機器人減速機壽命推定仿真裝置的製作方法

2024-01-30 04:50:15

專利名稱：機器人減速機壽命推定仿真裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過仿真推定對機器人的各軸配備的減速機的壽命的機器人減速機壽命推定仿真裝置。
背景技術：
近年來，在機器人系統中，為了增加生產量，要求縮短循環時間。然而，當提高機器人的速度時，機器人的減速機的壽命會降低。在日本特開平7-107767號公報中公開了檢測對機器人的驅動系統施加的負荷來預測壽命的技術。另外，也存在調整機器人的動作程序來延長減速機的壽命的要求。在日本特開2007-54942號公報中公開了進行離線生成的機器人的動作程序的修正作業的技術。然而，當在動作程序中調整機器人的速度和/或加速度時，機器人的軌跡變化。因此，在實際使用調整後的動作程序之前對調整後的動作程序進行再修正，避免機器人幹擾周邊裝置。在日本特開平11-175130號公報中公開了消除機器人的軌跡的變化的技術。而且，為了不對調整後的動作程序進行再修正而使用，也存在不使機器人的軌跡變化的要求。

發明內容
鑑於這種情況而提出本發明，其目的在於提供一種機器人減速機壽命推定仿真裝置，其基於機器人的動作程序來推定對機器人的各軸配備的減速機的壽命，並且不使機器人的軌跡變化地延長減速機的壽命。為了達成上述目的，根據第一方式，提供一種機器人減速機壽命推定仿真裝置，其中，具備:旋轉速度負荷計算部，其通過仿真來執行機器人的動作程序，在每個採樣周期中計算所述機器人的各軸減速機的旋轉速度以及對該各軸減速機施加的負荷；存儲部，其將通過該旋轉速度負荷計算部計算出的所述各軸減速機的旋轉速度以及對各軸減速機施加的負荷按照時間序列關聯存儲；減速機壽命計算部，其基於存儲在該存儲部中的所述各軸減速機的旋轉速度以及對各軸減速機施加的負荷，計算所述機器人的各軸減速機的壽命；運行時間比例設定部，其設定所述機器人的運行時間比例或間接地表示該運行時間比例的數據；以及減速機壽命推定部，其基於通過所述減速機壽命計算部計算出的所述各軸減速機的壽命和所述運行時間比例設定部設定的所述運行時間比例，推定所述減速機的壽命。根據第二方式，在第一方式中還具備:基準值指定部，其指定對所述各軸減速機施加的負荷的基準值；以及評價部，其通過評價函數評價通過所述旋轉速度負荷計算部計算出的對所述各軸減速機施加的負荷是否超過了通過所述基準值指定部指定的所述基準值。根據第三方式，在第二方式中還具備:目標壽命指定部，其指定所述減速機的目標壽命；軌跡固定部，其與所述動作程序的速度指令無關地固定所述機器人的工具尖端點的軌跡；最高速度設定部，其通過該軌跡固定部固定所述軌跡，同時將所述動作程序內的速度指令設定為預定的規則中的最高速度；以及程序變更部，其通過所述評價函數判定在所述存儲部中按照時間序列存儲的對各軸減速機施加的負荷是否大於通過所述基準值指定部設定的作為上限值的基準值，在對所述各軸減速機施加的負荷大於所述基準值時，通過所述軌跡固定部固定所述軌跡，同時以將所述動作程序的速度指令從所述最高速度減小預定量的方式變更所述動作程序，以使對所述各軸減速機施加的負荷變為所述基準值以下，重複所述程序變更部的動作，直到所述減速機的壽命達到通過所述目標壽命指定部指定的目標壽命為止。根據第四方式，在第三方式中還具備:循環時間計算部，其通過將所述旋轉速度負荷計算部的採樣數乘以所述採樣周期來計算所述機器人的所述動作程序的循環時間，在未通過所述程序變更部縮短所述減速機的壽命達到通過所述目標壽命指定部指定的目標壽命時的通過所述循環時間計算部計算出的循環時間的情況下，通過所述基準值指定部設定新的基準值，並重複所述程序變更部的動作，直到所述減速機的壽命達到通過所述目標壽命指定部指定的目標壽命為止。