DE102018104400B4

DE102018104400B4 - Lebensdauerbewertungsvorrichtung und robotersystem

Info

Publication number: DE102018104400B4
Application number: DE102018104400.3A
Authority: DE
Inventors: Wei Guo; Hiroshi Nakagawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: DE102018104400A1; US11578834B2; JP2018146561A; US20230138726A1; US20180252362A1; CN108527440B; JP6434670B2; CN108527440A; JP6370971B1; JP2018163171A

Abstract

Lebensdauerbewertungsvorrichtung, die eine Lebensdauer eines Schmiermittels in einer Maschine mit wenigstens einem Motor und einem Getriebemechanismus, der durch das Schmiermittel geschmiert wird und die Leistung des wenigstens einen Motors zu einer beweglichen Einheit überträgt, bewertet, wobei die Lebensdauerbewertungsvorrichtungeine Motorwärmewertberechnungseinheit, die auf der Basis eines Stromwerts des wenigstens einen Motors einen Motorwärmewert berechnet;eine Reibungswärmewertberechnungseinheit, die auf der Basis der Umdrehungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Motors und eines Reibungskoeffizienten des Getriebemechanismus einen Reibungswärmewert in dem Getriebemechanismus berechnet; eine Schmiermitteltemperaturschätzeinheit, die auf der Basis des durch die Reibungswärmewertberechnungseinheit berechneten Reibungswärmewerts und des durch die Motorwärmewertberechnungseinheit berechneten Motorwärmewerts die Temperatur des Schmiermittels schätzt; undeine Lebensdauerschätzeinheit, die auf der Basis der durch die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit geschätzten Temperatur des Schmiermittels die Lebensdauer des Schmiermittels schätzt, umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lebensdauerbewertungsvorrichtung und ein Robotersystem.
Eine Lebensdauerbewertungsvorrichtung, die aus einem Motorstrom und einer Motorgeschwindigkeit einen Reibungskoeffizienten eines Getriebemechanismus identifiziert, aus einer vorab bestimmten Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und einer Temperatur eines Getriebes die Temperatur des Schmierfetts schätzt, die Eingangsgeschwindigkeit des Getriebemechanismus unter Berücksichtigung der geschätzten Temperatur des Schmierfetts korrigiert, und aus der korrigierten Eingangsgeschwindigkeit eine Lebensdauer des Schmierfetts schätzt, ist bekannt (siehe zum Beispiel JP 4 021 354 B2 ).
Kurzdarstellung der Erfindung
Doch bei der Lebensdauerbewertungsvorrichtung, die etwa in JP 4 021 354 B2 beschrieben ist, wird die Temperatur des Schmiermittels nur aus dem Reibungskoeffizienten des Getriebemechanismus bestimmt. Daher besteht die Unannehmlichkeit, dass der Fehler groß ist und die Lebensdauer nicht korrekt bewertet werden kann.
DE 10 2004 056 861 A1 offenbart ein Verfahren zum Regeln oder Steuern eines automatisch gesteuerten Manipulators unter Verwendung von dynamischen Manipulatormodellen unter Berücksichtigung von Reibmomenten, die in zum Bewegen von Achsen des Manipulators vorgesehenen Getrieben auftreten.
Dabei wird ein Getriebe-Reibmoment in Abhängigkeit einer Getriebetemperatur bestimmt.
DE 10 2005 052 745 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zum Schützen eines Motors gegen Überbenutzung. Dabei wird eine geschätzte Temperatur des Motors auf der Basis einer Umgebungstemperatur, eines dem Motor zugeführten Stroms, einer Zeitspanne, während der der Strom dem Motor zugeführt wird, und wenigstens einer thermischen Eigenschaft bestimmt. Eine dem Motor zugeführte Spannung wird reduziert, beispielsweise durch eine Motorsteuereinrichtung, wenn die geschätzte Motortemperatur größer ist als eine sichere Betriebstemperatur des Motors.
DE 10 2013 016 911 A1 zeigt eine Temperaturschätzvorrichtung mit einer Verlustrecheneinheit zur Berechnung des Verlusts eines Motors in einer voreingestellten Zeitspanne, wobei die Temperatur auf Basis von verschiedenen Parametern ermittelt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Umstände erdacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Lebensdauerbewertungsvorrichtung und ein Robotersystem bereitzustellen die eine Lebensdauer eines Schmiermittels genau bewerten können.
