專利名稱：減速器的異常判定方法、裝置和機(jī)器人及機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置在負(fù)載與馬達(dá)之間并將馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩傳遞給負(fù)載的減速器的異常判定方法及異常判定裝置，而且還涉及具備異常判定裝置的機(jī)器人及機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在多關(guān)節(jié)型的工業(yè)用機(jī)器人等中，普遍呈如下構(gòu)成，通過(guò)減速器將各關(guān)節(jié)軸的驅(qū)動(dòng)源即馬達(dá)的動(dòng)力傳遞給各關(guān)節(jié)軸。想通過(guò)如此構(gòu)成的各關(guān)節(jié)軸的驅(qū)動(dòng)來(lái)將安裝在機(jī)器人頂端部的各種末端執(zhí)行器移動(dòng)到規(guī)定位置。在所涉及的工業(yè)用機(jī)器人中，通過(guò)尤其對(duì)驅(qū)動(dòng)系進(jìn)行定期的維修作業(yè)，從而可以持續(xù)進(jìn)行順滑的動(dòng)作。但是，在機(jī)器人本體與周邊裝置之間發(fā)生預(yù)期不到的干涉時(shí)，或者在搭載有超過(guò)額定負(fù)載的重量的末端執(zhí)行器的狀態(tài)下持續(xù)進(jìn)行動(dòng)作時(shí)等，與定期的維修作業(yè)的時(shí)期相比，包括馬達(dá)或減速器的驅(qū)動(dòng)系更快地老化，有可能在構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系的機(jī)械部件上發(fā)生故障或破損。在驅(qū)動(dòng)系的構(gòu)成部件上存在異常的機(jī)器人由于定位精度等降低而不能進(jìn)行規(guī)定的作業(yè)。因此，不得不停止生產(chǎn)線而進(jìn)行改修，對(duì)利用機(jī)器人的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生很大的影響。 由此需要用于盡早地發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系的老化癥狀的異常判定技術(shù)、壽命診斷技術(shù)。通過(guò)正確地診斷機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系部件的壽命，從而能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行維修更換部件，除了能夠削減維修費(fèi)或備品之外，使機(jī)器人發(fā)生異常而對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生影響的風(fēng)險(xiǎn)降低。由此提出有檢測(cè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系的老化癥狀的各種技術(shù)。存在如下機(jī)器人的故障預(yù)知診斷方法(例如參照專利文獻(xiàn)1)，該方法的特征為， 在機(jī)器人的正常狀態(tài)下，通過(guò)使機(jī)器人以基準(zhǔn)動(dòng)作模式進(jìn)行動(dòng)作，從而儲(chǔ)存關(guān)于此時(shí)的機(jī)器人構(gòu)成要素的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，接著使機(jī)器人運(yùn)行所需時(shí)間之后，再次使機(jī)器人以相同的基準(zhǔn)動(dòng)作模式進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)關(guān)于此時(shí)的機(jī)器人構(gòu)成要素的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)該比較結(jié)果來(lái)預(yù)知并診斷機(jī)器人的故障。作為不使用基準(zhǔn)動(dòng)作模式的例子，存在如下機(jī)器人老化診斷裝置(例如參照專利文獻(xiàn)幻，經(jīng)過(guò)一定期限就積存循環(huán)時(shí)間、平均轉(zhuǎn)矩或減速器壽命等使用于老化診斷的特性數(shù)據(jù)群，用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)這些進(jìn)行分析，從而在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系的壽命結(jié)束之前或者在構(gòu)成機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系的減速器等的部件的更換時(shí)間到來(lái)之前檢測(cè)老化的征兆。另外，公開有如下方法(例如參照專利文獻(xiàn)3)，取得稱之為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的機(jī)器人出貨狀態(tài)的數(shù)據(jù)(轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù))，在實(shí)際運(yùn)行中也相同地取得轉(zhuǎn)矩信息的數(shù)據(jù)，用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)這些進(jìn)行處理，從而診斷故障。