CN112720573A - 机器人的寿命推定装置 - Google Patents

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江航杰
陶山峻
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Abstract

本发明提供一种具备直动机构的机器人的寿命推定装置(1)，直动机构具备导向部件、以及沿着导向部件移动的一个以上的滑块，机器人的寿命推定装置(1)具备：负载计算部(4)，其基于使机器人动作的程序和机器人以及安装在机器人上的负荷的几何参数，在每个规定的时间间隔计算作用于各滑块的负载；移动距离计算部(6)，其计算每个时间间隔的滑块的移动距离；寿命计算部(7)，其基于由负载计算部(4)计算出的负载和由移动距离计算部计算出的移动距离，计算直动机构的寿命；以及显示部，其显示计算出的寿命。

Description

机器人的寿命推定装置
技术领域
本发明涉及机器人的寿命推定装置。
背景技术
已知一种推定机器人的旋转轴的寿命推定装置。该寿命推定装置通过监视驱动旋转轴的马达的电流值，基于电流值计算寿命。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-141275号公报
发明内容
发明要解决的问题
在机器人包含直动机构时，直动机构所包含的滑块的寿命无法根据驱动直动机构的马达的电流值进行计算。因此，期望简单且高精度地推定包含有直动机构的机器人的寿命。
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。
本发明的一个方案是一种具备直动机构的机器人的寿命推定装置，其所述直动机构具备导向部件、以及沿着该导向部件移动的一个以上的滑块，所述机器人的寿命推定装置具备：负载计算部，其基于使所述机器人动作的程序和所述机器人以及安装在该机器人上的负荷的几何参数，在每个规定的时间间隔计算作用于各所述滑块的负载；移动距离计算部，其计算每个所述时间间隔的所述滑块的移动距离；寿命计算部，其基于由所述负载计算部计算出的所述负载和由所述移动距离计算部计算出的所述移动距离，计算所述直动机构的寿命；以及显示部，其显示计算出的所述寿命。
附图说明
图1是示出适用于本发明的一个实施方式的寿命推定装置的机器人的一例的示意图。
图2是示出图1的机器人的直动机构的一例的立体图。
图3是示出图2的直动机构所具备的滑块的一例的正视图。
图4是示出图1的寿命推定装置的框图。
图5是示出图1的寿命推定装置的监视器上显示的显示例的图。
图6是说明图1的寿命推定装置的动作的流程图。
图7是示出显示在图1的寿命推定装置的监视器上的显示的变形例的图。
图8是示出图1的机器人的另一例的示意图。
附图标记说明：
1：寿命推定装置
4：负载计算部
5：负载存储部(存储部)
6：移动距离计算部
7：寿命计算部
9：显示部
100：机器人
110：直动机构
111：导轨(导向机构)
113：滑块
L：总移动距离(移动距离)
PEn：等效负载(负载)
Th：阈值
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一个实施方式的机器人的寿命推定装置1进行说明。
本实施方式的机器人的寿命推定装置1设置在机器人100的控制装置或者机器人100的离线编程装置上。
例如，如图1所示，机器人100在构成机器人100的一个以上的轴上具备直动机构110。
图1所示的机器人100具备：底座101，其设置在地面F上；旋转体102，其能够围绕竖直的第一轴线相对于底座101旋转；以及第一臂103，其能够围绕水平的第二轴线相对于旋转体102旋转。另外，机器人100具备第二臂104以及三轴的手腕单元105，所述第二臂104能够利用直动机构110相对于第一臂103在第一臂103的长度方向上直线移动；所述手腕单元105配置在第二臂104的前端。
例如，如图2所示，直动机构110具备：两条导轨(导向部件)111，其固定在第一臂103上并平行配置；以及滑动部件112，其能够沿着该导轨111移动。在各导轨111上分别装配有两个能够沿着该导轨111移动的滑块113。
滑动部件112利用两条导轨111的各两个滑块113，即合计四个的滑块113，以能够沿着导轨111的长度方向移动的方式被支撑。并且，滑块113上固定有第二臂104。由此，第二臂104相对于第一臂103，以能够在第一臂103的长度方向上直线移动的方式被支撑。
如图3所示，通过配置在导轨111之间的多个滚动体114的滚动，滑块113被引导能够在导轨111的长度方向上移动。
如图4所示，本实施方式的寿命推定装置1具备程序存储部2以及参数存储部3，所述程序存储部2存储动作程序，所述参数存储部3存储机器人100的几何参数以及安装在机器人100上的负荷的信息。程序存储部2以及参数存储部3是存储器。在寿命推定装置1具备于机器人100的控制装置时，程序存储部2以及参数存储部3也可以具备于控制装置。
通过使用存储的动作程序，能够计算执行动作程序过程中的各时刻中的机器人100的姿态、速度、加速度以及各轴的移动量。
几何参数包含机器人100的各部的尺寸以及重量。在各部的尺寸中还包含四个滑块113相对于直动机构110的滑动部件112的位置信息。负荷的信息包含安装在机器人100上的手等的工具的尺寸以及重量，以及在利用手把持工件的状态下的工件的尺寸以及重量。
另外，寿命推定装置1具备负载计算部4，所述负载计算部4在相隔离线执行动作程序时的规定的时间间隔Δt的每个时刻Tn，计算作用于各滑块113的负载。
即，负载计算部4首先基于程序存储部2所存储的动作程序，计算离线执行动作程序时的各时刻Tn中的机器人100的各轴的位置、速度以及加速度。接下来，负载计算部4基于计算出的机器人100的各轴的位置、速度以及加速度和参数存储部3所存储的几何参数，计算作用于滑动部件112的基准位置的外力以及转矩。
