DE102012112019A1

DE102012112019A1 - Simulationsvorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes

Info

Publication number: DE102012112019A1
Application number: DE102012112019A
Authority: DE
Inventors: Engaku RYOU
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN103176410A; DE102012112019B4; JP5289608B2; US8731886B2; JP2013144349A; CN103176410B; US20130151214A1

Abstract

Ein Simulator (10) zum Schätzen der Lebensdauer eines Untersetzungsgetriebes umfasst einen Drehzahl- und Lastberechner (21), der das Betriebsprogramm eines Roboters (12) simuliert und die Drehzahl der Roboter-Untersetzungsgetriebe (G1–Gm) sowie die Last, die auf die einzelnen Untersetzungsgetriebe ausgeübt wird, berechnet; einen Speicher (22), der die Drehzahl und die Last chronologisch korreliert und die Drehzahl und die Last speichert; einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner (23), der die Lebensdauer der einzelnen Untersetzungsgetriebe berechnet, und zwar ausgehend von der Drehzahl und der Last; einen Betriebsverhältnis-Einsteller (24), der ein Betriebsverhältnis des Roboters einstellt; und einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerschätzer (25), der die Lebensdauer der Untersetzungsgetriebe schätzt, und zwar gestützt auf die Lebensdauer der einzelnen Untersetzungsgetriebe und das Betriebsverhältnis.

Description

Technischer Hintergrund
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes, das an einer einzelnen Achse des Roboters angebracht ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Seit neuestem wird eine Verringerung der Zykluszeit von Robotersystemen gefordert, damit die Produktion erhöht wird. Eine erhöhte Robotergeschwindigkeit führt jedoch zu einer geringeren Lebensdauer der Untersetzungsgetriebe des Roboters. Die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 7-107767 offenbart das Überwachen einer Last, die auf ein Antriebssystem eines Roboters ausgeübt wird, um die Lebensdauer des Systems zu schätzen.
Gefordert wird auch eine Anpassung der Roboter-Betriebsprogramme, damit die Lebensdauer der Untersetzungsgetriebe des Roboters erhöht wird. Die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 2007-054942 offenbart, dass das Korrigieren eines Roboter-Betriebsprogramms offline erfolgt. Eine Veränderung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung eines Roboters im Betriebsprogramm verändert jedoch den Pfad des Roboters.
Daher wird das korrigierte Betriebsprogramm vor dem tatsächlichen Einsatz des korrigierten Programms nochmals korrigiert, damit verhindert wird, dass der Roboter an Peripheriegeräte anstößt. Die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 11-175130 offenbart das Beseitigen der Abweichung im Pfad eines Roboters. Ein Verfahren zum Festhalten des Roboterpfads, das den Gebrauch des korrigierten Betriebsprogramms ohne Nachkorrektur erlaubt, wird ebenfalls gefordert.
Die Erfindung erfolgte hinsichtlich der obigen Darlegungen. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes bereitzustellen, das bezüglich einer einzelnen Achse des Roboters angeordnet ist, und zwar anhand des Roboter-Betriebsprogramms, wobei eine erhöhte Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes angestrebt wird, ohne den Roboterpfad zu verändern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum Erfüllen der beschriebenen Aufgabe stellt die erste Ausführungsform der Erfindung einen Simulator für das Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes bereit, wobei der Simulator enthält:
einen Drehzahl- und Lastberechner, der das Roboter-Betriebsprogramm simuliert und die Drehzahl des Roboter-Untersetzungsgetriebes, das an einer einzelnen Achse des Roboters angebracht ist, sowie die Last, die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübt wird, für jede Abtastperiode berechnet;
einen Speicher, der die Drehzahl und die Last, die der Drehzahl- und Lastberechner berechnet, chronologisch korreliert und die Drehzahl und die Last speichert;
einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner, der die Lebensdauer des Roboter-Untersetzungsgetriebes berechnet, das an einer einzelnen Achse des Roboters angebracht ist, und zwar ausgehend von der Drehzahl und der Last, die im Speicher abgelegt sind;
einen Betriebsverhältnis-Einsteller, der ein Betriebsverhältnis des Roboters oder der Daten einstellt, die indirekt das Betriebsverhältnis darstellen; und
einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerschätzer, der die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes schätzt, und zwar gestützt auf die vom Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner berechnete Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes und das vom Betriebsverhältnis-Einsteller eingestellte Betriebsverhältnis.
In der zweiten Ausführungsform enthält der Simulator der ersten Ausführungsform zudem einen Referenzwerteinsteller, der einen Referenzwert der Last einstellt, die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübt wird; und
einen Bewerter, der mit Hilfe einer Bewertungsfunktion feststellt, ob die vom Drehzahl- und Lastberechner berechnete Last den vom Referenzwerteinsteller festgesetzten Referenzwert überschreitet.
