TW202224871A - 破損處推定裝置及破損處推定方法 - Google Patents

破損處推定裝置及破損處推定方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202224871A
TW202224871A TW110143582A TW110143582A TW202224871A TW 202224871 A TW202224871 A TW 202224871A TW 110143582 A TW110143582 A TW 110143582A TW 110143582 A TW110143582 A TW 110143582A TW 202224871 A TW202224871 A TW 202224871A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
damage
slider
robot
estimated
load
Prior art date
Application number
TW110143582A
Other languages
English (en)
Inventor
小野寺裕星
陶山峻
Original Assignee
日商發那科股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商發那科股份有限公司 filed Critical 日商發那科股份有限公司
Publication of TW202224871A publication Critical patent/TW202224871A/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

提供一種破損處推定裝置，可以在機器人用的直線運動引導機構中，更正確地提取出容易發生破損的位置處。 破損處推定裝置(30)具備：資料取得部(31)，取得執行機器人(10)的動作程式時的各時刻中之和機器人(10)的各軸的動作相關的物理參數及作用於機器人(10)的外力；外力及力矩算出部(32)，算出前述各時刻中作用於滑動構件的基準位置的外力及力矩；荷重算出部(33)，算出前述各時刻中作用於滑件的荷重；等效荷重算出部(34)，算出前述各時刻中的前述滑件的等效荷重；破損推定值算出部(35)，算出前述各時刻中的前述滑件的破損推定值；及推定破損處提取部(36)，提取出前述直線運動引導機構的推定破損處。

Description

破損處推定裝置及破損處推定方法
本發明是有關於一種破損處推定裝置及破損處推定方法。
以往，作為機器人用的直線運動引導機構的檢查，會以目視方式來確認滑件、導軌、潤滑油的狀態。但是，在直線運動引導機構中，由於滑件的滾動面或滾動體是位於內部，因此難以直接檢查。雖然也會進行導軌的滾動面的檢查來代替檢查滑件的滾動面或滾動體，但是在該情況下必須涵蓋導軌的全長來檢查，因此需要大量的工時。特別是，在一般的直線運動引導機構中，由於有4處滾動面，針對從上看不到的部分，會變成要使用鏡子等來確認，因此在作業上須花費勞力與時間。又，在滑件上設置有滑動構件的情況下，針對位於滑動構件的正下方的導軌的滾動面，由於必須一邊使滑動構件與滑件一起移動一邊進行檢查，因此工時會增加。
另一方面，已提出有以下復原方法：在具有直線運動引導機構的機器人中，在直線運動引導機構發生了故障的情況下，測定直線運動軸承的位移，依據已測定的位移來算出施加於直線運動軸承的荷重，並且選定具有適用於該荷重的剛性之直線運動軸承，來和已發生故障的直線運動軸承更換(例如，參照專利文獻1)。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2012-13469號公報
發明概要 發明欲解決之課題
作為產業用的機器人所特有的情形，在執行動作程式時，有時重心位置會伴隨於姿勢的變化而變化、或負荷因動作模式而變化。因此，在設置於機器人的直線運動引導機構中，要以高精確度的方式來算出某個瞬間施加的荷重是困難的。這不只是設置於機器人的直線運動引導機構，針對設置於機器人的工具之直線運動引導機構、或和機器人協同合作的直線運動引導機構也是同樣的。
本發明之目的在於提供一種破損處推定裝置及破損處推定方法，前述破損處推定裝置及破損處推定方法可以在機器人用的直線運動引導機構中，更正確地提取出容易發生破損的位置處。 用以解決課題之手段
本揭示的一個態樣是一種破損處推定裝置，是推定機器人用的直線運動引導機構的破損處之破損處推定裝置，前述直線運動引導機構具備：1個以上的滑件，在導軌上設置成直線運動自如；及滑動構件，設置於前述滑件，前述破損處推定裝置具備：資料取得部，取得在執行前述機器人的動作程式時的各時刻中之和前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力；外力及力矩算出部，依據前述資料取得部所取得之和前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力、以及幾何參數，來算出在前述各時刻中作用於前述滑動構件的基準位置的外力及力矩；荷重算出部，依據前述外力及力矩算出部所算出的作用於前述基準位置的外力及力矩、以及從前述滑動構件的前述基準位置到前述滑件的重心位置的距離，來算出在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重；等效荷重算出部，依據前述荷重算出部所算出的在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重、以及等效荷重的計算式，來算出前述各時刻中的前述滑件的等效荷重；破損推定值算出部，依據前述等效荷重算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的等效荷重、以及安全推定要素，來算出前述各時刻中的前述滑件的破損推定值；及推定破損處提取部，依據前述破損推定值算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的前述破損推定值、以及前述各時刻中的前述滑件的前述導軌上的位置，來提取出前述直線運動引導機構的推定破損處。
