(57)【要約】【課題】付加的な機構を用いることなく、ロボットなどに設けられるベルト駆動機構におけるベルトの張力の低下などの異常を検出する。【解決手段】ベルト駆動機構は、モータと、モータの駆動軸に取り付けられた駆動プーリと、従動プーリと、駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡されて張力を維持するベルトと、を有する。従動プーリを固定するためのブレーキを作動させて従動プーリを固定し、従動プーリが固定された状態で、モータを所定の移動位置に動かして移動位置に維持する回転指令によりモータを駆動し、モータが駆動されているときの駆動軸の回転位置を、駆動軸に関連したエンコーダによって検出し、検出された回転位置に基づいて判定を行う。【選択図】図２
2020097993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータの駆動軸に取り付けられた駆動プーリと、従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリの間に掛け渡されて張力を維持するベルトと、を有するベルト駆動機構における、前記ベルトの張力の低下を含む異常の検出を行う検出方法であって、
前記従動プーリを固定するためのブレーキを作動させて前記従動プーリを固定し、
前記従動プーリが固定された状態で、前記モータを所定の移動位置に動かして前記移動位置に維持する回転指令により前記モータを駆動し、前記モータが駆動されているときの前記駆動軸の回転位置を、前記駆動軸に関連したエンコーダによって検出し、
検出された前記回転位置に基づいて判定を行う、検出方法。
【請求項２】
前記回転指令により前記モータを駆動するときに前記モータが出力するトルクを、予め定めたトルクリミットの範囲内に制限する、請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
前記トルクリミットは、前記モータの連続定格として規定される最大トルク以上であって、前記モータの絶対定格として規定される最大トルク以内である、請求項２に記載の検出方法。
【請求項４】
前記モータを駆動したことによる前記回転位置の変化と基準値とを比較し、前記ベルト駆動機構における異常の有無を判定する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項５】
前記ブレーキを作動させる時点での前記駆動軸の回転位置を初期位置として、第１の方向に前記モータを回転させる前記回転指令と前記第１の方向とは逆方向である第２の方向に前記モータを回転させる前記回転指令とによって前記モータを順次駆動し、前記第１の方向に対応する前記回転位置と前記第２の方向に対応する前記回転位置とを求める、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項６】
前記第１の方向に対応する前記回転位置と前記第２の方向に対応する前記回転位置との差を基準値と比較することにより、前記ベルト駆動機構における異常の有無を判定する、請求項５に記載の検出方法。
【請求項７】
前記基準値を前記ベルト駆動機構の使用開始時あるいは当該ベルト駆動機構を備える機器の使用開始時にベルト駆動機構ごとに決定して記憶する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項８】
所定期間の経過ごとに、または前記ベルト駆動機構を備える機器の起動時に実行される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項９】
前記ベルト駆動機構は、重力方向に部材を移動させるために前記モータの駆動力を前記従動プーリ側に伝達するものである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項１０】
モータと、
前記モータの駆動軸に取り付けられた駆動プーリと、
従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリの間に掛け渡されて張力を維持するベルトと、
前記従動プーリを固定するためのブレーキと、
前記駆動軸に関連して前記駆動軸の回転位置を検出するエンコーダと、
動作指令に基づいて回転指令を生成する制御装置と、
前記回転指令に基づいてサーボ制御により前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
を備え、
前記制御装置は、前記ブレーキを作動させて前記従動プーリを固定し、前記従動プーリが固定された状態で、前記モータを所定の移動位置に動かして前記移動位置に維持する回転指令により前記モータを駆動し、前記モータが駆動されているときの前記駆動軸の回転位置を前記エンコーダによって検出し、検出された前記回転位置に基づいて前記モータと前記駆動プーリと前記従動プーリと前記ベルトとからなるベルト駆動機構における前記ベルトの張力の低下を含む異常の有無の判定を行う、ロボット。
【請求項１１】
