JP2020008472A - Temperature evaluation device, life evaluation device, and robot system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度推定装置、寿命評価装置、およびロボットシステムに関する。 The present invention relates to a temperature estimation device, a life evaluation device, and a robot system.
従来、推定した減速機の温度と同じとみなした軸受の温度を、予め求められている軸受の温度と軸受の寿命温度補正係数との関係に用いることによって、軸受の寿命を評価する寿命評価装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a life evaluation device that evaluates the life of a bearing by using the temperature of the bearing, which is assumed to be the same as the estimated temperature of the reduction gear, in a relationship between a previously determined temperature of the bearing and a life temperature correction coefficient of the bearing. Is known (for example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載された寿命評価装置では、軸受の温度が減速機の温度と同じとしてみなされているため、誤差が大きく、寿命を正しく評価することができないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、軸受等の構成部材の温度を正確に測定し、構成部材の寿命を精度よく評価することができる温度推定装置、寿命評価装置、およびロボットシステムを提供することを目的としている。
However, in the life evaluation device described in
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and accurately measures the temperature of a component such as a bearing, and can accurately evaluate the life of the component, a temperature estimation device, a life evaluation device, and The purpose is to provide a robot system.
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、モータと、前記モータの動力を可動部に伝達する伝達機構とを備える機械における前記伝達機構に含まれる構成部材の温度を推定する温度推定装置であって、前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、該摩擦発熱量算出部により算出された前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量算出部により算出された前記モータ発熱量とに基づいて、前記構成部材を潤滑するための潤滑材を除いた前記構成部材の温度を推定する構成部材温度推定部とを備える温度推定装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
One aspect of the present invention is a temperature estimating apparatus for estimating a temperature of a component included in the transmission mechanism in a machine including a motor and a transmission mechanism that transmits the power of the motor to a movable unit, A motor calorific value calculator for calculating a motor calorific value based on a current value; and a friction calorific value calculation for calculating a friction calorific value in the transmission mechanism based on a rotation speed of the motor and a friction coefficient of the transmission mechanism. And a lubricant for lubricating the component members is removed based on the frictional heating value calculated by the frictional heating value calculation unit and the motor heating value calculated by the motor heating value calculation unit. A temperature estimating apparatus comprising: a component temperature estimating unit configured to estimate a temperature of the component.
本態様によれば、モータ発熱量算出部によりモータの電流値に基づいてモータ発熱量が算出され、摩擦発熱量算出部により伝達機構の摩擦係数とモータの回転速度とに基づいて伝達機構における摩擦発熱量が算出される。そして、算出されたモータ発熱量と摩擦発熱量とに基づいて構成部材温度推定部により潤滑材を除いた構成部材の温度が推定される。
減速機の温度と同じとして構成部材の温度を推定していた従来の技術と比較して、構成部材の温度上昇に大きく寄与しているモータの発熱量を加味しているので、構成部材の温度を精度よく推定することができる。
According to this aspect, the motor heating value is calculated by the motor heating value calculation unit based on the current value of the motor, and the friction in the transmission mechanism is calculated by the friction heating value calculation unit based on the friction coefficient of the transmission mechanism and the rotation speed of the motor. The calorific value is calculated. Then, the component temperature estimating unit estimates the temperature of the components excluding the lubricant based on the calculated motor heat value and friction heat value.
Compared with the conventional technology in which the temperature of the components is estimated as the same as the temperature of the speed reducer, the amount of heat generated by the motor, which greatly contributes to the temperature rise of the components, is taken into account. Can be accurately estimated.
上記態様においては、前記構成部材温度推定部によって推定された前記構成部材の温度に応じて、前記構成部材を冷却する冷却部を備えていてもよい。
この構成により、構成部材は、構成部材の温度に応じて稼動する冷却部によって冷却される。これにより、構成部材の温度を所定の温度以下に保つことができる。
In the above aspect, a cooling unit that cools the component may be provided according to the temperature of the component estimated by the component temperature estimating unit.
With this configuration, the component is cooled by the cooling unit that operates according to the temperature of the component. This makes it possible to keep the temperature of the component below a predetermined temperature.
