JP7538246B2 - 張力推定装置、寿命評価装置及びロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、張力推定装置、寿命評価装置及びロボットシステムに関する。

ロボットにおいては、ロボットの駆動系の寿命を推定することによって、ロボットが故障する前に、故障を予見することが重要である。例えば、特許文献１には、ロボットを構成する構成部材の温度を推定することによって、構成部材の寿命を精度良く評価することが開示されている。

特開２０２０－８４７２号公報

垂直多関節ロボット等の多軸を備えるロボットとして、モータの動力を、ベルトを介して可動部に伝達する伝達機構を備えるものが知られている。このような伝達機構にベルトを有するロボットにおいては、ロボットの動作によって、ロボットを構成する部材の温度が上昇すると、部材（主に鋳物等の金属）が膨張することによってベルトの軸間距離が大きくなる。その結果、ベルトの張力が上昇し、伝達機構を含む駆動系の寿命が低下するおそれがある。そのため、ベルトを介してモータの動力を可動部に伝達する伝達機構を備える機械においては、動作によって生じるベルトの張力変化を考慮した上で、駆動系の寿命を推定する必要がある。

したがって、ベルトの張力を精度良く推定することができる張力推定装置、ベルトの張力から伝達機構の寿命を精度良く評価できる寿命評価装置及びロボットシステムが望まれる。

本開示の張力推定装置の一態様は、ベルトを介して動力を伝達する伝達機構と、前記ベルトに近接して配置される少なくとも１つのモータと、前記少なくとも１つのモータの電流値及び回転速度のうちの少なくともいずれか１つに基づいて、モータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、前記少なくとも１つのモータの電流値、回転速度及び前記ベルトに近接して配置される少なくとも１つの軸の摩擦係数のうちの少なくともいずれか１つに基づいて、前記伝達機構の摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量に基づいて、前記ベルトの張力を推定するベルト張力推定部と、を備える。

本開示の寿命評価装置の一態様は、前記張力推定装置と、前記張力推定装置によって推定された前記ベルトの張力に基づいて、前記伝達機構の寿命を推定する寿命推定部と、を備える。

本開示のロボットシステムの一態様は、複数のモータと、複数の可動部と、前記複数のモータのうちの少なくともいずれかの動力をベルトを介して前記複数の可動部のうちの少なくともいずれかに伝達する１以上の伝達機構と、を有するロボットと、前記ロボットの前記複数のモータを制御する制御装置と、前記寿命評価装置と、を備える。

一態様によれば、ベルトの張力を精度良く推定することができる張力推定装置、ベルトの張力から伝達機構の寿命を精度良く評価できる寿命評価装置、及び、これらを備えるロボットシステムを提供することができる。

ロボットシステムの一実施形態を示す全体構成図である。 図１に示すロボットの第２アーム部の内部構成を示す図である。 ロボットシステムにおける張力推定装置及び寿命評価装置の第１実施形態を示す構成ブロック図である。 ロボットシステムにおける張力推定装置及び寿命評価装置の第２実施形態を示す構成ブロック図である。 ロボットシステムにおける張力推定装置及び寿命評価装置の第３実施形態を示す構成ブロック図である。 伝達機構の温度とベルトの張力との関係を示すグラフである。

以下、本開示の張力推定装置、寿命評価装置及びロボットシステムの実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、ロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２を制御するロボット制御装置３と、ロボット制御装置３に接続された表示部４と、を備える。

本実施形態のロボット２は、複数の可動部を備える垂直多関節ロボットである。詳しくは、ロボット２は、可動部としてのＪ１軸２ａ、Ｊ２軸２ｂ、Ｊ３軸２ｃ、Ｊ４軸２ｄ、Ｊ５軸２ｅ、Ｊ６軸２ｆの６つの軸を有する６軸垂直多関節ロボットである。ロボット２は、床面等に設置される基部２１と、基部２１上に設けられる第１旋回部２２と、第１旋回部２２に取り付けられる第１アーム部２３と、第１アーム部２３に取り付けられる第２旋回部２４と、第２旋回部２４に取り付けられる第２アーム部２５と、第２アーム部２５の先端に取り付けられる手首ユニット２６と、を有する。

第１旋回部２２は、基部２１に対して、Ｊ１軸２ａによって水平方向に回転可能である。第１アーム部２３は、第１旋回部２２に対して、Ｊ２軸２ｂによって前後方向に揺動可能である。第２旋回部２４は、第１アーム部２３に対して、Ｊ３軸２ｃによって上下方向に揺動可能である。第２アーム部２５は、第２旋回部２４に対して、Ｊ４軸２ｄによって、第２アーム部２５の長手方向の軸周りに回転可能である。手首ユニット２６は、第２アーム部２５に対して、Ｊ５軸２ｅによって上下方向に揺動可能であり、且つ、Ｊ６軸２ｆによって、Ｊ５軸２ｅに交差する軸周りに回転可能である。

