JPH02218588A - 工業用ロボット - Google Patents

工業用ロボット

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JPH02218588A
JPH02218588A JP3963689A JP3963689A JPH02218588A JP H02218588 A JPH02218588 A JP H02218588A JP 3963689 A JP3963689 A JP 3963689A JP 3963689 A JP3963689 A JP 3963689A JP H02218588 A JPH02218588 A JP H02218588A
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wear
brake
wear amount
brake member
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Shinji Kumagai
信治 熊谷
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は工業用ロボットに係り、特にブレーキ部材の摩
耗量を自動的に検出するよう構成した工業用ロボットに
関する。
従来の技術 例えば、M動式多関節型の工業用ロボットにおいては、
旋回ベース、支柱、アーム等の各可動部をサーボモータ
の駆動力により動作させている。
各モータはモータシャフトの回転角がポテンションメー
タ等により検出され、その検出信号に基づいてフィード
バック制御される。この種の工業用ロボットでは設置場
所の工程あるいは供給されるワークの種類に応じた所定
の作業を実行するためのプログラムが予め用意されてい
る。そのため、各モータは上記プログラムにより駆動制
御され、各可動部を所定動作位置へ駆動してその位置に
停止させる。
又、上記工業用ロボットにおいては、通常七−夕の回転
駆動力により可動部が所定の動作位置に保持されるよう
になっているが、動作モードが終了し、ロボットが停止
状態になったときには、ブレーキ機構が作動して可動部
を停止状態に保つ。
尚、ブレーキ機構としては例えばモータシャツ1へとと
もに回転するディスク状のブレーキ部材を押圧すること
によりモータシャフトに制動力を付与する構造が採用さ
れている。このブレーキ機構はロボットを緊急停止させ
る必要があるときにも作動するよう設けられている。
上記緊急停止時は動作中の各可動部を停止させるため、
上記ブレーキ機構のブレーキ部材は上記緊急停止により
摩耗する。このため、従来はブレーキ部材の摩耗量を定
期点検時作業員の目視により点検し、摩耗量が所定の限
界量に達したときにはブレーキ部材の交換作業が実施さ
れていた。又、従来の工業用[1ボツトにおいては、上
記目視点検以外の方法として、例えば七−夕の駆動時間
よりブレーキ部材の摩耗量をl′It測してプレーV交
換時期を知る方法も考えられている。
発明が解決しようとする課題 しかるに、従来の工業用ロボットではブレーキ部材の摩
耗量を目視により点検していたため、各モータユニット
に目視点検用の窓を設けなけれ!fならず、さらにはロ
ポツl−n構1− T:一タユニットが外部から見えな
い位置に設けられている場合にはブレーキ部材の摩耗量
を[1視点検することができないといった課題があった
。又、モータの駆動時間よりブレーキ部材の摩耗量を推
定する場合、モータシャフトにかかる負荷及びモータシ
ャフトの回転数が不明であるので、常に最大負荷、最大
回転数として計棹することになり、摩耗量を正確に算出
できず、実際の摩耗量が限界量に達する前にブレーキ部
材を交換するといった無駄が生ずる。
そこで、本発明は上記課題を解決した工業用ロボットを
提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、モータに駆vJされて動作する可動部と、可
動部に制動力を付与し、可動部を停止させるブレーキ部
材と、モータを駆動υJailするυ制御装置とを有す
る工業用ロボットにおいて、可動部の動作に応じてυj
all装四内で出力される制御信号に基づきブレーキ部
材の摩耗量を埠出し、ブレーキ部材が限界摩耗Mに達し
たか否かを検出するブレーキ部材摩耗量検出手段を、制
御装置に設けてなる。
作用 本発明では、可動部を駆動する際のυ制御信号より例え
ばモータシャットに作用している負荷あるいはt〜・タ
シャフトの回転数等を求め、これによりlllfjl時
のブレーキ部材の摩耗量を算出する。そしくブレー 1
部材の摩耗量が限界摩耗hlに達したことを検出し、ブ
レー主部材の交換時!81を自動的に検出する。
実施例 第1図乃至第4図に本発明(=なる[R用ロボットの−
・実施例を示す。
各図中、工業用ロボット1は電動式の多関節!v1目ポ
ットであり、例えば塗装用ロボット等として使用される
。IJ!用ロボロボット1ボット本体2と、會」ボット
本体2の動作を制御する制御装置3とよりなる。
第1図において、ベース4の1−には、旋回駆動部5が
設けられている。旋回駆動部5の上には、ベース4に固
定された軸線Aを中心として回動する旋回ベース6が設
けられている。旋回ベース6Eのブラケット6aには、
旋回ベース6の軸線△どI交する軸線Bを中心として回
動する支柱7が設けられている。また、旋回ベース6上
のブラケット6aには、支柱駆動部8が設けられている
そ(〕τ、支柱7の上端部に(j、支柱7の軸線Bと平
行な軸線Cを中心としτ回動する)7−ム9が回動自在
に設けられている。この7−ム9と支柱7の連結部には
、アーム駆動部10が設けられている。また、アーム〇
の後部には、手首駆動部11が設けられている。さらに
、アーム9の先端には、手首機構12が設けられている
。手首機構12には、ケース13.14及び取付軸15
が設けられている。ケース13は、アーム9の$II!
