JP2020185656A - Robot diagnosis method - Google Patents

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Abstract

To provide a robot diagnosis method improved in accuracy of determination of signs of a brake.SOLUTION: A temperature of a brake coil 11a is estimated using time during which electricity is distributed to the brake coil 11a provided in an electromagnetic brake 11. Variations in temperature of the brake coil 11a are calculated from the estimated temperature of the brake coil 11a and an initial temperature of an encoder 13 at the time when electricity is not yet distributed to the brake coil 11a. An increase-decrease rate of resistance of the brake coil 11a is calculated from the variations in temperature of the brake coil 11a. An abrasion amount of the brake is calculated based on the increase-decrease rate of resistance of the brake coil 11a and a suction time related to the operation of the electromagnetic brake 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ロボットに関し、特にロボットアームの異常診断方法に関する。 The present invention relates to a robot, and more particularly to a method for diagnosing an abnormality of a robot arm.

従来、このような分野の技術として、特開2017−185595号公報がある。この公報に記載されたロボットの制御方法では、励磁コイル(以下、コイル)に流れるコイル電流の時間変化の特性に基づいてロボットを制御することが示されている。 Conventionally, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-185595 as a technique in such a field. In the robot control method described in this publication, it is shown that the robot is controlled based on the characteristics of the time change of the coil current flowing through the exciting coil (hereinafter referred to as the coil).

ここで一般に、モータの制動に用いられる電磁ブレーキの動作には、コイルの温度によって変化するコイルの抵抗値の影響があることが知られている。 Here, it is generally known that the operation of the electromagnetic brake used for braking the motor is affected by the resistance value of the coil, which changes depending on the temperature of the coil.

また、前述した特開2017−185595号公報において、ロボットの制御には、電磁ブレーキの作動状況に応じて異常停止するものを含んでおり、取得したコイル電流が所定異常である場合に電磁ブレーキが異常であると判断してロボットを停止させることが開示されている。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-185595 described above, the control of the robot includes a robot that abnormally stops depending on the operating state of the electromagnetic brake, and when the acquired coil current is a predetermined abnormality, the electromagnetic brake is activated. It is disclosed that the robot is stopped by determining that it is abnormal.

特開2017−185595号公報JP-A-2017-185595

しかしながら一般に、産業用ロボット等において、ブレーキに設けられたコイルの温度を測定するためのセンサは設けられておらず、コイル温度変化に応じた電磁ブレーキの動作の補正は行われていなかった。ここでロボットは、典型的にはロボットアームとして用いられているものを指し、コイルの温度変化を検知するためのセンサの追加は、特に産業用ロボットの構造上困難な場合がある。 However, in general, in industrial robots and the like, a sensor for measuring the temperature of the coil provided in the brake is not provided, and the operation of the electromagnetic brake is not corrected in response to a change in the coil temperature. Here, the robot typically refers to a robot arm, and adding a sensor for detecting a temperature change of a coil may be particularly difficult due to the structure of an industrial robot.

さらに、この産業用ロボットに対して、コイルの温度を測定するセンサを追加する場合、センサのコストがかかることからロボット全体としてのコストが増大する。そのため通常はロボットおいて、コイルの温度を測定する温度センサを設けることはなく、コイル温度からブレーキの兆候判定も行わないため、ブレーキの兆候判定の精度が低くなるという問題がある。
本発明は、ブレーキの兆候判定の精度を向上させたロボットの診断方法を提供するものである。
Further, when a sensor for measuring the temperature of the coil is added to this industrial robot, the cost of the sensor is high, so that the cost of the robot as a whole increases. Therefore, normally, the robot is not provided with a temperature sensor for measuring the coil temperature, and the brake sign determination is not performed from the coil temperature, so that there is a problem that the accuracy of the brake sign determination is low.
The present invention provides a robot diagnostic method with improved accuracy of brake sign determination.