前記モータ駆動回路は、前記モータが発生するトルクが予めトルクリミットの範囲内に制限されるように、前記モータを駆動する、請求項１０に記載のロボット。
【請求項１２】
前記ベルト駆動機構は、前記ロボットにおいて重力方向に部材を移動させるために前記モータの駆動力を前記従動プーリ側に伝達する、請求項１０または１１項に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトを介してモータからの駆動力によって駆動されるロボットなどの機器においてベルト張力の低下などの異常を検出する方法と、この方法により異常の有無を判定できるようにしたロボットとに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転軸に駆動プーリを取り付け、駆動対象の部材に従動プーリを取り付け、駆動プーリと従動プーリとの間にタイミングベルトなどの無端ベルトを掛け渡すことにより、モータの回転による駆動力を駆動対象の部材に伝達するベルト駆動機構が広く用いられている。例えば、水平多関節ロボットでは、ロボットアームを回転させたりアーム自体を基台から昇降させたりするために、このような機構が用いられている。ベルト駆動機構では、無端ベルトの張力が適切に維持されている必要がある。また、モータの取り付けに用いられるボルトなどが緩んだ場合には、モータの回転軸がわずかに傾くこととなってベルトの張力が低下する。したがって、ベルト駆動におけるベルトの張力の低下を検出することによって、モータの取り付けボルトの緩みを間接的に検出することが可能になる。
【０００３】
ベルト駆動機構におけるベルト張力やベルトの緩みを検出する技術として、特許文献１は、駆動プーリ側に設けたエンコーダにおける回転量の検出結果と従動プーリ側に設けたエンコーダにおける回転量の検出結果とを比較する方法を開示している。特許文献２は、ベルト張力を測定可能なロードセルをベルトに取り付ける方法を開示している。特許文献３は、撓み発生手段によってベルトを押圧して撓み量検出手段によってベルトの撓み量を求め、撓み量と張力との関係に基づいて張力を求めることを開示している。特許文献４は、ベルト機構をモータにより所定の回転数で正転させた状態から回転方向を反転させ、正転時に形成されたベルトの緩みが回転方向の反転によって解消することによるモータ電流の変化からベルトの緩みを検出することを開示している。ベルトの張力によってベルトの固有周波数が変化することは周知であり、ベルトの固有周波数に基づいてベルトの緩みや張力を検出する技術を開示するものとして、例えば特許文献５がある。さらに特許文献６は、モータの駆動軸に駆動プーリを取り付けるための締め付けボルトの緩みを早期に検出するために、モータの回転軸と駆動プーリとの間にキー部材を介在させた上で、締め付けボルトの緩みによりキー部材の周りで発生するがたつきをモータの回転軸に取り付けたエンコーダを検出することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−９３３６０号公報
【特許文献２】特開２０１１−６４２４７号公報
【特許文献３】特開２００８−１３３９１８号公報
【特許文献４】特開２０１５−５９６１１号公報
【特許文献５】特開２００６−２２６６９６号公報
【特許文献６】特開２００９−１４２９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ベルト駆動機構におけるベルトの緩みや張力を検出する技術として特許文献１−３，５に開示される技術は、ロードセルや、撓み発生手段、撓み量検出手段、固有周波数検出手段などを新たに必要とするものであり、既設のベルト駆動機構への適用が難しいとともにコストが上昇するという課題がある。特許文献４，６に記載された技術は、実際にベルト駆動機構を動かすことを前提としており、ベルト駆動機構を動かさない状態でベルトの緩みやモータの取り付けボルトの緩みを検出したいという要望を実現することができない。
【０００６】
ベルト駆動機構を保守する観点からすれば、ベルトの張力の実際の値を求める必要はなく、ベルト自身の劣化によるものかあるいはモータの取り付けボルトの緩みによるものかは問わずにベルトの張力の低下を検出できれば十分である。そこで本発明の目的は、付加的な機構を用いることなくベルト駆動機構におけるベルトの張力の低下などの異常の発生を検出できる方法と、ベルト駆動機構を備えるとともにそのような検出方法を実行して異常の有無を判定できるロボットとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の検出方法は、モータと、モータの駆動軸に取り付けられた駆動プーリと、従動プーリと、駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡されて張力を維持するベルトと、を有するベルト駆動機構における、ベルトの張力の低下を含む異常の検出を行う検出方法であって、従動プーリを固定するためのブレーキを作動させて従動プーリを固定し、従動プーリが固定された状態で、モータを所定の移動位置に動かして移動位置に維持する回転指令によりモータを駆動し、モータが駆動されているときの駆動軸の回転位置を、駆動軸に関連したエンコーダによって検出し、検出された回転位置に基づいて判定を行う。