11Gに平行な軸線りを中心として回動するようになっ
ている。ケース14は、ケース13の軸線りに直交する
軸線Eを中心として回動するようになっている。取付軸
15は、例えば塗装ガン等の作業ツール等を取り付ける
もので、ケース14の線Eに直交する軸線Fを中心とし
て回動するようになっている。
次に、上記可動部としての旋回ベース6、支柱7.アー
ム91手首機構12を駆動する各駆動部5.8.10.
11の構成につき説明する。尚、各駆動部5.8.10
.11は夫々略同様な構成であるので、ここでは支柱駆
動部8について第2図、第3図を参照1ノで説明する。
第2図中、支社駆動部8は、モータ16と、モータシャ
フト16a(第3図に示す)の回転角を検出する回転位
置検出器NMえばボテンシコンメータ)17と、プレー
1機構18と、減速ta19とよりなる。第3図中、を
−タ16のモータシャツt−ff6aは環状の固定子1
6bの内周に嵌入する回転子16Cと一体的に設けられ
、モータ16に電流が通電されると回転する。モータシ
ャフト16の回転は減速機19により減速されて減速機
19の出力軸19aを介し−て支柱7に伝達される。
ここで、ブレー主n構18の詳細につき説明する。ブレ
ーキ111m1Bは@磁式プレー′ヤ構造を採用してお
り、電流が通常されないとき制動力が発生する安全構造
となっている。即ち、ブレーキ機構18は13図に示す
如く、モータシャフト16aに取付けられたディスク状
のブレーキ部材20と、ブレーキ部材20に対向す固定
板21゜可動板22とを有し、可動板22がブレーキ部
材20を固定板21に押圧することによりυ」助力を発
生する。尚、ブレーキ部材20の固定板21゜可動板2
2に当接する部分には摩擦部材20aが設けられている
23はソレノイドで、可動板22に近接対向するようブ
レーキ機構18のケーシング18aに埋設されている。
24はモータ16をケーシング18aに固定する取付ボ
ルトで、可動板22を間通して可動板22の移動をガイ
ドするガイド部材としても機能する。又、ケーシング1
8aの循方向に延在する孔18b内には可動板22を矢
印Xi力方向押圧するコイルバネ25が挿入されている
従って、ブレーキ機構18では、支柱7がモータ16の
回転駆動力により動作するとき、ソレノイド23へ電流
が通電されており、可動板22 G、1ソレノイド23
の電磁力により矢印×2方向に吸引されている。又、支
柱7を動作位置に保持するとき、あるいは緊急停止させ
るときは、ソレノイド23への通電が無くなり可動板2
2はバネ25の押圧力により矢印×1方向に変位する。
そのため、可動板22がブレーキ部材20の1m擦部材
20aを固定板21に押圧し、摩擦部材20aは固定板
21と可動板22との間で両側より押圧され両者との摩
擦により停止する。
その結果、モータシャフト16aにill動力が付与さ
れ、支社7は停止する。このように、ブレーキ機構18
が摩wA部材20aの摩擦により制動力を発生させる構
成であるので、摩擦部材20aは%1急停止の制動動作
毎に摩耗する。
この摩擦部!A20aの1制動毎の摩耗量δ0は次式に
より求めることができる。
δo =KXJXN?・・・巾 但し、Kは実験に求められる摩耗係数、Jは負荷イナー
シャ(KOcIIS2)、Nは制動開始時の回転速度(
rps)である。
次に、ブレーキ摩耗備検出手段を有するυ制御装置3の
構成について第4図を参照して説明する。。
第4図中、w4I!l装置3には、大略ロボット本体2
の上記各可動部の動作をt、1JIDするロボット動作
vI御回路26と、位置制御回路27と、速度制賛回路
28と、摩擦部材摩耗m演篩回路29と、1f耗層記憶
装置30と、警報発生回路31とが設(,1られている
0ボツ[・動作113111回路26にはロボット本体
2の動作を1iliIIlするプログラムが設けられて
おり、111tlD回路26は上記プログラムの指示に
よりブレーキ1118へブレーキオン・オフ信号を出力
づるとともに、速度11JIlff回路28にリーボオ
