JP7469517B2 - 破損箇所推定装置及び破損箇所推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、破損箇所推定装置及び破損箇所推定方法に関する。

従来、ロボット用の直動案内機構の点検として、スライダ、ガイドレール、グリースの状態を目視で確認することが行われている。しかし、直動案内機構において、スライダの転動面や転動体は内部にあるため、直接点検することは難しい。スライダの転動面や転動体の代わりに、ガイドレールの転動面を点検することも行われているが、その場合にはガイドレールの全長に亘って点検する必要があるため、多大な工数を要する。特に、一般的な直動案内機構では、転動面が４箇所あり、上から見えない部分については、鏡等を使用して確認することになるため、作業に手間と時間がかかる。また、スライダ上にスライド部材が設けられている場合、スライド部材の直下にあるガイドレールの転動面については、スライド部材をスライダと共に移動させながら点検を行う必要があるため、工数が増える。

一方、直動案内機構を有するロボットにおいて、直動案内機構に故障が発生した場合に、直動軸受の変位を測定し、測定した変位に基づいて直動軸受に加わる荷重を算出すると共に、その荷重に適用する剛性を有する直動軸受を選定して、故障の発生した直動軸受と交換する復旧方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１３４６９号公報

産業用のロボットに特有の事情として、動作プログラムを実行したときに、姿勢の変化に伴って重心位置が変化したり、動作パターンにより負荷が変化したりすることがある。そのため、ロボットに設けられた直動案内機構において、ある瞬間にかかる荷重を精度よく算出することは難しい。これは、ロボットに設けられた直動案内機構だけでなく、ロボットのツールに設けられた直動案内機構や、ロボットと協働する直動案内機構についても同様である。

本発明の目的は、ロボット用の直動案内機構において、破損が生じやすい箇所をより正確に抽出することができる破損箇所推定装置及び破損箇所推定方法を提供することにある。

本開示の一態様は、ロボット用の直動案内機構の破損箇所を推定する破損箇所推定装置であって、前記直動案内機構は、ガイドレールに直動自在に設けられる１以上のスライダと、前記スライダに設けられるスライド部材とを備えており、前記ロボットの動作プログラムを実行したときの各時刻における前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力を取得するデータ取得部と、前記データ取得部で取得された前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力と、幾何パラメータとに基づいて、前記各時刻において前記スライド部材の基準位置に作用する外力及びモーメントを算出する外力及びモーメント算出部と、前記外力及びモーメント算出部で算出された前記基準位置に作用する外力及びモーメントと、前記スライド部材の前記基準位置から前記スライダの重心位置までの距離とに基づいて、前記各時刻において前記スライダに作用する荷重を算出する荷重算出部と、前記荷重算出部で算出された前記各時刻において前記スライダに作用する荷重と、等価荷重の計算式とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの等価荷重を算出する等価荷重算出部と、前記等価荷重算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの等価荷重と、安全推定要素とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの破損推定値を算出する破損推定値算出部と、前記破損推定値算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの前記破損推定値と、前記各時刻における前記スライダの前記ガイドレール上の位置とに基づいて、前記直動案内機構の推定破損箇所を抽出する推定破損箇所抽出部と、を備える破損箇所推定装置である。

本開示の他の一態様は、ロボットに設けられた直動案内機構又はロボットと協働する直動案内機構の推定破損箇所を抽出する破損箇所推定方法であって、ロボット用の直動案内機構の破損箇所を推定する破損箇所推定装置であって、前記直動案内機構は、ガイドレールに直動自在に設けられる１以上のスライダと、前記スライダに設けられるスライド部材とを備えており、前記ロボットの動作プログラムを実行したときの各時刻における前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力を取得するデータ取得工程と、前記データ取得工程で取得された前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力と、幾何パラメータとに基づいて、前記各時刻において前記スライド部材の基準位置に作用する外力及びモーメントを算出する外力及びモーメント算出工程と、前記外力及びモーメント算出工程で算出された前記基準位置に作用する外力及びモーメントと、前記スライド部材の前記基準位置から前記スライダの重心位置までの距離とに基づいて、前記各時刻において前記スライダに作用する荷重を算出する荷重算出工程と、前記荷重算出工程で算出された前記各時刻において前記スライダに作用する荷重と、等価荷重の計算式とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの等価荷重を算出する等価荷重算出工程と、前記等価荷重算出工程で算出された前記各時刻における前記スライダの等価荷重と、安全推定要素とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの破損推定値を算出する破損推定値算出工程と、前記破損推定値算出工程で算出された前記各時刻における前記スライダの前記破損推定値と、前記各時刻における前記スライダの前記ガイドレール上の位置とに基づいて、前記直動案内機構の推定破損箇所を抽出する推定破損箇所抽出工程と、を含む破損箇所推定方法である。