Zur Erfüllung der Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung nachstehend beschriebene Lösungen bereit.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf eine Lebensdauerbewertungsvorrichtung, die eine Lebensdauer eines Schmiermittels in einer Maschine mit wenigstens einem Motor und einem Getriebemechanismus, der durch das Schmiermittel geschmiert wird und die Leistung des wenigstens einen Motors zu einer beweglichen Einheit überträgt, bewertet. Die Lebensdauerbewertungsvorrichtung weist eine Motorwärmewertberechnungseinheit, die auf der Basis eines Stromwerts des wenigstens einen Motors einen Motorwärmewert berechnet; eine Reibungswärmewertberechnungseinheit, die auf der Basis der Umdrehungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Motors und eines Reibungskoeffizienten des Getriebemechanismus einen Reibungswärmewert in dem Getriebemechanismus berechnet; eine Schmiermitteltemperaturschätzeinheit, die auf der Basis des durch die Reibungswärmewertberechnungseinheit berechneten Reibungswärmewerts und des durch die Motorwärmewertberechnungseinheit berechneten Motorwärmewerts die Temperatur des Schmiermittels schätzt; und eine Lebensdauerschätzeinheit, die auf der Basis der durch die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit geschätzten Temperatur des Schmiermittels die Lebensdauer des Schmiermittels schätzt, auf.
Nach dem Gesichtspunkt wird der Motorwärmewert durch die Motorwärmewertberechnungseinheit auf der Basis des Stromwerts des Motors berechnet. Der Reibungswärmewert in dem Getriebemechanismus wird durch die Reibungswärmewertberechnungseinheit auf der Basis des Reibungskoeffizienten des Getriebemechanismus und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors berechnet. Die Temperatur des Schmiermittels wird durch die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit auf der Basis des berechneten Motorwärmewerts und des berechneten Reibungswärmewerts geschätzt. Die Lebensdauer des Schmiermittels wird durch die Lebensdauerschätzeinheit auf der Basis der geschätzten Temperatur geschätzt.
Verglichen mit der herkömmlichen Lebensdauerschätzeinheit, die die Temperatur des Schmiermittels nur auf Basis des Reibungskoeffizienten schätzt, ist es möglich, die Lebensdauer des Schmiermittels genau zu schätzten, da der Wärmewert des Motors, der stark zu einem Temperaturanstieg des Schmiermittels beiträgt, berücksichtigt wird.
Bei dem Gesichtspunkt kann die Motorwärmewertberechnungseinheit den Motorwärmewert auf der Basis des Stromwerts des wenigstens einen Motors und der Umdrehungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Motors berechnen.
Folglich ist es verglichen mit einer Berechnung des Motorwärmewerts nur auf der Basis des Stromwerts des Motors möglich, den Motorwärmewert genau zu berechnen, wenn die Wärmeerzeugung durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors stark ist.
Bei dem Gesichtspunkt kann die Lebensdauerbewertungsvorrichtung eine Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit aufweisen, die auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit des Getriebemechanismus ein Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß berechnet. Die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit kann die Temperatur des Schmiermittels auf Basis das durch die Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit berechneten Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßes schätzen.
Auf diese Weise wird dann, wenn der Getriebemechanismus in der beweglichen Einheit angeordnet ist und bewegt wird, durch die Bewegung eine Zwangsluftkühlung vorgenommen. Daher wird das Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß durch die Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit des Getriebemechanismus berechnet und die Temperatur des Schmiermittels durch die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit auf der Basis des Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßes geschätzt. Folglich ist es möglich, die Temperatur des Schmiermittels unter engerer Anpassung an eine echte Maschine zu schätzen. Es ist möglich, die Lebensdauer des Schmiermittels genau zu bewerten.
Bei dem Gesichtspunkt kann die Lebensdauerschätzvorrichtung eine Restlebensdauerberechnungseinheit aufweisen, die auf der Basis der durch die Lebensdauerschätzeinheit geschätzten Lebensdauer eine Restlebensdauer berechnet.
Auf diese Weise wird durch die Restlebensdauerberechnungseinheit die Restlebensdauer berechnet. Daher ist es möglich, einen Austauschzeitpunkt im Voraus festzulegen.
Bei dem Gesichtspunkt kann die Lebensdauerschätzeinheit eine Austauschdatumberechnungseinheit aufweisen, die auf der Basis der durch die Lebensdauerschätzeinheit geschätzten Lebensdauer ein geschätztes Austauschdatum berechnet.
