專利名稱：減速器異常診斷方法及減速器異常診斷裝置的制作方法
技術領域：
裝置，該減速器具有位于輸入軸和輸出軸的中間傳遞旋轉(zhuǎn)，并與上述輸入軸的 旋轉(zhuǎn)成比例地旋轉(zhuǎn)的中間軸構(gòu)件，例如用于使與內(nèi)齒輪嚙合的外齒輪進行偏心 旋轉(zhuǎn)的曲軸。
背景技術：
作為減速器異常診斷方法，有基于安裝在診斷對象部分上的傳感器的信息 來診斷減速器的異常的方法。該診斷方法在能夠無破壞地發(fā)現(xiàn)機器人或機床等
的異常上是非常有效的方法，但另一方面由于成為產(chǎn)生異常后的事后發(fā)現(xiàn)而存 在各種不妥。例如，修理減速器直到使機器人恢復要花費非常多的時間。另夕卜，
在生產(chǎn)現(xiàn)場，在機器人等運轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)異常的場合，直到機器人恢復必須停止生產(chǎn)線。
于是，作為通過事先預知異常，而能避免上述問題的異常診斷方法的一例，
已知特開平5 - 52712號公報所公開的方法。該發(fā)現(xiàn)方法利用設在機器人的自 由端上的振動傳感器來檢測作為診斷對象的關節(jié)部的振動模式，并將檢測出的 振動模式與正常的機器人的振動模式進行比較，通過判斷其比較結(jié)果來事先預 知關節(jié)部的異常。關節(jié)部的異常是由軸承或齒輪或減速器的磨損惡化等引起的 異常。關節(jié)部的異常通過比較異常時與正常時的振動波形的頻率成分的平均 值、峰值等來進行診斷。
在上述現(xiàn)有方法中，由于利用傳感器檢測出的信號包括各種噪聲，因此不 能直接只取出對關節(jié)部的診斷有效的信號，會擔心不能從檢測出的信號準確預 知異常的發(fā)生。換言之，在現(xiàn)有的方法中，若由傳感器檢測出的信號的頻率成 分與正常時的頻率成分的差較大則可認為臨近故障，但是在診斷檢測信號中包 括噪聲等的場合，成為反映關節(jié)部的異常的信號和噪聲混雜的狀態(tài)，恐怕不能
明確區(qū)別關節(jié)部的異常時和正常時的不同。
另夕卜，由于由傳感器;^企測出的信號受重力的影響而發(fā)生變化，因此根據(jù)關 節(jié)部的位置、姿勢，檢測出的信號的大小不穩(wěn)定，從而存在診斷結(jié)果的可靠性 差的問題。
還有，需要在機器人或機床上安裝用于檢測異常的傳感器，存在額外增加 相當于傳感器購入費用的部分的成本的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種通過引入定量的判斷基準，能夠準確進行異常 的診斷，由此能夠提高機械的運轉(zhuǎn)率而改善生產(chǎn)率的減速器異常診斷方法及減 速器異常診斷裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明的減速器異常診斷方法的一個方案，在診斷具 有位于輸入軸和輸出軸的中間傳遞旋轉(zhuǎn)，并與上述輸入軸的旋轉(zhuǎn)成比例地旋轉(zhuǎn) 的中間軸構(gòu)件的減速器的異常的減速器異常診斷方法中，基于在將電機作為驅(qū) 動源相對旋轉(zhuǎn)運動的 一對被驅(qū)動部件以 一定速度相對旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩指令值和 速度反饋，利用觀測器推定與上述減速器相關的干擾推定值，從通過頻率分析
數(shù)倍對應的特定頻譜，比較該特定頻譜的振幅與闊值，將上述特定頻譜的振幅 超過上述閾值的場合診斷為異常，將上述特定頻譜的振幅與上述閾值相同或比 其小的場合診斷為正常。
根據(jù)該發(fā)明，通過使用反映減速器的動作狀態(tài)的干擾推定值來進行診斷， 能夠排除噪聲包含于數(shù)據(jù)中的情況，由此，可以直接且準確地診斷減速器的異 常。另外，由于干擾推定值由觀測器來推定，因此能夠取得不包括重力的影響 的數(shù)據(jù)，由此，不受機器人或機床等的位置、姿勢的影響，可以準確診斷減速 器的異常。通過以與中間軸構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)頻率的常數(shù)倍對應的頻率取出干擾推定 值的特定頻譜，可以進行用于診斷減速器的異常的最佳頻譜取樣。從而，基于 定量的判斷基準，可以準確實施減速器的異常的診斷。由此，能夠提高機械的 運轉(zhuǎn)率而改善生產(chǎn)率。
