TWI603826B - 機器人保養支援裝置及方法 - Google Patents

Description

機器人保養支援裝置及方法

本發明係關於一種用於預測機器人之驅動系統的剩餘壽命並支援機器人之保養的機器人保養支援裝置及方法。

產業用機器人由於其長期之使用，會產生用於驅動機械手臂及機器人外部軸之機器人驅動系統之構成機器的劣化(例如減速機之齒輪的磨耗)，因此，機器人之動作精度降低。進而，若對如此之狀態置之不理，則構成機器人驅動系統之機器會破損，以致機器人發生故障。

在設置於生產線之產業用機器人中，若機器人發生故障則生產線整體將停止，以致生產效率降低而為生產計畫帶來障礙。因此，存在有欲在機器人發生故障之前實施預防保全，從而將故障防患於未然此一市場之要求。

為應對此一市場之要求，曾考量到一種例如基於構成機器人之驅動系統之機器(減速機等)的設計壽命與截至當前日期為止之機器人的運轉時間而推定該機器之剩餘壽命的方法。

然而，由於存在決定機器之設計壽命時所設想之機器人運轉條件與實際作業之機器人運轉條件大不相同之情形，故以基於機器之設計壽命與截至當前日期為止之機器人之運轉時間而推定該機器之剩餘壽命的方法，維持該推定值之高精度此舉實屬困難。

另一方面，例如在專利文獻1中曾提出有一種技術，即：經由通 信線路收集實際作業中之機器人控制器的資料，且基於所收集之資料而實施故障診斷及維修(專利文獻1)。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2007-190663號公報

然而，在上述之先前技術中，雖基於當前之資料能夠判斷當前是否需要維修(部件更換等)，但當判斷為當前不需要維修時，針對將來何時需要維修，上述之先前技術無法特定其時期(時機)。

亦即，在先前之技術中，保持時間上的寬裕而預先計畫關於機器人之維修的作業日程此舉實屬困難，其結果為存在不易適時地進行機器人之維修此一問題。

本發明係鑒於上述之先前技術的問題點而完成者，其目的在於提供一種能夠高精度地預測機器人驅動系統之剩餘壽命的機器人保養支援裝置及方法。

為解決上述問題，本發明之第1態樣之特徵在於：其係用於預測機器人之驅動系統的壽命並支援保養之機器人保養支援裝置，且具備：獲取資料記憶機構，其係用於記憶針對構成前述機器人之驅動系統之伺服馬達的電流指令值所獲取之資料者；傾向診斷機構，其係用於基於記憶於前述獲取資料記憶機構之前述電流指令值之資料而診斷前述電流指令值之將來之變化傾向者；及壽命判定機構，其係用於基於利用前述傾向診斷機構所獲得之前述電流指令值之將來之變化傾向而判定前述電流指令值距離到達預先設定之值的期間者。

本發明之第2態樣之特徵在於：在第1態樣中，前述獲取資料記 憶機構記憶關於與構成前述機器人之驅動系統之複數個前述伺服馬達相關之複數個前述電流指令值的資料，且進一步具備對象資料選擇機構，其係用於從前述複數個電流指令值之中選擇應該作為前述傾向診斷機構之診斷之對象的前述電流指令值者。

本發明之第3態樣之特徵在於：在第1態樣或第2態樣中，前述傾向診斷機構具有使顯示前述電流指令值之將來之變化傾向之預測線在顯示機構以圖表顯示之機能。

本發明之第4態樣之特徵在於：在第3態樣中，前述壽命判定機構以如下方式構成：將對應於前述圖表中所顯示之前述預測線與前述圖表中所設定之基準線之交點的時點判定為預測壽命。

本發明之第5態樣之特徵在於：在第1態樣至第4態樣之任一態樣中，進一步具備診斷項目選擇機構，其係用於從I2監視器、負載、及尖峰電流之中選擇前述傾向診斷機構之前述電流指令值之診斷項目者。

