグラフの圧力Ｐａにおける微分の傾きとなる。
【００３７】
図５Ｂは、流体配送系３０内の圧力Ｐａと流体配送系３０の弾性係数Ｂとの関係の一例を示す図である。
図５Ｂに示すように、圧力Ｐａがゼロ近辺の圧力Ｐ１以下では、圧力Ｐａと体積Ｖｍの関係がほぼ線形に変化するため、弾性係数Ｂは一定の値Ｂ１を示す。そして、体積Ｖｍが増加するに従い、流体配送系３０が膨れて、圧力Ｐａが上昇することにより、弾性係数Ｂも非線形に急激に上昇する。そこで、図５Ｂに示した圧力Ｐａと弾性係数Ｂの関係に基づいて、式（５）（式（５’））を非線形の場合に拡張することができる。
【００３８】
＜流体制御システムの動作＞
図６は、図１に示した流体制御システムの動作を説明するフローチャートである。
ステップＳ１において、流量指令生成部２０１は、図示しない上位制御装置や外部入力装置等から入力されるプログラムや命令に従って、ポンプ２０が吐出するシール材の流量指令値を生成する。
【００３９】
ステップＳ２において、フィードバック値算出部２０７は、式（１）及び式（５’）と、測定された直近の２つの圧力Ｐ［ｎ］、Ｐ［ｎ−１］に基づいて、ノズル５０が吐出する流量Ｆａの推定値として平均流量Ｆａｖｅを算出し、フィードバック値とする。
ステップＳ３において、回転速度指令生成部２０６は、流量指令値及びフィードバック値に基づいて、回転速度指令値を生成する。
【００４０】
以上により、第１の実施形態に係る流体制御システムは、測定された直近の２つの圧力Ｐ［ｎ］、Ｐ［ｎ＋１］を用いて圧力Ｐａの時間微分を求め、ノズル５０が吐出するシール材の流量Ｆａの推定値として、平均流量Ｆａｖｅを算出する。そして、流体制御システムは、算出した平均流量Ｆａｖｅのフィードバック値と、生成した流量指令値に基づいて、ポンプ２０のモータ２１の回転速度指令値を生成することにより、流体配送系３０を用いる場合でもノズル５０が吐出する流量Ｆａを精度良く制御することができる。
また、流体制御システムは、ノズル５０での流量Ｆａを平均流量Ｆａｖｅとして推定することにより、シール材等の非ニュートン流体における粘性係数の変動による影響を最小化することが可能となる。これにより、流体制御システムは、ロボットの移動速度に応じてノズル５０の流量Ｆａを精度良く制御することができ、被塗布物の鋭角なコーナ部等においてシール材の塗布幅を一定に保つことができる。
以上、第１の実施形態について説明した。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る流体制御システムは、平均流量を用いて流体の粘性係数を求め、求めた粘性係数と圧力センサにより測定された現在の圧力に基づいて、ノズルが吐出する流量のフィードバック値を算出する点が、第１の実施形態と異なる。
以下に、第２の実施形態について説明する。
【００４２】
第２実施形態に係る流体制御システムは、図１の第１実施形態に係る流体制御システムと同様の構成を備える。
また、第２実施形態に係る制御装置１０は、図２の第１実施形態に係る制御装置１０と同様のハードウェア構成を有する。
図７は、第２の実施形態に係るＣＰＵ１０１の機能のうち、流体制御処理の実現が可能になる機能の一例を示す機能ブロック図である。なお、図３のブロック図と同様の機能を有する構成については、同じ符号を付し、説明は省略する。
【００４３】
図７に示すように、ＣＰＵ１０１は、図１と同様に、流量指令生成部２０１、減算部２０２、ＦＦゲイン部２０３、ＦＢゲイン部２０４、加算部２０５、回転速度指令生成部２０６、及びフィードバック値算出部２０７の機能を有する。
さらに、フィードバック値算出部２０７は、粘性係数算出部２０７１の機能を有する。
粘性係数算出部２０７１は、例えば、式（５’）を用いて、平均流量Ｆａｖｅを算出し、算出した平均流量Ｆａｖｅと後述する平均圧力とから流体の粘性係数を算出する。
【００４４】
より具体的には、ノズル５０が吐出する流体の流量Ｆａは、ノズル５０の特性から式（７）のように表すことができる。
Ｆａ＝Ｏｎ・Ｐａ／μ      （７）
Ｏｎは、ノズル５０の開口度（開口部の断面積）を示し、μは、流体の粘性係数を示す。
【００４５】
そして、圧力センサ６０により測定された直近の２つの圧力Ｐ［ｎ］、Ｐ［ｎ−１］の平均値（（Ｐ［ｎ］＋Ｐ［ｎ−１］）／２）を、最終圧力測定時から現在までの圧力の平均値Ｐａｖｅとすると、平均流量Ｆａｖｅは、平均圧力Ｐａｖｅと式（８）のように関係付けられる。
