JP3089915B2 - 産業用ロボットの寿命推定方法及び寿命推定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、産業用ロボットの寿
命推定方法および寿命推定装置に関するものであり、特
に、生産ライン内において産業用ロボットの寿命推定を
行うことのできる寿命推定方法および寿命推定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種製造業のオートメーション化に伴っ
て産業用ロボットの導入が盛んに行われている。産業用
ロボットとしては６軸等の多関節ロボットが一般的であ
り、正確かつ迅速な作業を必要とする場合や作業に危険
を伴う場合など人間に代わって作業を速やかに実行する
ものであって、例えば、自動車製造業では車体等の溶接
作業に多く用いられている。

【０００３】産業用ロボットは無人運転が可能なため連
続稼働させる場合が多く、総稼働時間が１０万時間に及
ぶものもある。そして、産業用ロボット管理者は稼働時
間の増加に伴う関節部分のガタや可動不良、ロボット全
体の調整不良等を排除して最良の駆動状態を維持するた
めに定期点検を行い適切な補修を適切な時期に行うため
産業用ロボットの寿命推定を行う必要がある。

【０００４】従来、産業用ロボットの寿命推定は、主に
作業ポイントにおける作業の正確性を問題にしているた
め多関節ロボットのアーム先端部分のガタ量を測定し、
補修の要否や次回補修時期等の推定を行っている。多関
節ロボットのアーム先端部分のガタ量の測定は、通常、
アーム先端部分の装着された発光ダイオード等のマーカ
ーをＣＣＤカメラ等によって認識する非接触測定で行わ
れている。つまり、アーム先端部分の発光ダイオードの
発光は、発光ダイオードに対して所定の角度で配置され
た２台のＣＣＤカメラによって認され、三角測量の原理
を利用してアーム先端部分の３次元位置を測定してい
る。そして、アーム先端部分の正規の位置との測定位置
とのズレを算出して補修の要否や次回補修時期等の寿命
推定を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の産業用
ロボットの寿命推定はロボット本体を直接測定する必要
からロボット本体を測定システム内に組み込む必要があ
り、測定システムが大変大掛かりに成ってしまうと共
に、システム自体が大変高価であるという問題があっ
た。また、システムが大掛かりであるため産業用ロボッ
トが稼働している生産ライン内で測定を行うことができ
ず、専用の測定室内にロボットを移動した後、測定を行
わなければならず、産業用ロボットの稼働率低下を招く
と共に、産業用ロボットの効率的な寿命推定ができない
という問題があった。

【０００６】そこで本発明は、システムコストが安く、
産業用ロボットが稼働している生産ライン内で寿命推定
を行うことのできる産業用ロボットの寿命推定方法及び
寿命推定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するため、複数の関節を有するアームを備えた産業
用ロボットの寿命推定方法において、各関節を形成する
ギアの摩耗量を測定する摩耗測定工程と、測定された各
摩耗量をマトリックスに付加して順変換を行いアーム先
端におけるガタ量を算出するガタ量算出工程と、を含
み、算出された測定ガタ量と産業用ロボットの許容ガタ
量との比較を行い測定ガタ量と許容ガタ量との差の大小
に基づいて産業用ロボットの寿命推定を行うことを特徴
とするものである。

【０００８】

【０００９】本発明は、前記問題点を解決するため、複
数の関節を有するアームを備えた産業用ロボットの寿命
推定方法において、各関節を形成する各々のギアを駆動
する駆動信号を検出する信号検出工程と、駆動信号に応
じて駆動する関節の動作状態を所定時間ごとに撮影し、
画像を順次メモリに記憶する動作状態記憶工程と、記憶
された複数の画像を順次比較して関節の相対変化量を算
出する相対変化量算出工程と、駆動信号に基づく理想変
化量と相対変化量算出工程で算出された相対変化量とを
比較して理想変化量と相対変化量とのズレ量を検出する
ズレ検出工程と、を含み、検出されたズレ量が産業用ロ
ボットの関節部の有する許容ズレ量内のものであるか否
かを判断し、理想変化量と相対変化量との差の大小に基
づいて産業用ロボットの寿命推定を行うことを特徴とす
るものである。

