CN116635198A - 破损处估计装置以及破损处估计方法 - Google Patents

破损处估计装置以及破损处估计方法 Download PDF

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CN116635198A
CN116635198A CN202180083324.4A CN202180083324A CN116635198A CN 116635198 A CN116635198 A CN 116635198A CN 202180083324 A CN202180083324 A CN 202180083324A CN 116635198 A CN116635198 A CN 116635198A
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

提供一种破损处估计装置，能够在机器人用的直线运动引导机构中更准确地提取容易发生破损之处。破损处估计装置(30)具备：数据获取部(31)，其获取执行机器人(10)的动作程序时的各时刻的与机器人(10)的各轴的运动相关的物理参数及作用于机器人(10)的外力；外力及力矩计算部(32)，其计算在所述各时刻作用于滑动构件的基准位置的外力及力矩；载荷计算部(33)，其计算在所述各时刻作用于滑动件的载荷；等效载荷计算部(34)，其计算所述各时刻的所述滑动件的等效载荷；破损估计值计算部(35)，其计算所述各时刻的所述滑动件的破损估计值；以及估计破损处提取部(36)，其提取所述直线运动引导机构的估计破损处。

Description

破损处估计装置以及破损处估计方法
技术领域
本发明涉及一种破损处估计装置以及破损处估计方法。
背景技术
以往，作为机器人用的直线运动引导机构的检查，会以目视方式来确认滑动件、导轨、润滑油的状态。但是，在直线运动引导机构中，由于滑动件的滚动面或滚动体位于内部，因此难以直接检查。虽然也会进行导轨的滚动面的检查来代替检查滑动件的滚动面或滚动体，但是在该情况下需要遍及导轨的全长地进行检查，因此需要大量的工时。特别是，在一般的直线运动引导机构中，由于有4处滚动面，针对从上方看不到的部分，会变成要使用镜子等来确认，因此在作业上花费劳力和时间。另外，在滑动件上设置有滑动构件的情况下，针对位于滑动构件的正下方的导轨的滚动面，需要一边使滑动构件与滑动件一起移动一边进行检查，因此工时会增加。
另一方面，已提出有以下复原方法：在具有直线运动引导机构的机器人中，在直线运动引导机构发生了故障的情况下，测定直线运动轴承的位移，基于测定出的位移来计算施加于直线运动轴承的载荷，并且选定具有适用于该载荷的刚性的直线运动轴承，来与发生了故障的直线运动轴承进行更换(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-13469号公报
发明内容
发明要解决的问题
作为产业用的机器人所特有的情形，在执行动作程序时，有时重心位置会伴随于姿势的变化而变化、或负荷因动作模式而变化。因此，在设置于机器人的直线运动引导机构中，难以高精度地计算在某个瞬间施加的载荷。这不只针对设置于机器人的直线运动引导机构，针对设置于机器人的工具的直线运动引导机构、或与机器人协作的直线运动引导机构也是同样的。
本发明的目的在于提供一种能够在机器人用的直线运动引导机构中更准确地提取容易发生破损之处的破损处估计装置以及破损处估计方法。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式是一种估计机器人用的直线运动引导机构的破损处的破损处估计装置，所述直线运动引导机构具备被设置成在导轨上自如地直线运动的1个以上的滑动件以及设置于所述滑动件的滑动构件，所述破损处估计装置具备：数据获取部，其获取执行所述机器人的动作程序时的各时刻的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力；外力及力矩计算部，其基于所述数据获取部获取到的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力、以及几何参数，来计算在所述各时刻作用于所述滑动构件的基准位置的外力及力矩；载荷计算部，其基于所述外力及力矩计算部计算出的作用于所述基准位置的外力及力矩、以及从所述滑动构件的所述基准位置到所述滑动件的重心位置的距离，来计算在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷；等效载荷计算部，其基于所述载荷计算部计算出的在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷、以及等效载荷的计算式，来计算所述各时刻的所述滑动件的等效载荷；破损估计值计算部，其基于所述等效载荷计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的等效载荷、以及安全估计要素，来计算所述各时刻的所述滑动件的破损估计值；以及估计破损处提取部，其基于所述破损估计值计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的所述破损估计值、以及所述各时刻的所述滑动件在所述导轨上的位置，来提取所述直线运动引导机构的估计破损处。