In der dritten Ausführungsform umfasst der Simulator der zweiten Ausführungsform ferner:
einen Ziel-Lebensdauereinsteller, der eine Ziel-Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes festlegt;
einen Pfadfesthalter, der den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters festhält, und zwar unabhängig von einem Geschwindigkeitsbefehl des Betriebsprogramms;
einen Höchstgeschwindigkeits-Einsteller, der einen Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms abhängig von einer vorbestimmten Regel auf eine Höchstgeschwindigkeit einstellt, wobei der Pfadfesthalter den Pfad festhält; und
einen Programmveränderer, der mit Hilfe der Bewertungsfunktion feststellt, ob die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last, die chronologisch im Speicher abgelegt ist, den Referenzwert übersteigt, den der Referenzwerteinsteller als Obergrenze einstellt, und der, wenn die Last den Referenzwert überschreitet, das Betriebsprogramm so verändert, wobei der Pfadfesthalter den Pfad festhält, dass der Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms gegenüber der Höchstgeschwindigkeit um einen gegebenen Wert kleiner wird, damit die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last nicht größer ist als der Referenzwert,
wobei der Programmveränderer wiederholt ausgeführt wird, bis die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes den vom Ziel-Lebensdauereinsteller festgesetzten Zielwert erreicht.
In der vierten Ausführungsform enthält der Simulator der dritten Ausführungsform weiterhin einen Zykluszeitberechner, der die Abtastwerteanzahl im Drehzahl- und Lastberechner mit der Abtastperiode multipliziert, um die Zykluszeit des Roboter-Betriebsprogramms zu berechnen, wobei, wenn die vom Zykluszeitberechner berechnete Zykluszeit nicht verringert wird, nachdem der Programmveränderer wiederholt ausgeführt wird, bis die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes den vom Ziel-Lebensdauereinsteller festgesetzten Zielwert erreicht, der Referenzwerteinsteller einen neuen Referenzwert einstellt, und anschließend der Programmveränderer wiederholt ausgeführt wird, bis die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes den vom Ziel-Lebensdauereinsteller eingestellten Zielwert erreicht.
In der fünften Ausführungsform enthält der Simulator der zweiten Ausführungsform zudem:
einen Zykluszeitberechner, der die Abtastwerteanzahl im Drehzahl- und Lastberechner mit der Abtastperiode multipliziert, um die Zykluszeit des Roboter-Betriebsprogramms zu berechnen;
einen Zielzykluszeit-Einsteller, der eine Zielzykluszeit einstellt;
einen Pfadfesthalter, der den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters festhält, und zwar unabhängig vom Geschwindigkeitsbefehl des Betriebsprogramms;
einen Höchstgeschwindigkeits-Einsteller, der einen Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms gemäß einer vorbestimmten Regel auf eine Höchstgeschwindigkeit einstellt, wobei der Pfadfesthalter den Pfad festhält; und
einen Programmveränderer, der mit Hilfe der Bewertungsfunktion feststellt, ob die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last, die chronologisch im Speicher abgelegt ist, den Referenzwert übersteigt, den der Referenzwerteinsteller als Obergrenze einstellt, und der, wenn die Last den Referenzwert überschreitet, zum Verändern des Betriebsprogramms, wobei der Pfadfesthalter den Pfad festhält, den Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms gegenüber der Höchstgeschwindigkeit um einen gegebenen Wert verringert, damit die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last nicht größer ist als der Referenzwert, wobei der Programmveränderer wiederholt ausgeführt wird, bis die vom Zykluszeitberechner berechnete Zykluszeit den vom Zielzykluszeit-Einsteller festgesetzten Zielwert erreicht.
Wird gemäß der sechsten Ausführungsform die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes nicht erhöht, nachdem der Programmveränderer im Simulator der fünften Ausführungsform wiederholt ausgeführt wird, bis die vom Zykluszeitberechner berechnete Zykluszeit den vom Zielzykluszeit-Einsteller festgesetzten Zielwert erreicht, so stellt der Referenzwerteinsteller einen neuen Referenzwert ein, und anschließend wird der Programmveränderer wiederholt ausgeführt, bis die Zykluszeit den vom Zielzykluszeit-Einsteller festgesetzten Zielwert erreicht.
Die genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der ausführlichen Beschreibung kennzeichnender Ausführungsform der Erfindung hervor, die von den beiliegenden Zeichnungen erläutert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Simulators, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt;
2 eine Zuordnung von Daten, die in einem Speicher eines Simulators abgelegt sind, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt;
3 ein Flussdiagramm, das die erste Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt;
4 ein Flussdiagramm, das die zweite Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt;
5A eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen der Last und der Zeit für eine einzelne Achse eines Roboters darstellt;
5B ein Diagramm, das einen Teil eines Roboter-Betriebsprogramms darstellt;
6 ein Flussdiagramm, das die dritte Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt; und
7 ein Flussdiagramm, das die vierte Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Abbildungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen vergleichbare Elemente. Der Maßstab der Zeichnungen ist je nach Bedarf an ein erleichtertes Verständnis angepasst.
1 zeigt eine Skizze eines Simulators, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt. 1 zeigt hauptsächlich einen Roboter 12, beispielsweise einen Gelenkroboter, und einen Controller 20 für den Roboter 12, beispielsweise einen digitalen Computer.