專利文獻(xiàn)1 日本國(guó)特開昭63-123105號(hào)公報(bào)(第1_3頁(yè))專利文獻(xiàn)2 日本國(guó)特開2005-148873號(hào)公報(bào)(第1_3頁(yè))專利文獻(xiàn)3 日本國(guó)特開2007-172150號(hào)公報(bào)(第3-5頁(yè)、圖3)但是，在專利文獻(xiàn)1的方法中，為了收集使用于工業(yè)用機(jī)器人的壽命診斷的數(shù)據(jù)而需要使機(jī)器人再現(xiàn)基準(zhǔn)動(dòng)作模式。即，為了得到所希望的數(shù)據(jù)而需要執(zhí)行專用的動(dòng)作程序的時(shí)間、空間，在工廠的生產(chǎn)線上進(jìn)行這些則受較大的時(shí)間、空間的限制。如專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3所示，也公開有代替基準(zhǔn)動(dòng)作模式而使用實(shí)際的機(jī)器人的作業(yè)用程序的方法，但是，在實(shí)際的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中根據(jù)機(jī)器人的使用目的而由作業(yè)用程序產(chǎn)生的動(dòng)作呈各式各樣，尤其在機(jī)器人的姿勢(shì)產(chǎn)生的影響較大的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)中，很難認(rèn)為始終能夠取得理想的數(shù)據(jù)。尤其在專利文獻(xiàn)3中，未考慮作用于機(jī)器人的重力對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，將不存在重力影響的理想的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)考慮在內(nèi)，因此在轉(zhuǎn)用于實(shí)際的工業(yè)用機(jī)器人時(shí)存在較多的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種不需要專用的動(dòng)作程序的情況下在執(zhí)行通常的作業(yè)用程序的同時(shí)能夠高精度且簡(jiǎn)單地抽出用于工業(yè)用機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系的異常判定或壽命診斷的數(shù)據(jù)的方法和裝置。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明如下構(gòu)成。技術(shù)方案1所記載的發(fā)明為對(duì)如下減速器判定其異常的方法，該減速器安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)軸的驅(qū)動(dòng)源即馬達(dá)上，對(duì)由所述馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行增幅而傳遞到所述機(jī)器人的臂上，其特征為，對(duì)于從按照根據(jù)所述機(jī)器人的動(dòng)作程序所生成的位置指令來(lái)控制所述馬達(dá)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器輸出到所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，在從所述轉(zhuǎn)矩信號(hào)中除去重力補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩及由所述機(jī)器人的其他軸施加的干涉力轉(zhuǎn)矩之后應(yīng)用高通濾波器，根據(jù)被抽出的所述減速器的振動(dòng)成分來(lái)判定所述減速器的異常。技術(shù)方案2所記載的發(fā)明的特征為，對(duì)在應(yīng)用所述高通濾波器之后的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的絕對(duì)值求出規(guī)定時(shí)間的平均值，對(duì)于所述平均值，在起始值與最近值的差大于預(yù)先規(guī)定的閾值時(shí)，判定為異常。技術(shù)方案3所記載的發(fā)明的特征為，所述動(dòng)作程序?yàn)槊枋鏊鰴C(jī)器人通常進(jìn)行的作業(yè)的作業(yè)用程序。技術(shù)方案4所記載的發(fā)明的特征為，所述高通濾波器的截止頻率可變更。技術(shù)方案5所記載的發(fā)明為對(duì)如下減速器判定其異常的裝置，該減速器安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)軸的驅(qū)動(dòng)源即馬達(dá)上，對(duì)由所述馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行增幅而傳遞到所述機(jī)器人的臂上，其特征為，對(duì)于從按照根據(jù)所述機(jī)器人的動(dòng)作程序所生成的位置指令來(lái)控制所述馬達(dá)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器輸出到所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，在從所述轉(zhuǎn)矩信號(hào)中除去重力補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩及由所述機(jī)器人的其他軸施加的干涉力轉(zhuǎn)矩之后應(yīng)用高通濾波器，根據(jù)被抽出的所述減速器的振動(dòng)成分來(lái)判定所述減速器的異常。