本公开的其它一个方式是一种提取设置于机器人的直线运动引导机构或与机器人协作的直线运动引导机构的估计破损处的破损处估计方法，是一种估计机器人用的直线运动引导机构的破损处的破损处估计装置，所述直线运动引导机构具备被设置成在导轨上自如地直线运动的1个以上的滑动件以及设置于所述滑动件的滑动构件，所述破损处估计方法包括以下工序：数据获取工序，获取执行所述机器人的动作程序时的各时刻的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力；外力及力矩计算工序，基于通过所述数据获取工序获取到的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力、以及几何参数，来计算在所述各时刻作用于所述滑动构件的基准位置的外力及力矩；载荷计算工序，基于通过所述外力及力矩计算工序计算出的作用于所述基准位置的外力及力矩、以及从所述滑动构件的所述基准位置到所述滑动件的重心位置的距离，来计算在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷；等效载荷计算工序，基于通过所述载荷计算工序计算出的在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷、以及等效载荷的计算式，来计算所述各时刻的所述滑动件的等效载荷；破损估计值计算工序，基于通过所述等效载荷计算工序计算出的所述各时刻的所述滑动件的等效载荷、以及安全估计要素，来计算所述各时刻的所述滑动件的破损估计值；以及估计破损处提取工序，基于通过所述破损估计值计算工序计算出的所述各时刻的所述滑动件的所述破损估计值、以及所述各时刻的所述滑动件在所述导轨上的位置，来提取所述直线运动引导机构的估计破损处。
发明的效果
根据本发明所涉及的破损处估计装置以及破损处估计方法，能够在机器人用的直线运动引导机构中更准确地提取容易发生破损之处。
附图说明
图1是第一实施方式的机器人系统1的整体结构图。
图2A是表示设置于机器人10的破损处估计装置30的概念图。
图2B是表示设置于机器人10的破损处估计装置30的概念图。
图2C是与机器人10协作的直线运动引导机构100的概念图。
图3是表示直线运动引导机构100的具体例的立体图。
图4是图3所示的导轨110与滑动件120的x-y剖视图。
图5是直线运动引导机构100的俯视图。
图6是说明在估计破损处提取部36中提取直线运动引导机构100的估计破损处的处理的图。
图7是表示在破损处估计装置30中执行的估计破损处提取程序的处理过程的流程图。
图8是第二实施方式的机器人系统1A的整体结构图。
图9是说明作用于滑动件120的载荷P与滑动件120的寿命E的关系的图。
图10是说明在估计破损处提取部36A中提取直线运动引导机构100的估计破损处的处理的图。
图11是表示在破损处估计装置30A中执行的估计破损处提取程序的处理过程的流程图。
具体实施方式
以下，针对本发明所涉及的破损处估计装置以及破损处估计方法的实施方式进行说明。此外，本说明书所附的附图都是示意图，考虑到理解上的容易度等，各部分的形状、比例尺、纵横的尺寸比等相对于实物会变更或夸张。另外，在附图中适当地省略表示构件的截面的阴影线。
在本说明书等中，针对形状、几何学上的条件、确定它们的程度的用语，例如“平行”、“正交”、“方向”等用语，除了该用语的严格含义之外，还包含视为几乎平行、几乎正交等的程度的范围、大致视为该方向的范围。
(第一实施方式)
图1是第一实施方式的机器人系统1的整体结构图。图2A和图2B是表示设置于机器人10的破损处估计装置30的概念图。图2C是与机器人10协作的直线运动引导机构100的概念图。图3是表示直线运动引导机构100的具体例的立体图。图4是图3所示的导轨110与滑动件120的x-y剖视图。图5是直线运动引导机构100的俯视图。
如图1所示，机器人系统1具备机器人10、机器人控制装置20、以及破损处估计装置30。在机器人系统1中，机器人10与机器人控制装置20之间以及机器人控制装置20与破损处估计装置30之间分别通过信号线缆(未图示)来电连接。此外，第一实施方式中的机器人10和机器人控制装置20的结构在后述的第二实施方式的机器人系统1A中也是相同的。
(机器人10)
机器人10是基于机器人控制装置20(后述)的控制来进行例如部件的处理、组装、焊接等作业的装置。机器人10基于从机器人控制装置20发送的动作指令，通过驱动使各部分动作的伺服马达(未图示)来执行与上述作业相应的动作模式。机器人10具备直线运动引导机构100(后述)。如图2A～图2C所示，直线运动引导机构100是使臂11(图2A)、工具12(图2B)、或机器人10(图2C)沿着导轨110的方向直线地移动的装置。如图2A～图2C所示，直线运动引导机构100既有设置于机器人10的方式，也有设置成与机器人10协作的方式。