本発明に係る破損箇所推定装置及び破損箇所推定方法によれば、ロボット用の直動案内機構において、破損が生じやすい箇所をより正確に抽出することができる。

第１実施形態のロボットシステム１の全体構成図である。 ロボット１０に設けられた破損箇所推定装置３０を示す概念図である。 ロボット１０に設けられた破損箇所推定装置３０を示す概念図である。 ロボット１０と協働する直動案内機構１００の概念図である。 直動案内機構１００の具体例を示す斜視図である。 図３に示すガイドレール１１０とスライダ１２０のｘ－ｙ断面図である。 直動案内機構１００の平面図である。 推定破損箇所抽出部３６において直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する処理を説明する図である。 破損箇所推定装置３０において実行される推定破損箇所抽出プログラムの処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態のロボットシステム１Ａの全体構成図である。 スライダ１２０に作用する荷重Ｐとスライダ１２０の寿命Ｅとの関係を説明する図である。 推定破損箇所抽出部３６Ａにおいて直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する処理を説明する図である。 破損箇所推定装置３０Ａにおいて実行される推定破損箇所抽出プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る破損箇所推定装置及び破損箇所推定方法の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。
本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、ほぼ平行、ほぼ直交等とみなせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のロボットシステム１の全体構成図である。図２Ａ及び図２Ｂは、ロボット１０に設けられた破損箇所推定装置３０を示す概念図である。図２Ｃは、ロボット１０と協働する直動案内機構１００の概念図である。図３は、直動案内機構１００の具体例を示す斜視図である。図４は、図３に示すガイドレール１１０とスライダ１２０のｘ－ｙ断面図である。図５は、直動案内機構１００の平面図である。

図１に示すように、ロボットシステム１は、ロボット１０、ロボット制御装置２０及び破損箇所推定装置３０を備えている。ロボットシステム１において、ロボット１０とロボット制御装置２０との間及びロボット制御装置２０と破損箇所推定装置３０との間は、それぞれ信号ケーブル（不図示）により電気的に接続されている。なお、第１実施形態におけるロボット１０及びロボット制御装置２０の構成は、後述する第２実施形態のロボットシステム１Ａにおいても同じである。

（ロボット１０）
ロボット１０は、ロボット制御装置２０（後述）の制御に基づいて、例えば、部品のハンドリング、組み立て、溶接等の作業を行う装置である。ロボット１０は、ロボット制御装置２０から送信される動作指令に基づいて、各部を動作させるサーボモータ（不図示）を駆動することにより、上述した作業に応じた動作パターンを実行する。ロボット１０は、直動案内機構１００（後述）を備えている。直動案内機構１００は、図２Ａ～図２Ｃに示すように、アーム１１（図２Ａ）、ツール１２（図２Ｂ）又はロボット１０（図２Ｃ）を、ガイドレール１１０の方向に沿って直線的に移動させる装置である。図２Ａ～図２Ｃに示すように、直動案内機構１００は、ロボット１０に設けられる形態もあるし、ロボット１０と協働するように設けられる形態もある。

図２Ａに示す直動案内機構１００は、アーム１１を直動させるために、ロボット１０の本体に設けられている。図２Ａに示す形態の場合、ロボット１０の各部が振り子のように動作するため、スライダ１２０（図３参照）に作用する負荷としては、ロボット１０の各部が動作したときの慣性力による負荷の比率が大きくなる。

図２Ｂに示す直動案内機構１００は、ロボット１０のアーム１１に保持されたツール１２に設けられている。図２Ｂに示す形態の場合、ロボット１０の各部が振り子のように動作するため、スライダ１２０に作用する負荷としては、ロボット１０の各部が動作したときの慣性力による負荷と重力（ツール１２の重量）による負荷の比率が大きくなる。

図２Ｃに示す直動案内機構１００は、ロボット１０を使用したシステムにおいて、ロボット１０と協働するように設けられている。図２Ｃに示す形態の場合、スライダ１２０に作用する負荷としては、重力（ロボット１０の重量）による負荷の比率が大きくなる。
なお、本明細書では、図２Ａ及び図２Ｂに示すような形態のロボット１０と、図２Ｃに示すようなロボット１０を使用したシステムを総称して「ロボット１０」ともいう。

図２Ａ～図２Ｃにおいて、矢印Ａは、直動案内機構１００において、スライド部材１３０又はガイドレール１１０（図３参照）が移動する方向（直動軸の方向）を示している。直動案内機構１００において、スライド部材１３０の駆動部分を、例えば、ボールねじ及びモータを主体として構成した場合、ボールねじの軸方向が直動軸の方向となる。なお、本実施形態では、図２Ａに示すように、ロボット１０の本体に直動案内機構１００が設けられた形態を例として説明するが、ロボット１０と直動案内機構１００の形態は、図２Ｂや図２Ｃに示す形態であってもよい。

図３に示すように、本実施形態の直動案内機構１００は、２本のガイドレール１１０と、４個のスライダ１２０と、スライド部材１３０とを備えている。ガイドレール１１０は、移動するスライダ１２０を延在方向に沿って直線的に案内する部材である。２本のガイドレール１１０は、それぞれの延在方向（ｚ方向）が平行となるように、幅方向（ｙ方向）に等間隔に配置されている。ガイドレール１１０には、図４に示すように、４箇所に軸受１１１が設けられている。各軸受１１１は、ガイドレール１１０の延在方向に沿って設けられている。

２本のガイドレール１１０には、延在方向に沿ってそれぞれ２個のスライダ１２０が取り付けられている。スライダ１２０は、図４に示すように、断面が略逆凹形状となる部分を有する部材である。内側の４箇所に軸受１２１が設けられている。スライダ１２０の軸受１２１とガイドレール１１０の軸受１１１との間には、複数の転動体１４０が環状に嵌め込まれている。

スライド部材１３０は、ロボット１０のアーム１１（図２Ａ参照）、ロボット１０のアーム１１に保持されたツール１２（図２Ｂ参照）又はロボット１０（図２Ｃ参照）が取り付けられる板状の部材である。スライド部材１３０は、４個のスライダ１２０の上に取り付けられている。具体的には、スライド部材１３０は、図５に示すように、平面視で四隅のそれぞれの下部に配置されたスライダ１２０の上に取り付けられている。

