(57)【要約】【課題】気温変化や経年変化などによって摩擦係数が変動すると、モータ内で費やされるロータの加減速トルク等を正確に計算することができず、減速機の寿命を正確に算出することができなくなる課題があった。【解決手段】関節変位・速度・加速度演算部４により変換された関節変位から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価するように構成した。【選択図】　　　　図１
2004020388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットを駆動するモータに対する位置指令又は上記モータの現在位置から当該ロボットの関節変位を特定する関節変位特定手段と、上記関節変位特定手段により特定された関節変位から当該ロボットの機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算するトルク・速度演算手段と、上記トルク・速度演算手段により演算されたトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価する現在寿命評価手段とを備えた寿命評価装置。
【請求項２】
ロボットを駆動するモータに対する位置指令又は上記モータの現在位置から当該ロボットの関節変位を特定する関節変位特定手段と、上記関節変位特定手段により特定された関節変位から当該ロボットの機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算するトルク・速度演算手段と、上記トルク・速度演算手段により演算されたトルクと動作速度から指定期間動作を継続したときの当該機械要素の寿命を評価する短時間動作寿命評価手段とを備えた寿命評価装置。
【請求項３】
ロボットを駆動するモータの電流を検出する電流検出手段と、上記電流検出手段により検出されたモータの電流から当該ロボットの機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算するトルク・速度演算手段と、上記トルク・速度演算手段により演算されたトルクと動作速度から指定期間動作を継続したときの当該機械要素の寿命を評価する短時間動作寿命評価手段とを備えた寿命評価装置。
【請求項４】
短時間動作寿命評価手段は、トルク・速度演算手段により演算されたトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価し、その評価結果を考慮して、指定期間動作を継続したときの当該機械要素の寿命を評価することを特徴とする請求項２記載の寿命評価装置。
【請求項５】
短時間動作寿命評価手段により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件を最適化する最適化手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の寿命評価装置。
【請求項６】
最適化手段は、実際の運転条件の最適化が完了すると、その旨を通知することを特徴とする請求項５記載の寿命評価装置。
【請求項７】
短時間動作寿命評価手段が指定期間の設定機能を備えたことを特徴とする請求項２記載の寿命評価装置。
【請求項８】
ロボットを動作させる前に、短時間動作寿命評価手段により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件を修正する条件修正手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の寿命評価装置。
【請求項９】
現在寿命評価手段は、実際の運転条件による機械要素の寿命を評価する際、その機械要素の動作状態を把握し、その動作状態を考慮して寿命を評価することを特徴とする請求項１記載の寿命評価装置。
【請求項１０】
現在寿命評価手段又は短時間動作寿命評価手段がスカラロボットの上下軸サポート軸受の寿命を評価することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の寿命評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロボットの機械要素の寿命を評価する寿命評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平７−１０７７６７号公報に開示されている従来の寿命評価装置は、減速機を駆動するモータの出力トルクから、そのモータ内で費やされるロータの加減速トルク等を減算して、その減速機に作用する駆動トルクを算出する。
そして、その駆動トルクに基づいて減速機の寿命を算出して表示する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の寿命評価装置は以上のように構成されているので、気温変化や経年変化などによって摩擦係数が変動すると、モータ内で費やされるロータの加減速トルク等を正確に計算することができず、減速機の寿命を正確に算出することができなくなる課題があった。
また、駆動系の短時間テスト機能を備えていないため、駆動系が動作を継続したとき設計寿命を満足するか否かを判断することができない課題もあった。
【０００４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、摩擦係数が変動しても、ロボットの機械要素の寿命を正確に評価することができる寿命評価装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、機械要素が動作を継続したとき設計寿命を満足するか否かを判断することができる寿命評価装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る寿命評価装置は、関節変位特定手段により特定された関節変位から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価するようにしたものである。
【０００６】
この発明に係る寿命評価装置は、関節変位特定手段により特定された関節変位から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するようにしたものである。
【０００７】
この発明に係る寿命評価装置は、電流検出手段により検出されたモータの電流から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するようにしたものである。
【０００８】
この発明に係る寿命評価装置は、トルク・速度演算手段により演算されたトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価し、その評価結果を考慮して、指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る寿命評価装置は、短時間動作寿命評価手段により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件を最適化するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る寿命評価装置は、実際の運転条件の最適化が完了すると、その旨を通知するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る寿命評価装置は、短時間動作寿命評価手段が指定期間の設定機能を備えるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る寿命評価装置は、ロボットを動作させる前に、短時間動作寿命評価手段により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件を修正するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る寿命評価装置は、実際の運転条件による機械要素の寿命を評価する際、その機械要素の動作状態を把握し、その動作状態を考慮して寿命を評価するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る寿命評価装置は、現在寿命評価手段又は短時間動作寿命評価手段がスカラロボットの上下軸サポート軸受の寿命を評価するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、１はロボットの動作プログラムを解析して、そのロボットの動作命令を出力するプログラム解析部、２はプログラム解析部１からロボットの動作命令を受けると、その動作命令から時々刻々の位置指令を生成する指令値生成部、３は指令値生成部２により生成された時々刻々の位置指令にしたがってロボットの各軸（機械要素）を駆動するモータを制御するモータ制御部である。
