(57)【要約】本出願に係る発明は、工業ロボットの駆動システムにおける電力損失に対して該ロボットの現在の動作パスの動作パフォーマンスを最適化するための方法であって、システムの少なくとも１部品に対して、動作パスの全部または一部における電力損失を計算し、計算された電力損失を該部品における最大許容電力損失と比較し、該比較に依存して、現在の動作パスにおける加速度および速度の推移を調節する過程を有する方法に関するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業ロボットの駆動システムにおける電力損失に対して該ロボットの現在の動作パスの動作パフォーマンスを最適化するための方法であって、
−駆動システムの少なくとも１部品に対して、動作パスの全体または一部における電力損失を計算し、
−計算された電力損失を該部品における最大許容電力損失と比較し、
−該比較の結果によって、現在の動作パスにおける加速度および速度の推移を調節する過程を有する方法。
【請求項２】
電力損失を、パスの全体または一部に亘って計算する請求項１による方法。
【請求項３】
加速度および速度の推移を、駆動システムの１つまたは複数のパラメータ（ω、τ、Ｉ）を変えることで調節する請求項１または２による方法。
【請求項４】
前記駆動システムのパラメータ（ω、τ、Ｉ）の開始値を設定し、電力損失が最大許容値と違う場合に開始値を調節してから、調節された新しい開始値を使用してから方法を再度実行する請求項３による方法。
【請求項５】
電力損失が最大許容値を超えている場合、開始値を低く調節し、電力損失が最大許容値より特定の値（ε）低い場合、開始値を高く調節する請求項４による方法。
【請求項６】
前記開始値が、電気的に制限された最大駆動システムパラメータ（ωimax、τimax、Ｉimax）から実質的に構成され、熱負荷が最大許容値を超えた場合に低く調節される請求項４による方法。
【請求項７】
動作パスについてロボットの駆動システムパラメータが求められ、求められた駆動システムパラメータに基づいて電力損失が計算される前記各請求項のうちいずれか１項による方法。
【請求項８】
動作パスの駆動システムパラメータが、ロボットの制御システムのソフトウェアを使用して現在の動作パスの実行によって求められる請求項７による方法。
【請求項９】
動作パスの駆動システムパラメータが、ロボットおよびその制御システムに基づく現在の動作パスのシミュレーションによって求められる請求項７による方法。
【請求項１０】
前記駆動システムパラメータが、動作パスに対するエンジントルク（τ）、エンジンの回転数（ω）および駆動装置電流（Ｉ）を含む請求項３または７による方法。
【請求項１１】
駆動システムが、駆動装置およびエンジンを有し、駆動装置（ＰＩi）およびエンジンについて電力損失が計算され、エンジンの電力損失が、エンジントルクによる電力損失（Ｐτi）とエンジンの回転数による損失（Ｐωi）の合計として求められる請求項２ないし１０のうちいずれか１項による方法。
【請求項１２】
駆動装置における電力損失（ＰＩi）が、動作パスの全体または一部における電流の平均二乗値に基づいて計算され、エンジンのトルク依存性電力損失（Ｐτi）が、動作パスの全体または一部におけるトルクの平均二乗値に基づいて計算され、回転数によるエンジンの電力損失（Ｐωi）が、動作パスの全体または一部における回転数の平均二乗値に基づいて計算される請求項１１による方法。
【請求項１３】
１つまたは複数の駆動システムパラメータが、パス全体において調節される請求項３ないし１２のうちいずれか１項による方法。
【請求項１４】
１つまたは複数の駆動システムパラメータが、動作パスの異なる部分において異なって調節される請求項３ないし１２のうちいずれか１項による方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの駆動システムパラメータが動作パスの少なくとも１つの任意の部分において調節され、駆動システムパラメータがパスの少なくとも１つの任意の部分において維持される請求項３ないし１２のうちいずれか１項による方法。
【請求項１６】
動作パスを制御するプログラミングコードが、パスの重要な部分と非重要な部分を示す指標を有し、制御システムパラメータの最適化の際に、最適化が主に動作パスの重要な部分について行われる請求項１４または１５による方法。
【請求項１７】
前記部品の温度が、該部品の最大許容温度を超えるかまたは実質的に異なるかを判断するために、該部品の熱モデルが使用される前記各請求項のうちいずれか１項による方法。
