JP2021070078A - 駆動装置、駆動装置の制御方法、ロボット装置、物品の製造方法、制御プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】減速機の状態を高精度に通知することができる駆動装置を提供する。【解決手段】駆動源と、減速機と、駆動源の回転軸または減速機の入力軸の回転角度を検出する第1の角度検出部と、減速機の出力軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、第1の角度検出部と第2の角度検出部とに基づき、減速機にかかる力を算出し、力に基づき減速機の状態を通知する制御部と、を備える、ことを特徴とする駆動装置。【選択図】図5
Description
本発明は、駆動装置に関する。
従来、工業製品などの物品の生産現場などにおいて、様々なロボット装置が使用されており、近年では、より複雑な動作を行えように多軸多関節のロボットアームを備えたロボット装置ないしロボットシステムが普及しつつある。例えば、その一例として、ロボット装置を複数組み合わせて成る、いわゆるロボットセルを用いて工業製品を製造する生産ラインが知られている。この種のロボット装置のロボットアームの構成は、リンクと関節の構造によって、垂直多関節構成、水平多関節構成などのように分類されることがある。しかしながら、関節の基本的構造はいずれも類似しており、変速機(多くの場合減速機)を介して回転駆動源の出力を被駆動側のリンクの回転軸に伝達する構成が用いられる。
特にロボットセル構成の生産ラインでは、ラインを構成するロボットアームが寿命となれば製造工程を中止して、速やかに当該のロボットアームを交換するなどの措置を講じる必要がある。一般に、ロボットアームの寿命は、関節に用いられている変速機の寿命によって支配される。
このため、ロボットアームを用いた物品の生産システムでは、ロボットアームの変速機の寿命を正確に診断する手段が望まれている。変速機の余命が推定できれば、関節のアセンブリ交換や、新品やオーバーホール済みのロボットアームへの換装などの予防的な措置を生産スケジュールに組み込むことができる。これにより、ロボットアームの突然の故障(寿命到来)によって生産ラインが停止するのを防止できる。例えば以下の特許文献1では、エンコーダの回転角度情報とモータの駆動電流値から減速機の出力トルクを求め寿命判定を行う技術が提案されている。
上記特許文献1では減速機の寿命診断の診断方法としてロボットアームで一般的に使われる波動歯車減速機内のベアリングの寿命から減速機の寿命を決定している。しかしながら、波動歯車減速機の寿命はベアリングの寿命の他にも、弾性変形を繰り返す出力軸側のフレックススプラインと呼ばれる部品の寿命が大きく影響する。また、モータ電流値から減速機の出力トルクを計測する方法は精度が低く、減速機の実際の消耗具合に対して推定する寿命期間は短くなってしまう。
以上の課題を鑑み、本発明は減速機の状態を高精度に通知することができる駆動装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明においては、駆動源と、減速機と、前記駆動源の回転軸または前記減速機の入力軸の回転角度を検出する第1の角度検出部と、前記減速機の出力軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、前記第1の角度検出部と前記第2の角度検出部とに基づき、前記減速機にかかる力を算出し、前記力に基づき前記減速機の状態を通知する制御部と、を備える、ことを特徴とする駆動装置を採用した。
本発明によれば、減速機の状態を高精度に通知することができる。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更できる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値であって本発明を限定するものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態におけるロボット装置100を、XYZ座標系のある方向から見た平面図である。なお以下の図面において、図中の矢印X、Y、Zはロボット装置100全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置を用いたロボットシステムでは、XYZ3次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に、制御の都合などによって、ロボットハンド、指部などに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボット装置100全体の座標系をXYZ、ローカル座標系をxyzで表すものとする。
