(57)【要約】【課題】機械装置の状態を作業者が確実に効率良く認識できるようにすることができ、調整開始時の条件や設定に依らないで調整できるための呈示装置および方法を提供する。【解決手段】機械装置３と、この機械装置３を制御する制御装置３１と、機械装置３の作業点の運動の状態を計測するセンサ部２と、センサ部２で計測された計測値から特徴量を抽出する特徴量抽出部１１と、特徴量に基づいて呈示データを生成する呈示データ生成部６と、呈示データをパラメータ調整作業者５に呈示する情報呈示部４とを備えた状態量呈示装置。この装置を用いて、機械装置３の状態量をセンサ部２で計測し、特徴量抽出部１１においてセンサ部２の計測値の特徴量を抽出し、呈示データ生成部６において特徴量を連続的な呈示データに変換し、情報呈示部４を介して、呈示データをパラメータ調整作業者５に呈示する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動される機械装置の制御装置において、
前記モータあるいは前記機械装置の運動の状態量を計測するセンサ部と、
前記センサ部で計測された計測値から特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量から呈示データを生成する呈示データ生成部と、
前記呈示データをパラメータ調整作業者に呈示する情報呈示部と、
前記制御装置の調整部とを有することを特徴とする状態量呈示装置。
【請求項２】
前記センサ部は、前記機械装置の状態と外部環境との物理的関係を測定するセンサであることを特徴とする請求項１記載の状態量呈示装置。
【請求項３】
前記センサ部は、前記機械装置の内部の情報を計測するセンサであることを特徴とする請求項１記載の状態量呈示装置。
【請求項４】
前記呈示データ生成部では、
前記センサ部で計測された計測値の振動周期とパラメータ調整作業者に呈示する振動数とを関連付け、
さらに、前記計測値の振幅とパラメータ調整作業者に呈示する振動の振幅とを関連付けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の状態量呈示装置。
【請求項５】
前記呈示データ生成部では、
計測値の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期を、パラメータ調整作業者に呈示する振動の振幅と振動数に関連付けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の状態量呈示装置。
【請求項６】
前記呈示データ生成部では、
計測値の振動周期と、パラメータ調整作業者に呈示する音の周波数を関連付け、
さらに、計測値の振幅とパラメータ調整作業者に呈示する音の音量を関連付けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の状態量呈示装置。
【請求項７】
前記呈示データ生成部では、
計測値の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期を、パラメータ調整作業者に呈示する音量と周波数に関連付けることを特徴とする請求項１乃至３および６のいずれかの項に記載の状態量呈示装置。
【請求項８】
機械装置と、この機械装置を制御する制御装置と、機械装置の作業点の運動の状態を計測するセンサ部と、センサ部で計測された計測値から特徴量を抽出する特徴量抽出部と、特徴量に基づいて呈示データを生成する呈示データ生成部と、呈示データをパラメータ調整作業者に呈示する情報呈示部とを備えた状態量呈示装置を用いた状態量呈示方法であって、
前記機械装置の状態量をセンサ部で計測し、
前記特徴量抽出部において前記センサ部の計測値の特徴量を抽出し、
前記呈示データ生成部において特徴量を連続的な呈示データに変換し、
情報呈示部を介して、呈示データをパラメータ調整作業者に呈示することを特徴とする状態量呈示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにより駆動されるロボット、工作機械などの機械装置の制御系の状態量呈示装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械装置をモータで駆動する場合、機械装置に適した制御系を構築し、高速高精度な駆動と位置決めができるようにパラメータを調整する。
ここで機械装置としてロボットを例にとり、従来の技術を説明する。
図８にロボットとサーボモータの制御系の構成を示す。ロボット１にはサーボモータ１９が内蔵され、サーボモータ１９を駆動するサーボアンプ１３は制御装置３１に配置される。サーボモータ１９の回転角度はサーボモータ１９内部の位置検出器２０で検出され、制御装置３１に送られる。制御装置３１内部の演算部１４では、位置検出器２０の情報から位置、速度、加速度などの情報を生成し、現在の位置、速度、加速度などの指令と比較演算され、サーボモータ１９を駆動するトルク指令を演算する。通常はトルク指令に従い、サーボアンプ１３でサーボモータ１９の電流を制御し、ロボット１を駆動している。