上記態様においては、前記モータ発熱量算出部が、前記モータの電流値および前記モータの回転速度に基づいて前記モータ発熱量を算出してもよい。
このようにすることで、モータの電流値のみにより算出する場合と比較して、モータの回転速度による発熱が大きい場合には、モータ発熱量を精度よく算出することができる。
In the above aspect, the motor heat generation amount calculation unit may calculate the motor heat generation amount based on a current value of the motor and a rotation speed of the motor.
In this way, when the heat generated by the rotation speed of the motor is large, the amount of heat generated by the motor can be calculated more accurately than in the case where the heat is calculated only from the current value of the motor.
また、上記態様においては、前記伝達機構の移動速度に基づいて空冷放熱量を算出する空冷放熱量算出部を備え、前記構成部材温度推定部が、前記空冷放熱量算出部により算出された空冷放熱量に基づいて前記構成部材の温度を推定してもよい。
このようにすることで、伝達機構が可動部に配置されていて移動させられる場合に、移動によって強制的な空気冷却が実施されるので、伝達機構の移動速度に基づいて空冷放熱量算出部により空冷放熱量が算出され、構成部材温度推定部は空冷放熱量に基づいて構成部材の温度が推定される。これにより、より実機に即した構成部材の温度を推定することができる。
Further, in the above aspect, the apparatus further comprises an air-cooling heat-dissipation calculating unit that calculates an air-cooling heat-dissipating amount based on the moving speed of the transmission mechanism, wherein the component member temperature estimating unit calculates the air-cooling heat-dissipating amount calculated by the air-cooling heat dissipation amount calculating unit. The temperature of the component may be estimated based on the amount of heat.
In this way, when the transmission mechanism is arranged on the movable part and moved, the forced air cooling is performed by the movement. The air-cooling heat radiation amount is calculated, and the component temperature estimating unit estimates the temperature of the component member based on the air-cooling heat radiation amount. Thereby, it is possible to estimate the temperature of the component members more suitable for the actual machine.
また、上記態様においては、前記構成部材温度推定部が、下式により前記構成部材の温度を推定してもよい。
また、前記構成部材が、温度変化に応じて寿命が変化する部材であってもよい。
また、上記態様においては、前記構成部材は、前記伝達機構に含まれる回転軸の軸受であってもよい。
Further, the constituent member may be a member whose life changes according to a temperature change.
In the above aspect, the constituent member may be a bearing for a rotating shaft included in the transmission mechanism.
また、上記態様においては、前記構成部材温度推定部が、前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量を用いた機械学習により、前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量から前記構成部材の温度を推定するための学習済みモデルを生成してもよい。
このようにすることで、種々のパターンの摩擦発熱量およびモータ発熱量のデータに基づく学習済みモデルを用いて構成部材の温度を精度高く推定することができる。
Further, in the above aspect, the component member temperature estimating section estimates the temperature of the component member from the friction heat generation amount and the motor heat generation amount by machine learning using the friction heat generation amount and the motor heat generation amount. May be generated.
In this way, it is possible to accurately estimate the temperatures of the constituent members using the learned model based on the data of the frictional heating value and the motor heating value of various patterns.
また、上記態様においては、前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量を用いた機械学習により生成された学習済みモデルを記憶する記憶部を備え、前記構成部材温度推定部が、前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量に基づいて、前記学習済みモデルを用いて前記構成部材の温度を推定してもよい。
このようにすることで、記憶部に記憶された学習済みモデルを用いた構成部材の温度推定がされることにより、一から学習済みモデルを生成しなくても、構成部材の温度を精度高く推定できる。
Further, in the above aspect, a storage unit that stores a learned model generated by machine learning using the frictional heat generation amount and the motor heat generation amount is provided, and the component member temperature estimating unit includes the frictional heat generation amount and the The temperature of the component may be estimated using the learned model based on a motor heat value.
In this way, the temperature of the component is estimated using the learned model stored in the storage unit, so that the temperature of the component can be accurately estimated without generating a learned model from scratch. it can.
