JPH0981215A - ロボットの制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品の真の交換時期の到来の監視や耐久残時
間の算出ができ、また各種保守点検時期を検出ならびに
報知することが可能であるロボットの制御装置および制
御方法を提供する。 【解決手段】 演算部２３はモータＭnの運転状態を監
視するモニタ部２５が検出して出力するモータシャフト
のトルクならびにモータシャフトの回転速度から関節Ｊ
nの単位時間当たりの損傷度を演算し、且つ損傷度を累
積した累積損傷度に基づいて関節Ｊnの保守時期あるい
は耐久残時間あるいは交換時期を検出して表示部２６に
よって報知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転部品等の保
守時期を報知するロボットの制御装置および制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】マニピュレータ等に使用される減速機、
軸受あるいはギヤ等の動力伝達部品の負荷容量は、その
部品が設計時に決められた動作パターンで連続して動作
することを想定し、所定の期間中破損することがないよ
うに決定されていた。これと同時に保守、メンテナンス
の時期も、実際の動作条件とは無関係に、画一的に決め
られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】言うまでもなく上述の
従来技術では、各部品の実際の使用状況や使用頻度が考
慮されていないために、真の交換時期（これを寿命と称
す）を把握することができない。よって、使用頻度が少
なく寿命に余裕がある部品についても、真の寿命に満た
ない一定時間毎に保守、あるいは交換をせざるを得ず、
メンテナンス工数および部品の無駄が生じるという問題
点がある。

【０００４】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、部品の真の交換時期の到来の監視や耐久残時
間の算出ができ、また各種保守点検時期を検出ならびに
報知することが可能であるロボットの制御装置および制
御方法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１に記載の発明にあっては、動力伝達手段
を介してロボットの各部を駆動するモータと、前記モー
タへの駆動電力に基づいて前記モータの運転状態を監視
する監視手段と、前記監視手段が出力する第１の信号が
入力されるとともに前記動力伝達手段の累積損傷度を演
算して第２の信号を出力する演算手段とを具備すること
を特徴とする。

【０００６】また請求項２に記載の発明にあっては、請
求項１に記載のロボットの制御装置では、前記監視手段
は、前記駆動電力に基づいて、前記モータのシャフトが
発生するトルクと、前記モータのシャフトの回転速度と
を検出して出力することを特徴とする。

【０００７】また請求項３に記載の発明にあっては、動
力伝達手段を介してロボットの各部を駆動するモータの
運転状態を示す第１の信号を入力する第１の行程と、前
記第１の信号に基づいて前記動力伝達手段の限界繰り返
し回転数を求める第２の行程と、前記第１の信号と前記
限界繰り返し回転数とに基づいて前記動力伝達手段の単
位時間当たりの損傷度を算出する第３の行程と、所定時
間毎に算出される前記損傷度を積算して前記動力伝達手
段の累積損傷度を求める第４の行程と、前記累積損傷度
と所定の基準値とを比較する第５の行程とからなり、前
記第１の行程から前記第５の行程までを順次繰り返すこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】この発明によれば、演算手段はモータの運転状
態を監視する監視手段が検出して出力するモータシャフ
トのトルクならびにモータシャフトの回転速度から動力
伝達手段の単位時間当たりの損傷度を演算し、且つ損傷
度を累積した累積損傷度に基づいて動力伝達手段の保守
時期あるいは耐久残時間あるいは交換時期を検出して表
示手段によって報知する。

【０００９】

【発明の実施の形態】

Ａ．構成 以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明す
る。図１は、本発明の一実施の形態が適用されるロボッ
ト（マニピュレータと制御装置の総称）の概観を示す斜
視図である。本実施の形態に示すロボットは、例えば自
動製造ラインの塗装工程等に用いられるロボットであ
る。

【００１０】図１において、マニピュレータ１０の各関
節Ｊ1、Ｊ2およびＪ3（動力伝達手段）は、各々制御装
置２０によって制御されたモータＭ1、Ｍ2あるいはＭ3
（図示省略）によって駆動される。即ち、各モータＭ1
〜Ｍ３の出力は、減速機によって減速された後、伝達機
構（何れも図示省略）を介して各関節Ｍ1〜Ｍ3を駆動す
る。

