(57)【要約】【課題】  モータの位置指令から機械要素に作用するトルクを算出し、機械要素の寿命を評価する寿命評価装置を得ること。【解決手段】  モータ９の位置指令に基づいて機械要素１１の位置、速度、加速度を求めて運動方程式に基づいて機械要素１１に作用するトルクを求めてトルク信号を発生するトルク算出部１１と、モータ９の位置指令に基づいて機械要素１１の速度を求めて速度信号を発生する速度算出部１９と、寿命評価装置の動作時間を検出して動作時間信号を発生する動作時間検出部１７と、予め定められた基本寿命からトルク信号、速度信号、動作時間信号に基づいて機械要素１１の寿命減少量を求める寿命算出部２１と、寿命減少量の累積値と予め定められた寿命値とを比較して機械要素１１の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する寿命判断部２３と、を備えたものである。【選択図】        図１
2005069907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動される機械要素を有するメカニカルシステムの前記機械要素の寿命が尽きたか否かを判断する寿命評価装置であって、
前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の位置、速度、加速度を求めて運動方程式に基づいて前記機械要素に作用するトルクまたは力を求めてトルク信号を発生する第１のトルク算出手段と、
前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の速度を求めて速度信号を発生する第１の速度算出手段と、
前記機械要素の動作時間又は前記寿命評価装置の動作時間を検出して動作時間信号を発生する動作時間検出手段と、
予め定められた基本寿命から前記トルク信号、前記速度信号、前記動作時間信号に基づいて前記機械要素の寿命減少量を求める寿命算出手段と、
前記寿命減少量の累積値と予め定められた寿命値とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第１の寿命判断手段と、
を備えたことを特徴とする寿命評価装置。
【請求項２】
モータによって駆動される機械要素を有するメカニカルシステムの前記機械要素の寿命が尽きたか否かを判断する寿命評価装置であって、
前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の位置、速度、加速度を求めて運動方程式に基づいて前記機械要素に作用するトルクまたは力を求めてトルク信号を発生する第１のトルク算出手段と、
前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の速度を求めて速度信号を発生する第１の速度算出手段と、
前記機械要素の動作時間又は前記寿命評価装置の動作時間を検出して動作時間信号を発生する動作時間検出手段と、
前記速度信号、前記動作時間信号に基づいて前記機械要素の移動量を求めると共に、前記トルク信号に基づいて該移動量を補正した補正移動量を求める補正移動量算出手段と、
前記補正移動量の累積値と予め定められた移動量とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第２の寿命判断手段と、
を備えたことを特徴とする寿命評価装置。
【請求項３】
モータによって駆動される機械要素を有するメカニカルシステムの前記機械要素の寿命を判断する寿命評価装置であって、
前記機械要素の動作時間又は前記寿命評価装置の動作時間を検出して動作時間信号を発生する動作時間検出手段と、
前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の速度を求めると共に、前記動作時間信号に基づいて平均速度を求めて平均速度信号を発生する第２の速度算出手段と、
前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の位置、速度、加速度を求めて運動方程式に基づいて前記機械要素に作用するトルクまたは力を求めると共に、前記動作時間信号に基づいて平均トルク信号を発生する第２のトルク算出手段と、
前記平均速度信号に基づいて基準となるトルク又は力を求めて基準トルク信号を発生する基準トルク算出手段と、
予め定められた基本寿命から前記平均トルク信号、前記基準トルク信号、前記動作時間信号に基づいて前記機械要素の寿命減少量を求めると共に、前記寿命減少量と予め定められた所定値とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第３の寿命判断手段と、
を備えたことを特徴とする寿命評価装置。
【請求項４】
請求項３における第３の寿命判断手段の代りに、
