JP7103878B2 - Temperature estimation device and life evaluation device - Google Patents
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Description
本発明は、温度推定装置及び寿命評価装置に関する。 The present invention relates to a temperature estimation device and a life evaluation device.
従来、モータ電流およびモータ速度から伝達機構の摩擦係数を同定し、予め求められている摩擦係数と潤滑材(グリース)の温度との関係から潤滑材の温度を推定し、推定された潤滑材の温度を考慮して伝達機構の入力速度を補正し、補正された入力速度から潤滑材の寿命を評価する寿命評価装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載された寿命評価装置は、潤滑材の温度が伝達機構の摩擦係数のみから求められているため、誤差が大きく、寿命を正しく評価することができないという不都合がある。 Conventionally, the friction coefficient of the transmission mechanism is identified from the motor current and the motor speed, the temperature of the lubricant is estimated from the relationship between the friction coefficient obtained in advance and the temperature of the lubricant (grease), and the estimated lubricant is used. There is known a life evaluation device that corrects the input speed of the transmission mechanism in consideration of the temperature and evaluates the life of the lubricant from the corrected input speed (see, for example, Patent Document 1). The life evaluation device described in Patent Document 1 has an inconvenience that the temperature of the lubricant is obtained only from the friction coefficient of the transmission mechanism, so that an error is large and the life cannot be evaluated correctly.
そこで、この様な不都合を解消するために、モータの電流値に基づいて算出されたモータ発熱量及びモータの回転速度と該モータの動力を可動部に伝達する伝達機構の摩擦係数とに基づいて算出された該伝達機構における摩擦発熱量を用いて、伝達機構に用いられる潤滑材の温度を推定し、推定された潤滑材の温度に基づいて該潤滑材の寿命を推定する手法が提案されている。 Therefore, in order to eliminate such inconvenience, the amount of heat generated by the motor calculated based on the current value of the motor, the rotation speed of the motor, and the friction coefficient of the transmission mechanism for transmitting the power of the motor to the moving portion are used. A method has been proposed in which the temperature of the lubricant used in the transmission mechanism is estimated using the calculated frictional calorific value in the transmission mechanism, and the life of the lubricant is estimated based on the estimated temperature of the lubricant. There is.
前記手法において、潤滑材の温度の推定には、例えば以下に示す数1式等が用いられる。数1式において、Tは潤滑材の推定温度、T0は室温、添え字iは推定対象軸を含む推定対象軸の潤滑材温度に影響を与える軸番号、D1~D6は予め実験等により種々のパターンの動作を実行して各パターンにおけるグリース温度、室温、発熱量、減速機の移動速度および他の発熱源の発熱量のデータを取得して同定した係数、Eiはモータ発熱量W1iの係数、Fiは摩擦発熱量W2iの係数、W1はモータ発熱量、W2は摩擦発熱量、W3は空冷放熱量、W4は他の発熱源の発熱量を表わしている。しかしながら、この様な式を用いて潤滑材の温度を推定する場合、予めD1~D6、Ei、Fiを同定しておく必要がある。 In the above method, for example, the following equation (1) is used to estimate the temperature of the lubricant. In Equation 1, T is the estimated temperature of the lubricant, T 0 is the room temperature, subscript i is the axis number that affects the lubricant temperature of the estimated target axis including the estimated target axis, and D 1 to D 6 are experiments in advance. E i is the calorific value of the motor W 1i coefficient, F i is friction calorific value W 2i coefficient, W 1 is motor calorific value, W 2 is friction calorific value, W 3 is air-cooled heat dissipation amount, W 4 is calorific value of other heat generation sources. There is. However, when estimating the temperature of the lubricant using such an equation, it is necessary to identify D 1 to D 6 , E i , and Fi in advance.
そこで本発明の目的は、作業者が予め手作業で潤滑材の温度推定式の係数を同定しなくてもモータ電流及びモータ速度から潤滑材の温度を推定することを可能とする温度推定装置及び寿命評価装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is a temperature estimation device that enables an operator to estimate the temperature of the lubricant from the motor current and the motor speed without manually identifying the coefficient of the temperature estimation formula of the lubricant in advance. It is to provide a life evaluation device.
