(57)【要約】【課題】事前の準備が必要なく、かつ生産工程を中断することなくロボットの異常診断を実行できるロボット制御装置が求められている。【解決手段】ロボット制御装置１０は、異常診断に使用される第１のデータを時系列で取得し、第１の時系列データとして記憶する第１の時系列データ取得部１２と、異常診断に使用される第１のデータを抽出するのに使用される第２のデータを時系列で取得し、第２の時系列データとして記憶する第２の時系列データ取得部１４と、第２の時系列データに基づいて、異常診断に使用される第１のデータの抽出時間を特定する時間特定部１６と、第１の時系列データのうち、抽出時間に対応する第１のデータを抽出するデータ抽出部１８と、データ抽出部１８によって抽出された第１のデータに基づいて、ロボット１００の異常診断を実行する診断実行部２０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの異常診断を実行する機能を有するロボット制御装置であって、
異常診断に使用される第１のデータを時系列で取得し、第１の時系列データとして記憶する第１の時系列データ取得部と、
異常診断に使用される前記第１のデータを抽出するのに使用される第２のデータを時系列で取得し、第２の時系列データとして記憶する第２の時系列データ取得部と、
前記第２の時系列データに基づいて、異常診断に使用される前記第１のデータの抽出時間を特定する時間特定部と、
前記第１の時系列データのうち、前記時間特定部によって特定される前記抽出時間に対応する前記第１のデータを抽出するデータ抽出部と、
前記データ抽出部によって抽出された前記第１のデータに基づいて、前記ロボットの異常診断を実行する診断実行部と、
を備えるロボット制御装置。
【請求項２】
前記第２のデータが、エンコーダ値から計算される速度情報である、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項３】
前記第２のデータが、ロボットソフトウェアによって計算される速度指令である、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項４】
前記第２のデータが、エンコーダ値から計算される加速度情報である、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項５】
前記第２のデータが、ロボットソフトウェアによって計算される加速度指令である、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項６】
前記第１のデータが、前記ロボットに取付けられたトルクセンサによって取得されるトルクである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項７】
前記第１のデータが、ロボットソフトウェアによって計算されるトルク指令である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項８】
前記第１のデータが、ロボットソフトウェアによって計算される外乱トルクである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項９】
前記時間特定部は、前記ロボットの速度が一定である時間を前記抽出時間として特定するように構成されており、
前記診断実行部は、抽出された前記第１のデータを周波数解析することによってロボットの異常診断を実行するように構成される、請求項１〜３、６〜８のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項１０】
前記時間特定部は、前記ロボットの速度が所定の範囲にある時間を前記抽出時間として特定するように構成されており、
前記診断実行部は、抽出された前記第１のデータを時間周波数解析することによってロボットの異常診断を実行するように構成される、請求項１〜３、６〜８のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項１１】
前記第１のデータが前記ロボットにおいて発生するトルクであり、
前記時間特定部は、前記ロボットの加速度が所定の大きさである時間を前記抽出時間として特定するように構成されており、
前記診断実行部は、前記トルクに基づいて前記ロボットの異常診断を実行するように構成される、請求項１、４〜８のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項１２】
前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データが同一の時系列データである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットを制御するロボット制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットは、生産ラインにおいて多数の他のロボット又は機械とともに使用される。そのため、ロボットが一台でも故障すると、生産ライン全体が停止してしまう。ロボットの機構部の部品、例えば減速機は、交換するのに多大な時間を要することが多い。そのため、ロボットの故障により生産が長時間停止すると、深刻な損害につながる場合がある。そこで、ロボットの異常を早期に発見し、生産ラインの停止を防止する手段が求められている。
