JP2004154879A - 産業用ロボットの絶対位置精度改善装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロボットを構成する各軸や減速機が金属疲労により経年劣化しても絶対位置精度を改善できる産業用ロボットの絶対位置精度改善装置を提供する。
【解決手段】上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、トルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部１０２と、経年たわみ角推定部１０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にしてある。
【選択図】 図１
【解決手段】上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、トルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部１０２と、経年たわみ角推定部１０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にしてある。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は産業用ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用ロボット（以下、「ロボット」と略す。）の各軸の絶対位置精度の悪化を補正する技術として、例えば、各軸に作用する重力モーメントを利用して、各軸のたわみ角を推定すると共に、各軸の指令値を補正することで、ロボットの絶対位置精度を改善するものが提案されている。
【０００３】
図７は従来技術を示すロボットの絶対位置精度改善装置のブロック図である。図７において、７０１は指令値入力部、７０２は重力モーメント演算部、７０３はたわみ角推定部、７０４は指令値補正部、７０５はサーボアンプ、７０６はモータ部である。なお、指令値入力部７０１、重力モーメント演算部７０２、たわみ角推定部７０３および指令値補正部７０４は上位コントローラＣに含まれるものとする。
絶対位置精度改善装置は、図７に示すように、ロボットアームを構成する各軸の指令値を取得する指令値入力部７０１と、予め設定されたツールを含む各リンクの重量情報と指令値入力部７０１の指令値から動力学演算で各軸に作用する重力モーメントを導出する重力モーメント演算部７０２と、重力モーメント演算部７０２の重力モーメントから決定される各軸のたわみ角を推定するたわみ角推定部７０３と、たわみ角推定部７０３のたわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を補正し指令補正値を生成する指令値補正部７０４と、指令値補正部７０４の指令補正値をサーボ制御するサーボアンプ７０５と、サーボアンプ７０５のサーボ制御によりモータ駆動するモータ部７０６とから構成されている。ここで、ツールを含む各リンクの重量情報とは各部材の質量、モーメント及び慣性モーメントなどの情報である。重力モーメントはツールを含む各リンクの重量情報と指令値入力部７０１の指令値によって決定されるロボット姿勢から動力学演算により算出される値である。重力モーメントからたわみ角を推定するたわみ角推定部７０３については図８を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来技術におけるある軸の重力モーメントとたわみ角の関係を示したグラフであり、横軸に重力モーメントを、縦軸にたわみ角をとり、両者の関係を一次近似したものとなっている。このように一次近似で近似できると仮定すれば軸に作用する重力モーメントからたわみ角を推定できる。
【０００５】
また、図９は従来技術における絶対位置精度改善装置の動作を説明するためのロボットの模式図である。図９において、実線９０１は指令値入力部７０１の指令値により指定されたたわみ角の無い理想のリンク位置であり、端点９０２は理想のツール先端位置であり、点線９０３はたわみ角の有る実際のリンク位置であり、端点９０４は実際のツール先端位置であり、９０５は理想のツール先端位置９０２と実際のツール先端位置９０４間の絶対位置誤差である。
重力モーメント演算部７０２の重力モーメントを用いてたわみ角推定部７０３で各軸のたわみ角を図８のグラフで示される関数として推定し、たわみ角により指令値を指令値補正部７０４で補正し、各軸位置が指令補正値になるようにサーボアンプ７０５に指令することで、たわみながらも実線で示される理想のリンク位置９０１にロボットリンクを位置決めし、実際のツール先端位置９０４を理想のツール先端位置９０２付近に制御し、絶対位置精度を改善する。
上記のような絶対位置精度改善装置では、指令値に応じた各軸の重力モーメントから各軸のたわみ角を推定し、推定されたたわみ角を用いて指令値を補正し、補正した指令値にモータが動作するようにサーボ制御することで絶対位置精度を改善している（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１０７８８２号公報（第１―２頁、第２図）
【０００７】
【特許文献２】特開平１１−１３４０１２号公報（第３―５頁、第５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ロボットの各軸が重力によってたわみを生じるといった上記の問題以外に、ロボットは使用年月が経過するに伴ない、稼働時間の累積量も膨大すると、ロボットを構成する構成部品が弾性変形を繰り返して金属疲労による経年変化を起こし、各軸のたわみ角の増加やギヤのバックラッシュの増大などの問題を発生させる。そのため、従来の絶対位置精度改善装置において、重力モーメントからたわみ角の推定誤差が大きくなり、絶対位置精度が悪化するという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ロボットを構成する各軸あるいは減速機が金属疲労により経年劣化しても絶対位置精度を改善することができる産業用ロボットの絶対位置精度改善装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部と、前記経年たわみ角推定部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有するものである。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記経年たわみ角推定部は、前記トルク演算部の前記トルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部を有するものである。
【００１２】