（ロボット制御装置２０）
ロボット制御装置２０は、ロボット１０を制御して、ロボット１０に所定の作業を行わせる装置である。図１に示すように、ロボット制御装置２０は、制御部２１、操作入力部２２、表示部２３及び記憶部２４を備えている。
制御部２１は、ロボット１０の動作を統括的に制御するユニットであり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ等を含むマイクロプロセッサにより構成される。制御部２１には、ロボット１０の各動作を記述した動作プログラムが与えられる。制御部２１は、与えられた動作プログラムに基づいて、例えば、直動軸を駆動するサーボモータへの移動指令等を含む動作指令を作成する。そして、作成した動作指令をロボット１０に信号ケーブル（不図示）を介して送信することにより、ロボット１０の動作を制御する。これにより、ロボット１０による所定の作業が実行される。

操作入力部２２は、ロボット１０のオペレータが入力する各種の数値データ、操作指示、動作指示等を取得する装置である。操作入力部２２は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等（不図示）により構成される。操作入力部２２から入力された各種の数値データ等は、例えば、記憶部２４に記憶される。

表示部２３は、各種のデータ、メッセージ、図形等を表示可能なディスプレイ装置である。
記憶部２４は、主に制御部２１で実行される各種のプログラム、データ等が記憶される記憶装置である。記憶部２４は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク装置等により構成される。

（破損箇所推定装置３０）
破損箇所推定装置３０は、ロボット１０に設けられた直動案内機構１００（図２Ａ参照）の推定破損箇所を抽出する装置である。破損箇所推定装置３０において、後述するデータ取得部３１、外力及びモーメント算出部３２、荷重算出部３３、等価荷重算出部３４、安全係数算出部３５及び推定破損箇所抽出部３６は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ等を含むマイクロプロセッサにより構成される。マイクロプロセッサは、メモリに記憶されたシステムシステム、アプリケーションプログラム等を読み出して実行することにより、各ハードウェアと協働して、後述する破損箇所の推定処理を実行する。

破損箇所推定装置３０は、データ取得部３１、外力及びモーメント算出部３２、荷重算出部３３、等価荷重算出部３４、安全係数算出部３５、推定破損箇所抽出部３６、表示部（位置情報出力部）３７及び記憶部３８を備えている。なお、データ取得部３１、外力及びモーメント算出部３２、荷重算出部３３、等価荷重算出部３４、安全係数算出部３５及び推定破損箇所抽出部３６の機能は、その一部又は全部をロボット制御装置２０の制御部２１で実行するようにしてもよい。

データ取得部３１は、ロボット制御装置２０を介して、ロボット１０の動作プログラムを実行したときの各時刻ｔにおけるロボット１０の各軸の動きに係わる物理パラメータ及びロボット１０に作用する外力を取得する。具体的には、データ取得部３１は、ロボット１０の各軸の動きに係わる物理パラメータとして、ロボット１０の各軸の位置、速度、加速度を取得する。なお、データ取得部３１は、上述したロボット１０の各軸の位置、速度、加速度以外にも、例えば、ロボット１０の各軸の姿勢、各軸の基準位置からの移動量等を取得する。

ここで、動作プログラムとは、ロボット制御装置２０又はロボット１０のシミュレーション装置（不図示）において実行されるプログラムであって、ロボット１０に所定の作業を実行させるためのプログラムである。また、ロボット１０に作用する外力とは、ロボット１０の各動作を実行するために必要なトルクの算出値と、実際にロボット１０を動作せたときに必要となったトルクの実測値との差分である。ロボット１０に作用する外力は、例えば、ロボット１０の各部を駆動するサーボモータ（不図示）に供給する電流の指令値と、実際にサーボモータが動作したときの電流値とから算出することができる。

外力及びモーメント算出部３２は、データ取得部３１で取得されたロボット１０の各軸の位置、速度、加速度及びロボット１０に作用する外力と、幾何パラメータとに基づいて、各時刻ｔにおいてスライド部材１３０の基準位置Ｓ_０に作用する外力及びモーメントを算出する。具体的には、外力及びモーメント算出部３２は、図３に示すように、スライド部材１３０の基準位置Ｓ_０に設定した３つの直交する座標軸ｘ，ｙ，ｚの各軸方向における外力及び各座標軸ｘ，ｙ，ｚ回りのモーメントを算出する。なお、スライド部材１３０の基準位置Ｓ_０とは、例えば、スライド部材１３０の重心位置である。また、幾何パラメータとは、例えば、ロボット１０のリンク長やアームの重量等に関するパラメータである。

荷重算出部３３は、外力及びモーメント算出部３２で算出された基準位置Ｓ_０に作用する外力及びモーメントと、スライド部材１３０の基準位置Ｓ_０から各スライダ１２０の重心位置Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４までの距離Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４（図５参照）とに基づいて、各時刻ｔにおいて各スライダ１２０に作用する荷重を算出する。具体的には、荷重算出部３３は、図４に示すように、各スライダ１２０に作用する荷重として、ガイドレール１１０の延在方向と直交するスライダ１２０の高さ方向（ｘ方向）の荷重Ｐ_Ｒｎ及びスライダ１２０の幅方向（ｙ方向）の荷重Ｐ_Ｔｎを算出する。なお、荷重Ｐ_Ｒｎ、Ｐ_Ｔｎ等の付号に含まれる「ｎ」は、４個（ｎ＝１～４）あるスライダ１２０の任意の一つを示している。すなわち、荷重算出部３３は、各時刻ｔにおいて、４個のスライダ１２０のそれぞれに作用する２方向の荷重Ｐ_Ｒｎ及びＰ_Ｔｎを算出する。