【００１０】本発明は、前記問題点を解決するため、複
数の関節を有するアームを備えた産業用ロボットの寿命
推定方法において、産業用ロボットの１サイクル動作中
の関節を形成するギアを駆動するモータの電流値の経時
変化を求め、ギアが一歯面分回転する時間内のモータ電
流の積分値の１サイクル動作における最大値で定まる最
大負荷量Ｆと、産業用ロボットの１サイクルの動作で所
定の関節のギアの歯面が噛み合う回数ｍと、産業用ロボ
ットの所定時間内のサイクル回数ｎと、を変数として、
ギア摩耗量Ｗを以下の式Ｗ＝Ａ×１０^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ
−Ｂ（Ａ，Ｂは定数）に従い算出するギア摩耗量算出工
程を含み、算出された算出ギア摩耗量と産業用ロボット
の許容ギア摩耗量との比較を行い算出ギア摩耗量と許容
ギア摩耗量との差の大小に基づいて産業用ロボットの寿
命推定を行うことを特徴とするものである。

【００１１】本発明は、前記問題点を解決するため、複
数の関節を有するアームを備えた産業用ロボットの寿命
推定装置において、産業用ロボットの１サイクル動作中
の関節を形成するギアのモータの電流値の経時変化を求
め、ギアが一歯面分回転する時間内のモータ電流の積分
値を順次算出する積分値算出手段と、算出した積分値の
中から最大のものを選出してギアの負荷量Ｆとする負荷
量算出手段と、負荷量算出手段によって算出された負荷
量Ｆと、産業用ロボットの１サイクルの動作で所定の関
節のギアの歯面が噛み合う回数ｍと、産業用ロボットの
所定時間内のサイクル回数ｎと、を変数として、ギア摩
耗量Ｗを以下の式Ｗ＝Ａ×１０^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ−Ｂ
（Ａ，Ｂは定数）に従い算出するギア摩耗量算出手段
と、算出された各ギアの算出ギア摩耗量をマトリックス
に付加して順変換を行いアーム先端におけるガタ量を算
出するガタ量算出手段と、算出された測定ガタ量と産業
用ロボットの許容ガタ量との比較を行い測定ガタ量と許
容ガタ量との差の大小に基づいて産業用ロボットの寿命
推定を行う寿命推定手段と、を有することを特徴とする
ものである。

【００１２】

【作用】本発明の産業用ロボットの寿命推定方法におい
ては、摩耗測定工程で各関節のギアの摩耗量を測定し、
測定された各摩耗量をガタ量算出工程でマトリックスに
付加して順変換を行いアーム先端におけるガタ量を算出
する。そして、算出された測定ガタ量と産業用ロボット
の許容ガタ量との比較を行い測定ガタ量と許容ガタ量と
の差の大小に基づいて産業用ロボットの寿命推定を行
う。また、各関節を形成する各々のギアを駆動する駆動
信号を信号検出工程で検出し、動作状態記憶工程で駆動
信号に応じて駆動する関節の動作状態を所定時間ごとに
撮影し、その画像を順次メモリに記憶する。記憶された
複数の画像は相対変化量算出工程で順次比較され関節の
相対変化量を算出し、さらにズレ検出工程で駆動信号に
基づく理想変化量と相対変化量算出工程で算出された相
対変化量とを比較して理想変化量と相対変化量とのズレ
量を検出する。そして、検出されたズレ量が産業用ロボ
ットの関節部の有する許容ズレ量内のものであるか否か
を判断し、理想変化量と相対変化量との差の大小に基づ
いて産業用ロボットの寿命推定を行う。

【００１３】また、本発明の産業用ロボットの寿命推定
方法においては、ギア摩耗量算出工程で所定の関節駆動
中のギアの歯面に加わる負荷の中で最大となる最大負荷
量Ｆ、すなわち、産業用ロボットの１サイクル動作中の
関節を形成するギアを駆動するモータの電流値の経時変
化を求め、ギアが一歯面分回転する時間内のモータ電流
の積分値の１サイクル動作における最大値で定まる最大
負荷量Ｆと、産業用ロボットの１サイクルの動作で所定
の関節のギアの歯面が噛み合う回数ｍと、産業用ロボッ
トの所定時間内のサイクル回数ｎと、を変数として、ギ
ア摩耗量Ｗを以下の式Ｗ＝Ａ×１０^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ−
Ｂ（Ａ，Ｂは定数）に従い算出する。そして、算出され
た算出ギア摩耗量と産業用ロボットの許容ギア摩耗量と
の比較を行い算出ギア摩耗量と許容ギア摩耗量との差の
大小に基づいて産業用ロボットの寿命推定を行う。