これら請求項１及び請求項２記載の発明によれば、動力学演算から計算されるトルクをもとに経年劣化度を決定し、経年劣化度とトルクとから経年たわみ角を導出し、指令値を補正することで、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度が改善でき、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記サーボアンプの前記トルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、前記経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有するものである。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、サーボアンプのトルク指令値をもとに経年劣化度を決定し、経年劣化度とトルクとから経年たわみ角を導出し、指令値を補正することで、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度が改善でき、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記ロボットの稼働時間を取得する稼働時間入力部と、前記稼働時間入力部の前記稼働時間から経年劣化度を決定する経年劣化稼働時間積算部と、前記経年劣化稼働時間積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有するものである。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、稼働時間をもとに経年劣化度を決定し、経年劣化度とトルクとから経年たわみ角を導出し、指令値を補正することで、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度が改善でき、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部の前記トルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部を有するものである。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記サーボアンプの前記トルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、前記経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部を有するものである。
【００１９】
これら請求項５及び請求項６記載の発明によれば、経年劣化度から各軸の減速機の劣化度合いや交換予定時期などの劣化状況を表示することで、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施例を示す産業用ロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であり、請求項１の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１において、１０１はトルク演算部、１０２は経年たわみ角推定部である。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１および経年たわみ角推定部１０２は上位コントローラＣに含まれるものとする。
トルク演算部１０１は予め設定されたツールを含む各リンクの重量情報と指令値入力部７０１の指令値から動力学演算で各軸に作用するトルクを演算する。
ツールを含む各リンクの重量情報とは各部材の質量、モーメント及び慣性モーメントなどの情報である。各軸に作用するトルクは慣性モーメントと重力モーメントの和である。慣性モーメントと重力モーメントはツールを含む各リンクの重量情報とロボット全軸の指令値から動力学演算により算出される値である。また、経年たわみ角推定部１０２はトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を推定する。
【００２１】
ここで、上記の経年たわみ角の推定について図２を用いて説明する。
図２は図１の経年たわみ角推定部を改良した絶対位置精度改善装置のブロック図であり、請求項２の内容に相当するものである。
図２において、２０１は経年劣化トルク積算部、２０２は経年たわみ角導出部である。
経年劣化トルク積算部２０１はトルク演算部１０１のトルクの絶対値を時間積分し、軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定するものである。また、経年たわみ角導出部２０２は経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出するものである。
【００２２】
次に、図３を用いて経年たわみ角とトルクの関係について説明する。図３は、第１実施例における経年たわみ角とトルクの関係を説明したグラフであって、（ａ）はロボット出荷時における一次式近似、（ｂ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における一次式近似、（ｃ）はロボット出荷時における多項式近似、（ｄ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における多項式近似のものである。
経年たわみ角とトルクの関係が図３（ａ）、（ｂ）のように一次式で近似できると仮定すると、（ｂ）は（ａ）に比べて傾きが大きくなり経年劣化前よりたわみやすくなっている。ここで、経年たわみ角をｗとし、経年たわみ係数をｋとし、時間ｔにおける軸に作用するトルクをＴ（ｔ）とした時、以下の式（１）となる。
ｗ＝ｋ・Ｔ（ｔ） （１）
この経年たわみ係数ｋは、ロボット出荷時のたわみ係数初期値をＳとし、経年劣化度をｒとした時、以下の式（２）になる。
ｋ＝Ｓ・（１＋ｒ） （２）
この経年劣化度ｒは、経年劣化係数をαとした時、以下の式（３）になる。
【００２３】
【数１】
【００２４】
式（１） （２） （３）より経年たわみ角ｗとトルクＴ（ｔ）の式は以下の式（４）、（５）になる。
ｗ＝（１＋ｒ）・Ｓ・Ｔ（ｔ） （４）
【００２５】
【数２】
【００２６】
たわみ係数初期値Ｓと経年劣化係数αは定数であり、ロボット機種や各軸毎に固有な値であり、各パラメータを予め実験などで求めておく。
図３（ａ）、（ｂ）両図では経年たわみ角とトルクの関係が一次近似できると仮定したが、図３（ｃ）、（ｄ）両図のように経年たわみ角とトルクの関係が多項式近似可能な場合、出荷時の経年たわみ角とトルクの多項式近似関数をＷ（Ｔ（ｔ））とすると、以下の式（６）、（７）となる。
ｗ＝（１＋ｒ）・Ｗ（Ｔ（ｔ）） （６）
【００２７】
【数３】
【００２８】
このように経年たわみ角とトルクの関係が一次近似や多項式近似の関数で表されていても、経年劣化に応じた経年たわみ角を導出することができる。
更に詳しく言えば、経年劣化トルク積算部２０１はトルク演算部１０１のトルクＴ（ｔ）と式（３）を利用して経年劣化度ｒを求める。経年たわみ角導出部２０２は経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度ｒ、トルク演算部１０１のトルクＴ（ｔ）と式（４）もしくは式（６）から経年たわみ角ｗを導出する。
なお、ハーモニックギヤなどの減速機などは許容限度以上のトルクが加わると劣化が急激に進行する。ロボット設計でトルクの許容限度は考慮されるが、非常停止などの突発的な原因により許容限度以上のトルクが軸に作用する可能性もある。このような時には、経年劣化度ｒの式（３）が成り立たないので、別の計算式に変更すれば良い。トルク演算部１０１のトルクには慣性モーメントと重力モーメントが含まれるが動摩擦や静止摩擦を考慮することも可能であることは言うまでもない。
【００２９】