根據第五方式，在第二方式中還具備:循環時間計算部，其通過將所述旋轉速度負荷計算部的採樣數乘以所述採樣周期來計算所述機器人的所述動作程序的循環時間；目標循環時間指定部，其指定目標循環時間；軌跡固定部，其與所述動作程序的速度指令無關地固定所述機器人的工具尖端點的軌跡；最高速度設定部，其通過該軌跡固定部固定所述軌跡，同時將所述動作程序內的速度指令設定為預定的規則中的最高速度；以及程序變更部，其通過所述評價函數判定在所述存儲部中按照時間序列存儲的對各軸減速機施加的負荷是否大於通過所述基準值指定部設定的作為上限值的基準值，在對所述各軸減速機施加的負荷大於所述基準值時，通過所述軌跡固定部固定所述估計，同時以將所述動作程序的速度指令從所述最高速度減小預定量的方式變更所述動作程序，以使對所述各軸減速機施加的負荷變為所述基準值以下，重複所述程序變更部的動作，直到通過所述循環時間計算部計算出的循環時間達到通過所述目標循環時間指定部指定的目標循環時間為止。根據第六方式，在第五方式中，在未通過所述程序變更部延長所述循環時間達到通過所述目標循環時間指定部指定的目標循環時間時的所述減速機的壽命的情況下，通過所述基準值指定部設定新的基準值，重複所述程序變更部的動作，直到所述循環時間達到通過所述目標循環時間指定部指定的目標循環時間為止。根據附圖所示的本發明的典型的實施方式的詳細說明，本發明的這些目的、特徵以及優點以及其他目的、特徵以及優點會更加明了。


圖1是基於本發明的機器人減速機壽命推定仿真裝置的框圖。圖2是表示存儲在存儲部中的映射的圖。圖3是表示機器人減速機壽命推定仿真裝置的第一動作的流程圖。圖4是表示機器人減速機壽命推定仿真裝置的第二動作的流程圖。圖5A是表不各軸的負荷和時間的關係的圖。圖5B是表不動作程序的一部分的圖。圖6是表示機器人減速機壽命推定仿真裝置的第三動作的流程圖。圖7是表示機器人減速機壽命推定仿真裝置的第四動作的流程圖。
具體實施例方式以下，參照

本發明的實施方式。在以下的附圖中，對於同樣的部件賦予同樣的參照符號。為了容易理解，這些附圖適當變更了比例尺。圖1是基於本發明的機器人減速機壽命推定仿真裝置的概要圖。圖1中主要表示了機器人12、例如多關節機器人和控制機器人12的控制裝置20、例如數字式計算機。機器人12包含用於驅動機器人的各軸的多個伺服電動機Mm、以及與各伺服電動機MfMm連接的減速機Gl Gm。以下，有時將這些減速機GfGm稱為各軸減速機Gl Gm。此外，在機器人12的前端安裝了工具13。控制裝置20起到作為推定各軸減速機GfGm的壽命的機器人減速機壽命推定仿真裝置10的作用。此外，本申請中的減速機GfGm的壽命是指減速機的累積故障概率達到10%的運行時間，也被稱為LlO壽命。如圖1所示，在控制裝置20和機器人12之間配置了伺服控制部5。伺服控制部5具備多個伺服控制器5af 5am (m:通常為在機器人的總軸數上加上在機器人手腕上安裝的工具的可動軸數所得的數)和未圖示的處理器、ROM、RAM等，進行驅動機器人的各軸的伺服電動機MfMm的位置/速度的環路控制、進而進行電流環路控制。伺服控制器5al 5am的輸出經由各伺服放大器5bl 5bm對各軸伺服電動機Ml Mm進行驅動控制。此外，雖未圖示，但在各伺服電動機MfMm以及減速機GfGm中安裝了位置/速度檢測器，通過該位置/速度檢測器檢測出的各伺服電動機的位置、速度被反饋到各伺服控制器5al 5am。如圖1所示，機器人減速機壽命推定仿真裝置10的控制裝置20包含:每採樣周期中計算機器人12的各軸減速機GrGm的旋轉速度以及對各軸減速機GrGm施加的負荷的旋轉速度負荷計算部21 ;把通過旋轉速度負荷計算部21計算出的各軸減速機GfGm的旋轉速度以及對各軸減速機GrGm施加的負荷按照時間序列關聯存儲的存儲部22。另外，假定存儲部22還包含機器人12的動作程序以及後述的流程圖中說明的各種程序以及各種數據。在此，圖2是表示存儲在存儲部22中的映射的圖。如圖2所示，通過旋轉速度負荷計算部21計算出的各軸減速機GfGm的旋轉速度以及負荷與採樣周期一起以映射的形式存儲。