Der Roboter 12 enthält mehrere Servomotoren M1–Mm, die die einzelnen Achsen des Roboters bewegen, und Untersetzungsgetriebe G1–Gm, die mit den jeweiligen Servomotoren M1–Mm verbunden sind. Die Untersetzungsgetriebe G1–Gm werden manchmal als Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm bezeichnet. An der Spitze des Roboters 12 ist ein Werkzeug 13 angebracht.
Der Controller 20 dient als Simulator 10 zum Schätzen der Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm. In dieser Beschreibung bezieht sich die Lebensdauer der Untersetzungsgetriebe G1–Gm auf die Betriebszeit bis die kumulierte Ausfallrate der Untersetzungsgetriebe 10 Prozent erreicht; sie wird auch als L10-Lebensdauer bezeichnet.
Eine Servosteuereinheit 5, siehe 1, befindet sich zwischen dem Controller 20 und dem Roboter 12. Die Servosteuereinheit 5 enthält mehrere Servocontroller 5a1–5am, wobei m üblicherweise die Summe der Achsenanzahl des Roboters und der Anzahl der beweglichen Achsen des Werkzeugs bezeichnet, das am Gelenk des Roboters befestigt ist, sowie einen Prozessor, ein ROM, ein RAM usw. (nicht dargestellt). Die Servosteuereinheit 5 regelt in einer Schleifenregelung die Position und die Drehzahl der Servomotoren M1–Mm, damit die einzelnen Achsen des Roboters bewegt werden, und auch den Strom.
Die Servocontroller 5a1–5am steuern die Einzelachsen-Servomotoren M1–Mm über zugehörige Servoverstärker 5b1–5bm an. An den Einzelachsen-Servomotoren M1–Mm und den einzelnen Untersetzungsgetrieben G1–Gm ist ein Positions- und Drehzahldetektor angebracht (nicht dargestellt). Die Position und die Drehzahl der Servomotoren, die der Positions- und Drehzahldetektor erfasst, werden auf die zugehörigen Servocontroller 5a1–5am zurückgeführt.
Der Controller 20 des Simulators 10 zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes, siehe 1, enthält einen Drehzahl- und Lastberechner 21, der für jede Abtastperiode die Drehzahl der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm des Roboters 12 berechnet sowie die Last, die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübt wird, und einen Speicher 22, der chronologisch die Drehzahl und die Last korreliert, die der Drehzahl- und Lastberechner 21 berechnet, und der die Drehzahl und die Last abspeichert. Der Speicher 22 enthält ein Betriebsprogramm des Roboters 12, verschiedene Programme, die in den beigegebenen Flussdiagrammen beschrieben sind, und diverse Daten.
2 zeigt eine Zuordnung der im Speicher 22 abgelegten Daten. In 2 sind die Drehzahl und die Last der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm, die vom Drehzahl- und Lastberechner 21 berechnet werden, zusammen mit den Abtastperioden in einem Zuordnungsformat gespeichert.
Der Controller 20 enthält zudem einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner 23, der die Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm des Roboters 12 berechnet, und zwar ausgehend von der Drehzahl und der Last, die im Speicher 22 abgelegt sind. Der Controller 20 enthält auch einen Betriebsverhältnis-Einsteller 24, der ein Betriebsverhältnis des Roboters 12 oder die Daten einstellt, die das Betriebsverhältnis indirekt darstellen, und einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerschätzer 25, der die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes schätzt, und zwar anhand der Lebensdauer der entsprechenden Untersetzungsgetriebe, deren Lebensdauer der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner 23 berechnet, und dem Betriebsverhältnis, das der Betriebsverhältnis-Einsteller 24 festsetzt.
Der Controller 20 umfasst zudem einen Referenzwerteinsteller 27, der einen Referenzwert der Last einstellt, die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübt wird, und einen Bewerter 28, der mit Hilfe einer Bewertungsfunktion feststellt, ob die vom Drehzahl- und Lastberechner 21 berechnete Last den vom Referenzwerteinsteller 27 eingestellten Referenzwert überschreitet.
Der Controller 20 enthält auch einen Ziel-Lebensdauereinsteller 29, der die Ziel-Lebensdauer der Untersetzungsgetriebe G1–Gm einstellt, einen Pfadfesthalter 30 zum Festhalten des Pfads der Werkzeugspitze des Roboters unabhängig vom Geschwindigkeitsbefehl des Betriebsprogramms, einen Höchstgeschwindigkeits-Einsteller 31, der einen Geschwindigkeitssollwert für das Betriebsprogramm gemäß einer vorbestimmten Regel auf eine Höchstgeschwindigkeit einstellt, wobei der Pfadfesthalter 30 den Roboterpfad festhält, und einen Programmveränderer 32, der mit Hilfe einer Bewertungsfunktion feststellt, ob die Last, die chronologisch im Speicher 22 abgelegt ist, den Referenzwert übersteigt, der die Obergrenze darstellt, die der Referenzwerteinsteller 27 einstellt, und der, falls die Last den Referenzwert überschreitet, das Betriebsprogramm verändert, wobei der Pfadfesthalter 30 den Pfad festhält, damit der Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms um einen gegebenen Wert verkleinert wird, so dass die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübte Last den Referenzwert nicht überschreitet.
