JP3357143B2 - ロボットの負荷をモニタするロボット制御装置 - Google Patents
ロボットの負荷をモニタするロボット制御装置Info
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- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
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- G—PHYSICS
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- G05B2219/37209—Estimate life of gear, drive
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの負荷をモニ
タするロボット制御装置に関する。特に、ロボットの駆
動機構にかかる負荷をモニタして、ロボットの寿命予
測、予防保守等に利用するものである。
タするロボット制御装置に関する。特に、ロボットの駆
動機構にかかる負荷をモニタして、ロボットの寿命予
測、予防保守等に利用するものである。
【０００２】
【従来の技術】ロボットの駆動機構には、通常ベアリン
グ、減速機等の機構要素が用いられる。ロボットの場
合、これらの機構要素に対する負荷は一般の動力装置と
は異なり常に変動する。そのため、これらの機構要素の
寿命や、保守、オーバホール等の時期を予測することが
困難である。ロボットのトルク解析による劣化解析とし
て、モータのトルク変化に着目してそのトルク変化パタ
ーンから故障予測を行なう方法が既に公知であるが、こ
の方法は、モータのロータ等の部分の加速トルクも含め
たトルクを予測の評価に用いており、実際に駆動系に負
荷したトルクを求めているものではない。ロボットの駆
動系の機構要素の劣化や寿命を予測するには、駆動系の
機構要素に実際に加わるトルクを求める必要がある。
グ、減速機等の機構要素が用いられる。ロボットの場
合、これらの機構要素に対する負荷は一般の動力装置と
は異なり常に変動する。そのため、これらの機構要素の
寿命や、保守、オーバホール等の時期を予測することが
困難である。ロボットのトルク解析による劣化解析とし
て、モータのトルク変化に着目してそのトルク変化パタ
ーンから故障予測を行なう方法が既に公知であるが、こ
の方法は、モータのロータ等の部分の加速トルクも含め
たトルクを予測の評価に用いており、実際に駆動系に負
荷したトルクを求めているものではない。ロボットの駆
動系の機構要素の劣化や寿命を予測するには、駆動系の
機構要素に実際に加わるトルクを求める必要がある。
【０００３】また、モータの出力トルクのパターンをプ
ロッタ等に描かせて、そのパターンを評価するものであ
り、常にリアルタイムに負荷の状況を判断できるもので
はない。モータの駆動電流とその２乗平均を求めてモー
タにかかる負荷を求める方法も公知であるが、この方法
はモータ自信の負荷を求めるものであって、２乗平均に
よりモータのパワーを平均化し、この平均値とモータの
定格トルクとの比較判断を行ない、モータの異常加熱等
を防止するための判断を行なうためのものである。ま
た、モータの駆動電流から、駆動系及びロボットアーム
等の負荷全体のイナーシャ、全体の摩擦トルク、粘性ト
ルクを用いて、駆動系、アーム全体にかかる外乱トルク
を求める手法があるが、この方法は、突発的な外乱を推
定しようとするものであり、駆動系の負荷トルクを求め
るものではない。
ロッタ等に描かせて、そのパターンを評価するものであ
り、常にリアルタイムに負荷の状況を判断できるもので
はない。モータの駆動電流とその２乗平均を求めてモー
タにかかる負荷を求める方法も公知であるが、この方法
はモータ自信の負荷を求めるものであって、２乗平均に
よりモータのパワーを平均化し、この平均値とモータの
定格トルクとの比較判断を行ない、モータの異常加熱等
を防止するための判断を行なうためのものである。ま
た、モータの駆動電流から、駆動系及びロボットアーム
等の負荷全体のイナーシャ、全体の摩擦トルク、粘性ト
ルクを用いて、駆動系、アーム全体にかかる外乱トルク
を求める手法があるが、この方法は、突発的な外乱を推
定しようとするものであり、駆動系の負荷トルクを求め
るものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来技
術においては、駆動系の各部にかかる負荷を検出求める
ものはなく、駆動系各部の予備保守、オーバホールおよ
び寿命を行なうための判断材料としては、適するもので
はない。駆動系にかかるトルクを検出するものではない
から、駆動系にかかる負荷トルクを作業員の経験等を基
に推定するしかないものである。そこで、本発明の目的
は、ロボットの駆動系にかかる負荷を検出し、ロボット
駆動系の予防保守、オーバホール、寿命の判断を容易に
できるようにすることにある。
術においては、駆動系の各部にかかる負荷を検出求める
ものはなく、駆動系各部の予備保守、オーバホールおよ
び寿命を行なうための判断材料としては、適するもので
はない。駆動系にかかるトルクを検出するものではない
から、駆動系にかかる負荷トルクを作業員の経験等を基