本発明にかかるロボットの診断方法は、温度センサを備えるエンコーダを搭載するロボットの診断方法であって、電磁ブレーキに設けられたブレーキコイルに通電する時間を用いて、前記ブレーキコイルの温度を推定し、推定された前記ブレーキコイルの温度と、前記ブレーキコイルへの通電前である前記エンコーダの初期温度から前記ブレーキコイルの温度変化量を算出し、前記ブレーキコイルの温度変化量から、前記ブレーキコイルの抵抗増減率を算出し、前記ブレーキコイルの抵抗増減率と、前記電磁ブレーキの動作にかかる吸引時間と、に基づいて算出されたブレーキの磨耗量を算出する。
これにより、電磁ブレーキに用いられているブレーキコイルの温度を推定し、推定された温度を利用してブレーキの磨耗の兆候を検出し、異常判定を行うことができる。
The method for diagnosing a robot according to the present invention is a method for diagnosing a robot equipped with an encoder equipped with a temperature sensor, and estimates the temperature of the brake coil by using the time for energizing the brake coil provided in the electromagnetic brake. The temperature change amount of the brake coil is calculated from the estimated temperature of the brake coil and the initial temperature of the encoder before energization of the brake coil, and the temperature change amount of the brake coil is used to obtain the brake coil. The resistance increase / decrease rate is calculated, and the amount of brake wear calculated based on the resistance increase / decrease rate of the brake coil and the suction time required for the operation of the electromagnetic brake is calculated.
As a result, the temperature of the brake coil used in the electromagnetic brake can be estimated, and the estimated temperature can be used to detect signs of brake wear and determine an abnormality.

これにより、ブレーキの兆候判定の精度を向上させたロボットの診断方法を提供することができる。 This makes it possible to provide a robot diagnostic method with improved accuracy of brake sign determination.

ロボットの診断にかかるモータユニットと制御盤の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor unit and the control panel which affect the diagnosis of a robot. コイルの通電時間とコイル温度の温度特性を求める実験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the experimental result which obtains the temperature characteristic of the coil energization time and the coil temperature. ロボットの診断の手順の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the procedure of diagnosis of a robot.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に示すように、ロボットに設けられたモータユニット1には、電磁ブレーキ11が設けられたモータ12と、エンコーダ13と、電磁ブレーキ11に一定電圧を掛ける電源14と、エンコーダ13やエンコーダ13の周辺温度を計測可能である温度センサ15と、を備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the motor unit 1 provided in the robot includes a motor 12 provided with an electromagnetic brake 11, an encoder 13, a power supply 14 for applying a constant voltage to the electromagnetic brake 11, and an encoder 13 and an encoder 13. It is provided with a temperature sensor 15 capable of measuring the ambient temperature of the above.

また、ロボットの動作を制御する制御盤2には、モータ12に対する制御指令を生成する制御部21と、制御指令に合わせて電流、電圧値をモータ12に出力する出力部22と、電磁ブレーキ11に対して電圧を与える安定化電源23と、通電時間を測定するタイマー24と、電磁ブレーキ11に用いられるブレーキコイル11aの温度補正を算出する第1の演算部25と、第1の演算部25により算出された温度補正に基づいて兆候データを算出する第2の演算部26と、兆候データに基づいて電磁ブレーキ11の状態判定を行う判定部27と、判定部27の判定結果を通知する通知部28と、を備える。なお、兆候データとは、ブレーキの磨耗によって発生する異常の兆候を示すデータのことであるものとして説明する。 Further, the control panel 2 that controls the operation of the robot includes a control unit 21 that generates a control command for the motor 12, an output unit 22 that outputs current and voltage values to the motor 12 in accordance with the control command, and an electromagnetic brake 11. A stabilized power supply 23 that applies a voltage to the electromagnetic brake, a timer 24 that measures the energization time, a first calculation unit 25 that calculates the temperature correction of the brake coil 11a used for the electromagnetic brake 11, and a first calculation unit 25. A second calculation unit 26 that calculates symptom data based on the temperature correction calculated by the above, a determination unit 27 that determines the state of the electromagnetic brake 11 based on the symptom data, and a notification that notifies the determination result of the determination unit 27. A unit 28 is provided. The symptom data will be described as data showing signs of abnormalities caused by wear of the brake.

