(57)【要約】【課題】減速機の異常を高精度に判定しつつ、異常原因の特定を行うこと。【解決手段】異常判定装置は、減速機の動作時における複数の動作データを取得する動作データ取得手段と、減速機の異常の形態を示す異常モードでの過去の前記動作データと、動作データ取得手段により取得された現在の動作データと、の相関係数を前記異常モード毎に算出し、該算出した相関係数と現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算することで、異常モード毎の評価値を算出する評価値算出手段と、各異常モードに対する閾値を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶された各異常モードの閾値と、評価値算出手段により算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、異常モード毎に減速機の異常を判定し、該異常の原因を特定する異常判定手段と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットに設けられた減速機の異常を判定する異常判定装置であって、
前記減速機の動作時における複数の動作データを取得する動作データ取得手段と、
前記減速機の異常の形態を示す異常モードでの過去の前記動作データと、前記動作データ取得手段により取得された現在の前記動作データと、の相関係数を前記異常モード毎に算出し、該算出した相関係数と前記現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算することで、前記異常モード毎の評価値を算出する評価値算出手段と、
前記各異常モードに対する閾値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶された各異常モードの閾値と、前記評価値算出手段により算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、前記異常モード毎に前記減速機の異常を判定し、該異常の原因を特定する異常判定手段と、
を備える、ことを特徴とする異常判定装置。
【請求項２】
請求項１記載の異常判定装置であって、
前記異常モードは、
前記減速機内のギアの異物噛み込みよる異常モード、前記減速機内のクーラント侵入による異常モード、前記減速機内のベアリングの故障による異常モード、前記減速機内の潤滑油の劣化による異常モード、および、前記減速機内のギアの摩耗による異常モード、のうち少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする異常判定装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の異常判定装置であって、
前記動作データは、前記減速機を駆動するモータに対する指令電流値の平均値、該指令電流値の最大値、該指令電流値の振幅、前記モータの回転数、および、該モータの回転角、のうち少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする異常判定装置。
【請求項４】
ロボットに設けられた減速機の異常を判定する異常判定方法であって、
前記減速機の動作時における複数の動作データを取得するステップと、
前記減速機の異常の形態を示す異常モードでの過去の前記動作データと、取得された現在の前記動作データと、の相関係数を前記異常モード毎に算出し、該算出した相関係数と前記現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算することで、前記異常モード毎の評価値を算出するステップと、
前記各異常モードに対し設定された閾値と、前記算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、前記異常モード毎に前記減速機の異常を判定し、該異常の原因を特定するステップと、
を含む、ことを特徴とする異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの減速機の異常を判定する異常判定装置及び異常判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
減速機付きモータの指令電流値や回転情報から、減速機の異常を判定する異常判定装置が知られている（例えば、特許文献１乃至５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９４０３５号公報
【特許文献２】特開２００６−１０２８８９号公報
【特許文献３】特開平０２−０８８９３８号公報
【特許文献４】特開２００９−２２６４８８号公報