図1は、本実施形態におけるロボット装置100を、XYZ座標系のある方向から見た平面図である。なお以下の図面において、図中の矢印X、Y、Zはロボット装置100全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置を用いたロボットシステムでは、XYZ3次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に、制御の都合などによって、ロボットハンド、指部などに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボット装置100全体の座標系をXYZ、ローカル座標系をxyzで表すものとする。
図1に示すように、ロボット装置100は、多関節のロボットアーム本体200、ロボットハンド本体300、ロボットアーム本体200の動作を制御するロボットアーム制御装置400を備えている。
また、ロボットアーム制御装置400に教示データを送信する教示装置としての外部入力装置500を備えている。外部入力装置500の一例としてティーチングペンダントが挙げられ、作業者がロボットアーム本体200やロボットハンド本体300の位置を指定するのに用いる。
本実施形態では、エンドエフェクタとしてロボットアーム本体200の先端部に設けられるものが、ロボットハンドである場合について説明するが、これに限定するものではなく、ツール等であってもよい。
ロボットアーム本体200は、複数のリンク201〜206が各関節J1〜J6で回転可能に連結されている。ここで、ロボットアーム本体200の基端側から先端側に向かって、リンク201〜206が順に直列に連結されている。ロボットアーム本体200の基端となるリンク201は、基台210に設けられている。ロボットハンド本体300は、部品やツール等の対象物を把持するものである。本実施形態のロボットハンド本体300は詳細不図示の駆動機構により2本の指部301を開閉し、対象物の把持ないし開放を行う。対象物をロボットアーム本体200に対して相対的に変位させないように把持できれば良い。
ロボットハンド本体300はリンク206に接続され、リンク206が回転することで、ロボットハンド本体300も回転させることができる。
ロボットアーム本体200は、複数の関節、例えば6つ関節(6軸)を有している。ロボットアーム本体200は、各関節J1〜J6を各回転軸A1〜A6まわりにそれぞれ回転駆動させる複数(6つ)のサーボモータ211〜216を有している。
垂直多関節ロボットでは、シリアルリンク構造になっており、設けている関節の回転運動方向が2種類ある。一つはリンク長手方向と略回転軸方向が一致する旋回関節、もう一つはリンク長手方向に対して略直行して回転する屈曲関節である。本実施形態では、J1とJ4とJ6が旋回関節、J2とJ3とJ5が屈曲関節として構成する。
ロボットアーム本体200は、可動範囲の中であれば、任意の3次元位置で任意の3方向の姿勢に、ロボットアーム本体200のエンドエフェクタ(ロボットハンド本体300)を向けることができる。
ここで、ロボットアーム本体200の手先とは、本実施形態では、ロボットハンド本体300のことである。ロボットハンド本体300が物体を把持している場合は、ロボットハンド本体300と把持している物体(例えば部品やツール等)とを含めてロボットアーム本体200の手先という。
つまり、ロボットハンド本体300が物体を把持している状態であるか物体を把持していない状態であるかにかかわらず、エンドエフェクタであるロボットハンド本体300を手先という。
以上の構成により、ロボットアーム本体200によりロボットハンド本体300を任意の位置に動作させ、所望の作業を行わせることができる。所望の作業とは例えば、対象物同士を組み付け物品の製造を行う等の作業である。
図2は、本実施形態におけるロボット装置100の構成を示すブロック図である。ロボットアーム制御装置400は、コンピュータで構成されており、制御部(処理部)としてのCPU(Central Processing Unit)401を備えている。
また制御装置400は、記憶部として、ROM(Read Only Memory)402、RAM(Random Access Memory)403、HDD(Hard Disk Drive)404を備えている。また、制御装置400は、記録ディスクドライブ405、各種のインタフェース406〜409、411、412を備えている。
CPU401には、ROM402、RAM403、HDD404、記録ディスクドライブ405、各種のインタフェース406〜409、411、412が、バス410を介して接続されている。ROM402には、BIOS等の基本プログラムが格納されている。RAM403は、CPU401の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