電磁ブレーキ11は、モータ12と、電源14と、に接続されている。電磁ブレーキ11は、ブレーキコイル11aに対して電源14から通電することにより発生する電磁力を利用して、モータ12の回転運動を制御する。より具体的には、電磁ブレーキ11は、ブレーキコイル11aが通電状態となったときに、モータ12の回転を停止させるようにブレーキがかかる励磁作動形ブレーキである。 The electromagnetic brake 11 is connected to the motor 12 and the power supply 14. The electromagnetic brake 11 controls the rotational movement of the motor 12 by utilizing the electromagnetic force generated by energizing the brake coil 11a from the power supply 14. More specifically, the electromagnetic brake 11 is an excitation-operated brake in which a brake is applied so as to stop the rotation of the motor 12 when the brake coil 11a is energized.

また、電磁ブレーキ11は、制御部21から入力された制御信号に基づいて、動作が制御される。なお、電磁ブレーキ11は、制御部21の制御信号に応じて、安定化電源23から一定の電圧となるように制御された電圧を受けて動作する。 Further, the operation of the electromagnetic brake 11 is controlled based on the control signal input from the control unit 21. The electromagnetic brake 11 operates by receiving a voltage controlled to be a constant voltage from the regulated power supply 23 in response to the control signal of the control unit 21.

モータ12は、電源から電力が供給されることにより軸が回転動作を行う。これにより、ロボットを動作させることができる。より具体的には、モータ12は、制御部21が生成した制御指令に応じて、出力部22から出力された所定の電流、電圧を有する電力が入力されることにより駆動する。 The shaft of the motor 12 rotates when electric power is supplied from the power source. As a result, the robot can be operated. More specifically, the motor 12 is driven by inputting electric power having a predetermined current and voltage output from the output unit 22 in response to a control command generated by the control unit 21.

エンコーダ13は、駆動しているモータ12の回転数や回転方向の取得を行う。ここでは、エンコーダ13には、エンコーダ13の温度を計測可能な温度センサ15が設けられているものとして説明する。エンコーダ13は、取得した回転数や回転方向等の情報を、制御部21に出力する。さらに、温度センサ15は、取得した温度の情報を制御部21に出力する。 The encoder 13 acquires the rotation speed and the rotation direction of the driving motor 12. Here, it is assumed that the encoder 13 is provided with a temperature sensor 15 capable of measuring the temperature of the encoder 13. The encoder 13 outputs the acquired information such as the rotation speed and the rotation direction to the control unit 21. Further, the temperature sensor 15 outputs the acquired temperature information to the control unit 21.

なお後述するように、温度センサ15では、電磁ブレーキ11のブレーキコイル11aに通電する直前のエンコーダ13の温度を取得可能であるものとする。 As will be described later, it is assumed that the temperature sensor 15 can acquire the temperature of the encoder 13 immediately before energizing the brake coil 11a of the electromagnetic brake 11.

制御部21は、モータ12を制御するための制御信号を生成する。より具体的には、制御部21は、制御信号を出力部22、安定化電源23、及び兆候データを算出する第2の演算部26に対して出力する。これにより、出力部22から所定の電力をモータ12に供給させ、安定化電源23から電磁ブレーキ11に対して安定した電圧を供給させる。また制御部21は、エンコーダ13により出力されたモータ12の駆動状態の情報、及び、エンコーダ13の温度情報の入力を受ける。なお、制御部21は、エンコーダ13の温度情報を、ブレーキコイル11aの温度補正値を算出する第1の演算部25に出力する。 The control unit 21 generates a control signal for controlling the motor 12. More specifically, the control unit 21 outputs a control signal to the output unit 22, the regulated power supply 23, and the second calculation unit 26 for calculating the sign data. As a result, a predetermined electric power is supplied from the output unit 22 to the motor 12, and a stable voltage is supplied from the stabilized power supply 23 to the electromagnetic brake 11. Further, the control unit 21 receives the input of the driving state information of the motor 12 output by the encoder 13 and the temperature information of the encoder 13. The control unit 21 outputs the temperature information of the encoder 13 to the first calculation unit 25 that calculates the temperature correction value of the brake coil 11a.