【特許文献５】特開２０１２−００８０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１乃至４に示す異常判定装置においては、異常の判定は可能であるが、個別に異常原因の特定まではできない。また、上記特許文献５に示す異常判定装置においては、振動波形を用いてベアリング故障などの異常モードにおける異常判定を行い、異常原因の特定を行っている。しかし、振動波形は外乱の影響を受けやすく、正確な異常判定が困難となり得る。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、減速機の異常を高精度に判定しつつ、異常原因の特定を行うことができる異常判定装置及び異常判定方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
ロボットに設けられた減速機の異常を判定する異常判定装置であって、
前記減速機の動作時における複数の動作データを取得する動作データ取得手段と、
前記減速機の異常の形態を示す異常モードでの過去の前記動作データと、前記動作データ取得手段により取得された現在の前記動作データと、の相関係数を前記異常モード毎に算出し、該算出した相関係数と前記現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算することで、前記異常モード毎の評価値を算出する評価値算出手段と、
前記各異常モードに対する閾値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶された各異常モードの閾値と、前記評価値算出手段により算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、前記異常モード毎に前記減速機の異常を判定し、該異常の原因を特定する異常判定手段と、
を備える、ことを特徴とする異常判定装置
である。
この一態様において、前記異常モードは、前記減速機内のギアの異物噛み込みよる異常モード、前記減速機内のクーラント侵入による異常モード、前記減速機内のベアリングの故障による異常モード、前記減速機内の潤滑油の劣化による異常モード、および、前記減速機内のギアの摩耗による異常モード、のうち少なくとも１つを含んでいてもよい。
この一態様において、前記動作データは、前記減速機を駆動するモータに対する指令電流値の平均値、該指令電流値の最大値、該指令電流値の振幅、前記モータの回転数、および、該モータの回転角、のうち少なくとも１つを含んでいてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
ロボットに設けられた減速機の異常を判定する異常判定方法であって、
前記減速機の動作時における複数の動作データを取得するステップと、
前記減速機の異常の形態を示す異常モードでの過去の前記動作データと、取得された現在の前記動作データと、の相関係数を前記異常モード毎に算出し、該算出した相関係数と前記現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算することで、前記異常モード毎の評価値を算出するステップと、
前記各異常モードに対し設定された閾値と、前記算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、前記異常モード毎に前記減速機の異常を判定し、該異常の原因を特定するステップと、
を含む、ことを特徴とする異常判定方法
であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、減速機の異常を高精度に判定しつつ、異常原因の特定を行うことができる異常判定装置及び異常判定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る異常判定装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図３】各異常モードに対する各動作データの相関係数の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る異常判定装置による異常判定方法のフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るロボットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る異常判定装置１は、例えば、ロボット１０などに搭載されている。異常判定装置１は、ロボット１０に設けられた減速機１１の異常を判定する。
【００１０】
減速機１１は、例えば、ロボット１０の各関節部（肩関節、手首関節、膝関節、足首関節など）１２に設けられている。関節部１２には、減速機１１を介してモータ１３が連結されている。モータ１３は、減速機１１を介して関節部１２を回転駆動する。モータ１３には、モータ１３の回転情報を検出する回転センサ１４が設けられている。回転情報は、例えば、モータ１３の回転角、回転速度、回転加速度、回転数などを含む。回転センサ１４は、例えば、エンコーダやポテンショメータなどで構成されている。
【００１１】