【００１４】さらに、本発明の産業用ロボットの寿命推
定装置においては、積分値算出手段が産業用ロボットの
１サイクル動作中の関節を形成するギアのモータの電流
値の経時変化を求め、ギアが一歯面分回転する時間内の
モータ電流の積分値を順次算出し、負荷量算出手段は積
分値算出手段が算出した積分値の中から最大のものを選
出してギアの負荷量Ｆとする。さらに、ギア摩耗量算出
手段が負荷量算出手段によって算出された負荷量Ｆと、
産業用ロボットの１サイクルの動作で所定の関節のギア
の歯面が噛み合う回数ｍと、産業用ロボットの所定時間
内のサイクル回数ｎと、を変数として、ギア摩耗量Ｗを
以下の式Ｗ＝Ａ×１０^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ−Ｂ（Ａ，Ｂは
定数）に従い算出する。さらに、算出された各ギアの算
出ギア摩耗量をガタ量算出手段でマトリックスに付加し
て順変換を行いアーム先端におけるガタ量を算出する。
そして、寿命推定手段が算出された算出ガタ量と産業用
ロボットの許容ガタ量との比較を行い算出ガタ量と許容
ガタ量との差の大小に基づいて産業用ロボットの寿命推
定を行う。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図を用いて説明
する。

【００１６】第１実施例 図１（ａ）に６軸駆動の多関節ロボット１０を示す。こ
の多関節ロボット１０は関節ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆか
ら構成され、関節ａ，ｄ，ｆはアームの旋回動作、関節
ｂ，ｃ，ｅはアームの上下動作を行い、これらの複合動
作によってアーム先端部分１１を所望の位置に所望の角
度で接近させて所望の作業、例えば、溶接作業等を行う
ものである。

【００１７】第１実施例の特徴とするところは、各関節
を構成する夫々のギアの摩耗量を摩耗測定肯定で測定し
て、その摩耗量をガタ算出工程でマトリックスに付加し
て順変化を行い、アーム先端部のガタ量を算出する。そ
して、ロボットが良品を製造できるロボット固有の許容
ガタ量と前記測定ガタ量との比較を行うことによって産
業用ロボットの寿命推定を行うところである。

【００１８】以下に寿命推定手順を説明する。

【００１９】図１（ａ）に示すようにロボット先端ガタ
εは各関節ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの有する各ガタ量Δ
δａ，Δδｂ，Δδｃ，Δδｄ，Δδｅ，Δδｆの合成
された量とアームの長さとによって表すことができる。
この時、各関節のガタ量はギアの回転変位量で与える必
要があるが、各関節のガタ量は図１（ｂ）に示すように
ダイヤルゲージ１３等の測定器具によるガタ移動量の測
定値から、ギアのガタに起因する回転角度を算出するこ
とができる。測定の一例を示すと、ダイヤルゲージ１３
をギアの任意の位置に固定した測定バー１２に圧接す
る。ギアが摩耗等の原因によってガタを有している場
合、測定バー１２を押上てやることによって容易にギア
の回転による移動量を測定することができる。この移動
量からガタ量であるギアの回転角度を算出することがで
きる。

【００２０】一方、関節が駆動するアーム先端の位置は
アームの長さと関節の回転角度によって、図１（ｃ）に
示すような（０，０，０，１）という第４行を有する４
×４のマトリックスＭによって一義的に決められること
が知られている。図１（ｃ）に示すマトリックスにおい
て符号１４で示す３×３の行列は回転を示し、符号１５
で示す３×１の行列は下位の関節を基準にした時の前記
関節が直接駆動するアームの先端の位置（アームの長
さ）を示すものである。従って、関節ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆに関するマトリックスをＭ_a ，Ｍ_b ，Ｍ_c ，
Ｍ_d ，Ｍ_e ，Ｍ_f とすると、各ギアにガタが存在しない
場合のロボット先端の位置（基準位置）を求めるマトリ
ックスＭ₀ は以下のように示すことができる。

【００２１】Ｍ₀ ＝Ｍ_a ＊Ｍ_b ＊Ｍ_c ＊Ｍ_d ＊Ｍ_e ＊Ｍ
_f 一方、各ギアがガタΔδａ，Δδｂ，Δδｃ，Δδｄ，
Δδｅ，Δδｆ（回転角度に換算したもの）を有する場
合のロボット先端の位置（変位位置）を求めるマトリッ
クスＭ₁ は以下のように示すことができる。

【００２２】Ｍ₁ ＝｛Ｍ_a ＋ｄＭ_a （Δδａ）｝＊｛Ｍ
_b ＋ｄＭ_b （Δδｂ）｝＊｛Ｍ_c ＋ｄＭ_c （Δδｃ）｝
＊｛Ｍ_d ＋ｄＭ_d （Δδｄ）｝＊｛Ｍ_e ＋ｄＭ_e（Δδ
ｅ）｝＊｛Ｍ_f ＋ｄＭ_f （Δδｆ）｝ ここで、図１（ａ）に示す多関節ロボット１０の固定点
をＫ＝^ｔ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）で表し、ガタが存在しない
場合のロボット先端の位置（基準位置）をＫ₀＝^ｔ（Ｘ
₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ，１）、ガタが存在する場合のロボット
先端の位置（変位位置）をＫ₁ ＝^ｔ（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，
Ｚ₁ ，１）とすると、固定点Ｔから見た基準位置Ｋ₀ 及
び変位位置Ｋ₁ は以下のように示すことができる。