【０００８】
このような本発明の検出方法によれば、張力測定に用いるロードセルなどの付加的な機構を用いることなく、既存の機器やロボットに備えられているエンコーダやブレーキを使用して、ベルト張力の低下などを検出することができる。エンコーダからの検出結果が入力しモータやブレーキを制御する制御装置が設けられている場合であれば、その制御装置におけるソフトウェアによって、ベルト張力の低下などのチェックを容易に行うことができ、さらにはベルト駆動機構における異常の発生の有無を簡単に判定することができるようになる。
【０００９】
本発明の検出方法では、回転指令によりモータを駆動するときにモータが出力するトルクを、予め定めたトルクリミットの範囲内に制限することが好ましい。本発明の検出方法ではモータを実質的には回転させないので、モータが発生するトルクが過大なものとなるおそれがあるが、トルクリミットを設定しておくことにより、適切なトルクでの測定が可能になるともに過負荷の発生を防止することができる。トルクリミットは、モータの連続定格として規定される最大トルク以上であって、モータの絶対定格として規定される最大トルク以内であるように設定することができる。後述するように、本発明において回転指令によりモータを駆動する時間は短時間であり、連続定格を超えたいわゆる短時間定格の範囲内でトルクリミットを設定することにより、より確実にベルト張力の低下などの検出を行うことができる。
【００１０】
本発明の検出方法では、モータを駆動したことによる回転位置の変化と基準値とを比較することによって、ベルト駆動機構における異常の有無を判定することができる。基準値との比較によって異常の有無を判定することにより、異常検出やメンテナンスの要否、部品交換の要否などを容易に判断することが可能になる。
【００１１】
本発明の検出方法では、ブレーキを作動させる時点での駆動軸の回転位置を初期位置として、第１の方向にモータを回転させる回転指令と第１の方向とは逆方向である第２の方向にモータを回転させる回転指令とによってモータを順次駆動し、第１の方向に対応する回転位置と第２の方向に対応する回転位置とを求めるようにしてもよい。第１の方向に対応する回転位置と第２の方向に対応する回転位置とを個別に求めることによって、駆動プーリの回転方向によってベルトの張力に差が生じる場合であっても、ベルト張力の低下の検出、異常の有無の判定を行うことが可能になる。また、第１の方向に対応する回転位置と第２の方向に対応する回転位置の両方を求める場合には、第１の方向に対応する回転位置と第２の方向に対応する回転位置との差を基準値と比較することにより、ベルト駆動機構における異常の有無を判定してもよい。第１の方向に対応する回転位置と第２の方向に対応する回転位置との差を基準値とを比較することにより、回転指令に応じてモータを駆動したときのモータの回転量がごくわずかであっても、ベルト張力の低下などを確実に検出できるようになる。
【００１２】
本発明の検出方法では、判定に用いる基準値を、ベルト駆動機構の使用開始時あるいはそのベルト駆動機構を備える機器の使用開始時にベルト駆動機構ごとに決定して記憶することが好ましい。このように基準値を記憶することにより、経時変化による異常の発生を把握しやすくなる。また本発明の検出方法は、所定期間の経過ごとに、またはベルト駆動機構を備える機器の起動時に実行することができる。このようなタイミングでベルト張力の低下のチェックを行うことによって、各種の異常検出を確実に行うことができ、部品交換の時期やメンテナンスの時期を適切に判断することが可能になる。
【００１３】
本発明では、ベルト駆動機構は、例えば、重力方向に部材を移動させるためにモータの駆動力を従動プーリ側に伝達するものである。重力方向に部材を移動させるためのベルト駆動機構は、ベルト駆動機構の不具合による部材の落下などによって重大な障害などを引き起こす恐れがあるが、本発明を適用することによって、重大な障害が発生する前に異常の有無を判断でき、重大な障害の発生を未然に防ぐことが可能になる。
【００１４】
本発明のロボットは、モータと、モータの駆動軸に取り付けられた駆動プーリと、従動プーリと、駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡されて張力を維持するベルトと、従動プーリを固定するためのブレーキと、駆動軸に関連して駆動軸の回転位置を検出するエンコーダと、動作指令に基づいて回転指令を生成する制御装置と、回転指令に基づいてサーボ制御によりモータを駆動するモータ駆動回路と、を備え、制御装置は、ブレーキを作動させて従動プーリを固定し、従動プーリが固定された状態で、モータを所定の移動位置に動かして移動位置に維持する回転指令によりモータを駆動し、モータが駆動されているときの駆動軸の回転位置をエンコーダによって検出し、検出された回転位置に基づいてモータと駆動プーリと従動プーリとベルトとからなるベルト駆動機構におけるベルトの張力の低下を含む異常の有無の判定を行う。