例如，如图2所示，滑动部件112的基准位置是滑动部件112的重心位置。负载计算部4计算沿着设定于基准位置的三个正交的坐标轴x、y、z的方向的外力以及围绕各坐标轴x、y、z的转矩。坐标轴x、y、z的位置以及方向可以是任意的。
然后，使用计算出的作用于滑动部件112的重心位置的外力以及转矩，根据滑动部件112的重心位置与四个各滑块113的重心位置之间的尺寸计算作用于各滑块113的负载。
如图3所示，在负载计算部4中，首先计算出的负载是与导轨111的长度方向(z方向)正交的滑块113的高度方向(x方向)以及滑块113的宽度方向(y方向)的两个方向的负载PRn、PTn。
并且，负载计算部4基于各滑块113的计算出的两个方向的负载PRn、PTn，利用下述公式(1)计算等效负载PEn。
PEn＝KxPRn+KyPTn…(1)
其中，
Kx、Ky：等效系数，是直动机构固有的值。
寿命推定装置1具备负载存储部(存储部)5，所述负载存储部5与负载计算部4连接，按时间序列存储在负载计算部4中计算出的等效负载PEn。
而且，寿命推定装置1具备移动距离计算部6，所述移动距离计算部6基于程序存储部2所存储的动作程序，利用下述公式(2)计算执行整个动作程序时的总移动距离(移动距离)L。
Figure BDA0002742163300000041
其中，
Ln：每个采样时间Δt的各滑块113的移动距离。
k：程序的所需时间除以时间间隔Δt得到的自然数。
并且，寿命推定装置1具备寿命计算部7，所述寿命计算部7基于由负载计算部4计算出的等效负载PEn和由移动距离计算部6计算出的总移动距离L，计算平均负载Pm以及寿命E。
寿命计算部7利用下述公式(3)以及公式(4)计算各滑块113的平均负载Pm以及寿命E。
Figure BDA0002742163300000042
其中，
i：由滑块113的滚动体114决定的常数，是直动机构110固有的值。
Figure BDA0002742163300000043
其中，
fH：硬度系数；
fT：温度系数；
fC：接触系数；
fW：负载系数；
C：额定动负荷，是直动机构110固有的值。
并且，寿命推定装置1具备判定部8，所述判定部8判定在寿命计算部7中计算出的寿命E是否比规定阈值Th短。判定部8在判定分别计算出的四个滑块113的寿命中的任何一个比阈值Th短时，将比阈值Th短的寿命以及负载存储部5所存储的等效负载PEn的时间变化输出至每个滑块113。判定部8在计算出的寿命E在阈值Th以上时，不进行输出。
另外，寿命推定装置1具备监视器(显示部)9，所述显示部9显示从判定部8输出的寿命E以及等效负载PEn的时间变化。
在显示部9中，例如，如图5所示，寿命E利用数值进行显示，另外，等效负载PEn的时间变化利用曲线图进行显示。寿命E也可以利用曲线图显示。
移动距离计算部6、负载计算部4、寿命计算部7以及判定部8是处理器以及存储器，负载存储部5是存储器。
以下对如此构成的本实施方式的寿命推定装置1的作用进行说明。
如图6所示，根据本实施方式的寿命推定装置1，首先，初始化计数器n(步骤S1)。接下来，执行动作程序(步骤S2)；判定是否达到时刻Tn(步骤S3)。
在达到时刻Tn的时间点上，基于动作程序以及几何参数，分别由负载计算部4计算等效负载PEn，由移动距离计算部6计算移动距离Ln(步骤S4、S5)。将计算出的等效负载PEn输出至寿命计算部7并保持在寿命计算部7中，另外，将等效负载PEn与时刻Tn相对应地存储在负载存储部5中(步骤S6)。计算出的移动距离Ln在移动距离计算部6中累计(步骤S7)。
使计数器n递增(步骤S8)；判定动作程序是否结束(步骤S9)。若没有结束，则重复从步骤S2开始的过程。
在步骤S9中判定动作程序结束时，将移动距离计算部6中累计的总移动距离L输出到寿命计算部7(步骤S10)；利用保持的等效负载PEn和总移动距离L在寿命计算部7中同时计算出平均负载Pm以及寿命E(步骤S11)。
然后，在判定部8中判定计算出的寿命E是否比规定阈值Th短(步骤S12)；若短，则在显示部9中显示计算出的寿命E和负载存储部5所存储的等效负载PEn的时间变化(步骤S13)。
根据如此的本实施方式的寿命推定装置1具有如下优点：即使是机器人100包含无法根据马达的电流值计算寿命E的直动机构110的情况，也能够简单且高精度地推定机器人100的寿命E。
并且，在计算出的寿命E比规定阈值Th短时，通过显示计算出的寿命E，能够使用户识别出对机器人100施加了较大的负荷的动作程序。另外，同时，通过利用曲线图显示等效负载PEn的时间变化，能够使用户识别出在哪个时刻Tn将较大的负荷施加到机器人100。
此外，在本实施方式中，通过将时刻Tn与等效负载PEn对应，能够确认等效负载PEn增大的时刻Tn。除此之外，还可以对应而存储程序内的位置(行号)，如图7所示，显示与用户将光标放在曲线图上的时刻Tk相对应的程序的位置和/或时刻Tk。由此，用户能够快速识别出应修正程序的哪条指令。
另外，在本实施方式中，例示了在第一臂103与第二臂104之间具有直动机构110的机器人100，取而代之，除了图8所示的在地面F与底座101之间具有直动机构110的机器人100以外，还适用于其他的在任意位置具有直动机构110的机器人100。
另外，对于直动机构110以外的旋转轴，利用与现有技术相同的方法推定寿命，可以与直动机构110的寿命E相比，通知寿命E比规定阈值Th短的轴。
另外，在本实施方式中，例示了具备作为导向部件的导轨111的直动机构110。取而代之，也适用于具备作为导向部件111的花键轴，适用于相对于花键轴具备利用滚动体引导套筒(滑块)的滚动花键等的直动机构等。在该情况下，可以采用公式(4)的寿命计算公式作为适用于直动机构的公式。
另外，在本实施方式中，在计算出的寿命E比规定阈值Th短时，显示计算出的寿命以及等效负载PEn的时间变化，取而代之，还可以始终显示。另外，在等效负载PEn的时间变化的曲线图中，还可以明确显示等效负载PEn超过规定阈值Th的时间范围。