【００１６】
４はモータ制御部３からモータの現在位置を収集し、その現在位置を伝達機構の出力側に換算した各軸の関節変位に変換するとともに、各軸の関節変位から各軸の関節速度と関節加速度を演算する関節変位・速度・加速度演算部（関節変位特定手段）、５は関節変位・速度・加速度演算部４により変換された関節変位等に基づいて各軸の伝達機構の出力トルクから構成される出力トルクベクトルを演算する作用トルク演算部、６は関節変位・速度・加速度演算部４により演算された関節速度を伝達機構の入力側の速度（機械要素の動作速度）に変換する動作速度演算部である。なお、作用トルク演算部５及び動作速度演算部６からトルク・速度演算手段が構成されている。
【００１７】
７は作用トルク演算部５により演算された出力トルクベクトルと動作速度演算部６により変換された伝達機構の入力側の速度から現在寿命評価用データを演算して評価用データ保存部８に保存するとともに、前回の現在寿命評価用データを用いて各軸の寿命比率を演算する評価用データ演算部、８は現在寿命評価用データを保存する評価用データ保存部、９は評価用データ演算部７により演算された各軸の寿命比率から実際の運転条件による各軸の寿命を評価する現在寿命評価部である。なお、評価用データ演算部７、評価用データ保存部８及び現在寿命評価部９から現在寿命評価手段を構成する。
【００１８】
１０はプログラム解析部１から寿命評価開始指令を受けると、寿命評価終了指令を受けるまでの間、作用トルク演算部５により演算された出力トルクベクトルと動作速度演算部６により変換された伝達機構の入力側の速度から短時間動作寿命評価用データを繰り返し演算し、最終的な短時間動作寿命評価用データから指定期間動作を継続したときの各軸の寿命を評価する短時間動作寿命評価部、１１は短時間動作寿命評価用データを保存する短時間動作寿命評価結果保存部である。なお、短時間動作寿命評価部１０及び短時間動作寿命評価結果保存部１１から短時間動作寿命評価手段が構成されている。
【００１９】
次に動作について説明する。
まず、プログラム解析部１は、ロボットの動作プログラムを１行ずつ解析し、その動作プログラムに記述されている命令がロボットの動作命令であれば、その動作命令を指令値生成部２に出力する。
【００２０】
指令値生成部２は、プログラム解析部１からロボットの動作命令を受けると、その動作命令から時々刻々の位置指令を生成し、時々刻々の位置指令をモータ制御部３に出力する。
モータ制御部３は、指令値生成部２から時々刻々の位置指令を受けると、その位置指令にしたがってロボットの各軸を駆動するモータを制御する。
【００２１】
関節変位・速度・加速度演算部４は、ロボットの制御周期毎に、モータ制御部３からモータの現在位置を収集し、その現在位置を伝達機構の出力側に換算した各軸の関節変位に変換する。
そして、関節変位・速度・加速度演算部４は、現在の関節変位と前回の関節変位から各軸の関節速度を演算し、また、現在の関節速度と前回の関節速度から各軸の関節加速度を演算する。
【００２２】
作用トルク演算部５は、ロボットの制御周期、あるいは、予め指定された制御周期の整数倍の周期毎に、関節変位・速度・加速度演算部４により変換された関節変位等に基づいて各軸の伝達機構の出力トルクから構成される出力トルクベクトルτを演算する。即ち、各軸の関節変位から構成される関節変位ベクトルｑと、各軸の関節速度から構成される速度ベクトルｖと、各軸の関節加速度から構成される加速度ベクトルａとを下式に代入して、各軸の伝達機構の出力トルクから構成される出力トルクベクトルτを演算する。
τ＝Ｍ（ｑ）ａ＋ｈ（ｑ，ｖ）＋ｇ（ｑ）　　　　　　　　　（１）
ただし、Ｍ（ｑ）は慣性行列、ｈ（ｑ，ｖ）は各軸の遠心コリオリ力から構成される遠心コリオリ力ベクトル、ｇ（ｑ）は各軸の重力から構成される重力ベクトルである。また、Ｍ（ｑ）にはモータ自身の慣性モーメントは含まれない。
【００２３】
動作速度演算部６は、ロボットの制御周期、あるいは、予め指定された制御周期の整数倍の周期毎に、関節変位・速度・加速度演算部４により演算された関節速度を伝達機構の入力側の速度に変換して、その速度を［ｒｐｍ］単位に換算する。
【００２４】
評価用データ演算部７は、作用トルク演算部５が出力トルクベクトルτを演算すると、その出力トルクベクトルτから第ｉ軸の出力トルクτｉの絶対値Ｔｉ［ｋ］を計算し、動作速度演算部６が［ｒｐｍ］単位の速度を出力すると、第ｉ軸の関節速度（入力回転数）の絶対値ｎｉ［ｋ］を計算する。ここで、［ｋ］は第ｋ番目の演算周期を意味し、添え字ｉは第ｉ軸を意味するものとする。
【００２５】
評価用データ演算部７は、第ｉ軸の出力トルクτｉの絶対値Ｔｉ［ｋ］と第ｉ軸の関節速度の絶対値ｎｉ［ｋ］を計算すると、評価用データ保存部８から前回の現在寿命評価用データＴａｖａｉ［ｋ−１］，Ｔａｖｂｉ［ｋ−１］，Ｎａｖｂｉ［ｋ−１］を読み込み、これらを下式に代入して、現在寿命評価用データＴａｖａｉ［ｋ］，Ｔａｖｂｉ［ｋ］，Ｎａｖｂｉ［ｋ］を演算する。ただし、初期値であるＴａｖａｉ［０］，Ｔａｖｂｉ［０］，Ｎａｖｂｉ［０］は０であるとする。
Ｔａｖａｉ［ｋ］
＝Ｔａｖａｉ［ｋ−１］＋ｎｉ［ｋ］×Δｔ×Ｔｉ［ｋ］ａ　（２）
Ｔａｖｂｉ［ｋ］
＝Ｔａｖｂｉ［ｋ−１］＋ｎｉ［ｋ］×Δｔ　　　　　　　（３）
Ｎａｖｂｉ［ｋ］＝Ｎａｖｂｉ［ｋ−１］＋Δｔ　　　　（４）
【００２６】
ここで、△ｔは評価用データ演算部７の演算周期であり、ａは機械要素毎に決定される定数である。寿命予測対象がハーモニックドライブのウエーブ・ジェネレータ・ベアリング等の玉軸受の場合はａ＝３、ころ軸受の場合はａ＝１０／３となる。なお、評価用データ演算部７により演算された現在寿命評価用データＴａｖａｉ［ｋ］，Ｔａｖｂｉ［ｋ］，Ｎａｖｂｉ［ｋ］は、次回の演算のため評価用データ保存部８に保存され、ロボット制御装置の電源が切れても消失されることはない。また、ある軸の寿命評価対象の要素が交換され、寿命評価リセット指令が図示しない手動操作盤もしくはロボット制御装置に接続したパーソナルコンピュータから入力されると、該当する軸の現在寿命評価用データＴａｖａｉ［ｋ］，Ｔａｖｂｉ［ｋ］，Ｎａｖｂｉ［ｋ］は０にリセットされる。
【００２７】
また、評価用データ演算部７は、安全率をｂとして、各軸の寿命比率Ｌｉ［ｋ］を演算する。
Ｌｉ［ｋ］＝（Ｔｒｉ／Ｔａｖｉ［ｋ］）ａ
　　　　×（Ｎｒｉ／Ｎａｖｉ［ｋ］）ｃ　　　　　　　（５）
Ｔａｖｉ［ｋ］
＝ｂ×（Ｔａｖａｉ［ｋ］／Ｔａｖｂｉ［ｋ］）１／ａ　（６）
Ｎａｖｉ［ｋ］＝Ｔａｖｂｉ［ｋ］／Ｎａｖｂｉ［ｋ］　（７）
ただし、Ｔｒｉは定格負荷トルク、Ｎｒｉは定格回転数、ｃは機械要素毎に決定される定数であり、玉軸受やころ軸受の場合はｃ＝１となる。
【００２８】
現在寿命評価部９は、評価用データ演算部７が各軸の寿命比率Ｌｉ［ｋ］を演算すると、実際の運転条件による各軸の寿命Ｌｈｉ［ｋ］を演算する。
Ｌｈｉ［ｋ］＝Ｌ１０ｉ×Ｌｉ［ｋ］　　　　　　　　　（８）
ここで、Ｌ１０ｉは寿命評価要素である各軸の１０％破損確率の寿命である。
【００２９】
また、現在寿命評価部９は、現在寿命評価用データＮａｖｂｉ［ｋ］に対する寿命Ｌｈｉ［ｋ］の比Ｒｌｉ［ｋ］を演算し、その比Ｒｌｉ［ｋ］が予め設定された閾値を上回ると、当該機械要素の交換を促す警告を発する。
Ｒｌｉ［ｋ］＝Ｌｈｉ［ｋ］／Ｎａｖｂｉ［ｋ］　（９）
なお、現在寿命評価部９には各軸の寿命Ｌｈｉ［ｋ］、現在寿命評価用データＮａｖｂｉ［ｋ］、比Ｒｌｉ［ｋ］が記憶され、手動操作盤やロボット制御装置に接続されているパーソナルコンピュータから閲覧することができるようにする。
【００３０】
短時間動作寿命評価部１０は、プログラム解析部１から寿命評価開始指令を受けると、作用トルク演算部５により演算された出力トルクベクトルτから第ｉ軸の出力トルクτｉの絶対値Ｔｉ［ｊ］を計算し、動作速度演算部６から出力された［ｒｐｍ］単位の速度から第ｉ軸の関節速度（入力回転数）の絶対値ｎｉ［ｊ］を計算する。ここで、［ｊ］は第ｊ番目の演算周期を意味し、添え字ｉは第ｉ軸を意味するものとする。
【００３１】