HDD404は、CPU401の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置であると共に、CPU401に、演算処理を実行させるためのプログラム430を記録するものである。CPU401は、HDD404に記録(格納)されたプログラム430に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。
記録ディスクドライブ405は、記録ディスク431に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
外部入力装置500はインタフェース406に接続されている。CPU401はインタフェース406及びバス410を介して外部入力装置500からの教示データの入力を受ける。
アーム用モータドライバ230は、インタフェース409に接続されている。各モータ211〜216には、モータの回転軸の回転角度を検出するためのエンコーダである入力軸エンコーダ231〜236がそれぞれ設けられている。CPU401は、アーム用モータドライバ230、インタフェース409及びバス410を介して各入力軸エンコーダ231〜236から検出結果を取得する。また、CPU401は、各関節の指令値のデータを所定時間間隔でバス410及びインタフェース409を介してアーム用モータドライバ230に出力する。また、各リンク201〜206の回転角度を直接検出するための出力軸エンコーダ221〜226が、インタフェース411およびバス410を介してCPU401に接続されている。CPU401は、インタフェース411及びバス410を介して各出力軸エンコーダ221〜226から検出結果を取得する。
同様にハンド用モータドライバ330も、インタフェース412に接続され、バス410を介してCPU401と通信可能に設けられている。CPU401は、ロボットハンド本体300の各指部301の指令値のデータを所定時間間隔でバス410及びインタフェース411を介してハンド用モータドライバ330に出力する。不図示ではあるが、ロボットハンド本体300には、指部301を駆動させるためのモータを備え、ハンド用モータドライバ330に接続されているものとする。
インタフェース407には、モニタ421が接続されており、モニタ421には、CPU401の制御の下、各種画像が表示される。インタフェース408は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けHDD等の記憶部である外部記憶装置422が接続可能に構成されている。
なお本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がHDD404であり、HDD404にプログラム430が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム430は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。
例えば、プログラム430を供給するための記録媒体としては、ROM402、記録ディスク431、外部記憶装置422等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性メモリ、ROM等を用いることができる。
図3、図4は本実施形態におけるロボットアーム本体200の関節J2の詳細図である。図3は関節J2の分解斜視図である。図4は関節J2の断面図である。
図3に示すように関節J2には、モータ212と、モータ212の回転軸を減速する減速機242とが設けられている。モータ212は、例えばブラシレスDCサーボモータやACサーボモータである。モータ212のモータ回転軸252の一端部には、モータ回転軸252の回転角度を検出するロータリエンコーダである入力軸エンコーダ232が設けられている。そして、モータ回転軸252の回転に伴って、入力側パルス信号を生成し、図1の制御装置400に出力する。入力軸エンコーダ232は、インクリメンタル型のロータリエンコーダでもよいが、モータ回転軸252の所定の回転位置を原点とした絶対角度が検出できるアブソリュート型のロータリエンコーダであるのが望ましい。なお、モータ212と入力軸エンコーダ232との間には、必要に応じて、電源OFF時にリンク202の姿勢を保持する等ための不図示のブレーキユニットが設けられているものとする。