Claims (6)

1.一种机器人的寿命推定装置，其特征在于，
所述机器人具备直动机构，
所述直动机构具备导向部件、以及沿着该导向部件移动的一个以上的滑块，
所述机器人的寿命推定装置具备：
负载计算部，其基于使所述机器人动作的程序和所述机器人以及安装在该机器人上的负荷的几何参数，在每个规定的时间间隔计算作用于各所述滑块的负载；
移动距离计算部，其计算每个所述时间间隔的所述滑块的移动距离；
寿命计算部，其基于由所述负载计算部计算出的所述负载和由所述移动距离计算部计算出的所述移动距离，计算所述直动机构的寿命；以及
显示部，其显示计算出的所述寿命。
2.根据权利要求1所述的机器人的寿命推定装置，其特征在于，具备：
存储部，其将所述负载计算部计算出的所述负载与所述程序上的时刻相对应地进行存储，
所述显示部显示所述存储部所存储的所述负载。
3.根据权利要求2所述的机器人的寿命推定装置，其特征在于，
所述显示部按时间序列显示所述负载。
4.根据权利要求2所述的机器人的寿命推定装置，其特征在于，
所述显示部显示所述负载超过规定的负载阈值的所述程序上的时刻。
5.根据权利要求2或3所述的机器人的寿命推定装置，其特征在于，
所述显示部，在由所述寿命计算部计算出的所述寿命在规定的寿命阈值以下时显示所述负载。
6.根据权利要求4所述的机器人的寿命推定装置，其特征在于，
所述显示部，在由所述寿命计算部计算出的所述寿命在规定的寿命阈值以下时显示所述时刻。
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