また、上記態様においては、前記機械学習は、前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量を入力データとし、前記構成部材の温度の実測値をラベルとしてお互いに関連付けた教師データを用いた教師あり学習であってもよい。
このようにすることで、構成部材の温度の実測値を正解として用いることにより、入力データに対応する構成部材の温度を精度高く推定できる。
Further, in the above aspect, the machine learning is supervised learning using teacher data in which the friction heating value and the motor heating value are input data, and the measured values of the temperatures of the constituent members are associated with each other as labels. There may be.
In this way, the temperature of the component corresponding to the input data can be accurately estimated by using the measured value of the temperature of the component as the correct answer.
また、本発明の他の態様は、上記いずれかの温度推定装置と、前記構成部材温度推定部により推定された前記構成部材の温度に基づいて該構成部材の寿命を推定する寿命推定部とを備える寿命評価装置を提供する。
本態様によれば、構成部材温度推定部により推定された温度に基づいて構成部材の寿命が寿命推定部により推定されるため、寿命を精度よく評価することができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided any one of the above temperature estimating devices, and a life estimating unit that estimates the life of the component based on the temperature of the component estimated by the component temperature estimating unit. Provided is a life evaluation device provided.
According to this aspect, the life of the component is estimated by the life estimator based on the temperature estimated by the component temperature estimator, so that the life can be accurately evaluated.
また、上記太陽においては、前記寿命推定部により推定された寿命に基づいて残存寿命を算出する残存寿命算出部を備えていてもよい。
このようにすることで、残存寿命算出部により残存寿命が算出されるので、交換時期を予め確認することができる。
Further, the sun may include a remaining life calculating unit that calculates a remaining life based on the life estimated by the life estimating unit.
By doing so, the remaining life is calculated by the remaining life calculator, so that the replacement time can be confirmed in advance.
また、上記態様においては、前記寿命推定部により推定された寿命に基づいて推定交換日を算出する交換日算出部を備えていてもよい。
このようにすることで、交換日算出部により算出された推定交換日により、交換時期をより明確に認識することができる。
Further, in the above aspect, a replacement date calculation unit that calculates an estimated replacement date based on the life estimated by the life estimation unit may be provided.
By doing so, the replacement time can be more clearly recognized based on the estimated replacement date calculated by the replacement date calculation unit.
また、本発明の他の態様は、1以上の前記モータと、1以上の可動部と、前記構成部材により接続され各前記モータの動力を各前記可動部に伝達する1以上の前記伝達機構とを備えるロボットと、該ロボットの前記モータを制御する制御装置と、上記いずれかの寿命評価装置との少なくとも一方の装置とを備えるロボットシステムを提供する。 According to another aspect of the present invention, one or more of the motors, one or more movable parts, and one or more of the transmission mechanisms connected by the constituent members and transmitting power of each of the motors to each of the movable parts are provided. And a control device for controlling the motor of the robot, and at least one of the above-mentioned life evaluation devices.
本発明によれば、潤滑材を除いた構成部材の温度を精度よく評価することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that the temperature of the component member except a lubricant can be evaluated accurately.
