DE102018105314A1

DE102018105314A1 - Motorauswahlvorrichtung

Info

Publication number: DE102018105314A1
Application number: DE102018105314.2A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yamada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: US20180267501A1; JP6568128B2; CN108574380B; US10691099B2; JP2018153045A; CN108574380A; DE102018105314B4

Abstract

Eine Motorauswahlvorrichtung weist eine Maschinenbedingungs-Erlangungseinheit, die Informationen bezüglich des Abstands zwischen dem Massenzentrum eines Werkstücks und dem Drehzentrum eines Motors erlangt; eine Betriebsmuster-Erlangungseinheit, die Informationen bezüglich eines Betriebsmusters erlangt; eine Motorinformations-Erlangungseinheit, die Informationen bezüglich eines momentanen Drehmoments, bei dem es sich um das maximale Drehmoment, das der Motor zulassen kann, handelt, erlangt; eine Exzentrisches Lastmoment-Berechnungseinheit, die ein exzentrisches Lastmoment, bei dem es sich um ein Belastungsmoment handelt, das der Motor je nach der Umdrehungsphase des Motors erhält, berechnet; eine Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment-Berechnungseinheit, die ein bei einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Motors auftretendes Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment berechnet; eine Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit, die aus dem Gesamtwert des exzentrischen Lastmoments und des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments ein erforderliches Drehmoment berechnet; und eine Motorauswahleinheit, die auf Basis dessen, ob das erforderliche Drehmoment höchstens das momentane Drehmoment des Motors beträgt oder nicht, die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Motorauswahl bestimmt, auf.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorauswahlvorrichtung.
Beschreibung des Stands der Technik
Bis jetzt ist eine Motorauswahlvorrichtung, die Informationen bezüglich des effektiven Drehmoments verwendet, bekannt (siehe zum Beispiel die Patentoffenlegungsschrift 2015-027244). Es folgt eine einfache Erklärung des Motorauswahlverfahrens durch die herkömmliche Motorauswahlvorrichtung. Zunächst werden ein maximales Ausgangsmoment, ein dynamisches Reibungsmoment, eine konstante Belastung, eine Beschleunigungszeit, eine Konstantgeschwindigkeitszeit, eine Verlangsamungszeit und eine Anhaltezeit, die in einem Speichermittel gespeichert sind, ausgelesen. Als nächstes wird durch Addieren des maximalen Ausgangsmoments, des dynamischen Reibungsmoments und der konstanten Belastung das Drehmoment zu der Beschleunigungszeit berechnet. Das Drehmoment zu der Konstantgeschwindigkeitszeit wird durch Addieren des dynamischen Reibungsmoments und der konstanten Belastung berechnet. Das Drehmoment zu der Verlangsamungszeit wird durch Addieren des maximalen Ausgangsmoments und des dynamischen Reibungsmoments und der konstanten Belastung infolge der Belastung berechnet. Das Drehmoment zu der Anhaltezeit wird als konstante Belastung berechnet. Dann werden die erhaltenen Drehmomente, die Beschleunigungszeit, die Konstantgeschwindigkeitszeit, die Verlangsamungszeit und die Anhaltezeit in eine bestimmte Formel eingegeben, wodurch das effektive Drehmoment berechnet wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Bei der herkömmlichen Motorauswahlvorrichtung besteht das Problem, dass das exzentrische Lastmoment nicht berücksichtigt wird und keine korrekte Motorauswahl vorgenommen werden kann.
Die Motorauswahlvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine Maschinenbedingungs-Erlangungseinheit, die Informationen bezüglich des Abstands zwischen dem Massenzentrum eines Werkstücks und dem Drehzentrum eines Motors, der eine Maschine antreibt, erlangt; eine Betriebsmuster-Erlangungseinheit, die Informationen bezüglich eines Betriebsmusters, das die Maschine in Bezug auf das Werkstück ausführt, erlangt; eine Motorinformations-Erlangungseinheit, die Informationen bezüglich eines momentanen Drehmoments, bei dem es sich um das maximale Derhmoment, das der Motor zulassen kann, handelt, erlangt; eine Exzentrisches Lastmoment-Berechnungseinheit, die ein exzentrisches Lastmoment, bei dem es sich um ein Belastungsmoment handelt, das der Motor während der Ausführung des Betriebsmusters je nach der Umdrehungsphase des Motors erhält, wenn das Massenzentrum des Werkstücks in Bezug auf das Drehzentrum des Motors exzentrisch ist und die Drehachse nicht parallel zu der vertikalen Richtung verläuft, berechnet; eine Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment-Berechnungseinheit, die ein bei einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Motors während der Ausführung des Betriebsmusters auftretendes Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment berechnet; eine Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit, die aus dem Gesamtwert des exzentrischen Lastmoments und des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments während der Ausführung des Betriebsmusters ein erforderliches Drehmoment berechnet; und eine Motorauswahleinheit, die auf Basis dessen, ob das erforderliche Drehmoment während der Ausführung des Betriebsmusters höchstens das momentane Drehmoment des Motors beträgt oder nicht, die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Motorauswahl bestimmt, auf.