【０００３】
制御系がアナログ系で構成される場合、制御系の状態量は素子の電圧を測定することで視覚化することが可能であるが、近年はＣＰＵのデジタル演算によりモータの制御装置が構成されるため、入力される状態量から出力されるアナログ量になるまではブラックボックス化されている。
そのためモータの制御系の調整が容易でないという問題があった。その問題に対して、以下に述べるように、モータの制御系の状態を視覚化させる手法や、自動的に調整する手法が開示されている。
【０００４】
視覚化する例として、特開平９−８５６５５号公報（特許文献１）では、ロボットの現在位置や教示データを、表示装置上にグラフィック表示するロボット操作盤が開示されている。
また自動的に調整する例として、特開平８−２２１１３２号公報（特許文献２）では、パラメータ自動調整装置が記載されている。このパラメータ自動調整装置では、サーボ制御系に所定の動作を行なわせるための調整用プログラムと、調整用プログラムによるサーボ制御系の駆動に基づくサーボ情報を解析する解析手段と、解析手段の解析結果に基づいてサーボ制御系のパラメータを求め、そのパラメータをサーボ制御系に送出するパラメータ調整手段を備え、サーボ制御系に送出した調整用プログラムに従ってサーボ制御系を駆動させ、サーボ制御系のサーボ情報による誤差が基準より小さければ制御ゲインをある定数ｅだけ増加し、基準より大きければｅ／２だけ小さくする操作を繰り返し、誤差が基準内に収まったときの制御ゲインに決定する。
また、音声データの状態量を呈示する例として、特開平２−３５３５１号公報（特許文献３）に記載された呈示装置がある。この呈示装置は、図９に示すように、碍子５１の良不良を判断するために、碍子５１を碍子振動用レーザ発生装置５０で発生した碍子振動用レーザ光５２で振動させ、また、振動検出用レーザ発生装置６０から発射した振動検出用レーザ光５９の反射光５３を光検出器５４で受光すると共に振動検出器６１で碍子５１の振動を計測し、計測値を音声変換装置５５で音声信号に変換し、音声出力装置５６と音声出力部５７により音声として発生することで、碍子５１の振動状態を作業者５８に呈示するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−８５６５５号公報
【特許文献２】
特開平８−２２１１３２号公報
【特許文献３】
特開平２−３５３５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているロボット教示操作盤は、ロボットの姿勢等の物理的状態や、教示しようとしている方向の情報をグラフィック表示するだけである。パラメータ調整を行うにはその情報に対する専門的な知識を有する作業者の解釈が必要となるため、効率的なパラメータ調整ができなかった。
また、特許文献２に示す従来のパラメータ調整部では、評価関数の選び方によって、パラメータが最適値から外れた局所安定値に落ち着いてしまい、良好な調整ができないという問題や、評価関数の選び方と、機械の動作条件によっては調整に非常に長い時間を要するという問題があった。
さらに特許文献３に示す従来の呈示装置では、計測値を逐次音に変換しているので、時々刻々と変化する動作における、過渡的に変化する振動に対する一瞬の変化を作業者が認識できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械装置の状態を作業者が確実に効率良く認識できるようにすることができ、調整開始時の条件や設定に依らないで調整できるための呈示装置および方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の状態量呈示装置は、モータによって駆動される機械装置の制御装置において、
前記モータあるいは前記機械装置の運動の状態量を計測するセンサ部と、
前記センサ部で計測された計測値から特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量から呈示データを生成する呈示データ生成部と、
前記呈示データをパラメータ調整作業者に呈示する情報呈示部と、
前記制御装置の調整部とを有する。
請求項１記載の発明においては、モータあるいは機械装置の状態量をセンサ部で計測し、その計測値から特徴量を抽出してパラメータ調整作業者に必要な情報を呈示するようにしたので、パラメータ調整作業者は情報呈示部に呈示された情報に基づいて、定常的な微小振動や過渡的に変化する信号を確実に認識することができ、機械装置のパラメータを調整できる。
【０００８】
請求項２記載の状態量呈示装置は、請求項１記載の状態量呈示装置において、前記機械装置の状態と外部環境との物理的関係をセンサで測定する。