【００２３】Ｋ₀ ＝Ｍ₀ ×Ｋ Ｋ₁ ＝Ｍ₁ ×Ｋ 従って、ロボット先端の測定ガタ量εは以下のように示
すことができる。

【００２４】ε＝｜Ｋ₁ −Ｋ₀ ｜ ＝√｛（Ｘ₁ −Ｘ₀ ）² ＋（Ｙ₁ −Ｙ₀ ）² ＋（Ｚ₁ −
Ｚ₀ ）² ｝ 一方、産業用ロボットが良品を製造できるロボット先端
の固有の許容ガタ量ε₀ は理想位置を中心とした所定距
離で与えられる。例えば、許容ガタ量ε₀ を理想位置を
中心としてε₀ ＝±２０mmとすると、先に求めたロボッ
ト先端の測定ガタ量εが許容ガタ量ε₀ より小さい場
合、産業用ロボットは良品を製造することができる。

【００２５】従って、測定された測定ガタ量と産業用ロ
ボットの有する許容ガタ量との比較を行い測定ガタ量が
許容ガタ量を越えている場合は直ちに補修の指示を出
し、測定ガタ量が許容ガタ量を越えていない場合は、測
定ガタ量が許容ガズ量を越えるまでの時間を過去のデー
タから導きだし、次回補修予定時期を算出し、産業用ロ
ボットの寿命推定を行う。

【００２６】このように簡単なギアのガタ測定によって
ロボットのアーム先端部のズレを測定し、製造ライン内
において良好に産業用ロボットの寿命推定を行うことが
できる。

【００２７】なお、本第１実施例においては６軸全ての
ギアに対してガタの測定を行い、マトリックス演算を行
ったが、ロボット先端のガタに寄与するギアは特定のギ
アに限定される場合が多く、例えば、関節ｂ，ｃがロボ
ット先端のガタに寄与する場合、Δδｂ，Δδｃのみに
着目して良好なロボット先端のガタ量の算出を行うこと
ができる。

【００２８】また、本実施例ではギアのガタをダイヤル
ゲージで測定し、ガタに起因する回転角度を算出した
が、分度器等の器具を用いて直接回転角度を測定しても
よい。

【００２９】第２実施例 図２（ａ）にアーム先端に溶接ガン２０を有する多関節
ロボット１０を示す。多関節ロボット１０は溶接ガン２
０を溶接ポイントに移動した後、溶接チップ２０ａを溶
接ポイントに表裏から圧接させ、溶接を行うものであ
る。

【００３０】第２実施例の特徴とするところは、溶接ガ
ンの先端に装着された溶接チップの代わりに尖鋭チップ
を取り付け、該尖鋭チップを理想基準ポイントに移動さ
せる動作プログラムに従い移動させるチップ移動工程
と、理想基準ポイントと実際に移動した尖鋭チップの移
動ポイントとのズレ量をズレ測定工程によって測定し、
その測定ズレ量に基づいて産業用ロボットの寿命推定を
行うところである。

【００３１】以下に寿命推定手順を説明する。

【００３２】正規の溶接ポイントである理想基準ポイン
トの垂直方向に関する寿命推定を行う場合、図２（ａ）
の溶接チップ２０ａの代わりに、図２（ｂ）に示すよう
に尖鋭チップ２０ｂを装着し、本来、溶接対象物を配置
する位置に基準台２１を配置する。この基準台２１に
は、本来溶接すべき溶接ポイント、つまり理想基準ポイ
ントに基準ピン２１ａを配置する。そして、尖鋭チップ
２０ｂを通常の溶接を行うための動作プログラムに従い
移動し、基準ピン２１ａに接近させる。この時、多関節
ロボット１０に上下方向のガタが存在しない場合、尖鋭
チップ２０ｂの先端と基準ピン２１ａ先端は基準台と平
行な同一平面上に位置する。しかし、多関節ロボット１
０に上下方向のガタが存在する場合、尖鋭チップ２０ｂ
の先端と基準ピン２１ａ先端はガタの分だけ隙間（ズ
レ）を有して相対し、前記同一平面上に位置しない。こ
のズレをズレ測定工程で測定する。