Figurenliste
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende Erklärung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen noch klarer werden. In den beiliegenden Zeichnungen

ist 1 ein Blockdiagramm einer Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1;
ist 2 eine Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen dem Drehzentrum eines Motors und dem Massenzentrum eines Werkstücks zeigt;
ist 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem exzentrischen Lastmoment und der Phase zeigt;
ist 4 ein Diagramm, das die zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit und des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 zeigt;
ist 5A ein Diagramm, das die zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit und der Position des Werkstücks bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 zeigt;
ist 5B ein Diagramm, das die zeitliche Veränderung des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 zeigt;
ist 5C ein Diagramm, das die zeitliche Veränderung des exzentrischen Lastmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 zeigt;
ist 5D ein Diagramm, das die zeitliche Veränderung des Reibungsmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 zeigt;
ist 6 ein Diagramm, das die zeitliche Veränderung des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments, des exzentrischen Lastmoments, des Reibungsmoments und des Werts ihrer Addition bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 zeigt;
ist 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem momentanen Drehmoment des Motors und dem erforderlichen Drehmoment und der Geschwindigkeit bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 zeigt;
ist 8A ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem momentanen Drehmoment und dem erforderlichen Drehmoment und der Geschwindigkeit des Motors zeigt, wenn das exzentrische Lastmoment nicht berücksichtigt wird;
ist 8B ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem momentanen Drehmoment und dem erforderlichen Drehmoment und der Geschwindigkeit des Motors zeigt, wenn bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 das exzentrische Lastmoment berücksichtigt wird,;
ist 9 ein Ablaufdiagramm zur Erklärung des Motorauswahlvorgangs durch die Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1;
ist 10 eine Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen dem Drehzentrum des Motors und dem Schwerpunkt einer Hauptachse zeigt;
ist 11 eine Ansicht, die ein erstes Beispiel für die Positionsbeziehung zwischen einem Motor, bei dem ein exzentrisches Lastmoment entsteht, und einem Werkstück zeigt;
ist 12 eine Ansicht, die ein zweites Beispiel für die Positionsbeziehung zwischen Motoren, bei denen ein exzentrisches Lastmoment entsteht, und einem Werkstück zeigt;
ist 13 eine Ansicht, die ein drittes Beispiel für die Positionsbeziehung zwischen Motoren, bei denen ein exzentrisches Lastmoment entsteht, und einem Werkstück zeigt;
ist 14 ein erstes Beispiel eines Diagramms, das die Positionsbeziehung zwischen dem exzentrischen Lastmoment und der Phase zeigt;
ist 15 ein zweites Beispiel eines Diagramms, das die Positionsbeziehung zwischen dem exzentrischen Lastmoment und der Phase zeigt;
ist 16 ein drittes Beispiel eines Diagramms, das die Positionsbeziehung zwischen dem exzentrischen Lastmoment und der Phase zeigt;
ist 17 ein Blockdiagramm einer Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2;
ist 18 eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Position eines Werkstücks in Bezug auf ein Lager, der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft zeigt;
ist 19A eine Ansicht, die die Größe einer Widerstandskraft zeigt, welche das Werkstück bei einer gewissen Phase erfährt;
ist 19B eine Ansicht, die die Größe einer Widerstandskraft zeigt, welche das Werkstück bei einer anderen Phase erfährt;
ist 20 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem exzentrischen Lastmoment, dem Reibungsmoment und ihrem Gesamtwert und der Phase bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2 zeigt; und
ist 21 ein Ablaufdiagramm zur Erklärung der Abfolge der Berechnung des Reibungskoeffizienten zur Berechnung des zu dem exzentrischen Lastmoment addierten Reibungsmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2.

Ausführliche Erklärung
Nachstehend werden Motorauswahlvorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt. Es ist jedoch zu beachten, dass der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sich über die in den Patentansprüchen angegebenen Erfindungen und ihre Entsprechungen erstreckt.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1. Die Motorauswahlvorrichtung 101 nach Ausführungsform 1 weist eine Maschinenbedingungs-Erlangungseinheit 1, eine Betriebsmuster-Erlangungseinheit 2, eine Motorinformations-Erlangungseinheit 3, eine Exzentrisches-Lastmoment-Berechnungseinheit 4, eine Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment-Berechnungseinheit 5, eine Erforderliches Drehmoment-Berechnungseinheit 6, und eine Motorauswahleinheit 7 auf.
Die Motorauswahlvorrichtung 101 umfasst vorzugsweise eine Eingabevorrichtung 10 zur Eingabe von Daten usw. und eine Anzeigevorrichtung 20 zur Anzeige des Ergebnisses der Motorauswahl usw. Für die Eingabevorrichtung 10 kann eine Tastatur oder eine Maus oder dergleichen verwendet werden. Für die Anzeigevorrichtung 20 kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder eine organische EL-Anzeigevorrichtung oder dergleichen verwendet werden.
Die Maschinenbedingungs-Erlangungseinheit 1 erlangt Informationen bezüglich des Abstands zwischen dem Massenzentrum eines Werkstücks und dem Drehzentrum des Motors, der eine Maschine antreibt. 2 zeigt die Positionsbeziehung zwischen dem Drehzentrum C1 des Motors und dem Massenzentrum C2 des Werkstücks. Wenn der Abstand zwischen dem Drehzentrum C1 und dem Massenzentrum C2 des Werkstücks zum Beispiel d beträgt, wird dieser Wert von der Eingabevorrichtung 10 eingegeben. Die Maschinenbedingungs-Erlangungseinheit 1 kann auch so ausgeführt sein, dass sie außerdem Informationen wie den mechanischen Wirkungsgrad, den Reibungskoeffizienten, die Anordnung des Motors, den Betriebsbereich des Motors und einer Achse oder dergleichen erlangt.