モータ回転軸252の他端部には、駆動プーリ262aが取付けられている。駆動プーリ262aの回転駆動力は減速機242の入力軸292にとりつけられた従動プーリ262bへ、ベルト272を介して伝達される。なお、組立作業等を行うロボットアームでは正確な位置決めが求められるので、ベルト272は歯付ベルトであることが望ましい。また、本実施形態では入力軸エンコーダ232は、モータ回転軸252の回転角度を検出しているが、減速機242の入力軸292の回転角度を検出するエンコーダを用いても構わない。
減速機242は、減速比Rの波動歯車減速機構が取付けられている。減速機242は、ベルト272を介して伝達されたモータ212の回転角度を減速する。ロボットアームに用いられる減速機としては一般的には波動歯車減速機を用いることが多い。従動プーリ262bは減速機242の入力軸292と接続され、リンク202は減速機242の出力軸282と接続される。減速機242の出力軸282の回転角度が即ち関節J2により出力される出力角度である。ベルト272による減速、或いは増速がない場合、モータ回転軸252の回転は、減速機242を介して1/Rに減速されリンク202に伝達される。本実施形態ではベルト272による減速や増速が無いものとする。以上の構成により、ロボットアーム本体200の関節J2は、モータ212により減速機242を介して駆動される。
次に図4より、減速機242は、ウェーブジェネレータ242a、サーキュラスプライン242c、ウェーブジェネレータ242aとサーキュラスプライン242cとの間に配置されたフレックススプライン242bとを備えている。ウェーブジェネレータ242aは、入力軸292に設けられ、入力軸292がモータ212に回転させられると、ウェーブジェネレータ242aも回転するように構成されている。
フレックススプライン242bは、リンク202の回転軸である出力軸282で連結固定されており、サーキュラスプライン242cはリンク201と結合され、リンク202をリンク201に対して相対回転できるようにしている。そしてモータ212の回転数は、減速機242により1/Rに減速(減速比Rで減速)され、リンク201とリンク202とが相対的に回転する。このときの減速機242の出力軸282の回転角度が、実出力角度、即ち関節J2が出力する角度となる。
出力軸エンコーダ222は、減速機242の出力側、すなわち出力軸282およびリンク201に配置され、リンク201とリンク202との相対角度を検出する。術力軸エンコーダ222は、入力軸エンコーダ232に対して減速機242の減速比R倍の分解能を持つことが望ましい。具体的には、出力軸エンコーダ222は、関節J2の駆動(リンク201とリンク202との相対移動)に伴って出力側パルス信号を生成し、制御装置400に対して生成した出力側パルス信号を出力する。なお、入力軸エンコーダ232および出力軸エンコーダ233は、一般的なロータリエンコーダと同様に、光学式或いは磁気式ロータリエンコーダとして構成することができる。
図4に示すように出力軸エンコーダ222は、エンコーダスケール222cと第1センサ222aと第2センサ222bで構成される。エンコーダスケール222cはスリット状の反射部とスリット状の非反射部が交互に、かつ等間隔に配置されたトラックである。2つのセンサ222a、222bはそれぞれ光源(不図示)、及び受光素子(不図示)を有し、光源から照射されエンコーダスケール222cの反射部で反射した光束が受光素子上に照射される位置の変位を検知する。エンコーダスケール222cは出力軸282に取り付けられ、2つのセンサ222a、222bはリンク201に取り付けられている。エンコーダスケール222cは出力軸282に取り付ける際、出力軸282の回転中心となる回転軸A2と、エンコーダスケール222cの中心がほぼ一致するように取り付ける。なお図3、図4に示すモータ及び減速機、入力軸エンコーダ、出力軸エンコーダは、関節J1、J3〜J5にもそれぞれ設けられているものとする。
図5は本実施形態におけるCPU401およびCPU401により制御されるブロックを示す制御ブロック図である。図5においても説明の簡略化のため関節J2を例に取り説明する。ここで、制御部としてのCPU401は、プログラム430を実行することにより、図5に示す各部401a〜401eとして機能する。以下、各部の動作について説明する。
図5より指令部401aはプログラム430に基づき、ロボットアーム本体200の各関節J1〜J6を動作させる指令信号をアーム用モータドライバ230へ送信する。アーム用モータドライバ230は、指令部401aからの指令信号を受け、ロボットアーム本体200の各関節に内蔵されているモータ211〜216に対して、所定の回転角度に動作させるための電圧と電流を供給する。