Der Controller 20, siehe 1, enthält einen Zykluszeitberechner 26, der die Abtastwerteanzahl im Drehzahl- und Lastberechner 21 mit der Abtastperiode multipliziert, damit die Zykluszeit des Betriebsprogramms des Roboters 12 berechnet wird, und einen Zielzykluszeit-Einsteller 33, der eine Zielzykluszeit einstellt.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das die erste Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt. Der Simulator 10, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebe schätzt, siehe 3, führt eine Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 für das Untersetzungsgetriebe aus, die die Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm schätzt, die im Roboter 12 enthalten sind. Die Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 für das Untersetzungsgetriebe enthält die im Folgenden beschriebenen Schritte S11–S16.
Im Schritt S11 wird das Betriebsprogramm des Roboters 12 simuliert. Im Schritt S12 berechnet der Drehzahl- und Lastberechner 21 die Drehzahl der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm mit Hilfe der Simulation. Im Schritt S13 berechnet der Drehzahl- und Lastberechner 21 auch die Last, die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübt wird, mit Hilfe der Simulation.
Der Drehzahl- und Lastberechner 21 berechnet die Drehzahl und die Last für jede vorbestimmte Abtastperiode, bis die Simulation des Betriebsprogramms abgeschlossen ist. Die berechnete Drehzahl und Last werden der Abtastanzahl und der Abtastperiode zugeordnet, siehe 2, und nacheinander in einem Zuordnungsformat im Speicher 22 abgelegt.
Im Schritt S14 berechnet der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner 23 die Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm. Insbesondere berechnet der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner 23 die mittlere Drehzahl und die mittlere Last der jeweiligen Untersetzungsgetriebe G1–Gm anhand der folgenden Formeln (1) und (2).
Mittleres Drehmoment:
Mittlere Drehzahl:
Dabei bezeichnen:

t_n:: Abtastperiode,
N_n:: Drehzahl des Untersetzungsgetriebes je Zeiteinheit (U/min),
T_n:: Drehmoment des Untersetzungsgetriebes je Zeiteinheit (Nm).

Der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner 23 berechnet die Lebensdauer L des Untersetzungsgetriebes für die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm anhand der folgenden Formel (3).
Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes:
Dabei bezeichnen:

K:: Nenn-Lebensdauer (Stunden),
N₀:: Nenndrehzahl (U/min),
T₀:: Nenndrehmoment (Nm).

Der Faktor 10/3 ändert sich abhängig vom Typ des verwendeten Untersetzungsgetriebes.
Im Schritt S15 verwendet eine Bedienperson den Betriebsverhältnis-Einsteller 24 zum Einstellen des Betriebsverhältnisses des Roboters 12. Wird beispielsweise der Roboter 12 pro Tag 8 Stunden betrieben, so beträgt das Betriebsverhältnis 8/24 = 1/3. Als Alternative zum direkten Einstellen der Betriebszeit können Daten verwendet werden, die die Betriebszeit indirekt darstellen. Zu derartigen Daten gehören beispielsweise ein Betriebsverhältnis pro Tag, etwa 83,3%, und die Anzahl der Betriebszyklen pro Tag, beispielsweise 20000. Zusätzlich kann das Betriebsverhältnis für die einzelnen Untersetzungsgetriebe G1–Gm eingestellt werden.
Im Schritt S16 dividiert der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerschätzer 25 die Lebensdauer der einzelnen Untersetzungsgetriebe G1–Gm, die der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner 23 berechnet hat, durch das Betriebsverhältnis, um die Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm zu schätzen. Im Schritt S17 multipliziert der Zykluszeitberechner 26 die im Speicher 22 abgelegte Abtastwerteanzahl (den Höchstwert) mit der Abtastperiode, um die Zykluszeit zu berechnen, die zum Ausführen des Betriebsprogramms erforderlich ist. Die Berechnung der Zykluszeit durch den Zykluszeitberechner 26 kann wahlweise weggelassen werden.
In der Erfindung erlaubt die obige Prozedur eine exakte Schätzung der Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm. Damit kann eine vorbeugende Wartung der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm geplant werden.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das die zweite Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt. In der zweiten Operation verwendet eine Bedienperson im Schritt S21 den Referenzwerteinsteller 27 zum Festsetzen des Referenzwerts der Last, die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübt wird. Anschließend wird die Untersetzungsgetriebe-Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 wie anhand von 3 beschrieben vorgenommen. In der Verarbeitung S10 wird die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last wie oben beschrieben berechnet. Anstelle sämtlicher Schritte in der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 kann auch nur der Schritt 13 ausgeführt werden.
