(57)【要約】【課題】正常時において常に同一の動作を繰り返す工作用ロボットに対して、その動作異常を確実に検出し得るトレーシングシステムを提供する。【解決手段】携帯測定装置１０が、地磁気センサー１１と加速度センサー１２と、各センサーからのデータをサンプリングするデータ処理部１３と、サンプリングデータを無線送信する送信部１４と、を備え、トレースデータ処理装置２０が、送信部１４からのサンプリングデータを無線受信する受信部２１と、サンプリングデータに基いて特徴量を抽出する特徴抽出部２２と、基準となる標準状態での特徴量を標準データとして蓄積する標準データ蓄積部２３と、特徴抽出部２２からの出力データと標準データ蓄積部２３に蓄積されている標準データとを比較する参照部２４と、参照部２４の参照結果に基いてトレース結果の適否を判定する判定部２５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気センサーから出力されたセンサーデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める特徴抽出部と、
基準となる標準状態における特徴量を標準データとして蓄積する標準データ蓄積部と、
上記特徴抽出部から出力された出力データと上記標準データ蓄積部に蓄積されている標準データとを比較する参照部と、を備える、トレーシングシステム。
【請求項２】
携帯測定装置とトレースデータ処理装置とから構成され、
上記携帯測定装置が、前記地磁気センサーと、該地磁気センサーから出力されたセンサーデータをサンプリングするデータ処理部と、該データ処理部でサンプリングされたサンプリングデータを無線送信する送信部と、を備え、
上記トレースデータ処理装置が、上記送信部から送信されたサンプリングデータを受信する受信部と、前記特徴抽出部と、前記標準データ蓄積部と、前記参照部と、該参照部の結果に基いてトレース結果の適否を判定する判定部と、を備える、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項３】
前記地磁気センサーと、該地磁気センサーから出力されたセンサーデータをサンプリングするデータ処理部と、前記特徴抽出部と、前記標準データ蓄積部と、前記参照部と、該参照部の結果に基いてトレース結果の適否を判定する判定部と、を有する携帯測定装置を備え、
上記携帯測定装置が外部に対して上記判定部による判定結果を出力する、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項４】
前記標準データ蓄積部は、外部から受信した標準データを蓄積する、請求項３に記載のトレーシングシステム。
【請求項５】
前記携帯測定装置は、加速度センサーを有し、
前記データ処理部は、前記地磁気センサーから出力されたセンサーデータと上記加速度センサーから出力されたセンサーデータとを同一タイミングでサンプリングする、請求項２又は３に記載のトレーシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作ロボットのように正常状態では常に同一動作を繰り返し実行する対象に対して、その動作を連続トレースすることにより、動作の異常を検出するトレーシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは多種多様で、生産ラインにおいては作業用ロボットが配置されている。自動車の生産ラインには、作業用ロボットとして工作用ロボットや搬送用ロボットなどが自動車の組み立てラインに沿って複数配置され、作業用ロボットにより自動車の組み立てが行われている。作業用ロボットでも特に工作用ロボットでは、アームが関節部を介して接続されている。
【０００３】
これらの工作用ロボットでは、アームの戻り位置、アームの押力、アームの固有振動数の変化、アームを駆動する駆動部の伝達の異常、アーム先端部に設けた把持部の形状変化などから、工作用ロボットの異常を検知している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５-２２２２２６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１０５１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような工作用ロボットの異常検知は、各ロボットが行う動作に依存しており、汎用性に欠ける。また、生産ラインでは、複数のロボットが協調して組み立て作業などを行っているところ、遅れの原因となっているロボットを検知することは困難であった。