ン・オフ信号を出力する。又、制御回路26は各可a部
の軸の回転角を指示する位置指令信号θ「を位置III
IIll(ロ)路27に出力しており、位置制御回路2
7は位置指令信号θ「と回転位置検出器17からの位置
フィードバック信号θ「とより演算を行ない速度指令信
号θrを出力する。速度t+1jWJ回路28は位置制
御回路27からの速度指令信号θ「と位置フィードバッ
ク信号θ「との入力により演算を行ないモータ16へ駆
動TI流を供給する。又、速度制御回路2日では位置フ
ィードバック信号θ「より速度フィードバック信号θt
を算出し、これを摩耗量演算回路29に出力する。
摩耗量演算回路29ではロボット動作lll−回路26
からのブレーキ信号、サーボ信号、及び位置61310
回路27からの速度指令信号θrと、速度詞m(ハ)路
28からの速度フィードバック(fi号θfと、回転位
置検出fi17からの位置フィードバック信号θrとが
入力されており、後述するように各信号に基づいて摩擦
部材20aの摩耗量δを算出する。記憶回路30は電源
をオフにされても記憶が消えない不揮発性メモリであり
、摩耗量演算回路29より出力された摩耗量δmを記憶
する。尚、初期状態では摩耗量δm=0として記憶する
尚、第4図には示されていないが位Rυltm回路27
、速度1lJiI11回路28は各可動部を駆動するモ
ータ数に対応する数が設けられている。
又、ロボット本体2を動作させる際は、ロボット動作制
御回路26は位置指令信号θ「を出力し、次にブレーキ
オフ信号とサーボオン信号を出力する。このようにサー
ボオン信号が出力されることによりモータ16へ電流が
供給され、支柱7等の可動部はモータ16の回転駆動力
により所定角度回動する。又、通常動作時ロボット本体
2の可動部を停止させるには、位置指令信号θ「が・一
定値に保持されたまま、速度指令値θrを略ゼロにして
、サーボオフ信号を出力する。次に、動作モードが終了
し、ロボットを停止させるときは、制御回路26よりブ
レーキオフ信号が出力され、前述の如くブレーキ機構1
8が制動動作する。
尚、緊急的に停止させる必費があるときは、i制御回路
26はブレーキオン信号とサーボオフ信号とを同時に出
力する。この場合、位置71令信号θrは一定値に保持
されない。従って、緊急停止の場合駆動中のモータ16
のモータシャフト16aはブレーキ機構18の制動動作
により停止する。
次に、上記の如く緊急停止によりブレーキ部材20の摩
擦部材20aの摩耗量を検出する処理動作について説明
する。制御装置2は緊急停止時第5図に示す処理を実行
する。
即ち、制tm装躍2は一定時間毎に第5図に示すサンプ
リング処理を実行し、プレー1部材20の摩耗量を監視
する。
第5図において、ステップS1ではロボット動作u11
に1回路26よりブレーキオン信号が出力されると、ス
テップS2に移り、△゛「時門前(例えば20 +1S
eC前)にサーボオン信号が出力されているかどうかを
確認する。尚、ステップS1でブレーキオン信号が出力
されていないときは制御動作が行なわれていないので、
第5図のリンプリング処理は終了する。又、ステップS
2においてΔT時間前にサーボオン信号が出力されてい
ないときは通常の動作停止後にブレーキ機#$18が制
動動作するため、ブレーキ部材20の摩擦部材20aが
摩耗せず、よってステップ82以下の処理を実行せずに
第5図のサンプリング処理は終了する。
しかし、ステップS2で61時間前にサーボオフ信号が
出力されているときは、ロボット本体2の各可動部が動
作中であるので、前記M急υ1動が行なわれていること
になり、ステップS3で11!m部材20aの摩耗量を
節用する。尚、第5図に示す処理は摩擦部材20aの摩
耗量を算出する主ルーチンであり、ステップS3では第
6図に示すサブルーチンが実行される。従って、後述す
るようにステップS3では可動部の慣性モーメントより
摩擦部材20aの摩耗量を算出する。次のステップS4
では上記ステップS3で算出された摩耗量δが予め設定