本揭示的其他的一個態樣是一種破損處推定方法，是提取出設置於機器人的直線運動引導機構或和機器人協同合作的直線運動引導機構的推定破損處之破損處推定方法，是一種推定機器人用的直線運動引導機構的破損處之破損處推定裝置，前述直線運動引導機構具備：1個以上的滑件，在導軌上設置成直線運動自如；及滑動構件，設置於前述滑件，前述破損處推定方法包含：資料取得步驟，取得在執行前述機器人的動作程式時的各時刻中之和前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力；外力及力矩算出步驟，依據前述資料取得步驟所取得之和前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力、以及幾何參數，來算出在前述各時刻中作用於前述滑動構件的基準位置的外力及力矩；荷重算出步驟，依據前述外力及力矩算出步驟所算出的作用於前述基準位置的外力及力矩、以及從前述滑動構件的前述基準位置到前述滑件的重心位置的距離，來算出在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重；等效荷重算出步驟，依據前述荷重算出步驟所算出的在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重、以及等效荷重的計算式，來算出前述各時刻中的前述滑件的等效荷重；破損推定值算出步驟，依據前述等效荷重算出步驟所算出的前述各時刻中的前述滑件的等效荷重、以及安全推定要素，來算出前述各時刻中的前述滑件的破損推定值；及推定破損處提取步驟，依據前述破損推定值算出步驟所算出的前述各時刻中的前述滑件的前述破損推定值、以及前述各時刻中的前述滑件的前述導軌上的位置，來提取出前述直線運動引導機構的推定破損處。 發明效果
根據本發明之破損處推定裝置及破損處推定方法，可以在機器人用的直線運動引導機構中，更正確地提取出容易發生破損的位置處。
用以實施發明之形態
以下，針對本發明之破損處推定裝置及破損處推定方法的實施形態進行說明。另外，本說明書所附的圖式都是示意圖，考慮到理解上的容易度等，會從實物來變更或誇張顯示各部分的形狀、比例尺、縱橫的尺寸比等。又，在圖式中適當地省略表示構件的剖面之陰影線。 在本說明書等中，針對形狀、幾何學上的條件、特定該等之程度的用語，例如「平行」、「正交」、「方向」等之用語，除了該用語的嚴格意義之外，還包含視為幾乎平行、幾乎正交等之程度的範圍、大致視為該方向的範圍。
(第1實施形態) 圖1是第1實施形態的機器人系統1的整體構成圖。圖2A及圖2B是顯示設置於機器人10的破損處推定裝置30的概念圖。圖2C是和機器人10協同合作的直線運動引導機構100的概念圖。圖3是顯示直線運動引導機構100的具體例的立體圖。圖4是圖3所示的導軌110與滑件120的x-y剖面圖。圖5是直線運動引導機構100的平面圖。
如圖1所示，機器人系統1具備機器人10、機器人控制裝置20、及破損處推定裝置30。在機器人系統1中，機器人10與機器人控制裝置20之間、以及機器人控制裝置20與破損處推定裝置30之間是分別藉由訊號纜線(未圖示)來電連接。另外，第1實施形態中的機器人10及機器人控制裝置20的構成，在後述的第2實施形態的機器人系統1A中也是相同的。
(機器人10) 機器人10是依據機器人控制裝置20(後述)的控制，來進行例如零件的處理、組裝、熔接等之作業的裝置。機器人10是依據從機器人控制裝置20發送的動作指令，藉由驅動使各部分動作的伺服馬達(未圖示)來執行因應於上述作業的動作模式。機器人10具備直線運動引導機構100(後述)。如圖2A~圖2C所示，直線運動引導機構100是使臂部11(圖2A)、工具12(圖2B)、或機器人10(圖2C)沿著導軌110的方向直線地移動的裝置。如圖2A~圖2C所示，直線運動引導機構100也有設置於機器人10的形態，也有設置成和機器人10協同合作的形態。
圖2A所示的直線運動引導機構100是為了使臂部11直線運動，而設置在機器人10的本體。在圖2A所示的形態的情況下，由於機器人10的各部分是如鐘擺地動作，因此從作用於滑件120(參照圖3)的負荷的方面來看，是機器人10的各部分動作時的慣性力所造成的負荷之比率會變大。
圖2B所示的直線運動引導機構100設置於機器人10的臂部11所保持的工具12。在圖2B所示的形態的情況下，由於機器人10的各部分是如鐘擺地動作，因此從作用於滑件120的負荷的方面來看，是機器人10的各部分動作時的慣性力所造成的負荷、與重力(工具12的重量)所造成的負荷之比率會變大。
圖2C所示的直線運動引導機構100是設置成在使用了機器人10的系統中和機器人10協同合作。在圖2C所示的形態的情況下，從作用於滑件120的負荷的方面來看，是重力(機器人10的重量)所造成的負荷之比例會變大。 另外，在本說明書中，也會將如圖2A及圖2B所示的形態的機器人10、以及如圖2C所示之使用了機器人10的系統統稱為「機器人10」。
在圖2A~圖2C中，在直線運動引導機構100中，箭頭A是顯示滑動構件130或導軌110(參照圖3)移動的方向(直線運動軸的方向)。在直線運動引導機構100中，在例如以滾珠螺桿及馬達為主體來構成滑動構件130的驅動部分的情況下，滾珠螺桿的軸方向會成為直線運動軸的方向。另外，在本實施形態中，雖然是如圖2A所示，以在機器人10的本體中設置有直線運動引導機構100的形態為例來說明，但是機器人10與直線運動引導機構100的形態亦可為圖2B或圖2C所示的形態。
如圖3所示，本實施形態的直線運動引導機構100具備2條導軌110、4個滑件120、及滑動構件130。導軌110是沿著延伸方向來直線地引導移動的滑件120的構件。2條導軌110是在寬度方向(y方向)上等間隔地配置成各自的延伸方向(z方向)為平行。如圖4所示，在導軌110中，在4個位置處設置有軸承111。各軸承111是沿著導軌110的延伸方向而設置。