本發明之第6態樣之特徵在於：在第1態樣至第5態樣之任一態樣中，進一步具備設定值變更機構，其係用於變更在前述傾向診斷機構之診斷時所使用之設定值者。

本發明之第7態樣之特徵在於：在第1態樣至第6態樣之任一態樣中，在前述傾向診斷機構之診斷時所使用之前述設定值包含關於前述電流指令值之臨限值、自當前日期而始之對象資料天數、自當前日期至判定日期之天數、及診斷演算中使用之最低資料數中之至少一者。

本發明之第8態樣之特徵在於：在第1態樣至第7態樣之任一態樣中，前述傾向診斷機構以僅基於前述機器人之動作中之前述電流指令值而進行診斷之方式構成。

為達成上述課題，本發明之第9態樣之特徵在於：其係用於預測機器人之驅動系統的壽命並支援保養之機器人保養支援裝置，且具 備：獲取資料記憶機構，其係用於記憶針對構成前述機器人之驅動系統之伺服馬達的電流指令值所獲取之資料者；傾向診斷機構，其係用於基於記憶於前述獲取資料記憶機構之前述電流指令值之資料而診斷前述電流指令值之將來之變化傾向者；壽命判定機構，其係用於基於利用前述傾向診斷機構所獲得之前述電流指令值之將來之變化傾向而判定前述電流指令值距離到達預先設定之值的期間者；及顯示機構，其係用於經由通信網路獲取並顯示前述傾向診斷機構之診斷結果及前述壽命判定機構之判定結果中之至少一者者。

此外，亦可適當地組合本發明之第9態樣與上述本發明之第1態樣至第8態樣之任意一個態樣或複數個態樣。

為解決上述問題，本發明之第10態樣之特徵在於：其係用於預測機器人之驅動系統的壽命並支援保養之機器人保養支援方法，且具備：獲取資料記憶步驟，其記憶針對構成前述機器人之驅動系統之伺服馬達的電流指令值所獲取之資料；傾向診斷步驟，其基於藉由前述獲取資料記憶步驟所記憶之前述電流指令值之資料而診斷前述電流指令值之將來之變化傾向；及壽命判定步驟，其基於藉由前述傾向診斷步驟所獲得之前述電流指令值之將來之變化傾向而判定前述電流指令值距離到達預先設定之值的期間。

本發明之第11態樣之特徵在於：在第10態樣中，在前述獲取資料記憶步驟中記憶關於與構成前述機器人之驅動系統之複數個前述伺服馬達相關之複數個前述電流指令值的資料，且進一步具備對象資料選擇步驟，其從前述複數個電流指令值之中選擇應該作為前述傾向診斷步驟之診斷之對象的前述電流指令值。

本發明之第12態樣之特徵在於：在第10態樣或第11態樣中，在前述傾向診斷步驟中將顯示前述電流指令值之將來之變化傾向之預測線在顯示機構上以圖表顯示。

本發明之第13態樣之特徵在於：在第12態樣中，在前述壽命判定步驟中將對應於前述圖表中所顯示之前述預測線與前述圖表中所設定之基準線之交點的時點判定為預測壽命。

本發明之第14態樣之特徵在於：在第10態樣至第13態樣之任一態樣中，進一步具備診斷項目選擇步驟，其係用於從I2監視器、負載、及尖峰電流之中選擇前述傾向診斷步驟之前述電流指令值之診斷項目者。

本發明之第15態樣之特徵在於：在第10態樣至第14態樣之任一態樣中，進一步具備設定值變更步驟，其係用於變更在前述傾向診斷步驟之診斷時所使用之設定值者。

本發明之第16態樣之特徵在於：在第10態樣至第15態樣之任一態樣中，在前述傾向診斷步驟之診斷時所使用之前述設定值包含關於前述電流指令值之臨限值、自當前日期而始之對象資料天數、自當前日期至判定日期之天數、及診斷演算中使用之最低資料數中之至少一者。