予め定められた基本寿命から前記平均トルク信号、前記基準トルク信号、前記動作時間信号に基づいて前記機械要素の寿命減少量を求めると共に、前記寿命減少量の累積値と予め定められた所定値とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第４の寿命判断手段を、
備えたことを特徴とする請求項３に記載の寿命評価装置。
【請求項５】
前記位置指令に基づいて前記モータが動作することにより前記モータの回転位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出手段を備え、
請求項１ないし４における第１又は第２のトルク算出手段の位置指令に基づいてとは、前記位置検出信号に基づくことであり、
請求項１ないし４における第１又は第２の速度算出手段の位置指令に基づいてとは、前記位置検出信号に基づくことである、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の寿命評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、搬送機等におけるメカニカルシステム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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のように、従来の寿命評価装置は、サンプリング時間毎にサーボモータに指令しているモータトルクと回転数を利用して、減速機やグリースの寿命を演算して、減速機等の寿命を推定できるものである。
【特許文献１】特開平７−１２４８８９号公報(図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記寿命評価装置は、減速機やグリースの寿命を求めることができるが、軸受のようにモータトルクからは作用するトルク及び力を算出できない機械要素の寿命の予測はできないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、モータの位置指令もしくは現在位置から機械要素に作用するトルク及び力を算出し、機械要素の寿命を評価する寿命評価装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る寿命評価装置は、モータによって駆動される機械要素を有するメカニカルシステムの前記機械要素の寿命が尽きたか否かを判断する寿命評価装置であって、前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の位置、速度、加速度を求めて運動方程式に基づいて前記機械要素に作用するトルクまたは力を求めてトルク信号を発生する第１のトルク算出手段と、前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の速度を求めて速度信号を発生する第１の速度算出手段と、前記機械要素の動作時間又は前記寿命評価装置の動作時間を検出して動作時間信号を発生する動作時間検出手段と、予め定められた基本寿命から前記トルク信号、前記速度信号、前記動作時間信号に基づいて前記機械要素の寿命減少量を求める寿命算出手段と、前記寿命減少量の累積値と予め定められた寿命値とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第１の寿命判断手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
第２の発明に係る寿命評価装置は、モータによって駆動される機械要素を有するメカニカルシステムの前記機械要素の寿命が尽きたか否かを判断する寿命評価装置であって、前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の位置、速度、加速度を求めて運動方程式に基づいて前記機械要素に作用するトルクまたは力を求めてトルク信号を発生する第１のトルク算出手段と、前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の速度を求めて速度信号を発生する第１の速度算出手段と、前記機械要素の動作時間又は前記寿命評価装置の動作時間を検出して動作時間信号を発生する動作時間検出手段と、前記速度信号、前記動作時間信号に基づいて前記機械要素の移動量を求めると共に、前記トルク信号に基づいて該移動量を補正した補正移動量を求める補正移動量算出手段と、前記補正移動量の累積値と予め定められた移動量とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第２の寿命判断手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