【００１１】図２は、図１に示すロボットの制御系統の
接続の概略を示すブロック図である。図２において、制
御装置２０に設けられた２３は、ＣＰＵ（Ｃentral Ｐr
ocessing Ｕnit：中央処理装置）等を有する演算部（演
算手段）である。この演算図２３は、後述するモニタ部
（監視手段）２５による監視結果や、図示省略したが各
関節Ｊ1〜Ｊ3が有するエンコーダからの動作信号に基づ
いて、各関節Ｊ1〜Ｊ3の累積損傷度を求める。この累積
損傷度の情報は、例えばＣＲＴ（Ｃathode Ｒay Ｔub
e：陰極船管）等から構成される表示部（表示手段）２
６によって表示される。

【００１２】また演算部２３は、上述のエンコーダから
のフィードバック値に基づいて、各モータＭ1〜Ｍ3に必
要な制御量を算出し、制御信号を駆動部（駆動手段）２
４に供給する。駆動部２４は、各モータＭ1〜Ｍ3を駆動
するパワーアンプ等から構成されており、駆動電力が各
モータＭ1〜Ｍ3、ならびにモニタ部２５へ供給される。
モニタ部２５は、電流センサや電圧センサ等から構成さ
れており、これらの情報から各モータＭ1〜Ｍ3の動作状
態（トルクや速度等）を監視する。

【００１３】Ｂ．制御方法 次に、各モータＭ1〜Ｍ3（これ以降、モータＭnと称
す）の動作状態から、これに対応する各関節Ｊ1〜Ｊ3
（これ以降、関節Ｊnと称す）の累積損傷度を求める方
法を説明する。なおここで、特に断らない限り以下の説
明は任意の一つの関節について述べるものとする。ま
た、他の関節については説明を省略するが、以下の説明
と同様である。

【００１４】図５は、本願発明の第１の実施の形態にお
けるロボットの制御方法のアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。演算部２３はその内部にサンプリングタ
イムΔｔごとにカウント値ｉを計数するカウンタ機能
（図示省略）を有しており、このサンプリングタイムΔ
ｔごとに以下の処理を行うものとする。また演算部２３
は、ロボットの起動時にはカウンタのカウント値ｉを０
にする（ステップＳａ１）。

【００１５】さて本実施の形態では、任意の一つのモー
タＭnに関して、トルクＴに対する限界繰返し回転数Ｒ
の関係が、一例として図３に示される通りであるとす
る。この場合の限界とは任意に定義されるものであり、
例えば関節Ｊnに用いられる部品が破損する負荷や、一
定以上の性能の低下を招く状態を基準とする。

【００１６】本願発明は、一般に累積疲労損害の目安と
されている直線被害法則に従い限界繰り返し回転数を算
出し、この累積が所定値に達したか否かに基づいて、部
品の疲労状態を判断する。

【００１７】ここで、トルクＴの大きさが如何なる場合
であっても繰返し回転数とともに疲労被害が直線的に進
行すると仮定すると、トルクＴに対する限界繰返し回転
数Ｒの値は次式で求められる。

【数１】 但し上式において、Ｃ1およびＣ2は任意の正の実数であ
る。

【００１８】次に演算部２３はモニタ部２５より、モー
タＭnのトルクＴiならびに回転速度ωiを読みとり（ス
テップＳａ２）、上述の（１）式に基づいてＴiに対す
る限界繰返し回転数Ｒiを求める（ステップＳａ３）。

【００１９】ステップＳａ３において、関節Ｊnの回転
速度ωiと限界繰り返し回転数Ｒiとがわかると、所定時
間（サンプリングタイム△ｔ）当たりの損傷度ｄiが求
められる。この損傷度ｄiは、次式で計算されるものと
する。

【数２】

【００２０】即ち演算部２３は（２）式に基づいて、関
節Ｊnの所定時間当たりの損傷度ｄiを求める（ステップ
Ｓａ４）。また次のステップＳａ５においてｉが０であ
れば、後述するステップＳａ１１の処理に移る。

【００２１】さてロボットが運転中のある時刻ｉにおい
て、モータＭnのトルクＴiならびに回転速度ωiが図４
（ａ）あるいは図４（ｂ）に示すように変化した場合、
その累積損傷度ｄpは図４（ｃ）に示すようになる。即
ちこの累積損傷度ｄpは次の式によって表すことができ
る。

