JP7385298B2 - 既存のサーボドライブ変数を使用したモーションシステムの状態管理 - Google Patents
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Description
A=V/Δt=P/Δt^2
一般的なサーボドライブで使用される上記の既存の変数を使用して、次の3つの作動状態パラメータを既存のサーボ変数から算出できる。
2.位置と速度に基づくトルクモデル
3.総衝撃値
これらの3つの作動状態パラメータは、モーションシステム400の状態の良好な指標を提供し、モーションシステムで発生する可能性のある将来の故障の予測を可能にする。たとえば、摩擦係数の上昇が検出された場合、摩擦が増大しており、ベアリングの摩耗や潤滑剤の喪失があると判断できる。また、通常のトルクモデルからの逸脱がある場合、同じ作業を実行するにはより多くのトルクが必要であることに注意することができる。トルク偏差の増加は、同じ作業を行うためにトルクの増加を必要とするシステムの何らかの障害または劣化を示している可能性がある。別の例として、総衝撃値が増大している場合、機械システムへの応力が増大し、リンク装置、ギア、またはベルトの寿命が尽きたことを示している可能性がある。
ここで、Tはトルク、Jは慣性、Aは加速度、Bは粘性摩擦係数、wは速度、Cはクーロン摩擦係数、dwは速度の方向である。
T=Kt*I
ここで、Tはトルク、Ktはトルク定数、Iは駆動電流である。したがって、式1は次のように表すことができる。
加速度は、デルタ時間における速さの変化または時間の変化である。速さは、デルタ時間における位置の変化である。したがって、速さ(速度)と加速度は次のように表すことができる。
A=V/Δt=P/Δt^2
したがって、式2は次のように表すことができる。
式3において、モータの慣性Jはわかっている。したがって、2つの未知の値はC(クーロン摩擦値)とB(粘性係数値)である。式における他のすべての変数Kt,I,P,J,Δt,dwは既知である。多くのサンプル値を取得して回帰分析を使用することにより、粘性およびクーロン摩擦係数値B,Cを決定できる。粘性およびクーロン摩擦係数値B,Cは、モーションシステム400の状態指標値である。
ここで、Fは力、Mは質量、Aは加速度である。
衝撃は、システムに加えられる力の変化として定義され、次の式で表すことができる。
上記の式は、力の変化が加速度の変化に比例することを定義している。
加速度の変化の大きさを判定することにより、衝撃の量を決定することができる。加速度グラフの例を図7に示し、これは、衝撃の総量を算出するために使用できる。加速度グラフは、加速度変化の5つのインスタンス702,704,706,708,710を示している。第1のインスタンス702では、加速度は4から0にまで、4だけ変化した。第2のインスタンス704では、加速度は0から-2にまで、2だけ変化した。第3のインスタンス706では、加速度は-2から0にまで、2だけ変化した。第4のインスタンス708では、加速度は0から4にまで、4だけ変化した。第5のインスタンス710では、加速度は4から0にまで、4だけ変化した。したがって、衝撃の総量は次のように算出される。
ここで、Jは慣性(Mの角度置換)である。
総衝撃値は、モーションシステム400の寿命にわたって加算され、モーションシステムに加えられた応力と歪みと摩耗との総量として決定される。したがって、累積総衝撃値を使用して、機械システムの残りの寿命を決定することができるとともに、モーションシステムの交換またはメンテナンスのスケジュールを決定することができる。したがって、総衝撃値は、モーションシステム400の別の状態指標値である。
Claims (18)
- サーボドライブを備えたモーションシステムの状態を管理する方法であって、
モーションコマンドに応答して前記モーションシステムのモータを駆動するために前記サーボドライブによって使用されるモーション変数を収集すること、
収集された前記モーション変数のみを使用して、前記モーションシステムに関する状態指標値を算出すること、および
前記状態指標値に応答して、前記モーションシステムのメンテナンスのための通知を生成すること、を含み、
前記状態指標値は、収集された前記モーション変数に基づく加速度の変化を使用して算出される総衝撃値を含む、方法。 - 前記サーボドライブによって使用されるモーション変数を収集することは、位置値、速度値、および駆動電流値のうちの少なくとも1つを収集することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記状態指標値は、前記サーボドライブによって使用される収集された前記モーション変数のみを使用して算出される摩擦係数値を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記摩擦係数値は、粘性摩擦係数値またはクーロン摩擦係数値である、請求項3に記載の方法。
- 前記粘性摩擦係数値および前記クーロン摩擦係数値のうちの少なくとも1つは、式T=J*A+B*w+C*(dw)を使用して導出され、Tはトルク、Jは慣性、Aは加速度、Bは粘性摩擦係数値、wは速度値、Cはクーロン摩擦係数値、dwは速度の方向である、請求項4に記載の方法。
- 前記状態指標値は、現在のトルク値と、収集された前記モーション変数に基づくトルクモデルからのモデルトルク値とを使用して算出されるトルク偏差値を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記トルクモデルは、速度、位置およびトルクの値によって定義される3次元モデルである、請求項6に記載の方法。
- 複数のインスタンスにおける加速度の変化の大きさの和を算出するとともに、前記和に前記モーションシステムの慣性を乗算することによって、前記総衝撃値を算出することを含む、請求項1に記載の方法。
- サーボドライブを備えたモーションシステムの状態を管理する方法であって、
前記サーボドライブを使用して前記モーションシステムのモータを駆動することによって、3次元トルクモデルを構築するための一連の動作を実行すること、