等価荷重算出部３４は、荷重算出部３３で算出された各時刻ｔにおいて各スライダ１２０に作用する荷重Ｐ_Ｒｎ及びＰ_Ｔｎと、等価荷重の計算式とに基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重を算出する。具体的には、等価荷重算出部３４は、各スライダ１２０について計算された２方向の荷重Ｐ_Ｒｎ及びＰ_Ｔｎと、等価荷重の計算式となる下記の式（１）に基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎを算出する。
Ｐ_Ｅｎ＝Ｋｘ・Ｐ_Ｒｎ＋Ｋｙ・Ｐ_Ｔｎ・・・（１）
式（１）において、Ｋｘ、Ｋｙは、直動案内機構１００に固有の等価係数である。

安全係数算出部（破損推定値算出部）３５は、等価荷重算出部３４で算出された各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎと、安全係数の計算式（安全推定要素）とに基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の静的安全係数（破損推定値）を算出する。具体的には、安全係数算出部３５は、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎと、安全係数の計算式となる下記の式（２）に基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の静的安全係数Ｆ_Ｓｎを算出する。
Ｆ_Ｓｎ＝Ｃ_０／Ｐ_Ｅｎ・・・（２）
式（２）において、Ｃ_０は、直動案内機構１００に固有の基本静定格荷重である。
式（２）により算出される静的安全係数Ｆ_Ｓｎは、等価荷重Ｐ_Ｅｎと反比例の関係となる。すなわち、式（２）において、等価荷重Ｐ_Ｅｎが大きくなるにつれて、静的安全係数Ｆ_Ｓｎは低くなる。また、式（２）において、等価荷重Ｐ_Ｅｎが小さくなるにつれて、静的安全係数Ｆ_Ｓｎは高くなる。

推定破損箇所抽出部３６は、安全係数算出部３５で算出された各時刻ｔにおける各スライダ１２０の静的安全係数Ｆ_Ｓｎと、各時刻ｔにおける各スライダ１２０のガイドレール１１０上の位置（図３参照）とに基づいて、直動案内機構１００において破損が生じやすい箇所（以下、「推定破損箇所」ともいう）を抽出する。すなわち、推定破損箇所抽出部３６は、ガイドレール１１０上において静的安全係数Ｆ_Ｓｎが低い箇所を推定破損箇所として抽出する。

次に、推定破損箇所抽出部３６において、直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する処理の具体例について説明する。
図６は、推定破損箇所抽出部３６において直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する処理を説明する図である。図６は、４個のスライダ１２０（図５参照）のうちの任意の一つについて実施される処理を示している。図６の上側は、ロボット１０の動作プログラムを実行したときの時刻ｔ（横軸）と、各時刻ｔにおけるスライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎ（縦軸）との関係を示すグラフである。各時刻ｔにおけるスライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎは、等価荷重算出部３４で算出される。図６の下側は、ロボット１０の動作プログラムを実行したときの時刻ｔ（横軸）と、ガイドレール１１０のｚ方向におけるスライダ１２０の位置（縦軸）との関係を示すグラフである。スライダ１２０の位置は、例えば、ロボット制御装置２０で実行される動作プログラムから取得することができる。また、縦軸（ｚ）に示すスライダ１２０の位置は、ガイドレール１１０上の基準位置（０）からスライダ１２０が移動した距離を示している。図６に示す上側のグラフと下側のグラフにおいて、時刻ｔの時間軸は、一致している。

図６の上側のグラフに示すように、動作プログラムが実行されると、スライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎは、ガイドレール１１０上での位置に応じて刻々と変化する。推定破損箇所抽出部３６は、等価荷重Ｐ_Ｅｎの基準値Ｐ_ＥＬに基づいて、等価荷重Ｐ_Ｅｎが基準値Ｐ_ＥＬ以上となる時刻ｔを抽出する。等価荷重Ｐ_Ｅｎの基準値Ｐ_ＥＬは、基本静定格荷重Ｃ_０に基づいて計算される閾値である。等価荷重Ｐ_Ｅｎが基準値Ｐ_ＥＬ以上となる時間帯は、静的安全係数Ｆ_Ｓｎが低いため、破損が生じやすい動作の時間帯となる。一方、等価荷重Ｐ_Ｅｎが基準値Ｐ_ＥＬ未満となる時間帯は、静的安全係数Ｆ_Ｓｎが高いため、破損が生じにくい時間帯となる。図６の上側のグラフでは、等価荷重Ｐ_Ｅｎが基準値Ｐ_ＥＬ以上となる３つの時間帯ｔｚ１～ｔｚ３が抽出される。

推定破損箇所抽出部３６は、上記時間帯ｔｚ１～ｔｚ３と、図６の下側のグラフに基づいて、等価荷重Ｐ_Ｅｎが基準値Ｐ_ＥＬ以上となる時間帯ｔｚ１～ｔｚ３に対応するスライダ１２０の位置（ガイドレール１１０上のｚ方向の位置）を、推定破損箇所として抽出する。図６に示す例では、スライダ１２０が基準位置（０）から最も離れた位置の２箇所と、基準位置に比較的近い位置の１箇所が推定破損箇所（重要点検箇所）として抽出される。