本発明の一実施形態に係る温度推定装置(寿命評価装置)12およびロボットシステム1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム1は、図1に示されるように、ロボット2と、該ロボット2を制御する制御装置3と、該制御装置3に接続された表示部4とを備えている。
A temperature estimation device (life evaluation device) 12 and a
As shown in FIG. 1, the
ロボット2としては、1以上のリンク(可動部)5と1以上の関節を有するものであり、図1に示す例では、6軸多関節型ロボットを挙げることができる。
図2にロボット2の関節部分6の一例を示す。関節部分6は、ベース7と、該ベース7に対して軸線回りに揺動可能に支持されるリンク5と、該リンク5とベース7との間に配置された減速機(伝達機構)8と、該減速機8に入力する動力を発生するモータ9とを備えている。
The
FIG. 2 shows an example of the
減速機8内部にはグリース(潤滑材)10が充填されており、減速機8を構成しているギヤおよびベアリングを潤滑している。なお、図2には、減速機8内部に含まれ、モータ9の動力を伝達する構成部材の一例として、ベアリング(軸受)23と、シール部材であるOリング(構成部材)31と、外部へのグリース10の漏れを防止するオイルシール32(構成部材)とが示されている。ベアリング23は、図2に図示されていない減速機8内部の回転軸を支持している。なお、本明細書における構成部材とは、モータ9の動力を伝達する伝達部材に加えて、これらの伝達部材に関連するOリング31やオイルシール32も含んでいる。本実施形態では、一構成部材としてのベアリング23の温度推定および寿命推定について説明する。
モータ9が作動させられると、モータ9の回転は減速機8により減速されて、ベース7に対してリンク5が回転させられるようになっている。
The inside of the
When the
制御装置3は、ロボット2を制御するロボット制御部(制御装置)11と、ベアリング23の温度推定および寿命評価を行う本実施形態に係る温度推定装置12とを備えている。
図3には、ロボットシステム1の一部のブロック図が示されている。温度推定装置12は、図3に示されるように、室温を入力する室温入力部13と、モータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部14と、減速機8内のベアリング23における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部15と、空冷放熱量算出部16と、これらの算出部14,15,16により算出された熱量に基づいてベアリング23の温度を推定する構成部材温度推定部17と、推定された温度に基づいてベアリング23の寿命を算出する寿命算出部(寿命推定部)18と、構成部材温度推定部17によって推定された温度に応じて、図示されていないファンを駆動させる冷却部24とを備えている。
The
FIG. 3 shows a partial block diagram of the
室温入力部13は、作業者が手入力で入力してもよいし、温度センサにより検出することにしてもよい。
モータ発熱量算出部14は、ロボット制御部11から入力されたモータ状態量、すなわち、モータ9の電流値(モータ電流値)およびモータ9の回転速度(モータ回転速度)に基づいて式(1)によりモータ発熱量を算出するようになっている。
The room
The motor heat generation
W1=A1×IM 2+(A2×SM+A3×SM 2) (1)
ここで、
W1はモータ発熱量、
A1,A2,A3は係数、
IMはモータ電流値、
SMはモータ回転速度
である。
式(1)において右辺第1項はモータ9における銅損を示し、第2項は鉄損を示している。
W 1 = A 1 × I M 2 + (A 2 × S M + A 3 × S M 2) (1)
here,
W 1 is a motor calorific value,
A 1 , A 2 , A 3 are coefficients,
I M is the motor current value,
SM is the motor rotation speed.
In the equation (1), the first term on the right side indicates a copper loss in the
また、摩擦発熱量算出部15は、ロボット制御部11から入力されたモータ状態量、すなわち、摩擦トルクおよびモータ回転速度に基づいて式(2)により摩擦発熱量を算出するようになっている。
W2=T×SM
=(B1+B2×TM+B3×SM)×SM (2)
ここで、
W2は摩擦発熱量、
Tは摩擦トルク、
B1,B2,B3は予め同定された摩擦係数、
TMは摩擦が存在しない場合のロボット2のリンク5を駆動する際に必要とするトルク
である。
トルクTMは、リンク5の位置、加速度、質量情報等を用いて、一般的に、ラグランジュ法、ニュートン・オイラー法等の公知の計算方法により計算される。
Further, the frictional heat generation
W 2 = T × S M
= (B 1 + B 2 × T M + B 3 × S M ) × S M (2)
here,
W 2 is the calorific value of friction,
T is the friction torque,
B 1 , B 2 , B 3 are the previously identified coefficients of friction,
T M is the torque required to drive the
The torque T M is generally calculated by a known calculation method such as a Lagrangian method or a Newton-Euler method using the position, acceleration, mass information, and the like of the