在2條導軌110上，沿著延伸方向分別安裝有2個滑件120。如圖4所示，滑件120是剖面具有大致倒凹形狀的部分之構件。在內側的4個位置處上設置有軸承121。在滑件120的軸承121與導軌110的軸承111之間，環狀地嵌入有複數個滾動體140。
滑動構件130是供機器人10的臂部11(參照圖2A)、機器人10的臂部11所保持的工具12(參照圖2B)或機器人10(參照圖2C)安裝的板狀的構件。滑動構件130是安裝在4個滑件120之上。具體而言，如圖5所示，滑動構件130是安裝在平面視角下配置在四個角落的每一個的下部的滑件120之上。
(機器人控制裝置20) 機器人控制裝置20是控制機器人10，使機器人10進行預定的作業的裝置。如圖1所示，機器人控制裝置20具備控制部21、操作輸入部22、顯示部23、及記憶部24。 控制部21是統合地控制機器人10的動作的單元，是藉由包含CPU(中央處理裝置)、記憶體等之微處理器所構成。在控制部21中，供給有記述了機器人10的各動作的動作程式。控制部21是依據被供給的動作程式來製作動作指令，前述動作指令包含例如對驅動直線運動軸的伺服馬達的移動指令等。並且，透過訊號纜線(未圖示)將已製作的動作指令發送至機器人10，藉此來控制機器人10的動作。藉此，可執行機器人10所進行之預定的作業。
操作輸入部22是取得機器人10的操作人員所輸入的各種數值資料、操作指示、動作指示等的裝置。操作輸入部22是藉由例如鍵盤、滑鼠、觸控面板等(未圖示)所構成。從操作輸入部22輸入的各種數值資料等是記憶於例如記憶部24。
顯示部23是可以顯示各種資料、訊息、圖形等的顯示器裝置。 記憶部24是主要記憶有控制部21所執行的各種程式、資料等的記憶裝置。記憶部24是藉由例如半導體記憶體、硬碟裝置等所構成。
(破損處推定裝置30) 破損處推定裝置30是提取出設置於機器人10的直線運動引導機構100(參照圖2A)的推定破損處之裝置。在破損處推定裝置30中，後述的資料取得部31、外力及力矩算出部32、荷重算出部33、等效荷重算出部34、安全係數算出部35、及推定破損處提取部36是藉由包含CPU(中央處理裝置)、記憶體等的微處理器所構成。微處理器是讀取記憶體所記憶的系統系統、應用程式等並執行，藉此和各硬體協同合作，來執行後述的破損處的推定處理。
破損處推定裝置30具備資料取得部31、外力及力矩算出部32、荷重算出部33、等效荷重算出部34、安全係數算出部35、推定破損處提取部36、顯示部(位置資訊輸出部)37、及記憶部38。另外，資料取得部31、外力及力矩算出部32、荷重算出部33、等效荷重算出部34、安全係數算出部35、及推定破損處提取部36的功能，亦可將其一部分或全部設為藉由機器人控制裝置20的控制部21來執行。
資料取得部31是透過機器人控制裝置20，來取得在執行機器人10的動作程式時的各時刻t中之與機器人10的各軸的動作相關的物理參數及作用於機器人10的外力。具體而言，資料取得部31是取得機器人10的各軸的位置、速度、加速度，來作為與機器人10的各軸的動作相關的物理參數。另外，資料取得部31除了上述機器人10的各軸的位置、速度、加速度以外，還會取得例如機器人10的各軸的姿勢、從各軸的基準位置起的移動量等。
在此，動作程式是在機器人控制裝置20或機器人10的模擬裝置(未圖示)中執行的程式，且是用於使機器人10執行預定的作業的程式。又，作用於機器人10的外力，是用於執行機器人10的各動作所必要的轉矩的算出值與實際上使機器人10動作時所必要的轉矩的實測值之差分。作用於機器人10的外力可以從例如指令值與電流值來算出，前述指令值是供給至驅動機器人10的各部分的伺服馬達(未圖示)之電流的指令值，前述電流值是實際上伺服馬達動作時的電流值。
外力及力矩算出部32是依據資料取得部31所取得的機器人10的各軸的位置、速度、加速度及作用於機器人10的外力、以及幾何參數，來算出在各時刻t中作用於滑動構件130的基準位置S 0的外力及力矩。具體而言，如圖3所示，外力及力矩算出部32是計算設定在滑動構件130的基準位置S 0之3個正交的座標軸x、y、z的各軸方向上的外力及繞著各座標軸x、y、z的力矩。另外，所謂滑動構件130的基準位置S 0是指例如滑動構件130的重心位置。又，幾何參數是指例如與機器人10的連桿長度或臂部的重量等相關的參數。
荷重算出部33是依據外力及力矩算出部32所算出的作用於基準位置S 0的外力及力矩、以及從滑動構件130的基準位置S 0到各滑件120的重心位置S 1、S 2、S 3、S 4的距離L 1、L 2、L 3、L 4(參照圖5)，來算出在各時刻t中作用於各滑件120的荷重。具體而言，如圖4所示，荷重算出部33是算出荷重P Rn及荷重P Tn來作為作用於各滑件120的荷重，前述荷重P Rn是與導軌110的延伸方向正交的滑件120的高度方向(x方向)的荷重，前述荷重P Tn是滑件120的寬度方向(y方向)的荷重。另外，荷重P Rn、P Tn等符號所包含的「n」是表示4個(n=1~4)滑件120的任意一個。亦即，荷重算出部33是算出在各時刻t中，作用於4個滑件120的每一個的2方向的荷重P Rn及P Tn。
等效荷重算出部34是依據荷重算出部33所算出的在各時刻t中作用於各滑件120的荷重P Rn及P Tn、以及等效荷重的計算式，來算出各時刻t中的各滑件120的等效荷重。具體而言，等效荷重算出部34是依據針對各滑件120所計算的2方向的荷重P Rn及P Tn、以及作為等效荷重的計算式之下述式(1)，來算出各時刻t中的各滑件120的等效荷重P En。 P En＝Kx・P Rn＋Ky・P Tn…(1) 在式(1)中，Kx、Ky是直線運動引導機構100固有的等效係數。
