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CN116018246A - 机器人系统和再生电阻的寿命预测方法 - Google Patents

机器人系统和再生电阻的寿命预测方法 Download PDF

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CN116018246A
CN116018246A CN202180050023.1A CN202180050023A CN116018246A CN 116018246 A CN116018246 A CN 116018246A CN 202180050023 A CN202180050023 A CN 202180050023A CN 116018246 A CN116018246 A CN 116018246A
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CN
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regenerative resistor
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regenerative
life
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CN202180050023.1A
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三东佳史树
大山泰范
神崎润
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Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
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Abstract

一种机器人系统和再生电阻的寿命预测方法，该机器人系统(100)具备：马达(13)，设置于关节(12)；再生电阻(21)，热消耗由马达(13)的旋转产生的反电动势；以及控制部(23)，基于再生电阻(21)热消耗的时间来预测再生电阻(21)的寿命。

Description

机器人系统和再生电阻的寿命预测方法
技术领域
该公开涉及机器人系统和再生电阻的寿命预测方法，特别是涉及具备热消耗由马达的旋转产生的反电动势的再生电阻的机器人系统和再生电阻的寿命预测方法。
背景技术
以往，公知有控制机器人的机器人控制装置。例如，在日本特开2000-105605号公报中公开有这样的机器人控制装置。
在日本特开2000-105605号公报中公开有控制具备多个动作轴的机器人的机器人控制装置。在该机器人的多个动作轴分别设置有马达。机器人控制装置检测这些马达的各自的消耗电力值和再生电力值。另外，机器人控制装置将截止目前消耗的消耗电力值除以可以认为到动作轴故障为止马达消耗的极限消耗电力量而得的值作为动作轴的老化程度来按照每个动作轴显示于输出画面。由此，用户能够掌握机器人的各动作轴的维护·检查的时期。另外，机器人控制装置将检测到的再生电力值的最大值显示于输出画面。由此，用户能够基于再生电力值的最大值来设定设计机器人时的再生电阻值的值。
专利文献1：日本特开2000-105605号公报
这里，在日本特开2000-105605号公报所记载的那样的以往的机器人中，存在由用于热消耗再生电力(马达的反电动势)的再生电阻的持续性的使用导致再生电阻损伤(断线等)的情况。然而，在日本特开2000-105605号公报中，通过机器人控制装置将动作轴的老化程度显示于输出画面，用户能够掌握机器人的各动作轴的维护·检查的时期，另一方面，存在不能掌握再生电阻的维护·检查的时期的问题点。
发明内容
该公开是为了解决上述那样的课题而完成的，该公开的一个目的在于提供一种能够掌握再生电阻的维护·检查的时期的机器人系统和再生电阻的寿命预测方法。
为了实现上述目的，基于该公开的第1方面的机器人系统具备：机器人，包括关节；马达，设置于关节；再生电阻，热消耗由马达的旋转产生的反电动势；以及控制部，基于再生电阻热消耗的时间来预测再生电阻的寿命。
在基于该公开的第1方面的机器人系统中，如上述那样，控制部基于再生电阻热消耗的时间来预测再生电阻的寿命。由此，由控制部基于再生电阻热消耗的时间来预测再生电阻的寿命，因此用户能够基于所预测到的寿命来掌握再生电阻的维护·检查的时期。