に推定するしかないものである。そこで、本発明の目的
は、ロボットの駆動系にかかる負荷を検出し、ロボット
駆動系の予防保守、オーバホール、寿命の判断を容易に
できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、モータにより
減速機を備える駆動機構を介してロボット各軸を駆動制
御するロボット制御装置において、所定周期毎にモータ
速度、モータ駆動電流をサンプリングする手段と、モー
タ速度よりモータの回転角加速度を求める手段と、モー
タ速度、回転角加速度及びモータの駆動電流より、モー
タの出力トルクからモータ内部で費やされるトルクを減
じてモータ軸が出力する駆動トルクを算出する駆動トル
ク算出手段と、上記モータ速度、駆動トルク及び当該軸
が作動している総作動時間より平均駆動トルクを求める
手段とを備え、減速機の定格トルクと定格回転数と上記
減速機の出力軸の平均駆動トルク及び平均回転数より定
格寿命時間を求め、上記総作業時間を加味し、寿命に関
する情報を表示するようにした。これにより、実際に駆
動系にかかるトルクが表示されるから、駆動系の予防保
守、オーバホール、寿命の判断が容易となる。
減速機を備える駆動機構を介してロボット各軸を駆動制
御するロボット制御装置において、所定周期毎にモータ
速度、モータ駆動電流をサンプリングする手段と、モー
タ速度よりモータの回転角加速度を求める手段と、モー
タ速度、回転角加速度及びモータの駆動電流より、モー
タの出力トルクからモータ内部で費やされるトルクを減
じてモータ軸が出力する駆動トルクを算出する駆動トル
ク算出手段と、上記モータ速度、駆動トルク及び当該軸
が作動している総作動時間より平均駆動トルクを求める
手段とを備え、減速機の定格トルクと定格回転数と上記
減速機の出力軸の平均駆動トルク及び平均回転数より定
格寿命時間を求め、上記総作業時間を加味し、寿命に関
する情報を表示するようにした。これにより、実際に駆
動系にかかるトルクが表示されるから、駆動系の予防保
守、オーバホール、寿命の判断が容易となる。
【０００６】
【０００７】
【０００８】駆動機構の構成が玉軸受を基本としている
ものと、コロ軸受を基本とするものがあることから、上
記平均駆動トルクを求める手段は、駆動機構の構成が玉
軸受を基本としているものに適用する場合の３乗平均
と、コロ軸受を基本とするものに適用する場合の１０／
３乗平均の２つを求め、上記表示手段に両者を表示する
ようにする。さらに、上記駆動トルク、モータの速度の
最大値をそれぞれ記憶する記憶手段を設けて、順次求め
た駆動トルク及びモータの速度が記憶したものより大き
いときは記憶手段に記憶する最大値を書換えて更新する
と共に、上記表示手段にこの最大駆動トルク及び最大モ
ータ速度をも表示する。
ものと、コロ軸受を基本とするものがあることから、上
記平均駆動トルクを求める手段は、駆動機構の構成が玉
軸受を基本としているものに適用する場合の３乗平均
と、コロ軸受を基本とするものに適用する場合の１０／
３乗平均の２つを求め、上記表示手段に両者を表示する
ようにする。さらに、上記駆動トルク、モータの速度の
最大値をそれぞれ記憶する記憶手段を設けて、順次求め
た駆動トルク及びモータの速度が記憶したものより大き
いときは記憶手段に記憶する最大値を書換えて更新する
と共に、上記表示手段にこの最大駆動トルク及び最大モ
ータ速度をも表示する。
【０００９】
【作用】本発明は、所定周期毎にサンプリングしてモー
タ速度、モータ駆動電流を求め、求めたモータ速度より
モータの回転角加速度を求め、このモータ速度、回転角
加速度及びモータの駆動電流値より、モータの出力トル
クからモータ内部で費やされるトルクを減じてモータ軸
が出力する駆動トルクを算出する。更に、上記モータ速
度、駆動トルク及び当該軸が作動している総作動時間よ
り平均駆動トルクを求め、減速機の定格トルクと定格回
転数と上記減速機の出力軸の平均駆動トルク及び平均回
転数より定格寿命時間を求め、上記総作業時間を加味
し、寿命に関する情報を表示する。
タ速度、モータ駆動電流を求め、求めたモータ速度より
モータの回転角加速度を求め、このモータ速度、回転角
加速度及びモータの駆動電流値より、モータの出力トル
クからモータ内部で費やされるトルクを減じてモータ軸
が出力する駆動トルクを算出する。更に、上記モータ速
度、駆動トルク及び当該軸が作動している総作動時間よ
り平均駆動トルクを求め、減速機の定格トルクと定格回
転数と上記減速機の出力軸の平均駆動トルク及び平均回
転数より定格寿命時間を求め、上記総作業時間を加味
し、寿命に関する情報を表示する。
【００１０】
【００１１】特に、上記平均駆動トルクを求める手段
は、駆動機構の構成が玉軸受を基本としているものに適
用する場合の３乗平均と、コロ軸受を基本とするものに
適用する場合の１０／３乗平均の２つを求めて両者が表
示する。又、最大駆動トルク及び最大モータ速度をも表
示するようにした。
は、駆動機構の構成が玉軸受を基本としているものに適
用する場合の３乗平均と、コロ軸受を基本とするものに
適用する場合の１０／３乗平均の２つを求めて両者が表
示する。又、最大駆動トルク及び最大モータ速度をも表
示するようにした。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例におけるロボット