請求項３記載の状態量呈示装置は、請求項１記載の状態量呈示装置において、前記機械装置の内部の情報をセンサで計測する。
請求項４記載の状態量呈示装置は、請求項１乃至３のいずれかの項に記載の状態量呈示装置において、前記呈示データ生成部では、前記センサ部で計測された計測値の振動周期とパラメータ調整作業者に呈示する振動数を関連付け、さらに、計測値の振幅とパラメータ調整作業者に呈示する振動の振幅を関連付ける。
請求項５記載の状態量呈示装置は、請求項１乃至４のいずれかの項に記載の状態量呈示装置において、前記呈示データ生成部において、計測値の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期を抽出し、パラメータ調整作業者に呈示する振動の振幅と振動数に関連付ける。
請求項６記載の状態量呈示装置は、請求項１乃至３のいずれかの項に記載の状態量呈示装置において、計測値の振動周期とパラメータ調整作業者に呈示する音の周波数を関連付け、さらに、計測値の振幅と作業者に呈示する音の音量を関連付ける。
請求項７記載の状態量呈示装置は、請求項１乃至３および６のいずれかの項に記載の状態量呈示装置において、前記呈示データ生成部において、計測値の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期を抽出し、パラメータ調整作業者に呈示する音量と周波数に関連付ける。
請求項８記載の状態量呈示方法は、機械装置の状態量をセンサ部で計測し、特徴量抽出部において前記センサ部の計測値から特徴量を抽出し、呈示データ生成部において特徴量を連続的な呈示データに変換し、情報呈示部を介して、呈示データをパラメータ調整作業者に呈示する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基本構成について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る状態量呈示装置の基本構成を示すブロック図、図２は、第１実施形態におけるデータの変化を表す図である。
図１において、状態量呈示装置は、モータにより駆動されるロボット、工作機械などの機械装置３と、この機械装置３を制御するパラメータ調整部３２を備えた制御装置３１と、機械装置３の作業点の運動の状態を計測するセンサ部２と、センサ部２で計測された計測値８から特徴量７を抽出する特徴量抽出部１１と、特徴量７に基づいて呈示データ１０を生成する呈示データ生成部６と、呈示データ１０をパラメータ調整作業者５に呈示する情報呈示部４とを備えている。なお、センサ部２としては、加速度センサやレーザセンサなどの手段があるが、ここでは加速度センサを例に説明する。
【００１０】
以下に、本実施形態に係る状態量呈示装置を用いたパラメータ調整方法の基本的な流れを説明する。
（Ｓｔｅｐ１）機械装置３の制御パラメータが適正に調整されていない場合、機械装置３の作業点に振動が発生する。機械装置３に取り付けられた加速度センサ２が、その振動を測定する。ここでは、図２に示す波形の振動が計測されたとする。この計測値８が、特徴量抽出部１１に入力される。
（Ｓｔｅｐ２）特徴量抽出部１１により、計測値８から特徴量７が抽出される。ここで特徴量７は、図２に示すように、加速度データから最大振幅と、最大振幅が発生したときの振動周期を抽出したものである。
（Ｓｔｅｐ３）呈示データ生成部６は、図２に示すように、特徴量抽出部１１から伝送された特徴量７をパラメータ調整作業者が認識できる範囲の振幅と振動数に変換することで、パラメータ調整作業者５に呈示するデータを生成する。
（Ｓｔｅｐ４）情報呈示部４は、呈示データ生成部６が生成したデータを、一定時間繰り返して出力する。パラメータ調整作業者５は情報呈示部４から発生される情報を感知する。
以上（Ｓｔｅｐ１）から（Ｓｔｅｐ４）により、パラメータ調整作業者５は定常的な微小振動や過渡的に変化する信号に対しても確実に認識し、機械装置３のパラメータを調整できる。また、パラメータ調整結果の認識が連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の具体的実施例である第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態の構成を示すブロック図、図４は第２実施形態におけるデータの変化を表す図、図５は第２実施形態における制御装置内のパラメータ調整部の構成を表す図である。
ここでは、機械装置３の例としてロボット１を駆動するサーボモータ１９の振動を位置検出器２０の回転角度信号の差分から検知し、呈示音データ３０に変換して、スピーカ２４から音声によってパラメータ調整作業者５に呈示することにより、パラメータ調整作業者５がパラメータ調整部３２を用いて速度ループゲイン３６を調整する装置を説明する。
【００１２】
