CN108527440B - 寿命评价装置以及机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种寿命评价装置(12)，其高精度地评价润滑材料的寿命。寿命评价装置(12)评价机械中的润滑材料的寿命，机械具有马达、以及利用润滑材料进行润滑且将马达的动力传递给可动部的传递机构，寿命评价装置(12)具有：马达发热量计算部(14)，其基于马达的电流值而计算出马达发热量；摩擦发热量计算部(15)，其基于马达的转速和传递机构的摩擦系数，计算出传递机构中的摩擦发热量；润滑材料温度推定部(17)，其基于计算出的摩擦发热量以及马达发热量而推定出润滑材料的温度；以及寿命推定部(18)，其基于推定出的润滑材料的温度而推定出润滑材料的寿命。

Description

寿命评价装置以及机器人系统
技术领域
本发明涉及寿命评价装置以及机器人系统。
背景技术
以往，已知一种寿命评价装置，该寿命评价装置根据马达电流以及马达速度来同定传递机构的摩擦系数，根据预先求出的摩擦系数与润滑脂的温度的关系推定出润滑脂的温度，考虑推定出的润滑脂的温度而修正传递机构的输入速度，并根据修正后的输入速度评价润滑脂的寿命(例如，参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4021354号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1所述的寿命评价装置中，由于润滑脂的温度只根据传递机构的摩擦系统而求出，因此存在如下不良情况：误差大，不能准确地评价寿命。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种能够高精度地评价润滑材料的寿命的寿命评价装置以及机器人系统。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下方案。
本发明的一个方案提供一种寿命评价装置，其评价机械中的润滑材料的寿命，所述机械具有马达、以及利用所述润滑材料进行润滑且将所述马达的动力传递给可动部的传递机构，所述寿命评价装置具有：马达发热量计算部，其基于所述马达的电流值而计算出马达发热量；摩擦发热量计算部，其基于所述马达的转速和所述传递机构的摩擦系统，计算出该传递机构中的摩擦发热量；润滑材料温度推定部，其基于由该摩擦发热量计算部计算出的所述摩擦发热量以及由所述马达发热量计算部计算出的所述马达发热量，推定出所述润滑材料的温度；以及寿命推定部，其基于由该润滑材料温度推定部推定出的所述润滑材料的温度，推定出该润滑材料的寿命。
根据本方案，利用马达发热量计算部基于马达的电流值计算出马达发热量，并且利用摩擦发热量计算部，基于传递机构的摩擦系数和马达的转速，计算出传递机构中的摩擦发热量。而且，基于计算出的马达发热量和摩擦发热量，利用润滑材料温度推定部推定出润滑材料的温度，并且基于推定出的温度，利用寿命推定部推定出润滑材料的寿命。
由于与只基于摩擦系统推定出润滑材料的温度的以往的寿命评价装置相比较，追加了非常有助于润滑材料的温度上升的马达的发热量，因此能够高精度地评价润滑材料的寿命。
在上述方案中，所述马达发热量计算部基于所述马达的电流值以及所述马达的转速，计算出所述马达发热量也可。
通过如此，与只利用马达的电流值进行计算的情况相比较，在由马达的转速引起的发热大的情况下，能够高精度地计算出马达发热量。
另外，在上述方案中，也可以具有基于所述传递机构的移动速度而计算出空冷散热量的空冷散热量计算部，所述润滑材料温度推定部基于由所述空冷散热量计算部计算出的空冷散热量，推定出所述润滑材料的温度。
通过如此，在传递机构配置于可动部而移动的情况下，通过移动而实施强制性的空气冷却，因此基于传递机构的移动速度，利用空冷散热量计算部计算出空冷散热量，润滑材料温度推定部基于空冷散热量推定出润滑材料的温度。由此，能够推定出更适应于实际机器的润滑材料的温度，并且能够高精度地评价润滑材料的寿命。
另外，在上述方案中，还可以具有基于由所述寿命推定部推定出的寿命而计算出剩余寿命的剩余寿命计算部。
通过如此，由于利用剩余寿命计算部计算出剩余寿命，因此能够预先确认更换时期。
另外，在上述方案中，还可以具有基于由所述寿命推定部推定出的寿命而计算出推定更换日的更换日计算部。
