专利名称：减速器异常诊断方法及减速器异常诊断装置的制作方法
技术领域：
装置，该减速器具有位于输入轴和输出轴的中间传递旋转，并与上述输入轴的 旋转成比例地旋转的中间轴构件，例如用于使与内齿轮啮合的外齿轮进行偏心 旋转的曲轴。
背景技术：
作为减速器异常诊断方法，有基于安装在诊断对象部分上的传感器的信息 来诊断減速器的异常的方法。该诊断方法在能够无破坏地发现机器人或机床等
的异常上是非常有效的方法，但另一方面由于成为产生异常后的事后发现而存 在各种不妥。例如，修理减速器直到使机器人恢复要花费非常多的时间。另夕卜，
在生产现场，在机器人等运转时发现异常的场合，直到机器人恢复必须停止生产线。
于是，作为通过事先预知异常，而能避免上述问题的异常诊断方法的一例，
已知特开平5 - 52712号公报所公开的方法。该发现方法利用设在机器人的自 由端上的振动传感器来检测作为诊断对象的关节部的振动模式，并将检测出的 振动模式与正常的机器人的振动模式进行比较，通过判断其比较结果来事先预 知关节部的异常。关节部的异常是由轴承或齿轮或减速器的磨损恶化等引起的 异常。关节部的异常通过比较异常时与正常时的振动波形的频率成分的平均 值、峰值等来进行诊断。
在上述现有方法中，由于利用传感器检测出的信号包括各种噪声，因此不 能直接只取出对关节部的诊断有效的信号，会担心不能从检测出的信号准确预 知异常的发生。换言之，在现有的方法中，若由传感器检测出的信号的频率成 分与正常时的频率成分的差较大则可认为临近故障，但是在诊断检测信号中包 括噪声等的场合，成为反映关节部的异常的信号和噪声混杂的状态，恐怕不能
明确区别关节部的异常时和正常时的不同。
另夕卜，由于由传感器;^企测出的信号受重力的影响而发生变化，因此根据关 节部的位置、姿势，检测出的信号的大小不稳定，从而存在诊断结果的可靠性 差的问题。
还有，需要在机器人或机床上安装用于检测异常的传感器，存在额外增加 相当于传感器购入费用的部分的成本的问题。
发明内容
本发明目的在于，提供一种通过引入定量的判断基准，能够准确进行异常 的诊断，由此能够提高机械的运转率而改善生产率的减速器异常诊断方法及减 速器异常诊断装置。
为了达到上述目的，本发明的减速器异常诊断方法的一个方案，在诊断具 有位于输入轴和输出轴的中间传递旋转，并与上述输入轴的旋转成比例地旋转 的中间轴构件的减速器的异常的减速器异常诊断方法中，基于在将电机作为驱 动源相对旋转运动的 一对被驱动部件以 一定速度相对旋转时的转矩指令值和 速度反馈，利用观测器推定与上述减速器相关的干扰推定值，从通过频率分析
数倍对应的特定频谱，比较该特定频谱的振幅与阔值，将上述特定频谱的振幅 超过上述阈值的场合诊断为异常，将上述特定频谱的振幅与上述阈值相同或比 其小的场合诊断为正常。
根据该发明，通过使用反映减速器的动作状态的干扰推定值来进行诊断， 能够排除噪声包含于数据中的情况，由此，可以直接且准确地诊断减速器的异 常。另外，由于干扰推定值由观测器来推定，因此能够取得不包括重力的影响 的数据，由此，不受机器人或机床等的位置、姿势的影响，可以准确诊断减速 器的异常。通过以与中间轴构件的旋转频率的常数倍对应的频率取出干扰推定 值的特定频谱，可以进行用于诊断减速器的异常的最佳频谱取样。从而，基于 定量的判断基准，可以准确实施减速器的异常的诊断。由此，能够提高机械的 运转率而改善生产率。
本发明的减速器异常诊断方法的其他方案，在诊断具有位于输入轴和输出 轴的中间传递旋转，并与上述输入轴的旋转成比例地旋转的中间轴构件的减速 器的异常的减速器异常诊断方法中，基于在将电机作为驱动源相对旋转运动的
一对被驱动部件相对旋转时的速度反馈求出加速度，从通过频率分析得到的上
定频谱，比较该特定频谱的振幅与阈值，将上述特定频谱的振幅超过上述阈值 的场合诊断为异常，将上述特定频谱的振幅与上述阈值相同或比其小的场合诊 断为正常。
根据本发明，通过使用反映减速器的动作状态的加速度，也可以准确诊断 減速器的异常。从而，得到与上述发明同样的效果，基于定量的判断基准，可 以准确进行减速器的异常的诊断。