Auf diese Weise ist es möglich, den Austauschzeitpunkt gemäß dem durch die Austauschdatumberechnungseinheit berechneten geschätzten Austauschdatum genauer zu erkennen.
Bei dem Gesichtspunkt kann die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit die Temperatur des Schmiermittels gemäß einer nachstehend beschriebenen Gleichung schätzen. $\begin{array}{l} {T=T}_{0} + D_{1} \times {(\sum E_{i} \times W_{1i})}^{D_{5}} + D_{2} \times {(\sum F_{i} \times W_{2 i})}^{D6} \\ {+D}_{3} \times W_{3} + D_{4} \times W_{4} \end{array}$
wobei T eine geschätzte Temperatur des Schmiermittels darstellt, T₀ eine Raumtemperatur darstellt, i eine Achse einschließlich einer Zielachse, die eine Zielachsenschmiermitteltemperatur beeinflusst, darstellt, D₁, D₂, D₃, D₄, D₅ und D₆ Koeffizienten darstellen, die durch vorab erfolgtes Ausführen verschiedener Bewegungsmuster und Erfassung der dem jeweiligen Bewegungsmuster zugehörigen Daten der Schmiermitteltemperaturen, der Raumtemperaturen, der Wärmewerte, der Bewegungsgeschwindigkeiten des Getriebemechanismus, und der Wärmewerte einer anderen Wärmeerzeugungsquelle experimentell bestimmt wurden, W₃ ein Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß darstellt, W₄ einen Wärmewert der anderen Wärmeerzeugungsquelle darstellt, E_i einen Koeffizienten des Motorwärmewerts W_1i darstellt, und F_i einen Koeffizienten des Reibungswärmewerts W_2i darstellt.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Robotersystem bereit, das einen Roboter, der den wenigstens einen Motor, welcher einen oder mehrere Motoren beinhaltet, eine oder mehrere bewegliche Einheiten, und die eine oder die mehreren Getriebeeinheiten, die durch das Schmiermittel geschmiert werden und die Leistung der Motoren zu den beweglichen Einheiten übertragen, aufweist; eine Steuervorrichtung, die die Motoren des Roboters steuert; und eine der oben beschriebenen Lebensdauerschätzvorrichtungen aufweist.
Durch die vorliegende Erfindung besteht die Wirkung, dass es möglich ist, die Lebensdauer des Schmiermittels genau zu bewerten.
Figurenliste

1 1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das ein Robotersystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 2 ist eine teilweise längsgeschnittene Ansicht, die ein Beispiel für einen Gelenkabschnitt eines Roboters, der in dem in 1 gezeigten Robotersystem enthalten ist, zeigt.
3 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Lebensdauerbewertungsvorrichtung nach der Ausführungsform der Erfindung, die in dem in 1 gezeigten Robotersystem enthalten ist, zeigt.
4 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Temperatur von Schmierfett und einer Lebensdauer des Schmierfetts in einem Fall, in dem die Temperatur beibehalten wird, zeigt.
5 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Abwandlung der in 3 gezeigten Lebensdauerbewertungsvorrichtung zeigt.
6 6 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Verfahrens zur Berechnung eines Austauschdatums für das Schmierfett durch eine Austauschdatumberechnungseinheit bei der Abwandlung der in 3 gezeigten Lebensdauerbewertungsvorrichtung.
7 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anzeige eines geschätzten Austauschdatums und einer Restlebensdauer, die durch die in 6 gezeigte Lebensdauerbewertungsvorrichtung ausgegeben werden, zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend eine Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 und ein Robotersystem 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt.
Das Robotersystem 1 nach dieser Ausführungsform weist wie in 1 gezeigt einen Roboter 2, eine Steuervorrichtung 3, die den Roboter 2 steuert, und eine an die Steuervorrichtung 3 angeschlossene Anzeigeeinheit 4 auf.
Der Roboter 2 ist ein Roboter, der ein oder mehr Glieder (bewegliche Einheiten) 5 und ein oder mehr Gelenke aufweist. Bei dem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, kann als Roboter 2 ein sechsachsiger Knickarmroboter angeführt werden.
Ein Beispiel für einen Gelenksabschnitt des Roboters 2 ist in 2 gezeigt. Der Gelenksabschnitt 6 weist eine Basis 7, ein Glied 5, das so gehalten wird, dass es in Bezug auf die Basis 7 um eine Achse schwenken kann, ein Untersetzungsgetriebe (einen Getriebemechanismus) 8, das zwischen dem Glied 5 und der Basis 7 angeordnet ist, und einen Motor 9, der die in das Untersetzungsgetriebe 8 eingebrachte Leistung erzeugt, auf.