アーム駆動系の１軸の動作原理を説明する説明図であ
る。図中Ｍは当該軸を駆動するサーボモータで、２０は
このサーボモータＭの回転位置、速度を検出するエンコ
ーダである。上記サーボモータＭの出力軸（ロータ軸）
２１には、歯車２２が固着され、該歯車２２には減速機
２４の入力軸２５に固着された歯車２３が噛合ってい
る。減速機２４の出力軸２６には、アーム２７が固着さ
れている。この構成により、サーボモータＭを駆動する
ことによって１段の歯車伝動機構を介して、減速機２４
が駆動され、該減速機２４の出力軸２６によりアームが
駆動されるものである。
アーム駆動系の１軸の動作原理を説明する説明図であ
る。図中Ｍは当該軸を駆動するサーボモータで、２０は
このサーボモータＭの回転位置、速度を検出するエンコ
ーダである。上記サーボモータＭの出力軸（ロータ軸）
２１には、歯車２２が固着され、該歯車２２には減速機
２４の入力軸２５に固着された歯車２３が噛合ってい
る。減速機２４の出力軸２６には、アーム２７が固着さ
れている。この構成により、サーボモータＭを駆動する
ことによって１段の歯車伝動機構を介して、減速機２４
が駆動され、該減速機２４の出力軸２６によりアームが
駆動されるものである。
【００１３】サーボモータＭが出力するトルクは該サー
ボモータの駆動電流ＩM にモータのトルク定数Ｋｔを乗
じることによって求められるが、このトルクがそのまま
モータの出力軸２１に出力されるものではない。このト
ルクはモータのロータ自身を加速する際の加速トルク等
を含むものであり、このモータ内部で費やされたトルク
を減じたものが出力軸２１から出力されるものである。
モータ内部のベアリング、オイルシール等のモータの回
転速度に比例する部分の損失トルク係数（粘性トルク係
数）をＫv 、モータ内部の摩擦トルク（回転速度によら
ず一定な部分）をＫｃ、モータのロータイナーシャＪ
ｒ、駆動系のイナーシャＪｄとし、モータ速度をｖM 、
モータ加速度をαM とすると、モータの出力軸２１から
出力される駆動トルクＴａは数式１で求められる。
ボモータの駆動電流ＩM にモータのトルク定数Ｋｔを乗
じることによって求められるが、このトルクがそのまま
モータの出力軸２１に出力されるものではない。このト
ルクはモータのロータ自身を加速する際の加速トルク等
を含むものであり、このモータ内部で費やされたトルク
を減じたものが出力軸２１から出力されるものである。
モータ内部のベアリング、オイルシール等のモータの回
転速度に比例する部分の損失トルク係数（粘性トルク係
数）をＫv 、モータ内部の摩擦トルク（回転速度によら
ず一定な部分）をＫｃ、モータのロータイナーシャＪ
ｒ、駆動系のイナーシャＪｄとし、モータ速度をｖM 、
モータ加速度をαM とすると、モータの出力軸２１から
出力される駆動トルクＴａは数式１で求められる。
【００１４】
【数１】 駆動電流ＩM は、軸制御回路内の電流制御部において、
実際にモータに流れる電流を検出してフィードバックさ
れてくる駆動電流によって、若しくは、軸制御回路内で
求められる電流指令によって知ることができる。モータ
速度ｖM はエンコータ２０からの速度フィードバック信
号によって知ることができる。また、モータ加速度は、
モータ速度を微分することによって得ることができる。
さらに、損失トルク係数Ｋv 、モータ内部の摩擦トルク
Ｋｃ、モータのロータイナーシャＪｒ、駆動系のイナー
シャＪｄは、モータ、ロボットの構成が決まれば、実質
的に決まる値であるから、計算若しくは実験によって求
めることができる。よって、予め損失トルク係数Ｋv 、
モータ内部の摩擦トルクＫｃ、モータのロータイナーシ
ャＪｒ、駆動系のイナーシャＪｄを求め制御装置内に設
定しておき、順次駆動電流ＩM 、モータ速度ｖM をサン
プリングし、モータ加速度αM を求めて上記数式１の演
算を行なえば、モータの出力軸２１から出力される駆動
トルクＴａがサンプリング時毎に求められることにな
り、駆動系に実際にかかる負荷を求めることができる。
実際にモータに流れる電流を検出してフィードバックさ
れてくる駆動電流によって、若しくは、軸制御回路内で
求められる電流指令によって知ることができる。モータ
速度ｖM はエンコータ２０からの速度フィードバック信
号によって知ることができる。また、モータ加速度は、
モータ速度を微分することによって得ることができる。
さらに、損失トルク係数Ｋv 、モータ内部の摩擦トルク
Ｋｃ、モータのロータイナーシャＪｒ、駆動系のイナー
シャＪｄは、モータ、ロボットの構成が決まれば、実質
的に決まる値であるから、計算若しくは実験によって求
めることができる。よって、予め損失トルク係数Ｋv 、
モータ内部の摩擦トルクＫｃ、モータのロータイナーシ
ャＪｒ、駆動系のイナーシャＪｄを求め制御装置内に設
定しておき、順次駆動電流ＩM 、モータ速度ｖM をサン
プリングし、モータ加速度αM を求めて上記数式１の演
算を行なえば、モータの出力軸２１から出力される駆動
トルクＴａがサンプリング時毎に求められることにな
り、駆動系に実際にかかる負荷を求めることができる。
【００１５】そして、この駆動トルクＴａによって駆動
系にかかる負荷の平均トルクＴmpは次の数式２によって
求めれる。
系にかかる負荷の平均トルクＴmpは次の数式２によって