本発明の一態様は、モータと、潤滑材により潤滑され前記モータの動力を可動部に伝達する伝達機構とを備える機械における前記潤滑材の寿命を評価する寿命評価装置であって、前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量及び前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量を用いた機械学習により、摩擦発熱量及びモータ発熱量から潤滑材の温度を推定するための学習済みモデルを生成する潤滑材温度学習部と、を備える温度推定装置である。 One aspect of the present invention is a life evaluation device for evaluating the life of the lubricating material in a machine including a motor and a transmission mechanism lubricated by the lubricating material and transmitting the power of the motor to a movable portion. Friction calorific value calculation that calculates the friction calorific value in the transmission mechanism based on the motor calorific value calculation unit that calculates the motor calorific value based on the current value, the rotation speed of the motor, and the friction coefficient of the transmission mechanism. The temperature of the lubricant is calculated from the friction calorific value and the motor calorific value by machine learning using the unit, the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit, and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit. It is a temperature estimation device including a lubricant temperature learning unit that generates a trained model for estimation.
本発明の他の態様は、モータと、潤滑材により潤滑され前記モータの動力を可動部に伝達する伝達機構とを備える機械における前記潤滑材の温度を推定する温度推定装置であって、前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量及び前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量を用いた機械学習により生成された学習済みモデルを記憶する学習モデル記憶部と、前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量および前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量とに基づいて、前記学習済みモデルを用いて前記モータの潤滑材の温度を推定する潤滑材温度推定部と、を備える温度推定装置である。 Another aspect of the present invention is a temperature estimation device for estimating the temperature of the lubricating material in a machine including a motor and a transmission mechanism lubricated by the lubricating material and transmitting the power of the motor to a movable portion. A frictional calorific value that calculates the frictional calorific value in the transmission mechanism based on the motor calorific value calculation unit that calculates the motor calorific value based on the current value, the rotation speed of the motor, and the friction coefficient of the transmission mechanism. A learning model storage unit that stores a learning model generated by machine learning using the calculation unit, the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit, and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit. And, based on the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit, the temperature of the lubricant of the motor is estimated using the trained model. It is a temperature estimation device including a lubricant temperature estimation unit.
本発明の他の態様は、モータと、潤滑材により潤滑され前記モータの動力を可動部に伝達する伝達機構とを備える機械における前記潤滑材の温度を推定する温度推定装置であって、前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量及び前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量を用いた機械学習により生成された学習済みモデルを記憶する学習モデル記憶部と、前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量および前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量とに基づいて、前記学習済みモデルを用いて前記モータの潤滑材の温度を推定する潤滑材温度推定部と、該潤滑材温度推定部により推定された潤滑材の温度に基づいて該潤滑材の寿命を推定する寿命推定部と、を備える寿命評価装置である。 Another aspect of the present invention is a temperature estimation device for estimating the temperature of the lubricating material in a machine including a motor and a transmission mechanism lubricated by the lubricating material and transmitting the power of the motor to a movable portion. A frictional calorific value that calculates the frictional calorific value in the transmission mechanism based on the motor calorific value calculation unit that calculates the motor calorific value based on the current value, the rotation speed of the motor, and the friction coefficient of the transmission mechanism. A learning model storage unit that stores a learning model generated by machine learning using the calculation unit, the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit, and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit. And, based on the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit, the temperature of the lubricant of the motor is estimated using the trained model. It is a life evaluation device including a friction material temperature estimation unit and a life estimation unit that estimates the life of the lubricant based on the temperature of the lubricant estimated by the lubricant temperature estimation unit.
本発明により、作業者が予め手作業で潤滑材の温度推定式の係数を同定しなくてもモータ電流及びモータ速度から潤滑材の温度を推定することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to estimate the temperature of the lubricant from the motor current and the motor speed without the operator manually identifying the coefficient of the temperature estimation formula of the lubricant in advance.
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1は第1の実施形態による寿命評価装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。寿命評価装置1は、本発明による温度推定装置1’の一実施形態であり、本発明の潤滑材の温度推定手法を用いて推定された潤滑材の温度に基づいて該潤滑材の寿命を推定するものである。寿命評価装置1は、例えばロボットを制御する制御装置上に実装することができる。また、寿命評価装置1は、ロボット及び該ロボットの制御装置に併設されたパソコンや、ロボットの制御装置に有線/無線のネットワークで接続されたセルコンピュータ、ホストコンピュータ、エッジサーバ、クラウドサーバ等のコンピュータとして実装することができる。本実施形態では、寿命評価装置1を、ロボットを制御する制御装置上に実装した場合の例を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic hardware configuration diagram showing a main part of the life evaluation device according to the first embodiment. The life evaluation device 1 is an embodiment of the temperature estimation device 1'according to the present invention, and estimates the life of the lubricant based on the temperature of the lubricant estimated by using the temperature estimation method of the lubricant of the present invention. Is what you do. The life evaluation device 1 can be mounted on, for example, a control device that controls a robot. Further, the life evaluation device 1 is a computer such as a robot, a personal computer attached to the robot control device, a cell computer, a host computer, an edge server, a cloud server, etc. connected to the robot control device by a wired / wireless network. Can be implemented as. In this embodiment, an example in which the life evaluation device 1 is mounted on a control device that controls a robot is shown.