本發明之第17態樣之特徵在於：在第10態樣至第16態樣之任一態樣中，在前述傾向診斷步驟中僅基於前述機器人之動作中之前述電流指令值而進行診斷。

根據本發明可提供一種能夠高精度地預測機器人驅動系統之剩餘壽命的機器人保養支援裝置及方法。

1‧‧‧機器人保養支援裝置

2‧‧‧資料獲取機構

3‧‧‧個人電腦

4‧‧‧獲取資料記憶機構

5‧‧‧傾向診斷機構

6‧‧‧壽命判定機構

7‧‧‧對象資料選擇機構

8‧‧‧顯示機構

9‧‧‧診斷項目選擇機構

10‧‧‧設定值變更機構

11‧‧‧診斷項目選擇部

12‧‧‧對象資料選擇部

13‧‧‧基準線

14‧‧‧標繪資料

15‧‧‧預測線

16‧‧‧剩餘壽命之預測日期

JT1‧‧‧驅動軸

JT2‧‧‧驅動軸

JT3‧‧‧驅動軸

JT4‧‧‧驅動軸

JT5‧‧‧驅動軸

JT6‧‧‧驅動軸

JT7‧‧‧驅動軸

JT8‧‧‧驅動軸

R1‧‧‧機器人驅動系統

R2‧‧‧機器人控制器

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

S4‧‧‧步驟

S5‧‧‧步驟

S6‧‧‧步驟

S7‧‧‧步驟

圖1係顯示本發明之一實施形態之機器人保養支援裝置之概要構成的方塊圖。

圖2係顯示在圖1所示之機器人保養支援裝置中所使用之對象資料的圖。

圖3係顯示在圖1所示之機器人保養支援裝置中所使用之設定項目的圖。

圖4係顯示由圖1所示之機器人保養支援裝置而製作之趨勢圖表之各項目的圖。

圖5係顯示由圖1所示之機器人保養支援裝置所製作之趨勢圖表之一例的圖。

圖6係顯示使用圖1所示之機器人保養支援裝置而預測機器人驅動系統之剩餘壽命之方法的流程圖。

以下，參照圖式說明本發明之一實施形態之機器人保養支援裝置。

首先，說明作為本實施形態之機器人保養支援裝置之對象之機器人的概要結構。該機器人具備機械手臂及用於驅動該機械手臂或機器人之外部軸之機器人驅動系統。

機器人驅動系統具有生成驅動力之伺服馬達、將來自伺服馬達之驅動力傳遞至機械手臂或機器人外部軸之減速機、及檢測伺服馬達之位置的編碼器。機器人驅動系統藉由包含位置迴路、速度迴路、及電流迴路之伺服控制系統而被控制。

如圖1所示，作為本實施形態之機器人保養支援裝置之對象的機器人具備具有8個驅動軸JT1~JT8之機器人驅動系統R1，且該機器人驅動系統R1由機器人控制器R2控制。

而且，本實施形態之機器人保養支援裝置1係用於預測機器人驅動系統R1之壽命並支援保養之裝置。

如圖1所示，機器人保養支援裝置1具備資料獲取機構2，其係用於從機器人控制器R2獲取關於對應於機器人驅動系統R1之各驅動軸JT1~JT8之各伺服馬達的電流指令值的資料者。

資料獲取機構2之資料的獲取可經由網際網路等之通信線路而從機器人控制器R2獲取，亦可將用於資料獲取之基板連接於機器人控制器R2，而從機器人控制器R2直接地獲取資料。

利用資料獲取機構2所獲取之關於電流指令值之資料被輸送至在PC 3內所構成之獲取資料記憶機構4，並記憶於此。獲取資料記憶機構4記憶關於與構成機器人驅動系統R1之複數個伺服馬達相關之複數個電流指令值的資料。

機器人保養支援裝置1進一步具備傾向診斷機構5，其係用於診斷伺服馬達之電流指令值之將來之變化傾向者。該傾向診斷機構5基於關於記憶於獲取資料記憶機構4之電流指令值的資料而診斷電流指令值之將來之變化傾向。診斷結果能夠例如以趨勢圖表輸出。

