(57)【要約】【課題】信号に含まれる環境要因のノイズを特定して除去することにより高精度に複数の製造機械を制御する。【解決手段】通信ネットワークを介して複数の製造機械から出力される出力信号を受信する受信部２１と、受信した出力信号の夫々に共通して含まれるノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出部２２と、少なくとも一つの出力信号から抽出したノイズ成分を除去するノイズ成分除去部２３と、を備える制御装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ネットワークを介して複数の製造機械から出力される出力信号を受信する受信部と、
前記受信した出力信号の夫々に共通して含まれるノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出部と、
少なくとも一つの前記出力信号から前記抽出したノイズ成分を除去するノイズ成分除去部と、
を備える制御装置。  
【請求項２】
前記ノイズ成分除去部によって前記ノイズ成分が除去された後の信号に基づいて前記複数の製造機械における異常を検出するように構成された異常検出部を備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記ノイズ成分除去部によって前記ノイズ成分が除去された後の信号に対しフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、
該フィルタ処理部によって前記フィルタ処理が施された後の信号に基づいて前記複数の製造機械における異常を検出するように構成された異常検出部と、
を備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記出力信号が、前記複数の製造機械の夫々に備えられるエンコーダの出力又は前記複数の製造機械の夫々に備えられるモータに対する電流指令を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。  
【請求項５】
前記出力信号が、前記複数の製造機械の夫々に設けられる外部センサからの出力を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置と、
該制御装置に前記通信ネットワークを介して接続される前記複数の製造機械と、
を備える制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ネットワークを介して接続される複数の製造機械の制御を行うのに好適な制御装置及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信ネットワークに接続された複数台のロボットから情報を収集することによって、ロボットの故障を予知する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ロボットの作業端に設けられた振動センサからの情報を用いて故障を予知する装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
これらの装置のように、ロボットやロボットに設けられたセンサから情報を収集する場合、これらの情報には、例えば、装置の近くを通るフォークリフトからの振動、電源電圧の変動、加工機械によるノイズといった環境要因のノイズが含まれていることが多い。一般に、このような環境要因のノイズを除去するために、センサからの情報を含む信号に対してフィルタを適用することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０２６２４号公報
【特許文献２】特開平５−５２７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般的なフィルタ処理では、上述したような環境要因のノイズのみを特定し除去することは難しい。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、信号に含まれる環境要因のノイズを特定して除去することにより高精度に複数の製造機械を制御することのできる制御装置及び制御システムを提供すること目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第一の態様は、通信ネットワークを介して複数の製造機械から出力される出力信号を受信する受信部と、前記受信した出力信号の夫々に共通して含まれるノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出部と、少なくとも一つの前記出力信号から前記抽出したノイズ成分を除去するノイズ成分除去部と、を備える制御装置である。
【０００７】
本態様に係る制御装置によれば、受信部によって、複数の製造機械から出力された信号が通信ネットワークを介して受信される。そして、ノイズ成分抽出部によって、これらの受信した信号の夫々に共通して含まれるノイズ成分が抽出される。その後、ノイズ成分除去部によって、受信部によって受信された信号のうち少なくとも一つから、ノイズ成分抽出部によって抽出されたノイズが除去される。
【０００８】
これにより、複数の製造機械から出力される信号に共通して重畳された環境要因のノイズ成分を除去できる。結果として、ノイズ成分が除去された信号に基づいて各製造機械に対する制御を高精度に行うことができる。
【０００９】