本実施形態の寿命評価装置1は一般的なロボットの制御に用いられる機能を備えており、図1に例示されるロボット2とインタフェース19を介して接続されて該ロボット2を制御する。ロボット2としては、1以上のリンク(可動部)と1以上の関節を有するものであり、例えば6軸多関節型ロボットを挙げることができる。ロボット2の関節部分には、減速機(伝達機構)と、該減速機に入力する動力を発生するモータとが備え付けられており、該減速機の内部には潤滑材(グリース)が充填され、減速機を構成しているギヤおよびベアリングを潤滑している。そして、ロボット2が備えるモータが作動させられると、モータの回転は減速機により減速されて伝達され、関節部分が回転動作する。
The life evaluation device 1 of the present embodiment has a function used for controlling a general robot, and is connected to the
寿命評価装置(制御装置)1により制御されたロボット2は、例えばワークの搬送や部品の組み付け、その他の製造のための作業を担う。寿命評価装置1は、作業者により入力された設定値やロボット2の各部から取得された値から、ロボット2の設置箇所の温度やロボット2の各関節を駆動するモータの状態量等をインタフェース19を介して取得できるようになっている。なお、ロボット2の詳細な構成については既に公知となっているので、本明細書での詳細な説明は省略する。
The
本実施形態による寿命評価装置1が備えるCPU11は、寿命評価装置1を全体的に制御するプロセッサである。CPU11は、ROM12に格納されたシステム・プログラムをバス20を介して読み出し、該システム・プログラムに従って寿命評価装置1の全体を制御する。RAM13には一時的な計算データや表示データ、入力装置71を介してして作業者が入力した各種データ等が一時的に格納される。
The
不揮発性メモリ14は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、寿命評価装置1の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ14には、寿命評価装置1の動作に係る設定情報が格納される設定領域や、入力装置71から入力されたロボット2の制御用プログラム、図示しない外部記憶装置から読み込まれたロボット2の制御用プログラム、インタフェース19を介してロボット2から取得されるモータの状態量等が記憶されている。不揮発性メモリ14に記憶されたプログラムや各種データは、実行時/利用時にはRAM13に展開されても良い。また、ROM12には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラム(後述する機械学習装置100とのやりとりを制御するためのシステム・プログラムを含む)があらかじめ書き込まれている。
The
表示装置70には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ、後述する機械学習装置100から出力されたデータ等がインタフェース17を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置71は、作業者による操作に基づく指令,データ等を受けて、インタフェース18を介してCPU11に渡す。
On the
インタフェース21は、寿命評価装置1と機械学習装置100とを接続するためのインタフェースである。機械学習装置100は、機械学習装置100全体を統御するプロセッサ101と、システム・プログラム等を記憶したROM102、機械学習に係る各処理における一時的な記憶を行うためのRAM103、及び学習モデル等の記憶に用いられる不揮発性メモリ104を備える。機械学習装置100は、インタフェース21を介して寿命評価装置1で取得可能な各情報(例えば、入力装置71を介して設定された室温や、ロボット2から取得される各モータの状態量等)を観測することができる。また、寿命評価装置1は、機械学習装置100からの処理結果をインタフェース21を介して取得する。
The
図2は、一実施形態による寿命評価装置1と機械学習装置100の概略的な機能ブロック図である。図2に示した各機能ブロックは、図1に示した寿命評価装置1が備えるCPU11、及び機械学習装置100のプロセッサ101が、それぞれのシステム・プログラムを実行し、寿命評価装置1及び機械学習装置100の各部の動作を制御することにより実現される。
FIG. 2 is a schematic functional block diagram of the life evaluation device 1 and the