【請求項１８】
前記部品の最大許容電力損失（Ｐdi max、Ｐmi max）が、該熱モデルに基づいて計算され、電力損失が最大許容電力損失と比較される請求項２および１７による方法。
【請求項１９】
部品内の温度が、該部品および前記熱モデルについて計算された電力損失に基づいて求められ、該温度が部品の最大許容温度と比較される請求項１７による方法。
【請求項２０】
駆動システムパラメータについて最適値を求めるために、勾配探索法が使用される請求項３による方法。
【請求項２１】
プロセッサに接続された内臓メモリに直接ダウンロードすることができる、プロセッサのための一連の命令を含み、プロセッサによって実行される時に請求項１ないし２０のうちいずれか１項におけるステップを行うためのソフトウェアコード部を有するコンピュータプログラム製品。
【請求項２２】
コンピュータで読取可能な媒体上で提供される請求項２１によるコンピュータプログラム製品。
【請求項２３】
少なくとも部分的に、インターネット等のネットワークを介して提供される請求項２１によるコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、工業ロボットの駆動システムにおける電力の損失に対して、現在の動作パス上のそのロボットの動作パフォーマンスを最適化するための方法に関する。さらに、本発明は、プロセッサで実行するとそれを前記方法の各ステップを行うように制御するコンピュータプログラム製品に関する。
【０００２】
工業ロボットは、複数の運動軸に対して、互いに回転可能な複数のアームを有する。各軸における速度と加速度は、ロボットの駆動システムに制御信号を供給するロボットの制御システムによって制御される。駆動システムは、各運動軸に対して１つのエンジンと１つの駆動装置を有する。ロボットが稼動中の時、電気−機械エネルギー変換による電力の損失によって、エンジンおよび駆動装置に熱が溜まる。最大許容可能な熱量は、駆動装置内の電子回路およびエンジンの巻線の絶縁材によって決まる。ロボットのエンジンによる電力利得は、通常、駆動システムの最大許容熱量に依存する。
【０００３】
工業ロボットの応用範囲は非常に広い。その応用によって、駆動システムの熱負荷、すなわち、駆動システムにおける電力損失の許容度に様々な要求がかかる。ロボットは、各応用につき、特定の速度と加速度を有する特定の動作パスに従うようにプログラミングされる。駆動システムにおける熱負荷の度合、すなわち、駆動装置およびエンジンにおける熱量は、動作パスの構造に依存する。駆動システムの負荷が重い時間が比較的短い動作パスであれば、駆動システムの熱負荷は小さくなる。逆に、中間的な負荷の時間が長く、負荷が小さい時間が皆無または少ない動作パスであれば、駆動システムの熱負荷は大きくなる。
【０００４】
現在では、ロボットの駆動システムの熱的寸法決定は、熱負荷の観点から最悪の動作パスを想定して行われる。そのため、ロボットの能力を最大限に利用できる応用例はごく僅かである。
【特許文献１】国際特許出願公開第ＷＯ９７２９８９０号公報
【特許文献２】米国特許第ＵＳ５９６３００３号公報
【特許文献３】米国特許第ＵＳ５３４７４４５号公報
【特許文献４】米国特許第ＵＳ５７０８３４２号公報
【特許文献５】米国特許第ＵＳ４７３４８６６号公報
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、ロボットの駆動システムにおける電力損失に対してロボットの動作パフォーマンスを最適化するための方法を得ることを目的とする。
【０００６】
この目的は、請求項１に記載された方法によって達成される。現在の動作パスにおけるロボットの動作パフォーマンスの最適化とは、動作パス上のロボット軸の加速度および速度の最適化を意味する。本発明の方法によると、この最適化は、ロボットの駆動システムの最大熱利用率が達成されるまで、動作パス上の加速度および速度を調整することによって行われる。最大熱利用率とは、駆動システムにおける電力損失が、駆動システムにおける最大許容電力損失を超えない程度に、できる限りそれに近くした状態を意味する。勿論、熱による制限以外にも、電気的および機械的制限等があり、駆動システムをその最外の熱制限付近で駆動することが必ずしも可能ではない。駆動システムの熱負荷を最大許容負荷と比較するために、駆動システムの電力損失をパスの全体または一部において計算する。本発明による方法の利点は、熱負荷が、現在の動作パスについて現在の負荷に依存して設定されるため、ロボットの機能を各応用について最大限に利用することができることにある。