【０００６】
例えば、ロボットの関節部に設けてある駆動モーターに異常電流が流れることでモーターの異常を検知することができるけれども、その異常検知は駆動モーターが破損するような場合に限られる。よって、ロボットが正常な動作を行っているか否かの判断はできなかった。そこで、ロボットの動作の正常性について確かめる手法は以下のような手法が考えられるが、有効な手法はなかった。
第１の手法として、ロボットのアームが押す力を応力センサーで測定することが考えられる。しかし、アームの押し動作以外では有効な手段とはならない。
第２の手法として、ロボットのアームが繰り返し動作を行う場合、所定の位置にスイッチやセンサーを設け、アームの動作速度を検出することが考えられるが、一周期での動作全体の遅れは検知できるとしても、一周期内での特定の時間領域での遅延や異常振動は検出できない。
第３の手法として、ロボットのアームに加速度センサーを取り付けることで異常を検出することが考えられるが、どのタイミングで異常振動が発生しているか、或いはどの位置で異常振動が発生しているか、を判断することは困難であった。
【０００７】
一方、生産ラインには複数のロボットが配置されており、各ロボットに接続されたロボット制御盤同士が接続されている。そして双方のロボットが干渉しないように、排他制御されている領域への侵入をインターロック信号で制御している。進入可／不可となるタイミングはプレス機や他のロボットの動作タイミングに依存するが、排他制御されている領域の手前で搬送ロボットが急停止し、待ち状態となる。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、工作用ロボットを始めとする正常時においては常に同一の動作を繰り返す対象に対して、その動作の異常を確実に検出することができるトレーシングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のトレーシングシステムは、地磁気センサーから出力されたセンサーデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める特徴抽出部と、基準となる標準状態における特徴量を標準データとして蓄積する標準データ蓄積部と、特徴抽出部から出力された出力データと標準データ蓄積部に蓄積されている標準データとを比較する参照部と、を備える。
具体的な第１の構成として、本発明のトレーシングシステムは、携帯測定装置とトレースデータ処理装置とから構成され、携帯測定装置が、地磁気センサーと、地磁気センサーから出力されたセンサーデータをサンプリングするデータ処理部と、データ処理部でサンプリングされたサンプリングデータを無線送信する送信部と、を備え、トレースデータ処理装置が、送信部から送信されたサンプリングデータを受信する受信部と、特徴抽出部と、標準データ蓄積部と、参照部と、参照部の結果に基いてトレース結果の適否を判定する判定部と、を備える。
具体的な第２の構成として、本発明のトレーシングシステムは、地磁気センサーと、地磁気センサーから出力されたセンサーデータをサンプリングするデータ処理部と、特徴抽出部と、標準データ蓄積部と、参照部と、参照部の結果に基いてトレース結果の適否を判定する判定部と、を有する携帯測定装置を備え、携帯測定装置が外部に対して判定部による判定結果を出力する。さらに、標準データ蓄積部は、外部から受信した標準データを蓄積する。
好ましくは、携帯測定装置は加速度センサーを有し、データ処理部は、地磁気センサーから出力されたセンサーデータと加速度センサーから出力されたセンサーデータとを同一タイミングでサンプリングする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、工作用ロボット等の異常動作を正確に検出することができるので、工作用ロボットの不具合を早期に察知して対応することができる。よって蓋然性のある異常を察知して対応が取れることで、生産効率が向上し、不良品の発生数を低減することができる。また、複数の工作用ロボットが連動している場合、遅延の原因となっているロボット等を検出できることから、その対象物に対して適切に対処することができる。よって、系としての遅延を解消し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るトレーシングシステム１のブロック構成図であり、（Ｂ）は工作用ロボット２に装着される携帯測定装置１０のブロック構成図である。