Im Schritt S22 stellt der Bewerter 28 fest, ob die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübte Last den Referenzwert übersteigt. 5A zeigt eine Kurve mit dem Zusammenhang zwischen der Last auf einer Achse eines Roboters und der Zeit. Die Last ist auf der Ordinate aufgetragen, und die Zeit auf der Abszisse. 5A zeigt eine durchgezogene Linie, die die Last T darstellt, und eine gestrichelte Linie, die den Referenzwert X0 darstellt.
Eine Bewertungsfunktion f(T) wird wie im Weiteren beschrieben definiert. f(T) = T – X0
Ist f(T) größer als 0, so überschreitet die Last T den Referenzwert. Ist f(T) nicht größer als 0, so überschreitet die Last T den Referenzwert nicht. Der Bewerter 28 nutzt die Bewertungsfunktion f(T) dazu, in jeder spezifizierten Zeitperiode die Last ein Mal zu bewerten.
In 5A überschreitet ein Teil der durchgezogenen Linie, die die Last T darstellt, den Referenzwert X0. Der Bewerter 28 bewertet die Last für die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm. Damit kann der Bewerter 28 im Voraus eine Roboterachse erkennen, die ein Untersetzungsgetriebe besitzt, bei dem man eine verringerte Lebensdauer erwarten darf.
Überschreitet ein Teil der durchgezogenen Linie den Referenzwert X0, so muss das Betriebsprogramm des Roboters 12 in dem Bereich geändert werden, in dem die Last den Referenzwert X0 überschreitet. 5B zeigt ein Diagramm, das einen Teil des Betriebsprogramms darstellt. Erkennt der Bewerter 28 einen Abschnitt, in dem die Last den Referenzwert X0 überschreitet, so sucht der Bewerter 28 nach einer Programmzeile, die zu einem derartigen Abschnitt gehört.
Die gefundene Programmzeile wird hervorgehoben. In 5B ist die gefundene Programmzeile unterstrichen und von einer durchgezogenen Linie umrahmt. Natürlich kann man auch andere Ansätze verwenden. Die Programmzeile kann beispielsweise durch Verändern der Farbe hervorgehoben werden. Damit kann eine Bedienperson die hervorgehobene Programmzeile leicht umschreiben und das Programm so verändern, dass die Last den Referenzwert X0 nicht überschreitet.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das die dritte Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt. Im Schritt S31 in 6 verwendet eine Bedienperson den Ziel-Lebensdauereinsteller 29 zum Festsetzen einer Ziel-Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm.
Im Schritt S32 setzt der Höchstgeschwindigkeits-Einsteller 31 die einzelnen Geschwindigkeitssollwerte, die im Betriebsprogramm des Roboters 12 beschrieben sind, gemäß einer vorbestimmten Regel auf eine Höchstgeschwindigkeit.
Die vorbestimmte Regel für die Höchstgeschwindigkeit umfasst beispielsweise eine Regel, nach der die Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen Achsen die Höchstgeschwindigkeit nicht überschreiten dürfen, eine Regel, nach der der durch die Motoren M1–Mm fließende Strom den Maximalstrom der jeweiligen Motoren nicht überschreiten darf, eine Regel, nach der die Motoren M1–Mm kein normiertes Drehmoment (tatsächliches Drehmoment bezogen auf das maximale Drehmoment) aufweisen dürfen, das größer ist als ein gegebener Wert, eine Regel, nach der Schwingungen, die bei Betrieb des Roboters 12 auftreten, die Grenze für Schwingungen nicht überschreiten dürfen, eine Regel, nach der die Untersetzungsgetriebe G1–Gm kein Drehmoment erfahren dürfen, dass das Nenndrehmoment überschreitet, usw. Die vorbestimmte Regel kann eine beliebige oben genannte Regel sein.
Wird der Geschwindigkeitssollwert auf die Höchstgeschwindigkeit gesetzt, so wird die zum Ausführen des Betriebsprogramms erforderliche Zykluszeit so klein wie möglich. Zudem hält der Pfadfesthalter 30 den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters 12 fest. Damit wird der Pfad der Werkzeugspitze des Roboters 12 auch dann nicht verändert, wenn der Höchstgeschwindigkeits-Einsteller 31 den Geschwindigkeitssollwert wie beschrieben ändert.
Im Schritt S33 verwendet eine Bedienperson den Referenzwerteinsteller 27 zum Festsetzen des Referenzwerts X1 der Last, die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübt wird. Daraufhin wird die Untersetzungsgetriebe-Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 wie anhand von 3 beschrieben vorgenommen. Der Referenzwert X1 ist die Obergrenze der Last, die auf die Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübt wird.
Im Schritt S34 wird festgestellt, ob die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes, die in der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 geschätzt wird, nicht größer ist als die Ziel-Lebensdauer. Ist die geschätzte Lebensdauer nicht größer als die Ziel-Lebensdauer, so geht die Prozedur zum Schritt S35. Ist die geschätzte Lebensdauer größer als die Ziel-Lebensdauer, so endet die Prozedur. Im Schritt S35 wird festgestellt, ob die auf die einzelnen Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübte Last den Referenzwert X1 überschreitet. Diese Feststellung und weitere später beschriebene Feststellungen können vom Bewerter 28 getroffen werden. Überschreitet die auf die einzelnen Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübte Last den Referenzwert X1, so geht die Prozedur auf den Schritt S36 über. Überschreitet die Last den Referenzwert X1 nicht, so kehrt die Prozedur zum Schritt S33 zurück.