なお、図1において制御部21は、出力部22、安定化電源23と一体であるように記載しているが、別々の箇所に配置される構成であってもよい。 Although the control unit 21 is described as being integrated with the output unit 22 and the regulated power supply 23 in FIG. 1, it may be arranged at different locations.

出力部22は、電力の増幅器及び電力の出力機構を備える。例えば出力部22は、制御部21から入力された制御信号に基づき、外部の電源(図示せず)から供給された電流や電圧の増幅等の調整を行い、調整した電力をモータ12に出力する。 The output unit 22 includes a power amplifier and a power output mechanism. For example, the output unit 22 adjusts the current and voltage amplification and the like supplied from an external power source (not shown) based on the control signal input from the control unit 21, and outputs the adjusted power to the motor 12. ..

安定化電源23は、制御部21から入力された制御信号に応じて、安定した電圧を有する電力を、電磁ブレーキ11に出力する。 The regulated power supply 23 outputs electric power having a stable voltage to the electromagnetic brake 11 in response to the control signal input from the control unit 21.

タイマー24は、制御部21に接続されており、ブレーキがOFFの状態からONの状態、すなわちブレーキを掛けていない状態から掛けた状態に変更する制御信号を受け、ブレーキを掛け始める状態からの経過時間を計測する。 The timer 24 is connected to the control unit 21 and receives a control signal for changing the brake from the OFF state to the ON state, that is, from the non-brake state to the applied state, and elapses from the state in which the brake is started to be applied. Measure the time.

第1の演算部25は、制御部21から入力されたエンコーダ13の温度情報に基づいて、ブレーキコイル11aの温度補正値を算出する。ここで、第1の演算部25では、タイマー24により測定されたブレーキコイル11aの動作時間と、エンコーダ13の初期温度との差によって、ブレーキコイル11aの温度変化量を推定する。そして第1の演算部25では、推定された温度変化量から、ブレーキコイル11aの抵抗値の増減(抵抗増減率)を算出する。 The first calculation unit 25 calculates the temperature correction value of the brake coil 11a based on the temperature information of the encoder 13 input from the control unit 21. Here, the first calculation unit 25 estimates the amount of temperature change of the brake coil 11a based on the difference between the operating time of the brake coil 11a measured by the timer 24 and the initial temperature of the encoder 13. Then, the first calculation unit 25 calculates the increase / decrease (resistance increase / decrease rate) of the resistance value of the brake coil 11a from the estimated temperature change amount.

例えば、第1の演算部25では、ブレーキコイル11aの推定コイル温度やコイル抵抗増減値を以下のように算出する。ここで図2に示すように、コイルの通電時間とコイル温度の温度特性により、最小2乗法により求めた通電時間−コイル温度の特性モデル式
を導出する。
また、得たモデル式と電磁ブレーキ11の通電前のエンコーダ13の温度を用いて、コイル温度変化を
により求める。
さらに、求めた温度変化から
を用いて、ブレーキコイル11aのコイル抵抗増減率を算出する。なお、上記の式(1)〜(3)において、
である。
For example, the first calculation unit 25 calculates the estimated coil temperature of the brake coil 11a and the coil resistance increase / decrease value as follows. Here, as shown in FIG. 2, the energization time-coil temperature characteristic model formula obtained by the least squares method based on the coil energization time and the coil temperature temperature characteristics.
Is derived.
Further, the coil temperature change is measured by using the obtained model formula and the temperature of the encoder 13 before energization of the electromagnetic brake 11.
To be calculated by.
Furthermore, from the obtained temperature change
Is used to calculate the coil resistance increase / decrease rate of the brake coil 11a. In the above equations (1) to (3),
Is.