【００１５】
このような本発明のロボットによれば、張力測定に用いるロードセルなどの付加的な機構を用いることなく、既存のロボットに備えられている制御装置（すなわちロボット制御装置）やエンコーダ、ブレーキを使用して、制御装置におけるソフトウェアによって、ベルト張力の低下などのチェックを容易に行うことができ、さらにはロボットのベルト駆動機構における異常の発生の有無を簡単に判定することができるようになる。
【００１６】
本発明のロボットでは、モータ駆動回路は、モータが発生するトルクが予めトルクリミットの範囲内に制限されるように、モータを駆動することが好ましい。トルクリミットを設定しておくことにより、上述と同様に、適切なトルクでの測定が可能になるともに過負荷の発生を防止することができる。
【００１７】
本発明のロボットでは、ベルト駆動機構は、例えば、そのロボットにおいて重力方向にロボットアームなどの部材を移動させるためにモータの駆動力を従動プーリ側に伝達するものである。ベルト駆動機構の不具合によるロボットアームなどの落下は、重大な障害などを引き起こす恐れがあるが、本発明を適用することによって、ロボットアームなどの駆動に用いられるベルト駆動機構における重大な障害が発生する前に異常の有無を判断でき、重大な障害の発生を未然に防ぐことが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、付加的な機構を用いることなくベルト駆動機構におけるベルトの張力の低下などを検出でき、これによってベルト駆動機構における異常を早期に発見できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ベルト駆動機構を含む機器の構成を示す図である。
【図２】本発明に基づく異常の検出方法の原理を説明するフローチャートである。
【図３】試験例１を行うために用いた構成を示す図である。
【図４】試験例１の結果を説明するグラフである。
【図５】本発明に基づく検出方法をロボットに適用したときの具体的な手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】図５に示す手順を実行するときのタイミングチャートである。
【図７】試験例２での印加トルクとバックラッシュ量との関係を示すグラフである。
【図８】試験例３での印加トルクとバックラッシュ量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、ベルト駆動機構を含む機器の一例を示しており、このベルト駆動機構では、本発明に基づく検出方法によってベルト張力の低下が検出される。モータ１１の駆動軸１２に対して駆動プーリ１３が取り付けられている。従動プーリ１５がボールねじ２１に取り付けられており、駆動プーリ１３と従動プーリ１５との間には無端ベルトであるタイミングベルト１４が掛け渡されている。モータ１１が駆動されて駆動軸１２が回転すると、この回転は、駆動プーリ１３、タイミングベルト１４及び従動プーリ１５によるベルト駆動機構を介してボールねじ２１に伝達され、ボールねじ２１が回転する。ボールねじ２１には、ボールねじ２１の回転に伴って図示上下方向に移動するように昇降部材２２がはめられている。モータ１１を駆動するためのモータ駆動回路３２が設けられるともに、モータ１１の駆動軸１２には、駆動軸１２の回転位置すなわちモータ１１の回転位置を検出するエンコーダ１６も取り付けられている。
【００２１】
外部からの動作指令に応じてモータ１１を駆動し、動作指令によって指定された位置に昇降部材２２を移動させるために、制御装置３１が設けられている。制御装置３１は、昇降部材２２を移動させるために、回転方向での位置指令である回転指令を生成し、この回転指令はモータ駆動回路３２に入力する。モータ駆動回路３２は、回転指令とエンコーダ１６からフィードバックされる回転位置を示す信号とに基づいて、回転指令で指定される回転位置までモータ１１が回転するように、サーボ制御によりモータ１１を駆動する。モータ駆動回路３２は、モータ１１やモータ駆動回路３２での過負荷を避けるために、モータ１１の出力トルクを制限する機能を有し、出力トルクの制限値すなわちトルクリミットは制御装置３１の側から変更できるようになっている。なお、エンコーダ１６からのモータ１１の回転位置を示す信号は、制御装置３１にも入力する。このような機器は、例えば、水平多関節ロボットにおいてロボットのアーム部の全体を重力方向で上下方向に移動させるための昇降機構として用いられるものである。ロボットには一般にそのロボットを制御するロボット制御装置が設けられるが、本明細書で説明する制御装置３１の機能は、ロボット制御装置において実現可能なものである。
【００２２】