入力軸エンコーダ232は、モータ212の回転軸の一端に配置されており、モータ212の回転軸の回転に伴ってパルス信号を生成し、指令部401a、角度誤差演算部401bに、それぞれ生成したパルス信号を出力する。これにより、指令部401aはモータ212をフィードバック制御することができる。同様に出力軸エンコーダ222は、減速機242の出力側に設けられており、減速機242の出力軸の回転に伴ってパルス信号を生成し、角度誤差演算部401bに、生成したパルス信号を出力する。
角度誤差演算部401bは入力軸エンコーダ232で検出されたモータ212の回転角度分のパルス信号をカウントして入力側回転角度θmを求め、減速比Rを用いて、減速機242から出力される角度に換算した理論出力角θt(=θm÷R)を演算する。また、出力軸エンコーダ222で検出された減速機242が出力した回転角度分のパルス信号をカウントし、実出力角(出力側回転角度)θrを演算する。
本実施形態では、入力軸エンコーダ232および出力軸エンコーダ222から得られる理論出力角θtと、実出力角θrの差を、角度誤差(Δθ)と考える。角度誤差演算部401bは、理論出力角θtと、実出力角θrの差(θr−θt)から関節(J2)の角度誤差Δθを演算する。この角度誤差Δθは主に減速機242に加わった力、つまりは回転軸A2周りにかかる負荷トルクで回転軸A2周りに変形し、たわむことにより発生し、Δθは減速機242のフレックススプライン242bの変形量であるたわみ量を表す。ひずみ計測部401cは角度誤差演算部401bで算出された角度誤差Δθをフレックススプライン242bのひずみ量として取得している。
図6は減速機242の角度誤差Δθの発生パターンを表したグラフである。図6において縦軸は角度誤差Δθ、横軸は時間tを表している。時間t1の間に生じる減速機242のフレックススプライン242bに生じるひずみはΔθ1である。その後フレックススプライン242bは時間t2の間で一定量負荷を受けΔθ2のひずみが生じ、時間t3の間では逆回転方向に減速機242が回転し、負荷を受けたためΔθ3のひずみがマイナス方向に生じている。時間t4の間ではひずみΔθ4は見かけ上ゼロであるが、微小にフレックススプライン242bに存在するひずみ量まで計測される。そしてひずみ記憶部401dでは図6で示した減速機242が刻々と受けるひずみΔθの大きさとその頻度を積算演算し記憶する。
寿命診断部401eはフレックススプライン242bが疲労限度と呼ばれる材料の疲労破壊に至る、回転軸A2の周方向の応力の限界値ΔθSを記憶している。フレックススプライン242bに掛かったひずみΔθの大きさとその頻度の積算値と記憶している限界値ΔθSとを比較することで減速機242の寿命推定演算を行う。本実施形態では、各時刻におけるひずみΔθがΔθSの80%まで達した回数が10回以上となれば、減速機242は寿命であると判定し、作業者に通知を行う。なお、達した回数が10回以下であるならば、残りの回数に基づき減速機242の残りの寿命を算出して作業者に通知してもよく、警告音を出しても良い。また、ΔθがΔθSの90%を超えた場合、回数に関係なく減速機242は寿命である、と作業者に通知しても構わない。
以上より、ロボットアーム本体200の各関節に用いられる減速機の入力側および出力側の回転角度を測定する第1および第2の角度検出部の出力値に基づき、減速機に掛かる負荷トルクによるひずみ量を測定し、減速機の状態を作業者に通知することができる。さらに測定した減速機のひずみ量を積算した値を記録することで、減速機の残りの寿命の推定も行うことができる。
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態では、回転軸周りのトルクにより生じるたわみを例にとり説明した。しかしながら本発明は、たわみ以外の変形量を検出することで実施することができる。以下で詳述する。
上述した第1の実施形態では、回転軸周りのトルクにより生じるたわみを例にとり説明した。しかしながら本発明は、たわみ以外の変形量を検出することで実施することができる。以下で詳述する。
以下では、第1の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第1の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。
図7は本実施形態におけるCPU401およびCPU401により制御されるブロックを示す制御ブロック図である。図7においても説明の簡略化のため関節J2を例に取り説明する。図7に示すように本実施形態と第1の実施形態と大きく異なる点は、第1センサ222a、第2センサ222bに基づいて荷重を計測する荷重計測部401f、荷重記憶部401gを備えている点である。