第2の演算部26では、兆候データの算出を行う。具体的には、第2の演算部26では、導出したコイル抵抗増減率を、電磁ブレーキ11の吸引時間に対する係数として付与することによって温度補正を行い、
によりブレーキの磨耗量を推定できる。なお、
である。ここでモータユニット1は励磁作動形であって、吸引時間とは、典型的にはブレーキコイル11aに電力が供給され、電磁ブレーキ11の動作としてアーマチュアが吸引されて摩擦面が接触してトルクが発生するまでの時間である。
The second calculation unit 26 calculates the symptom data. Specifically, the second calculation unit 26 corrects the temperature by giving the derived coil resistance increase / decrease rate as a coefficient with respect to the suction time of the electromagnetic brake 11.
The amount of brake wear can be estimated. In addition, it should be noted
Is. Here, the motor unit 1 is an excitation type, and the suction time is typically that power is supplied to the brake coil 11a, the armature is sucked as the operation of the electromagnetic brake 11, and the friction surfaces come into contact with each other to generate torque. It is the time until it occurs.

判定部27は、第2の演算部26により推定した兆候データ、すなわち電磁ブレーキ11の磨耗量が正常であるか異常であるかを判定する。例えば、判定部27は、あらかじめ所定の閾値を設定しておき、電磁ブレーキ11の磨耗量が閾値を超えた場合に、異常であるという判定を行う。 The determination unit 27 determines whether the sign data estimated by the second calculation unit 26, that is, the amount of wear of the electromagnetic brake 11 is normal or abnormal. For example, the determination unit 27 sets a predetermined threshold value in advance, and determines that the electromagnetic brake 11 is abnormal when the wear amount exceeds the threshold value.

通知部28は、判定部27の結果の通知を行う。例えば、通知部28にはディスプレイやスピーカーを用いることができ、画面表示や音によって通知を行うことができる。なお、通知の方法はこれらに限られない。 The notification unit 28 notifies the result of the determination unit 27. For example, a display or a speaker can be used for the notification unit 28, and notification can be performed by screen display or sound. The notification method is not limited to these.

次に、図3を参照して、ロボットの異常の兆候を診断する手順の一例について説明する。 Next, an example of a procedure for diagnosing a sign of abnormality of the robot will be described with reference to FIG.

制御部21は、電磁ブレーキ11をON状態とするための制御信号をブレーキコイル11aとタイマー24に出力する(S1)。このとき併せて温度センサ15は、エンコーダ13の温度を計測する。 The control unit 21 outputs a control signal for turning on the electromagnetic brake 11 to the brake coil 11a and the timer 24 (S1). At this time, the temperature sensor 15 also measures the temperature of the encoder 13.

タイマー24は、制御部21から制御信号を受けたことに応じて、ブレーキコイル11aへの通電時間の計測を開始する(S2)。 The timer 24 starts measuring the energization time of the brake coil 11a in response to receiving the control signal from the control unit 21 (S2).

第1の演算部25は、タイマー24により取得された通電時間を利用して、温度補正係数を算出する(S3)。すなわち、第1の演算部25は、コイル抵抗増減率を算出する。 The first calculation unit 25 calculates the temperature correction coefficient by using the energization time acquired by the timer 24 (S3). That is, the first calculation unit 25 calculates the coil resistance increase / decrease rate.

第2の演算部26は、第1の演算部25により算出されたコイル抵抗増減率を利用して、兆候データを推定する(S4)。すなわち、第2の演算部26は、電磁ブレーキ11の磨耗量を推定する。 The second calculation unit 26 estimates the symptom data by using the coil resistance increase / decrease rate calculated by the first calculation unit 25 (S4). That is, the second calculation unit 26 estimates the amount of wear of the electromagnetic brake 11.