第３の発明に係る寿命評価装置は、モータによって駆動される機械要素を有するメカニカルシステムの前記機械要素の寿命を判断する寿命評価装置であって、前記機械要素の動作時間又は前記寿命評価装置の動作時間を検出して動作時間信号を発生する動作時間検出手段と、前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の速度を求めると共に、前記動作時間信号に基づいて平均速度を求めて平均速度信号を発生する第２の速度算出手段と、前記モータの位置指令に基づいて前記機械要素の位置、速度、加速度を求めて運動方程式に基づいて前記機械要素に作用するトルクまたは力を求めると共に、前記動作時間信号に基づいて平均トルク信号を発生する第２のトルク算出手段と、前記平均速度信号に基づいて基準となるトルク又は力を求めて基準トルク信号を発生する基準トルク算出手段と、予め定められた基本寿命から前記平均トルク信号、前記基準トルク信号、前記動作時間信号に基づいて前記機械要素の寿命減少量を求めると共に、前記寿命減少量と予め定められた所定値とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第３の寿命判断手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
第４の発明に係る寿命評価装置は、請求項３における第３の寿命判断手段の代りに、予め定められた基本寿命から平均トルク信号、基準トルク信号、動作時間信号に基づいて機械要素の寿命減少量を求めると共に、前記寿命減少量の累積値と予め定められた所定値とを比較することにより前記機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生する第４の寿命判断手段を、備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
第５の発明に係る寿命評価装置は、位置指令に基づいてモータが動作することにより前記モータの回転位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出手段を備え、請求項１ないし４における第１又は第２のトルク算出手段の位置指令に基づいてとは、前記位置検出信号に基づくことであり、請求項１ないし４における第１又は第２の速度算出手段の位置指令に基づいてとは、前記位置検出信号に基づくことである、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、トルク算出部はモータの位置指令からメカニカルシステムの運動方程式を用いて機械要素に作用するトルク及び力を算出して寿命評価をするので、例えば、機械要素が減速機のクロスローラベアリングのように、モータの電流からは作用する荷重が算出できない機械要素の寿命評価ができるという効果がある。
【００１１】
第２の発明によれば、補正移動量算出手段が速度信号、動作時間信号に基づいて機械要素の移動量を求めると共に、トルク信号に基づいて該移動量を補正した補正移動量を求め、第２の寿命判断手段が予め定められた基本寿命からトルク信号、基準トルク信号、動作時間信号に基づいて機械要素の寿命減少量を求めると共に、寿命減少量と予め定められた所定値とを比較することにより機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生したので、例えば、機械要素が歯付きベルトのように、作用するトルクに応じて、寿命が尽きるまでに動作可能な移動量が異なる機械要素の寿命評価ができるという効果がある。
【００１２】
第３の発明によれば、基準トルク算出手段が速度信号に基づいて基準となるトルク又は力を求めて基準トルク信号を発生し、第３の寿命判断手段が予め定められた基本寿命からトルク信号、基準トルク信号、動作時間信号に基づいて機械要素の寿命減少量を求めると共に、寿命減少量と予め定められた所定値とを比較することにより機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生したので、寿命判断手段が基準トルク信号をも考慮して機械要素の寿命を判断することによりモータの速度に応じて基準トルク信号が異なる機械要素の寿命も正確に判断できるという効果がある。
【００１３】
第４の発明によれば、第４の寿命判断手段が予め定められた基本寿命からトルク信号、基準トルク信号、動作時間信号に基づいて機械要素の寿命減少量を求め、第２の寿命判断手段が寿命減少量の累積値と予め定められた所定値とを比較することにより機械要素の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生したので、第４の寿命判断手段が基準トルク信号をも考慮して機械要素の寿命を判断することによりモータの速度に応じて基準トルク信号が異なる機械要素の寿命も正確に判断できるという効果がある。
【００１４】
第５の発明によれば、位置検出手段からの位置検出信号によっても第１から第４の発明のいずれかの効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１