機器人保養支援裝置1進一步具備壽命判定機構6，其係用於判定機器人驅動系統R1之壽命者。該壽命判定機構6基於利用傾向診斷機構5所獲得之電流指令值之將來之變化傾向，而判定構成機器人驅動系統R1之伺服馬達的電流指令值距離到達預先設定之值的期間。

機器人保養支援裝置1進一步具備對象資料選擇機構7，其係用於從對應於各驅動軸JT1~JT8之複數個電流指令值之中選擇應該作為傾向診斷機構5之診斷之對象的電流指令值者。亦即，能夠利用對象資料選擇機構7選擇應該進行剩餘壽命之判定的驅動軸JT1~JT8。

如圖2所示，利用對象資料選擇機構7所選擇之對象資料係由機器人教示程式所設定之執行區間的資料。亦即，僅將關於機器人動作中之電流指令值之資料作為診斷對象，而未將機器人停止中之資料作為診斷對象。藉此，能夠提高剩餘壽命之判定的精度。

機器人保養支援裝置1之傾向診斷機構5具有使顯示電流指令值之將來之變化傾向之預測線在顯示機構8以圖表顯示(趨勢圖表)之機能。而且，壽命判定機構6係以如下方式構成：將對應於圖表中所顯 示之預測線與圖表中所設定之基準線之交點的時點判定為預測壽命。

機器人保養支援裝置1進一步具備診斷項目選擇機構9，其係用於從I2監視器、負載(DUTY)、及尖峰電流之中選擇傾向診斷機構5之電流指令值之診斷項目者。

如圖3所示，I2監視器將初始計測值設定為基準，將臨限值設定為107%(設計基準)。負載將馬達連續制動電流值(馬達製造廠規格)設定為基準。尖峰電流值將電流限制值(放大器、減速機、及馬達之電流極限)設定為基準。

此外，機器人保養支援裝置1具備設定值變更機構10，其係用於變更在傾向診斷機構5之診斷時所使用之設定值者。如圖3所示，在傾向診斷機構5之診斷時所使用之設定值包含關於電流指令值之臨限值、自當前日期而始之對象資料天數(參照天數)、自當前日期至判定日期(壽命預測值)之天數(判定天數)、及診斷演算中使用之最低資料數。

在機器人保養支援裝置1之顯示機構8中所顯示之圖表包含圖4所示之項目，且在圖5顯示有其一例。在圖5中，在診斷項目選擇部11中選擇I2監視器之情形下，顯示有關於與由對象資料選擇部12選擇之驅動軸JT1對應之伺服馬達的電流指令值的診斷結果。

圖5所示之圖表之X軸(橫軸)係顯示獲取電流指令值之資料的日期時間，而Y軸(縱軸)則針對相對於驅動軸JT1之伺服馬達的電流指令值，而將I2監視器以診斷項目顯示。同圖表之參照天數為預設之10天。同圖表中之用作剩餘壽命之判定基準的基準線13係由基準值×臨限值/100所決定。

在同圖表中顯示有基於電流指令值之標繪資料14，利用最小二乘法而求得之預測線15。該預測線15與基準線13之交點顯示為剩餘壽命之預測日期16。

次之，參照圖6說明使用上述機器人保養支援裝置1來預測機器人驅動系統R1之壽命並支援機器人之保養的方法。

首先，利用獲取資料記憶機構4記憶利用資料獲取機構2所獲取之關於與複數個驅動軸JT1~JT8對應之伺服馬達的電流指令值的資料(獲取資料記憶步驟S1)。繼而，從對應於複數個驅動軸JT1~JT8之複數個電流指令值之中選擇應該作為診斷之對象的電流指令值(對象資料選擇步驟S2)。

次之，利用診斷項目選擇機構9從I2監視器、負載、及尖峰電流之中選擇診斷項目(診斷項目選擇步驟S3)。此外，根據需要利用設定值變更機構10變更有關臨限值、參照天數、判定天數、及資料數之預設值(設定值變更步驟S4)。