Geht die Prozedur auf den Schritt S36 über, so ist die geschätzte Lebensdauer der Untersetzungsgetriebe nicht höher als die Ziel-Lebensdauer; damit muss die Lebensdauer erhöht werden. Daher wird im Schritt S36 eine Programmzeile, in der die auf die Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last den Referenzwert X1 überschreitet, im Betriebsprogramm erkannt. Im Schritt S37 vermindert der Programmveränderer 32 den Geschwindigkeitssollwert in der erkannten Programmzeile um einen gegebenen Wert, und der Pfadfesthalter 30 hält den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters fest. Da der Geschwindigkeitssollwert im Schritt S32 auf die Höchstgeschwindigkeit gesetzt wird, wird der Geschwindigkeitsbefehl mit der Höchstgeschwindigkeit in der erkannten Programmzeile im Schritt S37 um einen gegebenen Wert erniedrigt.
Anschließend kehrt die Prozedur zum Schritt S10 zurück, siehe 6. Die Schritte S10–S37 werden wiederholt, bis im Schritt S34 festgestellt wird, dass die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes, die mit der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 geschätzt wird, größer ist als die Ziel-Lebensdauer.
Wie beschrieben wird in der in 6 erläuterten Ausführungsform der Geschwindigkeitssollwert in einer erkannten Programmzeile nach und nach vom Höchstwert um einen gegebenen Wert verringert. Die Verarbeitung wird wiederholt, bis die geschätzte Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes die Ziel-Lebensdauer überschreitet. Daher kann diese Ausführungsform einen Roboterbetrieb simulieren, der die Lebensdaueranforderungen erfüllt und eine kürzere Zykluszeit aufweist.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform hält der Pfadfesthalter 30 den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters 12 fest. Wird also das Betriebsprogramm verändert, so lässt sich das veränderte Programm leicht anwenden und erlaubt damit eine verringerte Bearbeitungszeit im Feld.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das die vierte Operation eines Simulators darstellt, der gemäß der Erfindung die Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes schätzt. Im Schritt S41 in 7 nutzt eine Bedienperson den Zielzykluszeit-Einsteller 33 zum Festsetzen der Zielzykluszeit für das Betriebsprogramm des Roboters 12.
Im Schritt S42 setzt der Höchstgeschwindigkeits-Einsteller 31 die Geschwindigkeitssollwerte, die im Betriebsprogramm des Roboters 12 beschrieben sind, gemäß einer vorbestimmten Regel auf eine Höchstgeschwindigkeit. Zudem hält der Pfadfesthalter 30 den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters 12 fest. Damit wird der Pfad der Werkzeugspitze des Roboters 12 auch dann nicht verändert, wenn der Höchstgeschwindigkeits-Einsteller 31 den Geschwindigkeitssollwert wie beschrieben ändert. Da der Schritt S42 dem beschriebenen Schritt S32 gleicht, erfolgt keine ausführliche Beschreibung des Schritts S42. Nach dem Schritt S42 werden die Schritte S43 und S10 ausgeführt. Der Schritt S43 gleicht dem beschriebenen Schritt S33.
Im Schritt S44 wird festgestellt, ob die in der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 berechnete Zykluszeit kürzer ist als die Zielzykluszeit. Ist die berechnete Zykluszeit kürzer als die Zielzykluszeit, so geht die Verarbeitung zum Schritt S45 über. Ist die berechnete Zykluszeit nicht kürzer als die Zielzykluszeit, so endet die Prozedur. Der Schritt S45 gleicht dem beschriebenen Schritt S35. Überschreitet die auf die einzelnen Untersetzungsgetriebe G1–Gm ausgeübte Last den Referenzwert X1, so geht die Prozedur auf den Schritt S46 über. Überschreitet die Last den Referenzwert X1 nicht, so kehrt die Prozedur zum Schritt S43 zurück.
Erreicht die Verarbeitung den Schritt S46, so ist die berechnete Zykluszeit kürzer als die Zielzykluszeit. Damit muss die Zykluszeit verlängert werden. Daher wird im Schritt S46 eine Programmzeile, in der die auf die Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last den Referenzwert X1 überschreitet, erkannt. Im Schritt S47 vermindert der Programmveränderer 32 den Sollwert der Geschwindigkeit in der erkannten Programmzeile um einen gegebenen Wert, und der Pfadfesthalter 30 hält den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters fest. Da der Sollwert der Geschwindigkeit im Schritt S42 auf die Höchstgeschwindigkeit gesetzt wird, wird der Geschwindigkeitsbefehl mit der Höchstgeschwindigkeit in der erkannten Programmzeile im Schritt S47 um einen gegebenen Wert erniedrigt. Anschließend kehrt die Verarbeitung zum Schritt S10 in 7 zurück. Die Prozedur wird wiederholt, bis die im Schritt S44 in der Untersetzungsgetriebe-Lebensdauer-Schätzverarbeitung S10 berechnete Zykluszeit die Zielzykluszeit nicht mehr überschreitet.