ロボット２は、Ｊ１軸２ａからＪ６軸２ｆをそれぞれ駆動するためのモータ（図１においては図示せず）と、モータの動力を各軸に伝達する伝達機構とを軸毎にそれぞれ備えている。例えば、図２は、ロボット２の第２アーム部２５の内部を示している。第２アーム部２５の内部には、Ｊ５軸２ｅの周りに手首ユニット２６を揺動させるＪ５軸モータ５が配置されている。Ｊ５軸モータ５の動力は、伝達機構６を介してＪ５軸２ｅに伝達される。

伝達機構６は、Ｊ５軸モータ５の出力軸５ａに取り付けられる第１プーリ６１と、Ｊ５軸２ｅに取り付けられる第２プーリ６２と、第１プーリ６１及び第２プーリ６２に架け渡されるベルト６３と、第２プーリ６２の回転を減速させる減速機６４と、を有する。出力軸５ａ及びＪ５軸２ｅは、それぞれ軸受（図示せず）によって回転可能に支持されている。これらの伝達機構６における軸受（図示せず）は、ベルトの張力変化に応じて寿命が変化する部材である。

なお、図２に示すように、第２アーム部２５の内部には、Ｊ５軸モータ５に近接して、Ｊ６軸２ｆを駆動するためのＪ６軸モータ７も設けられている。Ｊ６軸モータ７の動力は、図示しない伝達機構を介して、Ｊ６軸２ｆに伝達される。さらに、図１に示すように、第２旋回部２４には、Ｊ４軸２ｄを駆動するためのＪ４軸モータ８が設けられている。

ロボット２が備える伝達機構の寿命は、伝達機構が配置される構成部位の温度の影響を受ける。例えば、図２に示す第２アーム部２５内の伝達機構６の場合、伝達機構６の寿命は、第２アーム部２５自体の温度の影響を受ける。すなわち、ロボット２が駆動することによって第２アーム部２５の温度が上昇すると、第２アーム部２５を構成する部材（主に鋳物等の金属）が膨張し、図２に示すＪ５軸モータ５の出力軸５ａとＪ５軸２ｅとの軸間距離Ｌが大きくなる。それに伴って、ベルト６３の張力が大きくなり、第１プーリ６１及び第２プーリ６２に掛かる負荷が増大する。その結果、伝達機構６の寿命が低下する。

ロボット２の構成部位の温度上昇は、その構成部位の内部に配置されるモータが発する熱のみならず、構成部位に近接して配置される他の構成部位が発する熱によっても、発生し得る。例えば、図２に示す第２アーム部２５の場合、第２アーム部２５の温度上昇は、第２アーム部２５の内部に配置されるＪ５軸モータ５が発する熱の他に、Ｊ６軸２ｆを駆動するＪ６軸モータ７が発する熱、摩擦部位であるＪ４軸２ｄ、Ｊ５軸２ｅ及びＪ６軸２ｆのそれぞれの動作によって生じる摩擦熱によっても、発生し得る。したがって、第２アーム部２５内の伝達機構６のベルト６３の張力及び伝達機構６の寿命を推定する際には、ベルト６３に近接して配置されるこれらの構成部位が発する熱も考慮する必要がある。

ロボット制御装置３は、ロボット２に電気的に接続され、ロボット２の動作を統括的に制御する。ロボット制御装置３は、ロボット２のモータ等の各部を制御する制御装置３１と、ロボット２の伝達機構６に設けられるベルト６３の張力を推定する張力推定装置３２と、ロボット２の伝達機構６の寿命を推定する寿命評価装置３３と、を有する。

表示部４は、例えば液晶表示画面によって構成される。表示部４は、ロボット制御装置３に有線又は無線によって接続され、ロボット制御装置３から送信される各種情報を画面表示する。

次に、ロボット制御装置３に設けられる張力推定装置３２及び寿命評価装置３３について図３を参照して説明する。図３に示すように、張力推定装置３２は、モータ発熱量算出部３２１と、摩擦発熱量算出部３２２と、空冷放熱量算出部３２３と、ベルト張力推定部３２４と、を有する。