Schmierfett (ein Schmiermittel) 10 ist in das Innere des Untersetzungsgetriebes 8 gefüllt, um Zahnräder und Lager, die das Untersetzungsgetriebe 8 bilden, zu schmieren.
Wenn der Motor 9 betrieben wird, werden die Umdrehungen des Motors 9 durch das Untersetzungsgetriebe 8 verlangsamt. Das Glied 5 wird in Bezug auf die Basis 7 gedreht.
Die Steuervorrichtung 3 weist eine Robotersteuereinheit (eine Steuervorrichtung) 11 auf, die den Roboter 2 und die Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 nach dieser Ausführungsform, die die Lebensdauer des Schmierfetts 10 bewertet, steuert.
Die Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 weist wie in 3 gezeigt eine Raumtemperatureingabeeinheit 13, die eine Raumtemperatur eingibt, eine Motorwärmewertberechnungseinheit 14, die einen Motorwärmewert berechnet, eine Reibungswärmewertberechnungseinheit 15, die einen Reibungswärmewert in dem Untersetzungsgetriebe 8 berechnet, eine Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit 16, eine Schmiermitteltemperaturschätzeinheit 17, die auf der Basis der durch die Berechnungseinheiten 14, 15 und 16 berechneten Wärmemengen die Temperatur des Schmiermittels 10 schätzt, und eine Lebensdauerberechnungseinheit (eine Lebensdauerschätzeinheit) 18, die auf der Basis der geschätzten Temperatur die Lebensdauer des Schmiermittels 10 berechnet, auf.
Die Raumtemperatur kann durch einen Betreiber händisch eingegeben werden oder durch einen Temperatursensor detektiert werden.
Die Motorwärmwertberechnungseinheit 14 ist so ausgebildet, dass sie auf der Basis einer von der Robotersteuereinheit 11 eingegebenen Motorzustandsgröße, das heißt, eines Stromwerts des Motors 9 (eines Motorstromwerts) und einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 9 (einer Motorumdrehungsgeschwindigkeit), durch Gleichung (1) einen Motorwärmewert berechnet. $W_{1} = A_{1} \times I_{M}^{2} + (A_{2} \times S_{M} + A_{3} \times S_{M}^{2})$
wobei W₁ den Motorwärmewert darstellt, A₁, A₂ und A₃ Koeffizienten darstellen, I_M den Motorstromwert darstellt, und S_M die Motorumdrehungsgeschwindigkeit darstellt.
In Gleichung (1) gibt das erste Glied an der rechten Seite den Kupferverlust in dem Motor an, und gibt das zweite Glied den Eisenverlust an.
Die Reibungswärmewertberechnungseinheit 15 ist so ausgebildet, dass sie auf der Basis von von der Robotersteuereinheit 11 eingegebenen Motorzustandsgrößen, das heißt, des Reibungsmoments und der Motorumdrehungsgeschwindigkeit, durch Gleichung (2) einen Reibungswärmewert berechnet. $\begin{array}{l} W_{2} = T \times S_{M} \\ = (B_{1} + B_{2} \times T_{M} + B_{3} \times S_{M}) \end{array}$
wobei W₂ den Reibungswärmewert darstellt, T das Reibungsmoment darstellt, B₁, B₂ und B₃ vorab identifizierte Reibungskoeffizienten darstellen, und T_M das Drehmoment, das zum Antreiben des Glieds 5 des Roboters 2 bei Fehlen einer Reibung nötig ist, darstellt.
Das Drehmoment T_M wird im Allgemeinen durch ein öffentlich bekanntes Berechnungsverfahren wie eine Lagrange-Methode oder eine Newton-Euler-Methode unter Verwendung der Position, der Beschleunigung, einer Masseinformation und dergleichen des Glieds 5 berechnet.