ところで、ロボットやその他の機器であってアームなどの可動部を有する機器では、緊急時にその機器の可動部を物理的に停止させるためにブレーキが備えられることが多い。特に、図１に示すような昇降機構に対してベルト駆動機構を適用した場合、昇降部材２２を一定の高さ位置に静止させるためには、昇降部材２２の自重によってボールねじ２１が回転することをモータ１１によって阻止しなければならず、モータ１１は回転しなくてもトルクを発生する必要がある。このトルクは、モータ駆動回路３２のサーボコントローラとしての機能により発生させることができるが、ここでモータ駆動回路３２に対する電力供給が失われてモータ１１がトルクを失った場合にも昇降部材２２を静止した状態とするために、ブレーキが設けられる。図１に示したものでは、ボールねじ２１の下端側にボールねじ２１の回転を止めるブレーキ２３が設けられている。制御装置３１は、ブレーキとして作動することやブレーキを解除することを指示するブレーキ指令をブレーキ２３に出力する。ベルト駆動機構の不具合などに際してもアームや昇降機構を確実に停止できるように、ベルト駆動機構を有するロボットにおいては従動プーリ側にブレーキを配置し、これをロボットを制御するロボット制御装置によって制御することは一般的である。
【００２３】
次に、本発明に基づく検出方法によって、図１に示すような機器においてタイミングベルト１４の張力の低下などを検出し、タイミングベルト１４の劣化やモータ１１の取り付けボルトの緩みなどの異常を間接的に検出することについて説明する。従動プーリ１５がクランプなどによって押さえつけられて回転できなくなっている状態を考える。この状態で回転指令によりモータ１１を駆動しても、従動プーリ１５が固定されているためにタイミングベルト１４も動かず、タイミングベルト１４が掛け渡されている駆動プーリ１３も基本的には動かないこととなる。しかしながら、タイミングベルト１４は弾性的性質を有することから、その弾性による変形とタイミングベルト１４に緩みがあればその緩みとの範囲内で駆動プーリ１３がわずかに動き、その動きはエンコーダ１６によってモータ１１の回転位置の変化として検出されることになる。ロボットの場合、エンコーダ１６として例えば２13ビット（駆動軸の１回転当たり２13個すなわち８１９２個のパルスを出力する）といった高分解能のものが用いられるから、このわずかな駆動プーリ１３の動きは十分に検出可能である。そして明らかに、タイミングベルト１４の張力が低下しているときの方が、張力が低下していないときに比べ、駆動プーリ１３すなわち駆動軸１２の動きの量は大きい。そこで本発明に基づく検出方法では、従動プーリ１５側にブレーキ２３が設けられているときに、ブレーキ２３を作動させた状態で回転指令に基づいてモータ１１を駆動し、そのときの駆動軸１２の動きをエンコーダ１６によって検出し、検出値に基づいてベルト張力の低下などの異常の有無を判断する。
【００２４】
図２は、本実施形態に基づく検出方法の基本的な手順を示すフローチャートである。制御装置３１は、まず、ステップ１０１において、ブレーキを作動させるブレーキ指令をブレーキ２３に出力する。ブレーキ２３を作動させる時点でのモータ１１の回転位置を初期位置と呼ぶ。次に制御装置３１は、ステップ１０２において、モータ１１の回転位置を初期位置から所定の移動位置に動かして所定の検出時間にわたってその移動位置に維持するような回転指令を出力する。所定の検出時間の経過後は、回転指令は、モータ１１を初期位置に動かすように変化する。所定の検出時間は、例えば１００ミリ秒以上５秒未満であり、より好ましくは２００ミリ秒以上１秒以下である。回転指令はモータ１１に対するトルクリミットを伴っていてもよい。所定の移動位置は、例えば、モータ１１の１回転を基準として、０．００１回転以上０．１回転以下の範囲で現在の位置から離れた回転位置である。その結果、従動プーリ１５がブレーキ２３によって固定され動かないようにされているにもかかわらず駆動プーリ１３はわずかに動き、ステップ１０３においてエンコーダ１６は、この動きによる回転位置を検出する。制御装置３１にはエンコーダ１６から回転位置を示す信号が入力しているので、制御装置３１は、ステップ１０４において、回転位置の検出結果から駆動軸１２の回転量を求め、求めた回転量を例えば基準値と比較することによって、ベルト張力の低下の有無の判定を行い、ステップ１０５において、ブレーキを解除するブレーキ指令をブレーキ２３に出力する。これにより、ベルト駆動機構における異常の検出のための一連の手順が終了する。
【００２５】
［試験例１］
ここで、動かないように従動プーリ１５が固定されているときの駆動軸１２の回転量がベルトの張力に依存することについて本発明者らが行った試験の結果を試験例１として説明する。図３は、試験例１で用いたベルト駆動機構を示している。図３に示すものは、図１に示す構成からボールねじ２１、昇降部材２２及びブレーキ２３を取り除いたものであり、代わりに、従動プーリ１５は従動軸２４に取り付けられ、さらに、ベルト駆動機構を支持する枠体（不図示）に対して固定されたクランプ４１によって従動プーリ１５を挟みつけることによって、従動プーリ１５が動かないようにした。モータ１１としては、定格出力８．８ｋＷの交流サーボモータを使用し、エンコーダ１６としては分解能が２13ビットのものを使用した。回転指令としては、正転方向及び逆転方向のそれぞれにエンコーダ１６のパルスに換算して５０パルス分の移動をモータ１１に行わせるもの、すなわち初期位置から正転方向及び逆転方向に５０パルス分離れた位置を所定の移動位置とするものを用いた。回転指令による検出時間は正転方向及び逆転方向とも０．５秒とし、正転方向にモータ１１を駆動した後に逆転方向にモータ１１を駆動した。エンコーダ１６が検出する回転位置は、正転方向へのモータ１１の回転によってその値が増加するものとして、正転方向に駆動されているときに検出された回転位置の最大値と逆転方向に駆動されているときに検出された回転位置の最小値との差をバックラッシュ量Ｓとした。