ここで、減速機242にかかる荷重について図8を説明する。図8は全て出力軸エンコーダ222のYZ平面図を表しており、図8(a)は無負荷時、図8(b)は荷重Fr1負荷時、図8(c)は荷重Fr2負荷時に出力軸エンコーダ222を示している。減速機の寿命をより精度高く算出するには第1の実施形態で挙げた減速機に掛かる負荷トルクによるたわみの他に、減速機242の出力軸282の各方向の掛かる外力を計測する。つまり各荷重Frによるフレックススプライン242bのたわみも合わせて計測することでより高精度に減速機の状態を判定する。
出力軸282に掛かった荷重Frの計測は出力軸エンコーダ222内の第1センサ222aと第2センサ222bの出力信号に基づき、無負荷時の出力信号と比較することで荷重の大きさを計測する。
図8(a)に示すように出力軸エンコーダ222はエンコーダスケール222cと第1センサ222aと第2センサ222bで構成される。エンコーダスケール222cはスリット状の反射部とスリット状の非反射部が交互に、かつ等間隔に配置されたトラックである。2つのセンサ222a、222bはそれぞれ光源(不図示)、及び受光素子(不図示)を有し、光源から照射されエンコーダスケール222cの反射部で反射した光束が受光素子上に照射される位置の変位を検知する。エンコーダスケール222cは出力軸282に取り付けられる際、回転軸A2とエンコーダスケール222c中心がほぼ一致するように取付けられている。
この状態から図8(b)または図8(c)のように、出力軸282が外部から力(荷重Fr1、Fr2)を受けると減速機242内のフレックススプライン242bはたわむ。フレックススプライン242bがたわむと出力軸282に取り付けたエンコーダスケール222cの中心が、回転軸A2からずれてしまい、偏芯した状態で回転する。
図8(b)は荷重Fr1が第1センサ222a、第2センサ222bの並び配置に対して平行な方向(−Z方向)に力が掛かり、エンコーダスケール222cの中心が回転軸A2から偏芯誤差ε1ずれた状態を示している。また図8(c)は荷重Fr2が第1センサ222a、第2センサ222bの並び配置に対して垂直な方向(+Y方向)に力が掛かり、エンコーダスケール222cの中心が回転軸A2から偏芯誤差ε2ずれた状態を示している。
図9は出力軸エンコーダ222の第1センサ222a、第2センサ222bの出力信号のグラフである。縦軸は第1センサ222a、第2センサ222の出力信号、横軸は時間を示している。図9(a)は外力が無い無負荷時、図9(b)出力軸282へ荷重Fr1が掛かった時、図9(c)は出力軸282へ荷重Fr2が掛かった時を表している。
図9(a)より、無負荷時は第1センサ222aの出力信号の半周期はT10で、第2センサ222bの出力信号の半周期はT20である。予め減速機242に全方位から荷重が加わった時の力の大きさと出力信号を計測し記憶しておく。
これに対して図8(b)で示したような荷重Fr1が掛かった場合、エンコーダスケール222cは−Z方向へ偏芯誤差ε1だけずれる。これを受けて、第1センサ222aにエンコーダスケール222cの中心が近づき、第2センサ222bからはエンコーダスケール222cの中心が遠ざかる。これにより図9(b)より、第1センサ222aの出力信号の半周期はT11になり、第2センサ222bの出力信号の半周期はT21なる。
同様に図8(c)で示したような荷重Fr2が掛かった場合は、エンコーダスケール222cは+Y方向へ偏芯誤差ε2だけずれる。これを受けて第1センサ222a、第2センサ222bからは共にエンコーダスケール222cの中心が遠ざかる。これにより図9(c)より、第1センサ222aの出力信号の半周期はT12になり、第2センサ222bの出力信号の半周期はT22になる。
各荷重は無負荷時の第1センサ222aの出力信号の半周期T10の時間差ΔTの大きさと、各センサの出力信号の半周期T10、T20を差引いた計算値の+、−符号から算出する。
例えば荷重Fr1の場合は、無負荷時の出力信号T10との時間差ΔT1は下記式、
また、荷重Fr2の場合は、無負荷時の出力信号T10との時間差ΔT2は下記式、
以上の様に予め減速機の出力軸に加わる荷重とその時の第1センサ222a、第2センサ222bの出力信号を計測、記憶しておくことで、未知の荷重を受けた際に記憶した値との差分から計測が可能となる。
図7に戻り、図8、図9を用いて説明した方法により、荷重計測部401fは第1センサ222a、第2センサ222bから取得した出力信号の周期差ΔTと、周期差を算出した際の符号の組み合わせから予め記憶していた荷重と比較することで荷重が算出される。そして荷重記憶部401gはフレックススプライン242bが刻々と受ける荷重とその頻度を積算演算し記憶する。
図10は減速機242の出力軸282に生じる方向の荷重の発生パターンを表す。時間t1の間で減速機242のフレックススプライン242bに生じる方向の荷重はFr1である。その後フレックススプライン242bは時間t2の間で一定量の負荷Fr2を受け、時間t3の間ではFr3、時間t4の間でFr4、時間tnではFrnの荷重が掛かる。荷重記憶部401gでは荷重の大きさとその荷重が生じた頻度を積算し記憶している。