基于该公开的第2方面的再生电阻的寿命预测方法是机器人系统的再生电阻的寿命预测方法，该机器人系统具备：机器人，包括关节；马达，设置于关节；以及再生电阻，热消耗由马达的旋转产生的反电动势，其中，上述再生电阻的寿命预测方法具备：取得再生电阻热消耗的时间的步骤；和基于所取得的再生电阻热消耗的时间来预测再生电阻的寿命的步骤。
基于该公开的第2方面的再生电阻的寿命预测方法如上述那样具备基于所取得的再生电阻热消耗的时间来预测再生电阻的寿命的步骤。由此，基于再生电阻热消耗的时间来预测再生电阻的寿命，因此能够提供用户可以基于所预测到的寿命来掌握再生电阻的维护·检查的时期的再生电阻的寿命预测方法。
根据本公开，如上述那样，能够掌握再生电阻的维护·检查的时期。
附图说明
图1是基于本公开的一个实施方式的机器人系统的框图。
图2是基于本公开的一个实施方式的机器人的侧视图。
图3是表示由马达的旋转产生的反电动势的图。
图4是表示在显示部示出了再生电阻的寿命为规定的期间以内这一情况的状态的图。
图5是用于对基于本公开的一个实施方式的再生电阻的寿命预测方法进行说明的流程图。
具体实施方式
以下，对于附图对将本公开具体化的本公开的一个实施方式进行说明。
参照图1～图4，对基于本实施方式的机器人系统100的结构进行说明。
如图1和图2所示，机器人系统100具备机器人10、和与机器人10分体设置并控制机器人10的机器人控制装置20。机器人10与机器人控制装置20经由配线30连接。另外，从工业电源1向机器人控制装置20供给交流电力。机器人控制装置20将从工业电源1供给的交流电力经由配线30向机器人10供给，并且控制机器人10的动作。
如图2所示，机器人10包括臂部11。臂部11具有关节12。关节12设置有多个。例如，关节12设置有6个。另外，在多个关节12分别设置有马达13。另外，臂部11安装于基台14。另外，在臂部11的前端安装有末端执行器(未图示)。另外，机器人10例如是工业用的机器人10。
机器人控制装置20通过转换器部(未图示)将从工业电源1供给的交流电力转换为直流电力。另外，将转换后的直流电力向机器人10的逆变器部(未图示)供给。另外，逆变器部将从机器人控制装置20供给的直流电力转换为交流电力并且向马达13供给。另外，逆变器部将由马达13的旋转产生的反电动势转换为直流电力，并向机器人控制装置20的转换器部供给。
在本实施方式中，如图1所示，在机器人系统100设置有热消耗由马达13的旋转产生的反电动势的再生电阻21。再生电阻21设置于机器人控制装置20。再生电阻21例如热消耗在马达13减速时等产生的反电动势(再生能量)。由此，抑制马达13与机器人控制装置20之间的路径(配线30等)的电压的上升。
另外，在本实施方式中，设置于机器人控制装置20的再生电阻21相对于多个马达13设置为共用。即，共用的再生电阻21热消耗从多个马达13分别产生的反电动势。
另外，再生电阻21包括卷线板(未图示)、和卷绕于卷线板的电阻线(未图示)。另外，在电阻线的周围设置有绝缘板(未图示)。对于电阻线而言，通过被供给反电动势而温度上升。另外，电阻线通过被间歇地供给反电动势而反复进行膨胀和收缩。另外，电阻线由膨胀和收缩的反复导致因与卷线板的干涉而损伤(断线)。
如图3所示，由伴随着机器人10的动作的各关节12的马达13的旋转而产生反电动势。由马达13的旋转产生的反电动势(电压)的大小根据机器人10的动作而变动。而且，在由马达13的旋转产生的反电动势(电压)超过了阈值电压Vth的情况下(图3的阴影的区域)，再生电阻21热消耗反电动势。
具体而言，在由马达13的旋转产生的反电动势(电压)超过了阈值电压Vth的情况下，通过将与再生电阻21连接的开关22(参照图1)接通，从而反电动势向再生电阻21通电。由此，通过再生电阻21的电阻线热消耗反电动势。此外，在由马达13的旋转产生的反电动势(电压)为阈值电压Vth以下的情况下，反电动势再生于未图示的蓄电部等。
这里，在本实施方式中，如图1所示，机器人系统100具备控制部23，该控制部23基于再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命。此外，控制部23设置于机器人控制装置20，该机器人控制装置20设置有相对于多个马达13共用的再生电阻21。控制部23例如包括微型控制器、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、MPU(Microprocessor：微处理器)、逻辑电路、PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)等运算器、和ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存储器)等存储部。另外，再生电阻21的寿命是到再生电阻21断线为止的时间。另外，也可以用反电动势能够向再生电阻21通电的次数来表示再生电阻21的寿命。