また、推定破損箇所抽出部３６は、ガイドレール１１０上において、抽出した推定破損箇所とスライド部材１３０とが重ならない位置をスライダ推奨位置データとして算出する。図６に示す例では、ｚＡ～ｚＢの範囲に相当する位置がスライダ推奨位置データとなる。スライダ推奨位置データは、例えば、ガイドレール１１０のｚ方向において、抽出した推定破損箇所を除いた範囲の長さＬ１とスライド部材１３０の長さＬ２（図３に示すｚ方向の長さ）とを比較する。そして、Ｌ１≧Ｌ２となる範囲が存在する場合、その範囲の基準位置からの始点と終点の位置を求めることにより算出することができる。

推定破損箇所抽出部３６は、抽出した推定破損箇所に関する推定破損箇所データ、抽出した推定破損箇所におけるロボット１０の各軸（直動軸を含むすべての軸）の位置に関する軸位置データ及び抽出した推定破損箇所とスライド部材１３０とが重ならない位置を示すスライダ推奨位置データを記憶部３８（後述）に記憶させる。そして、推定破損箇所抽出部３６は、ロボット制御装置２０（図１参照）を介して入力されたオペレータの指示に基づいて、推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データを表示部３７（後述）に表示させる。

表示部３７は、各種のデータ、メッセージ、図形等を表示可能なディスプレイ装置である。表示部３７には、推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データが位置情報として表示される。
記憶部３８は、上述したデータ取得部３１、外力及びモーメント算出部３２、荷重算出部３３、等価荷重算出部３４、安全係数算出部３５、推定破損箇所抽出部３６で実行される各種のプログラム、データ等が記憶される記憶装置である。記憶部３８は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク装置等により構成される。

次に、第１実施形態の破損箇所推定装置３０において、直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する処理の具体例について説明する。
図７は、破損箇所推定装置３０において実行される推定破損箇所抽出プログラムの処理手順を示すフローチャートである。図７に示す推定破損箇所抽出プログラムの処理は、ロボット１０の動作プログラムと同期して実行される。

図７のステップＳ１０１において、データ取得部３１は、ロボット１０の動作プログラムを実行したときの各時刻ｔにおけるロボット１０の各軸の動きに係わる物理パラメータ（ロボット１０の各軸の位置、速度、加速度）及びロボット１０に作用する外力を取得する（データ取得工程）。

ステップＳ１０２において、外力及びモーメント算出部３２は、データ取得部３１で取得されたロボット１０の各軸の位置、速度、加速度及びロボット１０に作用する外力と、幾何パラメータとに基づいて、各時刻ｔにおいてスライド部材１３０の基準位置Ｓ_０に作用する外力及びモーメントを算出する（外力及びモーメント算出工程）。

ステップＳ１０３において、荷重算出部３３は、外力及びモーメント算出部３２で算出された基準位置Ｓ_０に作用する外力及びモーメントと、スライド部材１３０の基準位置Ｓ_０から各スライダ１２０の重心位置Ｓ_１～Ｓ_４までの距離Ｌ_１～Ｌ_４（図５参照）とに基づいて、各時刻ｔにおいて各スライダ１２０に作用する荷重を算出する（荷重算出工程）。

ステップＳ１０４において、等価荷重算出部３４は、荷重算出部３３で算出された各時刻ｔにおいて各スライダ１２０に作用する荷重Ｐ_Ｒｎ及びＰ_Ｔｎと、等価荷重の計算式とに基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重を算出する（等価荷重算出工程）。

ステップＳ１０５において、安全係数算出部３５は、等価荷重算出部３４で算出された各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎと、安全係数の計算式とに基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の静的安全係数を算出する（安全係数算出工程：破損推定値算出工程）。

ステップＳ１０６において、推定破損箇所抽出部３６は、安全係数算出部３５で算出された各時刻ｔにおける各スライダ１２０の静的安全係数Ｆ_Ｓｎと、各時刻ｔにおける各スライダ１２０のガイドレール１１０上の位置（図３参照）とに基づいて、直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する（推定破損箇所抽出工程）。ステップＳ１０６の終了後、推定破損箇所抽出部３６は、抽出された推定破損箇所に関する推定破損箇所データと、抽出した推定破損箇所におけるロボット１０の各軸の位置に関する軸位置データを記憶部３８に記憶させて、本フローチャートの処理を終了する。
なお、ステップＳ１０６の処理が終了した後、例えば、オペレータの指示に基づいて、推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データを表示部３７に表示させてもよい。

上述した第１実施形態の破損箇所推定装置３０によれば、例えば、以下のような効果を奏する。
第１実施形態の破損箇所推定装置３０においては、ロボット１０の動作プログラムを実行して、ロボット１０の姿勢の変化に伴って重心位置が変化したときや、動作パターンにより負荷が変化したときに直動案内機構１００に加わる荷重の位置と大きさを算出し、この荷重の位置と大きさを用いて推定破損箇所を抽出するようにしたので、ロボット１０に設けられた直動案内機構１００又はロボット１０と協働する直動案内機構１００の推定破損箇所をより正確に抽出することができる。