安全係數算出部(破損推定值算出部)35是依據等效荷重算出部34所算出的各時刻t中的各滑件120的等效荷重P En、以及安全係數的計算式(安全推定要素)，來算出各時刻t中的各滑件120的靜態安全係數(破損推定值)。具體而言，安全係數算出部35是依據各時刻t中的各滑件120的等效荷重P En、以及成為安全係數的計算式之下述式(2)，來算出各時刻t中的各滑件120的靜態安全係數F Sn。 F Sn＝C 0/P En…(2) 在式(2)中，C 0是直線運動引導機構100固有的基本靜態額定荷重。 藉由式(2)所算出的靜態安全係數F Sn是和等效荷重P En成反比例的關係。亦即，在式(2)中，隨著等效荷重P En變大，靜態安全係數F Sn會變低。又，在式(2)中，隨著等效荷重P En變小，靜態安全係數F Sn會變高。
推定破損處提取部36是依據安全係數算出部35所算出的各時刻t中的各滑件120的靜態安全係數F Sn、以及各時刻t中的各滑件120的導軌110上的位置(參照圖3)，來提取出在直線運動引導機構100中容易發生破損的位置處(以下，也稱為「推定破損處」)。亦即，推定破損處提取部36是提取出在導軌110上靜態安全係數F Sn較低的位置處來作為推定破損處。
接著，說明在推定破損處提取部36中提取出直線運動引導機構100的推定破損處的處理的具體例。 圖6是說明在推定破損處提取部36中提取出直線運動引導機構100的推定破損處的處理的圖。圖6是顯示針對4個滑件120(參照圖5)當中的任意一個所實施的處理。圖6的上側是顯示執行機器人10的動作程式時的時刻t(橫軸)、以及各時刻t中的滑件120的等效荷重P En(縱軸)的關係的圖表。各時刻t中的滑件120的等效荷重P En是藉由等效荷重算出部34來算出。圖6的下側是顯示執行機器人10的動作程式時的時刻t(橫軸)、以及在導軌110的z方向中的滑件120的位置(縱軸)的關係的圖表。滑件120的位置可以從例如機器人控制裝置20所執行的動作程式來取得。又，縱軸(z)所示的滑件120的位置是表示滑件120已從導軌110上的基準位置(0)移動的距離。在圖6所示的上側的圖表與下側的圖表中，時刻t的時間軸是一致的。
如圖6的上側的圖表所示，當動作程式執行時，滑件120的等效荷重P En會因應於在導軌110上的位置而時時刻刻地變化。推定破損處提取部36是依據等效荷重P En的基準值P EL，來提取出等效荷重P En成為基準值P EL以上的時刻t。等效荷重P En的基準值P EL是依據基本靜態額定荷重C 0而計算的閾值。等效荷重P En為基準值P EL以上的時間段，由於靜態安全係數F Sn較低，因此是容易發生破損的動作的時間段。另一方面，等效荷重P En小於基準值P EL的時間段，由於靜態安全係數F Sn較高，因此是不易發生破損的時間段。在圖6的上側的圖表中，提取出等效荷重P En為基準值P EL以上的3個時間段tz1~tz3。
推定破損處提取部36是依據上述時間段tz1~tz3、以及圖6的下側的圖表，提取出與等效荷重P En為基準值P EL以上的時間段tz1~tz3相對應的滑件120的位置(導軌110上的z方向的位置)來作為推定破損處。在圖6所示的例子中，提取出滑件120最遠離基準位置(0)的2個位置處、及比較接近基準位置的1個位置處來作為推定破損處(重要檢查位置處)。
又，推定破損處提取部36算出在導軌110上之已提取的推定破損處與滑動構件130不重疊的位置，來作為滑件推薦位置資料。在圖6所示的例子中，相當於zA~zB的範圍的位置會成為滑件推薦位置資料。滑件推薦位置資料是例如在導軌110的z方向中比較長度L1與長度L2，前述長度L1是排除了已提取的推定破損處以外的範圍的長度，前述長度L2是滑動構件130的長度(圖3所示的z方向的長度)。並且，當存在有L1≧L2的範圍的情況下，可以藉由求出從該範圍的基準位置起算之起點與終點的位置來算出。
推定破損處提取部36是使記憶部38(後述)記憶推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料，前述推定破損處資料是有關於已提取的推定破損處之資料，前述軸位置資料是有關於在已提取的推定破損處的機器人10的各軸(包含直線運動軸的全部軸)的位置之資料，前述滑件推薦位置資料是顯示已提取的推定破損處與滑動構件130不重疊的位置之資料。並且，推定破損處提取部36是依據透過機器人控制裝置20(參照圖1)輸入的操作人員的指示，使顯示部37(後述)顯示推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料。
顯示部37是可以顯示各種資料、訊息、圖形等的顯示器裝置。在顯示部37中，推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料作為位置資訊來顯示。 記憶部38是記憶上述資料取得部31、外力及力矩算出部32、荷重算出部33、等效荷重算出部34、安全係數算出部35、推定破損處提取部36所執行的各種程式、資料等的記憶裝置。記憶部38是藉由例如半導體記憶體、硬碟裝置等所構成。
接著，說明在第1實施形態的破損處推定裝置30中提取出直線運動引導機構100的推定破損處的處理的具體例。 圖7是顯示在破損處推定裝置30中執行的推定破損處提取程式的處理順序的流程圖。圖7所示的推定破損處提取程式的處理是和機器人10的動作程式同步來執行。
在圖7的步驟S101中，資料取得部31是取得執行機器人10的動作程式時與各時刻t中的機器人10的各軸的動作相關的物理參數(機器人10的各軸的位置、速度、加速度)及作用於機器人10的外力(資料取得步驟)。
在步驟S102中，外力及力矩算出部32是依據資料取得部31所取得的機器人10的各軸的位置、速度、加速度及作用於機器人10的外力、以及幾何參數，來算出在各時刻t中作用於滑動構件130的基準位置S 0的外力及力矩(外力及力矩算出步驟)。
在步驟S103中，荷重算出部33是依據外力及力矩算出部32所算出的作用於基準位置S 0的外力及力矩、以及從滑動構件130的基準位置S 0到各滑件120的重心位置S 1~S 4的距離L 1~L 4(參照圖5)，來算出在各時刻t中作用於各滑件120的荷重(荷重算出步驟)。
在步驟S104中，等效荷重算出部34是依據荷重算出部33所算出的在各時刻t中作用於各滑件120的荷重P Rn及P Tn、以及等效荷重的計算式，來算出各時刻t中的各滑件120的等效荷重(等效荷重算出步驟)。