技術(shù)方案6所記載的發(fā)明的特征為，對(duì)在應(yīng)用所述高通濾波器之后的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的絕對(duì)值求出規(guī)定時(shí)間的平均值，對(duì)于所述平均值，在起始值與最近值的差大于預(yù)先規(guī)定的閾值時(shí)，判定為異常。技術(shù)方案7所記載的發(fā)明的特征為，所述動(dòng)作程序?yàn)槊枋鏊鰴C(jī)器人通常進(jìn)行的作業(yè)的作業(yè)用程序。技術(shù)方案8所記載的發(fā)明的特征為，所述高通濾波器的截止頻率可變更。
技術(shù)方案9所記載的發(fā)明的特征為，具備權(quán)利要求5至8中的任意一項(xiàng)所述的減速器的異常判定裝置。技術(shù)方案10所記載的發(fā)明的特征為，具備權(quán)利要求9所述的機(jī)器人控制裝置與被所述機(jī)器人控制裝置所控制的機(jī)器人。根據(jù)本發(fā)明，機(jī)器人不需要為了進(jìn)行異常判定而執(zhí)行特別的動(dòng)作，在執(zhí)行通常的作業(yè)的同時(shí)能夠進(jìn)行減速器的異常判定。而且對(duì)于用于異常判定的馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，由于以除去重力補(bǔ)償或由來(lái)自其它軸的干涉轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的不必要的成分的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行異常判定，因此能夠以較高的可靠度來(lái)判定減速器的異常。


圖1是本發(fā)明涉及的機(jī)器人的側(cè)視圖。圖2是本發(fā)明涉及的異常判定裝置以及其周邊儀器的框圖。圖3是表示速度指令Vs與轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf的變化情形的波形圖。符號(hào)說(shuō)明1-位置控制部；2-速度控制部；3-電流放大部；4-速度轉(zhuǎn)換部；5、6、7_加法部； 8-機(jī)器人；9-機(jī)器人控制器；10-馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器；12-馬達(dá)；13-位置檢測(cè)器；14-減速器； 15-負(fù)載；30-異常判定裝置；31-異常判定部；32-報(bào)警部；33-轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)修正部；34-高通濾波器；50-減速器驅(qū)動(dòng)裝置。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在圖1中，8是該發(fā)明涉及的機(jī)器人，9是控制機(jī)器人8的機(jī)器人控制器。機(jī)器人8具備6個(gè)關(guān)節(jié)軸，在固定臺(tái)El的上面旋轉(zhuǎn)自如地配設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2。通過(guò)垂直地直立設(shè)置在固定臺(tái)El上的轉(zhuǎn)軸(未圖示)來(lái)旋轉(zhuǎn)自如地支撐旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2。在旋轉(zhuǎn)臺(tái) E2的頂部，通過(guò)軸Eh來(lái)旋轉(zhuǎn)自如地軸支撐長(zhǎng)尺寸的下臂E3的一端。在下臂E3的另一端上，通過(guò)軸E3a來(lái)旋轉(zhuǎn)自如地軸支撐上臂根部E4的一端。分別設(shè)置在下臂E3的兩端部的軸Eh與軸E3a相互平行，而且兩個(gè)軸Eh、E3a相對(duì)于在固定臺(tái)El上旋轉(zhuǎn)自如地軸支撐旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2的未圖示的轉(zhuǎn)軸在離開的位置正交。在上臂根部E4的下臂E3的相反側(cè)的直線部頂端，通過(guò)軸Ma來(lái)旋轉(zhuǎn)自如地軸支撐上臂頂端部E5的一端。分別設(shè)置在上臂根部E4的兩端部的軸E3a與軸E^在相互離開的位置正交。在上臂頂端部E5的另一端，通過(guò)軸Efe來(lái)旋轉(zhuǎn)自如地軸支撐手腕E6的后端。 分別設(shè)置在上臂頂端部E5的兩端部的軸E^與軸Efe在相互離開的位置正交。在手腕E6 的頂端，通過(guò)用虛線表示的轉(zhuǎn)軸來(lái)旋轉(zhuǎn)自如地支撐末端執(zhí)行器E7。支撐該末端執(zhí)行器E7的轉(zhuǎn)軸與軸肪a正交。通過(guò)旋轉(zhuǎn)型馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)圖1的機(jī)器人的各軸。在固定臺(tái)El與旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2之間，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2與下臂E3之間，在下臂E3與上臂根部E4之間，在上臂根部E4與上臂頂端部E5之間，在上臂頂端部E5與手腕E6之間及在手腕E6與末端執(zhí)行器E7之間的關(guān)節(jié)部或旋轉(zhuǎn)部，分別設(shè)有未圖示的減速器驅(qū)動(dòng)裝置。圖2是在圖1所示的機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸當(dāng)中關(guān)于1個(gè)軸的減速器驅(qū)動(dòng)裝置50