Die Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit 16 berechnet ein Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß, das erzeugt wird, da zwischen dem Untersetzungsgetriebe 8 und der Umgebungsluft eine relative Geschwindigkeit erzeugt wird, wenn sich das Untersetzungsgetriebe 8 selbst durch den Antrieb des Roboters 2 in der Luft bewegt. Die Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit 16 ist so ausgebildet, dass sie auf der Basis der von der Robotersteuereinheit 11 eingegebenen Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 9 die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 2 an der Position des Untersetzungsgetriebes 8 berechnet und auf der Basis der berechneten Bewegungsgeschwindigkeit durch Gleichung (3) das Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß berechnet. $W_{3} = C_{1} \times S_{R}$
wobei W₃ das Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß darstellt, C₁ einen durch eine Summe aus dem Motorwärmewert W₁ und dem Reibungswärmewert W₂ berechneten Wert darstellt, und S_R die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 2 an der Position des Untersetzungsgetriebes 8 darstellt.
Die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit 17 ist so ausgebildet, dass sie durch die Gleichung (4) die Temperatur des Schmiermittels 10 schätzt.
Mathematischer Ausdruck 2: $\begin{array}{l} {T=T}_{0} + D_{1} \times {(\sum E_{i} \times W_{1i})}^{D_{5}} + D_{2} \times {(\sum F_{i} \times W_{2 i})}^{D6} \\ {+D}_{3} \times W_{3} + D_{4} \times W_{4} \end{array}$
wobei T die geschätzte Temperatur des Schmiermittels 10 darstellt, T₀ eine Raumtemperatur darstellt, i eine Achse einschließlich einer Zielachse, die eine Zielachsenschmiermitteltemperatur beeinflusst, darstellt, D₁, D₂, D₃, D₄, D₅ und D₆ Koeffizienten darstellen, die durch Ausführen von Betrieben in verschiedenen Mustern bei vorab vorgenommenen Versuchen und Erlangen von Daten hinsichtlich der Schmiermitteltemperaturen, der Raumtemperaturen, der Wärmewerte, der Bewegungsgeschwindigkeiten des Untersetzungsgetriebes 8, und der Wärmewerte einer anderen Wärmeerzeugungsquelle bei den entsprechenden Mustern identifiziert wurden, W₄ einen Wärmewert der anderen Wärmeerzeugungsquelle darstellt, E_i einen Koeffizienten eines Motorwärmewerts W_1i, darstellt, und F_i einen Koeffizienten eines Reibungswärmewerts W_2i darstellt.
Als die andere Wärmeerzeugungsquelle kann ein anderes Gelenk oder eine Vorrichtung in Nähe des Schmierfetts 10 angeführt werden.
Zusätzlich zu Gleichung (4) kann die Wärmeabstrahlung berücksichtigt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die geschätzte Temperatur T des Schmierfetts 10 während des Betriebs des Roboters 2 durch die Gleichung (4) berechnet, und wird sie der Raumtemperatur gleichgesetzt, wenn der Roboter 2 angehalten ist.
Als ein Beispiel wird bei Ansetzen der Achsen des einen sechsachsigen Knickarmroboter darstellenden Roboters 2 als Achse J1, Achse J2, Achse J3, Achse J4, Achse J5 und Achse J6 dann, wenn die Motoren 9 und die Untersetzungsgetriebe 8 der Achse J4, der Achse J5 und der Achse J6 dicht gepackt sind und einander beeinflussen, die geschätzte Temperatur T des Schmierfetts 10 im Hinblick auf die Achse J6 durch die Gleichung (8) geschätzt.
Mathematischer Ausdruck 3: $\begin{array}{l} {T=T}_{0} + D_{1} \times {(E_{4} \times W_{14} + E_{5} \times W_{15} + E_{6} \times W_{16})}^{D_{5}} + \\ D_{2} \times {(F_{4} \times W_{24} + F_{5} \times W_{26} + F_{6} \times W_{26})}^{D_{6}} + D_{3} \times W_{3} + D_{4} \times W_{4} \end{array}$
E₄ ist ein Koeffizient eines Motorwärmewerts W₁₄ der Achse J4, E₅ ist ein Koeffizient eines Motorwärmewerts W₁₅ der Achse J5, und E₆ ist ein Koeffizient eines Motorwärmewerts W₁₆ der Achse J6, F₄ ist ein Koeffizient eines Reibungswärmewerts W₂₄ der Achse J4, F₅ ist ein Koeffizient eines Reibungswärmewerts W₂₅ der Achse J5, und F₆ ist ein Koeffizient eines Reibungswärmewerts W₂₆ der Achse J6.