トレーシングシステム１は、作業用ロボットとしての工作用ロボット２に取り付けられる携帯測定装置１０と、携帯測定装置１０からのセンサーデータを処理して工作用ロボット２の異常動作を検出するトレースデータ処理装置２０と、から構築される。図１では、トレースデータ処理装置２０に無線受信機５が備えられ、携帯測定装置１０からのセンサーデータを無線で受信できる場合を示しているが、トレースデータ処理装置２０内の受信部２１で直接受信するようにしてもよい。
【００１２】
携帯測定装置１０は、地磁気センサー１１と加速度センサー１２とデータ処理部１３と送信部１４とを備える。
地磁気センサー１１は地磁気を検知してセンサーデータとしてデータ処理部１３に随時出力する。加速度センサー１２は加速度を検知してセンサーデータとしてデータ処理部１３に対して随時出力する。地磁気センサー１１及び加速度センサー１２は何れも三軸センサーであることが好ましく、この場合には各センサーデータはｘ成分、ｙ成分、ｚ成分からなる。データ処理部１３は、地磁気センサー１１及び加速度センサー１２からの各アナログデータを同一のタイミングでデジタルデータとする。送信部１４は、データ処理部１３からのデジタルデータを受信すると、携帯測定装置１０のＩＤ番号を添えてセンサー情報として随時送信する。携帯測定装置１０は、工作用ロボット２のアーム部に一又は複数設けられる。ここで、加速度センサー１２は工作用ロボット２の動作やトレース確認の内容に応じて、適宜備えればよい。
【００１３】
トレースデータ処理装置２０は、受信部２１と特徴抽出部２２と標準データ蓄積部２３と参照部２４と判定部２５と照合結果蓄積部２６と警告発生部２７と標準データ書込処理部２８とを備える。以下、各部の機能を説明する。
【００１４】
受信部２１は、携帯測定装置１０から無線受信機５を経由して送られてくるセンサー情報を受信する。
特徴抽出部２２は、地磁気センサー１１及び／又は加速度センサー１２で得たセンサーデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める。具体的には、特徴抽出部２２は、受信部２１で受信したセンサー情報に含まれるセンサーデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める。
標準データ蓄積部２３は、基準となる標準状態における特徴量を標準データとして蓄積する。具体的には、工作用ロボット２を正常に動作させる。その際、携帯測定装置１０から地磁気センサー１１及び／又は加速度センサー１２の各センサーデータをセンサー情報として受信部２１が受信し、このセンサー情報に含まれるセンサーデータに基いて特徴抽出部２２が特徴を抽出して特徴量を求める。工作用ロボット２に同一の動作を行わせ、この一連の処理を行うことで、複数の特徴量を得る。そして、標準データ書込処理部２８が、これらの複数の特徴量から基準となる標準データを選定したり、複数の特徴量を平均化処理して標準データを求め、標準データ蓄積部２３に書き込ませる。この標準データの選定、平均化処理及び書込処理は人為的な確認処理を経て行ってもよい。
参照部２４は、工作用ロボット２に検査対象となる動作をさせた際に特徴抽出部２２から出力される出力データと、標準データ蓄積部２３に蓄積されている標準データと、を比較し、判定部２５に比較結果を出力する。
判定部２５は、参照部２４から比較結果の入力を受け、工作用ロボット２の動作異常を判定する。
照合結果蓄積部２６は、判定部２５の判定結果を蓄積する。
警告発生部２７は、判定部２５からＮＧの判定を受けると、ブザーやパトライトをＯＮして作業者に告知する。
【００１５】
（第２の実施形態）
図２（Ａ）は、第２の実施形態に係るトレーシングシステム３のブロック構成図であり、（Ｂ）は工作用ロボット２に装着される携帯測定装置３０のブロック構成図である。
図２（Ａ）に示すトレーシングシステム３は、携帯測定装置３０と、トレースデータ処理装置４０とで構成されている点では図１に示すトレーシングシステム１と同じであるが、図１に示す特徴抽出部２２、標準データ蓄積部２３、参照部２４、判定部２５をトレースデータ処理装置側ではなく、携帯測定装置３０に設けている点で異なる。即ち、携帯測定装置３０は、地磁気センサー３１と加速度センサー３２とデータ処理部３３と特徴抽出部３４と標準データ蓄積部３５と参照部３６と判定部３７と標準データ書込処理部３８と出力部３９とを備える。第１の実施形態における送信部１４は出力部３９に相当し、無線受信機５を経由してトレースデータ処理装置４０に無線で送信することもできるし、必要に応じてメモリー部（図示せず）に判定部３７の結果を蓄積して、有線で外部に出力することもできる。