【００３３】ズレ測定工程では、ズレ測定器、例えば、
基準ピン２１ａの真横に配置したＣＣＤカメラ等によっ
て尖鋭チップ２０ｂと基準ピン２１ａとを撮影し、ズレ
量を認識したり、ノギスで実測する。

【００３４】次に、測定された測定ズレ量と産業用ロボ
ットの有する上下方向の許容ズレ量、つまり、産業用ロ
ボットが良品を製造できるロボット先端の固有の許容ズ
レ量との比較を行い、測定ズレ量が許容ズレ量を越えて
いる場合は直ちに補修の指示を出し、測定ズレ量が許容
ズレ量を越えていない場合は、測定ズレ量が許容ズレ量
を越えるまでの時間を過去のデータから導き出し、次回
補修予定時期を算出し、産業用ロボットの寿命推定を行
う。

【００３５】一方、理想基準ポイントの水平方向に関す
る寿命推定を行う場合、図２（ｃ）に示すように、前記
尖鋭チップ２０ｂより長さの長い尖鋭チップ２０ｃを装
着する。また、本来、溶接対象物を配置する位置には碁
盤状の格子を有する基準台２２を配置する。この基準台
２２の格子上には正確な目標溶接ポイントを示すマーク
２２ａが記されている。前記尖鋭チップ２０ｃはこの基
準台２２に僅かに接触するように配置され、通常の溶接
を行うための動作プログラムに従い基準台２２上を移動
し、移動完了ポイントにマーキングを行う。そして、上
記同様にＣＣＤカメラを用いたズレ測定器やノギス等に
よって目標溶接ポイントとしてのマーク２２ａと移動完
了ポイントとのズレ量を測定する。そして、測定された
測定ズレ量と産業用ロボットの有する水平方向の許容ズ
レ量との比較を行い測定ズレ量が許容ズレ量を越えてい
る場合は直ちに補修の指示を出し、測定ズレ量が許容ズ
レ量を越えていない場合は、測定ズレ量が許容ズレ量を
越えるまでの時間を過去のデータから導きだし、次回補
修予定時期を算出し、産業用ロボットの寿命推定を行
う。

【００３６】このようにロボットのアーム先端部に尖鋭
チップを装着することによって容易にロボットのアーム
先端部のズレを測定し、製造ライン内において良好に産
業用ロボットの寿命推定を行うことができる。

【００３７】第３実施例 図３に画像処理装置を用いた産業用ロボットの寿命推定
方法を示す。

【００３８】本実施例は多関節ロボット１０と該多関節
ロボット１０の動作を教示するティーチングボックス３
０ａを有するロボット制御部３０と、多関節ロボット１
０の姿勢を撮影するＣＣＤカメラ３１と、多関節ロボッ
ト１０の姿勢を表示するモニタ及びエンベロープ機能を
有するメモリ装置を持つ演算装置等を含む画像処理装置
３２とから構成されている。

【００３９】第３実施例の特徴とするところは、ティー
チングボックスまたは所定の動作プログラムに従って出
力される駆動信号を信号検出工程にて検出し、その駆動
信号に応じて駆動する関節の動作状態をＣＣＤカメラ３
１によって所定時間ごとに撮影し、その画像をメモリに
記憶する動作状態記憶工程と、記憶した画像を順次重ね
合わせ、微小な相対変化量を検出する相対変化量算出工
程と、駆動信号に反する微小な相対変化量をズレ量とし
て検出するズレ検出工程と、を含み、そのズレ量に基づ
いて産業用ロボットの寿命推定を行うところである。