モータ発熱量算出部３２１は、制御装置３１から入力されるモータの状態量に基づいて、モータ発熱量を算出する。モータ発熱量算出部３２１には、張力推定対象であるベルトに近接して配置される少なくとも１つのモータのモータ電流値及びモータ回転速度のうちの少なくとも１つが、制御装置３１から入力される。本実施形態では、図３に示すように、モータ電流値及びモータ回転速度の両方の値が制御装置３１から入力されるように構成されている。

なお、ベルトに近接して配置されるモータとは、モータの駆動によって生じる熱がベルトの張力に影響を与えるほどにベルトの近くに配置されるモータのことである。例えば、図２に示すロボット２の第２アーム部２５の場合、ベルト６３の近くにＪ５軸モータ５及びＪ６軸モータ７が配置されている。ベルト６３の張力は、これらのＪ５軸モータ５及びＪ６軸モータ７の発熱の影響を受ける。したがって、第２アーム部２５のベルト６３の張力を推定する場合には、Ｊ５軸モータ５及びＪ６軸モータ７のモータ電流値及びモータ回転速度のうちの少なくとも１つがモータ発熱量算出部３２１に入力される。

モータ発熱量算出部３２１は、入力されるモータ電流値及びモータ回転速度のうちの少なくとも１つに基づいて、下記式（１）によって、算出対象である軸を駆動するモータのモータ発熱量を算出する。
Ｍ_ｎ＝ａ×Ｃ_ｎ＋ｂ×Ｖ_ｎ＋ｃ×(Ｖ_ｎ)^２ ・・・（１）
Ｍ_ｎ；Ｊｎ軸モータのモータ発熱量［Ｗ］
Ｃ_ｎ；Ｊｎ軸モータのモータ電流値［Ap］
Ｖ_ｎ；Ｊｎ軸モータのモータ回転速度［rpm］
ａ，ｂ，ｃ；係数

摩擦発熱量算出部３２２は、制御装置３１から入力されるモータ電流値、モータ回転速度及び張力推定対象であるベルトに近接して配置される少なくとも１つの軸の摩擦係数のうちの少なくとも１つに基づいて、伝達機構における摩擦発熱量を算出する。摩擦発熱量算出部３２２に入力されるモータ電流値及びモータ回転速度は、張力推定対象であるベルトに近接して配置される少なくとも１つのモータのモータ電流値及びモータ回転速度である。例えば、図２に示すロボット２の第２アーム部２５の場合では、Ｊ５軸モータ５及びＪ６軸モータ７のモータ電流値及びモータ回転速度である。軸は、駆動によって摩擦熱を発生する部位である。例えば、図２に示すロボット２の第２アーム部２５の場合では、Ｊ４軸２ｄ、Ｊ５軸２ｅ及びＪ６軸２ｆの駆動によって発生する摩擦熱が、ベルト６３の張力に影響を与える可能性がある。

図３に示すように、摩擦発熱量算出部３２２には、上記したモータ電流値、モータ回転速度及び軸の摩擦係数のうちの少なくとも１つが、制御装置３１から入力される。軸の摩擦係数は、各軸に固有の値であり、制御装置３１の図示しない記憶部に、軸毎の値として予め記憶されている。摩擦発熱量算出部３２２は、これらのモータ電流値、モータ回転速度及び摩擦係数のうちの少なくとも１つに基づいて、下記式（２）によって、伝達機構における摩擦発熱量を算出する。
Ｆ_ｎ＝ｋ_１×Ｃ_ｎＶ_ｎ＋ｋ_２×Ｖ_ｎ＋ｋ_３×（Ｖ_ｎ）^２ ・・・（２）
Ｆ_ｎ；Ｊｎ軸モータによって駆動する軸の摩擦発熱量［Ｗ］
Ｃ_ｎ；Ｊｎ軸モータのモータ電流値［Ap］
Ｖ_ｎ；Ｊｎ軸モータのモータ回転速度［rpm］
ｋ；摩擦係数

空冷放熱量算出部３２３は、伝達機構の移動速度に基づいて、伝達機構の空冷放熱量を算出する。空冷放熱量は、ロボット２の動作によってアーム部が空気中で移動することによって、周辺空気との間に相対速度が発生するために生じる放熱量である。空冷放熱量は、伝達機構の移動速度率（Ｖ_ｗｃｐ）に比例する。伝達機構の移動速度率（Ｖ_ｗｃｐ）は、下記式（３）によって算出される。ロボット２において、Ｊ１軸２ａ～Ｊ６軸２ｆの微小角度変化量より、アーム部の速度は一意に定まる。
Ｖ_ｗｃｐ＝（アーム部の特定位置の速度）／（アーム部の特定位置の最高速度） ・・・（３）