另夕卜，在减速器异常诊断方法中，上述阈值相当于在上述中间轴构件正常 时，从通过频率分析得到的上述干扰推定值或上述加速度的频率成分中，与上
由此，在特定频谱的振幅与阈值相同或比其小时，可以判断减速器正常。 相反，在特定频谱的振幅超过阈值时，可以判断減速器异常。
另外，在本发明的减速器异常诊断装置的一个方案中，在诊断具有位于输 入轴和输出轴的中间传递旋转，并与上述输入轴的旋转成比例地旋转的中间轴
构件的减速器的异常的减速器异常诊断装置中，具有基于在将电机作为驱动 源相对旋转运动的一对被驱动部件以一定速度相对旋转时的转矩指令值和速 度反馈，推定与上述减速器相关的干扰推定值的观测器；从上述干扰推定值的
语特定部；以及，比较上述频谱特定部特定的上述特定频谱的振幅与阈值，并
将上述特定频谱的振幅超过上述阔值的场合诊断为异常，将上述特定频谱的振
幅与上述阈值相同或比其小的场合诊断为正常的诊断部。
本发明的上述以及其他目的、特征及优点，通过与附图关联的以下适当的 实施方式的说明将更加明确。在同附图中
图1是包括本发明的减速器异常诊断装置的一实施方式的系统构成图； 图2同样是减速器异常诊断装置的构成图； 图3同样是表示减速器异常诊断方法的处理流程的流程图；以及 图4是表示图3的步骤S4的详细内容的说明图。
具体实施例方式
以下使用附图详细说明本发明的实施方式的具体例。图l是包括本发明的
减速器异常诊断装置的一实施方式的系统构成图。减速器异常诊断装置2是将 作为输入轴的曲轴的故障等异常虚拟成未图示的减速器的异常的诊断装置，包 括控制机器人5的装置主体3和在与装置主体3之间进行信号的收发的终端装 置4。由该减速器异常诊断装置2和具有与电机一体的减速器的机器人5构成 减速器异常诊断系统1。机器人5和装置主体3通过动力线7和信号线8相互 电连接，装置主体3和终端装置4通过LAN电缆9相互电连接。以下说明各 构成构件。
机器人5为进行嵌合部件的嵌合作业而使用的一般机器人，包括底座10; 与底座IO连接的机体部ll;通过第一关节部12与机体部11连接的上臂部13; 通过第二关节部14与上臂部13连接的前臂部15;通过第三关节部16与前臂 部15连接的手腕构件17;以及与手腕构件17连接的机械手工具18。机械手 工具18具有相对的一对把持爪19a、 19b，可以在该一对把持爪19a、 19b之 间把持工件20。
第一、二、三关节部12、 14、 16是使通过各关节部相邻的动作部件(被 驱动部件)相对进行旋转动作的部分，具备具有减速器的电机。电机的旋转被 减速器减速，使相邻的动作部件相对进行旋转动作。动作部件相当于上臂部 13、前臂部15、手腕构件17。减速器是一般的减速器，具有固定设置在筒 壁上的内齿轮；与该内齿轮啮合的外齿轮；以及与外齿轮嵌合而使外齿轮做偏 心旋转的曲轴(中间轴构件)。曲轴连接在电机的输出轴上。内齿轮齿数比外 齿轮多一个。因此，通过外齿轮与曲轴一起旋转一周，使内齿轮向反方向旋转 相当于一个齿距的量。从而，在该减速机构中，至少将外齿轮的齿数的倒数作 为减速比来对输入旋转进行减速。
通过电缆9与机器人5连接的装置主体3是与现有装置同样的构成，具有 未图示的处理器、ROM、 RAM、非易失性存储器、各种接口以及由发送控制 电路和接收控制电路等构成的数字伺服电路。各种存储器、各种接口、数字伺 服电路通过系统总线与处理器连接。数字伺服电路是基于反馈数据而对伺服电 机进行位置环路控制、速度环路控制，并且基于来自晶体管变换器等伺力"文大
器的电流反馈信号来进行电流环路控制的电路。在接口上可连接传感器、显示
监视器、CCD摄像机等。
终端装置4是相当于具有主体21和显示器22的通用计算机的装置，具有 推定干扰推定值的观测器23;从干扰推定值的频率成分中取出与曲轴的旋转 频率的常数倍对应的特定频谱的频谱特定部24;以及比较特定频谱的振幅与 基于曲轴处于正常时的振幅的阈值来进行判断的诊断部25。
在主体21中存储有系统程序和动作程序等，在手动操作的场合，操作者 通过未图示的键盘输入必要的信息而启动异常诊断动作程序，使观测器23、 频谱特定部24、诊断部24分别起作用。