本發(fā)明的減速器異常診斷方法的其他方案，在診斷具有位于輸入軸和輸出 軸的中間傳遞旋轉(zhuǎn)，并與上述輸入軸的旋轉(zhuǎn)成比例地旋轉(zhuǎn)的中間軸構(gòu)件的減速 器的異常的減速器異常診斷方法中，基于在將電機作為驅(qū)動源相對旋轉(zhuǎn)運動的
一對被驅(qū)動部件相對旋轉(zhuǎn)時的速度反饋求出加速度，從通過頻率分析得到的上
定頻譜，比較該特定頻譜的振幅與閾值，將上述特定頻譜的振幅超過上述閾值 的場合診斷為異常，將上述特定頻譜的振幅與上述閾值相同或比其小的場合診 斷為正常。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用反映減速器的動作狀態(tài)的加速度，也可以準確診斷 減速器的異常。從而，得到與上述發(fā)明同樣的效果，基于定量的判斷基準，可 以準確進行減速器的異常的診斷。
另夕卜，在減速器異常診斷方法中，上述閾值相當于在上述中間軸構(gòu)件正常 時，從通過頻率分析得到的上述干擾推定值或上述加速度的頻率成分中，與上
由此，在特定頻譜的振幅與閾值相同或比其小時，可以判斷減速器正常。 相反，在特定頻譜的振幅超過閾值時，可以判斷減速器異常。
另外，在本發(fā)明的減速器異常診斷裝置的一個方案中，在診斷具有位于輸 入軸和輸出軸的中間傳遞旋轉(zhuǎn)，并與上述輸入軸的旋轉(zhuǎn)成比例地旋轉(zhuǎn)的中間軸
構(gòu)件的減速器的異常的減速器異常診斷裝置中，具有基于在將電機作為驅(qū)動 源相對旋轉(zhuǎn)運動的一對被驅(qū)動部件以一定速度相對旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩指令值和速 度反饋，推定與上述減速器相關的干擾推定值的觀測器；從上述干擾推定值的
語特定部；以及，比較上述頻譜特定部特定的上述特定頻譜的振幅與閾值，并
將上述特定頻譜的振幅超過上述闊值的場合診斷為異常，將上述特定頻譜的振
幅與上述閾值相同或比其小的場合診斷為正常的診斷部。


本發(fā)明的上述以及其他目的、特征及優(yōu)點，通過與附圖關聯(lián)的以下適當?shù)?實施方式的說明將更加明確。在同附圖中
圖1是包括本發(fā)明的減速器異常診斷裝置的一實施方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖； 圖2同樣是減速器異常診斷裝置的構(gòu)成圖； 圖3同樣是表示減速器異常診斷方法的處理流程的流程圖；以及 圖4是表示圖3的步驟S4的詳細內(nèi)容的說明圖。
具體實施例方式
以下使用附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式的具體例。圖l是包括本發(fā)明的
減速器異常診斷裝置的一實施方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖。減速器異常診斷裝置2是將 作為輸入軸的曲軸的故障等異常虛擬成未圖示的減速器的異常的診斷裝置，包 括控制機器人5的裝置主體3和在與裝置主體3之間進行信號的收發(fā)的終端裝 置4。由該減速器異常診斷裝置2和具有與電機一體的減速器的機器人5構(gòu)成 減速器異常診斷系統(tǒng)1。機器人5和裝置主體3通過動力線7和信號線8相互 電連接，裝置主體3和終端裝置4通過LAN電纜9相互電連接。以下說明各 構(gòu)成構(gòu)件。
機器人5為進行嵌合部件的嵌合作業(yè)而使用的一般機器人，包括底座10; 與底座IO連接的機體部ll;通過第一關節(jié)部12與機體部11連接的上臂部13; 通過第二關節(jié)部14與上臂部13連接的前臂部15;通過第三關節(jié)部16與前臂 部15連接的手腕構(gòu)件17;以及與手腕構(gòu)件17連接的機械手工具18。機械手 工具18具有相對的一對把持爪19a、 19b，可以在該一對把持爪19a、 19b之 間把持工件20。