另外，在本实施方式中，如图3所示，控制部23基于规定的单位期间内的、再生电阻21热消耗的时间的比例来预测再生电阻21的寿命。这里，规定的单位时间是机器人10的动作的1个周期(T)。另外，在机器人10的动作的1个周期内，再生电阻21热消耗的时间(马达13的反电动势的电压超过阈值电压Vth的时间Δt)的比例例如是3％～4％左右。而且，控制部23通过监视1个周期中的再生电阻21热消耗的时间(Δt)的比例来预测再生电阻21的寿命。
再生电阻21的寿命根据构成再生电阻21的电阻线的材质、长度、与电阻线干涉的部件(上述的卷线板)的存在等条件而不同，因此根据数式等来求出再生电阻21的寿命比较困难。即，由反电动势向再生电阻21通电引起的电阻线的温度上升的程度根据电阻线的材质、长度、截面积等而不同。同样，电阻线的膨胀和收缩的程度根据电阻线所固有的热膨胀系数而不同。另外，电阻线的温度上升的程度、和电阻线的膨胀及收缩的程度也根据电阻线的周围的环境温度而不同。
因此，如图1所示，制成了在各种条件下考虑再生电阻21热消耗的时间并通过实验等预先求出了再生电阻21的寿命的数据库(DB)24。在数据库24中，再生电阻21热消耗的时间与再生电阻21的寿命相对应。数据库24设置于机器人控制装置20。
而且，在本实施方式中，控制部23基于考虑再生电阻21热消耗的时间而预先求出的再生电阻21的寿命的数据库24来预测再生电阻21的寿命。即，控制部23参照数据库24来取得与再生电阻21热消耗的时间相对应的再生电阻21的寿命。
另外，在本实施方式中，机器人系统100具备显示控制部23预测到的再生电阻21的寿命的显示部40。显示部40由与机器人10及机器人控制装置20分开设置的液晶监视器等构成。另外，显示部40例如设置于向机器人10教导动作的示教器等。
另外，在本实施方式中，如图4所示，在到再生电阻21的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内的情况下，控制部23在显示部40显示再生电阻21的寿命为规定的期间以内这一情况。例如，规定的期间是足以进行再生电阻21的更换的时间(3个月等)。控制部23基于再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命，在再生电阻21的寿命为规定的期间以内时，使显示部40显示“再生电阻的寿命为3个月。”、“请更换再生电阻。”等用于对用户的警告的文字。
另外，在本实施方式中，如图1所示，机器人系统100具备用于冷却再生电阻21的冷却部25。而且，控制部23基于再生电阻21热消耗的时间和再生电阻21的温度来探测冷却部25的故障。冷却部25例如包括冷却风扇。另外，在再生电阻21设置有用于测定电阻线的温度的温度传感器21a。这里，在冷却部25正常的情况下，相对于再生电阻21热消耗的时间，通过冷却部25使再生电阻21的温度降低规定的程度。另一方面，在冷却部25发生了故障的情况下，相对于再生电阻21热消耗的时间，再生电阻21的温度的降低的程度较小。
例如，在冷却风扇的叶片发生了故障(折断等)的情况下，即使冷却风扇正常地旋转，冷却能力也降低。在该情况下，即使构成为基于冷却风扇的转速来检测冷却风扇的异常，也判定为冷却风扇正常。因此，控制部23检测到再生电阻21的温度的降低的程度相对于再生电阻21热消耗的时间较小，由此冷却部25能够检测到故障。
(再生电阻的寿命预测方法)
接下来，参照图5，对再生电阻21的寿命预测方法进行说明。再生电阻21的寿命预测在机器人系统100的动作中持续地进行。
首先，在步骤S1中，控制部23取得再生电阻21热消耗的时间。具体而言，控制部23在机器人10的动作的1个周期中基于与再生电阻21连接的开关22接通的时间的比例来取得再生电阻21热消耗的时间。
接下来，在步骤S2中，控制部23基于所取得的再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命。具体而言，控制部23参照数据库24来取得与再生电阻21热消耗的时间相对应的再生电阻21的寿命。
接下来，在步骤S3中，控制部23判定到所取得的再生电阻21的寿命的结束为止的时间是否为规定的期间(例如，3个月)以内。
当在步骤S3中为是的情况下，在步骤S4中，控制部23使再生电阻21的寿命(到再生电阻21的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内这一情况)显示于显示部40。当在步骤S3中为否的情况下，返回至步骤S1。
[本实施方式的效果]
在本实施方式中，能够获得以下那样的效果。
(机器人系统的效果)