短時間動作寿命評価部１０は、第ｉ軸の出力トルクτｉの絶対値Ｔｉ［ｊ］と第ｉ軸の関節速度の絶対値ｎｉ［ｊ］を計算すると、短時間動作寿命評価結果保存部１１から前回の短時間動作寿命評価用データｓＴａｖａｉ［ｊ−１］，ｓＴａｖｂｉ［ｊ−１］，ｓＮａｖｂｉ［ｊ−１］を読み込み、これらを下式に代入して、短時間動作寿命評価用データｓＴａｖａｉ［ｊ］，ｓＴａｖｂｉ［ｊ］，ｓＮａｖｂｉ［ｊ］を演算する。ただし、初期値であるｓＴａｖａｉ［０］，ｓＴａｖｂｉ［０］，ｓＮａｖｂｉ［０］は０であるとする。
ｓＴａｖａｉ［ｊ］
＝ｓＴａｖａｉ
　　［ｊ−１］＋ｎｉ［ｊ］×Δｔ×Ｔｉ［ｊ］ａ　（１０）
ｓＴａｖｂｉ［ｊ］
＝ｓＴａｖｂｉ［ｊ−１］＋ｎｉ［ｊ］×Δｔ　　　（１１）
ｓＮａｖｂｉ［ｊ］
＝ｓＮａｖｂｉ［ｊ−１］＋Δｔ　　　　　　　　　（１２）
【００３２】
短時間動作寿命評価部１０は、プログラム解析部１から寿命評価終了指令を受けるまでの間、式（１０）〜（１２）の演算を繰り返し実行し、プログラム解析部１から寿命評価終了指令を受けると、そのときの短時間動作寿命評価用データｓＴａｖａｉ［ｊ］，ｓＴａｖｂｉ［ｊ］，ｓＮａｖｂｉ［ｊ］を現在値として固定する。
【００３３】
そして、短時間動作寿命評価部１０は、その短時間動作寿命評価用データｓＴａｖａｉ［ｊ］，ｓＴａｖｂｉ［ｊ］，ｓＮａｖｂｉ［ｊ］から、指定期間動作を継続したときの各軸の寿命ｓＬｉ［ｊ］を演算する。
ｓＬｉ［ｊ］
＝（Ｔｒｉ／Ｔａｖｉ［ｊ］）ａ
　×（Ｎｒｉ／Ｎａｖｉ［ｊ］）ｃ　　　　　　　　　（１３）
ｓＴａｖｉ［ｊ］
＝ｂ×（ｓＴａｖａｉ［ｊ］／ｓＴａｖｂｉ［ｊ］）１／ａ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１４）
ｓＮａｖｉ［ｊ］
＝ｓＴａｖｂｉ［ｊ］／ｓＮａｖｂｉ［ｊ］　　　（１５）
なお、各軸の寿命ｓＬｉ［ｊ］を演算した後、ｓＴａｖａｉ［ｊ］，ｓＴａｖｂｉ［ｊ］，ｓＮａｖｂｉ［ｊ］の値はリセットされる。
【００３４】
そして、短時間動作寿命評価部１０は、管理者により設定されている目標寿命をＬｄｉとして、ｓＲＬｉ［ｊ］＝Ｌｄｉ／Ｌ１０ｉを演算し、各軸ごとに、寿命ｓＬｉ［ｊ］とｓＲＬｉ［ｊ］を比較する。その比較結果は短時間動作寿命評価結果保存部１１に保存し、手動操作盤やロボット制御装置に接続されているパーソナルコンピュータから閲覧可能とする。また、その比較結果を保存する際、前回の比較結果があれば上書きする。
短時間動作寿命評価部１０は、少なくとも１つの軸でｓＬｉ［ｊ］＞ｓＲＬｉ［ｊ］が成立する場合、アラーム音を発生させる。
【００３５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、関節変位・速度・加速度演算部４により変換された関節変位から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価するように構成したので、摩擦係数が変動しても、ロボットの機械要素の寿命を正確に評価することができる効果を奏する。即ち、寿命評価要素に作用するトルクを直接算出するため、摩擦が変動する場合でも正確な寿命予測が行うことができる。
また、スカラ型ロボットの上下軸サポートベアリングのように、モータの駆動電流からモータ自身を駆動するのに要するトルクを減算するだけでは作用するトルクが算出できない機械要素の寿命も評価することができる効果を奏する。
【００３６】
また、この実施の形態１によれば、関節変位・速度・加速度演算部４により変換された関節変位から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するように構成したので、機械要素が動作を継続したとき設計寿命を満足するか否かを判断することができる効果を奏する。即ち、短時間テストの動作結果から、その動作を継続して行った場合に設計寿命を満足できるか否かを直ちに判別することができる。また、短時間テストの動作を行う区間を容易に設定することができる。
【００３７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、関節変位・速度・加速度演算部４がモータ制御部３からモータの現在位置を収集し、その現在位置を伝達機構の出力側に換算した各軸の関節変位に変換するものについて示したが、図２に示すように、関節変位・速度・加速度演算部４が指令値生成部２から時々刻々の位置指令を収集し、その位置指令を各軸の関節変位として用いるようにしてもよい。
これにより、モータ制御部３から出力されるモータの現在位置に含まれているノイズの影響を受けずに各軸の関節変位を特定することができる。
【００３８】
また、関節変位・速度・加速度演算部４がサーボ系を模擬するフィルタを搭載し、その位置指令を当該フィルタに入力し、そのフィルタの出力を各軸の関節変位として用いるようにしてもよい。
これにより、指令値生成部２により生成される位置指令と、モータ制御部３から出力されるモータの現在位置との時間的なずれを解消することができる。
【００３９】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
１２は短時間評価フラグが設定され、その短時間評価フラグが“１”になると寿命評価開始指令を短時間動作寿命評価部１０に出力し、その短時間評価フラグが“０”になると寿命評価終了指令を短時間動作寿命評価部１０に出力する短時間評価フラグ設定部である。
【００４０】
上記実施の形態１では、短時間動作寿命評価部１０がプログラム解析部１から寿命評価開始指令を受けると、第ｉ軸の出力トルクτｉの絶対値Ｔｉ［ｊ］等の計算を開始し、プログラム解析部１から寿命評価終了指令を受けると、その計算を終了して各軸の寿命ｓＬｉ［ｊ］を演算するものについて示したが、短時間評価フラグ設定部１２に設定されている短時間評価フラグが“０”から“１”に変更されると、寿命評価開始指令を短時間動作寿命評価部１０に出力し、その短時間評価フラグが“１”から“０”に変更されると、寿命評価終了指令を短時間動作寿命評価部１０に出力するようにしてもよい。
なお、短時間評価フラグの変更は、ロボット操作者が手動操作盤やロボット制御装置に接続されているパーソナルコンピュータを操作して実施する。
【００４１】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、ロボット操作者が手動操作盤等を操作して短時間評価フラグを変更するものについて示したが、短時間評価フラグ設定部１２が、モータの電源が投入されるとスタートするタイマーを内蔵し、そのタイマーがスタートすると短時間評価フラグを“０”から“１”に変更し、そのタイマーの時間が予め設定されている評価時間ｔｈを経過すると短時間評価フラグを“１”から“０”に変更するようにしてもよい。
なお、短時間動作寿命評価部１０による寿命の評価が完了すると、そのタイマーをリスタートさせて、以降、短時間テストを繰り返すようにしてもよい。
【００４２】
実施の形態５．
図４はこの発明の実施の形態５による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
１３は関節変位・速度・加速度演算部４により変換された関節変位等やモータ制御部３から出力されるモータ電流に基づいて各軸の伝達機構の出力トルクから構成される出力トルクベクトルを演算する作用トルク演算部（トルク・速度演算手段）である。この場合、モータ制御部３はロボットを駆動するモータの電流を検出する電流検出手段を構成する。
【００４３】
上記実施の形態１では、作用トルク演算部５が関節変位・速度・加速度演算部４により変換された関節変位等から出力トルクベクトルτを演算するものについて示したが、次のようにして、出力トルクベクトルτを演算してもよい。
即ち、作用トルク演算部１３は、モータ制御部３からモータ電流を受けると、トルク定数や伝達機構の減速比を考慮して、そのモータ電流を伝達機構の出力側に換算したトルクτｍに変換する。
【００４４】
そして、伝達機構の出力側に換算したトルクτｍと、対角項が各軸のモータ慣性モーメントを伝達機構の出力側に換算した値で構成される対角行列Ｉｍと、各軸の関節変位から構成される関節速度ベクトルｖと、各軸の関節加速度から構成される関節加速度ベクトルａとを下式に代入して出力トルクベクトルτを演算する。
τ＝τｍ−Ｉｍａ−ｆ（ｖ）　　　　　　　　　　　（１６）
ただし、ｆ（ｖ）は各軸の摩擦力から構成される摩擦力ベクトルである。