【０００３】
特許文献１には、ティーチングプレイバック方式のロボットの故障予知診断方法が開示されている。この関連技術によれば、正常な状態のロボットを基準動作パターンに従って動作させ、その際の基準データを予め取得しておく。そして、ロボットを所定時間稼働させた後に、同じ基準動作パターンに従ってロボットを動作させたときに取得されるデータを基準データと比較することによって、故障の予知又は診断を行う。
【０００４】
特許文献２には、略同一の入力条件（位置指令）に対するロボットの出力（サーボデータ）を比較してロボットの経年劣化の有無を判定するのに使用されるデータ処理装置が開示されている。この関連技術によれば、基準動作に対応するテンプレートに対する類似度に基づいて、多量のデータの中から比較に用いられるデータを抽出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１２３１０５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３２４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された関連技術では、意図される生産工程における動作とは異なる基準動作を定期的に実行する必要があり、効率が低下する。また、ロボットの周囲環境が変化したときに、同一の基準動作を実行できなくなることがある。特許文献２に記載された関連技術において、テンプレートを作成する準備工程は、使用者にとって煩雑で手間がかかり、結果的にコスト増大につながる。
【０００７】
したがって、事前の準備が必要なく、かつ生産工程を中断することなくロボットの異常診断を実行できるロボット制御装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の１番目の発明によれば、ロボットの異常診断機能を有するロボット制御装置であって、異常診断に使用される第１のデータを時系列で取得し、第１の時系列データとして記憶する第１の時系列データ取得部と、異常診断に使用される前記第１のデータを抽出するのに使用される第２のデータを時系列で取得し、第２の時系列データとして記憶する第２の時系列データ取得部と、前記第２の時系列データに基づいて、異常診断に使用される前記第１のデータの抽出時間を特定する時間特定部と、前記第１の時系列データのうち、前記時間特定部によって特定される前記抽出時間に対応する前記第１のデータを抽出するデータ抽出部と、前記データ抽出部によって抽出された前記第１のデータに基づいて、前記ロボットの異常診断を実行する診断実行部と、を備えるロボット制御装置が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明に係るロボット制御装置において、前記第２のデータが、エンコーダ値から計算される速度情報である。
３番目の発明によれば、１番目の発明に係るロボット制御装置において、前記第２のデータが、ロボットソフトウェアによって計算される速度指令である。
４番目の発明によれば、１番目の発明に係るロボット制御装置において、前記第２のデータが、エンコーダ値から計算される加速度情報である。
５番目の発明によれば、１番目の発明に係るロボット制御装置において、前記第２のデータが、ロボットソフトウェアによって計算される加速度指令である。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係るロボット制御装置において、前記第１のデータが、前記ロボットに取付けられたトルクセンサによって取得されるトルクである。
７番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係るロボット制御装置において、前記第１のデータが、ロボットソフトウェアによって計算されるトルク指令である。
８番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係るロボット制御装置において、前記第１のデータが、ロボットソフトウェアによって計算される外乱トルクである。
９番目の発明によれば、１番目から３番目及び６番目から８番目のいずれかの発明に係るロボット制御装置において、前記時間特定部は、前記ロボットの速度が一定である時間を前記抽出時間として特定するように構成されており、前記診断実行部は、抽出された前記第１のデータを周波数解析することによってロボットの異常診断を実行するように構成される。