モータ１３及び回転センサ１４は、制御装置１５に接続されている。制御装置１５は、例えば、回転センサ１４により検出された回転情報に基づいて、モータ１３をフィードバック制御する。制御装置１５は、モータ１３を制御するための指令電流値をモータ１３に対して出力する。モータ１３は、制御装置１５からの指令電流値に応じて、減速機１１を介して関節部１２を回転駆動する。
【００１２】
ところで、従来の異常判定装置は、異常判定を行うことができるが、個別に異常原因の特定まではできないという問題が生じていた。また、異常原因の特定が可能な場合でも、外乱の影響などにより正確な異常判定が困難となる場合もあった。
【００１３】
これに対し、本実施形態に係る異常判定装置１は、減速機１１の異常を高精度に判定しつつ、異常原因の特定を行うことができるものである。異常判定装置１は、ロボット１０の制御装置１５からの指令電流値及び／又は回転センサ１４からの回転情報に基づいて、ロボット１０に設けられた減速機１１の異常の判定を行う。
【００１４】
図２は、本実施形態に係る異常判定装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る異常判定装置１は、減速機１１の動作時における複数の動作データを取得する動作データ取得部２と、減速機１１の異常の形態を示す異常モードでの過去の動作データと、動作データ取得部２により取得された現在の動作データと、の相関係数を異常モード毎に算出し、該算出した相関係数と現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算することで、異常モード毎の評価値を算出する評価値算出部３と、各異常モードの閾値を記憶する記憶部４と、記憶部４により記憶された各異常モードの閾値と、評価値算出部３により算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、異常モード毎に減速機１１の異常を判定し、該異常の原因を特定する異常判定部５と、を備えている。
【００１５】
上述の如く、本実施形態に係る異常判定装置において、異常モードでの過去の動作データと現在の動作データとの相関係数を算出し、該算出した相関係数と現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算して評価値を算出する。この実際の異常モードでの過去の動作データを反映した評価値と、各異常モードに応じて設定された閾値と、を比較することで、外乱などの影響を受けることなく、減速機１１の異常を高精度に判定できる。さらに、異常モード毎に減速機１１の異常を判定することで、異常原因の特定を行うことができる。すなわち、減速機１１の異常を高精度に判定しつつ、異常原因の特定を行うことができる。
【００１６】
なお、異常判定装置１は、例えば、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１ａ、ＣＰＵによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ１ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）１ｃ、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ１ａ、メモリ１ｂ、及びインターフェイス部１ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。
【００１７】
動作データ取得部２は、動作データ取得手段の一具体例である。動作データ取得部２は、制御装置１５からの指令電流値及び回転センサ１４からの回転情報に基づいて、減速機１１の動作時における複数の動作データを取得する。動作データは、例えば、指令電流値の平均値、指令電流値の最大値、指令電流値の振幅、指令電流値の標準偏差、モータ１３の回転数、モータ１３の回転角などを含む。
【００１８】
動作データ取得部２は、例えば、制御装置１５から出力される指令電流値に基づいて、指令電流値の平均値、最大値、振幅、標準偏差、などを算出する。あるいは、動作データ取得部２は、例えば、回転センサ１４から出力される回転情報に基づいて、モータ１３の回転数、回転角などを算出する。
【００１９】
評価値算出部３は、評価値算出手段の一具体例である。評価値算出部３は、減速機１１の異常の形態を示す異常モードでの過去の動作データと、動作データ取得部２により取得された現在の動作データと、の相関係数α、β、γ、・・・を異常モード毎に算出する。
【００２０】
異常モードは、例えば、減速機１１内のギアの異物噛み込みよる異常モード（以下、ギア噛込みモード）、減速機１１内のクーラント（冷却水）侵入による異常モード（以下、クーラント侵入モード）、減速機１１内のベアリングの故障による異常モード（以下、ベアリング故障モード）、減速機１１内の潤滑油（グリスなど）の劣化による異常モード（以下、潤滑油劣化モード）、減速機１１内のギアの摩耗による異常モード（以下、ギア摩耗モード）、などを含む。
【００２１】