【００２６】
トルクリミットによって設定される値をモータ１１からベルト駆動機構に与えられる印加トルクと呼ぶこととし、モータ１１の連続定格に基づいて定められた基準トルクを１００％として印加トルクの大きさを表すこととした。この試験例１ではモータ１１は基本的には回転しないので、モータ１１の発生トルクは、駆動開始から次第に大きくなって、トルクリミットの値で頭打ちとなることになる。タイミングベルト１４の張力を７００Ｎとしたときの張力を１００％として、張力と印加トルクとを変えてバックスラッシュ量Ｓを求めた。結果を図４に示す。図４より、張力が大きいほどバックスラッシュ量Ｓが小さくなることが分かり、バックスラッシュ量Ｓに基づいてベルト張力の低下が発生したかを検出できることが分かった。なお、図４では、モータ１１によって発生するトルクは最大で基準トルクの３００％となっている。基準トルクはモータ１１の連続定格に基づいて定められるものであるが、一般にモータ１１では、連続定格のほかに、例えば１分間とか２分間といった短時間での駆動に対する定格である短時間定格が定められており、短時間定格で定めるトルク値は連続定格で定めるトルク値よりも大きい。上述したように検出時間は５秒以下といった短時間であるので、印加トルクが連続定格に基づく基準トルクよりも大きい（すなわち１００％）を超えても差し支えない。ただし、トルクリミットによって上限が定まることになる印加トルクは、短時間であってもこの値を超えてはならないという絶対定格の範囲内である必要がある。
【００２７】
以上説明したように、本発明に基づく検出方法によれば、モータ１１または駆動プーリ１３の側にエンコーダ１６が取り付けられ、従動プーリ１５の側にブレーキ２３が設けられている場合であれば、付加的な機構を用いることなく、ブレーキ２３の操作とモータ１１の駆動とエンコーダ１６による回転位置の検出とによって、タイミングベルト１４の張力の低下、ひいてはベルトの劣化やモータ１１の取り付けボルトの緩みなどを判定することが可能になる。またこの検出方法によれば、駆動プーリ１３の駆動軸１２の取り付けの緩みがある場合にも、異常ありと判定される。
【００２８】
［ロボットにおける検出方法］
次に、図１に示す機器が水平多関節ロボットの昇降機構であるものとして、本発明に基づく異常の検出方法を昇降機構におけるベルト張力の低下のチェックに用いる場合について、図５及び図６を用いて説明する。ここでは、図１に示される昇降部材２２は、ロボットの部分であって昇降機構により実際に昇降される部分（例えばアーム部の全体）を示すことになる。また制御装置３１はロボットを制御するためのロボット制御装置である。図５及び図６は、それぞれ、ここでの検出方法の手順を示すフローチャート及びタイミングチャートである。特に図６において、「制御シーケンス」は、ロボットの制御のためにロボット制御装置において各種のシーケンスが実行されるとして、現在、どのシーケンスが実行されているかを示している。「ブレーキ指令」は、制御装置３１からブレーキ２３に与えられるブレーキ指令の論理を示し、「回転指令」は、制御装置３１からモータ駆動回路３２に与えられる回転指令を示している。「トルク指令」は、モータ１１の駆動のためにモータ駆動回路３２の内部において生成されるトルク指令を示している。「駆動軸の回転位置」は、エンコーダ１６で検出される駆動軸１２の回転位置を示している。
【００２９】
ベルト張力の低下のチェックの処理を開始する前の状態において、ブレーキ２３は解除されているものする。まず、ステップ１１１において、制御装置３１は、ベルト張力の低下のチェックを前回行ってから所定の経過時間が経過したかどうかを判定する。後述するように、本実施形態に基づくベルト張力の低下の検査方法は、実行に際してモータ１１に大きなトルクを発生させるから、高頻度で実行することは好ましくない。そのため、前回のチェックからの経過時間に基づく判定を行っている。制御装置３１は、ステップ１１１において所定の経過時間が経過していないときは、所定の経過時間が経過するまで待機し、所定の経過時間が経過しているときは、ステップ１１２において、ブレーキ作動を指示するブレーキ指令をブレーキ２３に出力する。上述と同様に、ブレーキ作動を指示するタイミングでのモータ１１の回転位置が初期位置である。ブレーキ２３が解除状態から作動状態になるまでは一定の遅延があり、その間、制御装置３１は、ブレーキ作動待ちとして待機する。