１０番目の発明によれば、１番目から３番目及び６番目から８番目のいずれかの発明に係るロボット制御装置において、前記時間特定部は、前記ロボットの速度が所定の範囲にある時間を前記抽出時間として特定するように構成されており、前記診断実行部は、抽出された前記第１のデータを時間周波数解析することによってロボットの異常診断を実行するように構成される。
１１番目の発明によれば、１番目及び４番目から８番目のいずれかの発明に係るロボット制御装置において、前記第１のデータが前記ロボットにおいて発生するトルクであり、前記時間特定部は、前記ロボットの加速度が所定の大きさである時間を前記抽出時間として特定するように構成されており、前記診断実行部は、前記トルクに基づいて前記ロボットの異常診断を実行するように構成される。
１２番目の発明によれば、１番目から１１番目のいずれかの発明に係るロボット制御装置において、前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データが同一の時系列データである。
【０００９】
これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るロボット制御装置によれば、異常診断に用いられる基準データを使用者が事前に用意する必要がなく、かつ生産工程を中断することなくロボットの異常診断を実行できる。それにより、生産効率を低下させることなくロボットの異常を早期に発見できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るロボット制御装置の機能ブロック図である。
【図２】一実施形態に係るロボット制御装置によって実行される処理を示すフローチャートである。
【図３Ａ】第１の実施例に従って取得される第２の時系列データを示すグラフである。
【図３Ｂ】第１の実施例に従って取得される第１の時系列データを示すグラフである。
【図４Ａ】第２の実施例に従って取得される第２の時系列データを示すグラフである。
【図４Ｂ】第２の実施例に従って取得される第１の時系列データを示すグラフである。
【図５Ａ】第３の実施例に従って取得される第２の時系列データを示すグラフである。
【図５Ｂ】第３の実施例に従って取得される第１の時系列データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、一実施形態に係るロボット制御装置１０の機能ブロック図である。ロボット制御装置１０は、ロボット１００を制御して所望の動作を実行させるのに使用される。ロボット１００は、詳細に図示されないものの、関節軸を駆動する複数のモータ１０２を備えた多関節ロボットである。
【００１３】
ロボット１００は、モータ１０２の動作に関する情報、例えば角度位置、速度、加速度などを検出するエンコーダ１０４と、ロボット１００に取付けられていてロボット１００の各関節軸に作用するトルクを検出するトルクセンサ１０６と、をさらに備えている。ロボット１００は、例えば機械加工、ワークの搬送などの工程を実行するように構成された産業用ロボットである。
【００１４】
ロボット制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、揮発性メモリなどの公知のハードウェア構成を有するデジタルコンピュータである。ロボット制御装置１０は、外部機器との間でデータ及び信号を送受信するためのインターフェイスを備えており、例えば入力デバイス又は表示デバイス、外部記憶装置などと必要に応じて接続される。
【００１５】
図示されるように、ロボット制御装置１０は、第１の時系列データ取得部１２と、第２の時系列データ取得部１４と、時間特定部１６と、データ抽出部１８と、診断実行部２０と、を備えており、ロボット１００の異常診断を実行する機能を有している。
【００１６】
第１の時系列データ取得部１２は、ロボット１００の異常診断に使用される第１のデータを時系列で取得し、不揮発性メモリ又は外部記憶装置に第１の時系列データとして記憶する。
【００１７】
第２の時系列データ取得部１４は、ロボット１００の異常診断に使用される第１のデータを抽出するのに使用される第２のデータを時系列で取得し、不揮発性メモリ又は外部記憶装置に第２の時系列データとして記憶する。
【００１８】
第１のデータ及び第２のデータは、エンコーダ１０４又はトルクセンサ１０６などのセンサによって検出されてもよいし、或いはそれらセンサの検出値から計算して求められてもよい。或いは、第１のデータ及び第２のデータは、ロボット１００の動作プログラムなどに従ってロボットソフトウェアによって計算される、ロボット１００への指令値であってもよい。ロボットソフトウェアは、ロボット１００の動作を制御するソフトウェアである。第１のデータ及び第２のデータが計算により求められる場合、必要な計算を随時実行して第１のデータ及び第２のデータを順次記憶するようにしてもよいし、計算に必要な情報を記憶しておいて、任意のタイミングで第１のデータ及び第２のデータを後から計算するようにしてもよい。
【００１９】
時間特定部１６は、第２の時系列データ取得部１４によって取得される第２の時系列データに基づいて、ロボット１００の異常診断に使用される第１のデータの抽出時間を特定する。時間特定部１６は、第２の時系列データが所定の条件を満足するときの第２のデータの取得時間を特定する。