上述の各異常モードでの過去の動作データとは、例えば、各異常モードの故障が生じるまでの間、動作データ取得部２により取得された各動作データ（指令電流値の平均値、最大値、振幅、標準偏差など）である。各異常モードでの過去の動作データは、記憶部４などに記憶されている。記憶部４は、例えば、上記メモリ１ｂなどにより構成されている。各異常モードでの過去の動作データは、クラウドやサーバーの故障実績データ蓄積部に記憶されていてもよい。
【００２２】
評価値算出部３は、例えば、下記式を用いて、指令電流値の平均値の相関係数を算出する。
【数１】
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【００２３】
上記式において、ｎはデータ数であり、ｘｎは、各異常モードでの過去の指令電流値であり、ｘｎ‐は、各異常モードでの過去の指令電流値の平均値である。なお、ｘｎ‐は、上記式において、ｘｎにアッパーバーを付したものであり、以下、他のパラメータについても同様に表記する。ｙｎは、動作データ取得部２により取得された現在の指令電流値であり、ｙｎ‐は、動作データ取得部２により取得された現在の指令電流値の平均値である。評価値算出部３は、同様に、他の動作データの相関係数を算出してもよい。
【００２４】
図３は、各異常モード（ベアリング故障モード、ギア摩耗モード、潤滑油劣化モード）に対する各動作データ（指令電流値の平均値、最大値、振幅、標準偏差）の相関係数の一例を示す図である。
【００２５】
評価値算出部３は、算出した各異常モードの相関係数αｍ、βｍ、γｍ、・・・と、動作データ取得部２により取得された対応する現在の動作データと、を夫々乗算し、該乗算結果を加算することで、異常モード毎の評価値Ｕｍを算出する。
【００２６】
例えば、評価値算出部３は、各異常モードｍ（ｍ＝１、２、３、・・・）において、相関係数αｍ、βｍ、γｍ、・・・と、動作データ取得部２により取得された現在の動作データ（指令電流値の平均値Ｉｍ‐、モータ１３の回転速度Ｖｍ、指令電流値の最大値Ｉｐｎ、・・・）と、を夫々乗算し、該乗算結果を加算することで、各異常モードの評価値Ｕｍを算出する。
異常モードｍの評価値Ｕｍ＝αｍＩｍ‐＋βｍＶｍ＋γｍＩｐｍ・・・
【００２７】
上述の如く、実際に生じた異常モードでの過去の動作データと、現在の動作データと、の相関係数を算出し、該算出した相関係数と現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算して評価値を算出する。これにより、外乱などの影響を受け難い、減速機の異常状態を正確に示す評価値を算出することができる。
【００２８】
なお、動作データ（Ｉｍ‐、Ｖｍ、Ｉｐｍ・・・）の数を増加させて、評価値を算出すれば、それだけ、各異常モードの異常との相関が強くなり、評価値の精度が向上するが、一方で、計算負荷が増加する。したがって、本実施形態においては、評価値の精度と計算負荷を考慮して、動作データを指令電流値の平均値、最大値、振幅、標準偏差とするのが好ましい。しかし、動作データはこれに限定されず、判定を行う異常モードに応じて、任意に設定可能である。
【００２９】
異常判定部５は、異常判定手段の一具体例である。異常判定部５は、各異常モードの閾値と、評価値算出部３により算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、異常モード毎に減速機１１の異常を判定し、該異常の原因を特定する。
【００３０】
各異常モードの閾値は、予め記憶部４に記憶されている。記憶部４は、記憶手段の一具体例である。各異常モードの閾値は、予め各異常モードの異常（ギア噛込み、クーラント侵入、グリス劣化など）が生じたときの各評価値の値が実験的に求められ設定されている。なお、記憶部４に記憶された各異常モードの閾値は、ユーザによって適宜、設定変更可能なように構成されている。
【００３１】
異常判定部５は、異常モード毎に減速機１１の異常の兆候を含めて異常の判定を行ってもよい。この異常の兆候とは、例えば、現時点で減速機１１が異常とは言えないが、数時間後あるいは数サイクルの駆動後にその異常が生じる状態を指す。この場合、各異常モードの閾値は、例えば、予め各異常モードの異常の兆候が生じたときの各評価値の値が実験的に求められ設定されてもよい。
【００３２】
異常判定部５は、評価値算出部３により算出された各評価値が、対応する異常モードの閾値以上となったとき、その異常モードの異常と判定する。そして、異常判定部５は、判定した異常モードの異常が、減速機１１の異常の原因と特定する。
【００３３】
例えば、異常判定部５は、評価値算出部３により算出されたギア噛込みモードｍ＝１の評価値Ｕ１が、対応する異常モードの閾値Ｕｓｅｔ１以上となったとき、ギア噛込みの異常と判定する。そして、異常判定部５は、判定したギア噛込みの異常が、減速機１１の異常の原因と特定する。
【００３４】