图2A所示的直线运动引导机构100设置于机器人10的主体以使臂11直线运动。在图2A所示的方式的情况下，由于机器人10的各部如钟摆那样动作，因此作为作用于滑动件120(参照图3)的负荷，因机器人10的各部动作时的惯性力引起的负荷的比率变大。
图2B所示的直线运动引导机构100设置于机器人10的臂11所保持的工具12。在图2B所示的方式的情况下，由于机器人10的各部如钟摆那样动作，因此作为作用于滑动件120的负荷，因机器人10的各部分动作时的惯性力引起的负荷和因重力(工具12的重量)引起的负荷的比率变大。
图2C所示的直线运动引导机构100被设置成在使用了机器人10的系统中与机器人10协作。在图2C所示的方式的情况下，作为作用于滑动件120的负荷，因重力(机器人10的重量)引起的负荷的比率变大。
此外，在本说明书中，也将如图2A和图2B所示的方式的机器人10以及如图2C所示的使用了机器人10的系统统称为“机器人10”。
在图2A～图2C中，箭头A表示在直线运动引导机构100中滑动构件130或导轨110(参照图3)移动的方向(直线运动轴的方向)。在直线运动引导机构100中，在例如以滚珠丝杠和马达为主体来构成滑动构件130的驱动部分的情况下，滚珠丝杠的轴方向会成为直线运动轴的方向。另外，在本实施方式中，虽然以如图2A所示那样在机器人10的主体中设置有直线运动引导机构100的方式为例来说明，但是机器人10与直线运动引导机构100的方式也可以是图2B或图2C所示的方式。
如图3所示，本实施方式的直线运动引导机构100具备2条导轨110、4个滑动件120、以及滑动构件130。导轨110是沿着延伸方向来直线地引导移动的滑动件120的构件。2条导轨110在宽度方向(y方向)上等间隔地配置成各自的延伸方向(z方向)平行。如图4所示，在导轨110中，在4处设置有轴承111。各轴承111沿着导轨110的延伸方向而设置。
在2条导轨110上，沿着延伸方向分别安装有2个滑动件120。如图4所示，滑动件120是截面具有大致倒凹形状的部分的构件。在内侧的4处设置有轴承121。在滑动件120的轴承121与导轨110的轴承111之间，呈环状地嵌入有多个滚动体140。
滑动构件130是供机器人10的臂11(参照图2A)、机器人10的臂11所保持的工具12(参照图2B)或机器人10(参照图2C)安装的板状的构件。滑动构件130安装在4个滑动件120之上。具体而言，如图5所示，滑动构件130安装在俯视时配置于四个角落的每一个的下部的滑动件120之上。
(机器人控制装置20)
机器人控制装置20是控制机器人10来使机器人10进行规定的作业的装置。如图1所示，机器人控制装置20具备控制部21、操作输入部22、显示部23、以及存储部24。
控制部21是统一地控制机器人10的动作的单元，由包括CPU(中央处理装置)、存储器等的微处理器构成。控制部21被提供记述了机器人10的各动作的动作程序。控制部21基于所提供的动作程序来制作动作指令，所述动作指令包含例如对驱动直线运动轴的伺服马达的移动指令等。而且，将制作出的动作指令经由信号线缆(未图示)发送至机器人10，由此控制机器人10的动作。由此，执行利用机器人10进行的规定的作业。
操作输入部22是获取机器人10的操作人员所输入的各种数值数据、操作指示、动作指示等的装置。操作输入部22由例如键盘、鼠标、触控面板等(未图示)构成。从操作输入部22输入的各种数值数据等存储于例如存储部24。
显示部23是能够显示各种数据、消息、图形等的显示器装置。
存储部24是主要存储有控制部21所执行的各种程序、数据等的存储装置。存储部24由例如半导体存储器、硬盘装置等构成。
(破损处估计装置30)
破损处估计装置30是提取设置于机器人10的直线运动引导机构100(参照图2A)的估计破损处的装置。在破损处估计装置30中，后述的数据获取部31、外力及力矩计算部32、载荷计算部33、等效载荷计算部34、安全系数计算部35以及估计破损处提取部36由包括CPU(中央处理装置)、存储器等的微处理器构成。微处理器通过读取存储器所存储的系统系统、应用程序等并执行，来与各硬件协作从而执行后述的破损处的估计处理。
破损处估计装置30具备数据获取部31、外力及力矩计算部32、载荷计算部33、等效载荷计算部34、安全系数计算部35、估计破损处提取部36、显示部(位置信息输出部)37以及存储部38。此外，也可以将数据获取部31、外力及力矩计算部32、载荷计算部33、等效载荷计算部34、安全系数计算部35以及估计破损处提取部36的功能的一部分或全部设为通过机器人控制装置20的控制部21来执行。
数据获取部31经由机器人控制装置20获取执行机器人10的动作程序时的各时刻t的与机器人10的各轴的运动相关的物理参数及作用于机器人10的外力。具体而言，数据获取部31获取机器人10的各轴的位置、速度、加速度，来作为与机器人10的各轴的运动相关的物理参数。此外，数据获取部31除了获取上述机器人10的各轴的位置、速度、加速度以外，还获取例如机器人10的各轴的姿势、各轴的相对于基准位置的移动量等。