通过如此，根据由更换日计算部计算出的推定更换日，能够更明确地识别更换时期。
另外，在上述方案中，所述润滑材料温度推定部也可以利用以下公式推定出所述润滑材料的温度。
数1
在此，T是所述润滑材料的推定温度，T0是室温，i是包含目标轴的对目标轴润滑剂温度带来影响的轴，D1、D2、D3、D4、D5、D6是，预先通过实验，执行各种模式的动作，并且获取各模式中的所述润滑材料温度、室温、发热量、减速器的移动速度以及其他发热源的发热量的数据而同定的系数，W3是空冷散热量，W4是其他发热源的发热量，Ei是所述马达发热量W1i的系数，Fi是所述摩擦发热量W2i的系数。
另外，本发明的另一个方案提供一种机器人系统，该机器人系统具有：机器人，其具有一个以上的所述马达、一个以上的可动部、以及利用所述润滑材料进行润滑并将所述马达的动力传递给所述可动部的一个以上的所述传递机构；控制装置，其控制该机器人的所述马达；以及上述任一项的寿命评价装置。
发明效果
根据本发明，起到能够高精度地评价润滑材料的寿命的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的机器人系统的整体结构图。
图2是表示图1的机器人系统所具备的机器人的关节部分的一例的局部纵向部视图。
图3是表示图1的机器人系统所具备的本发明的一个实施方式的寿命评价装置的框图。
图4是表示润滑脂的温度与维持该温度时的润滑脂的寿命的关系的图表。
图5是表示图3的寿命评价装置的变形例的框图。
图6是图3的寿命评价装置的变形例，并且是说明润滑脂的利用更换日计算部的更换日的计算方法的图表。
图7是表示由图6的寿命评价装置输出的推定更换日与剩余寿命的显示例子的图。
附图标记说明：
1：机器人系统
2：机器人
5：连杆(可动部)
8：减速器(传递机构)
9：马达
10：润滑脂(润滑材料)
11：机器人控制部(控制装置)
12：寿命评价装置
14：马达发热量计算部
15：摩擦发热量计算部
16：空冷散热量计算部
17：润滑材料温度推定部
18：寿命计算部(寿命推定部)
19：剩余寿命计算部
20：更换日计算部
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一个实施方式的寿命评价装置12以及机器人系统1进行说明。
如图1所述，本实施方式的机器人系统1具有：机器人2、控制该机器人2的控制装置3、以及与该控制装置3连接的显示部4。
作为机器人2，是具有一个以上的连杆(可动部)5和一个以上的关节的机器人，在图1所示的例子中，能够举例六轴多关节型机器人。
在图2中表示机器人2的关节部分6的一例。关节部分6具有：基座7；连杆5，其相对于该基座7围绕轴线能够摆动地被支撑；减速器(传递机构)8，其配置于该连杆5与基座7之间；以及马达9，其产生输入到该减速器8的动力。
在减速器8内部填充有润滑脂(润滑材料)10，并对构成减速器8的齿轮以及轴承进行润滑。
若马达9进行工作，则马达9的旋转利用减速器8进行减速，并使连杆5相对于基座7旋转。
控制装置3具有：机器人控制部(控制装置)11，其控制机器人2；以及本实施方式的寿命评价装置12，其评价润滑脂10的寿命。
如图3所示，寿命评价装置12具有：室温输入部13，其输入室温；马达发热量计算部14，其计算出马达发热量；摩擦发热量计算部15，其计算出减速器8中的摩擦发热量；空冷散热量计算部16；润滑材料温度推定部17，其基于利用这些计算部14、15、16计算出的热量推定出润滑脂10的温度；以及寿命计算部(寿命推定部)18，其基于推定出的温度而计算出润滑脂10的寿命。
室温既可以由作业人员用手输入，又可以利用温度传感器进行检测。
马达发热量计算部14，基于从机器人控制部11输入的马达状态量、即马达9的电流值(马达电流值)以及马达9的转速(马达转速)，利用公式(1)计算出马达发热量。
W1＝A1×IM 2+(A2×SM+A3×SM 2) (1)
在此，W1是马达发热量，A1、A2、A3是系数，IM是马达电流值，SM是马达转速。
在公式(1)中，右边第一项表示马达9中的铜损，第二项表示铁损。
另外，摩擦发热量计算部15，基于从机器人控制部11输入的马达状态量、即摩擦转矩以及马达转速，利用公式(2)计算出摩擦发热量。
W2＝T×SM
＝(B1+B2×TM+B3×SM)×SM (2)