In der Gleichung (8) wird ein Fall dargestellt, in dem die Achse J1, die Achse J2 und die Achse J3 die Achse J6 nicht beeinflussen und die Achse J4 und die Achse J5 die Achse J6 beeinflussen. Doch wenn auch die Achse J1, die Achse J2 und die Achse J3 die Achse J6 beeinflussen, werden zusätzlich W₁₁, W₁₂, W₁₃, W₂₁, W₂₂, W₂₃, E₁, E₂, E₃, F₁, F₂, und F₃ hinzugefügt.
In der Gleichung (8) wird ein Fall dargestellt, in dem die Achse J4 und die Achse J5 die Achse J6 beeinflussen. Doch wenn die Achse J4 und die Achse J5 so wie die Achse J1, die Achse J2 und die Achse J3 die Achse J6 nicht beeinflussen, sind W₁₄, W₁₅, W₂₄ und W₂₅ (oder E₄, E₅, F₄ und F₅) null.
Die Temperatur und die Lebensdauer des Schmierfetts 10 weisen eine in 4 gezeigte Beziehung auf. Das heißt, wenn die Temperatur des Schmierfetts 10 T₀ oder niedriger ist, ist die Lebensdauer des Schmierfetts 10 eine feste Nennlebensdauer Sg0. Wenn die Temperatur andererseits höher als T₀ ist, nimmt die Lebensdauer des Schmierfetts 10 exponentiell ab. Daher ist es durch eine geschätzte Temperatur und eine geschätzte Zeit möglich, unter Verwendung von Gleichung (5) eine Lebensdauer-Verwendungsmenge zu berechnen. $Sg = \int A^{k} dt$
wobei Sg eine Lebensdauer-Verwendungsmenge des Schmierfetts 10 darstellt, A eine Konstante darstellt, k (T - T₀)/Δ ist, wenn T > T₀ ist und 0 ist, wenn T ≤ T₀ ist, und Δ einen Unterschied der Temperatur, bei der die Lebensdauer-Verwendungsmenge das A-fache beträgt, zu T₀ darstellt.
In der Gleichung (5) werden sowohl eine Zeit während des Betriebs des Roboters 2 als auch eine Zeit während des Stillstands des Roboters 2 berechnet und zusammengerechnet.
Die Lebensdauerberechnungseinheit 18 ist so ausgebildet, dass sie aus der geschätzten Temperatur des Schmierfetts 10 unter Verwendung der Gleichung (5) eine Lebensdauer-Verwendungsmenge des Schmierfetts 10 berechnet.
Bei dieser Ausführungsform weist die Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 wie in 3 gezeigt eine Restlebensdauerberechnungseinheit 19 auf.
Die Restlebensdauerberechnungseinheit 19 ist so ausgebildet, dass sie unter Verwendung der Gleichung (6) eine Restlebensdauer berechnet. $Restlebensdauer = (1 - Sg/Sg0) \times 100 %$
Die Anzeigeeinheit 4 kann die durch die Restlebensdauerberechnungseinheit 19 berechnete Restlebensdauer selbst anzeigen oder eine Warnung anzeigen, wenn die berechnete Restlebensdauer geringer als ein vorab festgelegter Schwellenwert ist.
Durch die wie oben erklärt aufgebaute Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 nach dieser Ausführungsform und das Robotersystem 1, das die Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 aufweist, wird die Temperatur des Schmierfetts 10, das das Untersetzungsgetriebe 8 schmiert, nicht nur auf Basis des Reibungskoeffizienten in dem Untersetzungsgetriebe 8, sondern auch des Motorwärmewerts geschätzt. Daher besteht der Vorteil, dass die Temperatur des Schmierfetts 10 genau geschätzt wird und es möglich ist, die Lebensdauer des Schmierfetts 10 genau zu bewerten.
Der Motorwärmewert wird auf der Basis des Motorstroms und der Motorumdrehungsgeschwindigkeit berechnet. Daher besteht der Vorteil, dass es bei einer starken Wärmeerzeugung durch die Motorumdrehungsgeschwindigkeit möglich ist, den Motorwärmewert genau zu berechnen, und es möglich ist, die Lebensdauer des Schmierfetts 10 genau zu bewerten. Wenn der Wärmewert durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 9 gering ist, kann der Eisenverlust des zweiten Glieds an der rechten Seite in der Gleichung (1) weggelassen werden.
Nach dieser Ausführungsform wird die Temperatur des Schmierfetts 10 auch unter Berücksichtigung des Luftkühlungs-Wärmeableitungswerts, mit dem das in dem Glied 5 angeordnete und bewegte Untersetzungsgetriebe 8 durch die Bewegung gekühlt wird, geschätzt. Folglich ist es möglich, die Temperatur des Schmierfetts 10 genauer zu schätzen, und ist es möglich, die Lebensdauer des Schmierfetts 10 genau zu bewerten.