而且，控制裝置20包括:減速機壽命計算部23，其基於存儲在存儲部22中的各軸減速機GrGm的旋轉速度以及對各軸減速機GrGm施加的負荷，計算機器人12的各軸減速機GfGm的壽命；運行時間比例設定部24，其設定機器人12的運行時間比例或間接地表示該運行時間比例的數據；減速機壽命推定部25，其基於通過減速機壽命計算部23計算出的各軸減速機的壽命和通過運行時間比例設定部24設定的運行時間比例，推定減速機的壽命O而且，控制裝置20包括:基準值指定部27，其指定對各軸減速機GfGm施加的負荷的基準值；評價部28，其通過評價函數評價通過旋轉速度負荷計算部21計算出的對各軸減速機GfGm施加的負荷是否超過了通過基準值指定部27指定的基準值。而且，控制裝置20包括:目標壽命指定部29，其指定減速機GfGm的目標壽命；軌跡的軌跡固定部30，其與動作程序的速度指令無關地固定機器人的工具尖端點；最高速度設定部31，其通過軌跡固定部30固定軌跡，同時將動作程序內的速度指令設定為預定的規則中的最高速度；以及程序變更部32，其通過評價函數判定在存儲部22中按照時間序列存儲的對各軸減速機GfGm施加的負荷是否大於通過基準值指定部27設定的作為上限值的基準值，在對各軸減速機GfGm施加的負荷大於基準值時，通過軌跡固定部30固定軌跡，同時以使動作程序的速度指令從最高速度減小預定量的方式變更動作程序，以使對各軸減速機GrGm施加的負荷變為基準值以下。而且，如圖1所示，控制裝置20包括:循環時間計算部26，其通過將旋轉速度負荷計算部21的採樣數乘以採樣周期來計算機器人12的動作程序的循環時間；目標循環時間指定部33，其指定目標循環時間。圖3是表示機器人減速機壽命推定仿真裝置的第一動作的流程圖。如圖3所示，本發明的機器人減速機壽命推定仿真裝置10進行推定機器人12中具備的各軸減速機GfGm的各自的壽命的減速機壽命推定處理SlO。減速機壽命推定處理SlO由以下的步驟Slf步驟S16構成。在步驟Sll中，通過仿真來執行機器人12的動作程序。然後，在步驟S 12中，旋轉速度負荷計算部21通過仿真來計算各軸減速機GfGm的各自的旋轉速度。進而,在步驟S13中，旋轉速度負荷計算部21通過仿真也計算對各軸減速機GfGm分別施加的負荷。每預定的採樣周期進行旋轉速度負荷計算部21的旋轉速度以及負荷的計算，直到動作程序的仿真結束為止。然後，計算出的旋轉速度以及負荷如圖2所示，與採樣數以及採樣周期關聯起來以映射的形式依次存儲在存儲部22中。接著,在步驟S14中，減速機壽命計算部23計算各軸減速機Gl Gm的壽命。具體來說，減速機壽命計算部23，針對各個各軸減速機GrGm，基於以下的公式(I)、(2)計算平均旋轉速度以及平均負荷(平均負荷)。平均速度:
權利要求
1.一種機器人減速機壽命推定仿真裝置，其特徵在於，包括: 旋轉速度負荷計算部(21)，其通過仿真來執行機器人的動作程序，在每個採樣周期中計算所述機器人的各軸減速機的旋轉速度以及對該各軸減速機施加的負荷； 存儲部(22)，其將通過該旋轉速度負荷計算部(21)計算出的所述各軸減速機的旋轉速度以及對各軸減速機施加的負荷與時間序列相關聯地存儲； 減速機壽命計算部(23 )，其基於存儲在該存儲部(22 )中的、所述各軸減速機的旋轉速度以及對各軸減速機施加的負荷，計算所述機器人的各軸減速機的壽命； 運行時間比例設定部(24)，其設定所述機器人的運行時間比例或間接地表示該運行時間比例的數據；以 及 減速機壽命推定部(25)，其基於通過所述減速機壽命計算部(23)計算出的所述各軸減速機的壽命和所述運行時間比例設定部(24)設定的所述運行時間比例，推定所述減速機的壽命。
2.根據權利要求1所述的機器人減速機壽命推定仿真裝置，其特徵在於，還包括: 基準值指定部(27)，其指定對所述各軸減速機施加的負荷的基準值；以及 評價部(28)，其通過評價函數對通過所述旋轉速度負荷計算部(21)計算出的對所述各軸減速機施加的負荷是否超過了由所述基準值指定部(27 )指定的所述基準值進行評價。