寿命診断部401eは、フレックススプライン242bが疲労限度と呼ばれる材料の疲労破壊に至る応力の限界値FrSと荷重負荷記憶部401gで記憶している荷重の大きさと頻度の積算値とを比較する。記憶しておいた応力限界値FrSと計測した荷重積算値を第1の実施形で述べたように比較することで荷重での寿命推定演算を行う。
そして第1の実施形態で示したひずみ記憶部401dからのひずみ量Δθの積算値を元にした推定寿命値と荷重記憶部401gからの荷重Frの積算値を元にした推定寿命値のいずれか一方において寿命が近づいた場合、作業者に通知する。寿命診断部401eは算出した負荷トルクから算出した推定寿命値と荷重から算出した推定寿命値両方を表示し作業者に確認させても良い。
以上より、ロボットアーム本体200の関節に配置された減速機のフレックススプラインに掛る荷重を、出力軸エンコーダのエンコーダスケール回転時の偏芯誤差εとして第1および第2の角度センサの出力値から測定することができる。よって測定した負荷トルクと荷重の大きさと頻度の積算値を記録し減速機内の寿命推定をすることができ、より減速機の状態を高精度に通知することが可能となる。
上述した種々の実施形態の処理手順は具体的には制御装置400により実行されるものとして説明した。しかし、上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を外部入力装置6に搭載させて実施しても良い。従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体、通信装置は本発明を構成することになる。
また、上記実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がROM或いはRAMであり、ROM或いはRAMに制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。
本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、HDD、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。
(その他の実施形態)
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体200が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体200が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体200の構成例を各実施形態の例図により示したが、これに限定されるものではなく、当業者において任意に設計変更が可能である。また、ロボットアーム本体200に設けられる各モータは、上述の構成に限定されるものではなく、各関節を駆動する駆動源は例えば人工筋肉のようなデバイス等であってもよい。
また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。
100 ロボット装置
200 ロボットアーム本体
201、202、203、204、205、205 リンク
210 基台
211、212、213、214、215、216 モータ
222 出力軸エンコーダ
222a 第1センサ
222b 第2センサ
222c エンコーダスケール
232 入力軸エンコーダ
242 減速機
242a ウェーブジェネレータ
242b フレクススプライン
242c サーキュラスプライン
252 モータ回転軸
262a 駆動プーリ
262b 従動プーリ
272 ベルト
282 出力軸
292 入力軸
400 制御装置
401b 角度誤差演算部
401c ひずみ計測部
401d ひずみ記憶部
401e 寿命診断部
401f 荷重計測部
401g 荷重記憶部
200 ロボットアーム本体
201、202、203、204、205、205 リンク
210 基台
211、212、213、214、215、216 モータ
222 出力軸エンコーダ
222a 第1センサ
222b 第2センサ
222c エンコーダスケール
232 入力軸エンコーダ
242 減速機
242a ウェーブジェネレータ
242b フレクススプライン
242c サーキュラスプライン
252 モータ回転軸
262a 駆動プーリ
262b 従動プーリ
272 ベルト
282 出力軸
292 入力軸
400 制御装置
401b 角度誤差演算部
401c ひずみ計測部
401d ひずみ記憶部
401e 寿命診断部
401f 荷重計測部
401g 荷重記憶部
Claims (12)