【０００７】
本発明の一実施形態によると、ロボットの駆動システムの最大熱利用率が達成されるまで、駆動システムの１つまたは複数のパラメータを上下に調整することによって、加速度および速度のコースを間接的に調整する。駆動システムのパラメータとは、主に、エンジントルク、エンジン電流、エンジン回転数および駆動装置電流を意味する。
【０００８】
駆動システムパラメータを調整するさらなる方法として、動作パスについて一定または位置依存性の要因を使用することによって上下に調整することができる。許容できる最大の駆動システムパラメータ、例えば、最大エンジントルク、最大エンジン回転数および／または最大駆動装置電流について初期値を設定して、電力損失が最大許容値と異なる場合、初期値を調整することによって行われる。その後、新しく調整した初期値で再度実行する。この実施形態では、エンジントルク、エンジン回転数および駆動装置電流の値が、動作パスの大部分について維持され、ピーク値のみが調整される。
【０００９】
本発明の一実施形態によると、電力損失が最大負荷を超える場合、初期値が下に調節され、電力損失が最大許容の値より所定値低い場合、初期値が上に調節される。よって、初期値における電力損失が最大許容値の上か下かによって双方向から最適化を行うことができる。
【００１０】
本発明の１つの好ましい実施形態によると、初期値は、電気的に最大制限された駆動システムパラメータから実質的に決定され、電力損失が最大許容値を超える場合、初期値が下に調節される。電気的に最大制限された駆動システムパラメータの値は、ほとんどの場合、熱的に制限されたものより高く、ロボットがどの程度強く駆動されるかには関係ない。電気的に制限された初期値を選択することによって、一方向に最適化することで足り、すなわち、電力損失が最大許容値を超える場合、初期値が下に調節される。
【００１１】
本発明の一実施形態によると、電力損失の計算が、現在の動作パスにおけるロボットの駆動システムパラメータを、ロボットの制御システムの現在の動作パスの実行によって決定するステップを含むものである。動作パスをロボットの制御システムで実行する利点は、計算が精確になり、制御システムのソフトウェアのモデルが必要ないところである。ソフトウェアは、ロボットの実際の制御システムにおけるハードウェアあるいは仮想の制御システムによって行われ得るが、後者の場合、例えばパソコン等のロボット外のハードウェア上で実行されることになる。ロボットの駆動システムパラメータを決定するためには、実行時のロボットの行動を知る必要がある。このためには、実際のロボットを実行するか、駆動システムの熱モデルを含むロボットのモデルを使用することができる。
【００１２】
本発明の一実施形態によると、電力損失の計算は、ロボットの運動学的、力学的および熱特性のモデルから現在の動作パスのシミュレーションを行うことによって動作パスにおけるロボットの駆動システムパラメータを求めるステップを含むものである。制御システムおよびロボットのモデルを使用することによる１つの利点は、最適化処理をすべて外部のコンピュータ上でオフラインで行うことができるところにある。動作パスにおけるロボットプログラムはオフラインで進行するため、例えばリプログラミングが必要になった場合に、最適化を同一のコンピュータ上で行うことができるようにすることが実用的である。
【００１３】
ロボットの駆動システムは、例えばエンジン、駆動装置、整流器、変圧器およびケーブル等の複数の部品を含むものである。本発明によると、電力損失はこれらの部品のうち少なくとも１つについて算出され、部品に対する熱負荷の最大許容値からの差に基づいて最適化が行われる。本発明の好ましい実施形態によると、駆動装置およびエンジンについて電力損失が算出され、エンジンの電力損失がエンジンのトルクによる電力損失とエンジンの回転数による電力損失の合計として計算される。エンジンおよび駆動装置が、駆動システムにおける部品の中で最大の電力損失を負い、そのため加熱する危険性が最も高いものであるため、これらの２つの部品の最適化によって満足的に精確な結果が得られる。
【００１４】
本発明の一実施形態によると、エンジントルク、エンジン回転数および／または駆動装置の電流、あるいはそれらの最大許容値が、パス全体に対して調整される。値をパス全体に沿って調整することによる利点は、その実行し易さにある。動作パスのすべての部分に及んでパフォーマンスが同程度に重要である場合、通常はこの方法で足りる。
【００１５】