在此，动作程序是在机器人控制装置20或机器人10的仿真装置(未图示)中执行的程序，且是用于使机器人10执行规定的作业的程序。另外，作用于机器人10的外力是执行机器人10的各动作所需的转矩的计算值与实际上使机器人10动作时所需的转矩的实测值之差。作用于机器人10的外力例如能够根据供给至驱动机器人10的各部的伺服马达(未图示)的电流的指令值和实际上伺服马达动作时的电流值来计算。
外力及力矩计算部32基于数据获取部31获取到的机器人10的各轴的位置、速度、加速度及作用于机器人10的外力、以及几何参数，来计算在各时刻t作用于滑动构件130的基准位置S0的外力及力矩。具体而言，外力及力矩计算部32计算如图3所示那样设定于滑动构件130的基准位置S0的3个正交的坐标轴x、y、z的各轴方向上的外力及绕各坐标轴x、y、z的力矩。此外，滑动构件130的基准位置S0是指例如滑动构件130的重心位置。另外，几何参数是指例如与机器人10的连杆长度或臂的重量等相关的参数。
载荷计算部33基于外力及力矩计算部32计算出的作用于基准位置S0的外力及力矩、以及从滑动构件130的基准位置S0到各滑动件120的重心位置S1、S2、S3、S4的距离L1、L2、L3、L4(参照图5)，来计算在各时刻t作用于各滑动件120的载荷。具体而言，载荷计算部33计算载荷PRn和载荷PTn来作为作用于各滑动件120的载荷，如图4所示，所述载荷PRn是与导轨110的延伸方向正交的滑动件120的高度方向(x方向)上的载荷，所述载荷PTn是滑动件120的宽度方向(y方向)上的载荷。此外，载荷PRn、PTn等标记所包含的“n”是表示4个(n＝1～4)滑动件120的任意一个。即，载荷计算部33计算在各时刻t作用于4个滑动件120的每一个滑动件的2个方向的载荷PRn及PTn。
等效载荷计算部34基于载荷计算部33计算出的在各时刻t作用于各滑动件120的载荷PRn及PTn、以及等效载荷的计算式，来计算各时刻t的各滑动件120的等效载荷。具体而言，等效载荷计算部34基于针对各滑动件120计算出的2个方向的载荷PRn及PTn、以及作为等效载荷的计算式的下述式(1)，来计算各时刻t的各滑动件120的等效载荷PEn。
PEn＝Kx·PRn+Ky·PTn…(1)
在式(1)中，Kx、Ky是直线运动引导机构100所固有的等效系数。
安全系数计算部(破损估计值计算部)35基于等效载荷计算部34计算出的各时刻t的各滑动件120的等效载荷PEn、以及安全系数的计算式(安全估计要素)，来计算各时刻t的各滑动件120的静态安全系数(破损估计值)。具体而言，安全系数计算部35基于各时刻t的各滑动件120的等效载荷PEn、以及成为安全系数的计算式的下述式(2)，来计算各时刻t的各滑动件120的静态安全系数FSn。
FSn＝C0/PEn…(2)
在式(2)中，C0是直线运动引导机构100所固有的基本静态额定载荷。
通过式(2)计算出的静态安全系数FSn是与等效载荷PEn成反比例的关系。即，在式(2)中，随着等效载荷PEn变大，静态安全系数FSn变低。另外，在式(2)中，随着等效载荷PEn变小，静态安全系数FSn变高。
估计破损处提取部36基于安全系数计算部35计算出的各时刻t的各滑动件120的静态安全系数FSn、以及各时刻t的各滑动件120在导轨110上的位置(参照图3)，来提取在直线运动引导机构100中容易发生破损之处(以下，也称为“估计破损处”)。即，估计破损处提取部36提取导轨110上的静态安全系数FSn较低之处来作为估计破损处。
接着，说明在估计破损处提取部36中提取直线运动引导机构100的估计破损处的处理的具体例。
图6是说明在估计破损处提取部36中提取直线运动引导机构100的估计破损处的处理的图。图6表示针对4个滑动件120(参照图5)中的任意一个滑动件实施的处理。图6的上侧是表示执行机器人10的动作程序时的时刻t(横轴)与各时刻t的滑动件120的等效载荷PEn(纵轴)的关系的图表。各时刻t的滑动件120的等效载荷PEn由等效载荷计算部34来计算。图6的下侧是表示执行机器人10的动作程序时的时刻t(横轴)于滑动件120在导轨110的z方向上的位置(纵轴)的关系的图表。滑动件120的位置例如能够根据机器人控制装置20所执行的动作程序来获取。另外，纵轴(z)所示的滑动件120的位置表示滑动件120相对于导轨110上的基准位置(0)移动的距离。在图6所示的上侧的图表与下侧的图表中，时刻t的时间轴是一致的。
如图6的上侧的图表所示，当动作程序执行时，滑动件120的等效载荷PEn与在导轨110上的位置相应地时时刻刻发生变化。估计破损处提取部36基于等效载荷PEn的基准值PEL，来提取等效载荷PEn为基准值PEL以上的时刻t。等效载荷PEn的基准值PEL是基于基本静态额定载荷C0计算出的阈值。等效载荷PEn为基准值PEL以上的时间段由于静态安全系数FSn较低，因此是容易发生破损的动作的时间段。另一方面，等效载荷PEn小于基准值PEL的时间段由于静态安全系数FSn较高，因此是不易发生破损的时间段。在图6的上侧的图表中，提取出等效载荷PEn为基准值PEL以上的3个时间段tz1～tz3。