【００２０】
データ抽出部１８は、第１の時系列データのうち、時間特定部１６によって特定される抽出時間に対応する第１のデータを抽出する。データ抽出部１８によって抽出された抽出データは、診断実行部２０によって読出される。
【００２１】
診断実行部２０は、データ抽出部１８によって抽出された第１のデータに基づいて、ロボット１００の異常診断を実行する。図示されないものの、ロボット制御装置１０は、診断実行部２０がロボット１００に異常があると判定したときに、アラームを操作者に通知するように構成されてもよい。アラーム通知は、例えばロボット制御装置１０の表示デバイスに警告メッセージを表示したり、又はアラーム音を発生することによって実行される。
【００２２】
図２は、一実施形態に係るロボット制御装置１０によって実行される処理を示すフローチャートである。ステップＳ２０１では、第１の時系列データ取得部１２が、ロボット１００の異常診断に用いられる第1の時系列データを取得する。
【００２３】
ステップＳ２０２では、第２の時系列データ取得部１４が、第１のデータの抽出時間を特定するために用いられる第２の時系列データを取得する。第１の時系列データ及び第２の時系列データは、互いに同期して取得されてもよいが、本発明は、そのような特定の態様には限定されない。例えば、第１の時系列データを取得するサンプリング周期の整数倍の周期で第２の時系列データが取得されてもよい。
【００２４】
ステップＳ２０３では、時間特定部１６が、ステップＳ２０２で取得された第２の時系列データに基づいて、異常診断を実行するのに有用な第１のデータに対応する抽出時間を特定する。
【００２５】
ステップＳ２０４では、データ抽出部１８が、ステップＳ２０３で特定された抽出時間に対応する時間に取得された第１のデータを第１の時系列データから抽出する。
【００２６】
ステップＳ２０５では、診断実行部２０が、ステップＳ２０４で抽出された抽出データに基づいて、ロボット１００の異常診断を実行する。ロボット１００の異常診断の方法は、第１のデータの種類に応じて決定される。一実施形態においては、予め定められる基準データと、抽出データとを比較して異常診断が行われる。別の実施形態においては、ロボット１００が正常に動作しているときに取得された正常時データと、抽出データとを比較して異常診断が行われる。ステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理は、第１の時系列データ及び第２の時系列データが取得されたときに速やかに実行されてもよいし、又は任意のタイミングで後から実行されてもよい。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂは、第１の実施例に従って取得される第２の時系列データ及び第１の時系列データをそれぞれ示している。本実施例では、第１のデータがトルクセンサ１０６によって取得されるトルクであり、第２のデータがエンコーダ１０４の検出値から計算される速度である。
【００２８】
時間特定部１６は、第２のデータ、すなわち速度が予め定められる期間よりも長い期間にわたって一定である時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間の時間を抽出時間ΔＴとして特定する。例えば、エンコーダ１０４の検出値から求められる速度の微分値が、予め定められる時間よりも長い時間にわたって予め定められる閾値よりも小さいときに、速度が一定であると判定される。なお、速度は、モータ出力の回転速度であってもよいし、軸の回転速度であってもよいし、又はモータと軸との間に設けられる回転要素の回転速度であってもよい。
【００２９】
本実施例の変形例において、時間特定部１６は、速度が一定である条件に加えて、速度又はその絶対値が所定の範囲内にあることを抽出時間ΔＴの特定の条件としてもよい。その場合、範囲の上限値又は下限値のいずれか一方がなくてもよい。
【００３０】
データ抽出部１８は、抽出時間ΔＴに対応する第１のデータを抽出する。図３Ｂには、抽出時間ΔＴに対応する抽出データＤ１が太線で示されている。第１のデータを取得するサンプリング周期と、第２のデータを取得するサンプリング周期とが一致しておらず、各々のデータの取得時刻が一致していないときは、時刻Ｔ１に最も近い第１のデータの取得時刻から時刻Ｔ２に最も近い第１のデータの取得時刻までの間に取得される第１のデータが抽出データＤ１として抽出される。
【００３１】
診断実行部２０は、抽出データＤ１を対象として周波数解析を行ってロボット１００の異常診断を実行する。周波数解析は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などの公知の方法を用いて実行される。一実施形態において、予め定められる基準データと、周波数解析の結果とを比較して異常診断が実行される。或いは、ロボット１００が正常に動作しているときに取得された正常時データと、解析結果とを比較して異常診断が実行されてもよい。