上記第一の態様に係る制御装置が、前記ノイズ成分除去部によって前記ノイズ成分が除去された後の信号に基づいて前記複数の製造機械における異常を検出するように構成された異常検出部を備える構成であってもよい。
この構成によれば、ノイズ成分が除去された信号に基づいて、各製造機械の異常を検出することができるため、高精度に各製造機械の制御を行うことができる。
【００１０】
上記第一の態様に係る制御装置が、前記ノイズ成分除去部によって前記ノイズ成分が除去された後の信号に対しフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、該フィルタ処理部によって前記フィルタ処理が施された後の信号に基づいて前記複数の製造機械における異常を検出するように構成された異常検出部と、を備える構成であってもよい。
この構成によれば、異常検出部に入力される信号に所望のフィルタを適用することにより、異常の検出を行うのに好適な信号を生成することができる。
【００１１】
上記第一の態様に係る制御装置において、前記出力信号が、前記複数の製造機械の夫々に備えられるエンコーダの出力又は前記複数の製造機械の夫々に備えられるモータに対する電流指令を含んでいてもよい。
【００１２】
上記第一の態様に係る制御装置において、前記出力信号が、前記複数の製造機械の夫々に設けられる外部センサからの出力を含んでいてもよい。
【００１３】
本発明の第二の態様は、上述のいずれかの制御装置と、該制御装置に前記通信ネットワークを介して接続される前記複数の製造機械と、を備える制御システムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、信号に含まれる環境要因のノイズを特定して除去することにより高精度に複数の製造機械を制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、異なるロボットから出力される出力信号、環境要因ノイズ及び原信号の例を夫々示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示される出力信号を夫々示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示される出力信号の周波数スペクトルを夫々示す図である。
【図６】図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示される周波数スペクトルから共通するパワーを抽出した周波数スペクトルを示す図である。
【図７】図６の周波数スペクトルを時間領域で表した波形の図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示される出力信号及びノイズ成分を除去した後の信号を夫々示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る制御装置における処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る制御装置における処理を示すフローチャートである。
【図１２】外部センサを取り付けたロボットアームの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る制御システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に示されるように、本実施形態の制御システム１は、ロボット＃１〜ロボット＃Ｎによって示される複数台のロボット３１を備える製造セル３と、製造セル３に含まれる複数台のロボット３１を制御する制御装置であるセルコントローラ２と、セルコントローラ２及び製造セル３を接続する通信ネットワーク４と、を備えている。
【００１８】
制御システム１によれば、ロボット＃１〜ロボット＃Ｎから出力される種々の信号が通信ネットワーク４を介してセルコントローラ２に送信され、セルコントローラ２において、これら種々の信号に基づいてロボット＃１〜ロボット＃Ｎの故障や異常等の状態が検出又は予知される。
なお、本実施形態において、製造セル３は、複数台のロボット３１を備える構成としているが、これに限らず、工作機械等の製造機械を備える構成であってもよい。
【００１９】
また、本実施形態では、説明の便宜上、製造セル３がＮ台（Ｎ＞３）のロボットを備えることとしているが、実際には、少なくとも２台の工作機械、ロボット等の製造機械を備えていれば実施可能である。
【００２０】
また、本実施形態では、製造セル３に備えられるロボットを制御するセルコントローラ２を制御装置の一例として説明しているが、これに限定されず、セルコントローラ２の代わりに、ネットワーク的により上位の階層に設置されるコントローラであってもよい。
【００２１】
以下、制御システム１に備えられるセルコントローラ２の構成について、図面を参照して詳しく説明する。なお、セルコントローラ２は、図示しないプロセッサを備えており、このプロセッサが、図２に示される各機能ブロックにおける処理を実行するように構成されている。
【００２２】
図２に示されるように、セルコントローラ２は、機能ブロックとして、受信部２１と、ノイズ成分抽出部２２と、ノイズ成分除去部２３と、を備えている。また、セルコントローラ２は、受信部２１、ノイズ成分抽出部２２及びノイズ成分除去部２３に加えて、異常検出部２４を備えている。
【００２３】
受信部２１は、通信ネットワーク４を介して複数台のロボット３１と接続されている。また、受信部２１は、ノイズ成分抽出部２２及びノイズ成分除去部２３に接続されている。ノイズ成分抽出部２２はノイズ成分除去部２３に接続されている。ノイズ成分除去部２３は、異常検出部２４に接続されている。