さらに、図示を省略するが、工作用ロボット２を制御する制御装置内や、工作用ロボット２の動作指令を管理する管理装置内に、第２の実施形態におけるトレースデータ処理装置を内蔵してもよい。
【００１６】
（動作トレース確認処理）
第１，第２の実施形態におけるトレーシングシステム１，３による工作用ロボット２の動作トレース確認処理について説明する。なお、第１の実施形態と第２の実施形態とにおける基本的な動作トレース確認処理は同じであるので、以下の説明では、第１の実施形態の場合を想定して説明する。
【００１７】
予め、基準となる標準データを標準データ蓄積部２３に以下の要領で蓄積しておく。
工作用ロボット２に基準となる動作を行わせる。工作用ロボット２の動作中、地磁気センサー１１及び加速度センサー１２が各センサーデータをデータ処理部１３に出力するので、データ処理部１３は所定の間隔でサンプリングしてサンプリングデータを送信部１４に出力し、無線受信機５を経由してトレースデータ処理装置２０に無線送信する。その際、携帯測定装置１０のＩＤ番号を付けて送信する。これにより、トレースデータ処理装置２０はどの携帯測定装置１０から送信されたデータであるかを判断することができる。トレースデータ処理装置２０は、無線受信機５を経由して受信部２１で受信すると、センサーデータを特徴抽出部２２により、センサーデータの時系列から特徴量を抽出する。そして、標準データ書込処理部２８において如何なる特徴で工作用ロボット２の動作確認を行うかを人為的に判断し、標準データとして人為的な選択を介して標準データ蓄積部２３に蓄積する。その際、工作用ロボット２に同一の動作を繰り返し行わせて得たセンサーデータから許容範囲を含めて特徴量を設定する。
【００１８】
次に、標準データ蓄積部２３に標準データが蓄積されていることを前提に、以下の要領で、工作用ロボット２の動作をトレーシングする処理が行われる。その際工作用ロボット２はプログラムに従い同一の動作を行おうとしている。
携帯測定装置１０において、データ処理部１３が地磁気センサー１１及び加速度センサー１２からの各センサーデータの入力を受けて、所定のサンプリング周波数でセンサーデータをサンプリングし、携帯測定装置１０のＩＤ番号などを付して送信部１４に出力する。送信部１４はデータ処理部１３からの出力データをトレースデータ処理装置２０に無線受信機５を経由して送信する。
トレースデータ処理装置２０において、受信部２１は無線受信機５を経由して携帯測定装置１０からの送信データを受信し、特徴抽出部２２に出力する。特徴抽出部２２では、工作用ロボット２の動作に対応して特徴を抽出して求めた特徴量を参照部２４に出力する。参照部２４では、特徴抽出部２２で求めた特徴量と標準データ蓄積部２３に蓄積されている標準データとを比較して比較結果を判定部２５に出力する。判定部２５は参照部２４での比較結果に応じて工作用ロボット２の動作が正常であるか否かを判定する。判定が肯定的か否定的かに拘らずその結果を照合結果蓄積部２６に格納する。判定が否定的の場合に限り、警告発生部２７から警告を発する。
【００１９】
トレーシングシステムによる実際のトレーシング処理について、さらに説明する。
図３は、携帯測定装置１０から無線受信機５を経由してトレースデータ処理装置２０に送信されるセンサーの出力データの例を示し、（Ａ）は地磁気センサー１１の出力波形を、（Ｂ）は加速度センサー１２の出力波形を示す図である。各図の横軸は時間（×２５ミリ秒）であり、縦軸はセンサーの出力値（任意目盛）である。この波形は、プレスロボットと連動する搬送ロボットについてのトレースデータの例である。
【００２０】
特徴抽出部２２では、携帯測定装置１０から随時送られてくるセンサーの出力値をバッファーに蓄積しておき、次のようなデータ処理が行われる。
先ず、バッファーに蓄積されたセンサーの出力データ列から作業の一工程を区切る。例えば、一工程の所定の時間と波形変化のパターンとから、図示するように、１周期目、２周期目、３周期目、４周期目と区切る。そして、周期毎の波形から特徴を抽出し、特徴量とし、標準データ書込処理部２８を経由して標準データ蓄積部２３に記憶する。
【００２１】