Ｆａｖｅ＝Ｏｎ・Ｐａｖｅ／μａｖｅ      （８）
μａｖｅは、粘性係数の平均値を示す。
【００４６】
粘性係数の平均値μａｖｅは、式（８）から式（９）のように、平均流量Ｆａｖｅ及び平均圧力Ｐａｖｅを用いて表すことができる。
μａｖｅ＝Ｏｎ・Ｐａｖｅ／Ｆａｖｅ      （９）
すなわち、粘性係数算出部２０７１は、式（９）を用いて、平均流量Ｆａｖｅと平均圧力Ｐａｖｅから粘性係数の平均値μａｖｅを算出する。
【００４７】
ここで、流体の粘性係数μは、流量Ｆａや圧力Ｐａの変動と比べてゆっくりであることから、例えば、圧力センサ６０の圧力測定のサンプリング周期の時間間隔では一定の値（すなわち、μ＝μａｖｅ）と見なしても差し支えない。
これにより、フィードバック値算出部２０７は、圧力センサ６０により測定された現在の圧力Ｐ［ｎ＋１］と、算出された粘性係数μ（μａｖｅ）と、式（１０）を用い、ノズル５０が吐出する流量Ｆａの推定値として、現在の流量Ｆａｃを算出する。フィードバック値算出部２０７は、算出した流量Ｆａｃをフィードバック値としてフィードバックすることができる。
Ｆａｃ＝Ｏｎ・Ｐ［ｎ＋１］／μ
＝Ｆａｖｅ・（Ｐ［ｎ＋１］／Ｐａｖｅ）      （１０）
【００４８】
流量Ｆａｃは、現在の圧力Ｐ［ｎ＋１］と粘性係数μを用いて算出されるため、現在の流体配送系３０の流量Ｆａ、すなわち現在のノズル５０が吐出する流量Ｆａをリアルタイムに示し、平均流量Ｆａｖｅのように遅れは含まれない。これにより、流体制御システムは、流量Ｆａｃに基づいたフィードバック制御において、ＦＢゲイン部２０４のゲインを、第１の実施形態と比べて上げることが可能となり、制御の精度をより向上させることができる。
【００４９】
＜流体制御システムの動作＞
図８は、第２の実施形態に係る流体制御システムの動作を説明するフローチャートである。なお、図８のフローチャートのうち、図６に示したステップと同様の処理については、同じステップ番号を付し、詳細な説明は省略する。
ステップＳ１において、流量指令生成部２０１は、図示しない上位制御装置や外部入力装置等から入力されるプログラムや命令に従って、ポンプ２０が吐出するシール材の流量指令値を生成する。
【００５０】
ステップＳ２１において、粘性係数算出部２０７１は、平均流量Ｆａｖｅと、平均圧力Ｐａｖｅと、式（９）に基づいて、粘性係数μを算出する。
ステップＳ２２において、フィードバック値算出部２０７は、測定された現在の圧力Ｐ［ｎ＋１］と、算出された粘性係数μと、式（１０）に基づいて、ノズル５０が吐出する流量Ｆａの推定値として現在の流量Ｆａｃを算出し、フィードバック値とする。
ステップＳ３において、回転速度指令生成部２０６は、流量指令値及びフィードバック値に基づいて、回転速度指令値を生成する。
【００５１】
以上により、第２の実施形態に係る流体制御システムは、圧力センサ６０により測定された現在から直近の２つの圧力Ｐａを用いて、平均流量Ｆａｖｅと平均圧力Ｐａｖｅを求め、シール材の粘性係数μを算出する。流体制御システムは、算出した粘性係数μと測定された現在の圧力Ｐ［ｎ＋１］を用いて、ノズル５０が吐出するシール材の流量Ｆａの推定値として、現在の流量Ｆａｃを算出する。そして、流体制御システムは、算出した流量Ｆａｃのフィードバック値と生成した流量指令値に基づいて、ポンプ２０のモータ２１の回転速度指令値を生成することにより、流体配送系３０を用いる場合でもノズル５０が吐出する流量Ｆａを精度良く制御することができる。
【００５２】
また、流体制御システムは、現在の流量Ｆａｃを、ノズル５０が吐出する流量Ｆａとすることにより、シール材等の非ニュートン流体における粘性係数の変動による影響を最小化することが可能となる。これにより、流体制御システムは、ロボットの移動速度に応じてノズル５０の流量Ｆａを精度良く制御することができ、被塗布物の鋭角なコーナ部等においてシール材の塗布幅を一定に保つことができる。
【００５３】
また、流量Ｆａｃは、現在の圧力Ｐ［ｎ＋１］と粘性係数μを用いて算出されるため、現在の流体配送系３０の流量Ｆａ、すなわち現在のノズル５０が吐出する流量Ｆａをリアルタイムに示し、平均流量Ｆａｖｅのように遅れは含まれない。これにより、流体制御システムは、流量Ｆａｃに基づいたフィードバック制御におけるゲインをより上げることが可能となり、制御の精度をより向上させることができる。