Die Betriebsmuster-Erlangungseinheit 2 erlangt Informationen bezüglich des Betriebsmusters, das die Maschine in Bezug auf das Werkstück ausführt. In den Informationen bezüglich des Betriebsmusters ist vorzugsweise wenigstens eines aus der Bewegungsstrecke (oder dem Drehwinkel) des Werkstücks, der Zeit der Positionierung des Werkstücks, der Beschleunigungszeitkonstanten des Werkstücks, der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks und der Belastung (der Schneidebelastung oder dergleichen) enthalten. Die Informationen bezüglich des Betriebsmusters können von der Eingabevorrichtung 10 eingegeben werden.
Die Motorinformations-Erlangungseinheit 3 erlangt Informationen bezüglich des momentanen Drehmoments, bei dem es sich um das maximale Drehmoment, das der Motor zulassen kann, handelt. Wenn mehrere Motoren als Auswahlkandidaten, die zur Anbringung an einzelnen Achsen vorgesehen sind, vorhanden sind, können von der Eingabevorrichtung 10 Informationen bezüglich der einzelnen Motoren eingegeben werden.
Oder es ist auch möglich, Informationen bezüglich der Motoren, die in einer Speichervorrichtung (nicht dargestellt) gespeichert wurden, aus der Speichervorrichtung zu lesen.
Die Exzentrisches Lastmoment-Berechungseinheit 4 berechnet das exzentrische Lastmoment. Das „exzentrische Lastmoment“ ist das Belastungsmoment, das der Motor während der Ausführung des Betriebsmusters je nach der Umdrehungsphase des Motors erhält, wenn das Massenzentrum des Werkstücks in Bezug auf das Drehzentrum des Motors exzentrisch ist und die Drehachse nicht parallel zu der vertikalen Richtung verläuft. 2 zeigt ein Beispiel für die Anordnung des Drehzentrums des Motors und das Werkstück, wen ein exzentrisches Lastmoment entsteht. Das Massenzentrum C2 des Werkstücks 40 ist um den Abstand d von dem Drehzentrum C1 des Motors exzentrisch. Das Belastungsmoment, das der Motor während der Ausführung des Betriebsmusters, bei dem das Werkstück 40 bewegt wird, je nach der Umdrehungsphase des Motors erhält, ist das exzentrische Lastmoment.
Wie in 2 gezeigt wird die Phase des Massenzentrums C2 des Werkstücks, wenn die in der senkrechten Richtung abgesenkte Position als Basis angesehen wird, in Bezug auf das Drehzentrum C1 des Motors als θ angesetzt. Dabei wird wie in 3 gezeigt das exzentrische Lastmoment T_el' bei einer beliebigen Phase θ durch eine Sinuswelle ausgedrückt.
Die Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment-Berechnungseinheit 5 berechnet das Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment, das entsteht, wenn der Motor bei der Ausführung des Betriebsmusters beschleunigt oder verlangsamt. 4 zeigt die zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit V und des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments T bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1. In 4 entspricht der Zeitraum der Zeit t von 0 bis 4 [s] dem Zeitraum der Ausführung des Betriebsmusters. Als ein Beispiel wird ein Beispiel erklärt, bei dem das Werkstück bewegt wird, während die Geschwindigkeit wie in 4 oben gezeigt verändert wird. Während des Zeitraums der Zeit t von 0 bis 1 [s] wird die Geschwindigkeit V [min^-1] mit einer konstanten Beschleunigung erhöht. Dabei entsteht wie in 4 unten gezeigt ein konstantes Beschleunigungsdrehmoment. Während des Zeitraums der Zeit t von 1 bis 3 [s] wird das Werkstück mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Dabei entsteht kein Beschleunigungsdrehmoment. Während des Zeitraums der Zeit t von 3 bis 4 [s] wird die Geschwindigkeit V [min] mit einer konstanten Beschleunigung verringert. Dabei entsteht ein konstantes Verlangsamungsdrehmoment. Die Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit 6 berechnet aus dem Gesamtwert des exzentrischen Lastmoments und des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments während der Ausführung des Betriebsmusters ein erforderliches Drehmoment. Hier ist das „erforderliche Drehmoment“ das Drehmoment, das zum Bewegen des Werkstücks erforderlich ist. 5A zeigt die zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit und der Position des Werkstücks bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1. Die Position des Werkstücks wird gemäß dem gewünschten Positionierungsmuster bestimmt. Die Y-Achse an der linken Seite zeigt die Geschwindigkeit, und die Y-Achse an der rechten Seite zeigt die Position oder die Phase. Die zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit ist dem in 4 oben gezeigten Beispiel gleich. Das gewünschte Positionierungsmuster (der Phase) ist das Betriebsmuster, mit dem das Werkstück an die gewünschte Position (in die gewünschte Phase) bewegt wird. Während des Zeitraums der Zeit von 0 bis 1 [s] wird das Werkstück langsam bewegt. Während des Zeitraums der Zeit von 1 bis 3 [s] wird das Werkstück mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Während des Zeitraums der Zeit von 3 bis 4 [s] wird die Geschwindigkeit des Werkstücks allmählich verringert, und zu der Zeit 4 [s] wird das Werkstück angehalten.
5B zeigt die zeitliche Veränderung des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1. Die zeitliche Veränderung des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments ist dem in 4 unten gezeigten Beispiel gleich.
5C zeigt die zeitliche Veränderung des exzentrischen Lastmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1. Das exzentrische Lastmoment wird zu den Zeiten 0 und 4 [s] 0 und wird zu der Zeit 2 [s] am größten.
5D zeigt die zeitliche Veränderung des Reibungsmoments bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1. Bei Ausführungsform 1 wird angenommen, dass das Reibungsmoment konstant ist.