估计破损处提取部36基于上述时间段tz1～tz3、以及图6的下侧的图表，提取与等效载荷PEn为基准值PEL以上的时间段tz1～tz3相对应的滑动件120的位置(导轨110上的z方向上的位置)来作为估计破损处。在图6所示的例子中，提取滑动件120最远离基准位置(0)的2个位置处以及比较接近基准位置的1个位置处来作为估计破损处(重要检查处)。
另外，估计破损处提取部36计算导轨110上的、提取出的估计破损处与滑动构件130不重叠的位置，来作为滑动件推荐位置数据。在图6所示的例子中，相当于zA～zB的范围的位置为滑动件推荐位置数据。滑动件推荐位置数据例如将导轨110的z方向上的排除了提取出的估计破损处以外的范围的长度L1与滑动构件130的长度L2(图3所示的z方向上的长度)进行比较。而且，当存在L1≥L2的范围的情况下，能够通过求出该范围的起点和终点相对于基准位置的位置来计算。
估计破损处提取部36使存储部38(后述)存储估计破损处数据、轴位置数据以及滑动件推荐位置数据，所述估计破损处数据是与提取出的估计破损处相关的数据，所述轴位置数据是与在提取出的估计破损处时的机器人10的各轴(包括直线运动轴在内的全部轴)的位置相关的数据，所述滑动件推荐位置数据是表示提取出的估计破损处与滑动构件130不重叠的位置的数据。而且，估计破损处提取部36基于经由机器人控制装置20(参照图1)输入的操作人员的指示，使显示部37(后述)显示估计破损处数据、轴位置数据以及滑动件推荐位置数据。
显示部37是能够显示各种数据、消息、图形等的显示器装置。在显示部37中，估计破损处数据、轴位置数据以及滑动件推荐位置数据作为位置信息来显示。
存储部38是存储上述数据获取部31、外力及力矩计算部32、载荷计算部33、等效载荷计算部34、安全系数计算部35、估计破损处提取部36所执行的各种程序、数据等的存储装置。存储部38例如由半导体存储器、硬盘装置等构成。
接着，说明在第一实施方式的破损处估计装置30中提取直线运动引导机构100的估计破损处的处理的具体例。
图7是表示在破损处估计装置30中执行的估计破损处提取程序的处理过程的流程图。图7所示的估计破损处提取程序的处理与机器人10的动作程序同步地执行。
在图7的步骤S101中，数据获取部31获取执行机器人10的动作程序时的各时刻t的与机器人10的各轴的运动相关的物理参数(机器人10的各轴的位置、速度、加速度)及作用于机器人10的外力(数据获取工序)。
在步骤S102中，外力及力矩计算部32基于数据获取部31获取到的机器人10的各轴的位置、速度、加速度及作用于机器人10的外力、以及几何参数，来计算在各时刻t作用于滑动构件130的基准位置S0的外力及力矩(外力及力矩计算工序)。
在步骤S103中，载荷计算部33基于外力及力矩计算部32计算出的作用于基准位置S0的外力及力矩、以及从滑动构件130的基准位置S0到各滑动件120的重心位置S1～S4的距离L1～L4(参照图5)，来计算在各时刻t作用于各滑动件120的载荷(载荷计算工序)。
在步骤S104中，等效载荷计算部34基于载荷计算部33计算出的在各时刻t作用于各滑动件120的载荷PRn及PTn、以及等效载荷的计算式，来计算各时刻t的各滑动件120的等效载荷(等效载荷计算工序)。
在步骤S105中，安全系数计算部35基于等效载荷计算部34计算出的各时刻t的各滑动件120的等效载荷PEn、以及安全系数的计算式，来计算各时刻t的各滑动件120的静态安全系数(安全系数计算工序：破损估计值计算工序)。
在步骤S106中，估计破损处提取部36基于安全系数计算部35计算出的各时刻t的各滑动件120的静态安全系数FSn、以及各时刻t的各滑动件120在导轨110上的位置(参照图3)，来提取直线运动引导机构100的估计破损处(估计破损处提取工序)。在步骤S106的结束后，估计破损处提取部36使存储部38存储与提取出的估计破损处相关的估计破损处数据、以及与在提取出的估计破损处时的机器人10的各轴的位置相关的轴位置数据，并结束本流程图的处理。
此外，也可以在步骤S106的处理结束后，例如基于操作人员的指示，使显示部37显示估计破损处数据、轴位置数据以及滑动件推荐位置数据。
根据上述第一实施方式的破损处估计装置30，例如起到如下的效果。
在第一实施方式的破损处估计装置30中，计算载荷的位置和大小，使用该载荷的位置和大小来提取估计破损处，其中，所述载荷是在执行机器人10的动作程序而使得重心位置伴随于机器人10的姿势变化而变化时、或负荷因动作模式而变化时施加于直线运动引导机构100的载荷，因此，能够更准确地提取设置于机器人10的直线运动引导机构100或与机器人10协作的直线运动引导机构100的估计破损处，。
根据第一实施方式的破损处估计装置30，能够更准确地提取容易发生破损之处，因此在直线运动引导机构100中，会变得较容易锁定重要检查处。因而，通过使用第一实施方式的破损处估计装置30，能够减少直线运动引导机构100的检查作业所需的工时。