本発明の一実施の形態を図１によって説明する。図１は寿命評価装置のブロック図である。実施の形態１ではメカニカルシステムとしてロボットを例にし、機械要素としてハーモニックドライブ減速機(以下、適宜減速機という)を例にして説明する。
図１において、寿命評価装置は、ロボットの動作プログラムを解析するプログラム解析部３と、プログラム解析部３の解析結果にしたがってモータ９の位置指令値を生成する指令値生成部５と、該位置指令値にしたがってモータ９に対する制御量（例えば、モータ電流、モータ速度）を更新し、モータ９の電流や速度等を制御するモータ制御部７と、モータ９の回転位置を検出して位置検出信号を発生する位置検出器１３と、位置検出器１３からの位置検出信号に応じてモータ９に対するロボットの減速機１１に作用するトルク又は力の少なくとも一方を算出してトルク信号を発生するトルク算出部１５と、寿命評価装置を動作させる電源(図示せず)オン・オフによって連動する電源スイッチ１６のオン・オフにより検出して動作時間信号ｔaを発生する動作時間検出部１７と、位置検出信号により減速機１１の速度を算出して速度信号を発生する速度算出部１９と、動作時間検出部１７からの動作時間信号ｔa、トルク算出部１５からのトルク信号、速度算出部１９の速度信号を用いて、平均負荷トルク又は平均負荷力の少なくとも一方と平均速度を算出し、今回の寿命減少度演算期間における減速機１１の寿命減少量(寿命減少時間)を算出し、さらに今回の寿命減少度演算期間における減速機１１の動作時間と上記算出した寿命減少時間の比から、今回の期間における減速機１１の寿命減少量を算出する寿命算出部２１と、寿命算出部２１から出力される寿命減少量を累積し、累積値が所定値以上になった減速機１１が寿命に達したと判別して、該寿命が尽きたこと判断すると、寿命終了信号を発生する寿命判断部２３とを備えている。
【００１６】
＜運動方程式に基づくトルク、力の算出＞
まず、ハーモニックドライブ減速機１１は、周知のようにウェーブジェネレータ、フレクスプライン、サーキュラスプラインから成り、フレクスプラインとサーキュラスプラインとにクロスローラベアリングが介在されている。
上記トルク算出部１５の詳細を説明する。予めニュートンオイラー法によりロボットの運動方程式を導入しておいて、ロボットの第ｉ軸の駆動トルクをτiとし、第i軸の位置をθi、第i軸の速度をｖi、第i軸の加速度をａiとし、各軸の駆動トルクτiを縦に並べたベクトルをτ、各軸の位置θiを縦に並べたベクトルをθ、各軸の速度ｖiを縦に並べたベクトルをｖ、各軸の加速度ａiを縦に並べたベクトルをａとする。
【００１７】
位置θiはモータ９の現在位置と減速機１１の減速比とから算出し、速度ｖiはモータ９の現在速度と減速機の減速比とから算出し、加速度ａiはモータ９の現在加速度と減速機の減速比とから算出する。このとき、ニュートンオイラー法で求めたロボットの運動方程式から各軸の駆動トルクτiを縦に並べたベクトルτは下式により算出する。
τ＝M(θ)a＋h(θ,v)+g(θ)                ・・・・(1)
ここに、M(θ)：慣性行列、h(θ,v)：遠心・コリオリ力、g(θ)：重力
さらに、各軸の回転軸上に原点があり、かつ、Z軸が回転軸と一致する座標系でのX軸方向の力をFxi、Y軸方向の力Fyi、Z軸方向の力をFziとし、Fxiを縦に並べたベクトルをFx、Fyiを縦に並べたベクトルFy、Fziを縦に並べたベクトルをFzとすると、各軸の駆動トルクの演算と同様に、ニュートンオイラー法で求めたロボットの運動方程式を用いて、Fx，Fy，Fzを下式により求める。
Fx= Mx(θ)a＋hx(θ,v)+gx(θ)   ・・・・(2)
Fy= My(θ)a＋hy(θ,v)+gy(θ)   ・・・・(3)
Fz= Mz(θ)a＋hz(θ,v)+gz(θ)   ・・・・(4)
減速機１１の場合、第i軸の減速機の出力トルクは(1)式のτの第i要素になり、第i軸の減速機１１のクロスローラベアリングに作用するラジアル荷重Fri及びアキシャル荷重Faiは下式により算出する。
Fri=(Fxi２+Fyi２)１／２        ・・・・(5)
Fai=Fzi                        ・・・・(6)
(1)〜(6)式で算出した減速機１１の出力トルクとクロスローラベアリングに作用するラジアル荷重及びアキシャル荷重をトルク信号として寿命算出部２１へ出力する。
【００１８】
速度算出部１９は、位置検出器１３から出力されるモータ９の現在位置からモータ９の現在速度を演算し、該現在速度から減速機１１の入力回転数riを演算する。
寿命算出部２１は、入力された動作時間検出部１７からの動作時間信号ｔａと共にトルク算出部１５から出力される減速機１１の出力トルクとクロスローラベアリングに作用するラジアル荷重及びアキシャル荷重から、減速機１１の平均負荷トルクとクロスローラベアリングに作用する平均ラジアル荷重、平均アキシャル荷重、動等価ラジアル荷重を演算すると共に、速度算出部１９から出力される入力回転数から、平均入力回転数Tavi及び平均出力回転数Naviを演算する。