【００４０】以下に寿命推定手順を説明する。

【００４１】多関節ロボット１０は記憶された所定のプ
ログラムに従う動作の他にティーチングボックス３０ａ
から入力される教示信号によって所望の動作をさせるこ
とができる。例えば、多関節ロボット１０の先端の関節
ｃについて寿命推定を行う場合、ティーチングボックス
３０ａによって、関節ｃをＣＣＤカメラ３１の正面に移
動する（図３は多関節ロボット１０全体を表示してい
る）。信号検出工程及び動作状態記憶工程では、ＣＣＤ
カメラ３１の正面でティーチングボックス３０ａによっ
て関節ｃに対して微小な動作、例えば、関節ｃを１mm回
転させる駆動信号を出力する。この間ＣＣＤカメラ３１
は所定時間ごと、例えば、３０ｍｓ毎に関節ｃの画像を
撮影し、画像処理装置３２に記憶し、順次重ね合わせ
る。同時に、ティーチングボックス３０ａから出力され
る駆動信号も画像処理装置３２に記憶する。もし、関節
ｃのギアにガタが存在する場合、１mm回転させる駆動信
号が入力されているにも関わらず関節ｃは動かず、画像
処理装置３２では時間画経過しても全く同じ複数の画像
が記憶され、重ね合わせが行われる。そして、相対変化
量算出工程では相対変化量『ゼロ』を算出する。次に、
ティーチングボックス３０ａから関節ｃが１mm回転する
まで駆動信号を出力し続ける。続いて、ズレ検出工程で
画像処理装置３２に入力されている前記駆動信号に基づ
いて算出される理想変化量を算出して、この理想変化量
と相対変化量とを比較しズレ量を算出する。さらに、測
定された測定ズレ量が多関節ロボット１０の関節ｃのギ
アが持つ固有バックラッシ等の許容ズレ量内であるか否
かの判断を行い、測定ズレ量が許容ズレ量を越えている
場合は直ちに補修の指示を出し、測定ズレ量が許容ズレ
量を越えていない場合は、測定ズレ量が許容ズレ量を越
えるまでの時間を過去のデータから導きだし、次回補修
予定時期を算出し、産業用ロボットの寿命推定を行う。

【００４２】このように、関節の駆動状態を順次記憶
し、比較することによって容易にロボットの関節のズレ
量を測定し、製造ライン内において良好に産業用ロボッ
トの寿命推定を行うことができる。

【００４３】第４実施例 第４実施例の特徴とするところは、ギア摩耗量算出工程
で産業用ロボットの関節駆動中の歯面に加わる負荷の中
で最大となる最大負荷量に基づいて摩耗量を算出し、算
出された磨耗量によって産業用ロボットの寿命推定を行
うところである。

【００４４】以下に寿命推定手順及び寿命推定装置に付
いて図面を用いて説明する。

【００４５】多関節ロボットのギアを駆動するモータの
電流量はギアの摩耗量に大きく左右される。すなわち、
噛み合うギアにガタがある場合、ガタの部分でギアの回
転が乱れ、その度にギアの歯面の接触圧力が上昇しモー
タに負荷を与える。また、ギアにガタがあると噛み合い
時のすべり量が増加し回転速度が乱れるため一歯面分回
転するための所要時間がガタに応じて変化する。一方、
モータは回転を一定にしようとして電流量を増加し回転
を維持しようとする。この時のモータの電流量をギアの
歯面毎に求める。その電流量の変化はギアの摩耗量に対
応した変化とすることができる。

【００４６】図４はギアを駆動した時のモータの電流値
の変化を示したものである。図の中でｉ₁ ，ｉ₂ ，・・
・，ｉ_n 等で示す領域は電流値を積分して電流量を求め
た後、電流量をギアの歯面毎に分割し、一歯面分回転す
るのに必要なモータ電流量を示したものである。歯面毎
の分割はギアにエンコーダ等の測定器を取り付け、ギア
の回転角度を検出し、一歯面分の回転が得られるまでの
時間を求めることによって行っている。従って、歯面毎
の電流量を比較することによって、ギアのどの歯面に最
も負荷が加わりガタを有しているかを検出することがで
きる。そして、求めた負荷の中で最大のものを最大負荷
量Ｆとして、この最大負荷量Ｆをギアに対する負荷とす
ることができる。

【００４７】一方、ギアの摩耗量Ｗは、ｋ（摩擦係
数）、Ｓ（すべり距離；１サイクルでの噛み合い回数ｍ
×生産台数ｎ×１歯でのすべり量Δｓ）、ｆ（荷重）の
積で算出できることが知られている（トライボロジー理
論）。実稼動ロボットの場合、摩擦係数ｋはギアに供給
する潤滑剤の量で代用し、すべり距離ｓはΔｓをギア形
状から求め、ｍをギアに取り付けたエンコーダより算出
することができる。また、荷重ｆは先に求めた最大負荷
量Ｆで代用することができる。

【００４８】そして、摩耗量Ｗに付いて重回帰分析を行
い、１次回帰式を求めると以下のような信頼度９５％の
推定式が得られ、各ギアの摩耗量Ｗを推定することがで
きる。

【００４９】Ｗ＝２．９１８×１０^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ−
０．４２ 上述したような摩耗量Ｗの推定を各ギアの付いて行い、
第１実施例のマトリックス演算を行うことによって、ロ
ボット先端部のガタ量を算出し、ロボットの寿命測定を
行うことができる。

【００５０】次に、図５に産業用ロボットの寿命測定を
行う寿命測定装置の構成ブロック図を示す。

【００５１】多関節ロボット１０にはロボット制御部３
０が接続され、図示しないティーチングボックスによる
教示や所定の動作プログラムに従って前記多関節ロボッ
ト１０を動作させることができる。