以上、第２の実施形態について説明した。
【００５４】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態に係る流体制御システムの制御装置１０に含まれる各機能は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
【００５５】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（Ｎｏｎ-ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭを含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は、無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００５６】
なお、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。
また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、流体制御システムは、フィードフォワード制御とフィードバック制御の組み合わせで、ノズル５０での流量Ｆａを制御したが、これに限定されない。流体制御システムは、ＦＦゲイン部２０３及び加算部２０５を省略し、フィードバック制御のみでノズル５０での流量Ｆａを制御しても良い。これにより、流体制御システムは、より少ない構成要素でノズル５０での流量を制御することができる。
【００５７】
以上を換言すると、本開示の流体制御システム、流体制御方法、及び流体制御プログラムは、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。
【００５８】
すなわち、本開示の流体制御システムは、モータ２１を有し、モータ２１の回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプ２０と、ポンプ２０から吐出された流体を配送する弾性流体配送系（流体配送系３０）と、弾性流体配送系により配送された流体を吐出するノズル５０と、弾性流体配送系内の流体の圧力を測定する圧力センサ６０と、ポンプ２０に吐出させる流体の流量の流量指令値を生成する流量指令生成部２０１と、圧力センサ６０により測定された圧力に基づいて、ノズル５０が吐出する流体の流量の推定値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部２０７と、算出されたフィードバック値及び生成された流量指令値に基づいて、モータ６０の回転速度の回転速度指令値を生成する回転速度指令生成部２０６と、を備える。
【００５９】
この流体制御システムによれば、圧力センサ６０により測定された圧力に基づいて、ノズル５０が吐出する流体の流量の推定値を算出し、フィードバック値としてフィードバックすることにより、流体配送系３０を用いる場合でもノズル５０が吐出する流量を精度良く制御することができる。
【００６０】
また、フィードバック値算出部２０７は、弾性流体配送系入口での流体の流量と、圧力センサ６０により測定された直近の２つの流体の圧力と、予め設定された所定の係数と、に基づいてノズル５０に流入する流体の平均流量を算出し、算出した流体の平均流量をフィードバック値としても良い。
【００６１】
この流体制御システムによれば、圧力センサ６０により測定された直近の２つの圧力を用いて、圧力の時間微分を求め、ノズルが吐出する平均流量をフィードバック値として算出することにより、シール材等の非ニュートン流体における粘性係数の変動による影響を最小化することができる。
【００６２】
また、弾性流体配送系からノズル５０に配送される流体の流れを開閉するバルブ４０を備え、フィードバック値算出部２０７は、さらに、弾性流体配送系入口での流体の流量と、圧力センサ６０により測定された直近の２つの流体の圧力と、予め設定された所定の係数と、に基づいてノズル５０に流入する流体の平均流量を算出し、算出したノズル５０に流入する流体の平均流量と、圧力センサ６０により測定された流体の現在までの圧力の平均値と、ノズル５０の開口度と、に基づいて流体の粘性係数を算出する粘性係数算出部２０７１を備えても良い。