6 zeigt die zeitliche Veränderung des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments, des exzentrischen Lastmoments und des Reibungsmoments, die jeweils in 5B bis 5D gezeigt sind, und des Werts ihrer Addition. Die zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit ist in 5A gezeigt. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment, dem exzentrischen Lastmoment, dem Reibungsmoment und dem erforderlichen Drehmoment, bei dem es sich um deren Gesamtwert handelt, sowie dem momentanen Drehmoment des Motors und der Geschwindigkeit. Die durchgehende Linie zeigt das Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment. Die gepunktete Linie zeigt den Gesamtwert des exzentrischen Lastmoments und des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments. Die gestrichelt-gepunktete Linie zeigt das erforderliche Drehmoment, das heißt, den Gesamtwert des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments, des exzentrischen Lastmoments und des Reibungsmoments. Außerdem zeigt in 7 eine gestrichelte Linie eines ersten Quadranten unter den in der Umgebung dieser Kurven gezeichneten gestrichelten Linien das momentane Drehmoment des Motors zur Zeit der Beschleunigung und eine gestrichelte Linie eines zweiten Quadranten das momentane Drehmoment des Motors zur Zeit der Verlangsamung. Da das durch die gestrichelt-gepunktete Linie gezeigte erforderliche Drehmoment (der Gesamtwert des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments, des exzentrischen Lastmoments und des Reibungsmoments) bei dem Beispiel, das in 7 gezeigt ist, in dem gesamten Geschwindigkeitsbereich nicht über das durch die gestrichelte Linie gezeigte momentane Drehmoment des Motors hinausgeht, erkennt man, dass der Motor normal arbeitet.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen dem Drehmoment, das zum Bewegen des Werkstücks nötig ist (dem erforderlichen Drehmoment) und dem momentanen Drehmoment des Motors für den Fall, in dem das exzentrische Lastmoment berücksichtigt wird, und den Fall, in dem das exzentrische Lastmoment nicht berücksichtigt wird, erklärt. 8A zeigt die Beziehung zwischen dem momentanen Drehmoment und dem erforderlichen Drehmoment und der Geschwindigkeit des Motors, wenn das exzentrische Lastmoment nicht berücksichtigt wird. 8B zeigt die Beziehung zwischen dem momentanen Drehmoment und dem erforderlichen Drehmoment und der Geschwindigkeit des Motors, wenn bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1das exzentrische Lastmoment berücksichtigt wird,.
Die Motorauswahleinheit 7 bestimmt die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Motorauswahl auf Basis dessen, ob das erforderliche Drehmoment während der Ausführung des Betriebsmusters höchstens das momentane Drehmoment beträgt oder nicht. Wie in 8A gezeigt wird bei Nichtberücksichtigung des exzentrischen Lastmoments das erforderliche Drehmoment (durchgehende Linie) in dem durch das Oval umgebenen Geschwindigkeitsbereich gleich oder höher als das momentane Drehmoment (gestrichelte Linie) des Motors. In diesem Fall übersteigt das erforderliche Drehmoment das momentane Drehmoment, bei dem es sich um das maximale Drehmoment, das der Motor ausgeben kann, handelt. Als Folge wird angenommen, dass in diesem Geschwindigkeitsbereich das erforderliche Drehmoment nicht erhalten wird, und wird der gegenständliche Motor als nicht auswählbar bestimmt. Dies liegt daran, dass herkömmlich der Umstand, dass sich das exzentrische Lastmoment je nach der Phase verändert, nicht berücksichtigt wird und das erforderliche Drehmoment unter der Annahme berechnet wird, das bei jeder Phase eine konstante Belastung auftritt. Das heißt, da bisher ohne eine Berechnung der Phasenabhängigkeit des exzentrischen Lastmoments angenommen wird, dass eine konstante Belastung entsteht, besteht die Gefahr, dass das erforderliche Drehmoment übermäßig hoch veranschlagt wird. Als Folge kommt es vor, dass ein tatsächlich auszuwählender Motor nicht ausgewählt wird und die Auswahl des Motors durch Verlangen einer exzessiven Leistungsfähigkeit nicht korrekt vorgenommen werden kann.
Wenn andererseits wie in 8B gezeigt durch die Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 das exzentrische Lastmoment berücksichtigt wird, wird das erforderliche Drehmoment in allen Geschwindigkeitsbereichen geringer als das momentane Drehmoment des Motors. In diesem Fall wird das erforderliche Drehmoment in allen Geschwindigkeitsbereichen, in denen sich das Werkstück dem Betriebsmuster folgend bewegt, erhalten und kann der gegenständliche Motor als auswählbar bestimmt werden.
Da somit durch die Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 die Geschwindigkeitsabhängigkeit des exzentrischen Lastmoments berücksichtigt wird, kann vermieden werden, dass das erforderliche Drehmoment als Folge der wie bisherigen Annahme eines konstanten exzentrischen Lastmoments übermäßig hoch veranschlagt wird. Als Folge kann die Auswahl des Motors korrekt vorgenommen werden.