された摩擦部材20aの限界摩耗量15TIに達したか
否かを判断する。
ステップS4において、δη〉δであるときは、**部
材20aの摩耗量δが限界摩耗mδ11に達していない
ので、このサンプリング処理はステップS4で終了する
。しかし、ステップS4において、δ1≦δであるとき
は、摩擦部材20aが限界摩耗量に達したものと判断し
、警報発生回路31にその検出信号を出力して警報を発
生さゼた作業者に摩擦部材20aの交換時期であること
を知らせる(ステップ35)。さらに、ロボット勤作t
mm@路26にも検出信号が入力され、ロボット本体2
を停止させる〈ステップ86)。
尚、警報としてはロボット本体2の近傍にブレーキ部材
20の交換時期を知らせるためのランプを点滅させても
良いし、あるいは管理室の制御盤等に警報用のランプ又
はブザー等を設けても良い。
上記の如く、警報発生により作業者が目視点検を行なわ
すとも摩擦部材20aが交換時期であることを知ること
ができる。又、摩擦部材20aが限界摩耗量に達したと
きは、安全を優先してロボット本体2を停止させるため
、制動力が十分得られない状態で動作することを防止し
てプレーキネ良による事故発生を防止している。
ここで、上記ステップS3の処理につき具体的に説明す
る。第6図に示す如く、まず、[Iポットの各軸A−F
の回動角を検出する。即ち、回転位置検出器17からの
位置フィードバック信号θtより各可動部の角度データ
θ1〜θ6を読込む(ステップ511)。次に、上記角
度データ01〜06に基づき各可動部のブレーキ機構1
8にかかる慣性モーメントJを算出する(ステップ51
2)。
このステップ812では動力学の慣性マトリックスより
慣性モーメントJを算出する。即ち、慣性モーメントJ
は遠心力、コリオリカ、重力を無視して次式より求まる
但し、Hは慣性モーメントJ、T+ 、T2 、T3は
軸A、B、Cのトルク、θ1.θ2.θ3は各軸A、B
、Cの角加速度である。
ここに、 次に、速度制tI@路28からの速度フィードパθ6を
得る(ステップ513)。そして、前述の式中からの式
δo=に+  −J・θ2と上記慣性モーメントJ(−
H)、角速度θ盲〜θ6より摩擦部材20aの摩耗量δ
0を算出する(ステップ514)。
続いて、摩耗量記憶回路30より前回III動時までに
積算された摩耗116 mを読み込み(ステップ815
)、今回の摩耗量δ0と前回までの摩耗量δmとを加韓
して今回制動時の総摩耗慧δを算出する(ステップ51
6)。次いで、算出された今回までの総摩耗量δを記憶
回路30へ記憶させる(ステップ517)。
上記の如く、第6図に示す処理においては、各可動部の
姿勢による慣性モーメントを詐出し、シリ動時のモータ
シャフト16の回転速度、lfl@モーメントより正確
な摩耗量を算出することができる。
第7図に本発明の変形例の処理を丞す。第7図に示す処
理は第5図中ステップS3の処理、即ち第6図の処理に
代わるものである。
第7図において、速度l1II11回路28からの速度
フィードバック信号ofを読み込む(ステップ521)
。そして、δ。−Ko ・θf2の演界を行ない今回I
ll動時の摩耗量δ0を算出する(ステップ522)。
尚、この場合フィードバックυ制御されるモータシャフ
ト16aの回転速度より摩耗量δ0が算出されるのでフ
ィードバックυ1611の応答遅れを無視して精度良く
摩耗量δ0を算出できる。
次のステップ823〜825は前述したステップ815
〜17と同じ処1q!なので、ここではその説明を省略
する。
第8図に本発明の別の変形例を示す。第8図に丞す処理
は第5図中ステップS3の処理(第6図の処理)に代わ
るものである。
第8図において、位置制御回路27から出力された速度
指令信号θrを読み込む(ステップ531)。次のステ
ップ332では速度指令信号θrに対するモータ16の
応答遅れ(−△■)を考慮して摩耗量δ。をδ。−Ko
  (θ「(−Δ丁))2の式より算出する。尚、θ「
 (−Δ■)とはΔT時間前の回転速度である。この場