同様に、異常判定部５は、評価値算出部３により算出されたクーラント侵入モードｍ＝２の評価値Ｕ２が、対応する異常モードの閾値Ｕｓｅｔ２以上となったとき、クーラント侵入の異常と判定する。そして、異常判定部５は、判定したクーラント侵入の異常が、減速機１１の異常の原因と特定する。
【００３５】
上述の如く、各異常モードでの過去の動作データを反映した高精度な評価値と、各異常モードに応じて設定された閾値と、を比較することで、外乱などの影響を受けることなく、減速機１１の異常を高精度に判定できる。さらに、異常モード毎に減速機１１の異常を判定することで、異常原因の特定を行うことができる。例えば、ユーザは、特定された減速機１１の異常原因に対して即座かつ適切な対応を行うことができる。
【００３６】
異常判定部５は、各異常モードにおける異常の判定結果や異常原因を、ユーザに対し報知装置６などを用いて報知してもよい。報知装置６は、例えば、判定結果や異常原因などを表示する表示装置、その旨を報知するライト装置、スピーカ、第３者に遠隔的に報知する通信装置などを含む。また、異常判定部５は、各異常モードにおける異常の判定結果に応じて、表示装置に該減速機１１の交換を指示する表示をさせてもよい。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る異常判定装置による異常判定方法のフローを示すフローチャートである。
【００３８】
動作データ取得部２は、制御装置１５からの指令電流値及び回転センサ１４からの回転情報に基づいて、指令電流値の平均値、最大値、振幅、標準偏差、モータ１３の回転数、回転角など現在の動作データを取得する（ステップＳ１０１）。
【００３９】
評価値算出部３は、記憶部４に記憶された減速機１１の異常の形態を示す異常モードでの過去の動作データと、動作データ取得部２により取得された現在の動作データと、の相関係数を異常モード毎に算出する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
評価値算出部３は、算出した各異常モードの相関係数と、動作データ取得部２により取得された対応する現在の動作データと、を乗算し、該乗算結果を加算することで、異常モード毎の評価値を算出する（ステップＳ１０３）。
【００４１】
異常判定部５は、各異常モードの閾値と、評価値算出部３により算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、異常モード毎に減速機１１の異常を判定し、該異常の原因を特定する（ステップＳ１０４）。
【００４２】
異常判定部５は、各異常モードにおける異常の判定結果及び異常原因を、ユーザに対し報知装置６などを用いて報知する（ステップＳ１０５）。
【００４３】
以上、本実施形態に係る異常判定装置１は、減速機１１の動作時における複数の動作データを取得する動作データ取得部２と、減速機１１の異常の形態を示す異常モードでの過去の動作データと、動作データ取得部２により取得された現在の動作データと、の相関係数を異常モード毎に算出し、該算出した相関係数と現在の動作データとを乗算し、該乗算結果を加算することで、異常モード毎の評価値を算出する評価値算出部３と、各異常モードの閾値を記憶する記憶部４と、記憶部４により記憶された各異常モードの閾値と、評価値算出部３により算出された対応する評価値と、を夫々比較することで、異常モード毎に減速機１１の異常を判定し、該異常の原因を特定する異常判定部５と、を備えている。
【００４４】
これにより、各異常モードでの過去の動作データを反映した評価値と、各異常モードに応じて設定された閾値とを比較することで、外乱などの影響を受けることなく、減速機１１の異常を高精度に判定できる。さらに、異常モード毎に減速機１１の異常を判定することで、異常原因の特定を行うことができる。すなわち、減速機１１の異常を高精度に判定しつつ、異常原因の特定を行うことができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４６】
本発明は、例えば、図４に示す処理を、ＣＰＵ１ａにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００４７】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
【００４８】
プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００４９】
１  異常判定装置、２  動作データ取得部、３  評価値算出部、３  評価値算出部、４  記憶部、５  異常判定部、６  報知装置、１０  ロボット、１１  減速機、１２  関節部、１３  モータ、１４  回転センサ、１５  制御装置
【図１】
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【図２】
2019018270.tif 000005
【図３】
2019018270.tif 000006
【図４】
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