第一、二、三關節(jié)部12、 14、 16是使通過各關節(jié)部相鄰的動作部件(被 驅(qū)動部件)相對進行旋轉(zhuǎn)動作的部分，具備具有減速器的電機。電機的旋轉(zhuǎn)被 減速器減速，使相鄰的動作部件相對進行旋轉(zhuǎn)動作。動作部件相當于上臂部 13、前臂部15、手腕構(gòu)件17。減速器是一般的減速器，具有固定設置在筒 壁上的內(nèi)齒輪；與該內(nèi)齒輪嚙合的外齒輪；以及與外齒輪嵌合而使外齒輪做偏 心旋轉(zhuǎn)的曲軸(中間軸構(gòu)件)。曲軸連接在電機的輸出軸上。內(nèi)齒輪齒數(shù)比外 齒輪多一個。因此，通過外齒輪與曲軸一起旋轉(zhuǎn)一周，使內(nèi)齒輪向反方向旋轉(zhuǎn) 相當于一個齒距的量。從而，在該減速機構(gòu)中，至少將外齒輪的齒數(shù)的倒數(shù)作 為減速比來對輸入旋轉(zhuǎn)進行減速。
通過電纜9與機器人5連接的裝置主體3是與現(xiàn)有裝置同樣的構(gòu)成，具有 未圖示的處理器、ROM、 RAM、非易失性存儲器、各種接口以及由發(fā)送控制 電路和接收控制電路等構(gòu)成的數(shù)字伺服電路。各種存儲器、各種接口、數(shù)字伺 服電路通過系統(tǒng)總線與處理器連接。數(shù)字伺服電路是基于反饋數(shù)據(jù)而對伺服電 機進行位置環(huán)路控制、速度環(huán)路控制，并且基于來自晶體管變換器等伺力"文大
器的電流反饋信號來進行電流環(huán)路控制的電路。在接口上可連接傳感器、顯示
監(jiān)視器、CCD攝像機等。
終端裝置4是相當于具有主體21和顯示器22的通用計算機的裝置，具有 推定干擾推定值的觀測器23;從干擾推定值的頻率成分中取出與曲軸的旋轉(zhuǎn) 頻率的常數(shù)倍對應的特定頻譜的頻譜特定部24;以及比較特定頻譜的振幅與 基于曲軸處于正常時的振幅的閾值來進行判斷的診斷部25。
在主體21中存儲有系統(tǒng)程序和動作程序等，在手動操作的場合，操作者 通過未圖示的鍵盤輸入必要的信息而啟動異常診斷動作程序，使觀測器23、 頻譜特定部24、診斷部24分別起作用。
觀測器23基于在通過電機做相對旋轉(zhuǎn)運動的一對動作部件以一定速度 ( 一定周期)相對旋轉(zhuǎn)時承^得的轉(zhuǎn)矩指令和速度反々赍，推定與減速器相關的干 擾轉(zhuǎn)矩(干擾推定值)。
頻譜特定部24從通過對干擾轉(zhuǎn)矩的時序數(shù)據(jù)進行頻率分析而得到的頻率 成分中，取出與"對動作部件以 一定速度相對旋轉(zhuǎn)時的曲軸的旋轉(zhuǎn)頻率的常數(shù) 倍對應的特定的對象頻譜(特定頻諳)。
診斷部25比較通過對曲軸正常動作時的干擾轉(zhuǎn)矩進行頻率分析而得到的 作為閾值的基準頻譜和頻譜特定部特定的對象頻譜，綜合性或選擇性地將對象 頻譜的振幅超過基準頻譜的場合診斷為異常，將診斷對象頻諉的振幅與基準頻 鐠的振幅相同或比其小的場合診斷為正常。
接著，以圖1所示的機器人5為對象，基于圖3的流程圖，按照流程圖說 明減速器的異常診斷方法。圖1所示的機器人5是具有3軸旋轉(zhuǎn)軸的機器人， 但為了說明的方便，著眼于任意軸的關節(jié)部進行異常診斷說明。
作為診斷對象的減速器具有前級及后級減速機構(gòu)，利用前級減速機構(gòu)將電 機輸出軸的N轉(zhuǎn)減速成曲軸的n轉(zhuǎn)，其次，利用后級減速機構(gòu)將曲軸的n轉(zhuǎn) 減速成輸出側(cè)(內(nèi)齒輪側(cè))的1轉(zhuǎn)。即，該減速器將電機的轉(zhuǎn)數(shù)以1/N的減 速比進行減速。
在步驟S1中，終端裝置4從裝置主體3以規(guī)定的每個取樣周期At接收速 度反饋值及轉(zhuǎn)矩指令值。在步驟S2中，利用觀測器23根據(jù)接收的速度反饋值
f旋轉(zhuǎn)周期同步的周期成分的干擾轉(zhuǎn)矩。在步
驟S3中，速度反饋值、轉(zhuǎn)矩指令值、推定的干擾轉(zhuǎn)矩作為時序數(shù)據(jù)存儲。
接著，在步驟S4中，取出速度反饋值v比闊值Lv大且關節(jié)部以一定速 度相對旋轉(zhuǎn)時的對象數(shù)據(jù)。圖4表示詳細表示對象數(shù)據(jù)取出過程的圖。如圖所 示，首先從速度反饋值算出加速度a。將該加速度a在一定取樣期間Td以上 的范圍內(nèi)連續(xù)收斂于預先設定的閾值La內(nèi)的場合，看作關節(jié)部以一定速度相 對旋轉(zhuǎn)的場合，取出該一定期間Td內(nèi)的干擾轉(zhuǎn)矩的時序數(shù)據(jù)。取出的干擾轉(zhuǎn) 矩的數(shù)據(jù)數(shù)量Np設為至少是將曲軸旋轉(zhuǎn)一周的周期Tp除以取樣周期A t的值 以上。即，數(shù)據(jù)數(shù)量Np為Tp/At以上。曲軸旋轉(zhuǎn)一周的周期作為曲軸的旋 轉(zhuǎn)頻率Vp的倒數(shù)算出。