ブレーキ作動待ちが終われば、ベルト張力の低下のチェック動作の処理が開始し、制御装置３１は、ステップ１１３において、正転方向の所定の移動位置に所定の検出時間だけモータ１１の回転位置を維持する回転指令を出力する。所定の移動位置は、エンコーダ１６のパルスに換算した値として与えられ、図６では、「チェック動作用移動パルス」として表されている。実際にはブレーキ２３が作動しているのでモータ１１は拘束されていることになり、モータ１１はわずかしか動かない。すなわち、モータ１１は所定の移動位置には到達しない。モータ１１の動きは、図６において駆動軸の回転位置として示されている。また、モータ１１が拘束されていることにより、モータ駆動回路３２に内部で発生するトルク指令は回転指令とともに増大するが、トルクリミットが設定されていることにより、図６において「チェック動作用トルクリミット」と記載されたトルクリミットの値に達した後はそれ以上大きくはならない。
【００３０】
エンコーダ１６は駆動軸１２の回転位置を検出し続けており、ステップ１１４において、正転方向への回転指令が出力されている間の駆動軸１２の回転位置であって、初期位置から最も離れている回転位置Ｓ1、すなわち駆動軸１２が最も動いたときの回転位置を測定する。正転方向への回転指令の検出時間が終了すると、回転指令は、モータ１１を初期位置に動かすように変化する。続いて、ステップ１１３，１１４と同様の工程であるが今度は逆転方向にモータ１１を回転させるように、ステップ１１５において、制御装置３１は、逆転方向の所定の移動位置に所定の検出時間だけモータ１１の回転位置を維持する回転指令を出力し、ステップ１１６において、逆転方向への回転指令が出力されている間の駆動軸１２の回転位置であって、初期位置から最も離れている回転位置Ｓ2が測定される。逆転方向への回転指令の検出時間が終了し、モータ１１を初期位置に維持するように回転指令が変化したら、ベルト張力の低下のチェック動作の処理が終了する。
【００３１】
次に制御装置３１は、ベルト張力の低下及び異常発生の有無の判定の処理を行う。この処理では制御装置３１は、まず、ステップ１１７において、回転位置Ｓ1と回転位置Ｓ2との差の絶対値｜Ｓ1−Ｓ2｜を求めてこれをバックラッシュ量Ｓとする。バックラッシュ量Ｓは、正転方向にモータ１１を回そうとしたときの駆動軸１２の回転変位の大きさと逆転方向にモータ１１を回そうとしたときの駆動軸１２の回転変位の大きさの和に相当する。ここでは、回転指令によって正逆両方向にモータ１１を回そうとすることによって、ベルト張力の低下などに起因する駆動軸１２のわずかな動きを拡大して把握することが可能になる。駆動プーリ１３の回転方向によってベルト張力に差がある場合には、回転位置Ｓ1と回転位置Ｓ2とを個別に評価することによって、ベルト張力の低下をチェックすることができる。ステップ１１８において制御装置３１は、ベルト張力の低下の判断のために予め定めた基準値とバックラッシュ量Ｓとを比較する。ここでＳが基準値より大きければ、ステップ１１９において、制御装置３１は、ベルト張力の低下が検出されて異常あり、と判定し、Ｓが基準値以下であれば、ステップ１２０において、ベルト張力の低下はなく、異常なし、と判定する。ここでの判定では、タイミングベルト１４自体の伸びなどによる張力低下、モータ１１の取り付けボルトの緩みによる張力低下のほかに、例えば、駆動プーリ１３の締め付けボルトのゆるみなどにより駆動プーリ１３と駆動軸１２との間にがたつきが発生した場合にも異常ありと判定することができる。また、この判定により、部品交換やメンテナンスが必要かどうかも判断することができるようになる。
【００３２】
ここで、バックラッシュ量Ｓとの比較に用いられる基準値を説明する。この基準値は、ベルト張力の低下のチェックの対象となるベルト駆動機構ごと、あるいはロボットごとに定められるものである。制御装置３１においてベルト駆動機構ごとあるいはロボットごとに、設置ののち初めて使用を開始したときなどのその使用開始時におけるバックラッシュ量Ｓに基づいて基準値を定め、この基準値を制御装置３１に記憶することで、制御装置３１は、経時変化によるベルト駆動機構における異常を発見しやすくなる。
【００３３】
ベルト張力の低下及び異常発生の有無の判定の処理が終わったら、制御装置３１は、ステップ１２１において、ブレーキ解除のブレーキ指令をブレーキ２３に出力する。その結果、ブレーキ２３は解除されることとなるが、ブレーキ２３が作動状態から解除状態になるまでは一定の遅延があり、その間、制御装置３１は、ブレーキ解除待ちとして待機する。ブレーキ解除待ちの期間が終了したら、制御装置３１は通常の動作状態に移行し、ロボット制御装置としてロボットを制御する通常の動作を実行する。
【００３４】