【００２４】
受信部２１は、通信ネットワーク４を介して、ロボット＃１〜ロボット＃Ｎで示されるロボット３１からの出力信号を受信するように構成されている。受信部２１は、製造セル３に含まれる全てのロボット３１からの出力信号を受信してもよいし、所望の少なくとも２台のロボット３１の出力信号を受信してもよい。本実施形態においては、受信部２１は、ロボット＃１〜ロボット＃３で示される３台のロボット３１からの出力信号を受信している。
【００２５】
ロボット＃１で示されるロボット３１から出力される信号は、例えば、図３（ａ）の太実線で示される原信号に、図３（ａ）の破線で示される環境要因ノイズが重畳された図３（ａ）中の細実線で示されるような信号である。
【００２６】
ロボット＃２で示されるロボット３１から出力される信号は、例えば、図３（ｂ）の太実線で示される原信号に、図３（ｂ）の破線で示される環境要因ノイズが重畳された図３（ｂ）中の細実線で示されるような信号である。
【００２７】
ロボット＃３で示されるロボット３１から出力される信号は、例えば、図３（ｃ）の太実線で示される原信号に、図３（ｃ）の破線で示される環境要因ノイズが重畳された図３（ｃ）中の細実線で示されるような信号である。
【００２８】
また、ロボット３１から出力される信号とは、例えば、ロボット３１に備えられたエンコーダの出力値、ロボット３１に備えらえたモータに対する電流指令値である。
【００２９】
ノイズ成分抽出部２２は、受信部２１によって受信された複数台のロボット３１からの出力信号に基づいて、出力信号の夫々に共通して含まれるノイズ成分を抽出するように構成されている。
【００３０】
より具体的には、ノイズ成分抽出部２２は、ロボット＃１〜ロボット＃３で示されるロボット３１からの出力信号（図４（ａ）〜（ｃ））をフーリエ変換することにより、図５（ａ）〜（ｃ）に示されるような、各出力信号に対応する周波数スペクトルを求めるように構成されている。さらに、ノイズ成分抽出部２２は、周波数毎に、図５（ａ）〜（ｃ）に示される各周波数スペクトル間で共通するパワーを抽出するように構成されている。言い換えると、周波数毎に、複数の周波数スペクトルの中で最小値を有する周波数スペクトルのパワーを選択することで、図６に示されるような共通パワースペクトルを生成する。そして、ノイズ成分抽出部２２は、共通パワースペクトルに対してハイパスフィルタを掛けて原信号自体に含まれる低周波成分を取り除いた後、逆フーリエ変換することにより、図７に示されるようなノイズ成分を抽出するように構成されている。
なお、ハイパスフィルタの遮断周波数は、例えば、１０〜１５Ｈｚ程度である。
【００３１】
ノイズ成分除去部２３は、ノイズ成分抽出部２２によって抽出されたノイズ成分と、受信部によって受信された複数台のロボット３１からの出力信号のうち少なくとも一つの信号との差分をとることにより、ノイズ成分を除去するように構成されている。ノイズ成分を除去した後の信号は、図８（ａ）〜（ｃ）の太実線で示されている。
なお、ノイズ成分除去部２３で行われるノイズ成分の除去は、続く異常検出部２４において異常検出の対象とするロボット３１の出力信号についてのみ施すこととしてもよい。
【００３２】
異常検出部２４は、ノイズ成分除去部２３によってノイズ成分が除去された後の信号に基づいてロボット３１における異常や故障を検出するように構成されている。
具体的には、ノイズ成分が除去された後の信号が、予め設定された所定の閾値を超えた場合に、当該信号を出力しているロボット３１に異常又は故障が発生しているとの判断を行う。或いは、機械学習をすることにより、現在又は将来の異常や故障を検出又は予知することとしてもよい。
【００３３】
以下、上記構成を備えるセルコントローラ２の作用について、図９を参照しながら説明する。
まず、受信部２１によって、ロボット＃１〜ロボット＃３で示されるロボット３１からの出力信号が受信される（図９のステップＳＡ１）。次に、受信された複数の出力信号に共通するノイズ成分が抽出される（図９のステップＳＡ２）。続いて、異常検出の対象となるロボット３１の出力信号から抽出されたノイズ成分が除去される（図９のステップＳＡ３）。そして、ノイズ成分が除去された後の信号を用いてロボット３１の異常検出が行われる（図９のステップＳＡ４）。
【００３４】
このように、複数台のロボット３１の出力信号に共通する環境要因のノイズ成分を特定し、このノイズ成分を除去した後の信号に基づいて異常検出が行われるので、環境要因の外乱に左右されずに、高精度にロボット３１を制御することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る制御システムについて説明する。
本実施形態に係る制御システムは、図１に示される第１の実施形態に係る制御システム１に備えられるセルコントローラ２に代えて、セルコントローラ５を備える点で、第１の実施形態と構成が異なる。すなわち、本実施形態に係る制御システムは、ロボット＃１〜ロボット＃Ｎによって示される複数台のロボット３１を備える製造セル３と、製造セル３に含まれる複数台のロボット３１を制御する制御装置であるセルコントローラ５と、セルコントローラ５及び製造セル３を接続する通信ネットワーク４と、を備えている。    
【００３６】
本実施形態に係る制御システムによれば、ロボット＃１〜ロボット＃Ｎから出力される種々の信号が通信ネットワーク４を介してセルコントローラ５に送信され、セルコントローラ５において、これら種々の信号に基づいてロボット＃１〜ロボット＃Ｎの故障や異常といった状態が検出又は予知される。