ベルト張力推定部３２４は、モータ発熱量算出部３２１によって算出されたモータ発熱量と、摩擦発熱量算出部３２２によって算出された摩擦発熱量と、空冷放熱量算出部３２３によって算出された空冷放熱量とに基づいて、下記式（４）に示すベルト張力推定式によって伝達機構におけるベルトの張力を算出する。Ｔ_０及びａ，ｂ，ｃ，ｄは、ロボット２の動きに依存しない機種固有の係数である。

Ｔ；ベルトの推定張力
Ｔ_０；ベルトの初期張力
Ｆ_ｎ；Ｊｎ軸モータによって駆動する軸の摩擦発熱量［Ｗ］
Ｍ_ｎ；Ｊｎ軸モータのモータ発熱量［Ｗ］
Ｖ_ｗｃｐ；伝達機構の移動速度率
ｍ；任意の組み合わせの整数
ａ，ｂ，ｃ，ｄ；係数

例えば、ロボット２において、第２アーム部２５の伝達機構６のベルト６３の張力は、ベルト６３に近接して配置されるＪ５軸モータ５及びＪ６軸モータ７のモータ発熱量と、ベルト６３に近接して配置される軸であるＪ４軸２ｄ、Ｊ５軸２ｅ及びＪ６軸２ｆの摩擦発熱量との影響を受ける。したがって、この場合では、上記式（４）において、モータ発熱量Ｍは、Ｊ５軸モータ５及びＪ６軸モータ７のモータ発熱量が使用され、摩擦発熱量Ｆは、Ｊ４軸２ｄ、Ｊ５軸２ｅ及びＪ６軸２ｆの摩擦発熱量が使用される。

ここで、ロボット２が、以下の動作をしたときの第２アーム部２５内の伝達機構６のベルト６３の張力を推定する場合について説明する。

このようなロボット２の動作において、Ｊ５軸２ｅを駆動するＪ５軸モータ５のモータ発熱量Ｍ_５と、Ｊ６軸２ｆを駆動するＪ６軸モータ７のモータ発熱量Ｍ_６とは、ａ＝０．５、ｂ＝０．００５、ｃ＝０．０００００５であるとき、式（１）から、Ｍ_５＝２５［Ｗ］、Ｍ_６＝２２．５［Ｗ］である。

また、Ｊ４軸２ｄにおいて、モータ電流速度の平均に対する摩擦係数ｋ_ａ４が０．００５、モータ平均回転速度に対する摩擦係数ｋ_ｂ４が０．１０、モータ回転速度２乗平均に対する摩擦係数ｋ_ｃ４が０．０００１であるとき、式（２）から、Ｊ４軸２ｄの摩擦発熱量Ｆ_４＝４５０［Ｗ］である。同様にして、Ｊ５軸２ｅにおいて、モータ電流速度の平均に対する摩擦係数ｋ_ａ５が０．０００１、モータ平均回転速度に対する摩擦係数ｋ_ｂ５が０．０２、モータ回転速度２乗平均に対する摩擦係数ｋ_ｃ５が０．００００１であるとき、Ｊ５軸２ｅの摩擦発熱量Ｆ_５＝５４．４［Ｗ］である。Ｊ６軸２ｆにおいて、モータ電流速度の平均に対する摩擦係数ｋ_ａ６が０．００１、モータ平均回転速度に対する摩擦係数ｋ_ｂ６が０．０８、モータ回転速度２乗平均に対する摩擦係数ｋ_ｃ６が０．００００１であるとき、Ｊ６軸２ｆの摩擦発熱量Ｆ_６＝１５３．８［Ｗ］である。

これらの値を式（４）に代入すると、ベルト６３の張力Ｔが得られる。なお、式（４）において、Ｔ_０＝１５０［Ｎ］、ｍ_１＝４・５・６、ｍ_２＝５・６、ｍ_３＝４・５・６、ａ_４＝０．１、ａ_５＝０、ａ_６＝１．２、ｂ_５＝０．５、ｂ_６＝０．５、ｃ＝０．８、ｄ＝－０．５、Ｖ_ｗｃｐ＝０．１であるとき、ベルト６３の張力Ｔ＝２００．８［Ｎ］と推定される。これによって、張力推定装置３２は、ベルトの張力を精度良く推定することができる。