在步驟S105中，安全係數算出部35是依據等效荷重算出部34所算出的各時刻t中的各滑件120的等效荷重P En、以及安全係數的計算式，來算出各時刻t中的各滑件120的靜態安全係數(安全係數算出步驟：破損推定值算出步驟)。
在步驟S106中，推定破損處提取部36是依據安全係數算出部35所算出的各時刻t中的各滑件120的靜態安全係數F Sn、以及各時刻t中的各滑件120的導軌110上的位置(參照圖3)，來提取出直線運動引導機構100的推定破損處(推定破損處提取步驟)。在步驟S106的結束後，推定破損處提取部36是使記憶部38記憶有關於已提取的推定破損處的推定破損處資料、以及與在已提取的推定破損處的機器人10的各軸的位置相關的軸位置資料，並且結束本流程圖的處理。 另外，亦可在步驟S106的處理結束後，例如依據操作人員的指示，使顯示部37顯示推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料。
根據上述第1實施形態的破損處推定裝置30，可發揮例如以下的效果。 在第1實施形態的破損處推定裝置30中，由於是算出荷重的位置與大小，並且使用此荷重的位置與大小來提取推定破損處，因此可以更正確地提取設置在機器人10的直線運動引導機構100或和機器人10協同合作的直線運動引導機構100的推定破損處，前述荷重是在執行機器人10的動作程式而使得重心位置伴隨於機器人10的姿勢變化而變化時、或負荷因動作模式而變化時，施加於直線運動引導機構100的荷重。
根據第1實施形態的破損處推定裝置30，由於可以更正確地提取出容易發生破損的位置處，因此在直線運動引導機構100中，會變得較容易鎖定重要檢查位置處。從而，藉由使用第1實施形態的破損處推定裝置30，可以減少直線運動引導機構100的檢查作業所需要的工時。
根據第1實施形態的破損處推定裝置30，在導軌110上，已提取的推定破損處與滑動構件130不重疊的位置會作為滑件推薦位置資料被算出。因此，例如，在動作程式的結束時，可以依據已算出的滑件推薦位置資料，使滑動構件130先移動到不和推定破損處重疊的位置。藉此，在檢查時，可以減少使滑動構件130移動至不和推定破損處重疊的位置之作業的工時。
根據第1實施形態的破損處推定裝置30，由於是在顯示部37上顯示推定破損處提取部36所提取或算出的推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料，因此操作人員可以容易且直觀地掌握導軌110上的重要檢查位置處或滑動構件130的位置。
根據第1實施形態的破損處推定裝置30，由於可以進行伴隨於機器人10的姿勢變化之重心位置的變化或動作模式所造成的負荷的變化、與在直線運動引導機構100中容易發生破損的位置處之匹配，因此可以提取出在執行動作程式時容易發生破損的機器人10的姿勢或動作。因此，在製作新的動作程式、或檢討機器人系統的建構時，可以避免容易發生破損的姿勢或動作的設定，藉此將直線運動引導機構100的破損防範於未然。
(第2實施形態) 在第2實施形態中，僅圖示和第1實施形態相異的部分的構成。又，在第2實施形態的說明及圖式中，對於與第1實施形態同等的構件等，會附加與第1實施形態相同的符號，並且省略重複的說明。 圖8是第2實施形態的機器人系統1A的整體構成圖。圖9是說明作用於滑件120的荷重P與滑件120的壽命E的關係的圖。
在圖8所示的機器人系統1A中，破損處推定裝置30A的構成和第1實施形態不同。具體而言，第2實施形態的破損處推定裝置30A具備滑件壽命算出部39，來取代第1實施形態的破損處推定裝置30的安全係數算出部35，並且具備推定破損處提取部36A，來取代第1實施形態的破損處推定裝置30的推定破損處提取部36。
滑件壽命算出部(破損推定值算出部)39是依據等效荷重算出部34所算出的各時刻t中的各滑件120的等效荷重P En、直線運動引導機構100固有的基本動態額定荷重(安全推定要素)C、滑件壽命的計算式(安全推定要素)，來算出各時刻t中的各滑件120的壽命(破損推定值)。
所謂直線運動引導機構100固有的基本動態額定荷重C是方向與大小為固定的荷重，前述荷重是當使一群相同的直線運動引導機構100在相同條件下各別運動時，其中的90%可以在沒有因滾動疲勞所造成的材料破損的情形下行走事先設定的距離E D的荷重。事先設定的距離E D例如在使用球作為滾動體140(參照圖4)的情況下為50km，在使用滾輪作為滾動體140的情況下為100km。
圖9所示的荷重-壽命曲線是表示作用於滑件120的荷重P與壽命E的相關關係。如圖9所示，基本動態額定荷重C可以從距離E D(例如50km)與荷重-壽命曲線的對應的位置來特定。另外，滑件120的壽命E是以總行走距離(km)來表示，前述總行走距離是當使一群相同的直線運動引導機構100在相同條件下各別運動時，其中的90%可以在不引起剝脫(flaking，金屬表面的鱗狀的剝離)的情形下到達的距離。
作為滑件壽命的計算式，可以使用例如下述式(3)或式(4)。 E B＝(α×C/P En) 3×50…(3) E R＝(α×C/P En) 10/3×50…(4) 在此，式(3)的E B是使用球作為滾動體140時的滑件的壽命。式(4)的E R是使用滾輪作為滾動體140時的滑件的壽命。在式(3)及(4)中，α是考慮了直線運動引導機構100的使用條件的係數。
推定破損處提取部36A是依據滑件壽命算出部39所算出的各時刻t中的滑件的壽命E(E B或E R)、以及各時刻t中的各滑件120的導軌110上的位置(參照圖3)，來提取出直線運動引導機構100的推定破損處。圖10是說明在推定破損處提取部36A中提取出直線運動引導機構100的推定破損處的處理的圖。圖10是顯示針對4個滑件120(參照圖5)當中的任意一個所實施的處理。圖10是顯示導軌110的z方向中的滑件120的位置(橫軸)與滑件120的壽命E的關係的圖表。推定破損處提取部36A是依據壽命的基準值Es，來提取出滑件120的壽命E小於基準值Es的滑件120的位置(導軌110上的z方向的位置)。在圖10所示的例子中，是將導軌110上的z1~z2的範圍提取作為推定破損處(重要檢查位置處)。