第１実施形態の破損箇所推定装置３０によれば、破損が生じやすい箇所をより正確に抽出することができるため、直動案内機構１００において、重要点検箇所の絞り込みが容易となる。したがって、第１実施形態の破損箇所推定装置３０を用いることにより、直動案内機構１００の点検作業に要する工数を削減することができる。

第１実施形態の破損箇所推定装置３０によれば、ガイドレール１１０上において、抽出した推定破損箇所とスライド部材１３０とが重ならない位置がスライダ推奨位置データとして算出される。そのため、例えば、動作プログラムの終了時に、算出されたスライダ推奨位置データに基づいて、スライド部材１３０を推定破損箇所と重ならない位置まで移動させておくことができる。これにより、点検時において、スライド部材１３０を推定破損箇所と重ならない位置まで移動させる作業の工数を削減することができる。

第１実施形態の破損箇所推定装置３０によれば、推定破損箇所抽出部３６で抽出又は算出された推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データが表示部３７に表示されるため、オペレータは、ガイドレール１１０上における重要点検箇所やスライド部材１３０の位置を容易に且つ直観的に把握することができる。

第１実施形態の破損箇所推定装置３０によれば、ロボット１０の姿勢の変化に伴う重心位置の変化や動作パターンによる負荷の変化と、直動案内機構１００において破損が生じやすい箇所とのマッチングを行うことができるため、動作プログラムを実行したときに、破損が生じやすいロボット１０の姿勢や動作を抽出ことができる。そのため、新たな動作プログラムを作成したり、ロボットシステムの構築を検討したりする際に、破損が生じやすい姿勢や動作の設定を回避することにより、直動案内機構１００の破損を未然に抑制することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態と相違する部分の構成のみを図示する。また、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図８は、第２実施形態のロボットシステム１Ａの全体構成図である。図９は、スライダ１２０に作用する荷重Ｐとスライダ１２０の寿命Ｅとの関係を説明する図である。

図８に示すロボットシステム１Ａは、破損箇所推定装置３０Ａの構成が第１実施形態と相違する。具体的には、第２実施形態の破損箇所推定装置３０Ａは、第１実施形態の破損箇所推定装置３０の安全係数算出部３５の代わりにスライダ寿命算出部３９を備え、第１実施形態の破損箇所推定装置３０の推定破損箇所抽出部３６の代わりに推定破損箇所抽出部３６Ａを備えている。

スライダ寿命算出部（破損推定値算出部）３９は、等価荷重算出部３４で算出された各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎと、直動案内機構１００に固有の基本動定格荷重（安全推定要素）Ｃと、スライダ寿命の計算式（安全推定要素）とに基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の寿命（破損推定値）を算出する。

直動案内機構１００に固有の基本動定格荷重Ｃとは、一群の同じ直動案内機構１００を同じ条件下で個々に運動させたときに、そのうちの９０％で転がり疲労による材料の破損がなく、予め設定された距離Ｅ_Ｄを走行できるような、方向と大きさが一定の荷重をいう。予め設定された距離Ｅ_Ｄは、例えば、転動体１４０（図４参照）にボールを使用した場合には５０ｋｍ、転動体１４０にローラを使用した場合には１００ｋｍである。

図９に示す荷重－寿命曲線は、スライダ１２０に作用する荷重Ｐと寿命Ｅとの相関関係を表している。図９に示すように、基本動定格荷重Ｃは、距離Ｅ_Ｄ（例えば、５０ｋｍ）と荷重－寿命曲線の対応する位置から特定することができる。なお、スライダ１２０の寿命Ｅは、一群の同じ直動案内機構１００を同じ条件下で個々に運動させたときに、そのうちの９０％がフレーキング（金属表面のうろこ状の剥離）を起こすことなく到達できる総走行距離（ｋｍ）で表される。

スライダ寿命の計算式として、例えば、下記の式（３）又は式（４）を用いることができる。
Ｅ_Ｂ＝（α×Ｃ／Ｐ_Ｅｎ）^３×５０・・・（３）
Ｅ_Ｒ＝（α×Ｃ／Ｐ_Ｅｎ）^１０／３×５０・・・（４）
ここで、式（３）のＥ_Ｂは、転動体１４０にボールを使用した場合のスライダの寿命である。式（４）のＥ_Ｒは、転動体１４０にローラを使用した場合のスライダの寿命である。式（３）及び（４）において、αは、直動案内機構１００の使用条件を考慮した係数である。

推定破損箇所抽出部３６Ａは、スライダ寿命算出部３９で算出された各時刻ｔにおけるスライダの寿命Ｅ（Ｅ_Ｂ又はＥ_Ｒ）と、各時刻ｔにおける各スライダ１２０のガイドレール１１０上の位置（図３参照）とに基づいて、直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する。図１０は、推定破損箇所抽出部３６Ａにおいて、直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する処理を説明する図である。図１０は、４個のスライダ１２０（図５参照）のうちの任意の一つについて実施される処理を示している。図１０は、ガイドレール１１０のｚ方向におけるスライダ１２０の位置（横軸）と、スライダ１２０の寿命Ｅとの関係を示すグラフである。推定破損箇所抽出部３６Ａは、寿命の基準値Ｅｓに基づいて、スライダ１２０の寿命Ｅが基準値Ｅｓ未満となるスライダ１２０の位置（ガイドレール１１０上のｚ方向の位置）を抽出する。図１０に示す例では、ガイドレール１１０上のｚ１～ｚ２の範囲が推定破損箇所（重要点検箇所）として抽出される。