次之，利用傾向診斷機構5將關於所選擇之電流指令值資料及診斷項目之診斷結果標繪於圖表(診斷結果標繪步驟S5)。繼而，基於圖表中所標繪之診斷結果，利用最小二乘法而描畫預測線(預測線描畫步驟S6)。診斷結果標繪步驟S5及預測線描畫步驟S6構成診斷電流指令值之將來之變化傾向的傾向診斷步驟。

次之，利用壽命判定機構6，基於藉由傾向診斷步驟S5、S6所獲得之電流指令值之將來之變化傾向，而判定電流指令值距離到達預先設定之基準線13的期間(壽命判定步驟S7)。亦即，在壽命判定步驟S7中，將對應於圖5之圖表中所顯示之預測線15與圖表中所設定之基準線13之交點的時點判定為預測壽命。

如以上所述，根據本實施形態，基於機器人驅動系統R1之伺服馬達之電流指令值的資料，可高精度地預測機器人驅動系統R1之剩餘壽命。藉此，可適時地實施機器人之維修，而將因故障所導致之機器人之停止時間最小化，從而能夠確實地防止設置有機器人之生產線之生產效率的降低。

特別是，在本實施形態中，由於傾向診斷機構5僅基於機器人之動作中之電流指令值而進行診斷，故能夠進一步提高機器人驅動系統R1之剩餘壽命的預測精度。

作為本發明之另一實施形態，係在上述實施形態之構成中除連接於機器人控制器R2之顯示機構8外，或取而代之，亦可設置與機器人控制器R2之PC3經由網際網路等之通信網路能夠連接之裝置。

作為如此般裝置，較佳者係平板型終端、智慧型手機、膝上型PC等之所謂智慧型裝置，或亦可使用一般之桌上型PC。總之，在遠離設置有機器人之現場的位置，只要是經由通信網路可與PC 3連接之裝置即可。

根據本實施形態之機器人保養支援裝置及方法，即便在遠離設置有機器人之現場的位置，亦能夠遠距離地確認機器人之狀態。藉此，可更確實且更適時地進行機器人之保養作業。

1‧‧‧機器人保養支援裝置

2‧‧‧資料獲取機構

3‧‧‧個人電腦

4‧‧‧獲取資料記憶機構

5‧‧‧傾向診斷機構

6‧‧‧壽命判定機構

7‧‧‧對象資料選擇機構

8‧‧‧顯示機構

9‧‧‧診斷項目選擇機構

10‧‧‧設定值變更機構

R1‧‧‧機器人驅動系統

R2‧‧‧機器人控制器

Claims (17)