求めれる。
【００１６】
【数２】 数式２において、Δｔはサンプリング周期、Ｔa1、
Ｔa2、…は各サンプリング時の上記数式１によって求め
られた駆動トルク、ｎ1 、ｎ2 …は各サンプリング時の
モータ速度（モータ速度ｖM を回転数による速度で表し
たもの）、ｐは、駆動系の構成によって決まる定数で、
駆動系の構成が玉軸受を基本としているものに適用する
ときはｐ＝３、コロ軸受を基本とするものに適用する場
合はＰ＝１０／３として、３乗平均、１０／３乗平均を
求めて駆動系にかかる平均トルクＴmpを求める。また、
駆動系における平均回転速度ｎm は次の数式３によって
求められる。
Ｔa2、…は各サンプリング時の上記数式１によって求め
られた駆動トルク、ｎ1 、ｎ2 …は各サンプリング時の
モータ速度（モータ速度ｖM を回転数による速度で表し
たもの）、ｐは、駆動系の構成によって決まる定数で、
駆動系の構成が玉軸受を基本としているものに適用する
ときはｐ＝３、コロ軸受を基本とするものに適用する場
合はＰ＝１０／３として、３乗平均、１０／３乗平均を
求めて駆動系にかかる平均トルクＴmpを求める。また、
駆動系における平均回転速度ｎm は次の数式３によって
求められる。
【００１７】
【数３】 しかし、上記数式２、数式３の演算を行なって各サンプ
リング時毎に駆動系にかかる負荷の平均トルクＴmp、駆
動系における平均回転速度ｎm を求めることは、演算を
行なう制御系のプロセッサに負担をかける。そこで、本
発明では、前サンプリング時（ｘ−１）に求めた平均速
度ｎm(x-1)、平均トルクＴmp(x-1) 及び当該周期のモー
タ速度ｎx 、駆動トルクＴaxを用いて、数式４、数式５
に示す漸化式により当該サンプリング時ｘの平均速度ｎ
mx、平均トルクＴmpx を求める。
リング時毎に駆動系にかかる負荷の平均トルクＴmp、駆
動系における平均回転速度ｎm を求めることは、演算を
行なう制御系のプロセッサに負担をかける。そこで、本
発明では、前サンプリング時（ｘ−１）に求めた平均速
度ｎm(x-1)、平均トルクＴmp(x-1) 及び当該周期のモー
タ速度ｎx 、駆動トルクＴaxを用いて、数式４、数式５
に示す漸化式により当該サンプリング時ｘの平均速度ｎ
mx、平均トルクＴmpx を求める。
【００１８】
【数４】
【００１９】
【数５】 なお、上記数式４、数式５においてＮx-1 は当該サンプ
リング時ｘより１つ前のサンプリング時（ｘ−１）間で
の総サンプリング回数を表すものである。
リング時ｘより１つ前のサンプリング時（ｘ−１）間で
の総サンプリング回数を表すものである。
【００２０】また、本実施例においては、減速機２４の
定格寿命比を求め表示するようにしている。減速機は出
力軸の負荷の平均トルクによってその寿命を判断するこ
とから、本実施例では上記数式２（若しくは数式５）で
求めた平均トルクＴmpに減速機２４の減速比Ｒ１、減速
効率ηを乗じて数式６で示すように減速機２４の出力軸
から出力されるトルクＴ0mp を求める。
定格寿命比を求め表示するようにしている。減速機は出
力軸の負荷の平均トルクによってその寿命を判断するこ
とから、本実施例では上記数式２（若しくは数式５）で
求めた平均トルクＴmpに減速機２４の減速比Ｒ１、減速
効率ηを乗じて数式６で示すように減速機２４の出力軸
から出力されるトルクＴ0mp を求める。
【００２１】
【数６】 また、数式３（若しくは数式４）で求めた平均速度ｎm
に減速比の逆数（１／Ｒ１）を乗じて減速機２４の出力
軸２６の回転速度Ｎ0mを求め、減速機の定格寿命時間Ｋ
（Ｈour ）、減速機の定格トルクＴ0 （Ｋｇｆ・ｍ）、
減速機の定格回転数Ｎ0 （ｒｐｍ）より次の７式の演算
を行なって減速機の寿命時間Ｌ10RP（Ｈour ）を求め
る。
に減速比の逆数（１／Ｒ１）を乗じて減速機２４の出力
軸２６の回転速度Ｎ0mを求め、減速機の定格寿命時間Ｋ
（Ｈour ）、減速機の定格トルクＴ0 （Ｋｇｆ・ｍ）、
減速機の定格回転数Ｎ0 （ｒｐｍ）より次の７式の演算
を行なって減速機の寿命時間Ｌ10RP（Ｈour ）を求め
る。
【００２２】
【数７】 また、減速機２４の総作動時間Ｔｔ（＝Ｎx ×Δｔ）を
時間単位Ｔｔ´（Ｈour ）で求め（端数を切り捨て）、
該総作動時間Ｔｔ´を上記減速機の寿命Ｌ10RPで除し
て、定格寿命比Ｒr1（＝Ｔｔ´／Ｌ10RP）を求め、これ
を表示するようにしている。
時間単位Ｔｔ´（Ｈour ）で求め（端数を切り捨て）、
該総作動時間Ｔｔ´を上記減速機の寿命Ｌ10RPで除し
て、定格寿命比Ｒr1（＝Ｔｔ´／Ｌ10RP）を求め、これ
を表示するようにしている。
【００２３】図２は本発明の一実施例のロボット制御系
のブロック図である。図２中、１０はロボット制御装置
で、該ロボット制御装置は、プロセッサ１１と、制御プ
ログラムが格納されたＲＯＭ１２、データの一時記憶に
利用されるＲＡＭ１３、ロボットへの教示データ、及び
後述するロボットの動作状態等のデータを記憶する不揮
発性メモリ１４、ロボットの各種設定値データ等を入力
したり該設定データや動作状態を示すデータを表示する
ＣＲＴＭＤＩ１５、ロボットに動作を教示するためのデ
ィスプレイ付教示操作盤１６及びロボットの各軸を駆動
制御する軸制御回路１７−１〜１７−Ｌがバス１８で接