判定部27は、第2の演算部26が推定した電磁ブレーキ11の磨耗量が所定の磨耗量以上の値になったか否かを判定する(S5)。所定の磨耗量以上であれば(S5でYes)、通知部28は、異常判定である旨の結果を出力する(S6)。所定の磨耗量に達していなければ(S5でNo)、通知部28は、正常判定である旨の結果を出力する(S7)。 The determination unit 27 determines whether or not the amount of wear of the electromagnetic brake 11 estimated by the second calculation unit 26 has reached a value equal to or greater than a predetermined amount of wear (S5). If the amount of wear is equal to or greater than the predetermined amount (Yes in S5), the notification unit 28 outputs a result indicating that the abnormality is determined (S6). If the predetermined amount of wear has not been reached (No in S5), the notification unit 28 outputs a result indicating that the determination is normal (S7).

このようにして、ブレーキコイル11aのコイル抵抗増減率とエンコーダ13の初期温度に基づき、ブレーキコイル11aの温度を推定することでブレーキコイル11aの抵抗率を推定し、このブレーキコイル11aの抵抗率を利用しながら電磁ブレーキ11の磨耗量を算出することで、電磁ブレーキ11の異常の兆候を検出することができる。すなわち、ブレーキコイル11aの温度を直接測定する温度センサを追加することなく、電磁ブレーキ11の異常の兆候を検出できるとともに、兆候判定の精度を向上させることができる。 In this way, the resistance of the brake coil 11a is estimated by estimating the temperature of the brake coil 11a based on the coil resistance increase / decrease rate of the brake coil 11a and the initial temperature of the encoder 13, and the resistance of the brake coil 11a is calculated. By calculating the amount of wear of the electromagnetic brake 11 while using it, a sign of abnormality of the electromagnetic brake 11 can be detected. That is, without adding a temperature sensor that directly measures the temperature of the brake coil 11a, it is possible to detect a sign of abnormality of the electromagnetic brake 11 and improve the accuracy of the sign determination.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit. That is, the above description has been omitted or simplified as appropriate for the sake of clarification of the description, and those skilled in the art can easily change, add, or convert each element of the embodiment within the scope of the present invention. It is possible.

1 モータユニット
2 制御盤
11 電磁ブレーキ
11a ブレーキコイル
12 モータ
13 エンコーダ
14 電源
15 温度センサ
21 制御部
22 出力部
23 安定化電源
24 タイマー
25 第1の演算部
26 第2の演算部
27 判定部
28 通知部
1 Motor unit 2 Control panel 11 Electromagnetic brake 11a Brake coil 12 Motor 13 Encoder 14 Power supply 15 Temperature sensor 21 Control unit 22 Output unit 23 Stabilized power supply 24 Timer 25 First calculation unit 26 Second calculation unit 27 Judgment unit 28 Notification Department

Claims (1)

温度センサを備えるエンコーダを搭載するロボットの診断方法であって、
電磁ブレーキに設けられたブレーキコイルに通電する時間を用いて、前記ブレーキコイルの温度を推定し、
推定された前記ブレーキコイルの温度と、前記ブレーキコイルへの通電前である前記エンコーダの初期温度から前記ブレーキコイルの温度変化量を算出し、
前記ブレーキコイルの温度変化量から、前記ブレーキコイルの抵抗増減率を算出し、
前記ブレーキコイルの抵抗増減率と、前記電磁ブレーキの動作にかかる吸引時間と、に基づいて算出されたブレーキの磨耗量を算出する、
ロボットの診断方法。
A diagnostic method for robots equipped with an encoder equipped with a temperature sensor.
The temperature of the brake coil is estimated by using the time for energizing the brake coil provided in the electromagnetic brake.
The amount of temperature change of the brake coil is calculated from the estimated temperature of the brake coil and the initial temperature of the encoder before energization of the brake coil.
From the amount of temperature change of the brake coil, the resistance increase / decrease rate of the brake coil is calculated.
The amount of brake wear calculated based on the resistance increase / decrease rate of the brake coil and the suction time required for the operation of the electromagnetic brake is calculated.
How to diagnose a robot.
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