滑件120的壽命En小於基準值Es的位置可想成是壽命較短，且容易發生破損的位置。因此，在第2實施形態的推定破損處提取部36A中，可以提取出滑件120的壽命En小於基準值Es的位置，藉此更正確地提取出設置在機器人10的直線運動引導機構100或和機器人10協同合作的直線運動引導機構100的推定破損處。
接著，說明在第2實施形態的破損處推定裝置30A中提取出直線運動引導機構100的推定破損處的處理的具體例。 圖11是顯示在破損處推定裝置30A中執行的推定破損處提取程式的處理順序的流程圖。圖11所示的推定破損處提取程式的處理是和機器人10的動作程式同步來執行。另外，圖11所示的推定破損處提取程式，雖然與第1實施形態的推定破損處提取程式不同，但在圖11所示的流程圖中，由於步驟S201~204的處理實質上是和第1實施形態(參照圖7)所示的流程圖的步驟S101~104的處理相同，因此省略說明。
在圖11所示的步驟S205中，滑件壽命算出部39是依據等效荷重算出部34所算出的各時刻t中的各滑件120的等效荷重P En、直線運動引導機構100固有的基本動態額定荷重C、及滑件壽命的計算式，來算出各時刻t中的各滑件120的壽命E(滑件壽命算出步驟：破損推定值算出步驟)。
在圖11所示的步驟S206中，推定破損處提取部36A是依據滑件壽命算出部39所算出的各時刻t中的各滑件120的壽命E、以及各時刻t中的各滑件120的導軌110上的位置(參照圖3)，來提取出直線運動引導機構100的推定破損處(推定破損處提取步驟)。在步驟S206的結束後，推定破損處提取部36A是使記憶部38記憶有關於已提取的推定破損處的推定破損處資料、以及與在已提取的推定破損處的機器人10的各軸的位置相關的軸位置資料，並且結束本流程圖的處理。 另外，亦可在步驟S206的處理結束後，例如依據操作人員的指示，使顯示部37顯示推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料。
(變形形態) 在實施形態中，雖然說明了在顯示部37上顯示推定破損處提取部36(或36A)所提取或算出的推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料的例子，但是亦可在顯示部37上僅顯示操作人員所指定的特定資料。又，亦可將推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料發送至機器人控制裝置20，並且使機器人控制裝置20的顯示部23顯示。 在實施形態中，將推定破損處資料、軸位置資料、及滑件推薦位置資料作為位置資訊來輸出的位置資訊輸出部，並不限定於是顯示器裝置即顯示部37，亦可為例如列印裝置、投影機裝置、聲音輸出裝置等。
在實施形態中，雖然說明了破損處推定裝置30(或30A)連接於機器人控制裝置20的例子，但破損處推定裝置30(或30A)亦可連接於未和機器人10連接的模擬裝置。藉由設為像這樣的構成，在模擬裝置中，在模擬地檢討伴隨於機器人10的姿勢變化之重心位置的變化或動作模式所造成的負荷的變化之情況下，可以活用推定破損處提取部36(或36A)所提取或算出的推定破損處資料或軸位置資料。
1,1A:機器人系統 10:機器人 11:臂部 12:工具 20:機器人控制裝置 21:控制部 22:操作輸入部 23:顯示部 24,38:記憶部 30,30A:破損處推定裝置 31:資料取得部 32:外力及力矩算出部 33:荷重算出部 34:等效荷重算出部 35:安全係數算出部(破損推定值算出部) 36,36A:推定破損處提取部 37:顯示部(位置資訊輸出部) 39:滑件壽命算出部(破損推定值算出部) 100:直線運動引導機構 110:導軌 111,121:軸承 111:軸承 120:滑件 130:滑動構件 140:滾動體 A:箭頭 C:基本動態額定荷重(安全推定要素) E:壽命 E D:距離 Es:基準值 L 1,L 2,L 3,L 4:距離 P:荷重 P En:等效荷重 P EL:基準值 P Rn,P Tn:荷重 S 0:基準位置 S 1,S 2,S 3,S 4:重心位置 S101~S106,S201~S206:步驟 t:時刻 tz1~tz3:時間段 x,y,z:座標軸 z1~z2,zA~zB:範圍
圖1是第1實施形態的機器人系統1的整體構成圖。 圖2A是顯示設置於機器人10的破損處推定裝置30的概念圖。 圖2B是顯示設置於機器人10的破損處推定裝置30的概念圖。 圖2C是和機器人10協同合作的直線運動引導機構100的概念圖。 圖3是顯示直線運動引導機構100的具體例的立體圖。 圖4是圖3所示的導軌110與滑件120的x-y剖面圖。 圖5是直線運動引導機構100的平面圖。 圖6是說明在推定破損處提取部36中提取出直線運動引導機構100的推定破損處的處理的圖。 圖7是顯示在破損處推定裝置30中所執行的推定破損處提取程式的處理順序的流程圖。 圖8是第2實施形態的機器人系統1A的整體構成圖。 圖9是說明作用於滑件120的荷重P與滑件120的壽命E的關係的圖。 圖10是說明在推定破損處提取部36A中提取出直線運動引導機構100的推定破損處的處理的圖。 圖11是顯示在破損處推定裝置30A中所執行的推定破損處提取程式的處理順序的流程圖。
1:機器人系統
10:機器人
20:機器人控制裝置
21:控制部
22:操作輸入部
23:顯示部
24,38:記憶部
30:破損處推定裝置
31:資料取得部
32:外力及力矩算出部
33:荷重算出部
34:等效荷重算出部
35:安全係數算出部(破損推定值算出部)
36:推定破損處提取部
37:顯示部(位置資訊輸出部)

Claims (12)