【００１９】
平均負荷トルクTavi及び平均入力回転数Naviは以下の手順で算出する。まず、第i軸の減速機１１の出力トルクτiの絶対値Tiと第i軸の減速機入力回転数の絶対値niを演算する。[k]が第ｋ番目の演算周期における値、添え字iは第i軸を意味するとし、Tavai[k]、Tavbi[k]、Navbi[k]を以下で算出する。これらの初期値を全て０とする。
Tavai[k]＝Tavai[k-1]＋ni[k]×△t×Ti[k]ak    ・・・・(7)
Tavbi[k]＝Tavbi[k-1]＋ni[k]×△t            ・・・・(8)
Navbi[k]＝Navbi[k-1]＋△t                  ・・・・(9)
ここに、△t：寿命算出部２１の演算周期、ak：機械要素ごとに定まる定数で、減速機のウエーブ・ジェネレータ・ベアリング等の玉軸受けの場合はak=3、ころ軸受けの場合はak=10/3  となる。
【００２０】
次に、安全率をｂとして、Tavi[k]、Navi[k]をそれぞれ下式により算出する。
Tavi[k]＝ｂ×(Tavai[k]／Tavbi[k])1/ak          ・・・(10)
Navi[k]＝Tavbi[k]／Navbi[k]             ・・・・(11)
次に、出力回転数の絶対値miを入力回転数の絶対値niと減速比から演算する。アキシャル荷重Faiの絶対値をFaaiとし、平均出力回転数Mavi、平均ラジアル荷重Fravi、平均アキシャル荷重Faaviを算出する。
Fravai[k]＝Fravai[k-1]＋mi[k]×△t×Fri[k]ak    ・・・・(12)
Faavai[k]＝Faavai[k-1]＋mi[k] ×△t×Faai[k]ak    ・・・・(13)
Tavci[k]＝Tavci[k-1]＋mi[k]×△t                  ・・・・(14)
Fravi[k]＝（Frvai[k]／Tavci[k]）1/ak              ・・・・(15)
Faavi[k]＝（Favai[k]／Tavci[k]）1/ak            ・・・・(16)
Mavi[k]＝Tavci[k]／Navbi[k]                  ・・・・(17)
ここに、クロスローラベアリングの場合はak=10/3である。上記(7)式〜(17)式の演算は寿命算出部２１の演算周期毎に実施する。この周期の累積が動作時間検出部１７からの動作時間信号と一致する。すなわち、動作時間検出部１７からの動作時間信号に基づいて寿命を判断することになる。
【００２１】
次にウェーブジェネレータの寿命Lwiを下式により求める。
Lwi＝L10i×（Tri／Tavi[k]）ak×（Nri／Navi[k]）・・・・(18)
ここに、Tri：定格負荷トルク、Nri：定格回転数
動等価ラジアル荷重Pci、クロスローラベアリングの寿命Lciを下式により求める。
Pci＝Xi×(Fravi[k]+2*( Fravi[k]×lbi+ Faavi[k]×lai)/dpi)+Yi×+ Faavi[k]・(19)
Lci＝106×（Ci／fwi／Pci）10/3／60／Mavi[k]             ・・・・(20)
ここに、L10i、Tri、Nri、Xi、Yi、lbi、lai、dpi、Ci、fwi、はそれぞれウェーブジェネレータのL10寿命（10％破壊確率寿命）、定格トルク、定格回転数、クロスローラベアリングのラジアル荷重係数、アキシャル荷重係数、ラジアル荷重作用距離、アキシャル荷重作用距離、コロのピッチ円径、基本動定格荷重、荷重係数である。
【００２２】
上記(18)〜(20)式の演算は、動作時間Navbi[k]が予め定められた寿命減少算出期間の時間に到達するたびに実施し、上記(18)〜(20)式の演算後、上記(7)〜(17)式の演算結果と演算周期ｋをリセットする。さらにウェーブジェネレータの減少度shwiとクロスローラベアリングの減少度shciをそれぞれ算出して寿命判断部２３へ出力する。
shwi＝Navbi[k]／Lwi            ・・・・(21)
shci＝Navbi[k]／Lci            ・・・・(22)
寿命判断部２３は、寿命算出部２１から出力される寿命減少量を累積し、該減少量が所定値として例えば０．９を超えたら、減速機１１が寿命に達したとして交換を促すメッセージを発生する。ここで、減速機１１が交換された場合は、寿命判断部２３の累積した減少量をリセットする。
【００２３】