5及異常判定裝置30的框圖。在圖2中，異常判定裝置30將減速器驅(qū)動(dòng)裝置50作為判定對(duì)象。減速器驅(qū)動(dòng)裝置50具有驅(qū)動(dòng)負(fù)載15的馬達(dá)12 ；設(shè)置在負(fù)載15與馬達(dá)12之間， 通過(guò)降低由馬達(dá)12給予的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)增大轉(zhuǎn)矩而將馬達(dá)12的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力傳遞到負(fù)載15的減速器14 ；檢測(cè)馬達(dá)12的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的檢測(cè)器即位置檢測(cè)器13 ；及根據(jù)由位置檢測(cè)器13輸出的反饋信號(hào)來(lái)控制馬達(dá)12的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器10。如果以設(shè)置在固定臺(tái)El與旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2之間的減速器驅(qū)動(dòng)裝置50為例，則該負(fù)載15 相當(dāng)于對(duì)于固定臺(tái)El而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2，另外，如果以設(shè)置在下臂E3與上臂根部 E4之間的減速器驅(qū)動(dòng)裝置50為例，則該負(fù)載15相當(dāng)于對(duì)于下臂E3而在規(guī)定的角度內(nèi)以擺動(dòng)的方式被驅(qū)動(dòng)的上臂根部E4。在本實(shí)施例中，在圖2所示的各要素當(dāng)中，馬達(dá)12、位置檢測(cè)器13、減速器14、負(fù)載 15配置在機(jī)器人內(nèi)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器10或異常判定裝置30配置在機(jī)器人控制器內(nèi)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器10具有位置控制部1、速度控制部2、電流放大部3、速度轉(zhuǎn)換部4及3 個(gè)加法部5、6、7。從機(jī)器人控制器9內(nèi)的未圖示的指令部輸入到馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器10的位置指令值Xs，受位置控制部1與加法部5的位置控制，從位置控制部1成為速度指令Vs而輸出。 速度指令Vs受速度控制部2與加法部6的速度控制，從速度控制部2成為轉(zhuǎn)矩指令Ts而輸出。而且，該轉(zhuǎn)矩指令Ts受電流放大部3與加法部7的轉(zhuǎn)矩(電流)控制，作為從電流放大部3輸入到馬達(dá)12的驅(qū)動(dòng)電流而輸出。并且，輸入到電流放大部3的轉(zhuǎn)矩指令Ts及反饋到該轉(zhuǎn)矩指令Ts的轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf 都是電流值，但是由于在本實(shí)施例中將這些電流值用于表示馬達(dá)12的轉(zhuǎn)矩大小，因此使用
“轉(zhuǎn)矩” 一詞。另一方面，用位置檢測(cè)器13檢測(cè)馬達(dá)12的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由位置檢測(cè)器13輸出的位置檢測(cè)值作為位置反饋信號(hào)Xf而被反饋，通過(guò)加法部5來(lái)疊加于來(lái)自指令部的指令值Xs 上而修正指令值Xs。另外，由位置檢測(cè)器13輸出的位置檢測(cè)值被速度轉(zhuǎn)換部4轉(zhuǎn)換成速度檢測(cè)值Vf，作為速度反饋信號(hào)Vf而被反饋，通過(guò)加法部6來(lái)疊加于來(lái)自位置指令部1的速度指令Vs上而修正速度指令Vs。另外，從電流放大部3輸出的轉(zhuǎn)矩信號(hào)(檢測(cè)值)Tf,作為轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)Tf而被反饋，通過(guò)加法部7來(lái)疊加于來(lái)自速度控制部2的轉(zhuǎn)矩指令Ts上而修正轉(zhuǎn)矩指令Ts。異常判定裝置30將由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器10取得的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值Tf作為輸入。在異常判定部31中進(jìn)行減速器的異常判定，在判定成異常時(shí)通過(guò)報(bào)警部32來(lái)向外部輸出警報(bào)。在轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)修正部33中修正轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值Tf之后，在高通濾波器34中進(jìn)行過(guò)濾而輸入到異常判定部31。