寿命評価装置1は、ロボット2を制御する制御部30と、ロボット2が備えるモータの発熱量を算出するモータ発熱量算出部32と、ロボット2が備える減速機における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部34と、空冷放熱量算出部36と、これらの算出部32,34,36により算出された熱量に基づいてロボット2の潤滑材の温度を学習する潤滑材温度学習部38と、各算出部32,34,36により算出された熱量に基づいてロボット2の潤滑材の温度を推定する潤滑材温度推定部40と、推定された温度に基づいて潤滑材の寿命を算出する寿命推定部42とを備えている。
The life evaluation device 1 includes a
制御部30は、作業者による図示しない操作盤の制御操作や、不揮発性メモリ14等に記憶された制御用プログラムに基づいてロボット2を制御する。制御部30は、制御用プログラムがロボット2が備える各軸(関節)の移動を指令する場合に当該軸を駆動するモータに対して制御周期毎に軸角度の変化量としての指令データを出力する、等といったように、ロボット2の各部を制御するために必要とされる一般的な制御のための機能を備える。また、制御部30は、ロボット2が備える各モータのモータ状態量(モータの電流値、モータの位置、速度、加速度、モータのトルク等)を取得し、各算出部32,34,36へと出力する。
The
モータ発熱量算出部32は、制御部30から入力されたモータ状態量、即ちモータの電流値(モータ電流値)およびモータの回転速度(モータ回転速度)に基づいて、以下に示す数2式を用いてモータ発熱量を算出する。なお、数2式において、W1はモータ発熱量、A1,A2,A3は予め実験等により同定された係数、IMはモータ電流値、SMはモータ回転速度であり、右辺第1項はモータにおける銅損を、第2項は鉄損を示している。
The motor calorific
摩擦発熱量算出部34は、制御部30から入力されたモータ状態量、即ち摩擦トルク及びモータ回転速度に基づいて、以下に示す数3式を用いて摩擦発熱量を算出する。なお、数3式において、W2は摩擦発熱量、Tは摩擦トルク、B1,B2,B3は予め実験等により同定された摩擦係数、TMは摩擦が存在しない場合のロボットのリンクを駆動する際に必要とするトルクである。トルクTMは、ロボット2のリンクの位置、加速度、質量情報等を用いて、一般的に、ラグランジュ法、ニュートン・オイラー法等の公知の計算方法により計算される。
The friction calorific
空冷放熱量算出部36は、ロボット2の駆動により減速機自体が空気中で移動することにより、周辺空気との間に相対速度が発生するために発生する空冷放熱量を算出するものであり、制御部30から入力されたモータの回転速度に基づいて、減速機の位置におけるロボット2の移動速度を算出し、算出された移動速度に基づいて、以下の数4式を用いて空冷放熱量を算出する。なお、数4式において、W3は空冷放熱量、C1はモータ発熱量W1と摩擦発熱量W2の和で計算された値、SRは減速機の位置におけるロボット2の移動速度である。なお、空冷放熱量算出部36については、モータ発熱量、摩擦発熱量と比較して潤滑材の温度変化に対して大きな影響を与えない場合には省略しても良い。
The air-cooled heat radiation
潤滑材温度学習部38は、各算出部32,34,36により算出された熱量、及び潤滑材の温度に基づいた教師あり学習を行い、潤滑材温度の推定に用いられる学習済みモデルを作成する(学習する)機能手段である。本実施形態の潤滑材温度学習部38は、例えば上記した数1式の重回帰式を学習モデルとして用いた回帰分析を行い、該数1式に用いられる各係数D1~D6,Ei,Fiの全部又は一部を推定することで学習済みモデルを作成する。
The lubricant
潤滑材温度学習部38による学習は、寿命評価装置1が学習モードとして機能している場合に行われる。この時、潤滑材温度学習部38は、各算出部32,34,36を入力データとし、また、潤滑材の温度をラベル(出力データ)とする教師データを作成し、該作成した教師データを用いた教師あり学習を行う。ラベル(出力データ)としての潤滑材の温度は、例えば入力装置71を介して作業者が測定した潤滑材の温度を手入力で設定するようにしても良いし、減速機の内部又は近傍に取付けられた図示しない温度センサにより検出された温度値を自動的に取得するようにしても良い。この様にして、種々のパターンの動作を実行して各パターンにおいて得られた複数の教師データに基づいて、潤滑材温度学習部38は、各算出部32,34,36により算出された熱量から潤滑材の温度を推定するための学習済みモデルを生成する。そして、潤滑材温度学習部38が生成した学習済みモデルは、不揮発性メモリ104上に設けられた学習モデル記憶部44に記憶され、潤滑材温度推定部40による潤滑材温度の推定に用いられる。
The learning by the lubricant