接著，在步驟S5中，曲軸的旋轉(zhuǎn)頻率Vp通過在一定期間Td內(nèi)取出的最 初的速度反饋值vo上，乘上將曲軸的n轉(zhuǎn)除以電機輸出軸的N轉(zhuǎn)的值，即乘 上速度比n/N來算出(Vp = vox (n/N))。
在準備好必要的數(shù)據(jù)數(shù)量的干擾轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)排列后，在步驟S6中進行頻 率分析(傅立葉分析)，在步驟S7中，求出作為與曲軸的旋轉(zhuǎn)頻率Vp的整數(shù) 倍(Vp, 2xVp, 3xVp, Npx Vp)對應的周期成分而特定的對象頻譜的振幅 (F (1), F (2)， F (3),……，F(xiàn) (Np))。
另一方面，成為診斷的基準的基準頻譜，以同樣方法將在減速器正常(曲 軸正常)動作時的頻譜(FOl， F02, F03，……，F(xiàn)ON)上追加余量(余裕量) 的值作為闊值(Lfl， Lf2, LB,……，LfN)求出。另外，若較小地設定余量， 則可用于異常的發(fā)現(xiàn)(故障的發(fā)現(xiàn))，而不是異常的預知(故障的征兆)。
最后，在步驟S8中，比較診斷對象頻譜的振幅和基準頻譜的振幅，例如，
將只要有一個診斷對象頻譜的振幅超過基準頻譜的振幅的場合看作異常，在步 驟S9中輸出警報音。另外，若輸出警報音的同時還有緊急停止機器人的功能， 則可以作為發(fā)生故障時停止機器人5的裝置使用。
另外，在每個規(guī)定時間T定期啟動用于異常診斷的動作程序，算出診斷 對象頻譜的增量值，并將該增量值與作為基準的閾值進行比較，從而也可以進 行異常診斷。即，也可以將(這次的F(l)-上次的F(l)) /T、(這次的F
(2)-上次的F (2)) /T........(這次的F (Np)-上次的F (Np)) /T
用于判斷。
以上，根據(jù)本實施方式，通過使用干擾推定值來預知曲軸的異常，可以排 除噪聲的影響和重力的影響，并基于定量的判斷基準，可以直接且準確地預知 減速器的異常。而且，由于通過定期進行異常診斷，事先認識到曲軸的更換時
期，因此能夠大幅度提高機器人5的維修或恢復等的操作性。
另外，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，可以進4亍各種變更而實施。在本
實施方式中，對機器人5所具有的減速器的異常進行了診斷，但也可以診斷機
床或車輛所具有的減速器的異常。還有，在本實施方式中，基于根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令
和速度反饋推定的干擾推定值的頻率成分來診斷減速器的異常，但也可以基于
根據(jù)旋轉(zhuǎn)運動的一對動作部件以一定速度相對旋轉(zhuǎn)時的速度反饋算出的加速
度的頻率成分，來診斷減速器的異常。
再有，在本實施方式中，診斷減速器為異常的場合輸出警報音，但也可以
在顯示具有減速器的機器人5的模型的終端裝置4的顯示器22的畫面上，只
強調(diào)顯示表示減速器的部分來通知異常。
另外，在本實施方式中，通過鍵盤輸入必要的信息來啟動動作程序，但也
可以在顯示具有減速器的機器人5的模型的顯示器22的畫面上，將表示減速
器的部分用指示器等指定而啟動動作程序。
權(quán)利要求
1.一種減速器異常診斷方法，診斷具有位于輸入軸和輸出軸的中間傳遞旋轉(zhuǎn)，并與上述輸入軸的旋轉(zhuǎn)成比例地旋轉(zhuǎn)的中間軸構(gòu)件的減速器的異常，其特征在于，基于在將電機作為驅(qū)動源相對旋轉(zhuǎn)運動的一對被驅(qū)動部件以一定速度相對旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩指令值和速度反饋，利用觀測器(23)推定與上述減速器相關的干擾推定值，從通過頻率分析得到的上述干擾推定值的頻率成分中取出與上述中間軸構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)頻率的常數(shù)倍對應的特定頻譜，比較該特定頻譜的振幅與閾值，將上述特定頻譜的振幅超過上述閾值的場合診斷為異常，將上述特定頻譜的振幅與上述閾值相同或比其小的場合診斷為正常。