（Ｓｔｅｐ１１）位置検出器２０により、サーボモータ１９の回転角度を計測する。制御装置３１内の速度演算部３８は、位置検出器２０で計測された回転角度の差分値を速度として演算する。前記差分値が、計測値８として特徴量抽出部１１に入力される。ここでは、図４に示すような速度波形が計測値として得られたとする。
（Ｓｔｅｐ１２）特徴量抽出部１１により、図４に示すように、計測値８からピークトゥピーク振幅２９と、振動周期２８が抽出される。
（Ｓｔｅｐ１３）呈示データ生成部６はピークトゥピーク振幅２９と振動周期２８を、周波数が人間の可聴域に入るように定数倍し、音量が振幅に比例するように定数倍して、図４に示すような、パラメータ調整作業者５に呈示する呈示音データ３０を作成する。ここで、振幅の最大値を定数倍して保持することにより、最大振幅のみを感知する方法でもよい。
（Ｓｔｅｐ１４）スピーカ２４は呈示データ生成部６が作成したデータを、繰り返して出力する。ここでスピーカに限らず、振動発生器を用いて振動を発生したり、ピエゾ素子を人体に接触させて圧力を発生したりしても良い。パラメータ調整作業者５は、スピーカ２４から発生される可聴音の音量がピークトゥピーク振幅２９に比例し、周波数が振動周期に比例することから、モータの状態を認識することができる。
【００１３】
（Ｓｔｅｐ１５）この認識結果を基にパラメータ調整部３２上のパラメータ調整ボタンを押す。図５に示すように、パラメータ増加ボタン３５を押すと、速度ループゲイン３６が高くなり、パラメータ減少ボタン３７を押すと、速度ループゲイン３６が低くなる。速度ループゲイン３６を高くしていくと、ある値で発振しはじめるため、計測値８内のピークトゥピーク振幅が大きくなり、音量が大きくなる。また、速度ループゲイン３６を低くしていくと、ある値で振動が収束するため、計測値８内のピークトゥピーク振幅が小さくなり、音量が小さくなる。パラメータ増加ボタン３５およびパラメータ減少ボタン３７に対する操作と、スピーカ２４からの音の発生は同時かつ連続的に行なわれる。
なお、図５の演算部１４では、パラメータ調整された速度ループゲイン３６を用いた指令をサーボアンプ１３で電流指令に変換してサーボモータ１９に出力し、サーボモータ１９の回転角度情報は位置検出器２０により検出してサーボアンプ１３を介して演算部１４にフィードバックする。
以上（Ｓｔｅｐ１１）から（Ｓｔｅｐ１５）を繰り返すことにより、パラメータ調整作業者５は、ロボット１から目を離さずにロボット１の状態を確実に認識しながら速度ループゲインを調整できる。また、パラメータ調整と調整結果の認識が同時かつ連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の具体的実施例である第３実施形態について説明する。図６は第３実施形態の構成を示すブロック図、図７は第３実施形態におけるデータの変化を表す図である。
この第３実施形態では、機械装置３の例としてロボット１の作業中に生じる振動を加速度センサ２２で測定し、その計測値８から加速度の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期７’を特徴量抽出部１１で抽出し、呈示データ生成部６で振動データ４０に変換して、パラメータ調整作業者５に呈示することにより、パラメータ調整作業者５がロボット１から目を離さずに、制御装置３１のフィードフォワード制御パラメータ３３を調整できる装置を説明する。本実施形態では、フィードフォワード制御パラメータ３３について説明するが、位置ループゲインや速度ループゲインなど、他のパラメータでも同様である。
【００１５】
（Ｓｔｅｐ２１）ロボット１が作業を行なうと、ロボット１の作業点に働く加速度が、ロボットの作業点に取り付けられた加速度センサ２２で検知される。ここでは加速度センサ２２を用いて説明するが、レーザセンサ等の位置検出器で作業点の位置を計測し、２階微分して加速度データを得る方法を用いてもよい。ここでは、図７に示すような波形の加速度信号が計測されたとする。この計測値８が特徴量抽出部１１に入力される。
（Ｓｔｅｐ２２）特徴量抽出部１１により、図７に示すように、計測値８から最大振幅２７と、最大振幅が発生した時点での振動周期２８が抽出される。ここで、特徴量は計測値の最大値や最小値、振動周期に限らず、ある一定時間の作業データから平均値を求めても良い。
（Ｓｔｅｐ２３）呈示データ生成部６は、特徴量である最大振幅、振動周期７’から図６に示すように、パラメータ調整作業者５に呈示する振動データ４０を作成する。
【００１６】
（Ｓｔｅｐ２４）振動発生部３４はタイマ９によって定められた時間の間、振動データ４０に従って電磁コイル４１に電流を流し、振動子４２を振動させる。また、振動発生部３４はパラメータ調整部３２に固定されており、パラメータ調整部３２が振動する。ここで、振動発生部３４に限らず、音に変換して呈示してもよい。パラメータ調整作業者５は、パラメータ調整部３２の振幅が最大振幅２７に比例し、振動数が振動周期２８に比例することから、過渡的に変化するロボット１の状態の一瞬の変化に対しても、確実に認識することができる。