続されている。また、各軸制御回路１７−１〜１７−Ｌ
には、それぞれサーボアンプ１９−１〜１９−Ｌを介し
てロボット各軸を駆動するサーボモータＭ１〜ＭＬが接
続され、各サーボモータＭ１〜ＭＬの回転位置、速度を
検出するエンコーダ２０−１〜２０−Ｌからの位置、速
度のフィードバック信号がそれぞれ入力されるようにな
っている。
のブロック図である。図２中、１０はロボット制御装置
で、該ロボット制御装置は、プロセッサ１１と、制御プ
ログラムが格納されたＲＯＭ１２、データの一時記憶に
利用されるＲＡＭ１３、ロボットへの教示データ、及び
後述するロボットの動作状態等のデータを記憶する不揮
発性メモリ１４、ロボットの各種設定値データ等を入力
したり該設定データや動作状態を示すデータを表示する
ＣＲＴＭＤＩ１５、ロボットに動作を教示するためのデ
ィスプレイ付教示操作盤１６及びロボットの各軸を駆動
制御する軸制御回路１７−１〜１７−Ｌがバス１８で接
続されている。また、各軸制御回路１７−１〜１７−Ｌ
には、それぞれサーボアンプ１９−１〜１９−Ｌを介し
てロボット各軸を駆動するサーボモータＭ１〜ＭＬが接
続され、各サーボモータＭ１〜ＭＬの回転位置、速度を
検出するエンコーダ２０−１〜２０−Ｌからの位置、速
度のフィードバック信号がそれぞれ入力されるようにな
っている。
【００２４】上記ロボット制御系の構成は従来のロボッ
ト制御系の構成と同一であり、詳細は省略する。
ト制御系の構成と同一であり、詳細は省略する。
【００２５】図３、図４は本発明の一実施例における１
軸におけるモニタ処理のフローチャートである。まず、
予め教示操作盤１６若しくは、ＣＲＴ／ＭＤＩ１５か
ら、予め、サーボモータのトルク定数Ｋｔ、モータ内部
の損失トルク係数（粘性トルク係数）Ｋv、モータ内部
の摩擦トルクＫｃ、使用減速機の定格トルクＴ0 、定格
回転数Ｎ0、減速比Ｒ1 、定格寿命Ｋ（Ｈour)を設定し
ておく。そして、ロボットを運転すると、ロボット制御
装置１０のプロセッサ１１は、所定サンプリング周期毎
図３、図４に示す処理を実行し、モータ軸から出力され
る駆動トルクＴａ等を教示操作盤１６のディスプレイに
若しくはＣＲＴ／ＭＤＩ１５のＣＲＴ表示装置に表示す
る。
軸におけるモニタ処理のフローチャートである。まず、
予め教示操作盤１６若しくは、ＣＲＴ／ＭＤＩ１５か
ら、予め、サーボモータのトルク定数Ｋｔ、モータ内部
の損失トルク係数（粘性トルク係数）Ｋv、モータ内部
の摩擦トルクＫｃ、使用減速機の定格トルクＴ0 、定格
回転数Ｎ0、減速比Ｒ1 、定格寿命Ｋ（Ｈour)を設定し
ておく。そして、ロボットを運転すると、ロボット制御
装置１０のプロセッサ１１は、所定サンプリング周期毎
図３、図４に示す処理を実行し、モータ軸から出力され
る駆動トルクＴａ等を教示操作盤１６のディスプレイに
若しくはＣＲＴ／ＭＤＩ１５のＣＲＴ表示装置に表示す
る。
【００２６】まず、当該軸に対して動作指令が出力され
ているか否か判断する（ステップＳ１）。本実施例にお
いては、動作指令が出力されている軸に対してはフラグ
が立てられるようになっている。そこで、当該軸のフラ
グＦ１が立っている（「１」）か否か判断し、立ってい
なければ、このまま当該周期の処理を終了する。またフ
ラグＦ１が「１」であると、モータ駆動電流（電流指令
若しくは電流フィドバック値）ＩM 、モータ速度（エン
コーダ２０からの速度フィードバック値）ｖMを読取り
（ステップＳ２）、読み取ったモータ速度ｖM から前周
期において読み取ったモータ速度を減ずることによって
モータ加速度αM を求める（ステップＳ３）。そして、
数式１の演算を行なって当該サンプリング周期ｘにおけ
るモータ軸の駆動トルク（駆動系に与えられるトルク）
Ｔaxを求めると共に、読み取ったモータ速度ＶM を回転
数単位の速度ｎx （rpm)に変換する（ステップＳ４）。
ているか否か判断する（ステップＳ１）。本実施例にお
いては、動作指令が出力されている軸に対してはフラグ
が立てられるようになっている。そこで、当該軸のフラ
グＦ１が立っている（「１」）か否か判断し、立ってい
なければ、このまま当該周期の処理を終了する。またフ
ラグＦ１が「１」であると、モータ駆動電流（電流指令
若しくは電流フィドバック値）ＩM 、モータ速度（エン
コーダ２０からの速度フィードバック値）ｖMを読取り
（ステップＳ２）、読み取ったモータ速度ｖM から前周
期において読み取ったモータ速度を減ずることによって
モータ加速度αM を求める（ステップＳ３）。そして、
数式１の演算を行なって当該サンプリング周期ｘにおけ
るモータ軸の駆動トルク（駆動系に与えられるトルク）
Ｔaxを求めると共に、読み取ったモータ速度ＶM を回転
数単位の速度ｎx （rpm)に変換する（ステップＳ４）。
【００２７】そして、不揮発性メモリ１４内に設けられ
たレジスタに記憶されている前のサンプリング周期（ｘ
−１）で求めた前周期までのコロ軸受用の平均駆動トル
クＴm(10/3)(x-1)、玉軸受用の平均駆動トルクＴ
m3(x-1) 、平均回転速度ｎm(x-1)、サンプリング回数Ｎ
x-1 と、ステップＳ４で求めた当該周期の駆動トルクＴ
ax、回転速度ｎx より数式４，数式５の演算を行なって
当該サンプリング周期間での平均回転速度ｎmx、平均駆
動トルクＴm(10/3)x、Ｔm3x を求める。なお、５式の演