式（４）のベルト張力推定式において、ベルトの初期張力Ｔ_０と係数ａ，ｂ，ｃ，ｄとのうちの少なくとも一方は、室温によって変化するパラメータである。ベルト張力推定式に室温によって変化するパラメータを含むことによって、室温を考慮したベルトの張力を推定することができる。そのため、ベルトの張力をより精度良く推定することができる。室温は、図３に示すように、ロボット制御装置３に設けられる室温入力部３４によって入力される。室温入力部３４による室温の入力は、オペレータの手入力によって行われるようにしてもよいし、温度センサ（図示せず）の検出値が自動的に入力されるようにしてもよい。

また、式（４）のベルト張力推定式において、ベルトの初期張力Ｔ_０と係数ａ，ｂ，ｃ，ｄとのうちの少なくとも一方は、ロボット２の経時又は稼働時間によって変化するパラメータであってもよい。ベルトの張力は経時変化によって低下する場合があるためである。ロボット２の稼働時間は、図３に示すように、制御装置３１からベルト張力推定部３２４に入力される。例えば、ロボット２が稼働した後の１時間［ｈ］毎のベルトの張力低下をＡ［Ｎ／ｈ］とすると、経時変化を含むベルトの推定張力は、下記式（５）によって算出することができる。
Ｔ’＝Ｔ_０－Ａｔ ・・・（５）
Ｔ’；経時変化を含むベルトの推定張力［Ｎ］
Ｔ_０；ベルトの初期張力［Ｎ］
Ａ；１ｈ当たりの経時変化［Ｎ／ｈ］
ｔ；稼働時間［ｈ］

これによって、式（４）のベルト張力推定式の係数がロボット２の経時又は稼働時間に応じて補正される。したがって、ベルト張力推定式にロボット２の経時又は稼働時間によって変化するパラメータを含むことによって、ロボット２の経時又は稼働時間を考慮したベルトの張力を推定することができる。そのため、ベルトの張力をより精度良く推定することができる。

また、経時変化によるベルトの推定張力は、簡易的に下記式（６）によって算出してもよい。
Ｔ’＝ｆ（ｔ）×Ｔ ・・・（６）
Ｔ’；経時変化を含むベルトの推定張力［Ｎ］
Ｔ；ベルトの推定張力［Ｎ］
ｆ（ｔ）；稼働時間に依存する係数

寿命評価装置３３は、図３に示すように、上記の張力推定装置３２を含み、さらに、寿命推定部３３１と、残存寿命算出部３３２と、交換日算出部３３３とを有する。

寿命推定部３３１は、張力推定装置３２のベルト張力推定部３２４によって推定された張力推定値に基づいて、伝達機構の寿命を推定する。例えば、図２に示す第２アーム部２５の伝達機構６の場合、張力推定装置３２によって推定されたベルト６３の張力推定値から、伝達機構６の寿命を推定する。

一般に、伝達機構の寿命は、ベルトの張力の３乗に比例するといわれている。寿命推定部３３１は、張力推定装置３２によって得られたベルトの張力推定値に基づいて、下記式（７）によって伝達機構の寿命を推定する。例えば、ベルトの張力が２５０［Ｎ］であるときに、１００００［ｈ］稼働させると寿命が１００［％］に到達する伝達機構の場合、ベルトの張力推定値が２００［Ｎ］で５０００［ｈ］稼働した場合の伝達機構の寿命進行率（寿命推定値）は、下記式（７）から２６［％］になる。これによれば、寿命推定部３３１は、現在の伝達機構の寿命が２６％に達していると推定することができる。

Ｓ_ｇ；伝達機構の寿命推定値［％］
Ｔ；ベルトの推定張力［Ｎ］
ｔ；稼働時間［ｈ］

残存寿命算出部３３２は、寿命推定部３３１によって算出された伝達機構の寿命推定値に基づいて、伝達機構の残存寿命を算出する。これによれば、寿命評価装置３３は、伝達機構の残存寿命がどれ位であるのかをオペレータに通知することができる。詳しくは、残存寿命算出部３３２は、寿命推定部３３１によって算出された伝達機構の寿命推定値に基づいて、下記式（８）によって伝達機構の残存寿命Ｓ_ｒを算出する。
Ｓ_ｒ＝１００－Ｓ_ｇ［％］ ・・・（８）
Ｓ_ｒ；残存寿命［％］
Ｓ_ｇ；伝達機構の寿命推定値［％］

残存寿命算出部３３２によって算出された残存寿命の情報は、表示部４に送られ、表示部４に表示される。表示部４は、残存寿命算出部３３２から送られた残存寿命の値そのものを表示してもよいし、算出された残存寿命の値が予め設定された閾値より小さくなった場合に警告を表示するようにしてもよい。残存寿命の値が閾値より小さくなったかどうかを判別する機能は、残存寿命算出部３３２が有してもよいし、表示部４が有してもよい。