異常判定部31根據(jù)高通濾波器的輸出來(lái)進(jìn)行減速器的異常判定。圖3是用于說(shuō)明通過(guò)異常判定裝置30來(lái)進(jìn)行的減速器的異常判定方法的圖，以橫軸作為時(shí)間，示出速度指令(Vs)及轉(zhuǎn)矩信號(hào)(Tf)的變化情形。在本實(shí)施例中，不需要通過(guò)用于異常判定的專用的動(dòng)作程序來(lái)使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作，能夠通過(guò)用于使機(jī)器人通常所進(jìn)行的作業(yè)的動(dòng)作程序(作業(yè)用程序)來(lái)使其進(jìn)行動(dòng)作的同時(shí)進(jìn)行異常判定。作業(yè)用程序預(yù)先被示教，記錄在機(jī)器人控制器9內(nèi)的未圖示的非揮發(fā)性儲(chǔ)存裝置中。
圖3是抽出根據(jù)機(jī)器人作業(yè)用程序的動(dòng)作的一部分的圖，表示像進(jìn)行首先在以穩(wěn)定速度Vc使馬達(dá)12反轉(zhuǎn)后相同地以穩(wěn)定速度Vc進(jìn)行正轉(zhuǎn)而返回到原來(lái)位置這樣的動(dòng)作時(shí)的速度指令與轉(zhuǎn)矩信號(hào)。以馬達(dá)12為例，假設(shè)像圖1所示的機(jī)器人的軸E3a或軸肪3這樣伴隨動(dòng)作而承受重力影響的軸。向機(jī)器人發(fā)出的移動(dòng)指令受指令作為目標(biāo)的移動(dòng)目的地位置的位置指令Xs的指令。并且，作為給予移動(dòng)目的地位置的方法，存在根據(jù)絕對(duì)位置的絕對(duì)(absolute)位置指令與根據(jù)相對(duì)于現(xiàn)在位置的移動(dòng)量的增量(increment)(相對(duì))位置指令的2種方式，但是在本發(fā)明的情況下可采用任意一個(gè)方式。在圖3的tal時(shí)刻，指令部向馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器10發(fā)出位置指令值Xs (反轉(zhuǎn))的指令， 之后在ta2時(shí)刻，再次發(fā)出位置指令值Xs (正轉(zhuǎn))的指令。接收位置指令的馬達(dá)12開始旋轉(zhuǎn)，速度的絕對(duì)值逐漸變大，當(dāng)達(dá)到預(yù)先決定的規(guī)定速度(穩(wěn)定速度Vc)時(shí)(圖中的tbl時(shí)刻或tb2時(shí)刻)，保持該速度。之后，以接近目標(biāo)位置(移動(dòng)目的地位置fe)的方式推進(jìn)，當(dāng)從目標(biāo)位置向前面的位置(圖中的tcl時(shí)刻或 tc2時(shí)刻)推進(jìn)規(guī)定距離時(shí)，逐漸降低速度，以在到達(dá)目標(biāo)位置(Xs)時(shí)的速度剛好為0(圖中的tdl時(shí)刻或td2時(shí)刻)的方式進(jìn)行控制。在進(jìn)行這樣的控制時(shí)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf，在馬達(dá)12進(jìn)行加速時(shí)(tal tbl之間或 ta2 讓2之間)及進(jìn)行減速時(shí)(tcl tdl之間或tc2 td2之間)的值較大地發(fā)生變化，但是在穩(wěn)定速度Vc狀態(tài)(tbl tcl之間或tb2 tc2之間)下，值的變化比較小。在正在進(jìn)行這樣的動(dòng)作時(shí)，連接于馬達(dá)12的減速器14的固有振動(dòng)成分疊加于轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf上。當(dāng)減速器14發(fā)生異常時(shí)，該振動(dòng)成分極端地變大。另外普遍公知在減速器 14的時(shí)效老化過(guò)程中該振動(dòng)成分逐漸地變大。因此通過(guò)觀察機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作期間的轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf，能夠檢測(cè)出連接于馬達(dá)12的減速器14的異常。因此在異常判定裝置30中，在轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)修正部33中對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf進(jìn)行修正，之后在高通濾波器34中進(jìn)行過(guò)濾，當(dāng)該結(jié)果滿足后述的異常條件時(shí)，判定成在減速器14上發(fā)生了異常。如上所述，當(dāng)異常判定裝置30判定成在減速器14上發(fā)生了異常時(shí)，通過(guò)報(bào)警部 32向外部輸出警報(bào)。對(duì)在轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)修正部33中的修正方法進(jìn)行說(shuō)明。如從圖3的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的波形可知，即使在穩(wěn)定速度區(qū)域(圖3的tbl tcl之間或讓2 tc2之間)中，如專利文獻(xiàn)3的圖3所示，不成為轉(zhuǎn)矩逐漸接近零的狀態(tài)的情況較