Als nächstes wird der Motorauswahlvorgang unter Verwendung der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 erklärt. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erklärung des Motorauswahlvorgangs durch die Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1. Zunächst erlangt in Schritt S101 die Maschinenbedingungs-Erlangungseinheit 1 Maschinenbedingungen und die Betriebsmuster-Erlangungseinheit 2 Betriebsmusterinformationen. In den Maschinenbedingungen sind Informationen bezüglich des Abstands zwischen dem Massenzentrum des Werkstücks und dem Drehzentrum des Motors enthalten. Zusätzlich dazu können auch Informationen hinsichtlich des mechanischen Wirkungsgrads, des Reibungskoeffizienten, der Anordnung des Motors, des Betriebsbereich des Motors und einer Achse oder dergleichen erlangt werden. In den Informationen bezüglich des Betriebsmusters ist vorzugsweise wenigstens eines aus der Bewegungsstrecke (oder dem Drehwinkel) des Werkstücks, der Zeit der Positionierung des Werkstücks, der Beschleunigungszeitkonstanten des Werkstücks, der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks und der Belastung (der Schneidebelastung oder dergleichen) enthalten.
Als nächstes erlangt in Schritt S102 die Motorinformations-erlangungseinheit 3 Motorinformationen des Auswahlobjekts. In den Motorinformationen sind Informationen bezüglich des momentanen Drehmoments, bei dem es sich um das maximale Drehmoment, das der Motor zulassen kann, handelt, enthalten. Wenn mehrere Motoren als Auswahlkandidaten, die zur Anbringung an einzelnen Achsen vorgesehen sind, vorhanden sind, können auch Informationen bezüglich der einzelnen Motoren erlangt werden. Oder die Motorinformations-Erlangungseinheit 3 kann in einer Speichervorrichtung (nicht dargestellt) gespeicherte Informationen bezüglich der Motoren aus der Speichervorrichtung lesen.
Als nächstes berechnet in Schritt S103 die Exzentrisches-Lastmoment-Berechnungseinheit 4 das exzentrische Lastmoment. Das Verfahren zur Berechnung des exzentrischen Lastmoments wird später beschrieben werden.
Dann berechnet in Schritt S104 die Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment-Berechnungseinheit 5 das Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment. Das Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment ist das Drehmoment, das entsteht, wenn der Motor während der Ausführung des Betriebsmusters beschleunigt oder verlangsamt.
Als nächstes berechnet in Schritt S105 die Erforderliches Drehmoment-Berechnungseinheit 6 das für den Betrieb jeder Achse erforderliche Drehmoment. Wenn die Maschine zum Beispiel ein Roboter mit sechs Achsen ist, wird für jede der Achsen ein Wert des erforderlichen Drehmoments berechnet. Nun ist bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 das erforderliche Drehmoment der Gesamtwert des exzentrischen Lastmoments, des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments und des Reibungsmoments während der Ausführung des Betriebsmusters. Doch bei Ausführungsform 1 wird angenommen, dass das Reibungsmoment unabhängig von der Phase konstant ist.
Dann bestimmt in Schritt S106 die Motorauswahleinheit 7, ob der gegenständliche Motor ausgewählt werden kann oder nicht. Konkret bestimmt die Motorauswahleinheit 7 auf Basis dessen, ob das erforderliche Drehmoment während der Ausführung des Betriebsmusters höchstens das momentane Drehmoment des Motors beträgt oder nicht, die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Motorauswahl. Diese Bestimmung wird auf Basis dessen vorgenommen, ob das erforderliche Drehmoment während der Ausführung des Betriebsmusters durch den Motor das momentane Drehmoment des Motors übersteigt oder nicht.
Zusätzlich zu dieser Bestimmung kann auch bestimmt werden, ob die Ausführung eines Dauerbetriebs durch den Motor möglich ist oder nicht. Die Bestimmung der Möglichkeit/Unmöglichkeit des Dauerbetriebs des Motors wird durch Bestimmen, ob das Effektivmoment geringer als das Dauerdrehmoment des Motors ist oder nicht, vorgenommen. Wenn das in 4 gezeigte Betriebsmuster als Beispiel herangezogen wird, kann das Effektivmoment Ts [Nm] durch die nachstehende Formel ausgedrückt werden. $T s = \sqrt{\frac{1}{t c} \int {(T (t))}^{2} d t}$
Hier ist tc die Zeit der Ausführung eines Betriebsmusters.
Wenn in Schritt S106 bestimmt wurde, dass die Auswahl des Motors möglich ist, wird die Motorauswahlverarbeitung beendet und das Auswahlergebnis an der Anzeigevorrichtung 20 angezeigt.
Wenn in ST106 bestimmt wurde, dass der gegenständliche Motor nicht als verwendeter Motor ausgewählt werden kann, wird zu Schritt S102 zurückgekehrt und eine Auswahltätigkeit für einen anderen Motor vorgenommen. Wenn kein anderer Motor vorhanden ist, kann zu Schritt S101 zurückgekehrt werden und die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Auswahl des gegenständlichen Motors unter Abschwächen der Maschinenbedingungen und des Betriebsmusters erneut bestimmt werden.
Als nächstes wird ein Beispiel für eine Maschine, bei der ein exzentrisches Lastmoment entsteht, erklärt. 10 zeigt die Positionsbeziehung zwischen dem Drehzentrum eines Motors und dem Schwerpunkt einer Hauptachse. Da sich das Drehzentrum C1 des Motors 30 an einer Position befindet, die von dem Schwerpunkt C2 der Hauptachse 60 entfernt ist, entsteht ein exzentrisches Lastmoment, wenn die Hauptachse 60 mit dem Drehzentrum C1 des Motors 30 als Zentrum in der Richtung der Pfeile in der Zeichnung gedreht wird.