算において、Ｐ＝１０／３（駆動機構の構成がコロ軸受
を基本としているものに適用する場合）として、また、
Ｐ＝３（駆動機構の構成が玉軸受を基本としているもの
に適用する場合）としてそれぞれ平均駆動トルクＴ
m(10/3)x、Ｔm3x を求める（ステップＳ５）。
たレジスタに記憶されている前のサンプリング周期（ｘ
−１）で求めた前周期までのコロ軸受用の平均駆動トル
クＴm(10/3)(x-1)、玉軸受用の平均駆動トルクＴ
m3(x-1) 、平均回転速度ｎm(x-1)、サンプリング回数Ｎ
x-1 と、ステップＳ４で求めた当該周期の駆動トルクＴ
ax、回転速度ｎx より数式４，数式５の演算を行なって
当該サンプリング周期間での平均回転速度ｎmx、平均駆
動トルクＴm(10/3)x、Ｔm3x を求める。なお、５式の演
算において、Ｐ＝１０／３（駆動機構の構成がコロ軸受
を基本としているものに適用する場合）として、また、
Ｐ＝３（駆動機構の構成が玉軸受を基本としているもの
に適用する場合）としてそれぞれ平均駆動トルクＴ
m(10/3)x、Ｔm3x を求める（ステップＳ５）。
【００２８】次に、コロ軸受用の平均駆動トルクＴ
m(10/3)(x-1)、玉軸受用の平均駆動トルクＴm3(x-1) 、
平均回転速度ｎm(x-1)を記憶するレジスタの値をそれぞ
れステップＳ５で求めた平均駆動トルクＴm(10/3)x、Ｔ
m3x 、平均回転速度ｎmxを格納する。また、駆動トルク
の最大値Ｔamaxを記憶するレジスタの値とステップＳ４
で求めた駆動トルクＴaxを比較し（ステップＳ７）、駆
動トルクＴaxの方が大きいときのみ、駆動トルクの最大
値Ｔamaxを記憶するレジスタの値をこの駆動トルクＴax
の値にすると共に、最大駆動トルクが発生したサンプリ
ング時の日時を記憶する不揮発性メモリ１４内に設けら
れたＤate Ｔレジスタの値を、制御装置内に設けられて
いる時計（図示せず）から読み出される現在日時に書替
え（ステップＳ８）、ステップＳ９へ移行する。なお、
ステップＳ７でレジスタの値が求めた駆動トルクＴax以
上のときにはステップＳ８の処理を行なうことなくステ
ップＳ９へ移行する。
m(10/3)(x-1)、玉軸受用の平均駆動トルクＴm3(x-1) 、
平均回転速度ｎm(x-1)を記憶するレジスタの値をそれぞ
れステップＳ５で求めた平均駆動トルクＴm(10/3)x、Ｔ
m3x 、平均回転速度ｎmxを格納する。また、駆動トルク
の最大値Ｔamaxを記憶するレジスタの値とステップＳ４
で求めた駆動トルクＴaxを比較し（ステップＳ７）、駆
動トルクＴaxの方が大きいときのみ、駆動トルクの最大
値Ｔamaxを記憶するレジスタの値をこの駆動トルクＴax
の値にすると共に、最大駆動トルクが発生したサンプリ
ング時の日時を記憶する不揮発性メモリ１４内に設けら
れたＤate Ｔレジスタの値を、制御装置内に設けられて
いる時計（図示せず）から読み出される現在日時に書替
え（ステップＳ８）、ステップＳ９へ移行する。なお、
ステップＳ７でレジスタの値が求めた駆動トルクＴax以
上のときにはステップＳ８の処理を行なうことなくステ
ップＳ９へ移行する。
【００２９】さらに、ステップＳ９では、最大回転速度
ｎmax を記憶するレジスタの値とステップＳ４で求めた
当該サンプリング周期のモータ速度ｎx を比較し、モー
タ速度ｎx が大きいときのみ、最大回転速度ｎmax を記
憶するレジスタの値をこのモータ速度ｎx に書替え、か
つ、前述と同様に、最大モータ速度を記憶するＤataｎ
レジスタの値を当該サンプリング時の日時に書替える。
次に、サンプリング回数を係数するカウンタＮx-1 に
「１」を加算し（ステップＳ１１）、該カウンタの値に
サンプリング周期時間Δｔを乗じて総作動時間Ｔｔを求
め（ステップＳ１２）、さらに、この総作動時間Ｔｔの
時間単位（端数は切り捨て）の作動時間Ｔｔ´を求める
（ステップＳ１３）。
ｎmax を記憶するレジスタの値とステップＳ４で求めた
当該サンプリング周期のモータ速度ｎx を比較し、モー
タ速度ｎx が大きいときのみ、最大回転速度ｎmax を記
憶するレジスタの値をこのモータ速度ｎx に書替え、か
つ、前述と同様に、最大モータ速度を記憶するＤataｎ
レジスタの値を当該サンプリング時の日時に書替える。
次に、サンプリング回数を係数するカウンタＮx-1 に
「１」を加算し（ステップＳ１１）、該カウンタの値に
サンプリング周期時間Δｔを乗じて総作動時間Ｔｔを求
め（ステップＳ１２）、さらに、この総作動時間Ｔｔの
時間単位（端数は切り捨て）の作動時間Ｔｔ´を求める
（ステップＳ１３）。
【００３０】そして、ステップＳ６で求めた平均駆動ト
ルクに減速機の減速比Ｒ1 、減速効率ηを乗じて減速機
２の出力軸２６から出力される減速機の出力トルクを求
めるが、本実施例では減速機としてＲＶ減速機を使用し
ているものとし、該ＲＶ減速機はコロ軸受を基本とする
減速機であるから、Ｐ＝１０／３で、コロ軸受用平均駆
動トルクＴmpx ＝Ｔm(10/3)xに減速比Ｒ１、減速効率η
を乗じて減速機の平均出力トルクＴ0m(10/3)（＝Ｔ
m(10/3)x×Ｒ1 ×η）を求める、また、ステップＳ６で
求めた平均回転速度ｎmxに減速比Ｒ1 の逆数を乗じて減
速機２４の出力軸２６の平均回転速度ｎ0m（＝ｎmx×１