スライダ１２０の寿命Ｅｎが基準値Ｅｓ未満となる位置は、寿命が短く、破損が生じやすい位置と考えらえる。そのため、第２実施形態の推定破損箇所抽出部３６Ａにおいて、スライダ１２０の寿命Ｅｎが基準値Ｅｓ未満となる位置を抽出することにより、ロボット１０に設けられた直動案内機構１００又はロボット１０と協働する直動案内機構１００の推定破損箇所をより正確に抽出することができる。

次に、第２実施形態の破損箇所推定装置３０Ａにおいて、直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する処理の具体例について説明する。
図１１は、破損箇所推定装置３０Ａにおいて実行される推定破損箇所抽出プログラムの処理手順を示すフローチャートである。図１１に示す推定破損箇所抽出プログラムの処理は、ロボット１０の動作プログラムと同期して実行される。なお、図１１に示す推定破損箇所抽出プログラムは、第１実施形態の推定破損箇所抽出プログラムとは異なるが、図１１に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２０１～２０４の処理は、第１実施形態（図７参照）に示すフローチャートのステップＳ１０１～１０４の処理と実質的に同じであるため、説明を省略する。

図１１に示すステップＳ２０５において、スライダ寿命算出部３９は、等価荷重算出部３４で算出された各時刻ｔにおける各スライダ１２０の等価荷重Ｐ_Ｅｎと、直動案内機構１００に固有の基本動定格荷重Ｃと、スライダ寿命の計算式とに基づいて、各時刻ｔにおける各スライダ１２０の寿命Ｅを算出する（スライダ寿命算出工程：破損推定値算出工程）。

図１１に示すステップＳ２０６において、推定破損箇所抽出部３６Ａは、スライダ寿命算出部３９で算出された各時刻ｔにおける各スライダ１２０の寿命Ｅと、各時刻ｔにおける各スライダ１２０のガイドレール１１０上の位置（図３参照）とに基づいて、直動案内機構１００の推定破損箇所を抽出する（推定破損箇所抽出工程）。ステップＳ２０６の終了後、推定破損箇所抽出部３６Ａは、抽出された推定破損箇所に関する推定破損箇所データと、抽出した推定破損箇所におけるロボット１０の各軸の位置に関する軸位置データを記憶部３８に記憶させて、本フローチャートの処理を終了する。
なお、ステップＳ２０６の処理が終了した後、例えば、オペレータの指示に基づいて、推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データを表示部３７に表示させてもよい。

（変形形態）
実施形態では、推定破損箇所抽出部３６（又は３６Ａ）で抽出又は算出した推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データを表示部３７に表示する例について説明したが、オペレータに指定された特定のデータのみを表示部３７に表示するようにしてもよい。また、推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データをロボット制御装置２０に送信し、ロボット制御装置２０の表示部２３に表示させてもよい。
実施形態において、推定破損箇所データ、軸位置データ及びスライダ推奨位置データを位置情報として出力する位置情報出力部は、ディスプレイ装置である表示部３７に限らず、例えば、印字装置、プロジェクタ装置、音声出力装置等であってもよい。

実施形態では、破損箇所推定装置３０（又は３０Ａ）がロボット制御装置２０に接続される例について説明したが、破損箇所推定装置３０（又は３０Ａ）は、ロボット１０に接続されていないシミュレーション装置に接続されていてもよい。このような構成とすることにより、シミュレーション装置において、ロボット１０の姿勢の変化に伴う重心位置の変化や動作パターンによる負荷の変化を模擬的に検討する場合に、推定破損箇所抽出部３６（又は３６Ａ）で抽出又は算出した推定破損箇所データや軸位置データを活用することができる。

１，１Ａ：ロボットシステム、１０：ロボット、１１：アーム、１２：ツール、２０：ロボット制御装置、２１：制御部、２２：操作入力部、２３：表示部、２４：記憶部、３０，３０Ａ：破損箇所推定装置、３１：データ取得部、３２：モーメント算出部、３３：荷重算出部、３４：等価荷重算出部、３５：安全係数算出部（破損推定値算出部）、３６，３６Ａ：推定破損箇所抽出部、３７：表示部（位置情報出力部）、３９：スライダ寿命算出部（破損推定値算出部）、１００：直動案内機構、１１０：ガイドレール、１２０：スライダ、１３０：スライド部材

Claims (12)