3.根據權利要求2所述的機器人減速機壽命推定仿真裝置，其特徵在於，還包括: 目標壽命指定部(29)，其指定所述減速機的目標壽命； 軌跡固定部(30)，其與所述動作程序的速度指令無關地固定所述機器人的工具尖端點的軌跡； 最高速度設定部(31)，其通過該軌跡固定部(30)固定所述軌跡，同時將所述動作程序內的速度指令設定為預定的規則中的最高速度；以及 程序變更部(32)，其通過所述評價函數判定按照時間序列存儲在所述存儲部中的對各軸減速機施加的負荷是否大於由所述基準值指定部(27)設定的作為上限值的基準值，在對所述各軸減速機施加的負荷大於所述基準值時，通過所述軌跡固定部(30)固定所述軌跡，同時以將所述動作程序的速度指令從所述最高速度減小預定量的方式變更所述動作程序，以使對所述各軸減速機施加的負荷變為所述基準值以下，其中 重複所述程序變更部(32 )的動作，直到所述減速機的壽命達到由所述目標壽命指定部(29)指定的目標壽命為止。
4.根據權利要求3所述的機器人減速機壽命推定仿真裝置，其特徵在於， 還具備:循環時間計算部(26)，其通過將所述旋轉速度負荷計算部(21)的採樣數乘以所述採樣周期，來計算所述機器人的所述動作程序的循環時間，其中 在未通過所述程序變更部(32)縮短所述減速機的壽命達到由所述目標壽命指定部(29)指定的目標壽命時的通過所述循環時間計算部計算出的循環時間的情況下，通過所述基準值指定部(27)設定新的基準值，並重複所述程序變更部(32)的動作，直到所述減速機的壽命達到通過所述目標壽命指定部(29)指定的目標壽命為止。
5.根據權利要求2所述的機器人減速機壽命推定仿真裝置，其特徵在於，還包括: 循環時間計算部(26)，其通過將所述旋轉速度負荷計算部(21)的採樣數乘以所述採樣周期，來計算所述機器人的所述動作程序的循環時間；目標循環時間指定部(33)，其指定目標循環時間； 軌跡固定部(30)，其與所述動作程序的速度指令無關地固定所述機器人的工具尖端點的軌跡； 最高速度設定部(31)，其通過該軌跡固定部(30)固定所述軌跡，同時將所述動作程序內的速度指令設定為預定的規則中的最高速度；以及 程序變更部(32)，其通過所述評價函數判定按照時間序列存儲在所述存儲部中的對各軸減速機施加的負荷是否大於由所述基準值指定部(27)設定的作為上限值的基準值，在對所述各軸減速機施加的負荷大於所述基準值時，通過所述軌跡固定部(30)固定所述軌跡，同時以將所述動作程序的速度指令從所述最高速度減小預定量的方式變更所述動作程序，以使對所述各軸減速機施加的負荷變為所述基準值以下，其中 重複所述程序變更部的動作，直到通過所述循環時間計算部(26)計算出的循環時間達到通過所述目標循環時間指定部(33)指定的目標循環時間為止。
6.根據權利要求5所述的機器人減速機壽命推定仿真裝置，其特徵在於， 在未通過所述程序變更部(32)延長所述循環時間達到由所述目標循環時間指定部(33)指定的目標循環時間時的所述減速機的壽命的情況下，通過所述基準值指定部(27)設定新的基準值，重複所述程序變更部(32)的動作，直到所述循環時間達到由所述目標循環時間指定部(33)指定的 目標循環時間為止。
全文摘要
本發明提供一種機器人減速機壽命推定仿真裝置(10)，包含旋轉速度負荷計算部(21)，其通過仿真來執行機器人(12)的動作程序，計算機器人的各軸減速機(G1~Gm)的旋轉速度以及對該各軸減速機施加的負荷；存儲部(22)，其將各軸減速機的旋轉速度以及對各軸減速機施加的負荷按照時間序列關聯存儲；減速機壽命計算部(23)，其基於各軸減速機的旋轉速度以及對各軸減速機施加的負荷，計算各軸減速機的壽命；運行時間比例設定部(24)，其設定機器人的運行時間比例；以及減速機壽命推定部(25)，其基於各軸減速機的壽命和運行時間比例，推定減速機的壽命。
文檔編號G05B17/02GK103176410SQ201210537768
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月12日 優先權日2011年12月13日
發明者梁衍學 申請人:發那科株式會社