In der in 7 dargestellten Ausführungsform wird wie oben beschrieben der Geschwindigkeitssollwert in einer erkannten Programmzeile nach und nach von der Höchstgeschwindigkeit um einen gegebenen Wert verringert, bis die berechnete Zykluszeit die Zielzykluszeit erreicht. Damit kann diese Ausführungsform einen Roboterbetrieb simulieren, der die Zykluszeitanforderung erfüllt und Untersetzungsgetriebe mit einer längeren Lebensdauer aufweist.
In der in 7 dargestellten Ausführungsform hält der Pfadfesthalter 30 den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters 12 fest. Wird also das Betriebsprogramm verändert, so lässt sich das veränderte Programm leicht anwenden und erlaubt damit eine verringerte Bearbeitungszeit im Feld.
Auswirkungen der Erfindung
In der ersten Ausführungsform kann die Lebensdauer der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe exakt geschätzt werden. Damit lässt sich die vorbeugende Wartung der Einzelachsen-Untersetzungsgetriebe planen.
In der zweiten Ausführungsform kann eine Roboterachse, bei der erwartet wird, dass das angebrachte Untersetzungsgetriebe eine verringerte Lebensdauer hat, erfasst werden.
Wird der Geschwindigkeitssollwert auf die Höchstgeschwindigkeit gesetzt, so wird die Zykluszeit so klein wie möglich. In der dritten Ausführungsform wird der Geschwindigkeitssollwert allmählich gegenüber der Höchstgeschwindigkeit verringert. Daher kann diese Ausführungsform einen Roboterbetrieb simulieren, der die Lebensdaueranforderungen des Untersetzungsgetriebes erfüllt und eine kürzere Zykluszeit aufweist. Der Pfad der Werkzeugspitze des Roboters wird dabei festgehalten. Wird das Betriebsprogramm verändert, so lässt sich das veränderte Programm leicht anwenden, wodurch eine verringerte Bearbeitungszeit im Feld möglich wird.
In der vierten Ausführungsform kann ein Roboterbetrieb simuliert werden, der die Lebensdaueranforderungen des Untersetzungsgetriebes erfüllt und die kürzeste Zykluszeit aufweist.
Wird der Geschwindigkeitssollwert auf die Höchstgeschwindigkeit gesetzt, so wird die Zykluszeit so klein wie möglich. In der fünften Ausführungsform wird der Geschwindigkeitssollwert allmählich gegenüber der Höchstgeschwindigkeit verringert. Daher kann diese Ausführungsform einen Roboterbetrieb simulieren, der die Zykluszeitanforderung erfüllt und Untersetzungsgetriebe enthält, die eine längere Lebensdauer haben. Der Pfad der Werkzeugspitze des Roboters wird dabei festgehalten. Wird das Betriebsprogramm verändert, so lässt sich das veränderte Programm leicht anwenden, wodurch eine verringerte Bearbeitungszeit im Feld möglich wird.
In der sechsten Ausführungsform kann ein Roboterbetrieb simuliert werden, der die Lebensdaueranforderungen erfüllt und Untersetzungsgetriebe mit der längsten Lebensdauer enthält.
Die Erfindung ist anhand charakteristischer Ausführungsformen beschrieben. Fachleute wissen, dass die angegebenen Veränderungen, Vereinfachungen und Zusätze und weitere Veränderungen, Vereinfachungen und Zusätze vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 7-107767 [0002]
JP 2007-054942 [0003]
JP 11-175130 [0004]

Claims

Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes, umfassend: einen Drehzahl- und Lastberechner (21), der ein Roboter-Betriebsprogramm simuliert und die Drehzahl des Roboter-Untersetzungsgetriebes, das an einer einzelnen Achse des Roboters angebracht ist, sowie die Last, die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübt wird, für jede Abtastperiode berechnet; einen Speicher (22), der die Drehzahl und die Last, die der Drehzahl- und Lastberechner (21) berechnet, chronologisch korreliert und die Drehzahl und die Last speichert; einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner (23), der die Lebensdauer des Roboter-Untersetzungsgetriebes berechnet, das an einer einzelnen Achse des Roboters angebracht ist, und zwar ausgehend von der Drehzahl und der Last, die im Speicher (22) abgelegt sind; einen Betriebsverhältnis-Einsteller (24), der ein Betriebsverhältnis des Roboters oder der Daten einstellt, die indirekt das Betriebsverhältnis darstellen; und einen Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerschätzer (25), der die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes schätzt, und zwar gestützt auf die vom Untersetzungsgetriebe-Lebensdauerberechner (23) berechnete Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes und das vom Betriebsverhältnis-Einsteller (24) eingestellte Betriebsverhältnis.
Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes nach Anspruch 1, wobei der Simulator zudem umfasst: einen Referenzwerteinsteller (27), der einen Referenzwert der Last einstellt, die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübt wird, das an einer Einzelachse des Roboters angeordnet ist; und einen Bewerter (28), der mit Hilfe einer Bewertungsfunktion feststellt, ob die vom Drehzahl- und Lastberechner (21) berechnete Last den vom Referenzwerteinsteller (27) festgesetzten Referenzwert überschreitet.
Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes nach Anspruch 2, wobei der Simulator ferner umfasst: einen Ziel-Lebensdauereinsteller (29), der eine Ziel-Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes festlegt; einen Pfadfesthalter (30), der den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters festhält, und zwar unabhängig von einem Geschwindigkeitsbefehl des Betriebsprogramms; einen Höchstgeschwindigkeits-Einsteller (31), der einen Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms abhängig von einer vorbestimmten Regel auf eine Höchstgeschwindigkeit einstellt, wobei der Pfadfesthalter (30) den Pfad festhält; und einen Programmveränderer (32), der mit Hilfe der Bewertungsfunktion feststellt, ob die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last, die chronologisch im Speicher abgelegt ist, den Referenzwert übersteigt, den der Referenzwerteinsteller (27) als Obergrenze einstellt, und der, wenn die Last den Referenzwert überschreitet, das Betriebsprogramm so verändert, wobei der Pfadfesthalter (30) den Pfad festhält, dass der Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms gegenüber der Höchstgeschwindigkeit um einen gegebenen Wert kleiner wird, damit die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last nicht größer ist als der Referenzwert, wobei der Programmveränderer (32) wiederholt ausgeführt wird, bis die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes den vom Ziel-Lebensdauereinsteller (29) festgesetzten Zielwert erreicht.
Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes nach Anspruch 3, wobei der Simulator weiterhin umfasst: einen Zykluszeitberechner (26), der die Abtastwerteanzahl im Drehzahl- und Lastberechner (21) mit der Abtastperiode multipliziert, um die Zykluszeit des Roboter-Betriebsprogramms zu berechnen, wobei, wenn die vom Zykluszeitberechner berechnete Zykluszeit nicht verringert wird, nachdem der Programmveränderer (32) wiederholt ausgeführt wird, bis die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes den vom Ziel-Lebensdauereinsteller (29) festgesetzten Zielwert erreicht, der Referenzwerteinsteller (27) einen neuen Referenzwert einstellt, und anschließend der Programmveränderer (32) wiederholt ausgeführt wird, bis die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes den vom Ziel-Lebensdauereinsteller (29) eingestellten Zielwert erreicht.
Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes nach Anspruch 2, wobei der Simulator zudem umfasst: einen Zykluszeitberechner (26), der die Abtastwerteanzahl im Drehzahl- und Lastberechner (21) mit der Abtastperiode multipliziert, um die Zykluszeit des Roboter-Betriebsprogramms zu berechnen; einen Zielzykluszeit-Einsteller (33), der eine Zielzykluszeit einstellt; einen Pfadfesthalter (30), der den Pfad der Werkzeugspitze des Roboters festhält, und zwar unabhängig vom Geschwindigkeitsbefehl des Betriebsprogramms; einen Höchstgeschwindigkeits-Einsteller (31), der einen Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms gemäß einer vorbestimmten Regel auf eine Höchstgeschwindigkeit einstellt, wobei der Pfadfesthalter (30) den Pfad festhält; und einen Programmveränderer (32), der mit Hilfe der Bewertungsfunktion feststellt, ob die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last, die chronologisch im Speicher abgelegt ist, den Referenzwert übersteigt, den der Referenzwerteinsteller (27) als Obergrenze einstellt, und der, wenn die Last den Referenzwert überschreitet, zum Verändern des Betriebsprogramms, wobei der Pfadfesthalter (30) den Pfad festhält, den Geschwindigkeitssollwert des Betriebsprogramms gegenüber der Höchstgeschwindigkeit um einen gegebenen Wert verringert, damit die auf das Untersetzungsgetriebe ausgeübte Last nicht größer ist als der Referenzwert, wobei der Programmveränderer wiederholt ausgeführt wird, bis die vom Zykluszeitberechner (26) berechnete Zykluszeit den vom Zielzykluszeit-Einsteller (33) festgesetzten Zielwert erreicht.
Simulator zum Schätzen der Lebensdauer eines Roboter-Untersetzungsgetriebes nach Anspruch 5, wobei, wenn die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes nicht erhöht wird, nachdem der Programmveränderer (32) wiederholt ausgeführt wird, bis die Zykluszeit den vom Zielzykluszeit-Einsteller (33) eingestellten Zielwert erreicht, der Referenzwerteinsteller (27) einen neuen Referenzwert einstellt, und anschließend der Programmveränderer (32) wiederholt ausgeführt wird, bis die Zykluszeit den vom Zielzykluszeit-Einsteller (33) festgesetzten Zielwert erreicht.