【００１７】
（Ｓｔｅｐ２５）パラメータ調整作業者５は認識した状態から判断してパラメータ増加ボタン３５またはパラメータ減少ボタン３７を押す。パラメータ増加ボタン３５を押すと、フィードフォワード制御パラメータ３３が高くなり、パラメータ減少ボタン３７を押すと、フィードフォワード制御パラメータ３３が低くなる。フィードフォワード制御パラメータ３３を高くしていくと、作業点の振動が小さくなるため、計測値の振幅が小さくなり、フィードフォワード制御パラメータ３３を低くしていくと、作業点の振動が大きくなるため、計測値の振幅が大きくなる。パラメータ増加ボタン３５およびパラメータ減少ボタン３７に対する操作と、振動発生部３４での振動の発生は同時かつ連続的に行なわれる。
以上（Ｓｔｅｐ２１）から（Ｓｔｅｐ２５）を繰り返すことにより、パラメータ調整作業者５は、ロボット１から目を離さずに、またパラメータ調整部３２からも手を離さずにロボット１の状態を確実に認識しながらフィードフォワード制御パラメータを調整できる。また、フィードフォワード制御パラメータの調整と調整結果の認識が同時かつ連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１乃至３記載の状態量呈示装置によれば、センサ部による計測値を特徴量抽出部および呈示データ生成部においてパラメータ調整作業者に認識しやすい情報に変換して呈示することによって、パラメータ調整作業者が機械装置の状態を確実に認識することができる。また、パラメータ調整と調整結果の認識が同時かつ連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１９】
請求項４乃至７記載の状態量呈示装置によれば、計測値の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期から呈示データを作成し、情報を呈示することによって、パラメータ調整作業者がパラメータ調整部から目や手を離さずに、機械装置の作業中の状態を確実に認識し、モータやシステム全体のパラメータ調整を安全に行なうことができる。
請求項８記載の状態量呈示方法によれば、パラメータ調整作業者は、機械装置の作業中の状態を確実に認識し、モータやシステム全体のパラメータ調整を安全に効率良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る状態量呈示装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態におけるデータの変化を表す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】第２実施形態におけるデータの変化を表す図である。
【図５】第２実施形態における制御装置内のパラメータ調整部の構成を表す図である。
【図６】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態におけるデータの変化を表す図である。
【図８】一般的なロボットの制御系構成を表すブロック図である。
【図９】従来の方法を適用した不良碍子の検出装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ロボット
２  センサ部
４  情報呈示部
５  パラメータ調整作業者
６  呈示データ生成部
７  特徴量
８  計測値
９  タイマ
１０  呈示データ
１１  特徴量抽出部
１３  サーボアンプ
１４  演算部
１９  サーボモータ
２０  位置検出器
２２  加速度センサ
２４  スピーカ
２７  最大振幅
２８  振動周期
２９  ピークトゥピーク振幅
３０  呈示音データ
３１  制御装置
３２  パラメータ調整部
３３  フィードフォワード制御パラメータ
３４  振動発生部
３５  パラメータ増加ボタン
３６  速度ループゲイン
３７  パラメータ減少ボタン
３８  速度演算部
４０  振動データ
４１  電磁コイル
４２  振動子
５０  碍子振動用レーザ発生装置
５１  碍子
５２  碍子振動用レーザ光
５３  反射光
５４  光検出器
５５  音声変換装置
５６  音声出力装置
５７  音声出力部
５８  作業者
５９  振動検出用レーザ光
６０  振動検出用レーザ発生装置
６１  振動検出器
【図１】
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【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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