また、空冷放熱量算出部16は、ロボット2の駆動による減速機8自体が空気中で移動することにより、周辺空気との間に相対速度が発生するために発生する空冷放熱量を算出するものであり、ロボット制御部11から入力されたモータ9の回転速度に基づいて、減速機の位置におけるロボット2の移動速度を算出し、算出された移動速度に基づいて式(3)により空冷放熱量を算出するようになっている。
W3=C1×SR (3)
ここで、
W3は空冷放熱量、
C1はモータ発熱量W1と摩擦発熱量W2の和で計算された値、
SRは減速機8の位置におけるロボット2の移動速度
である。
The air-cooling heat-
W 3 = C 1 × S R (3)
here,
W 3 is air-cooling heat release amount,
C 1 is a value calculated by the sum of the motor heating value W 1 and the friction heating value W 2 ,
S R is the moving speed of the
構成部材温度推定部17は、式(4)によりベアリング23の温度を推定するようになっている。
Tはベアリング23の推定温度、
T0は室温、
iは目標軸を含む目標軸ベアリング23の温度に影響を与える軸、
D1,D2,D3,D4,D5,D6は、予め実験により、種々のパターンの動作を実行し、各パターンにおけるベアリング23、室温、発熱量、減速機8の移動速度および他の発熱源の発熱量のデータを取得して同定した係数、
W4は他の発熱源の発熱量、
Eiは予め実験により、種々のパターンの動作を実行し、各パターンにおけるベアリング23の温度、室温、発熱量、減速機8の移動速度および他の発熱源の発熱量のデータを取得して同定したモータ発熱量W1iの係数、
Fiは予め実験により、種々のパターンの動作を実行し、各パターンにおけるベアリング23の温度、室温、発熱量、減速機8の移動速度および他の発熱源の発熱量のデータを取得して同定した摩擦発熱量W2iの係数
である。
The component member
T is the estimated temperature of the
T 0 is room temperature,
i is an axis that affects the temperature of the target axis bearing 23 including the target axis;
D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 , and D 6 perform various patterns of operations by experiments in advance, and determine the
W 4 is the calorific value of other heat sources,
The E i is preliminarily experiments, perform the operations of various patterns, the temperature of the bearing 23 in each pattern, at room temperature, heating value, and acquires the data of the moving speed and other heat sources of the heating amount of the
The F i is preliminarily experiments, perform the operations of various patterns, the temperature of the bearing 23 in each pattern, at room temperature, heating value, acquired by the data of the moving speed and other heat sources of the heating amount of the
他の発熱源としては近接する他の関節または装置を挙げることができる。
また、式(4)に加えて、熱輻射を考慮してもよい。
そして、本実施形態においては、ベアリング23の推定温度Tは、ロボット2動作時には式(4)により計算し、ロボット2が停止しているときには室温と同じとする。
Other sources of heat may include other joints or devices in close proximity.
Further, heat radiation may be considered in addition to equation (4).
In the present embodiment, the estimated temperature T of the
一例として、6軸多関節型ロボットであるロボット2の各軸をJ1軸,J2軸,J3軸,J4軸,J5軸,J6軸としたとき、J4軸,J5軸およびJ6軸のモータ9と減速機8とが密集してお互いに影響を与える場合、J6軸を目標軸とするベアリング23の推定温度Tは、式(5)により推定される。
As an example, when each axis of the
E4はJ4軸のモータ発熱量W14の係数、
E5はJ5軸のモータ発熱量W15の係数、
E6はJ6軸のモータ発熱量W16の係数、
F4はJ4軸の摩擦発熱量W24の係数、
F5はJ5軸の摩擦発熱量W25の係数、
F6はJ6軸の摩擦発熱量W26の係数
である。
Coefficients E 4 are the J4 axis motor heating value W 14,
Coefficient of E 5 is the J5-axis motor heating value W 15,
E 6 The coefficient of J6 axis motor heating value W 16,
Coefficient of friction heating value W 24 of F 4 is the J4 axis,
Coefficient of friction heating value W 25 of F 5 is J5 axis,
F 6 is the coefficient of friction heating value W 26 of J6 axis.