上記のように構成された寿命評価装置の動作を図１によって説明する。まず、電源スイッチ１６をオフからオンにすると、動作時間検出部１７は、動作時間信号を発生して寿命算出部２１に入力する。一方、ロボットの動作プログラムが与えられると、プログラム解析部３は、該動作プログラムを解析した解析結果を指令値生成部５に出力する。指令値生成部５は、該解析結果を受けると、該解析により位置指令値を生成してモータ制御部７に入力する。
モータ制御部７は、指令値生成部５により生成された指令値にしたがってモータ９を制御して減速機１１を駆動する。即ち、指令値生成部５により生成された位置指令値に応じてモータ９に対する制御量(例えば、モータ電流やモータ速度の制御量)を更新し、モータ９の電流や速度等を制御する。これにより、モータ９の駆動力が減速機１１を介してロボットに伝達され、ロボットが所定の動作をする。位置検出器１３は、モータ９の回転位置を検出して位置検出信号を速度検出部１９に入力する。
【００２４】
速度算出部１９は、位置検出器１３から発生した位置検出信号を寿命算出部２１に入力する。トルク算出部１５は、モータ制御部７から出力されるモータ９の現在位置から、ロボットの運動方程式の演算を実行して減速機１１に作用するトルク又は力の少なくとも一方を算出してトルク信号を発生して寿命算出部２１に入力する。
寿命算出部２１は、上記トルク信号、動作時間信号、位置検出信号に基づいて、減速機１１の寿命減少量を求める。寿命判断部２３は、寿命減少量の累積値と予め定められた寿命値とを比較することにより減速機１１の寿命が尽きた否かを判断すると共に、該寿命が尽きたと判断することにより寿命終了信号を発生し、該寿命終了信号に基づいて減速機１１が寿命に達したことを画面上(図示せず)に表示したり、音声を発したりする。
【００２５】
上記のように本実施の形態によれば、トルク算出部１５はモータの現在位置からロボットの運動方程式を用いて減速機１１に作用するトルク及び力を算出して寿命評価をするので、減速機１１のクロスローラベアリングのようにモータ９の電流からは作用する荷重が算出できない機械要素の寿命評価ができるという効果がある。
さらに、寿命評価装置１はモータ９の電流を用いず、モータ９の現在位置から減速機１１に作用するトルクを直接算出するため、摩擦変動が大きい場合も正確なトルクの算出が行えるため正確な寿命評価が行える。
また、減速機１１に作用するトルクだけでなく、速度算出部１９からの速度信号も用いて寿命評価を行うため、メーカ等から一般に提供される演算式に基づいた正確な寿命予測が行えるものである。 
さらに、動作開始からの累積データから直接寿命を評価するのではなく、寿命算出部２１において期間ごとの寿命評価を行い、寿命算出部２１での評価結果を寿命判断部２３で累積して評価するため、寿命評価のための累積値を記憶するメモリを少なくできる。また、期間ごとに寿命算出部２１で寿命減少量を求めるため、動作パターンが期間ごとに大きく変動するメカニカルシステムの機械要素１１の寿命評価も正確に行えるものである。
【００２６】
上記実施の形態では、位置検出器１３によりモータ９の回転位置をトルク算出部１５、速度算出部１９が認識したが、図２に示すように指令値生成部５の位置指令値らモータ９の回転位置を認識しても良い。
【００２７】
上記実施の形態では、機械要素１１が減速機の場合を例に挙げて説明したが、機械要素１１が移動量に基づいて寿命が依存される歯付ベルトを対象にしても良い。かかる歯付ベルトの場合、トルク算出部１５は、ベルトの張力Ｔを演算し、速度算出部１９は、プーリーの回転数を演算する。寿命算出部２１は、トルク算出部１５から出力された張力と速度算出部１９から出力された回転数からベルトの移動量を求め、平均張力Tbと平均回転数Vbを算出し、許容屈曲回数Cmを算出する。次に減少度の算出周期と平均回転数から今回の移動量としての屈曲回数Ckを算出し、Ck/Cmを減少度として出力する。平均張力Tbと平均回転数Vbは減少度を出力するとリセットしても良い。
また、上記実施の形態では、寿命算出部２１は上記(7)〜(17)式及び(18)〜(22)式の演算を動作時間が予め定められた減少度算出周期（減少度算出期間）に達する毎に実施していた 。
しかし、上記(18)〜(22)式の演算を、電源投入回数が規定の回数に達するたびに電源投入直後に実行しても良い。さらに、上記(18)〜(22)式の演算を、Tavai[k], Tavbi[k], Navbi[k], Fravai[k], Faavai[k], Tavci[k]の中で少なくとも１つの値が予め規定された値に達するたびに実行しても良い。
また、上記(7)〜(17の演算結果と演算周期ｋは(18)〜(22)式の演算を実施後リセットしても上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
本発明の他の実施の形態を図３によって説明する。図３は、寿命評価装置のブロック図である。図３中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、説明を省略する。