1. ロボット用の直動案内機構の破損箇所を推定する破損箇所推定装置であって、
   前記直動案内機構は、ガイドレールに直動自在に設けられる１以上のスライダと、前記スライダに設けられるスライド部材とを備えており、
   前記ロボットの動作プログラムを実行したときの各時刻における前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力を取得するデータ取得部と、
   前記データ取得部で取得された前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力と、幾何パラメータとに基づいて、前記各時刻において前記スライド部材の基準位置に作用する外力及びモーメントを算出する外力及びモーメント算出部と、
   前記外力及びモーメント算出部で算出された前記基準位置に作用する外力及びモーメントと、前記スライド部材の前記基準位置から前記スライダの重心位置までの距離とに基づいて、前記各時刻において前記スライダに作用する荷重を算出する荷重算出部と、
   前記荷重算出部で算出された前記各時刻において前記スライダに作用する荷重と、等価荷重の計算式とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの等価荷重を算出する等価荷重算出部と、
   前記等価荷重算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの等価荷重と、安全推定要素とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの破損推定値を算出する破損推定値算出部と、
   前記破損推定値算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの前記破損推定値と、前記各時刻における前記スライダの前記ガイドレール上の位置とに基づいて、前記直動案内機構の推定破損箇所を抽出する推定破損箇所抽出部と、
   を備える破損箇所推定装置。
2. 前記破損推定値算出部は、前記破損推定値として、前記等価荷重算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの等価荷重と、前記安全推定要素としての安全係数の計算式とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの静的安全係数を算出し、
   前記推定破損箇所抽出部は、前記破損推定値算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの前記静的安全係数と、前記各時刻における前記スライダの前記ガイドレール上の位置とに基づいて、前記直動案内機構の推定破損箇所を抽出する請求項１に記載の破損箇所推定装置。
3. 前記破損推定値算出部は、前記破損推定値として、前記等価荷重算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの等価荷重と、前記安全推定要素としての前記直動案内機構に固有の基本動定格荷重と、前記安全推定要素としてのスライダ寿命の計算式とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの寿命を算出し、
   前記推定破損箇所抽出部は、前記破損推定値算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの寿命と、前記各時刻における前記スライダの前記ガイドレール上の位置とに基づいて、前記直動案内機構の推定破損箇所を抽出する請求項１に記載の破損箇所推定装置。
4. 前記推定破損箇所抽出部は、前記ガイドレール上において、前記推定破損箇所と前記スライド部材とが重ならない位置を算出する請求項１～３のいずれかに記載の破損箇所推定装置。
5. 前記推定破損箇所、前記推定破損箇所における前記ロボットの各軸の位置及び前記推定破損箇所と前記スライド部材とが重ならない位置のうち、少なくとも１つを位置情報として出力する位置情報出力部を備える請求項４に記載の破損箇所推定装置。
6. 前記データ取得部は、前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータとして、前記ロボットの各軸の位置、速度、加速度を取得する請求項１～５のいずれかに記載の破損箇所推定装置。
7. 前記外力及びモーメント算出部は、前記各時刻において前記スライド部材の基準位置に作用する外力及びモーメントとして、前記スライド部材の基準位置に設定した３つの直交する座標軸の各軸方向における外力及び各座標軸回りのモーメントを算出する請求項１～６のいずれかに記載の破損箇所推定装置。
8. 前記荷重算出部は、前記スライダに作用する荷重として、前記ガイドレールの長手方向と直交する前記スライダの高さ方向の荷重Ｐ_Ｒｎ及び前記スライダの幅方向の荷重Ｐ_Ｔｎを算出する請求項１～７のいずれかに記載の破損箇所推定装置。
9. 前記等価荷重算出部において、各時刻における前記スライダの等価荷重を算出するために使用される前記等価荷重の計算式は、
   等価荷重Ｐ_Ｅｎ＝Ｋｘ・Ｐ_Ｒｎ＋Ｋｙ・Ｐ_Ｔｎであり、
   前記Ｋｘ、Ｋｙは、前記直動案内機構に固有の等価係数である請求項８に記載の破損箇所推定装置。
10. 前記破損推定値算出部において、前記各時刻における前記スライダの静的安全係数を算出するために使用される前記安全係数の計算式は、
    静的安全係数Ｆ_Ｓｎ＝Ｃ_０／Ｐ_Ｅｎであり、
    前記Ｃ_０は、直動案内機構に固有の基本静定格荷重である請求項２に記載の破損箇所推定装置。
11. 前記推定破損箇所抽出部は、前記等価荷重算出部で算出された前記各時刻における前記スライダの等価荷重Ｐ_Ｅｎが前記破損推定値算出部で算出された静的安全係数Ｆ_Ｓｎに基づいて計算される基準値よりも低い時間帯を抽出し、抽出した前記時間帯に対応する前記スライダの位置を前記直動案内機構の推定破損箇所として抽出する請求項１０に記載の破損箇所推定装置。
12. ロボットに設けられた直動案内機構又はロボットと協働する直動案内機構の推定破損箇所を抽出する破損箇所推定方法であって、
    前記直動案内機構は、ガイドレールに直動自在に設けられる１以上のスライダと、前記スライダに設けられるスライド部材とを備えており、
    前記ロボットの動作プログラムを実行したときの各時刻における前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力を取得するデータ取得工程と、
    前記データ取得工程で取得された前記ロボットの各軸の動きに係わる物理パラメータ及び前記ロボットに作用する外力と、幾何パラメータとに基づいて、前記各時刻において前記スライド部材の基準位置に作用する外力及びモーメントを算出する外力及びモーメント算出工程と、
    前記外力及びモーメント算出工程で算出された前記基準位置に作用する外力及びモーメントと、前記スライド部材の前記基準位置から前記スライダの重心位置までの距離とに基づいて、前記各時刻において前記スライダに作用する荷重を算出する荷重算出工程と、
    前記荷重算出工程で算出された前記各時刻において前記スライダに作用する荷重と、等価荷重の計算式とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの等価荷重を算出する等価荷重算出工程と、
    前記等価荷重算出工程で算出された前記各時刻における前記スライダの等価荷重と、安全推定要素とに基づいて、前記各時刻における前記スライダの破損推定値を算出する破損推定値算出工程と、
    前記破損推定値算出工程で算出された前記各時刻における前記スライダの前記破損推定値と、前記各時刻における前記スライダの前記ガイドレール上の位置とに基づいて、前記直動案内機構の推定破損箇所を抽出する推定破損箇所抽出工程と、
    を含む破損箇所推定方法。

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