【００５２】多関節ロボットの寿命推定は電流検出部５
１と積分器５２とギア回転検出部５４とから成る積分値
算出手段と、負荷量算出部（手段）５３と、ギア摩耗量
算出部（手段）５５と、ガタ量算出部（手段）５６と、
寿命推定部（手段）５７と、によって行われる。

【００５３】ロボット制御部３０には多関節ロボット１
０の各関節のギアを駆動するモータの負荷を検出するた
めの電流検出部５１が接続され、検出された電流値は積
分器５２によって順次積分され、多関節ロボット１０の
１サイクル分の電流量の経時変化が負荷量算出部５３に
入力される。一方、多関節ロボット１０の各関節のギア
部分には図示しないエンコーダ等の変位測定器からなる
ギア回転検出部５４が接続され、ギアの回転状態、すな
わち、ギアが一歯面分回転するのに必要な時間を回転角
度から検出して順次負荷量算出部５３に出力している。
負荷量算出部５３では積分器５２から入力される電流量
の変化をギア回転検出部５４から入力されるギアの回転
状態に基づいて分割し、ギアが一歯面分回転するのに必
要な電流量を歯面毎に算出する。そして、多関節ロボッ
ト１０の１サイクル動作中でギアを一歯面回転させるの
に最も電流を多く必要とする歯面を求め、この最大電流
量をギアの最大負荷量Ｆとして算出している。さらに、
負荷量算出部５３で検出された最大負荷量Ｆはギア摩耗
量算出部５５に入力される。また、ギア摩耗量算出部５
５にはロボット制御部３０から多関節ロボット１０の１
サイクルの動作で所定の関節のギアの歯面が噛み合う回
数ｍと、多関節ロボット１０の所定時間内のサイクル回
数ｎ（前回メンテナンス時からのサイクル回数）とが入
力される。ギア摩耗量算出部５５では入力されるデータ
に基づいて、前述した１次回帰式Ｗ＝２．９１８×１０
^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ−０．４２を用いて各関節のギアの摩
耗量を算出する。

【００５４】各関節のギアの摩耗量が算出されると、各
摩耗量はガタ算出部５６に入力される。ガタ算出部５６
では、摩耗量からガタによるギアの回転角度を算出し、
前述した実施例１での手順に従ってマトリックス演算を
行い、多関節ロボット１０のアーム先端部のガタ量を算
出し、寿命推定部５７で許容ガタ量との比較を行い表示
部５８に推定結果を表示する。

【００５５】以上説明したように本実施例に係る寿命推
定装置は多関節ロボット１０の駆動中のモータの電流値
に基づいてギアの摩耗量を算出し、さらに、マトリック
ス演算を行ってロボット先端ガタ量を算出することがで
きる。また、ギア摩耗量算出部５５に入力するサイクル
回数ｎや１サイクルの動作で所定の関節のギアの歯面が
噛み合う回数ｍ等の駆動設定条件の値を変えるだけで３
年後、５年後のギア摩耗量推定及びアーム先端部のガタ
量の推定を容易に行うことができる。

【００５６】さらに、表示部５８にアーム先端部のガタ
量の他に各ギアの摩耗量を表示したり、３年後、５年後
の推定量を表示することによって、多関節ロボット１０
のメンテナンス時期やメンテナンス部位を特定すること
ができると共に、メンテナンス部品の在庫管理等も的確
に行うことができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、産業用ロボットの寿命推定を産業用ロボットが稼働
している生産ライン内で容易に行うことが可能になり、
寿命推定のための作業時間を大幅に短縮することができ
る。さらに、大掛かりな測定システムを必要としないた
め寿命推定のためのコストを大幅に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る産業用ロボットの寿命推定方
法を説明するための図であり、（ａ）は多関節ロボット
の一般的な構成を示す概念図であり、（ｂ）は多関節ロ
ボットのギアのガタ測定の一例を示す説明図であり、
（ｃ）は多関節ロボットの先端ガタ量を算出するマトリ
ックスである。

【図２】第２実施例に係る産業用ロボットの寿命推定方
法を説明するための図であり、（ａ）は溶接ガンを有す
る多関節ロボットの一般的な構成を示す概念図であり、
（ｂ）は多関節ロボットの垂直方向のガタを測定する方
法を説明する説明図であり、（ｃ）多関節ロボットの水
平方向のガタを測定する方法を説明する説明図である。