【数３】 演算部２３は、この（３）式に基づいて、累積損傷度ｄ
pを求める（ステップＳａ６）。

【００２２】本願発明が目安としている直線被害法則で
は、このｄpが１になったときに、その時点までの累積
回転数と限界繰返し回転数が一致することになり、即ち
寿命であるとする。そこで制御装置２０を、累積損傷度
ｄpが１以下であるか否かを監視するとともに、その値
に応じて保守、交換時期などのメッセージを表示する構
成とする。

【００２３】例えば、モータＭ2が駆動する第２軸の減
速機について、ｄpが０.５に達した場合に寿命の半分の
時期に相当すると判断できる。即ち演算部２３は、ｄp
が０.５に達しているか否かを判断する（ステップＳａ
７）。ここでｄpが０.５に達していれば、演算部２３は
ロボットの管理者に対して点検を促す意味で、表示部２
６によって『第２軸減速機のグリースを交換してくださ
い』と表示し（ステップＳａ８）、後述のステップＳａ
１１に移る。

【００２４】また、基準とする寿命時間を１０年とした
場合、ｄpが０.９のときには総運転時間が９年を経過し
ていることになる。即ち演算部２３は、ｄpが０.９に達
しているか否かを判断する（ステップＳａ９）。ここで
ｄpが０.９に達していれば演算部２３は、部品の交換時
期が近いことを報知する意味で、表示部２６によって
『このロボットは今までの使用状況で、後１年稼働でき
ます』と表示し（ステップＳａ１０）、次のステップＳ
ａ１１に進む。

【００２５】なお次のステップＳａ１１では、所定時間
（サンプリングタイムΔｔ）の待機後、演算部２３が有
するカウンタのカウント値ｉに、１を加算する。またス
テップＳａ１２では、累積損傷度ｄpが１に達したか否
かを判断し、ｄpが１未満であればステップＳａ２の処
理に戻る。

【００２６】ステップＳａ１２において演算部２３は、
累積損傷度ｄpが１に達したと判断した場合には、前述
の通り当該関節Ｊnを構成する部品の寿命時期であると
判断し、マニピュレータ１０を停止させて制御処理を終
了する。

【００２７】以上のようにして本実施の形態では、各関
節Ｊnの使用状況や使用頻度に応じて累積損傷度ｄpが求
められるため、合理的に保守点検時期を決定できる。

【００２８】図６は、本願発明の第２の実施の形態にお
けるロボットの制御方法のアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。本願発明において、あらかじめ教示され
た教示データを基に、ロボットがそれを再生する構成で
ある場合には、各教示データ毎の累積損傷度ｄtに、教
示データの再生繰り返し数Ｎを乗算した値を、全体の累
積損傷度ｄpと見做すことができる。即ち教示データの
再生時に、再生繰り返し数Ｎだけをモニタし、新たに累
積損傷度を計算する必要はない。

【００２９】即ちこの場合、演算部２３が有するカウン
タは、教示データの再生繰り返し数Ｎをカウントする。
まず演算部２３は、教示時にカウント値Ｎを０にすると
ともに、上述した第１の実施の形態と同様に、累積損傷
度ｄpに相当するｄtを求め記憶しておく（ステップＳｂ
１）。一方、累積損傷度ｄtが１のときに寿命となるこ
とから、寿命に対する再生繰り返し数Ｎeを、累積損傷
度ｄtの逆数として求める（ステップＳｂ２）。

【００３０】この後演算部２３は、まず再生繰り返し数
Ｎが０.５・Ｎeに達したか否かを確認し（ステップＳｂ
３）、達していれば表示部２６によって『第２軸減速機
のグリースを交換してください』と表示し（ステップＳ
ｂ４）、後述するステップＳｂ７の処理に移る。

【００３１】また演算部２３は、再生繰り返し数Ｎが
０.９・Ｎeに達したか否かを確認し（ステップＳｂ
５）、達していれば表示部２６によって『このロボット
は今までの使用状況で、後１年稼働できます』と表示し
（ステップＳｂ６）、次のステップＳｂ７に進む。

【００３２】ステップＳｂ７において演算部２３は、カ
ウンタのカウント値に１を加え、次にステップＳｂ８で
はＮがＮeに達しているか否かを判断する。このステッ
プＳｂ８において演算部２３は、ＮがＮe未満であれば
ステップＳｂ３の処理に戻る。一方ステップＳｂ８にお
いて、ＮがＮeに達している場合、当該関節Ｊnを構成す
る部品の寿命時期であると判断し、マニピュレータ１０
を停止させて制御処理を終了する。