11 zeigt ein erstes Beispiel für die Positionsbeziehung zwischen einem Motor, bei dem ein exzentrisches Lastmoment entsteht, und einem Werkstück. Ein Werkstück 40 ist auf einem Tisch 50 abgelegt. Wenn ein erster Motor 31 um ein Drehzentrum C1 als Zentrum gedreht wird, neigt sich der Tisch 50. Dabei entsteht ein exzentrisches Lastmoment, wenn die beiden Schwerpunkte des Werkstücks 40 und des Tischs 50 nicht mit dem Drehzentrum C1 übereinstimmen.
12 zeigt ein zweites Beispiel für die Positionsbeziehung zwischen Motoren, bei denen ein exzentrisches Lastmoment entsteht, und einem Werkstück. Wenn ein erster Motor 31 gedreht wird, führt ein erster Tisch 51 eine Pendelbewegung um ein Drehzentrum C1 aus. Auf dem ersten Tisch 51 ist ein zweiter Tisch 52 ausgebildet. Der zweite Tisch führt durch einen zweiten Motor 32 eine Schwenkbewegung um ein Drehzentrum C3 aus. Dabei entsteht ein exzentrisches Lastmoment, wenn die Schwerpunkte des Werkstücks 40 des ersten Tischs 51 und des zweiten Tischs 52 nicht mit dem Drehzentrum C1 übereinstimmen.
13 zeigt ein drittes Beispiel für die Positionsbeziehung zwischen Motoren, bei denen ein exzentrisches Lastmoment entsteht, und einem Werkstück. Ein Werkstück 40 ist auf einem Tisch 50 abgelegt, und das Werkstück 40 dreht sich durch Drehen eines zweiten Motors 32 um ein Drehzentrum C3 auf dem Tisch 40. Wenn ein erster Motor 31 um ein Drehzentrum C1 gedreht wird, neigt sich der Tisch 50. Dabei entsteht ein exzentrisches Lastmoment, wenn die beiden Schwerpunkte des Werkstücks 40 und des Tischs 50 nicht mit dem Drehzentrum C1 übereinstimmen.
Als nächstes wird das Verfahren zur Berechnung des exzentrischen Lastmoments erklärt. 14 zeigt ein erstes Beispiel eines Diagramms, das die Positionsbeziehung zwischen dem exzentrischen Lastmoment und der Phase zeigt. Die Exzentrisches-Lastmoment-Berechnungseinheit 4 kann das exzentrische Lastmoment bei einer beliebigen Phase aus zwei unterschiedlichen Gruppen von Phasen und exzentrischen Lastmomenten ermitteln. Wenn beispielweise das exzentrische Lastmoment bei der Phase θ₁ T₁ beträgt, und das exzentrische Lastmoment bei der Phase θ₂ T₂ beträgt, kann das exzentrische Lastmoment T_el bei einer beliebigen Phase θ durch die folgenden Formeln (2) bis (4) ermittelt werden. $T_{e l} (θ) = | T_{e l'} sin (θ - θ_{e l 0}) |$
$θ_{e l 0} = t a n^{- 1} (\frac{- T_{1} \cdot s i n θ_{2} + T_{2} \cdot s i n θ_{1}}{- T_{1} \cdot c o s θ_{2} + T_{2} \cdot c o s θ_{1}})$
$T_{e l'} = \frac{T_{1}}{sin (θ_{1} - θ_{e l 0})} = \frac{T_{2}}{sin (θ_{2} - θ_{e l 0})}$
doch wenn sin(θ₁ - θ_el0) = 0 oder sin(θ₂ - θ_el0) = 0 ist, ist T_el(θ) = 0.
Die Motorauswahl wird vorzugsweise unter Berücksichtigung des wie oben beschrieben ermittelten exzentrischen Lastmoments vorgenommen.
Wenn insbesondere wie in 15 gezeigt die Phase θ_elmax, bei der das exzentrische Lastmoment das Maximum T_elmax wird, bekannt ist, kann das exzentrische Lastmoment T_el(θ) bei einer beliebigen Phase θ durch die folgende Formel (5) berechnet werden. $T_{e l} (θ) = T_{e l m a x} sin (θ - θ_{e l 0} - \frac{π}{2}) = T_{e l m a x} c o s (θ - θ_{e l 0})$
Ferner kann das exzentrische Lastmoment T_el(θ) bei einer beliebigen Phase θ durch die folgende Formel (6) berechnet werden, wenn wie in 16 gezeigt die Phase θ_el0, bei der das exzentrische Lastmoment 0 wird, bekannt ist. $T_{e l} (θ) = | \frac{T_{e l m a x} sin (θ - θ_{e l 0})}{sin (θ_{e l m a x} - θ_{e l 0})} |$
doch wenn sin(θ_elmax - θ_el0) = 0 ist, ist T_el(θ) = 0.
Als nächstes wird eine Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2 erklärt. 17 zeigt ein Blockdiagramm der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2. Die Motorauswahlvorrichtung 102 nach Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Motorauswahlvorrichtung 101 nach Ausführungsform 1 darin, dass sie ferner eine Reibungsmoment-Berechnungseinheit 8 aufweist, die durch Multiplizieren eines Abstands zwischen einer Reibungsfläche und dem Drehzentrum des Motors mit einer Reibungskraft ein Reibungsmoment berechnet, und die Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit das erforderliche Drehmoment durch Addieren des Reibungsmoments zu dem exzentrischen Lastmoment berechnet. Da der weitere Aufbau der Motorauswahlvorrichtung 102 nach Ausführungsform 2 dem Aufbau der Motorauswahlvorrichtung 101 nach Ausführungsform 1 gleich ist, wird auf eine ausführliche Erklärung verzichtet.
Bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 1 wurde ein Beispiel gezeigt, bei dem die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Auswahl eines Motors unter der Annahme des Reibungsmoments als konstant bestimmt wird. Doch wenn das Reibungsmoment eine bestimmte Größe übersteigt und einen Einfluss auf die Motorauswahl ausübt, ist es günstig, die Auswahl des Motors unter Berücksichtigung des Umstands, dass sich das Reibungsmoment je nach der Phase (der Position) verändert, vorzunehmen.
Die Reibungskraft ist zu der Widerstandskraft auf eine Gleitfläche und dem Reibungskoeffizienten proportional. Wenn die exzentrische Last gleich wäre, würde die Widerstandskraft in der Schwerkraftrichtung gleich. Doch da während des Motorbetriebs eine Zentrifugalkraft auf die Gleitfläche hinzukommt, verändert sich die Größe der Widerstandskraft je nach der Phase und verändert sich gleichermaßen auch die Größe der Reibungskraft je nach der Phase. Bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2 wird die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Auswahl eines Motors unter Berücksichtigung des sich je nach der Phase verändernden Reibungsmoments vorgenommen.
18 zeigt die Beziehung zwischen der Position eines Werkstücks in Bezug auf ein Lager, der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft. 18 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Werkstück 40 um den Umfang eines Lagers 70 gleitet. Wie in 18 gezeigt wirkt die Schwerkraft in jedem Zustand der Zustände 1 bis 3 des Werkstücks 40 stets in der senkrechten Richtung, während im Gegensatz dazu eine Zentrifugalkraft in einer von dem Lager weg führenden Richtung wirkt. Wenn nun die aus der Schwerkraft G und der Zentrifugalkraft F_ω resultierende Kraft als Widerstandskraft (G + F_ω) angesetzt wird, unterscheidet sich die Widerstandskraft je nach der Phase (der Position) des Werkstücks. In Figur 19A und 19B ist die Beziehung zwischen der Schwerkraft, der Zentrifugalkraft und der Widerstandskraft bei dem Zustand 2 bzw. dem Zustand 3 gezeigt. Aus Figur 19A und 19B ist erkennbar, dass sich die Widerstandskraft bei dem Zustand 2 von der Widerstandskraft bei dem Zustand 3 unterscheidet, und dass sich die Widerstandskraft je nach der Phase verändert.
Hier wird das Reibungsmoment f(θ) durch die nachstehende Formel (7) durch Multiplizieren des Abstands e zwischen der Reibungsfläche und dem Motordrehzentrum mit der Reibungskraft erhalten. $f (θ) = μ - \frac{| \vec{G} + \vec{F_{ω}} |}{| \vec{F_{ω}} |} \cdot e$
Die Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit 6 berechnet das erforderliche Drehmoment durch Hinzurechnen des durch die Formel (7) ermittelten Reibungsmoments zu dem exzentrischen Lastmoment. 20 zeigt die Beziehung zwischen dem exzentrischen Lastmoment, dem Reibungsmoment und ihrem Gesamtwert und der Phase bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2. Es lässt sich erkennen, das sich bei Ausführungsform 2 das Reibungsmoment anders als im Fall von Ausführungsform 1 je nach der Phase verändert.
Ferner lässt sich erkennen, dass die Phase des Gesamtwerts des exzentrischen Lastmoments und des Reibungsmoments bei Ausführungsform 2 von dem Fall von Ausführungsform 1 abweicht, da das Reibungsmoment von dem exzentrischen Lastmoment phasenverschoben ist. Da die Motorauswahl bei der Motorauswahlvorrichtung nach Ausführungsform 2 unter Berücksichtigung des sich je nach der Phase verändernden Reibungsmoments vorgenommen wird, kann ein Motor auch dann korrekt ausgewählt werden, wenn sich das Reibungsmoment je nach der Phase verändert.
Nun wird ein Fall erklärt, in dem neben einer das Untersuchungsobjekt darstellenden Maschine, die den durch die Motorauswahlvorrichtung 102 nach Ausführungsform 2 ausgewählten Motor verwendet, eine ähnliche Maschine vorhanden ist. In diesem Fall kann die Reibungsmoment-Berechnungseinheit 8 unter Verwendung von Informationen hinsichtlich eines Motors, den die ähnliche Maschine verwendet, eine Funktion des Reibungsmoments polynomisch approximieren, aus der Funktion des Reibungsmoments einen Reibungskoeffizienten berechnen, und aus dem Reibungskoeffizienten das Reibungsmoment einer Maschine, die das Untersuchungsobjekt darstellt, berechnen. Die Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit 6 kann das erforderliche Drehmoment durch Addieren des Reibungsmoments zu dem exzentrischen Lastmoment der Maschine, die das Untersuchungsobjekt darstellt, berechnen.
Nun wird das Verfahren zur Berechnung des Reibungsmoments unter Verwendung des in 21 gezeigten Ablaufdiagramms erklärt. Zunächst wird in Schritt S201 das Drehmoment jeder Phase aus Strominformationen und Positionsinformationen berechnet. Da das Drehmoment zu dem Strom proportional ist, kann das Drehmoment aus Strominformationen berechnet werden.
Dann wird in Schritt S202 das Beschleunigungsdrehmoment aus Geschwindigkeitsinformationen und dem Trägheitsmoment berechnet. Hier wird angenommen, dass das Trägheitsmoment bekannt ist.