【００４５】
なお、作用トルク演算部１３がモータ制御部３から出力されるモータ電流から各軸の関節速度や関節加速度を演算するようにすれば、関節変位・速度・加速度演算部４を省略することができる。
【００４６】
実施の形態６．
図５はこの発明の実施の形態６による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
１４は現在寿命評価部９により評価された寿命を考慮して、指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価する短時間動作寿命評価部（短時間動作寿命評価手段）である。
【００４７】
上記実施の形態１では、短時間動作寿命評価部１０が管理者により設定された目標寿命をＬｄｉとして、ｓＲＬｉ［ｊ］＝Ｌｄｉ／Ｌ１０ｉを演算し、各軸ごとに、寿命ｓＬｉ［ｊ］とｓＲＬｉ［ｊ］を比較するものについて示したが、現在寿命評価部９により評価された寿命を考慮して、ｓＲＬｉ［ｊ］を演算するようにしてもよい。
【００４８】
即ち、短時間動作寿命評価部１４は、上記実施の形態１と同様にして、各軸の寿命ｓＬｉ［ｊ］を演算すると、現在寿命評価部９から各軸の寿命Ｌｈｉ［ｋ］と現在寿命評価用データＮａｖｂｉ［ｋ］を収集し、これらを下式に代入して、ｓＲＬｉ［ｊ］を演算する。
ｓＲＬｉ［ｊ］
＝｛（Ｌｄｉ−Ｌｈｉ［ｋ］）
／（Ｌｄｉ−Ｎａｖｂｉ［ｋ］）｝
×Ｌｄｉ／Ｌ１０ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
以下、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００４９】
このように、この実施の形態６によれば、現在寿命評価部９により評価された寿命を考慮して、指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するので、現在までの使用状況に応じた最適な寿命評価を行うことができる。
【００５０】
実施の形態７．
図６はこの発明の実施の形態７による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
１５は短時間動作寿命評価部１０により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件である速度調整率を最適化する速度調整率最適化部、１６は速度調整率最適化部１５による速度調整率の最適化が完了すると、その旨を示す最適化完了信号と最適化された速度調整率を出力する最適化完了通知部である。なお、速度調整率最適化部１５及び最適化完了通知部１６から最適化手段が構成されている。
【００５１】
上記実施の形態１では、特に言及していないが、速度調整率最適化部１５が短時間動作寿命評価部１０により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件である速度調整率を最適化するようにしてもよい。
具体的には、次のようにして、速度調整率の最適化を実施する。
【００５２】
まず、短時間動作寿命評価部１０は、上記実施の形態１と同様にして、各軸の寿命ｓＬｉ［ｊ］を演算すると、各軸の寿命ｓＬｉ［ｊ］から各軸の寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］を演算し、各軸の寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］を短時間動作寿命評価結果保存部１１に保存する。
ｍＬｉ［ｊ］
＝ｓＬｉ［ｊ］×Ｌ１０ｉ／Ｌｄｉ　　　　　　（１８）
【００５３】
速度調整率最適化部１５は、短時間動作寿命評価部１０が各軸の寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］を短時間動作寿命評価結果保存部１１に保存して短時間動作寿命評価終了信号を出力すると、短時間動作寿命評価結果保存部１１に保存される各軸の寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］の最大値ｍａｘＬを算出する。
そして、速度調整率最適化部１５は、最大値ｍａｘＬが１以上の場合、最大値ｍａｘＬに応じて予め規定されている割合で速度調整率ｏｖｒｄを小さくする。例えば、速度調整率ｏｖｒｄを１／ｍａｘＬ倍する。
【００５４】
一方、速度調整率ｏｖｒｄが１未満であり、かつ、最大値ｍａｘＬが１未満の場合、最大値ｍａｘＬに応じて速度調整率ｏｖｒｄを大きくする。例えば、速度調整率ｏｖｒｄを１／ｍａｘＬ倍する。
また、速度調整率ｏｖｒｄが１であり、かつ、最大値ｍａｘＬが１未満の場合、現在の速度調整率ｏｖｒｄを維持する。ただし、速度調整率ｏｖｒｄの初期値は１とする。
【００５５】
指令値生成部２は、速度調整率最適化部１５から速度調整率ｏｖｒｄを受けると、プログラム解析部１から出力される速度調整率に当該速度調整率ｏｖｒｄを乗算し、その乗算結果を新たな速度調整率として指令値を生成する。
なお、速度調整率最適化部１５は、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作寿命評価終了信号を出力する毎に速度調整率ｏｖｒｄの変更を実施するが、前回の速度調整率ｏｖｒｄと今回の速度調整率ｏｖｒｄとの差が規定回数以上連続して指定規定値以下になると、速度調整率ｏｖｒｄの最適化処理を終了する。
【００５６】
最適化完了通知部１６は、速度調整率最適化部１５による速度調整率ｏｖｒｄの最適化が完了すると、その旨を示す最適化完了信号を手動操作盤に出力するとともに、その速度調整率ｏｖｒｄを保存して手動操作盤に出力する。これにより、手動操作盤の画面には、速度調整率ｏｖｒｄの最適化が完了した旨と速度調整率ｏｖｒｄが表示される。
この実施の形態７によれば、短時間動作テストを複数サイクル繰り返すことにより、その動作を継続して行った場合に設計寿命を満足できる範囲で動作時間を最短とする運転条件を自動に決定することができる。また、運転条件の最適化が終了したことを直ちに判別することができる。
【００５７】
なお、上記実施の形態では、特に言及していないが、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作テストの指定期間の設定機能を備えるようにしてもよい。
これにより、短時間動作テストの動作結果から、その動作を継続して行った場合に設計寿命を満足できるか否かを評価する際、評価したい期間を容易に設定・変更することができる。
【００５８】
実施の形態８．
図７はこの発明の実施の形態８による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
１７は短時間動作寿命評価部１０により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件である加速度調整率を最適化する加速度調整率最適化部、１８は加速度調整率最適化部１７による加速度調整率の最適化が完了すると、その旨を示す最適化完了信号と最適化された加速度調整率を出力する最適化完了通知部である。なお、加速度調整率最適化部１７及び最適化完了通知部１８から最適化手段が構成されている。
【００５９】
上記実施の形態７では、速度調整率最適化部１５が、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作寿命評価終了信号を出力する毎に速度調整率ｏｖｒｄの変更を実施して、速度調整率ｏｖｒｄの最適化を図るものについて示したが、加速度調整率最適化部１７が、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作寿命評価終了信号を出力する毎に加速度調整率ａｃｃの変更を実施して、加速度調整率ａｃｃの最適化を図るようにしてもよい。
【００６０】
具体的には、加速度調整率最適化部１７は、最大値ｍａｘＬが１以上の場合、最大値ｍａｘＬに応じて予め規定されている割合で加速度調整率ａｃｃを小さくする。例えば、加速度調整率ａｃｃを１／ｍａｘＬ倍する。
一方、加速度調整率ａｃｃが１未満であり、かつ、最大値ｍａｘＬが１未満の場合、最大値ｍａｘＬに応じて加速度調整率ａｃｃを大きくする。例えば、加速度調整率ａｃｃを１／ｍａｘＬ倍する。
また、加速度調整率ａｃｃが１であり、かつ、最大値ｍａｘＬが１未満の場合、現在の加速度調整率ａｃｃを維持する。ただし、加速度調整率ａｃｃの初期値は１とする。