また、式(5)において、J1軸,J2軸およびJ3軸が影響を与えず、J4軸およびJ5軸がJ6軸に影響を与える場合を例示したが、J1軸,J2軸およびJ3軸も影響を与える場合には、W11,W12,W13,W21,W22,W23,E1,E2,E3,F1,F2,F3を追記する。
また、式(5)において、J4軸およびJ5軸がJ6軸に影響を与える場合を例示したが、J4軸およびJ5軸がJ1軸,J2軸およびJ3軸同様にJ6軸に影響を与えない場合には、W14,W15,W24,W25(あるいは、E4,E5,F4,F5)は0である。
In addition, in the equation (5), the case where the J1, J2, and J3 axes do not affect and the J4 and J5 axes affect the J6 axis has been illustrated, but the J1, A2, and J3 axes also have an effect. Is given, W 11 , W 12 , W 13 , W 21 , W 22 , W 23 , E 1 , E 2 , E 3 , F 1 , F 2 , and F 3 are added.
Also, in the equation (5), the case where the J4 axis and the J5 axis affect the J6 axis is illustrated, but the case where the J4 axis and the J5 axis do not affect the J6 axis similarly to the J1, J2, and J3 axes. , W 14 , W 15 , W 24 , W 25 (or E 4 , E 5 , F 4 , F 5 ) are 0.
寿命算出部18は、種々の方法を用いてベアリング23の寿命を算出できる。寿命算出の一例として、寿命算出部18は、モータ9の回転速度に基づいて、ベアリング23に加わるラジカル荷重およびアキシャル荷重と、モータ9の回転数とを算出する。また、寿命算出部18は、構成部材温度推定部17により推定されたベアリング23の推定温度Tを、軸受メーカーが提供している軸受の温度と寿命温度補正係数との対応関係に用いることによって、寿命温度補正係数を算出する。寿命算出部18は、算出した寿命温度算出係数、モータ9の回転数、ベアリング23に加わるラジカル荷重およびアキシャル荷重、およびモータ9の稼動時間を用いて、ベアリング23の使用寿命量Sgを算出できる。なお、他の実施形態では、ベアリング23の寿命算出について、推定されたベアリング23の推定温度Tを用いた異なる算出が用いられてもよい。
また、本実施形態においては、図3に示されるように、温度推定装置12は、残存寿命算出部19を備えている。
The
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
残存寿命算出部19は、式(6)を用いて残存寿命を算出するようになっている。
残存寿命=(1−Sg/Sg0)×100% (6)
式(6)におけるSg0は、予め設定された定格寿命である。
The remaining
Remaining life = (1−Sg / Sg0) × 100% (6)
Sg0 in the equation (6) is a preset rated life.
表示部4は、残存寿命算出部19により算出された残存寿命そのものを表示してもよいし、算出された残存寿命が予め設定された閾値より小さくなった場合に警告を表示することにしてもよい。
The
冷却部24によって駆動するファンは、ベアリング23に送風する装置である。冷却部24は、構成部材温度推定部17により推定されたベアリング23の推定温度Tが予め設定された閾値以上になった場合にファンを駆動させる。一方で、冷却部24は、ベアリング23の推定温度Tが閾値未満の場合には、ファンを駆動させない。これにより、ベアリング23の温度は、閾値未満から閾値以上に変化した場合に冷却される。
The fan driven by the cooling
このように構成された本実施形態に係る温度推定装置12およびこれを備えるロボットシステム1によれば、モータの動力を伝達する減速機8内部のベアリング23の温度が、減速機8における摩擦係数のみならず、モータ発熱量にも基づいて推定されるので、精度よく推定される。また、精度よく推定されたベアリング23の温度に基づいてベアリング23の寿命が推定されるため、ベアリング23の寿命を精度よく評価することができるという利点がある。
また、モータ発熱量をモータ電流およびモータ回転速度に基づいて算出しているので、モータ回転速度による発熱が大きい場合には、モータ発熱量を精度よく算出することができ、ベアリング23の温度および寿命を精度よく評価することができるという利点がある。モータ9の回転速度による発熱量が小さい場合には、式(1)における右辺第2項の鉄損については省略することにしてもよい。
According to the
Further, since the heat value of the motor is calculated based on the motor current and the motor speed, when the heat generated by the motor speed is large, the heat value of the motor can be calculated with high accuracy. There is an advantage that can be evaluated with high accuracy. If the amount of heat generated by the rotation speed of the
また、本実施形態によれば、リンク5に配置されていて移動させられる減速機8が、移動によって空冷される空冷放熱量をも加味してベアリング23の温度が推定される。これにより、より精度よくベアリング23の温度を推定することができ、ベアリング23の寿命を精度よく評価することができる。
また、本実施形態によれば、算出された寿命使用量を表示するのではなく、残存寿命を算出して表示するので、作業者が交換時期を予め確認することができるという利点がある。
In addition, according to the present embodiment, the temperature of the
Further, according to the present embodiment, since the remaining life is calculated and displayed instead of displaying the calculated life usage, there is an advantage that the operator can confirm the replacement time in advance.