しかし、パスの一部において、パスの他の部分におけるパフォーマンスより重要であることが多い。本発明の一実施形態によると、エンジントルクおよび／またはエンジン回転数および／または駆動装置の電流が、動作パスの異なる部分において異なる程度に調整される。パスの各部分を個別に最適化することによって、パスのさほど重要ではない部分におけるパフォーマンスを下げる代わりに、パスの選択された重要部において高いパフォーマンスを得ることが可能である。
【００１６】
本発明の一実施形態によると、動作パスの少なくとも一部の少なくとも１つの駆動システムパラメータが調整され、パスの少なくとも一部において駆動システムパラメータが維持される。この実施形態は、パスの１つまたは複数の短期間において最大パフォーマンスを要し、パスの１つまたは複数の長い期間におけるパフォーマンスの要求が低い応用において特に有利である。
【００１７】
本発明の一実施形態によると、動作パスを制御するプログラムコードが、パスのどの部分が重要であり、どの部分が非重要であるかを示す指標を有し、最大エンジトルクの最適化の際に、最適化がまず動作パスの重要な部分において行われる。このようにパスのどの部分が重要であるかを示す指標は、ロボットが実行すべき製造プロセスに対するパスの最適化の際に既に導入されているものであっても良い。この指標は、ロボットプログラムの処理命令からフラグを設定することで自動的に行い、あるいはパス上でパフォーマンスが重要である部分を指示する操作者によって手動で行うことができる。
【００１８】
本発明の一実施形態によると、部品の熱負荷が最大許容負荷を超えるかあるいは実質的に異なるかを求めるために、駆動システムにおけるその部品の熱モデルが使用される。このような熱モデルでは、部品の最大許容電力損失や、ある特定の電力損失に対応する部品の温度上昇を求めることができる。よって、部品の熱負荷が最大許容負荷を超えるかあるいは実質的に異なるかを求める方法が２つある。
【００１９】
ある方法によると、部品に対する最大許容電力損失を、該熱モデルに基づいて計算し、これを、実際のパスにおける部品の計算された電力損失に比較する。電力損失同士を比較することによる利点は、部品における最大許容電力損失を一度だけ求めることで済むところにある。したがって、その後の最適化過程では、熱モデルを使用する必要がない。
【００２０】
熱負荷が最大許容負荷を超えるかあるいは実質的に異なるかを求めるための第２の方法は、部品内の温度を部品に対して算出された電力損失および該熱モデルに基づいて計算するステップを含み、この温度を部品の最大許容温度と比較するものである。
【００２１】
本発明による方法は、プロセッサによって実行されるコンピュータプログラムにおける命令の形態で実施することが可能である。プロセッサは、ロボット自体の制御システムのものであっても、ロボットと別のコンピュータに属するものであっても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
特定のロボットの応用において、その応用を達成するためにパス中で実行する必要のある複数の望ましい動作から、それに適した動作パスが決定される。このような望ましい動作は、通常、デカルト座標上の位置、速度および加速度として提供される。ロボットを制御するためには、動作パスを角度座標上に再計算する必要がある。従って、動作パスを構成する一連の速度および加速度の値は、各ロボット軸の角速度および角加速度によって示される。ある応用のために動作パスを求める作業によって、ロボットのパス上の動作を制御するためのロボットプログラムが得られる。ロボットプログラムが実行されると、ロボットの各軸を駆動するロボットの駆動システムに制御信号が送信される。駆動システムは、例えば、エンジンと駆動装置を有する。駆動システムへの制御信号によって、各軸に対するエンジントルク、エンジン速度および駆動装置電流が求められる。
【００２３】
図１に、本発明の一実施形態のフローチャートを示す。この形態では、熱制限に対して、最大の駆動装置電流、最大のエンジントルクおよび最大のエンジン回転数を得るために最適な値を求めることによってパスを最適化する。最大駆動装置電流と最大エンジントルクの初期値は、電気要求の観点から許容できる最高値から得られる。他の実施形態として、初期値を、ロボットの最良の動作パスによる最大駆動装置電流、最大エンジントルクおよび最大エンジン回転数によって決定することも考えられる。駆動システムの最大エンジントルクは、エンジンが耐え得る最大のトルクと、駆動装置が供給し得る最大の駆動電流とによって決定される。従って、ある軸（ｉ）の最大エンジントルクは、最大可能エンジントルク（τi max）と、最大可能駆動装置電流（Ｉi max）にその軸のトルク係数（ｋＴi）を掛けた値のうち、小さい方で決定する。