／Ｒ1 ）を求め（ステップＳ１４）、求められた平均出
力トルクＴ0m(10/3)、平均回転速度ｎ0mによって数式７
の演算を行なって（Ｐ＝１０／３とし演算を行なう）減
速機の寿命Ｌ時間10R(10/3) を求める（ステップＳ１
５）。そして、（ステップＳ１３で求めた総作動時間Ｔ
ｔ´を上記減速機の寿命時間Ｌ10R(10/3) で除して減速
機の定格寿命比Ｒr1（＝Ｔｔ´／Ｌ10r(10/3) ）を求
め、この値をレジスタに記憶する（ステップＳ１６）。
次に、上記の処理で求められ、不揮発性メモリ１４内の
各レジスタに格納されている、モータのモータ軸から出
力される駆動トルクＴax、回転速度ｎx 、コロ軸受用平
均駆動トルクＴm(10/3)x、玉軸受用平均駆動トルクＴ
m3x 、平均回転速度ｎmx、総作動時間Ｔｔ、最大駆動ト
ルクＴamaxとその日時、最大回転速度ｎmax とその日
時、減速機の寿命時間Ｌ10R(10/3) 、減速機の定格寿命
比Ｒr1をＣＲＴ表示装置１５の画面若しくは教示操作盤
１６のディスプレイに表示する。
ルクに減速機の減速比Ｒ1 、減速効率ηを乗じて減速機
２の出力軸２６から出力される減速機の出力トルクを求
めるが、本実施例では減速機としてＲＶ減速機を使用し
ているものとし、該ＲＶ減速機はコロ軸受を基本とする
減速機であるから、Ｐ＝１０／３で、コロ軸受用平均駆
動トルクＴmpx ＝Ｔm(10/3)xに減速比Ｒ１、減速効率η
を乗じて減速機の平均出力トルクＴ0m(10/3)（＝Ｔ
m(10/3)x×Ｒ1 ×η）を求める、また、ステップＳ６で
求めた平均回転速度ｎmxに減速比Ｒ1 の逆数を乗じて減
速機２４の出力軸２６の平均回転速度ｎ0m（＝ｎmx×１
／Ｒ1 ）を求め（ステップＳ１４）、求められた平均出
力トルクＴ0m(10/3)、平均回転速度ｎ0mによって数式７
の演算を行なって（Ｐ＝１０／３とし演算を行なう）減
速機の寿命Ｌ時間10R(10/3) を求める（ステップＳ１
５）。そして、（ステップＳ１３で求めた総作動時間Ｔ
ｔ´を上記減速機の寿命時間Ｌ10R(10/3) で除して減速
機の定格寿命比Ｒr1（＝Ｔｔ´／Ｌ10r(10/3) ）を求
め、この値をレジスタに記憶する（ステップＳ１６）。
次に、上記の処理で求められ、不揮発性メモリ１４内の
各レジスタに格納されている、モータのモータ軸から出
力される駆動トルクＴax、回転速度ｎx 、コロ軸受用平
均駆動トルクＴm(10/3)x、玉軸受用平均駆動トルクＴ
m3x 、平均回転速度ｎmx、総作動時間Ｔｔ、最大駆動ト
ルクＴamaxとその日時、最大回転速度ｎmax とその日
時、減速機の寿命時間Ｌ10R(10/3) 、減速機の定格寿命
比Ｒr1をＣＲＴ表示装置１５の画面若しくは教示操作盤
１６のディスプレイに表示する。
【００３１】なお、本実施例では、減速機として基本構
成がコロ軸受で構成されたＲＶ減速機を用いた例を示し
たが、玉軸受を基本構成とする減速機の場合には、ステ
ップＳ１４で玉軸受用平均駆動トルクＴm3x に減速比Ｒ
1 、減速効率ηを用いて減速機の平均出力トルクＴ0m3x
を求め、この平均出力トルクＴ0m3xと平均回転速度ｎ0m
により数式７の演算を行なって減速機の寿命Ｌ10R3を求
め、さらに、この寿命によってステップＳ１６で定格寿
命比Ｒr1を求めることになる。
成がコロ軸受で構成されたＲＶ減速機を用いた例を示し
たが、玉軸受を基本構成とする減速機の場合には、ステ
ップＳ１４で玉軸受用平均駆動トルクＴm3x に減速比Ｒ
1 、減速効率ηを用いて減速機の平均出力トルクＴ0m3x
を求め、この平均出力トルクＴ0m3xと平均回転速度ｎ0m
により数式７の演算を行なって減速機の寿命Ｌ10R3を求
め、さらに、この寿命によってステップＳ１６で定格寿
命比Ｒr1を求めることになる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、ロボットの各軸を駆動するモ
ータの出力トルクから、モータ自身内で費やされるロー
タを加減速するトルク等のトルクを減じて実際にロボッ
トの駆動系に出力されるトルク、すなわち駆動系にかか
る負荷をモニタできるようにしたから、駆動系の予防保
守、オーバホール、寿命の時期の判断が容易となる。ま
た、使用した減速機の寿命についても定格寿命比で表示
されるから、減速機寿命も簡単に予測できる。
ータの出力トルクから、モータ自身内で費やされるロー
タを加減速するトルク等のトルクを減じて実際にロボッ
トの駆動系に出力されるトルク、すなわち駆動系にかか
る負荷をモニタできるようにしたから、駆動系の予防保
守、オーバホール、寿命の時期の判断が容易となる。ま
た、使用した減速機の寿命についても定格寿命比で表示
されるから、減速機寿命も簡単に予測できる。
【図１】本発明の一実施例の作動原理を説明する説明図
である。
である。
【図２】同実施例におけるロボット制御系のブロック図
である。
である。
【図３】同実施例におけるモニタ処理のフローチャート
の一部である。
の一部である。
【図４】図３の続きのフローチャートである。