本発明の第１実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、トルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部１０２と、経年たわみ角推定部１０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にし、さらに経年たわみ角推定部１０２を、経年劣化トルク積算部２０１と経年たわみ角導出部２０２からなる構成にしたので、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施例のロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置について図４を用いて説明する。
図４は本発明の第２実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、請求項３の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術および前出の実施例の構成要素と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図４において、経年劣化サーボトルク積算部４０１はサーボアンプ７０５のトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定するものである。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１、経年たわみ角導出部２０２および経年劣化サーボトルク積算部４０１は上位コントローラＣに含まれるものとする。
ここで、時間ｔにおけるサーボアンプ７０５のトルク指令値をＳＴ（ｔ）とし、サーボトルク経年劣化係数をβとした場合、経年劣化度ｒは、以下の式（８）となり、経年たわみ角ｗは式（４）、（６）から式（９） （１０）となる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
【数５】
【００３３】
【数６】
【００３４】
サーボトルク経年劣化係数βは定数であり、ロボット機種や各軸毎に固有な値であり、各パラメータを予め実験などで求めておく。
【００３５】
本発明の第２実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、サーボアンプ７０５のトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部４０１と、経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にしたので、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施例の産業用ロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置について図５を用いて説明する。
図５は本発明の第３実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、請求項４の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術および前出の実施例の構成要素と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図５において、稼働時間入力部５０１はロボットの稼働時間を取得する。そして、経年劣化稼働時間積算部５０２は稼働時間入力部５０１の稼働時間から経年劣化度を決定する。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１、経年たわみ角導出部２０２、稼働時間入力部５０１および経年劣化稼働時間積算部５０２はは上位コントローラＣに含まれるものとする。
ここで、稼働時間は時間ｔであることから稼働時間経年劣化係数をγとした時、経年劣化度ｒは、以下の式（１１）となり、経年たわみ角ｗは式（４）、（６）から式（１２）、（１３）となる。
ｒ＝γ・ｔ （１１）
ｗ＝（１＋γ・ｔ）・Ｓ・Ｔ（ｔ） （１２）
ｗ＝（１＋γ・ｔ）・Ｗ（Ｔ（ｔ）） （１３）
稼働時間経年劣化係数γは定数であり、ロボット機種や各軸毎に固有な値であり、各パラメータを予め実験などで求めておく。
【００３７】
本発明の第３実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、ロボットの稼働時間を取得する稼働時間入力部５０１と、稼働時間入力部５０１の稼働時間から経年劣化度を決定する経年劣化稼働時間積算部５０２と、経年劣化稼働時間積算部５０２の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にしたので、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００３８】
次に本発明の第４実施例の産業用ロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置について図６を用いて説明する。
図６は本発明の第４実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、（ａ）は請求項５の内容に相当し、（ｂ）は請求項６の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術および前出の実施例の構成要素と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
一方の図６（ａ）において、経年劣化度表示部６０１は経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度から各軸の減速機の劣化度合いや交換予定時期などの劣化状況を表示するものとなっている。
他方の図６（ｂ）において、経年劣化度表示部６０１は経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度から各軸の減速機の劣化度合いや交換予定時期などの劣化状況を表示するものとなっている。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１、経年たわみ角導出部２０２、経年劣化度表示部６０１、経年劣化トルク積算部２０１および経年劣化サーボトルク積算部４０１は上位コントローラＣに含まれるものとする。
【００３９】
本発明の第４実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、トルク演算部１０１のトルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部２０１と、経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４と、経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部６０１とからなる構成にしたので、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００４０】