观测器23基于在通过电机做相对旋转运动的一对动作部件以一定速度 ( 一定周期)相对旋转时承^得的转矩指令和速度反々赍，推定与减速器相关的干 扰转矩(干扰推定值)。
频谱特定部24从通过对干扰转矩的时序数据进行频率分析而得到的频率 成分中，取出与"对动作部件以 一定速度相对旋转时的曲轴的旋转频率的常数 倍对应的特定的对象频谱(特定频谙)。
诊断部25比较通过对曲轴正常动作时的干扰转矩进行频率分析而得到的 作为阈值的基准频谱和频谱特定部特定的对象频谱，综合性或选择性地将对象 频谱的振幅超过基准频谱的场合诊断为异常，将诊断对象频诿的振幅与基准频 镨的振幅相同或比其小的场合诊断为正常。
接着，以图1所示的机器人5为对象，基于图3的流程图，按照流程图说 明减速器的异常诊断方法。图1所示的机器人5是具有3轴旋转轴的机器人， 但为了说明的方便，着眼于任意轴的关节部进行异常诊断说明。
作为诊断对象的减速器具有前级及后级减速机构，利用前级减速机构将电 机输出轴的N转减速成曲轴的n转，其次，利用后级减速机构将曲轴的n转 减速成输出侧(内齿轮侧)的1转。即，该减速器将电机的转数以1/N的减 速比进行减速。
在步骤S1中，终端装置4从装置主体3以规定的每个取样周期At接收速 度反馈值及转矩指令值。在步骤S2中，利用观测器23根据接收的速度反馈值
f旋转周期同步的周期成分的干扰转矩。在步
骤S3中，速度反馈值、转矩指令值、推定的干扰转矩作为时序数据存储。
接着，在步骤S4中，取出速度反馈值v比阔值Lv大且关节部以一定速 度相对旋转时的对象数据。图4表示详细表示对象数据取出过程的图。如图所 示，首先从速度反馈值算出加速度a。将该加速度a在一定取样期间Td以上 的范围内连续收敛于预先设定的阈值La内的场合，看作关节部以一定速度相 对旋转的场合，取出该一定期间Td内的干扰转矩的时序数据。取出的干扰转 矩的数据数量Np设为至少是将曲轴旋转一周的周期Tp除以取样周期A t的值 以上。即，数据数量Np为Tp/At以上。曲轴旋转一周的周期作为曲轴的旋 转频率Vp的倒数算出。
接着，在步骤S5中，曲轴的旋转频率Vp通过在一定期间Td内取出的最 初的速度反馈值vo上，乘上将曲轴的n转除以电机输出轴的N转的值，即乘 上速度比n/N来算出(Vp = vox (n/N))。
在准备好必要的数据数量的干扰转矩的数据排列后，在步骤S6中进行频 率分析(傅立叶分析)，在步骤S7中，求出作为与曲轴的旋转频率Vp的整数 倍(Vp, 2xVp, 3xVp, Npx Vp)对应的周期成分而特定的对象频谱的振幅 (F (1), F (2)， F (3),……，F (Np))。
另一方面，成为诊断的基准的基准频谱，以同样方法将在减速器正常(曲 轴正常)动作时的频谱(FOl， F02, F03，……，FON)上追加余量(余裕量) 的值作为阔值(Lfl， Lf2, LB,……，LfN)求出。另外，若较小地设定余量， 则可用于异常的发现(故障的发现)，而不是异常的预知(故障的征兆)。
最后，在步骤S8中，比较诊断对象频谱的振幅和基准频谱的振幅，例如，
将只要有一个诊断对象频谱的振幅超过基准频谱的振幅的场合看作异常，在步 骤S9中输出警报音。另外，若输出警报音的同时还有紧急停止机器人的功能， 则可以作为发生故障时停止机器人5的装置使用。
另外，在每个规定时间T定期启动用于异常诊断的动作程序，算出诊断 对象频谱的增量值，并将该增量值与作为基准的阈值进行比较，从而也可以进 行异常诊断。即，也可以将(这次的F(l)-上次的F(l)) /T、(这次的F
(2)-上次的F (2)) /T........(这次的F (Np)-上次的F (Np)) /T
用于判断。
以上，根据本实施方式，通过使用干扰推定值来预知曲轴的异常，可以排 除噪声的影响和重力的影响，并基于定量的判断基准，可以直接且准确地预知 减速器的异常。而且，由于通过定期进行异常诊断，事先认识到曲轴的更换时
期，因此能够大幅度提高机器人5的维修或恢复等的操作性。
另外，本发明并不局限于上述实施方式，可以进4亍各种变更而实施。在本
实施方式中，对机器人5所具有的减速器的异常进行了诊断，但也可以诊断机
床或车辆所具有的减速器的异常。还有，在本实施方式中，基于根据转矩指令