【００６１】
指令値生成部２は、加速度調整率最適化部１７から加速度調整率ａｃｃを受けると、プログラム解析部１から出力される加速度調整率に当該加速度調整率ａｃｃを乗算し、その乗算結果を新たな加速度調整率として指令値を生成する。
なお、加速度調整率最適化部１７は、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作寿命評価終了信号を出力する毎に加速度調整率ａｃｃの変更を実施するが、前回の加速度調整率ａｃｃと今回の加速度調整率ａｃｃとの差が規定回数以上連続して指定規定値以下になると、加速度調整率ａｃｃの最適化処理を終了する。
【００６２】
最適化完了通知部１８は、加速度調整率最適化部１７による加速度調整率ａｃｃの最適化が完了すると、その旨を示す最適化完了信号を手動操作盤に出力するとともに、その加速度調整率ａｃｃを保存して手動操作盤に出力する。これにより、手動操作盤の画面には、加速度調整率ａｃｃの最適化が完了した旨と加速度調整率ａｃｃが表示される。
この実施の形態７によれば、短時間動作テストを複数サイクル繰り返すことにより、その動作を継続して行った場合に設計寿命を満足できる範囲で動作時間を最短とする動作条件を自動に決定することができる。また、動作条件の最適化が終了したことを直ちに判別することができる。
【００６３】
実施の形態９．
図８はこの発明の実施の形態９による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
１９は短時間動作寿命評価部１０により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件である待ち時間調整率を最適化する待ち時間調整率最適化部、２０は待ち時間調整率最適化部１９による待ち時間調整率の最適化が完了すると、その旨を示す最適化完了信号と最適化された待ち時間調整率を出力する最適化完了通知部である。なお、待ち時間調整率最適化部１９及び最適化完了通知部２０から最適化手段が構成されている。
【００６４】
上記実施の形態７では、速度調整率最適化部１５が、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作寿命評価終了信号を出力する毎に速度調整率ｏｖｒｄの変更を実施して、速度調整率ｏｖｒｄの最適化を図るものについて示したが、待ち時間調整率最適化部１９が、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作寿命評価終了信号を出力する毎に待ち時間調整率ｄｌｔの変更を実施して、待ち時間調整率ｄｌｔの最適化を図るようにしてもよい。
【００６５】
具体的には、待ち時間調整率最適化部１９は、最大値ｍａｘＬが１以上の場合、最大値ｍａｘＬに応じて予め規定されている割合で待ち時間調整率ｄｌｔを大きくする。例えば、待ち時間調整率ｄｌｔをｍａｘＬ倍する。
一方、待ち時間調整率ｄｌｔが１より大きく、かつ、最大値ｍａｘＬが１未満の場合、最大値ｍａｘＬに応じて待ち時間調整率ｄｌｔを小さくする。例えば、待ち時間調整率ｄｌｔをｍａｘＬ倍する。
また、待ち時間調整率ｄｌｔが１であり、かつ、最大値ｍａｘＬが１未満の場合、現在の待ち時間調整率ｄｌｔを維持する。ただし、待ち時間調整率ｄｌｔの初期値は１とする。
【００６６】
指令値生成部２は、待ち時間調整率最適化部１９から待ち時間調整率ｄｌｔを受けると、プログラム解析部１から出力される待ち時間調整率に当該待ち時間調整率ｄｌｔを乗算し、その乗算結果を新たな待ち時間調整率として指令値を生成する。
なお、待ち時間調整率調整率最適化部１９は、短時間動作寿命評価部１０が短時間動作寿命評価終了信号を出力する毎に待ち時間調整率ｄｌｔの変更を実施するが、前回の待ち時間調整率ｄｌｔと今回の待ち時間調整率ｄｌｔとの差が規定回数以上連続して指定規定値以下になると、待ち時間調整率ｄｌｔの最適化処理を終了する。
【００６７】
最適化完了通知部２０は、待ち時間調整率最適化部１９による待ち時間調整率ｄｌｔの最適化が完了すると、その旨を示す最適化完了信号を手動操作盤に出力するとともに、その待ち時間調整率ｄｌｔを保存して手動操作盤に出力する。これにより、手動操作盤の画面には、待ち時間調整率ｄｌｔの最適化が完了した旨と待ち時間調整率ｄｌｔが表示される。
この実施の形態９によれば、短時間動作テストを複数サイクル繰り返すことにより、その動作を継続して行った場合に設計寿命を満足できる範囲で動作時間を最短とする動作条件を自動に決定することができる。また、動作条件の最適化が終了したことを直ちに判別することができる。
【００６８】
実施の形態１０．
図９はこの発明の実施の形態１０による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２１はロボットを動作させる前に、短時間動作寿命評価部１０により評価された機械要素の寿命に応じて動作パラメータを最適化する動作パラメータ最適化部、２２は動作パラメータ最適化部２１により最適化された動作パラメータを保存する最適パラメータ保存部、２３は実際の運転条件が記述されている寿命評価用プログラムを修正するプログラム修正部である。なお、動作パラメータ最適化部２１、最適パラメータ保存部２２及びプログラム修正部２３から条件修正手段が構成されている。
【００６９】
次に動作について説明する。
プログラム修正部２３には、１行目に速度調整率の指定、２行目に加速度調整率の指定、３行目に待ち時間調整率の指定、４行目に短時間動作寿命評価開始指令、最終行に短時間動作寿命評価終了指令が記述されている寿命評価用プログラムが格納されている。１〜３行目で指定される速度調整率、加速度調整率及び待ち時間調整率の初期値はいずれも１とする。
【００７０】
まず、プログラム修正部２３は、寿命評価用プログラムをプログラム解析部１に送信する。
プログラム解析部１は、プログラム修正部２３から寿命評価用プログラムを受信すると、その寿命評価用プログラムを１行ずつ最終行まで１回だけ実行する。その寿命評価用プログラムの実行中に、短時間動作寿命評価開始指令を処理すると、直ちに短時間動作寿命評価開始指令を短時間動作寿命評価部１０及び動作パラメータ最適化部２１に送信する。また、短時間動作寿命評価終了指令を処理すると、直ちに短時間動作寿命評価終了指令を短時間動作寿命評価部１０及び動作パラメータ最適化部２１に送信する。
【００７１】
短時間動作寿命評価部１０は、上記実施の形態７と同様にして、各軸の寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］を演算すると、各軸の寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］と短時間動作寿命評価終了信号を動作パラメータ最適化部２１に出力する。
動作パラメータ最適化部２１には、初期値が０である最適化評価回数ｈｎが設定されており、また、最適速度調整率ｏｐｔ＿ｏｖｒｄ、最適加速度調整率ｏｐｔ＿ａｃｃ、最適待ち時間調整率ｏｐｔ＿ｄｌｔがいずれも初期値１として設定されている。また、速度調整率候補ｃｎｄ＿ｏｖｒｄ、加速度調整率候補ｃｎｄ＿ａｃｃ、待ち時間調整率候補ｃｎｄ＿ｄｌｔの値がいずれも複数個設定されている。複数個の組み合わせを評価する順番も予め設定されている。
【００７２】
動作パラメータ最適化部２１は、短時間動作寿命評価部１０から短時間動作寿命評価終了信号を受信すると、同時に受信する寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］の最大値ｍａｘＬを算出する。
また、動作パラメータ最適化部２１は、短時間動作寿命評価開始指令を受信すると、タイマーをリセットしてスタートさせる。次に短時間動作寿命評価終了指令を受信すると、タイマーを停止して、タイマーの値を動作時間ｔａｃｔとして保存する。
【００７３】
動作パラメータ最適化部２１は、最適化評価回数ｈｎが０のときに、先に算出した最大値ｍａｘＬが１以下の場合、最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔの値として現在の動作時間ｔａｃｔの値を設定する。そして、最適化終了信号をプログラム修正部２３に送信するとともに、現在の最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔ、最適速度調整率ｏｐｔ＿ｏｖｒｄ、最適加速度調整率ｏｐｔ＿ａｃｃ、最適待ち時間調整率ｏｐｔ＿ｄｌｔを最適パラメータ保存部２２に保存する。