また、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、サーボアンプ７０５のトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部４０１と、経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４と、経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部６０１とからなる構成にしたので、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の第１実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、トルク演算部のトルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部と、経年たわみ角推定部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部とからなる構成にし、さらに経年たわみ角推定部を、経年劣化トルク積算部と経年たわみ角導出部からなる構成にしたため、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００４２】
本発明の第２実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、サーボアンプのトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、経年劣化サーボトルク積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部とからなる構成にしたため、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００４３】
本発明の第３実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、ロボットの稼働時間を取得する稼働時間入力部と、稼働時間入力部の稼働時間から経年劣化度を決定する経年劣化稼働時間積算部と、経年劣化稼働時間積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部とからなる構成にしたため、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００４４】
本発明の第４実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、トルク演算部のトルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、経年劣化トルク積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、経年劣化トルク積算部の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部とからなる構成にしたため、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００４５】
また、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、サーボアンプのトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、経年劣化サーボトルク積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、経年劣化サーボトルク積算部の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部とからなる構成にしたため、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図２】図１の経年たわみ角推定部を改良した絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図３】第１実施例における経年たわみ角とトルクの関係を説明したグラフであって、（ａ）はロボット出荷時における一次式近似、（ｂ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における一次式近似、（ｃ）はロボット出荷時における多項式近似、（ｄ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における多項式近似のものである。
【図４】本発明の第２実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図５】本発明の第３実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図６】本発明の第４実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、（ａ）は請求項５の内容に相当し、（ｂ）は請求項６の内容に相当するものである。
【図７】従来技術を示すロボットの絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図８】従来技術におけるある軸の重力モーメントとたわみ角の関係を示したグラフである。
【図９】従来技術における絶対位置精度改善装置の動作を説明するためのロボットの模式図である。
【符号の説明】
１０１ トルク演算部
１０２ 経年たわみ角推定部
２０１ 経年劣化トルク積算部
２０２ 経年たわみ角導出部
４０１ 経年劣化サーボトルク積算部
５０１ 稼働時間入力部
５０２ 経年劣化稼働時間積算部
６０１ 経年劣化度表示部
７０１ 指令値入力部
７０２ 重力モーメント演算部
７０３ たわみ角推定部
７０４ 指令値補正部
７０５ サーボアンプ
７０６ モータ部
９０１ 理想のリンク位置
９０２ 理想のツール先端位置
９０３ 実際のリンク位置
９０４ 実際のツール先端位置
９０５ 理想のツール先端位置と実際のツール先端位置間の絶対位置誤差
Ｃ 上位コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は産業用ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用ロボット（以下、「ロボット」と略す。）の各軸の絶対位置精度の悪化を補正する技術として、例えば、各軸に作用する重力モーメントを利用して、各軸のたわみ角を推定すると共に、各軸の指令値を補正することで、ロボットの絶対位置精度を改善するものが提案されている。
【０００３】
図７は従来技術を示すロボットの絶対位置精度改善装置のブロック図である。図７において、７０１は指令値入力部、７０２は重力モーメント演算部、７０３はたわみ角推定部、７０４は指令値補正部、７０５はサーボアンプ、７０６はモータ部である。なお、指令値入力部７０１、重力モーメント演算部７０２、たわみ角推定部７０３および指令値補正部７０４は上位コントローラＣに含まれるものとする。
絶対位置精度改善装置は、図７に示すように、ロボットアームを構成する各軸の指令値を取得する指令値入力部７０１と、予め設定されたツールを含む各リンクの重量情報と指令値入力部７０１の指令値から動力学演算で各軸に作用する重力モーメントを導出する重力モーメント演算部７０２と、重力モーメント演算部７０２の重力モーメントから決定される各軸のたわみ角を推定するたわみ角推定部７０３と、たわみ角推定部７０３のたわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を補正し指令補正値を生成する指令値補正部７０４と、指令値補正部７０４の指令補正値をサーボ制御するサーボアンプ７０５と、サーボアンプ７０５のサーボ制御によりモータ駆動するモータ部７０６とから構成されている。ここで、ツールを含む各リンクの重量情報とは各部材の質量、モーメント及び慣性モーメントなどの情報である。重力モーメントはツールを含む各リンクの重量情報と指令値入力部７０１の指令値によって決定されるロボット姿勢から動力学演算により算出される値である。重力モーメントからたわみ角を推定するたわみ角推定部７０３については図８を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来技術におけるある軸の重力モーメントとたわみ角の関係を示したグラフであり、横軸に重力モーメントを、縦軸にたわみ角をとり、両者の関係を一次近似したものとなっている。このように一次近似で近似できると仮定すれば軸に作用する重力モーメントからたわみ角を推定できる。