根据第一实施方式的破损处估计装置30，计算导轨110上的、提取出的估计破损处与滑动构件130不重叠的位置来作为滑动件推荐位置数据。因此，例如，能够在动作程序结束时基于计算出的滑动件推荐位置数据来使滑动构件130先移动到不与估计破损处重叠的位置。由此，在检查时，能够减少使滑动构件130移动至不与估计破损处重叠的位置的作业的工时。
根据第一实施方式的破损处估计装置30，在显示部37显示估计破损处提取部36提取或计算出的估计破损处数据、轴位置数据、以及滑动件推荐位置数据，因此操作人员能够容易且直观地掌握导轨110上的重要检查处或滑动构件130的位置。
根据第一实施方式的破损处估计装置30，能够进行伴随于机器人10的姿势变化的重心位置的变化或因动作模式引起的负荷的变化与在直线运动引导机构100中容易发生破损之处的匹配，因此能够提取在执行动作程序时容易发生破损的机器人10的姿势或动作。因此，在制作新的动作程序或研究机器人系统的构建时，能够避免容易发生破损的姿势或动作的设定，由此将直线运动引导机构100的破损防范于未然。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，仅图示与第一实施方式不同的部分的结构。另外，在第二实施方式的说明和附图中，对于与第一实施方式等同的构件等，标注与第一实施方式相同的标记，并省略重复的说明。
图8是第二实施方式的机器人系统1A的整体结构图。图9是说明作用于滑动件120的载荷P与滑动件120的寿命E的关系的图。
在图8所示的机器人系统1A中，破损处估计装置30A的结构与第一实施方式不同。具体而言，第二实施方式的破损处估计装置30A具备滑动件寿命计算部39来取代第一实施方式的破损处估计装置30的安全系数计算部35，并具备估计破损处提取部36A来取代第一实施方式的破损处估计装置30的估计破损处提取部36。
滑动件寿命计算部(破损估计值计算部)39基于等效载荷计算部34计算出的各时刻t的各滑动件120的等效载荷PEn、直线运动引导机构100所固有的基本动态额定载荷(安全估计要素)C、以及滑动件寿命的计算式(安全估计要素)，来计算各时刻t的各滑动件120的寿命(破损估计值)。
直线运动引导机构100所固有的基本动态额定载荷C是方向和大小固定的载荷，所述载荷是当使一组相同的直线运动引导机构100在相同条件下各别运动时其中的90％能够在没有因滚动疲劳导致材料破损的情形下行走预先设定的距离ED的载荷。预先设定的距离ED例如在使用球作为滚动体140(参照图4)的情况下为50km，在使用滚轮作为滚动体140的情况下为100km。
图9所示的载荷-寿命曲线表示作用于滑动件120的载荷P与寿命E的相关关系。如图9所示，能够根据载荷-寿命曲线的与距离ED(例如50km)对应的位置来确定基本动态额定载荷C。此外，滑动件120的寿命E以总行走距离(km)来表示，所述总行走距离是当使一组相同的直线运动引导机构100在相同条件下各别运动时其中的90％能够在不引起剥脱(flaking，金属表面的鳞状的剥离)的情形下到达的距离。
作为滑动件寿命的计算式，例如能够使用下述式(3)或式(4)。
EB＝(α×C/PEn)3×50…(3)
ER＝(α×C/PEn)10/3×50…(4)
在此，式(3)的EB是使用球作为滚动体140时的滑动件的寿命。式(4)的ER是使用滚轮作为滚动体140时的滑动件的寿命。在式(3)及(4)中，α是考虑了直线运动引导机构100的使用条件的系数。
估计破损处提取部36A基于滑动件寿命计算部39计算出的各时刻t的滑动件的寿命E(EB或ER)、以及各时刻t的各滑动件120在导轨110上的位置(参照图3)，来提取直线运动引导机构100的估计破损处。图10是说明在估计破损处提取部36A中提取直线运动引导机构100的估计破损处的处理的图。图10是表示针对4个滑动件120(参照图5)中的任意一个滑动件实施的处理。图10是表示滑动件120在导轨110的z方向上的位置(横轴)与滑动件120的寿命E的关系的图表。估计破损处提取部36A基于寿命的基准值Es，来提取滑动件120的寿命E小于基准值Es的滑动件120的位置(导轨110上的z方向上的位置)。在图10所示的例子中，将导轨110上的z1～z2的范围提取为估计破损处(重要检查处)。
滑动件120的寿命En小于基准值Es的位置被认为是寿命短、容易发生破损的位置。因此，在第二实施方式的估计破损处提取部36A中，能够通过提取滑动件120的寿命En小于基准值Es的位置来更准确地提取设置于机器人10的直线运动引导机构100或与机器人10协作的直线运动引导机构100的估计破损处。
接着，说明在第二实施方式的破损处估计装置30A中提取直线运动引导机构100的估计破损处的处理的具体例。
图11是表示在破损处估计装置30A中执行的估计破损处提取程序的处理过程的流程图。图11所示的估计破损处提取程序的处理与机器人10的动作程序同步地执行。此外，图11所示的估计破损处提取程序虽然与第一实施方式的估计破损处提取程序不同，但在图11所示的流程图中，步骤S201～204的处理实质上与第一实施方式(参照图7)所示的流程图的步骤S101～104的处理相同，因此省略说明。