和速度反馈推定的干扰推定值的频率成分来诊断减速器的异常，但也可以基于
根据旋转运动的一对动作部件以一定速度相对旋转时的速度反馈算出的加速
度的频率成分，来诊断减速器的异常。
再有，在本实施方式中，诊断减速器为异常的场合输出警报音，但也可以
在显示具有减速器的机器人5的模型的终端装置4的显示器22的画面上，只
强调显示表示減速器的部分来通知异常。
另外，在本实施方式中，通过键盘输入必要的信息来启动动作程序，但也
可以在显示具有减速器的机器人5的模型的显示器22的画面上，将表示减速
器的部分用指示器等指定而启动动作程序。
权利要求
1.一种减速器异常诊断方法，诊断具有位于输入轴和输出轴的中间传递旋转，并与上述输入轴的旋转成比例地旋转的中间轴构件的减速器的异常，其特征在于，基于在将电机作为驱动源相对旋转运动的一对被驱动部件以一定速度相对旋转时的转矩指令值和速度反馈，利用观测器(23)推定与上述减速器相关的干扰推定值，从通过频率分析得到的上述干扰推定值的频率成分中取出与上述中间轴构件的旋转频率的常数倍对应的特定频谱，比较该特定频谱的振幅与阈值，将上述特定频谱的振幅超过上述阈值的场合诊断为异常，将上述特定频谱的振幅与上述阈值相同或比其小的场合诊断为正常。
2. —种减速器异常诊断方法，诊断具有位于输入轴和输出轴的中间传递特征在于，基于在将电机作为驱动源相对旋转运动的 一对被驱动部件相对旋转时的 速度反馈求出加速度，从通过频率分析得到的上述加速度的频率成分中取出与上述中间轴构件 的旋转频率的常数倍对应的特定频谱，比较该特定频谱的振幅与阈值，将上述特定频谱的振幅超过上述阈值的场合诊断为异常，将上述特定频谱 的振幅与上述阈值相同或比其小的场合诊断为正常。
3. 根据权利要求1或2所述的减速器异常诊断方法，其特征在于， 上述阈值相当于在上述中间轴构件正常时，从通过频率分析得到的上述干扰推定值或上述加速度的频率成分中，与上述中间轴构件的旋转频率的常数倍 对应地耳又出的频谱的振幅。
4. 根据权利要求1或2所述的減速器异常诊断方法，其特征在于， 在上述特定频谱的振幅超过上述阔值时，将上述减速器为异常的信息向外 部输出。
5. 根据权利要求4所述的减速器异常诊断方法，其特征在于， 在显示具有上述减速器的机器人(5)的模型的显示装置(22)的画面上，通过只强调显示表示上述减速器的部分通知异常。
6. 根据权利要求1或2所述的减速器异常诊断方法，其特征在于， 在诊断上述减速器的异常时，在显示具有上述减速器的机器人(5)的模型的显示装置(22)的画面上，通过指定表示上述减速器的部分开始异常的诊 断。
7. —种减速器异常诊断装置(2),诊断具有位于输入轴和输出轴的中间常，其特征在于，具有观测器(23)，基于在将电机作为驱动源相对旋转运动的一对被驱动部件 以 一定速度相对旋转时的转矩指令值和速度反馈，推定与上述减速器相关的干 扰推定值；频语特定部(24),从上述干扰推定值的频率成分中取出与上述中间轴构 件的旋转频率的常数倍对应的特定频谱；以及，诊断部(25),比较上述频谱特定部(24)特定的上述特定频谱的振幅与 阈值，并将上述特定频谱的振幅超过上述阈值的场合诊断为异常，将上述特定 频谱的振幅与上述阈值相同或比其小的场合诊断为正常。
全文摘要
本发明提供一种减速器异常诊断装置，用于诊断具有位于输入轴和输出轴的中间传递旋转，并与上述输入轴的旋转成比例地旋转的中间轴构件的减速器的异常，具有基于在将电机作为驱动源相对旋转运动的一对被驱动部件以一定速度相对旋转时的转矩指令值和速度反馈，在减速器的输入侧推定与减速器相关的干扰推定值的观测器；从干扰推定值的频率成分中取出与中间轴构件的旋转频率的常数倍对应的特定频谱的频谱特定部；以及，比较频谱特定部特定的特定频谱的振幅与阈值，并将特定频谱的振幅超过阈值的场合诊断为异常，将特定频谱的振幅与阈值相同或比其小的场合诊断为正常的诊断部。
文档编号F16H1/00GK101114171SQ20071013914
公开日2008年1月30日 申请日期2007年7月26日 优先权日2006年7月27日
发明者加藤哲朗, 黑下彰喜 申请人:发那科株式会社