(57)【要約】【課題】本発明は、初期温度を設定することなく減速機温度を推定することができるロボットシステムを提供する。【解決手段】サーボモータと負荷との間に配置された減速機により駆動されるロボット１０７と、前記サーボモータを駆動させるトルク指令値と、前記負荷から演算されるダイナミクス演算部１０８と、前記ダイナミクス演算部１０８で算出されたトルクと軸速度から減速機温度を推定する減速機温度推定部１０９を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータと負荷との間に配置された減速機により駆動されるロボットと、前記サーボモータを駆動させるトルク指令値と、前記負荷から演算されるダイナミクス演算部と、前記ダイナミクス演算部で算出されたトルクと軸速度から減速機温度を推定する減速機温度推定部を備えたロボットシステム。
【請求項２】
前記減速機温度推定部は、前記トルク指令値と前記シミュレーショントルクとの差分を摩擦トルクとし、前記軸速度と前記摩擦トルクから近似式にて前記減速機温度を推定することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記減速機温度推定部は、前記減速機温度と前記速度とについて離散化された各点の摩擦トルクを予め実測し離散化データとして保存しておく離散化データ記憶部と、前記トルク指令値と前記シミュレーショントルクとの差分を前記摩擦トルクとすることで前記軸速度と前記離散化データから前記減速機温度を推定する離散化データ温度推定部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記ダイナミクス演算部は、位置指令入力部の位置指令値から動力学演算で前記ロボットの各軸に作用する総トルクを演算することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記減速機温度推定部は、線形近似による推定方法または離散化データによる推定方法のいずれかの推定方法により前記減速機温度を推定することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速機温度を推定するロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の減速機温度を推定するアクチュエータは、図３に示すようになっている（特許文献１参照）。図において、１０１は位置指令入力部、１０２は第１軸目のフィードバック制御部、１０３は第２軸目のフィードバック制御部、１０４は第ｎ軸目のフィードバック制御部、１０５は位置・速度ループ部、１０６はＫｔ乗算部、１０７はロボット部、３０１は速度変換部、３０２は温度推定部、３０３は周囲温度設定部、１１１はロボット制御用コントローラである。第１軸目のフィードバック制御部１０２、第２軸目のフィードバック制御部１０３および第ｎ軸目のフィードバック制御部１０４の各軸毎に、位置・速度ループ部１０５とＫｔ乗算部１０６が各々含まれている。位置指令入力部１０１、第１軸目のフィードバック制御部１０２、第２軸目のフィードバック制御部１０３、第ｎ軸目のフィードバック制御部１０４、速度変換部３０１および温度推定部３０２はコントローラ１１１に含まれている。
図３に示すように、各軸のフィードバック制御部１０２・１０３・１０４（以下、第ｎ軸フィードバック制御部１０４を代表とし説明する。）は上位より指令された各軸角度位置を取得する位置指令入力部１０１の位置指令値とロボット部１０７の各軸サーボモータのフィードバック値から位置・速度のフィードバック制御を行い、各軸トルク電流値をロボット部１０７に出力する。第ｎ軸フィードバック制御部１０４内の位置・速度ループ部１０５は位置指令入力部１０１の指令値とロボット部１０７のフィードバック値よりトルク指令値を出力する。Ｋｔ乗算部１０６は位置・速度ループ部１０５のトルク指令値をトルク電流値に変換し、ロボット部１０７のサーボモータを駆動する。速度変換部３０１は位置指令入力部１０１の位置指令値を速度指令値に変換し出力する。周囲温度設定部３０３はオペレータが設定した値か、もしくは、外部温度センサーから取り込んだ値を周囲の初期温度とし保持しておく。温度推定部３０２は周囲温度設定部３０３から得られる初期温度と速度変換部３０１の速度指令値から温度を推定する。推定方法としては、電源オフ時間が十分に経過していれば、周囲温度と減速機の初期温度とが同じであるとみなし、動作中の速度指令による時間当たりの温度上昇と休止時の放熱冷却による温度下降の収支により、推定している。
このように、従来のアクチュエータは、各軸速度指令値と初期温度（周囲温度）から運転（加熱）・休止（冷却）の時間当たりの温度上昇・下降を積算することで減速機温度を推定するものである。