【数１】
2004522602.tif 000003
【００２４】
第１の過程であるブロック１では、数式（１）によって求められた最大エンジントルクの初期値と、最大可能のエンジン回転数で、動作パスのシミュレーションを行う。シミュレーションは、制御システムの動作制御ソフトウェアのモデルによって行われる。シミュレーションは、ロボットの制御システムから独立したコンピュータによってオフラインで行われる。シミュレーション中、動作パスを実行するために駆動システムが各軸に対して実行する必要のある電流イベント（Ｉi（ｔ））、トルクイベント（τi（ｔ））および速度イベント（ωi（ｔ））が得られる。
【００２５】
パスのトルク、電流および速度が知られていれば、その動作パスについて、エンジンおよび駆動装置で発生した電力損失の大きさを計算することができる（ブロック２）。各軸について、駆動装置における電力損失（ＰＩi）は動作パスの電流の平均二乗として、エンジンのトルクに基づく電力損失（Ｐτi）は動作パスのトルクの平均二乗として、エンジンの回転数に基づく電力損失（Ｐωi）は動作パスの回転数の平均二乗として算出される。
【数２】
2004522602.tif 000004
【数３】
2004522602.tif 000005
【数４】
2004522602.tif 000006
ｔc＝現在のパスの実行時間（＝サイクル時間）
ｋＩi，ｋτi，ｋωi＝比例定数
【００２６】
パスのサイクル時間が熱時定数より長い場合、サイクル時間を熱時定数によって決定される長さの部分サイクルに分割する必要がある。こうすることにより、各部分サイクルを個別に最適化することができるので、駆動システムの熱利用をさらに向上させることができる。
【００２７】
常時測定されているあるいは設定パラメータとして指定されたある特定の環境温度（Ｔomg）と、駆動装置およびエンジンの特定最大温度において、エンジンの最大許容上昇温度ΔＴmi maxおよび駆動装置の最大許容上昇温度ΔＴdi maxを算出することができる。最大許容上昇温度は、最大許容温度と環境温度との差として計算される。最大許容上昇温度を知れば、エンジンの機能Ｆmiと駆動装置の機能Ｆdiの熱モデルから、エンジンの最大冷却効率Ｐmi maxと駆動装置の最大冷却効率Ｐdi maxを求めることができる（ブロック３）。熱モデルでは、エンジンおよび駆動装置の冷却容量、すなわち、発熱領域、熱伝導係数および熱伝達係数が既知であることを前提としている。
【数５】
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【数６】
2004522602.tif 000008
【００２８】
駆動装置とエンジンが現在のパスでオーバーヒートしないためには、駆動装置の電力損失（Ｐdi）が駆動装置の最大冷却効率（Ｐdi max）以下であり、トルクに基づくエンジンの電力損失（Ｐτi）と回転数に基づくエンジンの電力損失（Ｐωi）の合計がエンジンの最大冷却効率（Ｐmi max）以下であることが必要である。
【数７】
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【数８】
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【００２９】
エンジンおよび駆動装置の算出電力損失は、最大許容電力損失に比較される（ブロック４）。この電力条件が満足されると、熱負荷に対して最適化が終了する（ブロック５）、あるいは、最適化の次の過程に移る。電力条件が満足されなかった場合、最大駆動装置電流、最大エンジントルクおよび場合によっては最大回転数の初期値を下げる必要がある（ブロック６）。これを実現するための最も簡単な方法は、動作パス全体の最大値を低くすることである（ブロック６）。次いで、最大駆動装置電流、最大エンジントルクおよび最大回転数を低い値に再設定した上で、上述の方法を繰返す。この一連の処理は、数式７および８によって表される電力条件が満足されるまで繰返される。このようにして得られた駆動装置電流、エンジントルクおよび回転数は熱の観点から最適化され、例えば機械的制限などによるさらなる最適化を行うための開始値として使用できる。次に、制御システムのパス補間装置において、最適化された最大値を使用して動作パスの最適な角速度および角加速度が算出される。
【００３０】