なお、数1式における室温T0については、例えば入力装置71を介して作業者が手入力で設定するようにしても良いし、室温を計測するための図示しない温度センサにより検出した温度値を自動的に取得するようにしても良い。数1式の他の発熱源W4については、近接する装置からの発熱量を予め設定しておく。更に、係数の一部を推定する場合には、推定対象となる係数の他の係数については予め所定の値を設定しておく。
The room temperature T 0 in the equation 1 may be set manually by the operator via, for example, the
なお、潤滑材温度学習部38は、十分に学習が行われた学習済みモデルが生成された後は、寿命評価装置1には必ずしも必要ではない。例えば、寿命評価装置1のメーカーは十分に学習された学習済みモデルを学習モデル記憶部44に記憶した状態で、潤滑材温度学習部38が機能しないようにした上で寿命評価装置1を出荷するようにしても良い。
The lubricant
潤滑材温度推定部40は、各算出部32,34,36により算出された熱量に基づいて、学習モデル記憶部44に記憶された学習済みモデルを用いた潤滑材の温度の推定を行う。本実施形態の潤滑材温度推定部40は、潤滑材温度学習部38による教師あり学習により各係数が推定された数1式を学習済みモデルとし、これに各算出部32,34,36により算出された熱量を代入することで潤滑材の温度を推定(算出)する。
The lubricant
なお、潤滑材温度推定部40による潤滑材温度の推定は、寿命評価装置1が推定モードとして機能している場合に行われる。潤滑材温度推定部40は、潤滑材温度学習部38による学習の段階においては、寿命評価装置1には必ずしも必要ではない。例えば、寿命評価装置1のメーカーにおいて学習済みモデルの生成を行っている間は、潤滑材温度推定部40が機能しないようにした上で学習済みモデルの生成を行うようにしても良い。
The lubricant
本実施形態において潤滑材温度学習部38が作成し、潤滑材温度推定部40が利用する学習済みモデル(数1式)の例として、6軸多関節型ロボットであるロボット2の各軸をJ1軸,J2軸,J3軸,J4軸,J5軸,J6軸としたとき、J4軸,J5軸及びJ6軸のモータと減速機とが密集してお互いに影響を与える場合、J6軸を推定対象軸とする潤滑材の推定温度Tは、数5式により推定される。なお、数5式において、E4はJ4軸のモータ発熱量W14の係数、E5はJ5軸のモータ発熱量W15の係数、E6はJ6軸のモータ発熱量W16の係数、F4はJ4軸の摩擦発熱量W24の係数、F5はJ5軸の摩擦発熱量W25の係数、F6はJ6軸の摩擦発熱量W26の係数である。
As an example of a learned model (equation 1 set) created by the lubricant
また、数5式は、J1軸,J2軸及びJ3軸が影響を与えず、J4軸及びJ5軸がJ6軸に影響を与える場合を例示したが、J1軸,J2軸及びJ3軸もJ6軸に影響を与える場合には、W11,W12,W13,W21,W22,W23,E1,E2,E3,F1,F2,F3を数5式に追記した式を用いて潤滑材の推定温度Tを算出すれば良い。
更に、数5式において係数D5,D6を1とすることにより、数5式を簡易な線形モデルとして潤滑油の温度を推定することもできる。この様にすることで、学習時及び推定時における計算に掛かる負荷を軽減することができる。
In addition, the equation 5 exemplifies the case where the J 1 axis, the J 2 axis and the J 3 axis do not affect the J 4 axis and the J 5 axis affect the J 6 axis. If the 2nd axis and the J3 axis also affect the J6 axis, W11 , W12 , W13 , W21 , W22 , W23 , E1 , E2 , E3, F1 , F2 , F 3 may be added to Equation 5 to calculate the estimated temperature T of the lubricant.
Further, by setting the coefficients D 5 and D 6 to 1 in the equation 5, the temperature of the lubricating oil can be estimated using the equation 5 as a simple linear model. By doing so, it is possible to reduce the load on the calculation at the time of learning and at the time of estimation.