在图11所示的步骤S205中，滑动件寿命计算部39基于等效载荷计算部34计算出的各时刻t的各滑动件120的等效载荷PEn、直线运动引导机构100所固有的基本动态额定载荷C、以及滑动件寿命的计算式，来计算各时刻t的各滑动件120的寿命E(滑动件寿命计算工序：破损估计值计算工序)。
在图11所示的步骤S206中，估计破损处提取部36A基于滑动件寿命计算部39计算出的各时刻t的各滑动件120的寿命E、以及各时刻t的各滑动件120在导轨110上的位置(参照图3)，来提取直线运动引导机构100的估计破损处(估计破损处提取工序)。在步骤S206的结束后，估计破损处提取部36A使存储部38存储与提取出的估计破损处相关的估计破损处数据、以及与在提取出的估计破损处时的机器人10的各轴的位置相关的轴位置数据，并结束本流程图的处理。
此外，也可以在步骤S206的处理结束后，例如基于操作人员的指示，使显示部37显示估计破损处数据、轴位置数据、以及滑动件推荐位置数据。
(变形方式)
在实施方式中，说明了在显示部37上显示估计破损处提取部36(或36A)提取或计算出的估计破损处数据、轴位置数据、以及滑动件推荐位置数据的例子，但是也可以在显示部37上仅显示操作人员所指定的特定数据。另外，也可以将估计破损处数据、轴位置数据、以及滑动件推荐位置数据发送至机器人控制装置20并使机器人控制装置20的显示部23显示。
在实施方式中，将估计破损处数据、轴位置数据、以及滑动件推荐位置数据作为位置信息来输出的位置信息输出部并不限定于作为显示器装置的显示部37，也可以是例如打印装置、投影机装置、声音输出装置等。
在实施方式中，说明了破损处估计装置30(或30A)连接于机器人控制装置20的例子，但破损处估计装置30(或30A)也可以连接于未与机器人10连接的仿真装置。通过设为像这样的结构，在仿真装置中，在仿真地研究伴随于机器人10的姿势变化的重心位置的变化或因动作模式引起的负荷的变化的情况下，能够活用估计破损处提取部36(或36A)提取或计算出的估计破损处数据或轴位置数据。
附图标记说明
1、1A：机器人系统；10：机器人；11：臂；12：工具；20：机器人控制装置；21：控制部；22：操作输入部；23：显示部；24：存储部；30、30A：破损处估计装置；31：数据获取部；32：力矩计算部；33：载荷计算部；34：等效载荷计算部；35：安全系数计算部(破损估计值计算部)；36、36A：估计破损处提取部；37：显示部(位置信息输出部)；39：滑动件寿命计算部(破损估计值计算部)；100：直线运动引导机构；110：导轨；120：滑动件；130：滑动构件。

Claims (12)

1.一种破损处估计装置，估计机器人用的直线运动引导机构的破损处，其中，
所述直线运动引导机构具备被设置成在导轨上自如地直线运动的1个以上的滑动件以及设置于所述滑动件的滑动构件，
所述破损处估计装置具备：
数据获取部，其获取执行所述机器人的动作程序时的各时刻的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力；
外力及力矩计算部，其基于所述数据获取部获取到的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力、以及几何参数，来计算在所述各时刻作用于所述滑动构件的基准位置的外力及力矩；
载荷计算部，其基于所述外力及力矩计算部计算出的作用于所述基准位置的外力及力矩、以及从所述滑动构件的所述基准位置到所述滑动件的重心位置的距离，来计算在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷；
等效载荷计算部，其基于所述载荷计算部计算出的在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷、以及等效载荷的计算式，来计算所述各时刻的所述滑动件的等效载荷；
破损估计值计算部，其基于所述等效载荷计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的等效载荷、以及安全估计要素，来计算所述各时刻的所述滑动件的破损估计值；以及
估计破损处提取部，其基于所述破损估计值计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的所述破损估计值、以及所述各时刻的所述滑动件在所述导轨上的位置，来提取所述直线运动引导机构的估计破损处。
2.根据权利要求1所述的破损处估计装置，其中，
所述破损估计值计算部基于所述等效载荷计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的等效载荷、以及作为所述安全估计要素的安全系数的计算式，计算所述各时刻的所述滑动件的静态安全系数，来作为所述破损估计值，