パスの一部においてその他の部分よりパフォーマンスが重要であることが多い。例えば、ロボットが物体に対して操作を行う場合、物体までの移動より、操作自体を行っている時のほうが高いパフォーマンスを要する。パスの中で高パフォーマンスを必要とする部分、すなわち処理にとって最も重要な部分と、さほど高いパフォーマンスを必要としない部分、すなわち処理にとって非重要な部分とをプログラムコードの中に事前に指示しておくことにより、熱最適化の際に選択的なパフォーマンス最適化を行うことができる。従って、電力損失を、パスの中の重要でない部分において選択的に低くし、パスの重要な部分において維持するようにすることができる。
【００３１】
第１のシミュレーションにおける電力損失が最大許容値より大きい場合、新しいシミュレーションと電力の計算が行われる。２回目のシミュレーションにおいて、数式２〜４による電力損失が重要部と非重要部に分割される。パフォーマンスの分布の最適化は、パスの非重要な部分において、最大エンジントルクと、場合によっては最大回転数を特定の比率で下げることで行われ、その後に新しいシミュレーションと新しい電力計算が行われる。この方法は、数式７および８の電力条件が満足されるまで繰返し行われる。パスの非重要部のパフォーマンスの低下が行き過ぎないことを保証するために、最大エンジントルクの低下に制限を付ける必要がある。非重要部における最大エンジントルクの低下が最大になった時、引き続き非重要部における最大回転数も下げることによって続けることができる。最大エンジントルクと同様に、最大エンジントルクの低下にも制限を設定する必要がある。
【００３２】
パスの非重要部の最大回転数およびエンジントルクを下げても数式７および８の電力条件が満足されなかった場合、パスの重要部においてもパフォーマンスを下げる必要がある。パスの非重要部と同様にして、最大エンジントルクが下げられ、電力条件が満たされるまでシミュレーションおよび電力計算が行われる。最大エンジントルクが最小許容値を下回っても電力条件が満足されなかった場合、最大回転数を下げる。
【００３３】
エンジンの最大許容冷却効率（Ｐmi max）および駆動装置の最大許容冷却効率（Ｐdi max）が未知であるが、電流、トルクおよび回転数の基準値がある場合、これらの値を利用して最適化を行うようにすることができる。回転数の基準値は動作パスの角速度の平均二乗として算出することができ、エンジントルクの基準値は該当するエンジンの回転数の特徴から得ることができる。また、パスの基準値を、駆動装置電流、エンジントルクおよびエンジンの回転数の間欠性から算出することができる。その場合、最適化は、基準エンジントルクを最大許容エンジントルクより低く、基準電流を最大許容電流より低く保つことを目的とする。電流とトルクの基準値はシミュレーションで得られる。
【００３４】
数式７および８の電力条件を使用する代わりに、温度条件を使用することもできる。エンジンの最大許容温度Ｔmmaxおよび駆動装置の最大許容温度Ｔdmaxは算出された温度Ｔm、Ｔdと比較され、最大エンジントルクの低下はこの比較に依存して行われる。動作パスにおけるエンジンおよび駆動装置の温度は、数式２〜４で計算された電力、環境温度Ｔomgおよび上述の熱モデルから計算される。ここで満足されるべき新しい条件は、エンジン温度と駆動装置温度が最大許容温度より低いことである。
【数９】
2004522602.tif 000011
【数１０】
2004522602.tif 000012
ここで、ｆmiおよびｆdiは、それぞれ、エンジンと駆動装置の熱特性を示す関数である。
【００３５】
最大エンジントルクと回転数の最適化は、算出された温度が最大許容値より低くなるまで上述と同様の方法によって行われる。
【００３６】
駆動システムパラメータの最適値をできるだけ早く求めることで最適化を促進するために、勾配探索法を使用することが考えられる。次に、最大エンジントルクＰmmaxの新しい開始値を計算するために電力損失に対する最大エンジントルクの導関数∂τ／∂Ｐを使用した簡単な勾配探索法を説明する。この実施形態では、最大エンジントルクの初期値のみを下げることによってエンジンの温度を下げたい。電力損失に対する最大エンジントルクの導関数を求める前に、異なる開始値で最大エンジントルクτmmaxn、τmmaxn-1のシミュレーション（第ｎ−１回目および第ｎ回目）を少なくとも２回行い、両方のシミュレーションにおける電力損失Ｐmn-1、Ｐmnを計算する必要がある。２回目のシミュレーションでもエンジンの温度が最大許容値を超えていれば、両シミュレーション間の最大エンジントルクの初期値の差τmmaxn−τmmaxn-1と両シミュレーション間の電力損失の差Ｐmn−Ｐmn-1に依存して、数式１１に従って導関数∂τn／∂Ｐを計算する。続いて、先行のシミュレーションにおける最大エンジントルクτmmaxn-1、τmmaxn、算出された導関数∂τn／∂Ｐおよび最大許容電力損失Ｐmmaxと算出電力損失Ｐmnの差から開始して、数式１２に従って最大エンジントルクτmmaxn+1の新しい開始値が計算される。