寿命推定部42は、推定された潤滑材の温度に基づいて、以下に示す数6式を用いて潤滑材の寿命使用量を算出する。一般に、潤滑材の温度と寿命とは、図3に示される関係がある。即ち、潤滑材の温度がTth以下では、潤滑材の寿命は一定の定格寿命Sg0であるのに対し、温度がTthより高くなると、潤滑材の寿命は指数関数的に減少するので、推定された温度と時間とによって、数6式を用いて寿命使用量を算出することができる。なお、数6式において、Sgは潤滑材の寿命使用量、Aは予め実験等により同定された定数、kはT>Tthにおいて(T-Tth)/Δ、T≦Tthにおいて0、Δは寿命使用量がA倍となる温度のTthからの差分である。
The
そして、寿命推定部42が数6式を用いて算出した潤滑材の寿命は、表示装置70に表示出力される。なお、寿命推定部42が算出した潤滑材の寿命は、例えば図示しないネットワークを介してホストコンピュータやクラウドサーバ等に送信出力されるようにしても良い。また、寿命推定部42は、以下の数7式を用いて潤滑材の残存寿命を算出して、算出した残存寿命を出力するようにしても良い。
Then, the life of the lubricant calculated by the
上記のように構成された本実施形態の寿命評価装置1は、ロボット2に種々のパターンの動作を行わせて得られた複数の教師データに基づいて学習を行い、十分な学習結果が得られた学習済みモデルを用いて潤滑材の温度を精度高く推定することができる。そして推定した潤滑材の温度に基づく潤滑材の寿命の推定をすることで、潤滑材の交換時期を的確に判断することができるようになる。
The life evaluation device 1 of the present embodiment configured as described above performs learning based on a plurality of teacher data obtained by causing the
本実施形態の寿命評価装置1の一変形例として、潤滑材温度学習部38は、例えばニューラルネットワークを学習モデルとして用い、各算出部32,34,36を入力データとし、また、潤滑材の温度をラベル(出力データ)とする教師データに基づいた教師あり学習を行うように構成しても良い。この様に構成する場合、学習モデルとしては入力層、中間層、出力層の三層を備えたニューラルネットワークを用いても良いが、三層以上の層を為すニューラルネットワークを用いた、いわゆるディープラーニングの手法を用いることで、より効果的な学習及び推論を行うように構成することも可能である。
As a modification of the life evaluation device 1 of the present embodiment, the lubricant
本変形例では、潤滑材の温度推定式を学習モデルとして用いる場合と同様に、種々のパターンの動作を実行して各パターンにおいて得られた複数の教師データに基づいて、潤滑材温度学習部38は、各算出部32,34,36により算出された熱量から潤滑材の温度を推定するための学習済みモデルを生成する。そして、潤滑材温度学習部38が生成した学習済みモデルは、不揮発性メモリ104上に設けられた学習モデル記憶部44に記憶され、潤滑材温度推定部40による潤滑材温度の推定に用いられる。
In this modification, the lubricant
そして、潤滑材温度推定部40は、各算出部32,34,36により算出された熱量に基づいて、学習モデル記憶部44に記憶された学習済みモデルを用いた潤滑材の温度の推定を行う。本変形例の潤滑材温度推定部40では、潤滑材温度学習部38による教師あり学習により生成された(パラメータが決定された)ニューラルネットワークを学習済みモデルとし、これに各算出部32,34,36により算出された熱量を入力することで潤滑材の温度を直接推定(算出)する。
Then, the lubricant
本実施形態の寿命評価装置1の他の変形例として、潤滑材温度学習部38による学習において、通常の回帰分析ではなく公知の正則化項(例えば、L2正則化項、スパース正則化項等)を考慮した回帰分析を行うようにしても良い。この手法を取ることで、例えば学習に用いることができる教師データが少ない場合においても、過学習が起こりにくくして学習済みモデルの汎化性能を高くすることが可能となる。
As another modification of the life evaluation device 1 of the present embodiment, in the learning by the lubricant
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the examples of the above-described embodiments, and can be implemented in various embodiments by making appropriate changes.