- 駆動源と、
減速機と、
前記駆動源の回転軸または前記減速機の入力軸の回転角度を検出する第1の角度検出部と、
前記減速機の出力軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、
前記第1の角度検出部と前記第2の角度検出部とに基づき、前記減速機にかかる力を算出し、前記力に基づき前記減速機の状態を通知する制御部と、を備える、
ことを特徴とする駆動装置。 - 請求項1に記載の駆動装置において、
前記制御部は、
前記力に基づき前記減速機の変形量を算出し、前記力と前記変形量に基づき前記減速機の状態を通知する、
ことを特徴とする駆動装置。 - 請求項2に記載の駆動装置において、
前記制御部は、
前記所定の力または前記変形量の値が所定の値となった回数に基づき前記減速機の状態を通知する、
ことを特徴とする駆動装置。 - 請求項3に記載の駆動装置において、
前記制御部は、
前記回数が、所定の回数となった場合、前記減速機は使用できない、と通知する、
ことを特徴とする駆動装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の駆動装置において、
前記力は前記出力軸の回転方向にかかるトルクであり、
前記変形量は前記出力軸の回転方向に生じるたわみである、
ことを特徴とする駆動装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の駆動装置において、
前記力は前記出力軸の回転軸に直行する方向にかかる荷重であり、
前記変形量は前記回転軸における前記直行する方向の変位である、
ことを特徴とする駆動装置。 - 請求項6に記載の駆動装置において、
前記第2の角度検出部は、第1センサと第2センサとを備え、
前記制御部は、
前記第1センサと前記第2センサの出力信号の周期に基づいて前記荷重を算出する、
ことを特徴とする駆動装置。 - 駆動源と、
減速機と、
前記駆動源の回転軸または前記減速機の入力軸の回転角度を検出する第1の角度検出部と、
前記減速機の出力軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
制御部が、
前記第1の角度検出部と前記第2の角度検出部とに基づき、前記減速機にかかる力を算出し、前記力に基づき前記減速機の状態を通知する、
ことを特徴とする制御方法。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の駆動装置を備えたロボット装置。
- 請求項9に記載のロボット装置を用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。
- 請求項8に記載の制御方法を実行可能な制御プログラム。
- 請求項11に記載の制御プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019196808A JP2021070078A (ja) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 駆動装置、駆動装置の制御方法、ロボット装置、物品の製造方法、制御プログラム及び記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019196808A JP2021070078A (ja) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 駆動装置、駆動装置の制御方法、ロボット装置、物品の製造方法、制御プログラム及び記録媒体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021070078A true JP2021070078A (ja) | 2021-05-06 |
Family
ID=75714164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019196808A Pending JP2021070078A (ja) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 駆動装置、駆動装置の制御方法、ロボット装置、物品の製造方法、制御プログラム及び記録媒体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021070078A (ja) |
-
2019
- 2019-10-29 JP JP2019196808A patent/JP2021070078A/ja active Pending
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