Dann werden in Schritt S203 das exzentrische Lastmoment und das Reibungsmoment aus Informationen hinsichtlich der exzentrischen Last und dem berechneten Drehmoment isoliert. Hier wird angenommen, dass die Informationen bezüglich des exzentrischen Lastmoments in den Informationen hinsichtlich der exzentrischen Last enthalten sind und bekannt sind. Zu dieser Zeit werden Strominformationen und Geschwindigkeitsinformationen in einem Zustand, in dem kein Betrieb wie etwa ein Schneiden oder dergleichen vorgenommen wird, erlangt. Das Reibungsmoment wird durch die folgende Formel ermittelt. $Reibungsmoment=Drehmoment-exzentrisches Lastmoment-Beschleunigungsdrehmoment$
Als nächstes wird in Schritt S204 durch polynomisches Approximieren des Reibungsmoments eine Funktion des Reibungsmoments in jeder Phase abgeleitet. Der Grund dafür ist, dass bei einer seriellen Berechnung des Reibungsmoments ohne Vornahme einer polynomischen Approximation das Rauschen groß wird.
Als nächstes erfolgt in Schritt S205 in Bezug auf die Funktion des Reibungsmoments eine Berechnung des Reibungskoeffizienten durch Dividieren des Gesamtwerts der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft jeder Phase und des Abstands zwischen der Reibungsfläche und dem Motordrehzentrum. Hier sind die Schwerkraft jeder Phase sowie der Abstand zwischen der Reibungsfläche und dem Motordrehzentrum bekannt. Die Zentrifugalkraft kann aus den Maschineninformationen und den Informationen hinsichtlich der Geschwindigkeit berechnet werden. Der Reibungskoeffizient µ wird durch die nachstehende Formel (8) ermittelt. $μ = \frac{f (θ)}{e} \cdot \frac{| \vec{F_{ω}} |}{| \vec{G} + \vec{F_{ω}} |}$
Auf diese Weise ist es durch Berechnen des Reibungsmoments unter Verwendung eines aus ähnlichen Maschinen berechneten Reibungskoeffizienten möglich, das erforderliche Drehmoment, das das exzentrische Lastmoment und das Reibungsmoment enthält, zu berechnen. Als Folge kann die Auswahl des Motors korrekt vorgenommen werden.
Durch die Motorauswahlvorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Auswahl eines Motors zum Antrieb einer Achse, bei der ein exzentrisches Lastmoment entsteht, wie etwa einer Neigeachse einer Werkzeugmaschine oder dergleichen korrekt vorgenommen werden.

Claims

Motorauswahlvorrichtung, aufweisend: eine Maschinenbedingungs-Erlangungseinheit (1), die Informationen bezüglich des Abstands zwischen dem Massenzentrum eines Werkstücks und dem Drehzentrum eines Motors, der eine Maschine antreibt, erlangt; eine Betriebsmuster-Erlangungseinheit (2), die Informationen bezüglich eines Betriebsmusters, das die Maschine in Bezug auf das Werkstück ausführt, erlangt; eine Motorinformations-Erlangungseinheit (3), die Informationen bezüglich eines momentanen Drehmoments, bei dem es sich um das maximale Drehmoment, das der Motor zulassen kann, handelt, erlangt; eine Exzentrisches-Lastmoment-Berechnungseinheit (4), die ein exzentrisches Lastmoment, bei dem es sich um ein Belastungsmoment handelt, das der Motor während der Ausführung des Betriebsmusters je nach der Umdrehungsphase des Motors erhält, wenn das Massenzentrum des Werkstücks in Bezug auf das Drehzentrum des Motors exzentrisch ist und die Drehachse nicht parallel zu der vertikalen Richtung verläuft, berechnet; eine Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment-Berechnungseinheit (5), die ein bei einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Motors während der Ausführung des Betriebsmusters auftretendes Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoment berechnet; eine Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit (6), die aus dem Gesamtwert des exzentrischen Lastmoments und des Beschleunigungs/Verlangsamungsdrehmoments während der Ausführung des Betriebsmusters ein erforderliches Drehmoment berechnet; und eine Motorauswahleinheit (7), die auf Basis dessen, ob das erforderliche Drehmoment während der Ausführung des Betriebsmusters höchstens das momentane Drehmoment des Motors beträgt oder nicht, die Möglichkeit/Unmöglichkeit der Motorauswahl bestimmt.
Motorauswahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Exzentrisches-Lastmoment-Berechnungseinheit (4) das exzentrische Lastmoment bei einer beliebigen Phase aus zwei unterschiedlichen Gruppen von Phasen und exzentrischen Lastmomenten ermittelt.
Motorauswahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Reibungsmoment-Berechnungseinheit (8) aufweist, die durch Multiplizieren eines Abstands zwischen einer Reibungsfläche und dem Drehzentrum des Motors mit einer Reibungskraft ein Reibungsmoment berechnet, wobei die Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit (6) das erforderliche Drehmoment durch Addieren des Reibungsmoments zu dem exzentrischen Lastmoment berechnet.
Motorauswahlvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Reibungsmoment-Berechnungseinheit (8) unter Verwendung von Informationen hinsichtlich eines Motors, der bei einer ähnlichen Maschine verwendet wird, eine Funktion des Reibungsmoments polynomisch approximiert, und aus der Funktion des Reibungsmoments einen Reibungskoeffizienten berechnet, aus dem Reibungskoeffizienten das Reibungsmoment einer Maschine, die ein Untersuchungsobjekt darstellt, berechnet, und die Erforderliches-Drehmoment-Berechnungseinheit (6) das erforderliche Drehmoment durch Addieren des Reibungsmoments zu dem exzentrischen Lastmoment der Maschine, die das Untersuchungsobjekt darstellt, berechnet.