^^ ο之所以這樣，是因?yàn)轳R達(dá)始終承受作用于負(fù)載15的重力的影響。為了成為轉(zhuǎn)矩逐漸接近零的狀態(tài)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸方向必須平行于鉛垂方向(重力方向)，如果以圖1所述的機(jī)器人為例，則難以認(rèn)為E2a、E3a、E4a、E5a這樣的軸持續(xù)采取上述姿勢(shì)。即在關(guān)于這些軸的轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf上也疊加有作用于負(fù)載的重力的影響。在圖3中將從該重力所受的影響表示為重力補(bǔ)償部分。而且，如圖3的(B)所示，不管該軸處于驅(qū)動(dòng)/未驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，由于該軸而位于機(jī)器人頂端側(cè)的負(fù)載(包括該軸前方的馬達(dá)12、減速器14、負(fù)載15等)進(jìn)行動(dòng)作，從而受該動(dòng)作的影響而產(chǎn)生作為干涉力的轉(zhuǎn)矩并疊加于轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf上。在圖3中將這些表示成其他軸干涉力。并且在圖3中表示在馬達(dá)12未進(jìn)行動(dòng)作期間發(fā)生了來(lái)自其他軸的干涉的情形，以便容易理解疊加有其他軸干涉力的情形。即，為了穩(wěn)定地抽出用于異常判定的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，首先必須從轉(zhuǎn)矩信號(hào)的數(shù)據(jù)中除去由重力補(bǔ)償部分與其他軸干涉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。在垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的多個(gè)軸當(dāng)中，對(duì)于作為目的的1個(gè)軸，作用于某1個(gè)軸的來(lái)自其他軸的干涉力能夠通過(guò)求出(從其他的軸分別作用的相互慣性)X (軸的加速度) 的總和來(lái)求出。如果將6軸機(jī)器人即機(jī)器人8的第1軸(圖1的固定臺(tái)El與旋轉(zhuǎn)臺(tái)E2之間的軸)為例，則如下求出來(lái)自其他軸的干涉力。對(duì)第1軸的干涉力轉(zhuǎn)矩=(來(lái)自第2軸的相互慣性X第2軸的加速度)+(來(lái)自第3軸的相互慣性X第3軸的加速度)+(來(lái)自第4軸的相互慣性X第4軸的加速度)+(來(lái)自第5軸的相互慣性X第5軸的加速度)+(來(lái)自第6軸的相互慣性X第6軸的加速度)即，從機(jī)器人的力學(xué)模型運(yùn)算隨時(shí)求出第2軸 第6軸的加速度與相互慣性，通過(guò)對(duì)這些進(jìn)行乘算后合計(jì)，從而能夠求出對(duì)第1軸的干涉力轉(zhuǎn)矩。在收集轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)時(shí)，如上述地求出在該時(shí)刻的由于其他軸的干涉而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩， 能夠通過(guò)從轉(zhuǎn)矩信號(hào)的數(shù)據(jù)中減去而得到適合于異常判定的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)。另外，施加于機(jī)器人的某1個(gè)軸的重力補(bǔ)償部分的轉(zhuǎn)矩，也能夠從機(jī)器人的力學(xué)模型運(yùn)算中隨時(shí)求出。如果以軸E3a為例，則考慮與軸E3a相比更靠近末端執(zhí)行器側(cè)的軸的聯(lián)桿重量、臂的姿勢(shì)與長(zhǎng)度而且末端執(zhí)行器的重量及大小而求出作用于處于動(dòng)作中的某個(gè)姿勢(shì)的軸E3a 旋轉(zhuǎn)中心的重力力矩。由于該重力力矩是施加于軸E3a的重力方向轉(zhuǎn)矩，因此能夠通過(guò)從轉(zhuǎn)矩信號(hào)的數(shù)據(jù)中減去該轉(zhuǎn)矩部分來(lái)得到適合于異常判定的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)。作用于軸E3a旋轉(zhuǎn)中心的重力力矩的計(jì)算方法如下。將機(jī)器人的各軸與末端執(zhí)行器所持有的重量作為“聯(lián)桿頂端重量”，從臂的姿勢(shì)與長(zhǎng)度、末端執(zhí)行器的重量及大小來(lái)求出“聯(lián)桿頂端重量”的作用點(diǎn)相對(duì)于軸E3a旋轉(zhuǎn)中心距離多遠(yuǎn)。由于重力力矩=旋轉(zhuǎn)中心到作用點(diǎn)的距離X施加于質(zhì)點(diǎn)中心的重力，因此將以上的要數(shù)套用于下式來(lái)計(jì)算。作用于軸E3a的重力力矩=(從第3軸(E3)承受的重力力矩)+(從第4軸(E4)承受的重力力矩)+(從第5軸(E5)承受的重力力矩)+(從第6軸(E6)承受的重力力矩)+(從第7軸(E7)承受的重力力矩)由該重量補(bǔ)償部分產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也與干涉力相同地從轉(zhuǎn)矩信號(hào)的數(shù)據(jù)中減去，之后輸入到高通濾波器34中。