なお、本実施形態においては、ベアリング23の残存寿命を算出して表示することとしたが、これに代えて、あるいはこれに加えて、図4に示されるように、ベアリング23の交換日を算出する交換日算出部20を備えていてもよい。
交換日算出部20は、直近の数日のベアリング23の寿命使用量のデータを用いて、式(7)により、図5に示されるように、最小二乗法を用いて寿命使用量の積算値の増加率を算出し、算出された増加率を用いて、寿命使用量の積算値が定格寿命に達する時期を予測するようになっている。一例として、直近20日間の寿命使用量積算値を利用する推奨交換日(推定交換日)の計算式を下記の式(7)に示す。
In the present embodiment, the remaining life of the
The replacement
ここで、
dは最も最新のSgを計算した日付
である。
すなわち、直近の数日のロボット2の使用状況がそのまま継続される場合に、寿命を使い切ることとなる日付が予測され、関節毎に表示部4に、図6に示されるように表示される。図6における第1ベアリングから第3ベアリングのそれぞれは、第1関節から第3関節に配置された各減速機に内蔵されたベアリングである。
このように交換日算出部20により算出された推定交換日が表示部4に表示されることにより、交換時期をより明確に認識することができるという利点がある。式(7)においては最小二乗法を例示したが、これに限定されるものではなく、他の任意の近似計算法を採用してもよい。
here,
d is the date when the latest Sg was calculated.
That is, when the usage status of the
Since the estimated replacement date calculated by the replacement
また、構成部材温度推定部17は、摩擦発熱量算出部15により算出される摩擦発熱量と、モータ発熱量算出部14により算出されるモータ発熱量とを用いた機械学習によって、ベアリング23の温度を推定するための学習済みモデルを生成してもよい。また、生成された学習済みモデルが、図4に示される記憶部25に記憶されてもよい。
The component member
構成部材温度推定部17は、摩擦発熱量、モータ発熱量、空冷放熱量算出部16により算出された空冷放熱量、およびベアリング23の実際の温度に基づいた教師あり学習を行い、ベアリング23の温度の推定に用いられる学習済みモデルを生成してもよい。構成部材温度推定部17は、例えば、上記式(4)の重回帰式を学習モデルとして用いた回帰分析を行い、上記式(4)に用いられる各係数D1〜D6,Ei,Fiの全部または一部を推定することで学習済みモデルを作成する。
The component member
構成部材温度推定部17による学習は、寿命評価装置12が学習モードとして機能している場合に行われる。このとき、構成部材温度推定部17は、摩擦発熱量、モータ発熱量、および空冷放熱量を入力データとし、ベアリング23の実測値としての温度をラベル(出力データ)とする教師データを作成し、作成した教師データを用いた教師あり学習を行う。ラベルとしてのベアリング23の温度は、例えば、図5に示される構成部材温度入力部26を介して作業者が測定したベアリング23の温度を手入力で設定するようにしてもよいし、減速機8の内部または近傍に取り付けられた図示しない温度センサにより検出された温度を自動的に取得するようにしてもよい。構成部材温度推定部17は、生成した学習済みモデルを記憶部25に記憶させ、ベアリング23の温度を推定する際に学習済みモデルを用いる。
The learning by the component
なお、本実施形態においては、モータ9の動力を伝達するための構成部材としてベアリング23を例示したが、例えば、オイルシール32、Oリング31、パッキン等の構成部材に適用してもよい。上記実施形態で説明されたベアリング23等の構成部材は、温度の変化に応じて寿命が変化する部材であるとも換言できる。また、ロボット2の軸構成については、図1に示される垂直多関節型に限定されるものではなく、他の任意の軸構成のロボット2を備えるロボットシステム1に適用してもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態の温度推定装置12は、図3および図4に示される構成を備えたが、温度推定装置12が備える構成および構成による制御については種々変形可能である。例えば、温度推定装置12は、冷却部24を備えずに、構成部材温度推定部17によって推定されたベアリング23の温度が冷却以外の制御に用いられてもよい。また、冷却部24は、閾値としての温度でファンの稼動のオン/オフを制御したが、例えば、温度に比例して回転数を上昇させる制御を行ってもよい。温度推定装置12は、図4における寿命算出部18および残存寿命算出部19を備えずに、ベアリング23の使用寿命量Sgおよび残存寿命を算出しなくてもよい。
Although the
1 ロボットシステム
2 ロボット
5 リンク(可動部)
8 減速機(伝達機構)
9 モータ
11 ロボット制御部(制御装置)
12 温度推定装置(寿命評価装置)
14 モータ発熱量算出部
15 摩擦発熱量算出部
16 空冷放熱量算出部
17 構成部材温度推定部
18 寿命算出部(寿命推定部)
19 残存寿命算出部
20 交換日算出部
23 ベアリング23(軸受)
24 冷却部
25 記憶部
1
8 Reduction gear (transmission mechanism)
9
12. Temperature estimation device (lifetime evaluation device)
14 Motor heat generation
19
24
Claims (14)
前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、