【０００５】
また、図９は従来技術における絶対位置精度改善装置の動作を説明するためのロボットの模式図である。図９において、実線９０１は指令値入力部７０１の指令値により指定されたたわみ角の無い理想のリンク位置であり、端点９０２は理想のツール先端位置であり、点線９０３はたわみ角の有る実際のリンク位置であり、端点９０４は実際のツール先端位置であり、９０５は理想のツール先端位置９０２と実際のツール先端位置９０４間の絶対位置誤差である。
重力モーメント演算部７０２の重力モーメントを用いてたわみ角推定部７０３で各軸のたわみ角を図８のグラフで示される関数として推定し、たわみ角により指令値を指令値補正部７０４で補正し、各軸位置が指令補正値になるようにサーボアンプ７０５に指令することで、たわみながらも実線で示される理想のリンク位置９０１にロボットリンクを位置決めし、実際のツール先端位置９０４を理想のツール先端位置９０２付近に制御し、絶対位置精度を改善する。
上記のような絶対位置精度改善装置では、指令値に応じた各軸の重力モーメントから各軸のたわみ角を推定し、推定されたたわみ角を用いて指令値を補正し、補正した指令値にモータが動作するようにサーボ制御することで絶対位置精度を改善している（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１０７８８２号公報（第１―２頁、第２図）
【０００７】
【特許文献２】特開平１１−１３４０１２号公報（第３―５頁、第５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ロボットの各軸が重力によってたわみを生じるといった上記の問題以外に、ロボットは使用年月が経過するに伴ない、稼働時間の累積量も膨大すると、ロボットを構成する構成部品が弾性変形を繰り返して金属疲労による経年変化を起こし、各軸のたわみ角の増加やギヤのバックラッシュの増大などの問題を発生させる。そのため、従来の絶対位置精度改善装置において、重力モーメントからたわみ角の推定誤差が大きくなり、絶対位置精度が悪化するという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ロボットを構成する各軸あるいは減速機が金属疲労により経年劣化しても絶対位置精度を改善することができる産業用ロボットの絶対位置精度改善装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部と、前記経年たわみ角推定部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有するものである。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記経年たわみ角推定部は、前記トルク演算部の前記トルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部を有するものである。
【００１２】
これら請求項１及び請求項２記載の発明によれば、動力学演算から計算されるトルクをもとに経年劣化度を決定し、経年劣化度とトルクとから経年たわみ角を導出し、指令値を補正することで、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度が改善でき、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記サーボアンプの前記トルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、前記経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有するものである。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、サーボアンプのトルク指令値をもとに経年劣化度を決定し、経年劣化度とトルクとから経年たわみ角を導出し、指令値を補正することで、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度が改善でき、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記ロボットの稼働時間を取得する稼働時間入力部と、前記稼働時間入力部の前記稼働時間から経年劣化度を決定する経年劣化稼働時間積算部と、前記経年劣化稼働時間積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有するものである。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、稼働時間をもとに経年劣化度を決定し、経年劣化度とトルクとから経年たわみ角を導出し、指令値を補正することで、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度が改善でき、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部の前記トルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部を有するものである。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記サーボアンプの前記トルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、前記経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部を有するものである。
【００１９】
これら請求項５及び請求項６記載の発明によれば、経年劣化度から各軸の減速機の劣化度合いや交換予定時期などの劣化状況を表示することで、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施例を示す産業用ロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であり、請求項１の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１において、１０１はトルク演算部、１０２は経年たわみ角推定部である。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１および経年たわみ角推定部１０２は上位コントローラＣに含まれるものとする。
トルク演算部１０１は予め設定されたツールを含む各リンクの重量情報と指令値入力部７０１の指令値から動力学演算で各軸に作用するトルクを演算する。
ツールを含む各リンクの重量情報とは各部材の質量、モーメント及び慣性モーメントなどの情報である。各軸に作用するトルクは慣性モーメントと重力モーメントの和である。慣性モーメントと重力モーメントはツールを含む各リンクの重量情報とロボット全軸の指令値から動力学演算により算出される値である。また、経年たわみ角推定部１０２はトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を推定する。