1. 一種機器人保養支援裝置，其係用於預測機器人之驅動系統的壽命並支援保養者，且具備：獲取資料記憶機構，其係用於記憶針對構成前述機器人之驅動系統之伺服馬達的電流指令值所獲取之資料者；傾向診斷機構，其係用於基於記憶於前述獲取資料記憶機構之前述電流指令值之資料而診斷前述電流指令值之將來之變化傾向者；及壽命判定機構，其係用於基於利用前述傾向診斷機構所獲得之前述電流指令值之將來之變化傾向而判定前述電流指令值距離到達預先設定之值的期間者。
2. 如請求項1之機器人保養支援裝置，其中前述獲取資料記憶機構記憶關於與構成前述機器人之驅動系統的複數個前述伺服馬達相關之複數個前述電流指令值的資料；且進一步具備對象資料選擇機構，其係用於從前述複數個電流指令值之中選擇應該作為前述傾向診斷機構之診斷之對象的前述電流指令值者。
3. 如請求項1或2之機器人保養支援裝置，其中前述傾向診斷機構具有使顯示前述電流指令值之將來之變化傾向之預測線在顯示機構以圖表顯示之機能。
4. 如請求項3之機器人保養支援裝置，其中前述壽命判定機構以如下方式構成：將對應於前述圖表中所顯示之前述預測線與前述圖表中所設定之基準線之交點的時點判定為預測壽命。
5. 如請求項1或2之機器人保養支援裝置，其中進一步具備診斷項目選擇機構，其係用於從I2監視器、負載、及尖峰電流之中選擇 前述傾向診斷機構之前述電流指令值之診斷項目者。
6. 如請求項1或2之機器人保養支援裝置，其中進一步具備設定值變更機構，其係用於變更在前述傾向診斷機構之診斷時所使用之設定值者。
7. 如請求項1或2之機器人保養支援裝置，其中在前述傾向診斷機構之診斷時所使用之前述設定值包含關於前述電流指令值之臨限值、自當前日期而始之對象資料天數、自當前日期至判定日期之天數、及診斷演算中使用之最低資料數中之至少一者。
8. 如請求項1或2之機器人保養支援裝置，其中前述傾向診斷機構以僅基於前述機器人之動作中之前述電流指令值而進行診斷之方式構成。
9. 一種機器人保養支援裝置，其係用於預測機器人之驅動系統的壽命並支援保養者，且具備：獲取資料記憶機構，其係用於記憶針對構成前述機器人之驅動系統之伺服馬達的電流指令值所獲取之資料者；傾向診斷機構，其係用於基於記憶於前述獲取資料記憶機構之前述電流指令值之資料而診斷前述電流指令值之將來之變化傾向者；及壽命判定機構，其係用於基於利用前述傾向診斷機構所獲得之前述電流指令值之將來之變化傾向而判定前述電流指令值距離到達預先設定之值的期間者；及顯示機構，其係用於經由通信網路獲取並顯示前述傾向診斷機構之診斷結果及前述壽命判定機構之判定結果中之至少一者者。
10. 一種機器人保養支援方法，其係用於預測機器人之驅動系統的壽命並支援保養者，且具備： 獲取資料記憶步驟，其記憶針對構成前述機器人之驅動系統之伺服馬達的電流指令值所獲取之資料；傾向診斷步驟，其基於藉由前述獲取資料記憶步驟所記憶之前述電流指令值之資料而診斷前述電流指令值之將來之變化傾向；及壽命判定步驟，其基於藉由前述傾向診斷步驟所獲得之前述電流指令值之將來之變化傾向而判定前述電流指令值距離到達預先設定之值的期間。
11. 如請求項10之機器人保養支援方法，其中在前述獲取資料記憶步驟中記憶關於與構成前述機器人之驅動系統之複數個前述伺服馬達相關之複數個前述電流指令值的資料，且進一步具備對象資料選擇步驟，其從前述複數個電流指令值之中選擇應該作為前述傾向診斷步驟之診斷之對象的前述電流指令值。
12. 如請求項10或11之機器人保養支援方法，其中在前述傾向診斷步驟中將顯示前述電流指令值之將來之變化傾向之預測線在顯示機構上以圖表顯示。
13. 如請求項12之機器人保養支援方法，其中在前述壽命判定步驟中將對應於前述圖表中所顯示之前述預測線與前述圖表中所設定之基準線之交點的時點判定為預測壽命。
14. 如請求項10或11之機器人保養支援方法，其中進一步具備診斷項目選擇步驟，其係用於從I2監視器、負載、及尖峰電流之中選擇前述傾向診斷步驟之前述電流指令值之診斷項目者。
15. 如請求項10或11之機器人保養支援方法，其中進一步具備設定值變更步驟，其係用於變更在前述傾向診斷步驟之診斷時所使用之設定值者。
16. 如請求項10或11之機器人保養支援方法，其中在前述傾向診斷步驟之診斷時所使用之前述設定值包含關於前述電流指令值之臨限值、自當前日期而始之對象資料天數、自當前日期至判定日期之天數、及診斷演算中使用之最低資料數中之至少一者。
17. 如請求項10或11之機器人保養支援方法，其中在前述傾向診斷步驟中僅基於前述機器人之動作中之前述電流指令值而進行診斷。