以上是在轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)修正部33中進(jìn)行的處理。在減速器的異常判定中，成為判定材料的轉(zhuǎn)矩振動(dòng)成分是由來(lái)于減速器的相對(duì)地頻率較高的成分。通過(guò)高通濾波器34來(lái)從轉(zhuǎn)矩信號(hào)中除去伴隨機(jī)器人的姿勢(shì)變化的較平緩的電流變化，只使頻率較高的成分通過(guò)。最適合于高通濾波器的截止頻率雖然隨著機(jī)器人的大小或各軸的減速器驅(qū)動(dòng)裝置的不同而發(fā)生變動(dòng)，但是其值是數(shù)Hz到數(shù)十Hz左右的值。在減速器14中發(fā)生異常時(shí)所計(jì)測(cè)到的振動(dòng)成分的頻率較高，因此通過(guò)高通濾波器34。其結(jié)果，頻率較高的減速器14的振動(dòng)成分與其他信號(hào)相比更顯著地顯現(xiàn)，需要檢測(cè)的減速器14的振動(dòng)成分變得容易監(jiān)視，能夠進(jìn)行更高精度的異常判定。而且，只抽出振幅較大的頻率，根據(jù)該信號(hào)水準(zhǔn)的大小來(lái)進(jìn)行異常判定，從而也能夠進(jìn)行更高精度的異常判定。高通濾波器如下，每次增加次數(shù)則想要抽出的頻率的成分也稍微衰減。即，為了在極力留下想要抽出的轉(zhuǎn)矩成分的同時(shí)除去在異常判定中不需要的轉(zhuǎn)矩成分，對(duì)截止頻率或通過(guò)高通濾波器的次數(shù)進(jìn)行參數(shù)化，對(duì)每個(gè)監(jiān)視對(duì)象進(jìn)行調(diào)整比較有效。在此，也可以通過(guò)控制器9的CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)異常判定裝置30，像連接于控制器9的個(gè)人電腦等那樣也可以設(shè)置在控制器9的外部。在此，示出異常判定的條件。保存初始測(cè)定的結(jié)果，根據(jù)該初始結(jié)果來(lái)決定被許可的變化范圍，將此定為閾值， 采用在最近的測(cè)定結(jié)果超過(guò)閾值時(shí)判定異常的方法。(1)在任意定下的時(shí)間內(nèi)，收集通過(guò)高通濾波器34來(lái)處理后的轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf值的絕對(duì)值。(2)從收集的Tf數(shù)據(jù)中求出平均值而作為振動(dòng)成分Tave。(3)在出貨時(shí)進(jìn)行初始測(cè)定，將此時(shí)的轉(zhuǎn)矩振動(dòng)成分的平均值Ti的結(jié)果記錄于儲(chǔ)存單元中。(4)轉(zhuǎn)矩的現(xiàn)在測(cè)定值Tave-初始測(cè)定值Ti >閾值Vsh在滿足以上條件時(shí)判定為異常。并且，在此的閾值Vsh是預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)上限許可值。從報(bào)警部32發(fā)出的警報(bào)例如是通過(guò)蜂鳴器的報(bào)警，或者是在操作面板上的表示， 或者是聲音廣播，或者是紅燈的點(diǎn)亮，能夠采用適當(dāng)?shù)姆绞?。另外，也可以是向系統(tǒng)管理室或系統(tǒng)管理裝置發(fā)出的報(bào)告信號(hào)。根據(jù)這樣構(gòu)成的減速器的異常判定裝置30，將從馬達(dá)12檢測(cè)出的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值Tf 作為輸入，由于具有對(duì)減速器14進(jìn)行異常判定處理的異常判定部31，因此能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的構(gòu)成來(lái)高可靠度地判定減速器的異常。而且，由于具有根據(jù)異常判定部31的異常判定輸出來(lái)向外部輸出警報(bào)的報(bào)警部 32，因此能夠通報(bào)給操作員等周圍的人員或系統(tǒng)管理室的人員，能夠迅速地應(yīng)對(duì)異常。并且，在本實(shí)施例中，雖然關(guān)于對(duì)多關(guān)節(jié)型工業(yè)用機(jī)器人中的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)12 的異常判定進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明不局限于這些，如果是具有馬達(dá)12、減速器14及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器10的伺服控制裝置，則作為判定該伺服控制裝置的減速器14的異常的裝置，能夠應(yīng)用本實(shí)施例的異常判定裝置。
權(quán)利要求