上記実施の形態１では、機械要素１１が減速機の例について説明したが、歯付ベルトを対象としても良い。
かかる歯付ベルトの場合、トルク算出部１５は、ベルトの張力Ｔを演算する。ベルト張力Tはベルトまでの減速比をgb、プーリー径をrp、運動方程式を用いて算出したメカニカルシステムの駆動トルクをτとすれば、下式として求める。
T＝τ／gb／rp                  ・・・・(23)
速度算出部１９は、モータ制御部７から出力されるモータ９の現在位置から、モータ９の現在速度を演算し、モータ９の現在速度から歯付ベルトが掛けられているプーリーの回転数を求める。なお、原動プーリーと従動プーリーでプーリー径が異なる場合は、径の小さいほうのプーリーの回転数を算出する。
【００２９】
補正移動量算出部１２１は、トルク算出部１５から出力された張力から平均張力Tbを求め、速度算出部１９から出力された回転数から平均回転数Vbを演算し、平均張力Tbと平均回転数Vbから許容移動量としての許容屈曲回数Cmを算出する。次に減少度の算出周期と平均回転数から今回の移動量としての屈曲回数Ckを算出し、基準容移動量としての基準屈曲回数C0を用いて今回の補正移動量としての補正屈曲回数Ch=Ck・C0/Cm  を求め、補正屈曲回数Chを寿命判断部７へ出力する。平均張力Tbと平均回転数Vbは補正屈曲回数を出力するとリセットする。
【００３０】
寿命判断部１２３は、補正移動量算出部１２１から出力される補正屈曲回数をベルト累積し、累積した補正屈曲回数が所定値（例えば０．９C0）を超えたら、ベルトが寿命に達したとして交換を促すメッセージを出力する。
したがって、上記のように本実施の形態によれば、補正移動量算出部１２１は平均張力に応じて屈曲回数を補正して寿命を評価するので、ベルト１１のように作用するトルクに応じて、寿命が尽きるまでに動作可能な移動量が異なる機械要素１１の寿命評価ができるという効果がある。さらに、実施の形態１と同様の効果を有する。
【００３１】
実施の形態３．
本発明の他の実施の形態を図４によって説明する。図４は寿命評価装置のブロック図である。図４中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、説明を省略する。
図４において、寿命評価装置のトルク算出部１１５は、機械要素が歯付ベルトの場合、ベルトの張力を算出すると共に、動作時間検出部１７からの動作時間信号ｔａを入力してベルトの平均張力Taも算出する。
速度算出部１１９は、上記のように歯付ベルトが掛けられているプーリーの回転数を演算する速度算出部１９の機能を有すると共に、動作時間検出部１７からの動作時間信号ｔａを入力してプーリーの平均回転数Vaも演算する。ここで、上記平均張力、平均回転数は、ベルトが交換されるまでの時間、又はロボットの動作開始からの時間で平均張力、平均回転数とし、具体的な時間は、動作時間検出部１７の動作時間信号とする。
基準トルク算出部２２１は、速度算出部１１５から出力される平均回転数Vaにおける基準張力Trを演算して寿命判断部２３に出力する。ここで、基準張力Trとは、平均回転数Vaで回転し続けたとき基準屈曲回数C0でベルトが寿命に達する張力をいい、予めプーリー径、回転数から基準張力Trを算出する関係式を求めておいて基準張力Trを求める。
【００３２】
寿命判断部２２３は、基準トルク算出部２２１から出力される基準張力Trとトルク算出部１５から出力される平均張力から許容屈曲回数Cmを演算し、平均回転数Vaと動作時間検出部１７の動作時間信号ｔｒとからベルト１１の屈曲回数Ctを演算し、Ct／Cmが所定値（例えば0.9）を超えたら、ベルト１１が寿命に達したとして寿命終了信号を発してベルト１１の交換を促すメッセージを出力する。そして、ベルトが交換された場合は、平均張力Ta及び平均回転数Vaをリセットする。
本実施形態によれば、基準トルク算出部２２１で回転数に応じた基準張力を算出して寿命判断部２２３に出力して、寿命判断部２２３が基準張力も考慮して機械要素の寿命を判断するので、回転数に応じて基準張力が異なる機械要素の寿命も正確に判断できる。
【００３３】
実施の形態４
本発明の他の実施の形態を図５によって説明する。図５は他の実施の形態による寿命評価装置を示すブロック図である。図５中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、説明を省略する。
図５において、基準トルク算出部３２１は、速度算出部５から出力される平均回転数Vbにおける基準張力Trを算出して、基準張力Trを寿命算出部３２１に出力する。なお、基準張力Trの定義及びその求め方は実施の形態３と同一である。
寿命算出部４２１は、入力された基準張力Trとトルク算出部１１５から入力された平均張力Tbから許容屈曲回数Cmを演算し、速度算出部１１９から出力される平均回転数Vbと減少度算出周期から今回の屈曲回数Ckを求め、今回の減少度算出周期における減少度Ck/Cmを算出し、寿命判断部３２３に出力する。