【特許文献１】特開平１１−１５５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のロボットシステムは、初期温度（周囲温度）をオペレータが設定することとなっていて、オペレータが設定を仕損じると正しい減速機温度を推定することができないという問題があった。また、外部温度センサーから初期温度を取り込むような場合は外部温度センサーを追加する必要があり、コスト増というような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、初期温度を設定することなく、減速機温度を推定することができるロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、サーボモータと負荷との間に配置された減速機により駆動されるロボットと、前記サーボモータを駆動させるトルク指令値と、前記負荷から演算されるダイナミクス演算部と、前記ダイナミクス演算部で算出されたトルクと軸速度から減速機温度を推定する減速機温度推定部を備えたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記減速機温度推定部が、前記トルク指令値と前記シミュレーショントルクとの差分を摩擦トルクとし、前記軸速度と前記摩擦トルクから近似式にて前記減速機温度を推定するものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記減速機温度推定部が、前記減速機温度と前記速度とについて離散化された各点の摩擦トルクを予め実測し離散化データとして保存しておく離散化データ記憶部と、前記トルク指令値と前記シミュレーショントルクとの差分を前記摩擦トルクとすることで前記軸速度と前記離散化データから前記減速機温度を推定する離散化データ温度推定部と、を備えたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記ダイナミクス演算部は、位置指令入力部の位置指令値から動力学演算で前記ロボットの各軸に作用する総トルクを演算するものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記減速機温度推定部が、線形近似による推定方法または離散化データによる推定方法のいずれかの推定方法により前記減速機温度を推定するものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１から請求項５に記載の発明によると、初期温度を設定することなく減速機温度を推定することができ、減速機温度の監視等に利用することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明のアクチュエータを用いたロボット装置のブロック図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図１において、１０８はダイナミクス演算部、１０９は減速機温度推定部、１１０は推定温度表示部である。なお、位置指令入力部１０１、第１軸目のフィードバック制御部１０２、第２軸目のフィードバック制御部１０３、第ｎ軸目のフィードバック制御部１０４、ダイナミクス演算部１０８および減速機温度推定部１０９はコントローラ１１１に含まれている。
ダイナミクス演算部１０８は予め設定されたツールを含む各リンクの重量情報と位置指令入力部１０１の位置指令値から動力学演算で各軸に作用する総トルク（以下、シミュレーショントルクと呼ぶ。）を演算する。動力学演算されるこのシミュレーショントルクの内分けとしては主に重力項、慣性項と遠心力項から成り立っている。ダイナミクス演算部１０８では入力される位置指令値から速度指令値も別途生成し、演算している。ダイナミクス演算部１０８は各軸のシミュレーショントルクと速度指令値を減速機温度推定部１０９に出力する。減速機温度推定部１０９は位置・速度ループ１０５から出力されるトルク指令値、ダイナミクス演算部１０８から出力されるシミュレーショントルクと速度指令値から減速機温度を推定する。推定温度表示部１１０はプログラミングペンダント等のマンマシンインターフェース装置であり、減速機温度をオペレータに表示する装置である。
トルク指令値、シミュレーショントルクと速度指令値から減速機温度を推定する処理について、図４に示すグラフを用いて説明する。減速機内部には潤滑用のグリースが封入されており、動作時の抗力として作用する。グリースによる摩擦は流体の粘性に起因する粘性摩擦であり、グリースの温度と粘性の関係において、温度が上がるとグリースの粘性は下がる特性がある。また、サーボモータのトルク定数は温度が高くなると低下する。このため、Ｃｏｌｄ／Ｈｏｔ状態における減速機の速度と摩擦トルクの関係は図４（ａ）／（ｂ）に示す結果となる。図では正の速度のみ示しているが、速度が負の場合、摩擦トルクは負側に反転したグラフとなる。上述の特性から摩擦トルクの一次近似式の傾きは、Ｃｏｌｄ状態の方が大きくなる。
Ｃｏｌｄ時の減速機温度ＴＣ、切片τ０、傾きμＣ、速度ｖとすると、減速機温度ＴＣにおける摩擦トルクτｆは次式（１）となる。
τｆ＝μＣ×ｖ＋τ０                              （１）
Ｈｏｔ時の減速機温度ＴＨ、切片τ０、傾きμＨ、速度ｖとすると、減速機温度ＴＨにおける摩擦トルクτｆは次式（２）となる。
τｆ＝μＨ×ｖ＋τ０                              （２）
ロボットがエアーカット動作のような他者から外力を加えられてない状況において、重力項、慣性項と遠心力項から成るシミュレーショントルクをτｓとし、位置・速度ループ部１０５から出力されるトルク指令値をτｒとし、減速機の摩擦トルクをτｆとすると、次式（３）の関係が成立する。