交換日算出部３３３は、寿命推定部３３１によって算出された伝達機構の寿命推定値に基づいて、伝達機構の推定交換日を算出する。これによれば、寿命評価装置３３は、伝達機構が壊れる前に、伝達機構の交換日の目安をオペレータに通知することができる。詳しくは、交換日算出部３３３は、寿命推定部３３１によって算出された伝達機構の寿命推定値に基づいて、下記式（９）によって伝達機構の交換日（推奨交換日）を算出する。交換日算出部３３３によって算出された交換日の情報は、表示部４に送られ、表示部４に表示される。但し、伝達機構の交換日の算出方法は、下記式（９）に限定されるものではなく、他の任意の近似計算法を採用してもよい。

Ｄ；交換日までの日数［日］
Ｓ_ｇ（ｄ）；ｄ日前の伝達機構の寿命推定値［％］
Ｓ_ｇ（０）；現在の伝達機構の寿命推定値［％］
Ｓ_ｇ０；残存寿命の交換ライン［％］
ａ：係数

以上のように、寿命評価装置３３は、張力推定装置３２によって得られたベルトの張力推定値から、伝達機構の寿命を精度良く評価することができる。寿命評価装置３３は、張力推定装置３２によって得られるベルトの張力に基づいて伝達機構の寿命を評価するため、ベルトの張力の増大によって伝達機構に掛かる負荷を考慮した精度の良い寿命を評価することができる。

張力推定装置３２のベルト張力推定部３２４は、モータ発熱量算出部３２１によって算出されるモータ発熱量と、摩擦発熱量算出部３２２によって算出される摩擦発熱量とを用いた機械学習によって、モータ発熱量及び摩擦発熱量からベルトの張力を推定するための学習済みモデルを生成するようにしてもよい。これによれば、種々のパターンのモータ発熱量及び摩擦発熱量のデータに基づく学習済みモデルを用いて、ベルトの張力を精度良く推定することが可能である。

ベルト張力推定部３２４が学習済みモデルを生成する場合は、図４に示すように、張力推定装置３２は、機械学習によって生成された学習済みモデルを記憶する記憶部３２５を備えてもよい。この場合、ベルト張力推定部３２４は、モータ発熱量及び摩擦発熱量に基づいて、記憶部３２５に記憶された学習済みモデルを用いて、ベルトの張力を推定することができる。これによれば、記憶部３２５に記憶された学習済みモデルを用いたベルトの張力が推定されるため、最初から学習済みモデルを生成しなくても、ベルトの張力をさらに精度良く推定することができる。

機械学習は、モータ発熱量及び摩擦発熱量を入力データとし、ベルトの張力の実測値をラベルとして互いに関連付けた教師データを用いた教師あり学習であってもよい。これによれば、ベルトの張力の実測値を正解として用いることによって、入力データに対するベルトの張力をより精度良く推定することができる。ベルトの張力の実測値は、図４に示すように、ロボット制御装置３に設けられる実測値入力部３５によって、オペレータの手入力によって入力される。

なお、図６に示すように、ベルトの張力と温度とは１対１の関係を有する。そのため、張力推定装置３２のベルト張力推定部３２４は、上記式（４）を用いてベルトの張力推定値を算出することに代えて、伝達機構の温度からベルトの張力を推定してもよい。この場合の張力推定装置３２は、図５に示すように、伝達機構温度推定部３２６を備えることができる。

伝達機構温度推定部３２６は、モータ発熱量算出部３２１によって算出されるモータ発熱量と、摩擦発熱量算出部３２２によって算出される摩擦発熱量と、空冷放熱量算出部３２３によって算出される空冷放熱量とに基づいて、下記式（１０）によって伝達機構の温度を推定する。

Ｔ_ｐ；伝達機構の推定温度
Ｔ_ｒ；室温
Ｆ_ｎ；Ｊｎ軸モータによって駆動する軸の摩擦発熱量［Ｗ］
Ｍ_ｎ；Ｊｎ軸モータのモータ発熱量［Ｗ］
Ｗ_１；空冷放熱量
Ｗ_２；他の発生源の発熱量
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ；係数
ｍ；任意の組み合わせの整数

ベルト張力推定部３２４は、伝達機構温度推定部３２６によって推定された伝達機構の温度に基づいて、図６のグラフからベルトの張力を推定する。これによれば、ベルトの張力を簡易的に推定することができる。伝達機構温度推定部３２６を備える張力推定装置３２も、図４に示した張力推定装置３２と同様に、機械学習によって学習済みモデルを生成する構成を備えてもよい。