在此，W2是摩擦发热量，T是摩擦转矩，B1、B2、B3是预先同定的摩擦系数，TM是在不存在摩擦的情况下的驱动机器人2的连杆5时所需的转矩。
转矩TM，使用连杆5的位置、加速度、质量信息等，一般利用拉格朗日法、牛顿-欧拉算法等公知的计算方法进行计算。
另外，空冷散热量计算部16，用于计算空冷散热量，该空冷散热量是减速器8自身通过机器人2的驱动而在空气中移动，从而在与周边空气之间发生相对速度而产生的空冷散热量，空冷散热量计算部16基于从机器人控制部11输入的马达9的转速，计算出在减速器的位置上的机器人2的移动速度，并基于计算出的移动速度，利用公式(3)计算出空冷散热量。
W3＝C1×SR (3)
在此，W3是空冷散热量，C1是用马达发热量W1与摩擦发热量W2的和计算出的值，SR是在减速器8的位置上的机器人2的移动速度。
润滑材料温度推定部17，利用公式(4)推定出润滑脂10的温度。
数2
在此，T是润滑脂10的推定温度，T0是室温，i是包含目标轴的对目标轴润滑剂温度带来影响的轴。
D1、D2、D3、D4、D5、D6是，预先通过实验，执行各种模式的动作，并获取各模式下的润滑脂温度、室温、发热量、减速器8的移动速度以及其他发热源的发热量的数据而同定的系数。
W4是其他发热源的发热量，Ei是马达发热量W1i的系数，Fi是摩擦发热量W2i的系数。
作为其他发热源，能够举例与润滑脂10靠近的其他关节或装置。
另外，在公式(4)的基础上，还可以考虑热辐射。
而且，在本实施方式中，润滑脂10的推定温度T，在机器人2进行动作时利用公式(4)计算出，在机器人2停止时与室温相同。
作为一例，在将作为六轴多关节型机器人的机器人2的各轴设为J1轴、J2轴、J3轴、J4轴、J5轴、J6轴时，J4轴、J5轴以及J6轴的马达9与减速器8密集而互相影响的情况下，以J6轴作为目标轴的润滑脂10的推定温度T，利用公式(8)推定出。
数3
E4是J4轴的马达发热量W14的系数。
E5是J5轴的马达发热量W15的系数。
E6是J6轴的马达发热量W16的系数。
F4是J4轴的摩擦发热量W24的系数。
F5是J5轴的摩擦发热量W25的系数。
F6是J6轴的摩擦发热量W26的系数。
另外，在公式(8)中，举例说明了J1轴、J2轴以及J3轴不带来影响，而J4轴以及J5轴对J6轴带来影响的情况，但在J1轴、J2轴以及J3轴也带来影响的情况下，补充记入W11、W12、W13、W21、W22、W23、E1、E2、E3、F1、F2、F3。
另外，在公式(8)中，举例说明了J4轴以及J5轴对J6轴带来影响的情况，但在J4轴以及J5轴与J1轴、J2轴以及J3轴相同地对J6轴不带来影响的情况下，W14、W15、W24、W25(或者E4、E5、F4、F5)是0。
润滑脂10的温度与寿命，存在图4中所示的关系。即，在润滑脂10的温度为T0以下时，润滑脂10的寿命是固定的额定寿命Sg0，相对于此，若温度高于T0，则润滑脂10的寿命以指数函数方式减少，因此能够根据推定出的温度与时间，利用公式(5)计算出寿命使用量。
Sg＝∫Akdt (5)
在此，Sg是润滑脂10的寿命使用量，A是常数。
在T＞T0时，K是(T－T0)/Δ，在T≤T0是，K是0。
Δ是寿命使用量成为A倍的温度与T0的差分。
在公式(5)中，对机器人2动作时的时间以及机器人2停止时的时间这双方进行计算后合计。
寿命计算部18利用公式(5)，根据所推定的润滑脂10的温度，计算出润滑脂10的寿命使用量。
另外，在本实施方式中，如图3所示，寿命评价装置12具有剩余寿命计算部19。
剩余寿命计算部19利用公式(6)计算出剩余寿命。
剩余寿命＝(1－Sg/Sg0)×100％ (6)
显示部4既可以显示利用剩余寿命计算部19计算出的剩余寿命其本身，也可以在计算出的剩余寿命小于预先设定的阈值时显示警告。
根据如此构成的本实施方式的寿命评价装置12以及具有该寿命评价装置12的机器人系统1，由于对减速器8进行润滑的润滑脂10的温度，不仅基于减速器8中的摩擦系数，还基于马达发热量而推定，因此具有如下优点：能够高精度地推定出润滑脂10的温度，并且高精度地评价润滑脂10的寿命。
另外，由于基于马达电流以及马达转速而计算出马达发热量，因此具有如下优点：在由马达转速引起的发热量大的情况下，能够高精度地计算出马达发热量，并能够高精度地评价润滑脂10的寿命。在由马达9的转速引起的发热量小的情况下，还可以对公式(1)中的右边第二项的铁损进行省略。