1.一種減速器的異常判定方法，其為對(duì)如下減速器判定其異常的方法，該減速器安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)軸的驅(qū)動(dòng)源即馬達(dá)上，對(duì)由所述馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行增幅而傳遞到所述機(jī)器人的臂上，其特征為，對(duì)于從按照根據(jù)所述機(jī)器人的動(dòng)作程序所生成的位置指令來(lái)控制所述馬達(dá)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器輸出到所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，在從所述轉(zhuǎn)矩信號(hào)中除去重力補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩及由所述機(jī)器人的其他軸施加的干涉力轉(zhuǎn)矩之后應(yīng)用高通濾波器，根據(jù)被抽出的所述減速器的振動(dòng)成分來(lái)判定所述減速器的異常。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減速器的異常判定方法，其特征為，對(duì)在應(yīng)用所述高通濾波器之后的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的絕對(duì)值求出規(guī)定時(shí)間的平均值， 對(duì)于所述平均值，在起始值與最近值的差大于預(yù)先規(guī)定的閾值時(shí)，判定為異常。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減速器的異常判定方法，其特征為， 所述動(dòng)作程序?yàn)槊枋鏊鰴C(jī)器人通常進(jìn)行的作業(yè)的作業(yè)用程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減速器的異常判定方法，其特征為， 所述高通濾波器的截止頻率可變更。
5.一種減速器的異常判定裝置，其為對(duì)如下減速器判定其異常的裝置，該減速器安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)軸的驅(qū)動(dòng)源即馬達(dá)上，對(duì)由所述馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行增幅而傳遞到所述機(jī)器人的臂上，其特征為，對(duì)于從按照根據(jù)所述機(jī)器人的動(dòng)作程序所生成的位置指令來(lái)控制所述馬達(dá)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器輸出到所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，在從所述轉(zhuǎn)矩信號(hào)中除去重力補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩及由所述機(jī)器人的其他軸施加的干涉力轉(zhuǎn)矩之后應(yīng)用高通濾波器，根據(jù)被抽出的所述減速器的振動(dòng)成分來(lái)判定所述減速器的異常。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的減速器的異常判定裝置，其特征為，對(duì)在應(yīng)用所述高通濾波器之后的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的絕對(duì)值求出規(guī)定時(shí)間的平均值， 對(duì)于所述平均值，在起始值與最近值的差大于預(yù)先規(guī)定的閾值時(shí)，判定為異常。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的減速器的異常判定裝置，其特征為，所述動(dòng)作程序?yàn)槊枋鏊鰴C(jī)器人通常進(jìn)行的作業(yè)的作業(yè)用程序。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的減速器的異常判定裝置，其特征為， 所述高通濾波器的截止頻率可變更。
9.一種機(jī)器人控制裝置，其特征為，具備權(quán)利要求5至8中的任意一項(xiàng)所述的減速器的異常判定裝置。
10.一種機(jī)器人系統(tǒng)，其特征為，具備權(quán)利要求9所述的機(jī)器人控制裝置與被所述機(jī)器人控制裝置所控制的機(jī)器人。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在執(zhí)行通常的作業(yè)用程序的同時(shí)能夠高精度且簡(jiǎn)單地抽出用于對(duì)工業(yè)用機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系的異常判定或壽命診斷的數(shù)據(jù)的方法和裝置。具體而言，對(duì)于從按照根據(jù)機(jī)器人(8)的動(dòng)作程序所生成的位置指令Xs來(lái)控制馬達(dá)(12)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器(10)輸出到馬達(dá)(12)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf，在從轉(zhuǎn)矩信號(hào)Tf中除去重力補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩及由機(jī)器人的其他軸施加的干涉力轉(zhuǎn)矩之后應(yīng)用高通濾波器(34)，根據(jù)被抽出的減速器(14)的振動(dòng)成分來(lái)判定減速器(14)的異常。
文檔編號(hào)B25J9/16GK102431043SQ20111026551
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者中西光章, 池田耕一郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)