【００７４】
動作パラメータ最適化部２１は、最適化評価回数ｈｎが０のときに、先に算出した最大値ｍａｘＬが１以上の場合、最適評価回数ｈｎの値を１だけ増加させて、最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔの値として現在の動作時間ｔａｃｔの値の１０００倍を設定する。さらに、速度調整率候補ｃｎｄ＿ｏｖｒｄ、加速度調整率候補ｃｎｄ＿ａｃｃ、待ち時間調整率候補ｃｎｄ＿ｄｌｔの１番目の組み合わせをプログラム修正部２３に送信する。
【００７５】
プログラム修正部２３は、動作パラメータ最適化部２１から送信された速度調整率候補ｃｎｄ＿ｏｖｒｄ、加速度調整率候補ｃｎｄ＿ａｃｃ、待ち時間調整率候補ｃｎｄ＿ｄｌｔの値に基づいて寿命評価用プログラムの１〜３行目を書き換えてプログラム解析部１に送信する。
プログラム解析部１は、プログラム修正部２３から修正後の寿命評価用プログラムを受けると、その寿命評価用プログラムを再度１度だけ実行する。
プログラム修正部２３は、最適化終了信号を受信するまでの間、速度調整率候補ｃｎｄ＿ｏｖｒｄ、加速度調整率候補ｃｎｄ＿ａｃｃ、待ち時間調整率候補ｃｎｄ＿ｄｌｔを受信する度に、それらの値に基づいて寿命評価用プログラムの１〜３行目を書き換えてプログラム解析部１に送信する。
プログラム解析部１は、プログラム修正部２３から修正後の寿命評価用プログラムを受信する度に、その寿命評価用プログラムを１度だけ実行する。
【００７６】
動作パラメータ最適化部２１は、最適化評価回数ｈｎが１以上のときに短時間動作寿命評価終了信号を受信すると、同時に受信する寿命満足度ｍＬｉ［ｊ］の最大値ｍａｘＬを算出する。
また、動作パラメータ最適化部２１は、短時間動作寿命評価開始指令を受信すると、タイマーをリセットしてスタートさせる。次に短時間動作寿命評価終了指令を受信すると、タイマーを停止して、タイマーの値を動作時間ｔａｃｔとして保存する。
【００７７】
動作パラメータ最適化部２１は、先に算出した最大値ｍａｘＬが１以下の場合、最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔと現在の動作時間ｔａｃｔの値を比較する。現在の動作時間ｔａｃｔの値の方が小さい場合、最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔの値を現在の動作時間ｔａｃｔの値に書き換える。また、最適速度調整率ｏｐｔ＿ｏｖｒｄの値を現在の速度調整率候補ｃｎｄ＿ｏｖｒｄの値、最適加速度調整率ｏｐｔ＿ａｃｃの値を現在の加速度調整率候補ｃｎｄ＿ａｃｃの値、最適待ち時間調整率ｏｐｔ＿ｄｌｔの値を現在の待ち時間調整率候補ｃｎｄ＿ｄｌｔの値に書き換える。
一方、現在の動作時間ｔａｃｔの値の方が大きい場合、最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔ、最適速度調整率ｏｐｔ＿ｏｖｒｄ、最適加速度調整率ｏｐｔ＿ａｃｃ、最適待ち時間調整率ｏｐｔ＿ｄｌｔの値を書き換えない。
【００７８】
次に動作パラメータ最適化部２１は、最適化評価回数ｈｎに１を加算し、複数個の組み合わせを評価する順番の最大値を超えているか否かを判別する。
最大値を超えた場合、最適化終了信号をプログラム修正部２３に送信するとともに、現在の最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔ、最適速度調整率ｏｐｔ＿ｏｖｒｄ、最適加速度調整率ｏｐｔ＿ａｃｃ、最適待ち時間調整率ｏｐｔ＿ｄｌｔの値を最適パラメータ保存部２２に保存する。
最大値を超えていない場合、速度調整率候補ｃｎｄ＿ｏｖｒｄ、加速度調整率候補ｃｎｄ＿ａｃｃ、待ち時間調整率候補ｃｎｄ＿ｄｌｔのｈｎ番目の組み合わせをプログラム修正部２３に送信する。
【００７９】
動作パラメータ最適化部２１は、先に算出した最大値ｍａｘＬが１より大きい場合、最適化評価回数ｈｎに１を加算し、複数個の組み合わせを評価する順番の最大値を超えているか否かを判別する。
最大値を超えた場合、最適化終了信号をプログラム修正部２３に送信するとともに、現在の最適動作時間ｏｐｔ＿ｔａｃｔ、最適速度調整率ｏｐｔ＿ｏｖｒｄ、最適加速度調整率ｏｐｔ＿ａｃｃ、最適待ち時間調整率ｏｐｔ＿ｄｌｔの値を最適パラメータ保存部２２に保存する。
【００８０】
最大値を超えていない場合、速度調整率候補ｃｎｄ＿ｏｖｒｄ、加速度調整率候補ｃｎｄ＿ａｃｃ、待ち時間調整率候補ｃｎｄ＿ｄｌｔのｈｎ番目の組み合わせをプログラム修正部２３に送信する。
この実施の形態１０によれば、ロボットを立ち上げ前に寿命評価を行うことができるため、ロボットを用いる生産システムの立ち上げ時間を短縮することができる。
【００８１】
実施の形態１１．
上記実施の形態１０では、寿命評価装置がプログラム修正部２３を内蔵するものについて示したが、プログラム修正部２３を含む寿命評価装置をパーソナルコンピュータを用いて構成してもよい。
【００８２】
実施の形態１２．
図１０はこの発明の実施の形態１２による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。２４は各軸の摩擦係数（粘性摩擦係数、クーロン摩擦係数）を同定する摩擦係数同定部、２５は摩擦係数同定部２４により同定された各軸の摩擦係数を考慮して寿命を評価する現在寿命評価部である。なお、摩擦係数同定部２４及び現在寿命評価部２５は現在寿命評価手段を構成している。
【００８３】
上記実施の形態１では、現在寿命評価部９が評価用データ演算部７により演算された各軸の寿命比率から実際の運転条件による各軸の寿命を評価するものについて示したが、現在寿命評価部２５が実際の運転条件による各軸の寿命を評価する際、各軸の動作状態を把握し、その動作状態を考慮して寿命を評価するようにしてもよい。
【００８４】
具体的には次の通りである。
作用トルク演算部５は、上記実施の形態１と同様にして、各軸の伝達機構の出力トルクから構成される出力トルクベクトルτを算出すると、各軸の関節加速度から構成される関節加速度ベクトルａと、対角項が各軸のモータ慣性モーメントを伝達機構の出力側に換算した値で構成される対角行列Ｉｍとを下式に代入して、摩擦力以外の推定トルクの和τｐを演算する。
τｐ＝τ＋τｍａ　　　　　　　　　　　　　（１９）
τｍａ＝Ｉｍａ　　　　　　　　　　　　　　（２０）
【００８５】
摩擦係数同定部２４は、モータ制御部３からモータの駆動電流を受けると、その駆動電流を伝達機構の出力側に換算した実駆動トルクτｒを算出する。
そして、摩擦係数同定部２４は、第ｉ番目の軸の関節速度をｖｉとして、ベクトルｙｉ、パラメータベクトルｐｉを定義する。
ｙｉ＝［ｖｉ，ｓｇｎ（ｖｉ）］　　　　　（２１）
ｐｉ＝［ｐｎｉ，ｐｃｉ］　　　　　　　　（２２）
ここで、ｐｎｉは第ｉ番目の軸の粘性摩擦係数同定値、ｐｃｉはクーロン摩擦係数同定値である。また、ｓｇｎ（）は入力が負の時−１、０の時０、正の時１を出力する関数である。
【００８６】
摩擦係数同定部２４は、第ｋ回目の同定周期における値を［ｋ］として、第ｋ回目の同定周期における第ｉ軸の摩擦係数同定値ベクトルｐｉ［ｋ］を下記のように逐次同定する。
τｍｉ［ｋ］＝τｒｉ［ｋ］−τｐｉ［ｋ］　（２３）
Ｒｉ［ｋ］
＝Ｒｉ［ｋ−１］＋ｍｏｉｔ
×（−σｉ×Ｒｉ［ｋ−１］
＋ｙｉ［ｋ］Ｔｙｉ［ｋ］）　　　　　　（２４）
ｒｉ［ｋ］
＝ｒｉ［ｋ−１］＋ｍｏｉｔ
×（−σｉ×ｑｉ［ｋ−１］
＋τｍｉ［ｋ］×ｙｉ［ｋ］Ｔ）　　　（２５）
ｐｉ［ｋ］
＝ｐｉ［ｋ−１］−ｍｏｉｔ
×Ｇｉ［Ｒｉ［ｋ］・ｐｉ［ｋ−１］−ｒｉ［ｋ］］
（２６）
ただし、Ｇｉは同定の早さを調整するゲイン行列、σｉは重み係数である。また、ｍｏｉｔはパラメータ同定演算を行う周期である。
【００８７】
現在寿命評価部２５は、上記実施の形態１と同様にして、実際の運転条件による各軸の寿命Ｌｈｉ［ｋ］を演算して、現在寿命評価用データＮａｖｂｉ［ｋ］に対する寿命Ｌｈｉ［ｋ］の比Ｒｌｉ［ｋ］を演算する。
そして、現在寿命評価部２５は、比Ｒｌｉ［ｋ］の値の範囲毎に、粘性摩擦係数とクーロン摩擦係数の値の許容範囲が定められたテーブルを有しており、摩擦係数同定部２４により同定された各軸の粘性摩擦係数又はクーロン摩擦係数が、現在の比Ｒｌｉ［ｋ］に対応する許容範囲内から外れると、交換を促すため警告を発する。また、各軸の粘性摩擦係数やクーロン摩擦係数を記憶しておき、手動操作盤やロボット制御装置に接続されているパーソナルコンピュータから閲覧可能とする。