【００２１】
ここで、上記の経年たわみ角の推定について図２を用いて説明する。
図２は図１の経年たわみ角推定部を改良した絶対位置精度改善装置のブロック図であり、請求項２の内容に相当するものである。
図２において、２０１は経年劣化トルク積算部、２０２は経年たわみ角導出部である。
経年劣化トルク積算部２０１はトルク演算部１０１のトルクの絶対値を時間積分し、軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定するものである。また、経年たわみ角導出部２０２は経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出するものである。
【００２２】
次に、図３を用いて経年たわみ角とトルクの関係について説明する。図３は、第１実施例における経年たわみ角とトルクの関係を説明したグラフであって、（ａ）はロボット出荷時における一次式近似、（ｂ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における一次式近似、（ｃ）はロボット出荷時における多項式近似、（ｄ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における多項式近似のものである。
経年たわみ角とトルクの関係が図３（ａ）、（ｂ）のように一次式で近似できると仮定すると、（ｂ）は（ａ）に比べて傾きが大きくなり経年劣化前よりたわみやすくなっている。ここで、経年たわみ角をｗとし、経年たわみ係数をｋとし、時間ｔにおける軸に作用するトルクをＴ（ｔ）とした時、以下の式（１）となる。
ｗ＝ｋ・Ｔ（ｔ） （１）
この経年たわみ係数ｋは、ロボット出荷時のたわみ係数初期値をＳとし、経年劣化度をｒとした時、以下の式（２）になる。
ｋ＝Ｓ・（１＋ｒ） （２）
この経年劣化度ｒは、経年劣化係数をαとした時、以下の式（３）になる。
【００２３】
【数１】
式（１） （２） （３）より経年たわみ角ｗとトルクＴ（ｔ）の式は以下の式（４）、（５）になる。
ｗ＝（１＋ｒ）・Ｓ・Ｔ（ｔ） （４）
【００２５】
【数２】
たわみ係数初期値Ｓと経年劣化係数αは定数であり、ロボット機種や各軸毎に固有な値であり、各パラメータを予め実験などで求めておく。
図３（ａ）、（ｂ）両図では経年たわみ角とトルクの関係が一次近似できると仮定したが、図３（ｃ）、（ｄ）両図のように経年たわみ角とトルクの関係が多項式近似可能な場合、出荷時の経年たわみ角とトルクの多項式近似関数をＷ（Ｔ（ｔ））とすると、以下の式（６）、（７）となる。
ｗ＝（１＋ｒ）・Ｗ（Ｔ（ｔ）） （６）
【００２７】
【数３】
このように経年たわみ角とトルクの関係が一次近似や多項式近似の関数で表されていても、経年劣化に応じた経年たわみ角を導出することができる。
更に詳しく言えば、経年劣化トルク積算部２０１はトルク演算部１０１のトルクＴ（ｔ）と式（３）を利用して経年劣化度ｒを求める。経年たわみ角導出部２０２は経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度ｒ、トルク演算部１０１のトルクＴ（ｔ）と式（４）もしくは式（６）から経年たわみ角ｗを導出する。
なお、ハーモニックギヤなどの減速機などは許容限度以上のトルクが加わると劣化が急激に進行する。ロボット設計でトルクの許容限度は考慮されるが、非常停止などの突発的な原因により許容限度以上のトルクが軸に作用する可能性もある。このような時には、経年劣化度ｒの式（３）が成り立たないので、別の計算式に変更すれば良い。トルク演算部１０１のトルクには慣性モーメントと重力モーメントが含まれるが動摩擦や静止摩擦を考慮することも可能であることは言うまでもない。
【００２９】
本発明の第１実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、トルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部１０２と、経年たわみ角推定部１０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にし、さらに経年たわみ角推定部１０２を、経年劣化トルク積算部２０１と経年たわみ角導出部２０２からなる構成にしたので、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施例のロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置について図４を用いて説明する。
図４は本発明の第２実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、請求項３の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術および前出の実施例の構成要素と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図４において、経年劣化サーボトルク積算部４０１はサーボアンプ７０５のトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定するものである。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１、経年たわみ角導出部２０２および経年劣化サーボトルク積算部４０１は上位コントローラＣに含まれるものとする。
ここで、時間ｔにおけるサーボアンプ７０５のトルク指令値をＳＴ（ｔ）とし、サーボトルク経年劣化係数をβとした場合、経年劣化度ｒは、以下の式（８）となり、経年たわみ角ｗは式（４）、（６）から式（９） （１０）となる。
【００３１】
【数４】
【数５】
【数６】
サーボトルク経年劣化係数βは定数であり、ロボット機種や各軸毎に固有な値であり、各パラメータを予め実験などで求めておく。
【００３５】
本発明の第２実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、サーボアンプ７０５のトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部４０１と、経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にしたので、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施例の産業用ロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置について図５を用いて説明する。
図５は本発明の第３実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、請求項４の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術および前出の実施例の構成要素と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図５において、稼働時間入力部５０１はロボットの稼働時間を取得する。そして、経年劣化稼働時間積算部５０２は稼働時間入力部５０１の稼働時間から経年劣化度を決定する。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１、経年たわみ角導出部２０２、稼働時間入力部５０１および経年劣化稼働時間積算部５０２はは上位コントローラＣに含まれるものとする。