以上の各実施形態において、モータ発熱量算出部３２１は、モータ電流値とモータ回転速度とに基づいてモータ発熱量を算出した。しかし、モータ発熱量算出部３２１は、モータ電流値とモータ回転速度とのうちの少なくとも一方に基づいて、モータ発熱量をより簡易的に算出してもよい。

また、以上の各実施形態において、摩擦発熱量算出部３２２は、モータ電流値とモータ回転速度と伝達機構６の摩擦係数とに基づいて、伝達機構６における摩擦発熱量を算出した。しかし、摩擦発熱量算出部３２２は、モータ電流値とモータ回転速度と伝達機構６の摩擦係数とのうちの少なくとも一つに基づいて、伝達機構６における摩擦発熱量を簡易的に算出してもよい。

以上の各実施形態において、張力推定装置３２は、空冷放熱量算出部３２３を有しない簡易的な装置であってもよい。さらに、ベルト張力推定部３２４は、モータ発熱量と摩擦発熱量との２つの発熱量に基づいてベルトの張力を簡易的に推定してもよい。

１ ロボットシステム
２ ロボット（機械）
２ａ Ｊ１軸（可動部）
２ｂ Ｊ２軸（可動部）
２ｃ Ｊ３軸（可動部）
２ｄ Ｊ４軸（可動部）
２ｅ Ｊ５軸（可動部）
２ｆ Ｊ６軸（可動部）
３１ 制御装置
３２ 張力推定装置
３２１ モータ発熱量算出部
３２２ 摩擦発熱量算出部
３２４ ベルト張力推定部
３２３ 空冷放熱量算出部
３２５ 記憶部
３２６ 伝達機構温度推定部
３３ 寿命評価装置
３３１ 寿命推定部
３３２ 残存寿命算出部
３３３ 交換日算出部
５ Ｊ５軸モータ（第１のモータ）
７ Ｊ６軸モータ（第２のモータ）
６ 伝達機構
６３ ベルト

Claims (21)

1. ベルトを介して動力を伝達する伝達機構と、
   前記ベルトに近接して配置される少なくとも１つのモータと、
   前記少なくとも１つのモータの電流値及び回転速度のうちの少なくとも１つに基づいて、モータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、
   前記少なくとも１つのモータの電流値、回転速度及び前記ベルトに近接して配置される少なくとも１つの軸の摩擦係数のうちの少なくとも１つに基づいて、前記伝達機構の摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、
   前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量に基づいて、前記ベルトの張力を推定するベルト張力推定部と、
   前記伝達機構の移動速度に基づいて、空冷放熱量を算出する空冷放熱量算出部と、を備え、
   前記ベルト張力推定部は、前記モータ発熱量、前記摩擦発熱量、及び前記空冷放熱量に基づいて、下記ベルト張力推定式によって前記ベルトの張力を推定する、張力推定装置。
   

   

   Ｔ；ベルトの推定張力
   Ｔ _０ ；ベルトの初期張力
   Ｆ _ｎ ；第ｎモータによって駆動する軸の摩擦発熱量
   Ｍ _ｎ ；第ｎモータのモータ発熱量
   Ｖ _ｗｃｐ ；伝達機構の移動速度率
   ｍ；任意の組み合わせの整数
   ａ，ｂ，ｃ，ｄ；係数
2. 前記ベルト張力推定式において、前記ベルトの初期張力と前記係数とのうちの少なくとも一方は、室温によって変化するパラメータである、請求項１に記載の張力推定装置。
3. 前記ベルト張力推定式において、前記ベルトの初期張力と前記係数とのうちの少なくとも一方は、経時又は稼働時間によって変化するパラメータである、請求項１又は２に記載の張力推定装置。
4. 前記モータ発熱量、前記摩擦発熱量、及び前記空冷放熱量に基づいて、前記伝達機構の温度を推定する伝達機構温度推定部をさらに備え、
   前記ベルト張力推定部は、前記伝達機構温度推定部によって推定された前記伝達機構の温度に基づいて、前記ベルトの張力を推定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の張力推定装置。
5. 前記伝達機構は、前記ベルトの張力変化に応じて寿命が変化する部材からなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の張力推定装置。
6. 前記ベルト張力推定部は、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量を用いた機械学習によって、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量から前記ベルトの張力を推定するための学習済みモデルを生成する、請求項１～５のいずれか１項に記載の張力推定装置。
7. 前記機械学習によって生成された前記学習済みモデルを記憶する記憶部を備え、
   前記ベルト張力推定部は、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量に基づいて、前記記憶部に記憶された前記学習済みモデルを用いて、前記ベルトの張力を推定する請求項６に記載の張力推定装置。
8. 前記機械学習は、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量を入力データとし、前記ベルトの張力の実測値をラベルとしてお互いに関連付けた教師データを用いた教師あり学習である、請求項６又は７に記載の張力推定装置。
9. ベルトを介して動力を伝達する伝達機構と、
   前記ベルトに近接して配置される少なくとも１つのモータと、
   前記少なくとも１つのモータの電流値及び回転速度のうちの少なくとも１つに基づいて、モータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、
   前記少なくとも１つのモータの電流値、回転速度及び前記ベルトに近接して配置される少なくとも１つの軸の摩擦係数のうちの少なくとも１つに基づいて、前記伝達機構の摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、
   前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量に基づいて、前記ベルトの張力を推定するベルト張力推定部と、
   を備える張力推定装置と、
   前記張力推定装置によって推定された前記ベルトの張力に基づいて、前記伝達機構の寿命を推定する寿命推定部と、を備える、寿命評価装置。
10. 前記張力推定装置は、前記伝達機構の移動速度に基づいて、空冷放熱量を算出する空冷放熱量算出部をさらに備え、
    前記ベルト張力推定部は、前記モータ発熱量、前記摩擦発熱量、及び前記空冷放熱量に基づいて、前記ベルトの張力を推定する、請求項９に記載の寿命評価装置。
11. 前記ベルト張力推定部は、下記ベルト張力推定式によって前記ベルトの張力を推定する、請求項１０に記載の寿命評価装置。
    