【００３２】
図４Ａ及び図４Ｂは、第２の実施例に従って取得される第２の時系列データ及び第１の時系列データをそれぞれ示している。本実施例では、第１の実施例と同様に、第１のデータがトルクであり、第２のデータが速度である。しかしながら、本実施例において、時間特定部１６は、第２のデータ、すなわち速度が速度Ｖ１と速度Ｖ２との間の範囲内に含まれる時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間の時間を抽出時間ΔＴ１として、また、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間を抽出時間ΔＴ２としてそれぞれ特定する。
【００３３】
図４Ｂを参照すれば、抽出時間ΔＴ１，ΔＴ２にそれぞれ対応する抽出データＤ１，Ｄ２がそれぞれ太線で示されている。診断実行部２０は、抽出データＤ１，Ｄ２を対象として時間周波数解析を行う。一実施形態において、予め定められる基準データと、解析結果とを比較して異常診断が実行される。或いは、ロボット１００が正常に動作しているときに取得された正常時データと、解析結果とを比較して異常診断が実行されてもよい。
【００３４】
本実施例の変形例において、速度の絶対値が所定の範囲内に含まれることを抽出時間ΔＴの特定の条件としてもよい。その場合、範囲の上限値又は下限値のいずれか一方がなくてもよい。
【００３５】
図６Ａ及び図６Ｂは、第３の実施例に従って取得される第２の時系列データ及び第１の時系列データをそれぞれ示している。本実施例では、第１のデータがトルクセンサ１０６によって取得されるトルクであり、第２のデータがエンコーダ１０４の検出値から計算される加速度である。時間特定部１６は、予め定められる期間よりも長い期間にわたって加速度が所定の加速度Ａ１である時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間の時間を抽出時間ΔＴとして特定する。加速度が所定の加速度Ａ１であるか否かは、加速度Ａ１を基準として定められる誤差の範囲内に含まれるか否かに基づいて判定される。なお、加速度は、モータ出力の回転加速度であってもよいし、軸の回転加速度であってもよいし、又はモータと軸との間に設けられる回転要素の回転加速度であってもよい。
【００３６】
図６Ｂには、抽出時間ΔＴに対応する抽出データＤ１が太線で示されている。診断実行部２０は、抽出データＤ１中のトルクの大きさと、予め定められる基準データとを比較してロボット１００の異常診断を実行する。或いは、抽出データＤ１と、ロボット１００が正常に動作しているときに取得される正常時データとを比較して異常診断が実行されてもよい。
【００３７】
本実施形態によれば、診断実行部２０による異常診断において使用される基準データは、ロボット制御装置１０の出荷前に設定可能であるため、使用者が準備段階でロボット１００の異常診断を実行するのに必要な設定を行う必要がない。また、ロボット制御装置１０は、ロボット１００が生産工程において必要な動作を実行している間にロボット１００の異常診断を実行できるので、異常診断のために生産ラインを停止する必要がない。したがって、本実施形態によれば、生産効率を低下させることなく、ロボット１００の異常を早期に発見できるようになる。
【００３８】
変形例において、トルクセンサ１０６を使用する代わりに、ロボットソフトウェアによって計算される外乱トルク、又はモータ１０２へのトルク指令を第１のデータとして使用してもよい。別の変形例において、エンコーダ１０４の検出値から第２のデータを取得する代わりに、ロボットソフトウェアによって計算されるモータ１０２への速度指令又は加速度指令を使用してもよい。第１のデータ及び第２のデータは、本明細書において例示したタイプのデータに限定されないことに留意されたい。例えば、一実施形態において、第１の時系列データ及び第２の時系列データが同一の時系列データであってもよい。
【００３９】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    ロボット制御装置
１２    第１の時系列データ取得部
１４    第２の時系列データ取得部
１６    時間特定部
１８    データ抽出部
２０    診断実行部
１００    ロボット
１０２    モータ
１０４    エンコーダ
１０６    トルクセンサ
Ｄ１    抽出データ
Ｄ２    抽出データ
【図１】
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【図２】
2016179527.tif 000004
【図３Ａ】
2016179527.tif 000005
【図３Ｂ】
2016179527.tif 000006
【図４Ａ】
2016179527.tif 000007
【図４Ｂ】
2016179527.tif 000008
【図５Ａ】
2016179527.tif 000009
【図５Ｂ】
2016179527.tif 000010