ここで、稼働時間は時間ｔであることから稼働時間経年劣化係数をγとした時、経年劣化度ｒは、以下の式（１１）となり、経年たわみ角ｗは式（４）、（６）から式（１２）、（１３）となる。
ｒ＝γ・ｔ （１１）
ｗ＝（１＋γ・ｔ）・Ｓ・Ｔ（ｔ） （１２）
ｗ＝（１＋γ・ｔ）・Ｗ（Ｔ（ｔ）） （１３）
稼働時間経年劣化係数γは定数であり、ロボット機種や各軸毎に固有な値であり、各パラメータを予め実験などで求めておく。
【００３７】
本発明の第３実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、ロボットの稼働時間を取得する稼働時間入力部５０１と、稼働時間入力部５０１の稼働時間から経年劣化度を決定する経年劣化稼働時間積算部５０２と、経年劣化稼働時間積算部５０２の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４とからなる構成にしたので、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００３８】
次に本発明の第４実施例の産業用ロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置について図６を用いて説明する。
図６は本発明の第４実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、（ａ）は請求項５の内容に相当し、（ｂ）は請求項６の内容に相当するものである。なお、本発明の構成要素が従来技術および前出の実施例の構成要素と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
一方の図６（ａ）において、経年劣化度表示部６０１は経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度から各軸の減速機の劣化度合いや交換予定時期などの劣化状況を表示するものとなっている。
他方の図６（ｂ）において、経年劣化度表示部６０１は経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度から各軸の減速機の劣化度合いや交換予定時期などの劣化状況を表示するものとなっている。なお、指令値入力部７０１、指令値補正部７０４、トルク演算部１０１、経年たわみ角導出部２０２、経年劣化度表示部６０１、経年劣化トルク積算部２０１および経年劣化サーボトルク積算部４０１は上位コントローラＣに含まれるものとする。
【００３９】
本発明の第４実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、トルク演算部１０１のトルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部２０１と、経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４と、経年劣化トルク積算部２０１の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部６０１とからなる構成にしたので、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００４０】
また、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラＣと、上位コントローラＣの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部７０６に伝えるサーボアンプ７０５を備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラＣを、指令値を取得する指令値入力部７０１と、指令値入力部７０１の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部１０１と、サーボアンプ７０５のトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部４０１と、経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度とトルク演算部１０１のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部２０２と、経年たわみ角導出部２０２の経年たわみ角を用いて指令値入力部７０１の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部７０４と、経年劣化サーボトルク積算部４０１の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部６０１とからなる構成にしたので、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の第１実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、トルク演算部のトルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部と、経年たわみ角推定部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部とからなる構成にし、さらに経年たわみ角推定部を、経年劣化トルク積算部と経年たわみ角導出部からなる構成にしたため、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００４２】
本発明の第２実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、サーボアンプのトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、経年劣化サーボトルク積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部とからなる構成にしたため、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００４３】
本発明の第３実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、ロボットの稼働時間を取得する稼働時間入力部と、稼働時間入力部の稼働時間から経年劣化度を決定する経年劣化稼働時間積算部と、経年劣化稼働時間積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部とからなる構成にしたため、外部センサを使わずに経年劣化したロボットの絶対位置精度を改善することができ、ロボットの作業品質を向上させることができる。
【００４４】
本発明の第４実施例は、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、トルク演算部のトルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、経年劣化トルク積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、経年劣化トルク積算部の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部とからなる構成にしたため、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【００４５】