この実施の形態１２によれば、確率論的な寿命評価だけでなく、現在の動作の状態も加味して寿命を判断するため、より正確な寿命予測を行うことができる。
【００８８】
実施の形態１３．
図１１はこの発明の実施の形態１３による寿命評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。２６は各軸の加速度ノイズを演算する加速度ノイズ演算部、２７は加速度ノイズ演算部２６により演算された各軸の加速度ノイズを考慮して寿命を評価する現在寿命評価部である。なお、加速度ノイズ演算部２６及び現在寿命評価部２７は現在寿命評価手段を構成している。
【００８９】
上記実施の形態１では、現在寿命評価部９が評価用データ演算部７により演算された各軸の寿命比率から実際の運転条件による各軸の寿命を評価するものについて示したが、現在寿命評価部２５が実際の運転条件による各軸の寿命を評価する際、各軸の動作状態を把握し、その動作状態を考慮して寿命を評価するようにしてもよい。
【００９０】
具体的には次の通りである。
まず、関節変位・速度・加速度演算部４は、モータ制御部３からロボット制御装置の制御周期毎に、各軸のモータの現在位置を収集し、その現在位置を伝達機構の出力側に換算した関節変位に変換する。次に、現在の関節変位と前回の関節変位から関節速度を算出して、現在の関節速度と前回の関節速度から関節加速度を計算する。
【００９１】
また、関節変位・速度・加速度演算部４は、指令値生成部２からロボット制御装置の制御周期毎に、各軸の関節位置指令を収集し、今回の関節位置指令と前回の関節位置指令から関節速度指令を算出して、今回の関節速度指令と前回の関節速度指令から関節加速度指令を算出する。そして、その関節加速度指令を内部のサーボ系を模擬するフィルタに入力して、そのフィルタの出力を関節加速度推定値とする。
【００９２】
加速度ノイズ演算部２６は、関節変位・速度・加速度演算部４から関節加速度と関節加速度推定値を受けると、両者の差の絶対値を演算し、その絶対値を移動平均フィルタに入力し、そのフィルタの出力を加速度ノイズ推定値として現在寿命評価部２７に出力する。
【００９３】
現在寿命評価部２７は、上記実施の形態１と同様にして、実際の運転条件による各軸の寿命Ｌｈｉ［ｋ］を演算して、現在寿命評価用データＮａｖｂｉ［ｋ］に対する寿命Ｌｈｉ［ｋ］の比Ｒｌｉ［ｋ］を演算する。
そして、現在寿命評価部２７は、比Ｒｌｉ［ｋ］の値の範囲毎に、加速度ノイズ推定値の許容範囲が定められたテーブルを有しており、加速度ノイズ演算部２６により演算された各軸の加速度ノイズ推定値が、現在の比Ｒｌｉ［ｋ］に対応する許容範囲内から外れると、交換を促すため警告を発する。また、各軸の加速度ノイズ推定値を記憶しておき、手動操作盤やロボット制御装置に接続されているパーソナルコンピュータから閲覧可能とする。
この実施の形態１３によれば、確率論的な寿命評価だけでなく、現在の動作の状態も加味して寿命を判断するため、より正確な寿命予測を行うことができる。
【００９４】
実施の形態１４．
上記実施の形態１では、特に言及していないが、図１２に示すようなスカラロボットの上下軸サポート軸受の寿命を評価するようにしてもよい。
具体的には次の通りである。
図１２のスカラロボットは４つの軸から構成されており、第１軸及び第２軸は伝達機構としてハーモニックドライブなどの減速機が用いられ、第３軸（上下軸）及び第４軸（手首回転軸）はボールねじスプラインとベルトにより伝達機構が構成されている。
【００９５】
第１軸及び第２軸に関する出力トルクτ１、τ２は、作用トルク演算部５が上記実施の形態１と同様にして演算し、作用トルクτの第１及び第２要素として評価用データ演算部７及び短時間動作寿命評価部１０に出力する。
また、第１軸及び第２軸に関する動作速度は、動作速度演算部６が上記実施の形態１と同様にして演算し、動作速度ｎｖの第１及び第２要素として評価用データ演算部７及び短時間動作寿命評価部１０に出力する。
【００９６】
第３軸及び第４軸に関する寿命評価要素の出力トルク荷重及び動作速度の演算は、上記実施の形態１と異なるため、以下で説明する。
まず、作用トルク演算部５は、関節変位・速度・加速度演算部４から各軸の関節変位等を受けると、各軸の関節変位から構成されるベクトルｑと、各軸の関節速度から構成されるベクトルｖと、各軸の関節加速度から構成されるベクトルａとを下式に代入して、スカラロボットの手先におけるＸ方向の加速度ａｘとＹ方向の加速度ａｙを演算する。ただし、ｑｉ，ｖｉ，ａｉは第ｉ軸成分を意味し、スカラロボットの第１アームの長さをｌ１、第２アームの長さをｌ２とする。
【００９７】
ａｘ＝−ｌ１ｖ１２ｃｏｓ（ｑ１）
−ｌ２（ｖ１＋ｖ２）２ｃｏｓ（ｑ１＋ｑ２）
−ｌ１ａ１ｓｉｎ（ｑ１）
−ｌ２（ａ１＋ａ２）ｓｉｎ（ｑ１＋ｑ２）
（２７）
ａｙ＝−ｌ１ｖ１２ｓｉｎ（ｑ１）
−ｌ２（ｖ１＋ｖ２）２ｓｉｎ（ｑ１＋ｑ２）
＋ｌ１ａ１ｃｏｓ（ｑ１）
＋ｌ２（ａ１＋ａ２）ｃｏｓ（ｑ１＋ｑ２）
（２８）
【００９８】
次に、作用トルク演算部５は、第３軸のベルト伝達機構部のプーリー間距離をｐｌ３、大プーリーと小プーリーの半径差をｐｒ３、ベルト張力をＴ３、第４軸のベルト伝達機構部のプーリー間距離をｐｌ４、大プーリーと小プーリーの半径差をｐｒ４、ベルト張力をＴ４として、第３軸ベルトが水平方向に加える力ｆｂ３、第４軸ベルトが水平方向に加える力ｆｂ４を演算する。
ｆｂ３
　＝２Ｔ３（ｐｌ３２−ｐｒ３２）１／２
　／ｐｌ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２９）
ｆｂ４
　＝２Ｔ４（ｐｌ４２−ｐｒ４２）１／２
／ｐｌ４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３０）
【００９９】
次に、作用トルク演算部５は、ロボット手先負荷の質量をｍｗ、ボールネジスプラインシャフトの質量をｍｂ、第４軸スプラインのサポートベアリングから第３軸ナットのサポートベアリングまでの距離をｌｓｐ、第３軸関節変位の原点位置から第４軸スプラインサポートベアリングまでの距離をｚ０として、第３軸ナットのサポートベアリングに作用するラジアル荷重ｆｓｒ３と第４軸スプラインのサポートベアリングに作用するラジアル荷重ｆｓｒ４を演算する。
【０１００】
ｄｚ＝ｚ０−ｑ３　　　　　　　　　　　（３１）
ｆｓｒ３＝（（（ｍｗ＋ｍｂ／２）×ｄｚ／ｌｓｐ×ａｘ
　　　　　−ｆｂ３×ｃｏｓ（ｑ１＋ｑ２））２
　　　　　＋（（ｍｗ＋ｍｂ／２）×ｄｚ／ｌｓｐ×ａｙ
　　　　　−ｆｂ３×ｓｉｎ（ｑ１＋ｑ２））２）１／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３２）
ｆｓｒ４＝（（−（ｍｗ×（ｄｚ＋ｌｓｐ）
＋ｍｂ×（ｄｚ／２＋ｌｓｐ））
／ｌｓｐ×ａｘ−ｆｂ４×ｃｏｓ（ｑ１＋ｑ２））２
　　　　　＋（−（ｍｗ×（ｄｚ＋ｌｓｐ）＋ｍｂ
×（ｄｚ／２＋ｌｓｐ））／ｌｓｐ×ａｙ−ｆｂ４
　　　　　×ｓｉｎ（ｑ１＋ｑ２））２）１／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３３）
【０１０１】
次に、作用トルク演算部５は、第３軸の加速度を用いて、第３軸ナットのサポートベアリングにかかるアキシャル荷重ｆｓａ３を演算する。
ｆｓａ３＝（ｍｗ＋ｍｂ）×ａ３　　　　　　　（３４）
次に、作用トルク演算部５は、第３軸のナットのサポートベアリングに作用する等価アキシャル荷重τ３と、第４軸スプラインのサポートベアリングに作用する等価ラジアル荷重τ４を演算する。
τ３＝ｋｒ×ｆｓｒ３＋ｆｓａ３　　　　　　（３５）
τ４＝ｆｓｒ４　　　　　　　　　　　　　　（３６）
ただし、ｋｒはボールネジスプラインのメーカ、型番毎に規定される定数である。
【０１０２】
次に、作用トルク演算部５は、ボールネジスプラインの第３軸ナット及び第４軸スプラインに作用する等価荷重を算出する。即ち、第４軸スプラインにかかるラジアル荷重ｆｒ４、第３軸ナットにかかるアキシャル荷重ｆａ３、第４軸のトルク荷重ｆｔ４を演算する。
ｆｒ４＝（ｍｗ×（ｄｚ＋ｌｓｐ）＋ｍｂ×（ｄｚ／２＋ｌｓｐ））
／ｌｓｐ×（ａｘ２＋ａｙ２）１／２　（３７）
ｆａ３＝（ｍｗ＋ｍｂ）×ａ３　　　　　　　　（３８）
ｆｔ４＝（Ｉｗ＋Ｉｂ）×ａ４　　　　　　　　（３９）