在本实施方式中，如上述那样，控制部23基于再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命。由此，由控制部23基于再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命，因此用户能够基于所预测到的寿命来掌握再生电阻21的维护·检查的时期。
另外，在本实施方式中，如上述那样，控制部23基于规定的单位期间内的、再生电阻21热消耗的时间的比例来预测再生电阻21的寿命。这里，机器人系统100反复进行在规定的单位期间(1个周期)内进行的相同的动作的情况较多，因此通过如上述那样构成，在反复进行相同的动作的机器人系统100中，能够适当地预测寿命。
另外，在本实施方式中，如上述那样，机器人系统100具备显示控制部23预测到的再生电阻21的寿命的显示部40。由此，由于将控制部23预测到的再生电阻21的寿命显示于显示部40，因此用户通过视觉辨认显示部40的显示，能够容易地识别再生电阻21的寿命。
另外，在本实施方式中，如上述那样，在到再生电阻21的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内的情况下，控制部23在显示部40显示到再生电阻21的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内这一情况。由此，通过设定足以进行再生电阻21的更换的时间作为规定的期间，从而在到再生电阻21的寿命结束为止的期间，用户能够较为宽裕地进行再生电阻21的更换。
另外，在本实施方式中，如上述那样，机器人10包括多个关节12，马达13分别设置于多个关节12，再生电阻21相对于多个马达13设置为共用。这里，由于再生电阻21相对于多个马达13设置为共用，因此比较频繁地进行基于再生电阻21的热消耗。因此，在再生电阻21损伤前进行更换这一点上，预测相对于多个马达13设置为共用的再生电阻21的寿命是特别有效的。
另外，在本实施方式中，如上述那样，机器人系统100具备与机器人10分体地设置并控制机器人10的机器人控制装置20。而且，相对于多个马达13设置为共用的再生电阻21和控制部23设置于机器人控制装置20。由此，于在机器人控制装置20设置有再生电阻21的机器人系统100中，能够容易地掌握再生电阻21的维护·检查的时期。
另外，在本实施方式中，如上述那样，机器人系统100具备用于冷却再生电阻21的冷却部25。而且，控制部23基于再生电阻21热消耗的时间和再生电阻21的温度来探测冷却部25的故障。由此，能够基于再生电阻21热消耗的时间和再生电阻21的温度来适当地探测冷却部25的故障。
另外，在本实施方式中，如上述那样，控制部23基于考虑再生电阻21热消耗的时间而预先求出的再生电阻21的寿命的数据库24来预测再生电阻21的寿命。由此，在各种条件下，通过基于考虑再生电阻21热消耗的时间并通过实验等预先求出了再生电阻21的寿命的数据库24来预测再生电阻21的寿命，能够根据条件适当地预测再生电阻21的寿命。
(再生电阻的寿命预测方法的效果)
另外，在本实施方式中，如上述那样，再生电阻21的寿命预测方法具备基于所取得的再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命的步骤S2。由此，由于基于再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命，因此能够提供一种用户可以基于所预测到的寿命来掌握再生电阻21的维护·检查的时期的再生电阻21的寿命预测方法。
[变形例]
此外，本次公开的实施方式全部的点应被认为是例示，并非是对本发明进行的限制。本公开的范围并非由上述的说明限定，而是由权利要求书表示，还包括与权利要求书等同的意思以及在其范围内的全部变更。
例如，在上述实施方式中，示出了在工业用的机器人10中应用本公开的例子，但本公开并不局限于此。例如，也可以在工业用以外的机器人应用本公开。
另外，在上述实施方式中，示出了基于机器人10的动作的1个周期内的再生电阻21热消耗的时间的比例来预测再生电阻21的寿命的例子，但是本公开并不局限于此。例如，也可以基于1天的期间内的再生电阻21热消耗的时间的比例来预测再生电阻21的寿命。
另外，在上述实施方式中，示出了在到再生电阻21的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内的情况下在显示部40显示再生电阻21的寿命为规定的期间以内这一情况的例子，但是本公开并不局限于此。例如，也可以不论到寿命的结束为止的时间是否为规定的期间以内，都将控制部23预测到的再生电阻21的寿命始终显示于显示部40。