Nach dieser Ausführungsform wird nicht die berechnete Lebensdauer-Verwendungsmenge angezeigt, sondern die Restlebensdauer berechnet und angezeigt. Daher besteht der Vorteil, dass der Betreiber einen Austauschzeitpunkt im Voraus festlegen kann.
Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform die Restlebensdauer des Schmierfetts 10 berechnet und angezeigt wird. Stattdessen, oder zusätzlich dazu, kann die Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 wie in 5 gezeigt eine Austauschdatumberechnungseinheit 20 aufweisen, die ein Austauschdatum für das Schmierfett 10 berechnet.
Wie in 6 gezeigt berechnet die Austauschdatumberechnungseinheit 20 unter Verwendung von Daten hinsichtlich einer Lebensdauer-Verwendungsmenge des Schmierfetts 10 in den letzten paar Tagen durch die Gleichung (7) eine Anstiegsrate eines integrierten Werts der Lebensdauer-Verwendungsmenge unter Verwendung einer Methode der kleinsten Quadrate, und sagt sie unter Verwendung der berechneten Anstiegsrate einen Zeitpunkt, zu dem der integrierte Wert der Lebensdauer-Verwendungsmenge eine Nennlebensdauer erreicht, vorher. Als ein Beispiel wird durch die nachstehende Gleichung (7) eine Berechnungsformel zum Berechnen eines empfohlenen Austauschdatums (eines geschätzten Austauschdatums) unter Verwendung eines integrierten Werts der Lebensdauer-Verwendungsmenge in den letzten zwanzig Tagen angegeben.
Mathematischer Ausdruck 4: $\begin{array}{l} E m p f o h l e n e s A u s t a u s c h d a t u m = d + (20000 - s g (d)) \\ \times \frac{20 \times \sum_{i = d - 19}^{d} i^{2} - {(\sum_{i = d - 19}^{d} i)}^{2}}{20 \times \sum_{i = d - 19}^{d} i \times S g (i) - \sum_{i = d - 19}^{d} i \times \sum_{i = d - 19}^{d} i \times S g (i)} \end{array}$
wobei d ein Datum darstellt, zu dem die jüngste Sg berechnet wurde.
Das heißt, es wird ein Datum, zu dem die Lebensdauer des Schmierfetts 10 erschöpft ist, wenn ein Verwendungszustand des Roboters 2 in den letzten paar Tagen so, wie er ist, fortgesetzt wird, vorhergesagt. Das Datum wird für jedes der Gelenke wie in 7 an der Anzeigeeinheit 4 angezeigt.
Da das durch die Austauschdatumberechnungseinheit 20 berechnete geschätzte Austauschdatum auf diese Weise an der Anzeigeeinheit 4 angezeigt wird, besteht der Vorteil, dass ein Austauschzeitpunkt deutlicher erkannt werden kann. In der Gleichung (7) ist die Methode der kleinsten Quadrate dargestellt. Das Berechnungsverfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann jedes beliebige andere Näherungsrechnungsverfahren eingesetzt werden.
Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform das Schmierfett 10 als Schmiermittel, das das Untersetzungsgetriebe 8 schmiert, dargestellt ist. Die Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 kann jedoch auf jedes beliebige Schmiermittel wie etwa Öl angewendet werden. Der Achsenaufbau des Roboters 2 ist nicht auf den in 1 gezeigten vertikalen Knickarmtyp beschränkt. Die Lebensdauerbewertungsvorrichtung 12 kann auf ein Robotersystem 1, das einen Roboter mit einem beliebigen anderen Achsenaufbau aufweist, angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Robotersystem
2: Roboter
3: Steuervorrichtung
4: Anzeigeeinheit
5: Glied (bewegliche Einheit)
6: Gelenksabschnitt
7: Basis
8: Untersetzungsgetriebe (Übertragungsmechanismus)
9: Motor
10: Schmierfett (Schmiermittel)
11: Robotersteuereinheit (Steuervorrichtung)
12: Lebensdauerbewertungsvorrichtung
13: Raumtemperatureingabeeinheit
14: Motorwärmewertberechnungseinheit
15: Reibungswärmewertberechnungseinheit
16: Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit
17: Schmiermitteltemperaturschätzeinheit
18: Lebensdauerberechnungseinheit (Lebensdauerschätzeinheit)
19: Restlebensdauerberechnungseinheit
20: Austauschdatumberechnungseinheit

Claims

Lebensdauerbewertungsvorrichtung, die eine Lebensdauer eines Schmiermittels in einer Maschine mit wenigstens einem Motor und einem Getriebemechanismus, der durch das Schmiermittel geschmiert wird und die Leistung des wenigstens einen Motors zu einer beweglichen Einheit überträgt, bewertet, wobei die Lebensdauerbewertungsvorrichtung eine Motorwärmewertberechnungseinheit, die auf der Basis eines Stromwerts des wenigstens einen Motors einen Motorwärmewert berechnet; eine Reibungswärmewertberechnungseinheit, die auf der Basis der Umdrehungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Motors und eines Reibungskoeffizienten des Getriebemechanismus einen Reibungswärmewert in dem Getriebemechanismus berechnet; eine Schmiermitteltemperaturschätzeinheit, die auf der Basis des durch die Reibungswärmewertberechnungseinheit berechneten Reibungswärmewerts und des durch die Motorwärmewertberechnungseinheit berechneten Motorwärmewerts die Temperatur des Schmiermittels schätzt; und eine Lebensdauerschätzeinheit, die auf der Basis der durch die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit geschätzten Temperatur des Schmiermittels die Lebensdauer des Schmiermittels schätzt, umfasst.
Lebensdauerbewertungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Motorwärmewertberechnungseinheit den Motorwärmewert auf der Basis des Stromwerts des wenigstens einen Motors und der Umdrehungsgeschwindigkeit des wenigstens einen Motors berechnet.
Lebensdauerbewertungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit, die auf der Basis einer Bewegungsgeschwindigkeit des Getriebemechanismus ein Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß berechnet, wobei die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit die Temperatur des Schmiermittels auf Basis des durch die Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßberechnungseinheit berechneten Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaßes schätzt.
Lebensdauerbewertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Restlebensdauerberechnungseinheit, die auf der Basis der durch die Lebensdauerschätzeinheit geschätzten Lebensdauer eine Restlebensdauer berechnet.
Lebensdauerbewertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Austauschdatumberechnungseinheit, die auf der Basis der durch die Lebensdauerschätzeinheit geschätzten Lebensdauer ein geschätztes Austauschdatum berechnet.
Lebensdauerbewertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schmiermitteltemperaturschätzeinheit die Temperatur des Schmiermittels gemäß einer Gleichung schätzt, wobei die Gleichung die nachfolgende mathematische Form: $\begin{array}{l} {T=T}_{0} + D_{1} \times {(\sum E_{i} \times W_{1i})}^{D_{5}} + D_{2} \times {(\sum F_{i} \times W_{2i})}^{D_{6}} \\ {+D}_{3} \times W_{3} + D_{4} \times W_{4} \end{array}$
besitzt, wobei T eine geschätzte Temperatur des Schmiermittels darstellt, T₀ eine Raumtemperatur darstellt, i eine Achse einschließlich einer Zielachse, die eine Zielachsenschmiermitteltemperatur beeinflusst, darstellt, D₁, D₂, D₃, D₄, D₅ und D₆ Koeffizienten darstellen, die durch vorab erfolgtes Ausführen verschiedener Bewegungsmuster und Erfassung der dem jeweligen Bewegungsmuster zugehörigen Daten der Schmiermitteltemperaturen, der Raumtemperaturen, der Wärmewerte, der Bewegungsgeschwindigkeiten des Getriebemechanismus, und der Wärmewerte einer anderen Wärmeerzeugungsquelle experimentell bestimmt wurden, W₃ ein Luftkühlungs-Wärmeableitungsausmaß darstellt, W₄ einen Wärmewert der anderen Wärmeerzeugungsquelle darstellt, E_i einen Koeffizienten des Motorwärmewerts W_1i darstellt, und F_i einen Koeffizienten des Reibungswärmewerts W_2i darstellt.
Robotersystem, umfassend: einen Roboter, der den wenigstens einen Motor, eine oder mehrere bewegliche Einheiten, und den einen oder die mehreren Getriebemechanismen, die durch das Schmiermittel geschmiert werden und die Leistung der Motoren zu den beweglichen Einheiten übertragen, aufweist; eine Steuervorrichtung, die die Motoren des Roboters steuert; und die Lebensdauerbewertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.