１０ ロボット制御装置 Ｍ，Ｍ１〜ＭL サーボモータ ２０，２０−１〜２０−Ｌ エンコーダ ２１ モータの出力軸（ロータ軸） ２２，２３ 歯車 ２４ 減速機 ２５ 減速機の入力軸 ２６ 減速機の出力軸 ２７ ロボットアーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−38175（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−252779（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−242406（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−252776（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/00 B25J 19/06
Claims (3)
- 【請求項１】 モータにより減速機を備える駆動機構を
介してロボット各軸を駆動制御するロボット制御装置に
おいて、所定周期毎にモータ速度、モータ駆動電流をサ
ンプリングする手段と、モータ速度よりモータの回転角
加速度を求める手段と、モータ速度、回転角加速度及び
モータの駆動電流より、モータの出力トルクからモータ
内部で費やされるトルクを減じてモータ軸が出力する駆
動トルクを算出する駆動トルク算出手段と、上記モータ
速度、駆動トルク及び当該軸が作動している総作動時間
より平均駆動トルクを求める手段とを備え、減速機の定
格トルクと定格回転数と上記減速機の出力軸の平均駆動
トルク及び平均回転数より定格寿命時間を求め、上記総
作業時間を加味し、寿命に関する情報を表示するロボッ
トの負荷をモニタするロボット制御装置。 - 【請求項２】 上記平均駆動トルクを求める手段は、駆
動機構の構成が玉軸受を基本としているものに適用する
場合の３乗平均と、コロ軸受を基本とするものに適用す
る場合の１０／３乗平均の２つを求め、上記表示手段に
両者が表示される請求項１記載のロボットの負荷をモニ
タするロボット制御装置。 - 【請求項３】 上記駆動トルク、モータの速度の最大値
をそれぞれ記憶する記憶手段を備え、求めた駆動トルク
及びモータの速度が記憶したものより大きいときは記憶
手段に記憶する最大値を書換えて更新すると共に、上記
表示手段は、この最大駆動トルク及び最大モータ速度を
も表示する請求項１または請求項２記載のロボットの負
荷をモニタするロボット制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26552693A JP3357143B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | ロボットの負荷をモニタするロボット制御装置 |
| PCT/JP1994/001582 WO1995009479A1 (fr) | 1993-09-30 | 1994-09-27 | Dispositif de commande de robot permettant de surveiller la charge appliquee audit robot |
| US08/446,713 US5587635A (en) | 1993-09-30 | 1994-09-27 | Robot control apparatus for monitoring load on robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26552693A JP3357143B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | ロボットの負荷をモニタするロボット制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07107767A JPH07107767A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3357143B2 true JP3357143B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=17418364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26552693A Expired - Fee Related JP3357143B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | ロボットの負荷をモニタするロボット制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5587635A (ja) |
| JP (1) | JP3357143B2 (ja) |
| WO (1) | WO1995009479A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017003796A1 (de) | 2016-04-26 | 2017-10-26 | Fanuc Corporation | Produktionsmanagementgerät, das die betriebslast von produktionsmaschinen verringert |
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