【００３３】以上のようにして、本実施の形態ではＮe
を基準値とし、その時点までの再生繰り返し数Ｎに基づ
いて保守点検時期を検討する。

【００３４】なお上述の実施の形態では、３つのモータ
ならびに３つの関節を有する構造のマニピュレータ１０
を示したが、本願発明のモータや関節の数は、本実施の
形態に示す数に限定されたものではない。

【００３５】また、部品の保守や交換の判断の基準とな
る数値（０.５や０.９）は一例であり、これらの値は部
品の用途や材質、保守項目によって決定されるものであ
って、本実施の形態に示した値に限定されない。さらに
表示部２６に表示される文章も、本願発明を説明するた
めの一例であることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、演算手段はモータの運転状態を監視する監視手段が
検出して出力するモータシャフトのトルクならびにモー
タシャフトの回転速度から動力伝達手段の単位時間当た
りの損傷度を演算し、且つ損傷度を累積した累積損傷度
に基づいて動力伝達手段の保守時期あるいは耐久残時間
あるいは交換時期を検出して表示手段によって報知する
ので、部品の真の交換時期の到来の監視や耐久残時間の
算出ができ、また各種保守点検時期を検出ならびに報知
することが可能であるロボットの制御装置および制御方
法が実現可能であるという効果が得られる。

【００３７】即ち本発明によれば、第１にロボットの動
力伝達部品の累積損傷度を特殊な測定機（例えば超音波
探傷器、ＡＥ測定器等）を使用せずに決定できるため、
検査費用を削減できる。第２に累積損傷度を精度よく求
められるため、合理的に保守、検査時期を決定すること
で保守、点検費用を削減でき、また過酷な条件で使用す
る場合の事故を未然に防ぐことができる。第３に耐久残
時間を精度よく求められるため、的確に部品交換時期を
予測でき、設備投資費の無駄を軽減できる効果がある。
第４に教示再生型のロボットにおいては、教示データ毎
の累積損傷度を求めるのみで部品の寿命を検討できるた
め演算時間が短くでき、これに伴って演算手段の簡素
化、延いてはコスト軽減ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態が適用されるロボットの
概観を示す斜視図である。

【図２】図１に示すロボットの制御系統の接続の概略を
示すブロック図である。

【図３】同実施の形態におけるモータＭnに関して、ト
ルクＴに対する限界繰返し回転数Ｒの関係の一例を示す
図である。

【図４】同実施の形態において、モータＭnのトルクＴi
ならびに回転速度ωiの変化の様子と、これに対する累
積損傷度ｄpを示す図である。

【図５】本願発明の第１の実施の形態におけるロボット
の制御方法のアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。

【図６】本願発明の第２の実施の形態におけるロボット
の制御方法のアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ マニピュレータ ２３ 演算部 ２４ 駆動部 ２５ モニタ部 Ｍ1〜Ｍ3 モータ Ｊ1〜Ｊ3 関節

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力伝達手段を介してロボットの各部を
   駆動するモータと、 前記モータへの駆動電力に基づいて前記モータの運転状
   態を監視する監視手段と、 前記監視手段が出力する第１の信号が入力されるととも
   に前記動力伝達手段の累積損傷度を演算して第２の信号
   を出力する演算手段とを具備することを特徴とするロボ
   ットの制御装置。
2. 【請求項２】 前記監視手段は、前記駆動電力に基づい
   て、 前記モータのシャフトが発生するトルクと、 前記モータのシャフトの回転速度とを検出して出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御装
   置。
3. 【請求項３】 動力伝達手段を介してロボットの各部を
   駆動するモータの運転状態を示す第１の信号を入力する
   第１の行程と、 前記第１の信号に基づいて前記動力伝達手段の限界繰り
   返し回転数を求める第２の行程と、 前記第１の信号と前記限界繰り返し回転数とに基づいて
   前記動力伝達手段の単位時間当たりの損傷度を算出する
   第３の行程と、 所定時間毎に算出される前記損傷度を積算して前記動力
   伝達手段の累積損傷度を求める第４の行程と、 前記累積損傷度と所定の基準値とを比較する第５の行程
   とからなり、前記第１の行程から前記第５の行程までを
   順次繰り返すことを特徴とするロボットの制御方法。