ただし、Ｉｗは手先負荷の慣性モーメント、Ｉｂはボールネジスプラインシャフトの慣性モーメントである。
【０１０３】
最後に、作用トルク演算部５は、第３軸ナットにかかる等価荷重τ５、第４軸スプラインにかかる等価荷重τ６を演算する。
τ５＝ｆａ３　　　　　　　　　　　　　　　（４０）
τ６＝ｆｒ４＋ｋｔ×ｆｔ４　　　　　　　　（４１）
ただし、ｋｔはボールネジスプラインのメーカ、型番毎に規定される定数である。
なお、作用トルク演算部５により演算された等価アキシャル荷重τ３、等価ラジアル荷重τ４、等価荷重τ５、等価荷重τ６は、出力トルクτの第３〜第６要素として評価用データ演算部７及び短時間動作寿命評価部１０に出力される。
【０１０４】
動作速度演算部６は、第３軸ナットのサポートベアリングの回転速度ｖｓ３、第４軸スプラインのサポートベアリングの回転速度ｖｓ４を下記のように演算する。
ｖｓ３＝−２×π×ｖ３／ｌｅａｄ−ｖ４　（４２）
ｖｓ４＝ｖ４　　　　　　　　　　　　　　（４３）
ただし、ｌｅａｄはボールネジのリードである。
【０１０５】
次に、動作速度演算部６は、第３軸ナットの回転速度ｖｎ３を演算する。
ｖｎ３＝−２×π×ｖ３／ｌｅａｄ　　　　　　　（４４）
なお、動作速度演算部６により演算された回転速度ｖｓ３、回転速度ｖｓ４、回転速度ｖｎ３、速度ｖ３は、動作速度ｎｖの第３〜第６要素として評価用データ演算部７及び短時間動作寿命評価部１０に出力される。
【０１０６】
評価用データ演算部７及び短時間動作寿命評価部１０では、上記実施の形態１同様にして、出力トルクτの各要素の絶対値Ｔと動作速度ｎｖの各要素の絶対値ｎを計算し、以降の処理は上記実施の形態１と同様である。
これにより、スカラロボットのサポートベアリングの寿命評価を容易に行うことができる。また、スカラロボットのサポートベアリングの寿命を満たす範囲で最短の動作を行わせることができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、関節変位特定手段により特定された関節変位から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価するように構成したので、摩擦係数が変動しても、ロボットの機械要素の寿命を正確に評価することができる効果がある。また、スカラ型ロボットの上下軸サポートベアリングのように、モータの駆動電流からモータ自身を駆動するのに要するトルクを減算するだけでは作用するトルクが算出できない機械要素の寿命も評価することができる効果がある。
【０１０８】
この発明によれば、関節変位特定手段により特定された関節変位から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するように構成したので、機械要素が動作を継続したとき設計寿命を満足するか否かを判断することができる効果がある。
【０１０９】
この発明によれば、電流検出手段により検出されたモータの電流から機械要素に作用するトルクを演算するとともに、その機械要素の動作速度を演算し、そのトルクと動作速度から指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するように構成したので、機械要素が動作を継続したとき設計寿命を満足するか否かを判断することができる効果がある。
【０１１０】
この発明によれば、トルク・速度演算手段により演算されたトルクと動作速度から実際の運転条件による機械要素の寿命を評価し、その評価結果を考慮して、指定期間動作を継続したときの機械要素の寿命を評価するように構成したので、現在までの使用状況に応じた最適な寿命評価を行うことができる効果がある。
【０１１１】
この発明によれば、短時間動作寿命評価手段により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件を最適化するように構成したので、設計寿命を満足できる範囲で動作時間を最短とする運転条件を自動に決定することができる効果がある。
【０１１２】
この発明によれば、実際の運転条件の最適化が完了すると、その旨を通知するように構成したので、運転条件の最適化が完了したことを直ちに認識することができる効果がある。
【０１１３】
この発明によれば、短時間動作寿命評価手段が指定期間の設定機能を備えるように構成したので、設計寿命を満足できるか否かを評価する際、評価したい期間を容易に設定・変更することができる効果がある。
【０１１４】
この発明によれば、ロボットを動作させる前に、短時間動作寿命評価手段により評価された機械要素の寿命に応じて実際の運転条件を修正するように構成したので、ロボットを用いる生産システムの立ち上げ時間を短縮することができる効果がある。
【０１１５】
この発明によれば、実際の運転条件による機械要素の寿命を評価する際、その機械要素の動作状態を把握し、その動作状態を考慮して寿命を評価するように構成したので、より正確な寿命予測を行うことができる効果がある。
【０１１６】
この発明によれば、現在寿命評価手段又は短時間動作寿命評価手段がスカラロボットの上下軸サポート軸受の寿命を評価するように構成したので、スカラロボットの上下軸サポート軸受の寿命を満足しながら、最短の動作時間でスカラロボットを動作させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による寿命評価装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２による寿命評価装置を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３による寿命評価装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態５による寿命評価装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態６による寿命評価装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態７による寿命評価装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態８による寿命評価装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態９による寿命評価装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態１０による寿命評価装置を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態１２による寿命評価装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態１３による寿命評価装置を示す構成図である。
【図１２】スカラロボットを示す外形図である。
【符号の説明】
１　プログラム解析部、２　指令値生成部、３　モータ制御部、４　関節変位・速度・加速度演算部（関節変位特定手段）、５　作用トルク演算部（トルク・速度演算手段）、６　動作速度演算部（トルク・速度演算手段）、７　評価用データ演算部（現在寿命評価手段）、８　評価用データ保存部（現在寿命評価手段）、９　現在寿命評価部（現在寿命評価手段）、１０　短時間動作寿命評価部（短時間動作寿命評価手段）、１１　短時間動作寿命評価結果保存部（短時間動作寿命評価手段）、１２　短時間評価フラグ設定部、１３　作用トルク演算部（トルク・速度演算手段）、１４　短時間動作寿命評価部（短時間動作寿命評価手段）、１５　速度調整率最適化部（最適化手段）、１６　最適化完了通知部（最適化手段）、１７　加速度調整率最適化部（最適化手段）、１８　最適化完了通知部（最適化手段）、１９　待ち時間調整率最適化部（最適化手段）、２０　最適化完了通知部（最適化手段）、２１　動作パラメータ最適化部（条件修正手段）、２２　最適パラメータ保存部（条件修正手段）、２３　プログラム修正部（条件修正手段）、２４　摩擦係数同定部（現在寿命評価手段）、２５　現在寿命評価部（現在寿命評価手段）、２６　加速度ノイズ演算部（現在寿命評価手段）、２７　現在寿命評価部（現在寿命評価手段）。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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