【図３】第３実施例に係る産業用ロボットの寿命推定方
法を説明するためのシステム構成図である。

【図４】第４実施例に係る産業用ロボットの寿命推定方
法を説明するための図であり、関節を駆動するモータの
歯面毎の電流量の変化を説明する説明図である。

【図５】第４実施例に係る産業用ロボットの寿命推定方
法を実現する寿命推定装置のブロック図である。

【符号の説明】

１０ 多関節ロボット ３０ ロボット制御部 ５１ 電流検出部 ５２ 積分器 ５３ 負荷量算出部 ５４ ギア回転検出部 ５５ ギア摩耗量算出部 ５６ ガタ量算出部 ５７ 寿命推定部 ５８ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 尚範 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−123105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−206089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−140786（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−189281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−226289（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−245308（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−37490（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 13/00 B25J 19/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の関節を有するアームを備えた産業
   用ロボットの寿命推定方法において、 各関節を形成するギアの摩耗量を測定する摩耗測定工程
   と、 測定された各摩耗量をマトリックスに付加して順変換を
   行いアーム先端におけるガタ量を算出するガタ量算出工
   程と、を含み、 算出された測定ガタ量と産業用ロボットの許容ガタ量と
   の比較を行い測定ガタ量と許容ガタ量との差の大小に基
   づいて産業用ロボットの寿命推定を行うことを特徴とす
   る産業用ロボットの寿命推定方法。
2. 【請求項２】 複数の関節を有するアームを備えた産業
   用ロボットの寿命推定方法において、 各関節を形成する各々のギアを駆動する駆動信号を検出
   する信号検出工程と、 駆動信号に応じて駆動する関節の動作状態を所定時間ご
   とに撮影し、画像を順次メモリに記憶する動作状態記憶
   工程と、 記憶された複数の画像を順次比較して関節の相対変化量
   を算出する相対変化量算出工程と、 駆動信号に基づく理想変化量と相対変化量算出工程で算
   出された相対変化量とを比較して理想変化量と相対変化
   量とのズレ量を検出するズレ検出工程と、を含み、 検出されたズレ量が産業用ロボットの関節部の有する許
   容ズレ量内のものであるか否かを判断し、理想変化量と
   相対変化量との差の大小に基づいて産業用ロボットの寿
   命推定を行うことを特徴とする産業用ロボットの寿命推
   定方法。
3. 【請求項３】 複数の関節を有するアームを備えた産業
   用ロボットの寿命推定方法において、産業用ロボットの１サイクル動作中の関節を形成するギ
   アを駆動するモータの電流値の経時変化を求め、ギアが
   一歯面分回転する時間内のモータ電流の積分値の１サイ
   クル動作における最大値で定まる 最大負荷量Ｆと、産業
   用ロボットの１サイクルの動作で所定の関節のギアの歯
   面が噛み合う回数ｍと、産業用ロボットの所定時間内の
   サイクル回数ｎと、を変数として、ギア摩耗量Ｗを以下
   の式 Ｗ＝Ａ×１０^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ−Ｂ （Ａ，Ｂは定
   数） に従い算出するギア摩耗量算出工程を含み、 算出された算出ギア摩耗量と産業用ロボットの許容ギア
   摩耗量との比較を行い算出ギア摩耗量と許容ギア摩耗量
   との差の大小に基づいて産業用ロボットの寿命推定を行
   うことを特徴とする産業用ロボットの寿命推定方法。
4. 【請求項４】 複数の関節を有するアームを備えた産業
   用ロボットの寿命推定装置において、 産業用ロボットの１サイクル動作中の関節を形成するギ
   アのモータの電流値の経時変化を求め、ギアが一歯面分
   回転する時間内のモータ電流の積分値を順次算出する積
   分値算出手段と、 算出した積分値の中から最大のものを選出してギアの負
   荷量Ｆとする負荷量算出手段と、 負荷量算出手段によって算出された負荷量Ｆと、産業用
   ロボットの１サイクルの動作で所定の関節のギアの歯面
   が噛み合う回数ｍと、産業用ロボットの所定時間内のサ
   イクル回数ｎと、を変数として、ギア摩耗量Ｗを以下の
   式 Ｗ＝Ａ×１０^-10 ×Ｆ×ｍ×ｎ−Ｂ （Ａ，Ｂは定
   数） に従い算出するギア摩耗量算出手段と、 算出された各ギアの算出ギア摩耗量をマトリックスに付
   加して順変換を行いアーム先端におけるガタ量を算出す
   るガタ量算出手段と、 算出された測定ガタ量と産業用ロボットの許容ガタ量と
   の比較を行い測定ガタ量と許容ガタ量との差の大小に基
   づいて産業用ロボットの寿命推定を行う寿命推定手段
   と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの寿命推定装
   置。