  1. 一種破損處推定裝置，是推定機器人用的直線運動引導機構的破損處之破損處推定裝置， 前述直線運動引導機構具備：1個以上的滑件，在導軌上設置成直線運動自如；及滑動構件，設置於前述滑件， 前述破損處推定裝置具備： 資料取得部，取得在執行前述機器人的動作程式時的各時刻中之與前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力； 外力及力矩算出部，依據前述資料取得部所取得之和前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力、以及幾何參數，來算出在前述各時刻中作用於前述滑動構件的基準位置的外力及力矩； 荷重算出部，依據前述外力及力矩算出部所算出的作用於前述基準位置的外力及力矩、以及從前述滑動構件的前述基準位置到前述滑件的重心位置的距離，來算出在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重； 等效荷重算出部，依據前述荷重算出部所算出的在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重、以及等效荷重的計算式，來算出前述各時刻中的前述滑件的等效荷重； 破損推定值算出部，依據前述等效荷重算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的等效荷重、以及安全推定要素，來算出前述各時刻中的前述滑件的破損推定值；及 推定破損處提取部，依據前述破損推定值算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的前述破損推定值、以及前述各時刻中的前述滑件的前述導軌上的位置，來提取出前述直線運動引導機構的推定破損處。
  2. 如請求項1之破損處推定裝置，其中前述破損推定值算出部是依據前述等效荷重算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的等效荷重、以及作為前述安全推定要素的安全係數的計算式，算出前述各時刻中的前述滑件的靜態安全係數，來作為前述破損推定值， 前述推定破損處提取部是依據前述破損推定值算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的前述靜態安全係數、以及前述各時刻中的前述滑件的前述導軌上的位置，來提取出前述直線運動引導機構的推定破損處。
  3. 如請求項1之破損處推定裝置，其中前述破損推定值算出部是依據前述等效荷重算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的等效荷重、作為前述安全推定要素的前述直線運動引導機構固有的基本動態額定荷重、以及作為前述安全推定要素的滑件壽命的計算式，算出前述各時刻中的前述滑件的壽命，來作為前述破損推定值， 前述推定破損處提取部是依據前述破損推定值算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的壽命、以及前述各時刻中的前述滑件的前述導軌上的位置，來提取出前述直線運動引導機構的推定破損處。
  4. 如請求項1至3中任一項之破損處推定裝置，其中前述推定破損處提取部是算出在前述導軌上前述推定破損處與前述滑動構件不重疊的位置。
  5. 如請求項4之破損處推定裝置，其具備位置資訊輸出部，在前述推定破損處、前述推定破損處中的前述機器人的各軸的位置、及前述推定破損處與前述滑動構件不重疊的位置當中，將至少1個輸出作為位置資訊。
  6. 如請求項1~3中任一項之破損處推定裝置，其中前述資料取得部是取得前述機器人的各軸的位置、速度、加速度，來作為與前述機器人的各軸的運動相關的物理參數。
  7. 如請求項1至3中任一項之破損處推定裝置，其中前述外力及力矩算出部是算出設定於前述滑動構件的基準位置的3個正交的座標軸之各軸方向中的外力及繞著各座標軸的力矩，來作為在前述各時刻中作用於前述滑動構件的基準位置的外力及力矩。
  8. 如請求項1~3中任一項之破損處推定裝置，其中前述荷重算出部是算出與前述導軌的長邊方向正交之前述滑件的高度方向的荷重(P Rn)及前述滑件的寬度方向的荷重(P Tn)，來作為作用於前述滑件的荷重。
  9. 如請求項8之破損處推定裝置，其中在前述等效荷重算出部中，使用來算出各時刻中的前述滑件的等效荷重之前述等效荷重的計算式為： 等效荷重P En＝Kx・P Rn＋Ky・P Tn， 前述Kx、Ky是前述直線運動引導機構固有的等效係數。
  10. 如請求項2之破損處推定裝置，其中在前述破損推定值算出部中，使用來算出前述各時刻中的前述滑件的靜態安全係數之前述安全係數的計算式為： 靜態安全係數F Sn＝C 0/P En， 前述C 0是直線運動引導機構固有的基本靜態額定荷重。
  11. 如請求項10之破損處推定裝置，其中前述推定破損處提取部是提取前述等效荷重算出部所算出的前述各時刻中的前述滑件的等效荷重(P En)，比依據前述破損推定值算出部所算出的靜態安全係數(F Sn)而計算的基準值更低的時間段，並且將與已提取的前述時間段對應的前述滑件的位置，提取作為前述直線運動引導機構的推定破損處。
  12. 一種破損處推定方法，是提取出設置於機器人的直線運動引導機構或和機器人協同合作的直線運動引導機構的推定破損處之破損處推定方法， 是一種推定機器人用的直線運動引導機構的破損處之破損處推定裝置， 前述直線運動引導機構具備：1個以上的滑件，在導軌上設置成直線運動自如；及滑動構件，設置於前述滑件， 前述破損處推定方法具備： 資料取得步驟，取得在執行前述機器人的動作程式時的各時刻中之和前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力； 外力及力矩算出步驟，依據前述資料取得步驟所取得之和前述機器人的各軸的動作相關的物理參數及作用於前述機器人的外力、以及幾何參數，來算出在前述各時刻中作用於前述滑動構件的基準位置的外力及力矩； 荷重算出步驟，依據前述外力及力矩算出步驟所算出的作用於前述基準位置的外力及力矩、以及從前述滑動構件的前述基準位置到前述滑件的重心位置的距離，來算出在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重； 等效荷重算出步驟，依據前述荷重算出步驟所算出的在前述各時刻中作用於前述滑件的荷重、以及等效荷重的計算式，來算出前述各時刻中的前述滑件的等效荷重； 破損推定值算出步驟，依據前述等效荷重算出步驟所算出的前述各時刻中的前述滑件的等效荷重、以及安全推定要素，來算出前述各時刻中的前述滑件的破損推定值；及 推定破損處提取步驟，依據前述破損推定值算出步驟所算出的前述各時刻中的前述滑件的前述破損推定值、以及前述各時刻中的前述滑件的前述導軌上的位置，來提取出前述直線運動引導機構的推定破損處。