【００６３】
この流体制御システムによれば、流体の粘性係数は、流量や圧力の変動と比べてゆっくりであり、圧力センサ６０の圧力測定の時間間隔では一定の値と見なしても差し支えないため、実際のノズル５０が吐出する流量により近い値をフィードバック値とすることができる。
【００６４】
また、フィードバック値算出部２０７は、ノズル５０の開口度と、圧力センサ６０により測定された現在の圧力と、粘性係数算出部２０７１により算出された流体の粘性係数と、に基づいてフィードバック値を算出しても良い。
【００６５】
この流体制御システムによれば、実際のノズル５０が吐出する流量により近い値をフィードバック値とすることができ、フィードバック制御におけるゲインを上げることが可能となり、制御の精度を一層上げることができる。
【００６６】
また、本開示の流体制御方法は、モータ２１を有し、モータ２１の回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプ２０と、ポンプ２０から吐出された流体を配送する弾性流体配送系（流体配送系３０）と、弾性流体配送系により配送された流体を吐出するノズル５０と、弾性流体配送系内の流体の圧力を測定する圧力センサ６０と、を備える流量制御システムの流量制御方法であって、ポンプ６０に吐出させる流体の流量の流量指令値を生成し、圧力センサ６０により測定された圧力に基づいて、ノズル５０が吐出する流体の流量の推定値をフィードバック値として算出し、算出されたフィードバック値及び生成された流量指令値に基づいて、モータ２１の回転速度の回転速度指令値を生成する。
【００６７】
この流体制御方法によれば、圧力センサ６０により測定された圧力に基づいて、ノズル５０が吐出する流体の流量の推定値を算出し、フィードバック値としてフィードバックすることにより、流体配送系３０を用いる場合でもノズル５０が吐出する流量を精度良く制御することができる。
【００６８】
また、本開示の流体制御プログラムは、モータ２１を有し、モータ２１の回転速度に応じた流量の流体を吐出するポンプ２０と、ポンプ２０から吐出された流体を配送する弾性流体配送系（流体配送系３０）と、弾性流体配送系により配送された流体を吐出するノズル５０と、弾性流体配送系内の流体の圧力を測定する圧力センサ６０と、を備える流量制御システムを制御する流量制御プログラムであって、コンピュータに、ポンプ２１に吐出させる流体の流量の流量指令値を生成する処理と、圧力センサ６０により測定された圧力に基づいて、ノズル５０が吐出する流体の流量の推定値をフィードバック値として算出する処理と、算出されたフィードバック値及び生成された流量指令値に基づいて、モータ２１の回転速度の回転速度指令値を生成する処理と、を実行させる。
【００６９】
この流体制御プログラムによれば、圧力センサ６０により測定された圧力に基づいて、ノズル５０が吐出する流体の流量の推定値を算出し、フィードバック値としてフィードバックすることにより、流体配送系３０を用いる場合でもノズル５０が吐出する流量を精度良く制御することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  制御装置
２０  ポンプ
３０  流体配送系
４０  バルブ
５０  ノズル
６０  圧力センサ
２０１  流量指令生成部
２０３  ＦＦゲイン部
２０４  ＦＢゲイン部
２０６  回転速度指令生成部
２０７  フィードバック値算出部
【図１】
2020124696.tif 000003
【図２】
2020124696.tif 000004
【図３】
2020124696.tif 000005
【図４】
2020124696.tif 000006
【図５Ａ】
2020124696.tif 000007
【図５Ｂ】
2020124696.tif 000008
【図６】
2020124696.tif 000009
【図７】
2020124696.tif 000010
【図８】
2020124696.tif 000011
【図９Ａ】
2020124696.tif 000012
【図９Ｂ】
2020124696.tif 000013