    

    Ｔ；ベルトの推定張力
    Ｔ _０ ；ベルトの初期張力
    Ｆ _ｎ ；第ｎモータによって駆動する軸の摩擦発熱量
    Ｍ _ｎ ；第ｎモータのモータ発熱量
    Ｖ _ｗｃｐ ；伝達機構の移動速度率
    ｍ；任意の組み合わせの整数
    ａ，ｂ，ｃ，ｄ；係数
12. 前記ベルト張力推定式において、前記ベルトの初期張力と前記係数とのうちの少なくとも一方は、室温によって変化するパラメータである、請求項１１に記載の寿命評価装置。
13. 前記ベルト張力推定式において、前記ベルトの初期張力と前記係数とのうちの少なくとも一方は、経時又は稼働時間によって変化するパラメータである、請求項１１又は１２に記載の寿命評価装置。
14. 前記張力推定装置は、前記モータ発熱量、前記摩擦発熱量、及び前記空冷放熱量に基づいて、前記伝達機構の温度を推定する伝達機構温度推定部をさらに備え、
    前記ベルト張力推定部は、前記伝達機構温度推定部によって推定された前記伝達機構の温度に基づいて、前記ベルトの張力を推定する、請求項１０に記載の寿命評価装置。
15. 前記伝達機構は、前記ベルトの張力変化に応じて寿命が変化する部材からなる、請求項９～１４のいずれか１項に記載の寿命評価装置。
16. 前記ベルト張力推定部は、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量を用いた機械学習によって、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量から前記ベルトの張力を推定するための学習済みモデルを生成する、請求項９～１５のいずれか１項に記載の寿命評価装置。
17. 前記張力推定装置は、前記機械学習によって生成された前記学習済みモデルを記憶する記憶部を備え、
    前記ベルト張力推定部は、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量に基づいて、前記記憶部に記憶された前記学習済みモデルを用いて、前記ベルトの張力を推定する請求項１６に記載の寿命評価装置。
18. 前記機械学習は、前記モータ発熱量及び前記摩擦発熱量を入力データとし、前記ベルトの張力の実測値をラベルとしてお互いに関連付けた教師データを用いた教師あり学習である、請求項１６又は１７に記載の寿命評価装置。
19. 前記寿命推定部によって推定された前記伝達機構の寿命に基づいて、前記伝達機構の残存寿命を算出する残存寿命算出部をさらに備える、請求項９～１８のいずれか１項に記載の寿命評価装置。
20. 前記寿命推定部によって推定された前記伝達機構の寿命に基づいて、前記伝達機構の推定交換日を算出する交換日算出部をさらに備える、請求項９～１９のいずれか１項に記載の寿命評価装置。
21. 複数のモータと、複数の可動部と、前記複数のモータのうちの少なくとも１つの動力をベルトを介して前記複数の可動部のうちの少なくともいずれかに伝達する１以上の伝達機構と、を有するロボットと、
    前記ロボットの前記複数のモータを制御する制御装置と、
    請求項９～２０のいずれか１項に記載の寿命評価装置と、を備える、ロボットシステム。

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