前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、
該摩擦発熱量算出部により算出された前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量算出部により算出された前記モータ発熱量とに基づいて、前記構成部材を潤滑するための潤滑材を除いた前記構成部材の温度を推定する構成部材温度推定部とを備える温度推定装置。 A motor, and a temperature estimating apparatus for estimating a temperature of a component included in the transmission mechanism in a machine including a transmission mechanism that transmits power of the motor to a movable unit,
A motor heating value calculation unit that calculates a motor heating value based on the current value of the motor,
A frictional heat generation amount calculation unit that calculates a frictional heat generation amount in the transmission mechanism based on a rotation speed of the motor and a friction coefficient of the transmission mechanism;
The constituent members excluding a lubricant for lubricating the constituent members based on the friction heat generation amount calculated by the friction heat generation amount calculation unit and the motor heat generation amount calculated by the motor heat generation amount calculation unit. A temperature estimating device comprising: a component temperature estimating unit for estimating the temperature of the component.
前記構成部材温度推定部が、前記摩擦発熱量および前記モータ発熱量に基づいて、前記学習済みモデルを用いて前記構成部材の温度を推定する請求項1から請求項7のいずれかに記載の温度推定装置。 A storage unit that stores a learned model generated by machine learning using the friction heat generation amount and the motor heat generation amount,
The temperature according to any one of claims 1 to 7, wherein the component temperature estimating unit estimates the temperature of the component using the learned model based on the frictional heat value and the motor heat value. Estimation device.
前記構成部材温度推定部により推定された前記構成部材の温度に基づいて該構成部材の寿命を推定する寿命推定部とを備える寿命評価装置。 A temperature estimating device according to any one of claims 1 to 10,
A life estimation unit for estimating the life of the component based on the temperature of the component estimated by the component temperature estimation unit.
1以上の可動部と、
前記構成部材により接続され各前記モータの動力を各前記可動部に伝達する1以上の前記伝達機構とを備えるロボットと、
該ロボットの前記モータを制御する制御装置と、
請求項11から請求項13のいずれかに記載の寿命評価装置との少なくとも一方の装置とを備えるロボットシステム。
One or more of the motors;
One or more moving parts,
A robot having one or more of the transmission mechanisms connected by the constituent members and transmitting the power of each of the motors to each of the movable parts;
A control device for controlling the motor of the robot;
A robot system comprising at least one of the life evaluation device according to any one of claims 11 to 13.
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