另外，在上述实施方式中，示出了在到再生电阻21的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内的情况下在显示部40显示再生电阻21的寿命为规定的期间以内这一情况的例子，但是本公开并不局限于此。例如，也可以通过报警等向用户报告到再生电阻21的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内这一情况。
另外，在上述实施方式中，示出了再生电阻21相对于分别设置于机器人10的多个关节12的多个马达13设置为共用的例子，但是本公开并不局限于此。例如，再生电阻21也可以相对于多个马达13分别独立地设置。
另外，在上述实施方式中，示出了再生电阻21设置于机器人控制装置20的例子，但是本公开并不局限于此。例如，再生电阻21也可以设置于机器人控制装置20以外的部分。
另外，在上述实施方式中，示出了控制部23基于考虑再生电阻21热消耗的时间而预先求出的再生电阻21的寿命的数据库24来预测再生电阻21的寿命的例子，但是本公开并不局限于此。例如，控制部23也可以使用再生电阻21热消耗的时间和计算再生电阻21的寿命的计算式来预测(运算)再生电阻21的寿命。
另外，在上述实施方式中，示出了控制部23基于再生电阻21热消耗的时间来预测再生电阻21的寿命的例子，但是本公开并不局限于此。例如，控制部23也可以基于再生电阻21热消耗的时间、和再生电阻21热消耗的频度来预测再生电阻21的寿命。在该情况下，也考虑再生电阻21热消耗的频度(在规定的期间内热消耗的次数)来制成上述的数据库24。在再生电阻21的热消耗在短时间内密集的情况下，再生电阻21的寿命变短。因此，控制部23除了再生电阻21热消耗的时间，也基于再生电阻21热消耗的频度来预测再生电阻21的寿命，由此能够更适当地预测再生电阻21的寿命。

Claims (10)

1.一种机器人系统，其中，
所述机器人系统具备：
机器人，包括关节；
马达，设置于所述关节；
再生电阻，热消耗由所述马达的旋转产生的反电动势；以及
控制部，基于所述再生电阻热消耗的时间来预测所述再生电阻的寿命。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述控制部基于规定的单位期间内的、所述再生电阻热消耗的时间的比例来预测所述再生电阻的寿命。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中，
还具备显示所述控制部预测到的所述再生电阻的寿命的显示部。
4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，
在到所述再生电阻的寿命的结束为止的时间为规定的期间以内的情况下，所述控制部在所述显示部显示到所述再生电阻的寿命的结束为止的时间为所述规定的期间以内这一情况。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的机器人系统，其中，
所述机器人包括多个所述关节，
所述马达分别设置于所述多个关节，
所述再生电阻相对于所述多个马达设置为共用。
6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中，
还具备与所述机器人分体设置并控制所述机器人的机器人控制装置，
相对于所述多个马达设置为共用的所述再生电阻和所述控制部设置于所述机器人控制装置。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的机器人系统，其中，
还具备用于冷却所述再生电阻的冷却部，
所述控制部基于所述再生电阻热消耗的时间和所述再生电阻的温度来探测所述冷却部的故障。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的机器人系统，其中，
所述控制部基于考虑所述再生电阻热消耗的时间而预先求出的所述再生电阻的寿命的数据库来预测所述再生电阻的寿命。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的机器人系统，其中，
所述控制部基于所述再生电阻热消耗的时间和所述再生电阻热消耗的频度来预测所述再生电阻的寿命。
10.一种再生电阻的寿命预测方法，是机器人系统的所述再生电阻的寿命预测方法，该机器人系统具备：机器人，包括关节；马达，设置于所述关节；以及再生电阻，热消耗由所述马达的旋转产生的反电动势，其中，
所述再生电阻的寿命预测方法具备：
取得所述再生电阻热消耗的时间的步骤；和
基于所取得的所述再生电阻热消耗的时间来预测所述再生电阻的寿命的步骤。
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