τｆ＝τｒ−τｓ                                    （３）
減速機温度ＴＣの切片τ０・傾きμＣと、減速機温度ＴＨの切片τ０・傾きμＨを予め実験により測定しておけば、ある軸の速度ｖ・摩擦トルクτｆ（式（３）よりシミュレーショントルクτｓとトルク指令値τｒの差）における減速機温度Ｔは図４（ｃ）グラフとして想定すれば、次式（４）のように計算される。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
本発明が従来技術と異なる部分は、シミュレーショントルクτｓ・速度ｖを求めるダイナミクス演算部１０８と、シミュレーショントルクτｓ・トルク指令値τｒ・速度ｖから減速機温度Ｔを推定する減速機温度推定部１０９を備えた部分である。
その動作は、式（４）に示すように、摩擦トルクτｆ（式（３）より導出）・速度ｖから減速機温度Ｔを推定することができる。
【実施例２】
【００１０】
図２は第２実施例の構成を示すブロック図である。なお、本発明の構成要素が従来技術および前出の実施例の構成要素と同じものについては、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図２において、２０１は離散化データ記憶部、２０２は離散化データ温度推定部である。なお、離散化データ記憶部２０１および離散化データ温度推定部２０２は減速機温度推定部１０９に含まれている。
離散化データ温度推定部２０２はダイナミクス演算部１０８の出力値（シミュレーショントルクと速度指令値）、位置・速度ループ部１０５のトルク指令値と離散化データ記憶部２０１の離散化データから減速機温度を推定する。推定処理について、図５に示すグラフを用いて説明する。Ｃｏｌｄ状態・Ｈｏｔ状態の速度と摩擦トルクの関係が図５（ａ）／（ｂ）のように一次近似できない場合、図５（ｃ）に示すような離散化データから減速機温度を推定する。図５（ｃ）では速度軸（５分割）と減速機温度軸（４分割）を離散化し、各々の摩擦トルクを予め測定し、離散化データ記憶部２０１に予め記憶させておく。
ロボット動作時で外力無しの状況において、ある軸のシミュレーショントルクτｓとトルク指令値τｒから減速機の摩擦トルクτｆを式（３）で求め、摩擦トルクτｆと速度ｖから図５（ｃ）の局所領域αを特定する。特定された局所領域αを抽出した図を図５（ｄ）に示す。局所領域αの四隅には予め測定された離散化データがＡ（Ｔａ、ｖａ、τａ）、Ｂ（Ｔａ、ｖｂ、τｂ）、Ｃ（Ｔｃ、ｖａ、τｃ）とＤ（Ｔｃ、ｖｂ、τｄ）が存在するので、直線ＡＢ、直線ＣＤの速度ｖにおける摩擦トルクをτａｖ、τｃｖとすると、τａｖ、τｃｖは次式（５）（６）となる。ただし、Ｔａ、ｖａ、τａはＡ点における温度、速度、摩擦トルクであり、ｖｂ、τｂはＢ点における速度、摩擦トルクであり、Ｔｃ、τｃはＣ点における温度、摩擦トルクであり、τｄはＤ点における摩擦トルクである。
【００１１】
【数２】
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【００１２】
【数３】
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【００１３】
τａｖ、τｆ、τｃｖを一次式で近似し、次式（７）のように減速機温度Ｔを求める。
【００１４】
【数４】
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図５（ａ）／（ｂ）のように一次近似できない波形を本実施例では離散化することとしたが、速度と摩擦トルクの関係を自然対数式にて近似し、τａｖ、τｃｖを求め、式（７）により減速機温度Ｔを求めることも可能である。
【００１５】
このように、摩擦トルクτｆと速度ｖの入力から離散化データを用いて局所領域で一次近似することで減速機温度Ｔを導出しているので、離散化データを増やせばより正確な減速機温度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示すブロック図
【図３】従来のアクチュエータを説明するブロック図
【図４】第１実施例を説明するための摩擦トルク、速度、減速機温度の関係グラフ
【図５】第２実施例を説明するための摩擦トルク、速度、減速機温度の関係グラフ
【符号の説明】
【００１７】
１０１  位置指令入力部
１０２  第１軸目フィードバック制御部
１０３  第２軸目フィードバック制御部
１０４  第ｎ軸目フィードバック制御部
１０５  位置・速度ループ部
１０６  Ｋｔ乗算部
１０７  ロボット部
１０８  ダイナミクス演算部
１０９  減速機温度推定部
１１０  推定温度表示部
１１１  コントローラ
２０１  離散化データ記憶部
２０２  離散化データ温度推定部
３０１  速度変換部
３０２  温度推定部
３０３  周囲温度設定部
【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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