前記モータが駆動されているときに、前記モータを駆動するために使用される電流I、前記モータの位置P、および前記モータの速度Vを、各動作について一緒に同時に収集することによって、電流I、位置P、および速度Vの複数のセットを生成すること、
前記電流I、前記位置P、および前記速度Vの各セットについて、式T=Kt*Iを使用して対応するトルク値を算出することであって、Tはトルク値であり、Ktはトルク定数であり、Iは駆動電流であること、
前記位置P、速度V、および対応するトルク値を使用して、前記モーションシステムについての前記3次元トルクモデルを構築することであって、前記3次元トルクモデルは、位置、速度、およびトルクによって定義される空間内の3次元モデルであること、
前記3次元トルクモデルを構築した後、モーションコマンドに応答して前記モーションシステムの前記モータを駆動するために前記サーボドライブによって使用されるモーション変数を収集することであって、前記モーション変数は、前記モータを駆動するための実際の電流I、前記モータの実際の位置P、および前記モータの実際の速度Vを含むこと、
収集された前記モーション変数のみを使用して、前記モーションシステムに関する状態指標値を算出すること、および
前記状態指標値に応答して、前記モーションシステムのメンテナンスのための通知を生成すること、を含み、
前記状態指標値を算出することは、
前記実際の電流Iを用いて実際のトルク値を演算すること、および
前記実際のトルク値と前記3次元トルクモデルからのモデルトルク値との間の差をとることによって、前記状態指標値として使用されるトルク偏差値を導出すること、を含み、前記モデルトルク値は、前記実際の位置Pおよび前記実際の速度Vを使用して選択される、方法。 - モーションシステムであって、
モータと、
前記モータを駆動するように構成されたサーボドライブと、を備え、
前記サーボドライブは、メモリと、少なくとも1つのプロセッサと、を含み、該プロセッサは、
モーションコマンドに応答して前記モーションシステムの前記モータを駆動するために前記サーボドライブによって使用されるモーション変数を収集し、
収集された前記モーション変数のみを使用して、前記モーションシステムに関する状態指標値を算出し、
前記状態指標値に応答して、前記モーションシステムのメンテナンスのための通知を生成する、ように構成され、
前記状態指標値は、収集された前記モーション変数に基づく加速度の変化を使用して算出される総衝撃値を含む、モーションシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、位置値、速度値、および駆動電流値のうちの少なくとも1つを収集するように構成される、請求項10に記載のモーションシステム。
- 前記状態指標値は、前記サーボドライブによって使用される収集された前記モーション変数のみを使用して算出される摩擦係数値を含む、請求項10に記載のモーションシステム。
- 前記摩擦係数値は、粘性摩擦係数値またはクーロン摩擦係数値である、請求項12に記載のモーションシステム。
- 前記粘性摩擦係数値および前記クーロン摩擦係数値のうちの少なくとも1つは、式T=J*A+B*w+C*(dw)を使用して導出され、Tはトルク、Jは慣性、Aは加速度、Bは粘性摩擦係数値、wは速度値、Cはクーロン摩擦係数値、dwは速度の方向である、請求項13に記載のモーションシステム。
- 前記状態指標値は、現在のトルク値と、収集された前記モーション変数に基づくトルクモデルからのモデルトルク値とを使用して算出されるトルク偏差値を含む、請求項10に記載のモーションシステム。
- 前記トルクモデルは、速度、位置およびトルクの値によって定義される3次元モデルである、請求項15に記載のモーションシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、複数のインスタンスにおける加速度の変化の大きさの和を算出するとともに、前記和に前記モーションシステムの慣性を乗算することによって、前記総衝撃値を算出するように構成される、請求項10に記載のモーションシステム。
- モーションシステムであって、
モータと、
前記モータを駆動するように構成されたサーボドライブと、を備え、
前記サーボドライブは、メモリと、少なくとも1つのプロセッサと、を含み、該プロセッサは、
前記モーションシステムの前記モータを駆動することによって、3次元トルクモデルを構築するための一連の動作を実行すること、
前記モータが駆動されているときに、前記モータを駆動するために使用される電流I、前記モータの位置P、および前記モータの速度Vを、各動作について一緒に同時に収集することによって、電流I、位置P、および速度Vの複数のセットを生成すること、
前記電流I、前記位置P、および前記速度Vの各セットについて、式T=Kt*Iを使用して対応するトルク値を算出することであって、Tはトルク値であり、Ktはトルク定数であり、Iは駆動電流であること、
前記位置P、速度V、および対応するトルク値を使用して、前記モーションシステムについての前記3次元トルクモデルを構築することであって、前記3次元トルクモデルは、位置、速度、およびトルクによって定義される空間内の3次元モデルであること、
前記3次元トルクモデルを構築した後、モーションコマンドに応答して前記モーションシステムの前記モータを駆動するために前記サーボドライブによって使用されるモーション変数を収集することであって、前記モーション変数は、前記モータを駆動するための実際の電流I、前記モータの実際の位置P、および前記モータの実際の速度Vを含むこと、
収集された前記モーション変数のみを使用して、前記モーションシステムに関する状態指標値を算出すること、および
前記状態指標値に応答して、前記モーションシステムのメンテナンスのための通知を生成すること、を実行するように構成され、
前記状態指標値を算出することは、
前記実際の電流Iを用いて実際のトルク値を演算すること、および
前記実際のトルク値と前記3次元トルクモデルからのモデルトルク値との間の差をとることによって、前記状態指標値として使用されるトルク偏差値を導出すること、を含み、前記モデルトルク値は、前記実際の位置Pおよび前記実際の速度Vを使用して選択される、モーションシステム。
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