また、ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、上位コントローラを、指令値を取得する指令値入力部と、指令値入力部の指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、サーボアンプのトルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、経年劣化サーボトルク積算部の経年劣化度とトルク演算部のトルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、経年たわみ角導出部の経年たわみ角を用いて指令値入力部の指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、経年劣化サーボトルク積算部の経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部とからなる構成にしたため、予防保全が可能であり、ロボット作業品質を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図２】図１の経年たわみ角推定部を改良した絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図３】第１実施例における経年たわみ角とトルクの関係を説明したグラフであって、（ａ）はロボット出荷時における一次式近似、（ｂ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における一次式近似、（ｃ）はロボット出荷時における多項式近似、（ｄ）はロボットの各軸や減速機が金属疲労による経年劣化後における多項式近似のものである。
【図４】本発明の第２実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図５】本発明の第３実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図６】本発明の第４実施例を示すロボットの経年劣化による絶対位置精度改善装置のブロック図であって、（ａ）は請求項５の内容に相当し、（ｂ）は請求項６の内容に相当するものである。
【図７】従来技術を示すロボットの絶対位置精度改善装置のブロック図である。
【図８】従来技術におけるある軸の重力モーメントとたわみ角の関係を示したグラフである。
【図９】従来技術における絶対位置精度改善装置の動作を説明するためのロボットの模式図である。
【符号の説明】
１０１ トルク演算部
１０２ 経年たわみ角推定部
２０１ 経年劣化トルク積算部
２０２ 経年たわみ角導出部
４０１ 経年劣化サーボトルク積算部
５０１ 稼働時間入力部
５０２ 経年劣化稼働時間積算部
６０１ 経年劣化度表示部
７０１ 指令値入力部
７０２ 重力モーメント演算部
７０３ たわみ角推定部
７０４ 指令値補正部
７０５ サーボアンプ
７０６ モータ部
９０１ 理想のリンク位置
９０２ 理想のツール先端位置
９０３ 実際のリンク位置
９０４ 実際のツール先端位置
９０５ 理想のツール先端位置と実際のツール先端位置間の絶対位置誤差
Ｃ 上位コントローラ
Claims (6)
- ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、
前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を推定する経年たわみ角推定部と、前記経年たわみ角推定部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有することを特徴とする産業用ロボットの絶対位置精度改善装置。 - 前記経年たわみ角推定部は、前記トルク演算部の前記トルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部を有することを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットの絶対位置精度改善装置。
- ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、
前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記サーボアンプの前記トルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、前記経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有することを特徴とする産業用ロボットの絶対位置精度改善装置。 - ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、
前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記ロボットの稼働時間を取得する稼働時間入力部と、前記稼働時間入力部の前記稼働時間から経年劣化度を決定する経年劣化稼働時間積算部と、前記経年劣化稼働時間積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部を有することを特徴とする産業用ロボットの絶対位置精度改善装置。 - ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をサーボ制御により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、
前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部の前記トルクの絶対値を時間積分し軸に作用する絶対値トルクの総和から経年劣化度を決定する経年劣化トルク積算部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、前記経年劣化トルク積算部の前記経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部を有することを特徴とする産業用ロボットの絶対位置精度改善装置。 - ロボットアームを構成する各軸を制御するための上位コントローラと、前記上位コントローラの制御指令をトルク指令値により当該各軸を駆動するモータ部に伝えるサーボアンプを備え、ロボットの各軸の経年劣化による絶対位置精度の悪化を少なくとも１軸以上補正する産業用ロボットの絶対位置精度改善装置において、
前記上位コントローラは、指令値を取得する指令値入力部と、前記指令値入力部の前記指令値から軸に作用するトルクを演算するトルク演算部と、前記サーボアンプの前記トルク指令値の絶対値を時間で積分した総和から経年劣化度を決定する経年劣化サーボトルク積算部と、前記経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度と前記トルク演算部の前記トルクから経年たわみ角を導出する経年たわみ角導出部と、前記経年たわみ角導出部の前記経年たわみ角を用いて前記指令値入力部の前記指令値を指令補正値として補正する指令値補正部と、経年劣化サーボトルク積算部の前記経年劣化度を作業者に表示する経年劣化度表示部を有することを特徴とする産業用ロボットの絶対位置精度改善装置。
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