例えば、機械学習装置100が実行する学習アルゴリズムや演算アルゴリズム、寿命評価装置1が実行する制御アルゴリズム等は、上述したものに限定されず、様々なアルゴリズムを採用できる。
For example, the learning algorithm and the calculation algorithm executed by the
また、上記した実施形態では寿命評価装置1と機械学習装置100が異なるCPUを有する装置として説明しているが、機械学習装置100は寿命評価装置1が備えるCPU11と、ROM12に記憶されるシステム・プログラムにより実現するようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, the life evaluation device 1 and the
上記した実施形態では寿命評価装置1によりロボット2の関節部分の潤滑材の寿命を推定する例を示したが、潤滑材の寿命を推定する対象としては、例えば工作機械や電気自動車、鉄道、発電機等にも応用することができる。
In the above embodiment, an example of estimating the life of the lubricant at the joint portion of the
上記した実施形態では寿命評価装置1が潤滑材の温度を推定し、その推定結果に基づいて潤滑材の寿命を推定する構成としているが、例えば寿命評価装置1から寿命推定部42を取り除き、潤滑材の温度を推定する温度推定装置1’として構成し、該温度推定装置1’が推定した潤滑材の温度を出力(表示出力、送信出力等)するように構成しても良い。このように構成することで、潤滑材の温度を推定するための構成と、寿命推定部42とを異なる装置上に実装する等、それぞれの機能手段の配置については設計的に定めるようにしても良い。
In the above embodiment, the life evaluation device 1 estimates the temperature of the lubricant and estimates the life of the lubricant based on the estimation result. For example, the
上記した実施形態では、本発明の温度推定装置1’の一実施例として寿命評価装置1を示したが、温度推定装置1’により推定された潤滑材の温度は、潤滑材の寿命評価以外の目的に使用しても良い。
例えば、ロボット2に備え付けられた、潤滑材(軸受、減速機)を冷却する冷却部に対して、潤滑材温度推定部40によって推定された潤滑材の温度を出力して、冷却機能を制御するようにしても良い。このように構成することで、伝達機構の潤滑材は、モータ状態量に基づいて推定される潤滑材の温度に応じて稼働する冷却部によって冷却され、潤滑材の温度を所定の温度以下に保ち、潤滑材やその周りの部材の寿命を延ばすことができるようになる。
より具体的には、ロボット2が、冷却部によって駆動され、伝達機構のベアリングに対して送風する冷却用ファンを備えるとした時、冷却部は、潤滑材温度推定部40により推定された伝達機構のベアリングの潤滑材の推定温度Tが予め設定された閾値以上になった場合にファンを駆動させる。一方で、冷却部は、伝達機構のベアリングの潤滑材の推定温度Tが閾値未満の場合には、ファンを駆動させない。これにより、ベアリングの温度は、閾値未満から閾値以上に変化した場合に冷却される。
In the above-described embodiment, the life evaluation device 1 is shown as an example of the temperature estimation device 1'of the present invention, but the temperature of the lubricant estimated by the temperature estimation device 1'is other than the life evaluation of the lubricant. It may be used for the purpose.
For example, the temperature of the lubricant estimated by the lubricant
More specifically, when the
また、潤滑材温度推定部40によって推定された潤滑材の温度に応じて、モータの駆動制御を行っても良い。この構成により、伝達機構の潤滑材の温度に応じて、発熱源であるモータの駆動が制御され、潤滑材の温度を所定の温度以下に保ち、潤滑材やその周りの部材の寿命を延ばすことができるようになる。
より具体的には、ロボット2のモータを制御する制御部30は、潤滑材温度推定部40により推定された伝達機構のベアリングの潤滑材の推定温度Tが予め設定された閾値以上になった場合に、モータの駆動を停止乃至減速する。一方で、伝達機構のベアリングの潤滑材の推定温度Tが閾値未満の場合には、モータの駆動を継続する。これにより、ベアリングの温度は、閾値未満から閾値以上に変化した場合に冷却される。
Further, the drive control of the motor may be performed according to the temperature of the lubricant estimated by the lubricant
More specifically, in the
1 寿命評価装置
1’温度推定装置
2 ロボット
11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 不揮発性メモリ
17,18,19 インタフェース
20 バス
21 インタフェース
30 制御部
32 モータ発熱量算出部
34 摩擦発熱量算出部
36 空冷放熱量算出部
38 潤滑材温度学習部
40 潤滑材温度推定部
42 寿命推定部
44 学習モデル記憶部
70 表示装置
71 入力装置
100 機械学習装置
101 プロセッサ
102 ROM
103 RAM
104 不揮発性メモリ
1 Life evaluation device
12 ROM
13 RAM
14
103 RAM
104 Non-volatile memory
Claims (10)
前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、
前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、
前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量及び前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量を用いた機械学習により、摩擦発熱量及びモータ発熱量から潤滑材の温度を推定するための学習済みモデルを生成する潤滑材温度学習部と、
を備える温度推定装置。 A temperature estimation device that estimates the temperature of the lubricant in a machine including a motor and a transmission mechanism that is lubricated by the lubricant and transmits the power of the motor to a moving portion.
A motor calorific value calculation unit that calculates the motor calorific value based on the current value of the motor, and a motor calorific value calculation unit.
A friction calorific value calculation unit that calculates the friction calorific value in the transmission mechanism based on the rotation speed of the motor and the friction coefficient of the transmission mechanism.
To estimate the temperature of the lubricant from the friction calorific value and the motor calorific value by machine learning using the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit. Lubricant temperature learning unit to generate a trained model of
A temperature estimation device including.
前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、
前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、
前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量及び前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量を用いた機械学習により生成された学習済みモデルを記憶する学習モデル記憶部と、
前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量および前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量とに基づいて、前記学習済みモデルを用いて前記モータの潤滑材の温度を推定する潤滑材温度推定部と、
を備える温度推定装置。 A temperature estimation device that estimates the temperature of the lubricant in a machine including a motor and a transmission mechanism that is lubricated by the lubricant and transmits the power of the motor to a moving portion.