【数１１】
2004522602.tif 000013
【数１２】
2004522602.tif 000014
【００３７】
最大許容電力損失Ｐmmaxと算出された電力損失Ｐmn+kの差が、特定の最低値εより低くなるまで反復処理を行う。
【数１３】
2004522602.tif 000015
一般的に、ｎ＝２、ｋ≦５であり、ｎは探索勾配を計算するために必要なシミュレーションの回数であり、ｋは反復中のシミュレーションの回数である。
【００３８】
駆動装置およびエンジンにおける温度が最大許容温度より低い場合、条件１３が満たされるまでエンジントルクを上げていく。数式１１の導関数の正負によって、最大エンジントルクを上げるか下げるかが決まる。この方法を使用して、最大エンジントルクに開始値として任意の値を設定してから、その値を上下に調整しながら最適値を探る。最適値とは、駆動システムの部品の温度が最大許容温度より低くありながら、最大許容値にできるだけ近い温度となる最大エンジントルクの値である。最適化をどの程度最大許容温度に近づけることができるかは熱駆動システムモデルの正確性に依存する。適切な値としては５℃である。
【００３９】
パフォーマンスを制限しているのがエンジントルクおよび駆動装置の熱的制限ではなく電気的制限である場合でも、最大回転数を上げることによってロボットのパフォーマンスを改善することができる。この場合、最大エンジントルクおよび最大駆動装置電流は電気的制限によって決定し、動作パスのシミュレーションはその値を使用して行われる。前記と同様に、電力損失が計算され、最大許容電力損失と比較される。電力損失が、熱的観点から最大許容できる値より小さい場合、最大回転数を上げることによって、電気的制限を超えずに電力損失を増加させることができ、これはさらに短いサイクル時間に繋がる。
【００４０】
上述の方法は、プログラミングされたパスに従ったエンジントルク、エンジン回転数および駆動装置電流の最適化以外にも、特定の電圧レベルにおける整流器電流および変圧器電流についても最適化を行うために使用することができる。特に、整流器の熱使用を最適化することが有用である。整流器の電力損失を計算し、ロボットの動作を最適化することで整流器が最大許容電力にできるだけ近い値で作動するようにすることで、コストをより最適化することができる。
【００４１】
また、エンジントルク、エンジン速度および／または駆動システムモデルの駆動装置電流を反復的に制御するのではなく、駆動システムの最適な熱的使用が得られるまで直接パス加速度およびパス速度を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、ロボットの動作パフォーマンスを最適化するための方法の一実施形態を表すフローチャートを示すものである。
【図１】
2004522602.tif 000016
【国際公開パンフレット】
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2004522602.tif 000018
2004522602.tif 000019
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月20日(2003.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業ロボットの駆動システムにおける電力損失に対して該ロボットの現在の動作パスの動作パフォーマンスの熱的最適化を行うための方法であって、
−駆動システムの少なくとも１部品に対して、動作パスの全体または一部における電力損失を計算し、
−計算された電力損失を該部品における最大許容電力損失と比較し、
−該比較の結果によって、現在の動作パスにおける加速度および速度の推移を調節する過程を有する方法。
【請求項２】
電力損失を、パスの全体または一部に亘って計算する請求項１による方法。
【請求項３】
加速度および速度の推移を、駆動システムの１つまたは複数のパラメータ（ω、τ、Ｉ）を変えることで調節する請求項１または２による方法。