合、例えばモータ16の回転速度を一定値として摩耗量
を算出する場合よりも正確な摩耗量が得られる。
次のステップ333〜35は前述したステップ823〜
25と同様ステップ815〜17と同じ処理なのでその
説明は省略する。
このように、本発明では摩W1部材20aの摩耗量が特
別なセンサ等を使用せずに14!IIVi置3の制御信
号より自動的に鐸出され、限界摩耗量に達したか否かが
判新されるので、従来のように作業員が目視点検せずに
流み作業の合理化が図られる。
しかも、摩耗層をより精度良く検出できるので、ブレー
キ部材20の交換時期を正確に知ることができ、ブレー
キ部材20を無駄なく限界!1B耗潰に達するまで使用
することができる。
尚、上記実施例では′l&磁式のブレーキ機構溝18に
よりモータシャフトに制動力を付与したが、ブレーキ機
構の構成及びブレーキ機構の取付場所等は上記実施例に
限らないのは言うまでもない。
発明の効果 上述の如く、本発明になる工業用ロボットは、ブレーキ
部材の摩擦部材の摩耗層を測定するための特別なセンサ
等を設けることなく、ロボットの可動部を動作$1罪す
る信号より摩耗量を自動的に篩用することができ、従っ
て作業員によるブレーキ部材の点検作業を不要にして作
業の合理化を図れるとともに、点検用窓が不要になり、
モータの取付位置が点検用窓に制約されず、設計上任意
の位置にモータを取付けることが可能となる。さらに、
各可動部の動作に応じた摩耗量を算出できるので、実際
の摩耗量を求めることが可能となり、ブレーキmt4の
交換時期を正確に知ることができ、従来のように早目に
交換しなくなるため、ブレーキ部材を限界摩耗量に達す
るまで有効に使用することができる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になる工業用ロボットの一実施例を示す
斜視図、第2図は支柱を駆動する支柱駆動部の正面図、
第3図は支柱駆動部の縦断面図、第4図は1顛装置のブ
ロック図、第5図は制御装置が実行する主ルーチンのフ
ローチャート、第6図は第5図中慣性モーメントより摩
耗mを算出する処理の70−ヂヤート、第7図、第8図
は夫々本発明の変形例で実行される摩耗愚碑出処即のフ
【]−チャートである。 1・・・工業用ロボット、2・・・ロボット本体、3・
・・制御装置、5・・・旋回駆動部、6・・・旋回ベー
ス、7・・・支柱、8・・・支柱駆動部、9・・・アー
ム、10・・・アーム駆動部、11・・・手首駆動部、
12・・・手首機構、16・・・モータ、17・・・回
転位置検出器、18・・・ブレーキ機構、19・・・減
速機、20・・・プレー“1部材、20a・・・摩擦部
材、21・・・固定板、22・・・可動板、23・・・
ソレノイド、26・・・ロボット動作制御回路、27・
・・位置制御回路、2B・・・速度制御回路、29・・
・摩擦部材摩耗M演粋回路、30・・・摩耗量記憶回路
、31・・・警報発生回路。 第1図 特許出願人 ト キ コ 株式会社 fJ2 図 第 図 第4 図 第 図 第8 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 モータに駆動されて動作する可動部と、該可動部に制動
    力を付与し前記可動部を停止させるブレーキ部材と、前
    記モータを駆動制御する制御装置とを有する工業用ロボ
    ットにおいて、 前記可動部の動作に応じて前記制御装置内で出力される
    制御信号に基づき前記ブレーキ部材の摩耗量を算出し、
    前記ブレーキ部材が限界摩耗量に達したか否かを検出す
    るブレーキ部材摩耗量検出手段を、前記制御装置に設け
    てなることを特徴とする工業用ロボット。
JP3963689A 1989-02-20 1989-02-20 工業用ロボット Pending JPH02218588A (ja)

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