TW110143582A 2020-12-16 2021-11-23 破損處推定裝置及破損處推定方法 TW202224871A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020208560 2020-12-16
JP2020-208560 2020-12-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202224871A true TW202224871A (zh) 2022-07-01

Family

ID=82057817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110143582A TW202224871A (zh) 2020-12-16 2021-11-23 破損處推定裝置及破損處推定方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240025061A1 (zh)
JP (1) JP7469517B2 (zh)
CN (1) CN116635198A (zh)
DE (1) DE112021005243T5 (zh)
TW (1) TW202224871A (zh)
WO (1) WO2022131267A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5721350B2 (ja) 2010-06-30 2015-05-20 株式会社安川電機 生産設備の故障発生時の復旧方法
JP6619656B2 (ja) 2016-01-22 2019-12-11 Thk株式会社 運動案内装置の荷重計測システム及び運動案内装置の寿命算出方法
JP7409823B2 (ja) 2019-10-28 2024-01-09 ファナック株式会社 ロボットの寿命推定装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP7469517B2 (ja) 2024-04-16
US20240025061A1 (en) 2024-01-25
JPWO2022131267A1 (zh) 2022-06-23
CN116635198A (zh) 2023-08-22
WO2022131267A1 (ja) 2022-06-23
DE112021005243T5 (de) 2023-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103213134B (zh) 机械手的控制方法和机械手
JP6444908B2 (ja) 掃引空間を算出するロボットのシミュレーション装置
CN108474702B (zh) 运动引导装置的负荷测量系统和负荷测量方法以及运动引导装置的寿命算出方法
KR102382244B1 (ko) 운동 안내 장치의 수명 진단 장치, 방법, 프로그램 및 시스템
JP2017217709A (ja) パラレルリンクロボットの関節部の異常検出装置及び異常検出方法
CN109048901B (zh) 基于虚拟摩擦力的牵引示教轨迹规划方法及装置
KR20110004788A (ko) 머니퓰레이터를 작동시키기 위한 방법 및 장치
JP2017159441A5 (zh)
JP2018144171A (ja) ロボット制御方法
JP7469517B2 (ja) 破損箇所推定装置及び破損箇所推定方法
US11472034B2 (en) Lifetime estimation device for robot
JP2020082285A (ja) 複数のロボットの干渉確認方法、ロボットシステム
KR20190098244A (ko) 관리 시스템 및 운동 안내 장치
JP2018119840A (ja) 測定装置
TWI746777B (zh) 工件搬送控制系統、及運動導引裝置
CN101137942A (zh) 用于确定构件的弹性形变的方法
US20180001486A1 (en) Robot, robot control device, and robot system
US20210387345A1 (en) Coordinate calibration method of manipulator
Rahman et al. Investigating precision and accuracy of a robotic inspection and repair system
JP6557477B2 (ja) 位置制御装置及び位置制御方法
JP7175433B1 (ja) 加工面品位シミュレーション装置および加工面品位表示方法
JP7209859B2 (ja) 組み立て装置
US20230103364A1 (en) Device for controlling return of robot to origin thereof, and method of searching return path of robot to origin thereof
RU2619424C2 (ru) Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу
Gonzalez et al. Condition monitoring of guiding systems by means of model-based virtual sensors