A motor calorific value calculation unit that calculates the motor calorific value based on the current value of the motor, and a motor calorific value calculation unit.
A friction calorific value calculation unit that calculates the friction calorific value in the transmission mechanism based on the rotation speed of the motor and the friction coefficient of the transmission mechanism.
A learning model storage unit that stores a learned model generated by machine learning using the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit.
Lubrication that estimates the temperature of the lubricant of the motor using the trained model based on the frictional calorific value calculated by the frictional calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit. Material temperature estimation unit and
A temperature estimation device including.
請求項1又は2に記載の温度推定装置。 In the machine learning, the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit are used as input data, and the measured value of the temperature of the lubricant is used as a label for each other. Supervised learning using associated teacher data,
The temperature estimation device according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか1つに記載の温度推定装置。なお、数1式において、Tは潤滑材の推定温度、T 0 は室温、添え字iは推定対象軸を含む推定対象軸の潤滑材温度に影響を与える軸番号、D 1 ~D 6 は予め実験等により種々のパターンの動作を実行して各パターンにおけるグリース温度、室温、発熱量、減速機の移動速度および他の発熱源の発熱量のデータを取得して同定した係数、E i はモータ発熱量W 1i の係数、F i は摩擦発熱量W 2i の係数、W 3 は空冷放熱量、W 4 は他の発熱源の発熱量である。
The temperature estimation device according to any one of claims 1 to 3. In Equation 1, T is the estimated temperature of the lubricant, T 0 is the room temperature, subscript i is the axis number that affects the lubricant temperature of the estimated target axis including the estimated target axis, and D 1 to D 6 are in advance. The coefficient identified by executing various patterns of operations through experiments, etc., and acquiring data on the grease temperature, room temperature, calorific value, moving speed of the speed reducer, and calorific value of other heat sources in each pattern, E i is the motor . The calorific value W 1i is the coefficient, Fi is the frictional calorific value W 2i coefficient, W 3 is the air-cooled heat radiation amount, and W 4 is the calorific value of other heat sources.
請求項1~3のいずれか1つに記載の温度推定装置。 The machine learning uses a linear model as a learning model.
The temperature estimation device according to any one of claims 1 to 3.
請求項3に記載の温度推定装置。 The machine learning uses a neural network as a learning model.
The temperature estimation device according to claim 3.
請求項1~6のいずれか1つに記載の温度推定装置。 When performing the machine learning, learning that considers the regularization term is performed.
The temperature estimation device according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載の温度推定装置。
When performing the machine learning, learning using L2 regularization or sparse regularization is performed.
The temperature estimation device according to claim 7 .
前記モータの電流値に基づいてモータ発熱量を算出するモータ発熱量算出部と、
前記モータの回転速度と、前記伝達機構の摩擦係数とに基づいて、該伝達機構における摩擦発熱量を算出する摩擦発熱量算出部と、
前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量及び前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量を用いた機械学習により生成された学習済みモデルを記憶する学習モデル記憶部と、
前記摩擦発熱量算出部により算出された摩擦発熱量および前記モータ発熱量算出部により算出されたモータ発熱量とに基づいて、前記学習済みモデルを用いて前記モータの潤滑材の温度を推定する潤滑材温度推定部と、
該潤滑材温度推定部により推定された潤滑材の温度に基づいて該潤滑材の寿命を推定する寿命推定部と、
を備える寿命評価装置。 A life evaluation device for evaluating the life of the lubricant in a machine including a motor and a transmission mechanism lubricated by the lubricant and transmitting the power of the motor to a moving portion.
A motor calorific value calculation unit that calculates the motor calorific value based on the current value of the motor, and a motor calorific value calculation unit.
A friction calorific value calculation unit that calculates the friction calorific value in the transmission mechanism based on the rotation speed of the motor and the friction coefficient of the transmission mechanism.
A learning model storage unit that stores a learned model generated by machine learning using the friction calorific value calculated by the friction calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit.
Lubrication that estimates the temperature of the lubricant of the motor using the trained model based on the frictional calorific value calculated by the frictional calorific value calculation unit and the motor calorific value calculated by the motor calorific value calculation unit. Material temperature estimation unit and
A life estimation unit that estimates the life of the lubricant based on the temperature of the lubricant estimated by the lubricant temperature estimation unit, and a life estimation unit.
Life evaluation device equipped with.
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