【請求項４】
前記駆動システムのパラメータ（ω、τ、Ｉ）の開始値を設定し、電力損失が最大許容値と違う場合に開始値を調節してから、調節された新しい開始値を使用してから方法を再度実行する請求項３による方法。
【請求項５】
電力損失が最大許容値を超えている場合、開始値を低く調節し、電力損失が最大許容値より特定の値（ε）低い場合、開始値を高く調節する請求項４による方法。
【請求項６】
前記開始値が、電気的に制限された最大駆動システムパラメータ（ωimax、τimax、Ｉimax）から実質的に構成され、熱負荷が最大許容値を超えた場合に低く調節される請求項４による方法。
【請求項７】
動作パスについてロボットの駆動システムパラメータが求められ、求められた駆動システムパラメータに基づいて電力損失が計算される前記各請求項のうちいずれか１項による方法。
【請求項８】
動作パスの駆動システムパラメータが、ロボットの制御システムのソフトウェアを使用して現在の動作パスの実行によって求められる請求項７による方法。
【請求項９】
動作パスの駆動システムパラメータが、ロボットおよびその制御システムに基づく現在の動作パスのシミュレーションによって求められる請求項７による方法。
【請求項１０】
前記駆動システムパラメータが、動作パスに対するエンジントルク（τ）、エンジンの回転数（ω）および駆動装置電流（Ｉ）を含む請求項３または７による方法。
【請求項１１】
駆動システムが、駆動装置およびエンジンを有し、駆動装置（ＰＩi）およびエンジンについて電力損失が計算され、エンジンの電力損失が、エンジントルクによる電力損失（Ｐτi）とエンジンの回転数による損失（Ｐωi）の合計として求められる請求項２ないし１０のうちいずれか１項による方法。
【請求項１２】
駆動装置における電力損失（ＰＩi）が、動作パスの全体または一部における電流の平均二乗値に基づいて計算され、エンジンのトルク依存性電力損失（Ｐτi）が、動作パスの全体または一部におけるトルクの平均二乗値に基づいて計算され、回転数によるエンジンの電力損失（Ｐωi）が、動作パスの全体または一部における回転数の平均二乗値に基づいて計算される請求項１１による方法。
【請求項１３】
１つまたは複数の駆動システムパラメータが、パス全体において調節される請求項３ないし１２のうちいずれか１項による方法。
【請求項１４】
１つまたは複数の駆動システムパラメータが、動作パスの異なる部分において異なって調節される請求項３ないし１２のうちいずれか１項による方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの駆動システムパラメータが動作パスの少なくとも１つの任意の部分において調節され、駆動システムパラメータがパスの少なくとも１つの任意の部分において維持される請求項３ないし１２のうちいずれか１項による方法。
【請求項１６】
動作パスを制御するプログラミングコードが、パスの重要な部分と非重要な部分を示す指標を有し、制御システムパラメータの最適化の際に、最適化が主に動作パスの重要な部分について行われる請求項１４または１５による方法。
【請求項１７】
前記部品の温度が、該部品の最大許容温度を超えるかまたは実質的に異なるかを判断するために、該部品の熱モデルが使用される前記各請求項のうちいずれか１項による方法。
【請求項１８】
前記部品の最大許容電力損失（Ｐdi max、Ｐmi max）が、該熱モデルに基づいて計算され、電力損失が最大許容電力損失と比較される請求項２および１７による方法。
【請求項１９】
部品内の温度が、該部品および前記熱モデルについて計算された電力損失に基づいて求められ、該温度が部品の最大許容温度と比較される請求項１７による方法。
【請求項２０】
駆動システムパラメータについて最適値を求めるために、勾配探索法が使用される請求項３による方法。
【請求項２１】
プロセッサに接続された内臓メモリに直接ダウンロードすることができる、プロセッサのための一連の命令を含み、プロセッサによって実行される時に請求項１ないし２０のうちいずれか１項におけるステップを行うためのソフトウェアコード部を有するコンピュータプログラム製品。
【請求項２２】
コンピュータで読取可能な媒体上で提供される請求項２１によるコンピュータプログラム製品。
【請求項２３】
少なくとも部分的に、インターネット等のネットワークを介して提供される請求項２１によるコンピュータプログラム製品。
【国際調査報告】
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