以上、図１に示す機器を対象としてベルト張力の低下をチェックすることについて、図５及び図６を用いて説明した。図１においてベルト駆動機構は、物体（例えば昇降部材２２）を重力方向に駆動する駆動力を伝達するために用いられる。図１に示すような機器では、昇降部材２２などの落下は重大な事故等を引き起こすおそれがある。水平多関節ロボットでは、その昇降機構を図１に示すような機器で構成した場合、タイミングベルト１４の劣化やモータ１１の取り付けボルトの緩みは、ロボットのアーム部全体の落下などを引き起こす恐れがある。図５及び図６を用いて説明したチェック工程を適用することにより、ベルト駆動機構における異常を早期に発見することが可能になり、事故の発生を未然に防ぐことができるようになる。また、図５及び図６で説明したベルト張力のチェック工程は、例えば、機器やロボットの起動時、あるいは所定の期間ごとに行うことができる。
【００３５】
ロボット制御装置として構成される制御装置３１では、回転指令を出力しても一定時間以内にモータ１１の回転が確認できない場合にエラーを出力するクランプエラー検出機能、回転指令によって示されるモータ１１の回転位置によるロボットアーム位置が他の軸のロボットアーム位置と干渉することを検出する衝突エラー検出機構などが備えられていることがあるが、ベルト張力の低下のチェック動作ではモータ１１を実質的には回転させないことを前提としてので、ベルト張力の低下のチェック動作を実行する際にはこれらのエラー検出機構を無効にしておくことが好ましい。また、このチェック動作を行うときにモータ１１に対して設定されるトルクリミットの値は、ロボットとしての通常の動作を行わせるときの値とは異なっていてもよい。
【００３６】
［試験例２，３］
次に、図５及び図６に示した手順を用いて実際の水平多関節ロボットの昇降機構においてベルト張力の低下のチェックを行った例について説明する。モータ１１としては、定格出力８．８ｋＷの交流サーボモータを使用し、エンコーダ１６としては分解能が２13ビットのものを使用した。回転指令としては、正転方向及び逆転方向のそれぞれにエンコーダ１６のパルスに換算して５０パルス分の移動をモータ１１に行わせるもの、すなわち初期位置から正転方向及び逆転方向に５０パルス分離れた位置を所定の移動位置とするものを用いた。回転指令による検出時間は正転方向及び逆転方向とも０．５秒とした。重力方向に上下する昇降機構であるので、ブレーキ２３が解除した状態で昇降機構を静止させるためにはモータ１１はトルク（保持トルクと呼ぶ）を発生する必要がある。昇降機構を静止させるために必要な保持トルクは基準トルクの７１％であった。そして、モータ１１の取り付けボルトに緩みがない場合と緩みがある場合の両方について、印加トルクとバックラッシュ量Ｓとの関係を調べた。取り付けボルトに緩みがないときのタイミングベルト１４の張力は８８９Ｎであり、緩みがあるときの張力は５１１Ｎであった。結果を図７及び図８に示す。図７及び図８のいずれの測定結果も１０回の試行の平均によって表されており、各測定結果には、標準誤差を示すエラーバーが付されている。
【００３７】
図７では、実際にモータ駆動回路３２に設定されるトルクリミットの値を印加トルクとしている。図７では印加トルクが５０％以下の領域ではベルト張力とバックラッシュ量Ｓとの関係が期待されるものと異なっているが、これは、この領域では保持トルク以下のトルクでチェックを行っていることなり、チェック開始時にトルクが急減して昇降機構の重量の少なくとも一部がブレーキ２３に衝撃として加わった影響であると考えられる。一方、図８では、保持トルクが既にモータ１１が発生している状態を印加トルク０％としている。図８の場合、保持トルクそのものが印加されているとき（印加トルクが０％のとき）は、自重と釣り合っているので取り付けボルトの緩みの有無に関わらずバックラッシュ量Ｓは０となるはずであるが、保持トルクと実際に印加されるトルクとが少しでも異なれば、その誤差自体がバックラッシュとして現れてしまう。図８の印加トルク０％の結果には、この誤差による影響が含まれていると考えられる。
【００３８】
図７及び図８のいずれの場合においても、ボルトの緩みによってベルト張力が低下したことによるバックラッシュ量Ｓの変化はエンコーダパルスの数にして数パルス以下ではあるが、複数回の試行での再現性がよいことから、バックラッシュ量のわずかの違いによってベルト張力の低下の有無を検出できることが分かる。特に、印加トルクが基準トルクの１００％以上であれば、印加トルクが異なることよるバックラッシュ量の変化はわずかであり、印加トルクによらない共通の基準値を使用して、ベルト張力の低下を検出し、異常の有無を判定できることが分かる。言い換えれば、チェックに用いるときの印加トルクを、基準トルクの１００％以上である適切な値に設定しておけば、そのつどの印加トルクの調整を行うことなく、例えば所定期間ごとあるいはロボット３の起動時にベルト張力の低下のチェックを容易に行えることになる。
【符号の説明】
【００３９】
１１…モータ；１２…駆動軸；１３…駆動プーリ；１４…タイミングベルト；１５…従動プーリ；１６…エンコーダ；２１…ボールねじ；２２…昇降部材；２３…ブレーキ；２４…従動軸；３１…制御装置；３２…モータ駆動回路；４１…クランプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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