なお、寿命算出部４２１と寿命判断部３２３とにより第４の寿命算出手段を成している。
本実施の形態によれば、基準トルク算出部３２１で回転数に応じた基準張力を算出するので、回転数に応じて基準張力が異なる機械要素の寿命も正確に評価きるものである。
【００３４】
また、動作開始からの累積データから直接寿命を評価するのではなく、寿命算出部４２１において期間ごとの寿命評価をして、寿命算出部４２１での評価結果を寿命判断部３２３で累積して評価するようにしたので、寿命評価のための累積値を記憶するメモリを少なくできると共に、動作パターンが期間ごとに大きく変動するロボットの機械要素の寿命評価を正確にできる。
なお、上記実施の形態４において、速度算出部１１９、基準トルク算出部３２１、寿命算出部４２１の動作を以下のようにしても良い。
速度算出部１１９は、位置検出器１３から出力されるモータ９の現在位置からモータ９の現在速度を演算し、モータ９の現在速度から歯付ベルトが掛けられているプーリーの回転数を演算すると共に、プーリーの平均回転数も算出する。平均回転数はベルト交換を実施するまでリセットせず、ベルト交換又はロボットの動作開始からの平均回転数であるVaと今回の減少度算出周期での平均回転数Vbとの二通りを算出する。
基準トルク算出部３２１は、速度算出部１９から入力された平均回転数Vaにおける基準張力Trを算出して寿命算出部４２１に出力する。
寿命算出部４２１は、基準トルク算出部３２１から入力された基準張力Trとトルク算出部１１５から入力された平均張力Tbから許容屈曲回数Cmを演算すると共に、速度算出部１１９から入力された平均回転数Vbと減少度算出周期から今回の屈曲回数Ckを算出し、今回の減少度算出周期における減少度Ck/Cmを算出し、寿命判断部２３に出力する。
【００３５】
さらに、上記実施の形態４において、トルク算出部１１５、速度算出部１１９、寿命算出部４２１の動作を以下のようにしても良い。
トルク算出部１１５は、モータ制御部７から出力される出力されるモータ９の現在位置からモータ９の現在位置、現在速度、現在加速度を演算し、該現在位置、現在速度、現在加速度を用いてロボットの運動方程式の演算を行うことにより歯付ベルトの場合、ベルトの張力を算出し、ベルトの平均張力Tbも算出して寿命算出部４２１に出力して、平均張力Tbをリセットする。
また現在のベルトの張力Tkも平均張力の出力周期よりも短い一定の周期ごとに寿命算出部４２１に出力する。
速度算出部１１９は、位置検出器１３から出力されるモータの現在位置からモータの現在速度を演算し、該現在速度からベルトが掛けられているプーリーの回転数を演算し、プーリーの平均回転数Vbも求める。
なお、原動プーリーと従動プーリーでプーリー径が異なる場合は、径の小さいほうのプーリーの回転数を算出する。
ここで、平均回転数を寿命判断部３２３に出力するとリセットすると共に、現在のプーリー回転数Vkも平均回転数の出力周期よりも短い一定の周期ごとに寿命判断部３２３に出力する。
寿命算出部４２１では、基準トルク算出部３２１から出力された基準張力Trとトルク算出部１１５から出力された張力Tkから許容屈曲回数Cmを演算し、速度算出部１１９から出力された回転数Vkと回転数の出力周期から今回の屈曲回数Ckを演算し、今回の回転数の出力周期における減少度Ck/Cmを算出し、寿命判断部３２３に出力する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
上記のようにメカニカルシステムにおける機械要素の寿命の判断を適用する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態による寿命評価装置のブロック図である。
【図２】他の実施の形態による寿命評価装置のブロック図である。
【図３】他の実施の形態による寿命評価装置のブロック図である。
【図４】他の実施の形態による寿命評価装置のブロック図である。
【図５】他の実施の形態による寿命評価装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
９  モータ、１１  機械要素、１３ 位置検出器(位置検出手段)、１５，１１５  トルク算出部(第１のトルク算出手段)、１７ 動作時間検出部(動作時間検出手段)、１９，１１９ 速度算出部(第１の速度算出手段)、２１，４２１  寿命算出部(寿命算出手段)、２３ 寿命判断部(第１の寿命判断手段)、１２１ 補正移動量算出部(補正移動量算出手段)、１２３ 寿命判断部(第２の寿命判断手段)、２２１，３３１  基準トルク算出部(基準トルク算出手段)、２２３ 寿命判断部(第３の寿命判断手段)、
【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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