なお、本実施形態において、製造セル３は、複数台のロボット３１を備える構成としているが、これに限らず、工作機械等の製造機械を備える構成であってもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、説明の便宜上、製造セル３がＮ台（Ｎ＞３）のロボットを備えることとしているが、実際には、少なくとも２台の工作機械、ロボット等の製造機械を備えていれば実施可能である。
【００３８】
また、本実施形態では、製造セル３に備えられるロボットを制御するセルコントローラ５を制御装置の一例として説明しているが、これに限定されず、セルコントローラ５の代わりに、ネットワーク的により上位の階層に設置されるコントローラであってもよい。
【００３９】
以下、セルコントローラ５の構成について、図面を参照して詳しく説明する。なお、セルコントローラ５は、図示しないプロセッサを備えており、このプロセッサが、図１０に示される各機能ブロックにおける処理を実行するように構成されている。以下の説明においては、第１の実施形態に係る制御システム１に備えられるセルコントローラ２と構成を共通とする箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図１０に示されるように、セルコントローラ５は、第１の実施形態に係るセルコントローラ２と同様に、機能ブロックとして、受信部２１と、ノイズ成分抽出部２２と、ノイズ成分除去部２３と、を備えている。また、セルコントローラ５は、受信部２１、ノイズ成分抽出部２２及びノイズ成分除去部２３に加えて、フィルタ処理部５１と、異常検出部５２と、を備えている。
【００４１】
受信部２１は、通信ネットワーク４を介して複数台のロボット３１と接続されている。また、受信部２１は、ノイズ成分抽出部２２及びノイズ成分除去部２３に接続されている。ノイズ成分抽出部２２はノイズ成分除去部２３に接続されている。ノイズ成分除去部２３は、フィルタ処理部５１に接続されている。フィルタ処理部５１は異常検出部５２に接続されている。
【００４２】
フィルタ処理部５１は、ノイズ成分除去部２３においてノイズ成分が除去された信号に対してフィルタを適用するように構成されている。フィルタ処理部５１におけるフィルタ処理は、続く異常検出部５２において異常検出を行うのに好適な信号となるように施される。
【００４３】
異常検出部５２は、フィルタ処理部５１によってフィルタ処理がなされた後の信号に基づいてロボット３１における異常や故障を検出するように構成されている。
具体的には、フィルタ処理がなされた後の信号が、予め設定された所定の閾値を超えた場合に、当該信号を出力しているロボット３１に異常又は故障が発生しているとの判断を行う。或いは、機械学習をすることにより、現在又は将来の異常や故障を検出又は予知することとしてもよい。
【００４４】
以下、上記構成を備えるセルコントローラ５の作用について、図１１を参照しながら説明する。
第１の実施形態と同様にしてノイズ成分が除去された信号は、フィルタ処理部５１においてフィルタが適用され、異常検出をするのに好適な信号が生成される（図１１のステップＳＢ１）。
【００４５】
例えば、ノイズ成分が除去された信号における特定の周波数の信号のみを遮断したい場合には、ノッチフィルタを適用できる。また、ノイズ成分が除去された信号において高周波ノイズが除去しきれていない場合には、ローパスフィルタを適用できる。また、ノイズ成分が除去された信号にロボット３１の姿勢変化や温度変化に依存する低周波成分が含まれている場合には、ハイパスフィルタを適用できる。
【００４６】
続いて、フィルタ処理部５１において生成された信号を用いてロボット３１の異常検出が行われる（図１１のステップＳＢ２）。
このように、複数台のロボット３１の出力信号に共通する環境要因のノイズ成分を特定し、このノイズ成分を除去した後の信号に基づいて異常検出が行われるので、環境要因の外乱に左右されずに、高精度にロボット３１を制御することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４８】
例えば、上述の実施形態では、ロボット３１からの出力信号は、ロボット３１に備えられるエンコーダ等の装置からの出力としていたが、図１２に示されるように、ロボット３１に設けられた振動センサ、加速度センサ等の外部センサ７からの出力値であってもよい。この場合、外部センサ７からの出力は、図１２に示されるような機械制御装置６を介してセルコントローラ２，５に送信されてもよいし、セルコントローラ２，５に直接送信されてもよい。
【００４９】
また、例えば、上述したセルコントローラ２，５は、異常検出部２４，５２に代えて、ノイズが除去された信号に基づいてロボット３１に対する制御指令を生成する制御指令生成部を備えることとしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  制御システム
２，５  セルコントローラ（制御装置）
４  通信ネットワーク
２１  受信部
２２  ノイズ成分抽出部
２３  ノイズ成分除去部
２４，５２  異常検出部
５１  フィルタ処理部
【図１】
2018024032.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018024032.tif 000012
【図１１】
2018024032.tif 000013
【図１２】
2018024032.tif 000014