2. —種減速器異常診斷方法，診斷具有位于輸入軸和輸出軸的中間傳遞特征在于，基于在將電機作為驅(qū)動源相對旋轉(zhuǎn)運動的 一對被驅(qū)動部件相對旋轉(zhuǎn)時的 速度反饋求出加速度，從通過頻率分析得到的上述加速度的頻率成分中取出與上述中間軸構(gòu)件 的旋轉(zhuǎn)頻率的常數(shù)倍對應的特定頻譜，比較該特定頻譜的振幅與閾值，將上述特定頻譜的振幅超過上述閾值的場合診斷為異常，將上述特定頻譜 的振幅與上述閾值相同或比其小的場合診斷為正常。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減速器異常診斷方法，其特征在于， 上述閾值相當于在上述中間軸構(gòu)件正常時，從通過頻率分析得到的上述干擾推定值或上述加速度的頻率成分中，與上述中間軸構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)頻率的常數(shù)倍 對應地耳又出的頻譜的振幅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減速器異常診斷方法，其特征在于， 在上述特定頻譜的振幅超過上述闊值時，將上述減速器為異常的信息向外 部輸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的減速器異常診斷方法，其特征在于， 在顯示具有上述減速器的機器人(5)的模型的顯示裝置(22)的畫面上，通過只強調(diào)顯示表示上述減速器的部分通知異常。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減速器異常診斷方法，其特征在于， 在診斷上述減速器的異常時，在顯示具有上述減速器的機器人(5)的模型的顯示裝置(22)的畫面上，通過指定表示上述減速器的部分開始異常的診 斷。
7. —種減速器異常診斷裝置(2),診斷具有位于輸入軸和輸出軸的中間常，其特征在于，具有觀測器(23)，基于在將電機作為驅(qū)動源相對旋轉(zhuǎn)運動的一對被驅(qū)動部件 以 一定速度相對旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩指令值和速度反饋，推定與上述減速器相關的干 擾推定值；頻語特定部(24),從上述干擾推定值的頻率成分中取出與上述中間軸構(gòu) 件的旋轉(zhuǎn)頻率的常數(shù)倍對應的特定頻譜；以及，診斷部(25),比較上述頻譜特定部(24)特定的上述特定頻譜的振幅與 閾值，并將上述特定頻譜的振幅超過上述閾值的場合診斷為異常，將上述特定 頻譜的振幅與上述閾值相同或比其小的場合診斷為正常。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減速器異常診斷裝置，用于診斷具有位于輸入軸和輸出軸的中間傳遞旋轉(zhuǎn)，并與上述輸入軸的旋轉(zhuǎn)成比例地旋轉(zhuǎn)的中間軸構(gòu)件的減速器的異常，具有基于在將電機作為驅(qū)動源相對旋轉(zhuǎn)運動的一對被驅(qū)動部件以一定速度相對旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩指令值和速度反饋，在減速器的輸入側(cè)推定與減速器相關的干擾推定值的觀測器；從干擾推定值的頻率成分中取出與中間軸構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)頻率的常數(shù)倍對應的特定頻譜的頻譜特定部；以及，比較頻譜特定部特定的特定頻譜的振幅與閾值，并將特定頻譜的振幅超過閾值的場合診斷為異常，將特定頻譜的振幅與閾值相同或比其小的場合診斷為正常的診斷部。
文檔編號F16H1/00GK101114171SQ20071013914
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者加藤哲朗, 黑下彰喜 申請人:發(fā)那科株式會社