使用開始の段階においては、標準データ蓄積部２３に標準データが蓄積されていないので、工作用ロボット１に基準となる動作を行わせて特徴を抽出して特徴量を求める。例えば、地磁気センサー１１からのＺ軸方向の出力値について、正常時のアーム停止時間である「正常値１」及び「正常値２」と、それぞれの地磁気の値である「正常値３」及び「正常値４」を正常時の特徴量として標準データ蓄積部２３に記憶する。特徴抽出部２２は工作用ロボット２の動作に応じて決定され、この例では、センサーの出力値そのものから求めた場合であるが、センサーの出力値を微分処理や積分処理の結果から特徴量を求めても良い。例えばセンサーデータの変化率が特徴となる場合には出力データ列に微分処理を施した値で特徴量を求める。また、ロボットは決められた動作を行うため、一定周期の動作におけるセンサーからの出力データ列を時間毎に平均化して標準データとしてもよい。なお、一成分のみならず、複数の成分から特徴量を求めても良い。
【００２２】
工作用ロボット２に所定の動作を繰り返し行わせてトレーシングを行う場合には、周期毎の波形から標準データを求めた要領で、特徴量を求める。そして、参照部２４において、特徴抽出部２２で抽出した特徴量のデータと、標準データ蓄積部２３からの標準データとを突き合せて、同一か又は類似しているか否か判断する。次に、判定部２５は、参照部２４からの比較結果に応じて、許容範囲にあるか否かを判定する。よって判定部２５は動作内容に応じて許容範囲にあるか否かの判定テーブルを備えており、その判定テーブルに従って、肯定的な判定、否定的な判定の何れかを出力する。
【００２３】
例えば、図３で実線の丸で囲んだ部分の波形、即ち準正常１の箇所では、アームが停止している時間は正常値１と同じであるが、その地磁気の大きさは正常値３と大きく異なり、アームの動作に若干の問題があると推定される。同様に、図３で点線の丸で囲んだ部分の波形、即ち準正常２の箇所では、アーム停止時間は正常値２と同じであるが地磁気の大きさは正常値４より小さく、その後急激に正常値２に変化していることから、アームの停止場所が正常な場所の少し手前で待っており、正常な場所に戻ることが許可された時点で急速に正常場所に移動したと推定される。
【００２４】
以上説明したように、本発明では、工作用ロボットの異常動作を検出することができるので、工作用ロボットの不具合を早期に察知して対応することができる。例えば、異常振動の発生は工作用ロボットの機械的故障として、板金を送るアームの撓みや板金吸い付け用ゴムの磨耗はロボット故障に繋がる不調として、インターロック部位の手前での一時停止は工作用ロボットの処理速度のバラツキとして、それぞれ事前に検知する。このように蓋然性の高い異常を察知することで、異常に至らない状態で対応可能となる。よって、生産効率が向上し、不良品の発生数を低減し得る。なお、図２に示すトレーシングシステム３においても、図１に示すトレーシングシステム１と同様な処理を行うことができる。また、工作用ロボット２の動作のみならず、一定の動作を行うようにプログラム化されたロボットに対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）は、第１の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図であり、（Ｂ）は工作用ロボットに装着される携帯測定装置のブロック構成図である。
【図２】（Ａ）は、第２の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図であり、（Ｂ）は工作用ロボットに装着される携帯測定装置のブロック構成図である。
【図３】携帯測定装置から無線受信機を経由してトレースデータ処理装置に送信されるセンサーの出力データの例を示し、（Ａ）は地磁気センサーの出力波形を、（Ｂ）は加速度センサーの出力波形を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１，３  トレーシングシステム
２      工作用ロボット
５      無線受信機
１０，３０    携帯測定装置
１１，３１    地磁気センサー
１２，３２    加速度センサー
１３，３３    データ処理部
１４    送信部
２０，４０    トレースデータ処理装置
２１，４１    受信部
２２，３４    特徴抽出部
２３，３５    標準データ蓄積部
２４，３６    参照部
２５，３７    判定部
２６，４２    照合結果蓄積部
２７，４３    警告発生部
２８，３８    標準データ書込処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009169556.tif 000005