另外，根据本实施方式，还追加配置于连杆5上而移动的减速器8通过移动而被空冷的空冷散热量来推定出润滑脂10的温度。由此，能够更高精度地推定出润滑脂10的温度，并能够高精度地评价润滑脂10的寿命。
另外，根据本实施方式，由于不显示计算出的寿命使用量，而是计算出剩余寿命而进行显示，因此具有作业人员能够预先确认更换时期的优点。
此外，在本实施方式中，计算出润滑脂10的剩余寿命而进行了显示，但取而代之，或者在此基础上，如图5所示，寿命评价装置12还可以具有计算润滑脂10的更换日的更换日计算部20。
更换日计算部20，使用当前几天的润滑脂10的寿命使用量的数据，利用公式(7)，如图6所示，使用最小二乘法计算出寿命使用量的累计值的增加率，并利用计算出的增加率，预测出寿命使用量的累计值达到额定寿命的时期。作为一例，将利用当前20日期间的寿命使用量累计值的推荐更换日(推定更换日)的计算式在下述的公式(7)中表示。
数4
在此，d是计算出最新的Sg的日期。
即，在当前几天的机器人2的使用状况继续保持原状的情况下，预测出使用完寿命的日期，针对每个关节，如图7所示显示在显示部4中。
通过如此利用更换日计算部20计算出的推定更换日显示在显示部4中，从而具有能够进一步明确地识别更换时期的优点。在公式(7)中举例说明了最小二乘法，但不限于此，还可以采用其他任意的近似计算法。
此外，在本实施方式中，作为对减速器8进行润滑的润滑材料而举例说明了润滑脂10，但还可以适用于油等任意的润滑材料。另外，对于机器人2的轴结构，不限于图1所示的垂直多关节型，还可以适用于具有其他任意的轴结构的机器人2的机器人系统1。

Claims (7)

1.一种寿命评价装置，评价机械中的润滑材料的寿命，所述机械具有马达、以及利用所述润滑材料进行润滑且将所述马达的动力传递给可动部的传递机构，所述寿命评价装置的特征在于，具有：
马达发热量计算部，其基于所述马达的电流值而计算出马达发热量；
摩擦发热量计算部，其基于所述马达的转速和所述传递机构的摩擦系数，计算出该传递机构中的摩擦发热量；
润滑材料温度推定部，其基于由该摩擦发热量计算部计算出的所述摩擦发热量以及由所述马达发热量计算部计算出的所述马达发热量，推定出所述润滑材料的温度；以及
寿命推定部，其基于由该润滑材料温度推定部推定出的所述润滑材料的温度，推定出该润滑材料的寿命。
2.根据权利要求1所述的寿命评价装置，其特征在于，
所述马达发热量计算部基于所述马达的电流值以及所述马达的转速，计算出所述马达发热量。
3.根据权利要求1或2所述的寿命评价装置，其特征在于，
所述寿命评价装置具有基于所述传递机构的移动速度而计算出空冷散热量的空冷散热量计算部，
所述润滑材料温度推定部基于由所述空冷散热量计算部计算出的空冷散热量，推定出所述润滑材料的温度。
4.根据权利要求1或2所述的寿命评价装置，其特征在于，
所述寿命评价装置具有基于由所述寿命推定部推定出的寿命而计算出剩余寿命的剩余寿命计算部。
5.根据权利要求1或2所述的寿命评价装置，其特征在于，
所述寿命评价装置具有基于由所述寿命推定部推定出的寿命而计算出推定更换日的更换日计算部。
6.根据权利要求1或2所述的寿命评价装置，其特征在于，
所述润滑材料温度推定部利用以下公式推定出所述润滑材料的温度，
数1：
在此，
T是所述润滑材料的推定温度，
T0是室温，
i是包含目标轴的对目标轴润滑剂温度带来影响的轴，
D1、D2、D3、D4、D5、D6是，预先通过实验，执行各种模式的动作，并且获取各模式中的所述润滑材料温度、室温、发热量、减速器的移动速度以及其他发热源的发热量的数据而同定的系数，
W3是空冷散热量，
W4是其他发热源的发热量，
Ei是所述马达发热量W1i的系数，
Fi是所述摩擦发热量W2i的系数。
7.一种机器人系统，其特征在于，具有：
机器人，其具有一个以上的马达、一个以上的可动部、以及利用润滑材料进行润滑且将各所述马达的动力传递给各所述可动部的一个以上的传递机构；
控制装置，其控制该机器人的所述马达；以及
权利要求1至6中任一项所述的寿命评价装置。
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