所述估计破损处提取部基于所述破损估计值计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的所述静态安全系数、以及所述各时刻的所述滑动件在所述导轨上的位置，来提取所述直线运动引导机构的估计破损处。
3.根据权利要求1所述的破损处估计装置，其中，
所述破损估计值计算部基于所述等效载荷计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的等效载荷、作为所述安全估计要素的所述直线运动引导机构所固有的基本动态额定载荷、以及作为所述安全估计要素的滑动件寿命的计算式，计算所述各时刻的所述滑动件的寿命，来作为所述破损估计值，
所述估计破损处提取部基于所述破损估计值计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的寿命、以及所述各时刻的所述滑动件在所述导轨上的位置，来提取所述直线运动引导机构的估计破损处。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的破损处估计装置，其中，
所述估计破损处提取部计算所述导轨上的、所述估计破损处与所述滑动构件不重叠的位置。
5.根据权利要求4所述的破损处估计装置，其中，
还具备位置信息输出部，所述位置信息输出部将所述估计破损处、在所述估计破损处时的所述机器人的各轴的位置、以及所述估计破损处与所述滑动构件不重叠的位置中的至少一者作为位置信息输出。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的破损处估计装置，其中，
所述数据获取部获取所述机器人的各轴的位置、速度、加速度，来作为与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的破损处估计装置，其中，
所述外力及力矩计算部计算设定于所述滑动构件的基准位置的3个正交的坐标轴的各轴方向上的外力以及绕各坐标轴的力矩，来作为在所述各时刻作用于所述滑动构件的基准位置的外力及力矩。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的破损处估计装置，其中，
所述载荷计算部计算与所述导轨的长边方向正交的所述滑动件的高度方向上的载荷PRn以及所述滑动件的宽度方向上的载荷PTn，来作为作用于所述滑动件的载荷。
9.根据权利要求8所述的破损处估计装置，其中，
在所述等效载荷计算部中，为了计算各时刻的所述滑动件的等效载荷而使用的所述等效载荷的计算式为：
等效载荷PEn＝Kx·PRn+Ky·PTn，
所述Kx、Ky是所述直线运动引导机构所固有的等效系数。
10.根据权利要求2所述的破损处估计装置，其中，
在所述破损估计值计算部中，为了计算所述各时刻的所述滑动件的静态安全系数而使用的所述安全系数的计算式为：
静态安全系数FSn＝C0/PEn，
所述C0是直线运动引导机构所固有的基本静态额定载荷。
11.根据权利要求10所述的破损处估计装置，其中，
所述估计破损处提取部提取所述等效载荷计算部计算出的所述各时刻的所述滑动件的等效载荷PEn比基于所述破损估计值计算部计算出的静态安全系数FSn而计算出的基准值低的时间段，并将与提取出的所述时间段对应的所述滑动件的位置提取为所述直线运动引导机构的估计破损处。
12.一种破损处估计方法，提取设置于机器人的直线运动引导机构或与机器人协作的直线运动引导机构的估计破损处，其中，
是估计机器人用的直线运动引导机构的破损处的破损处估计装置，
所述直线运动引导机构具备被设置成在导轨上自如地直线运动的1个以上的滑动件以及设置于所述滑动件的滑动构件，
所述破损处估计方法包括以下工序：
数据获取工序，获取执行所述机器人的动作程序时的各时刻的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力；
外力及力矩计算工序，基于通过所述数据获取工序获取到的与所述机器人的各轴的运动相关的物理参数及作用于所述机器人的外力、以及几何参数，来计算在所述各时刻作用于所述滑动构件的基准位置的外力及力矩；
载荷计算工序，基于通过所述外力及力矩计算工序计算出的作用于所述基准位置的外力及力矩、以及从所述滑动构件的所述基准位置到所述滑动件的重心位置的距离，来计算在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷；
等效载荷计算工序，基于通过所述载荷计算工序计算出的在所述各时刻作用于所述滑动件的载荷、以及等效载荷的计算式，来计算所述各时刻的所述滑动件的等效载荷；
破损估计值计算工序，基于通过所述等效载荷计算工序计算出的所述各时刻的所述滑动件的等效载荷、以及安全估计要素，来计算所述各时刻的所述滑动件的破损估计值；以及
估计破损处提取工序，基于通过所述破损估计值计算工序计算出的所述各时刻的所述滑动件的所述破损估计值、以及所述各时刻的所述滑动件在所述导轨上的位置，来提取所述直线运动引导机构的估计破损处。
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