減速機の異常判定方法、異常判定装置、ロボット及びロボットシステム
【課題】通常の作業用プログラムを実行しながら、産業用ロボットの駆動系の異常判定や寿命診断に用いるデータを精度良く、かつ簡便に抽出することのできる方法や装置を提供する。
【解決手段】ロボット８の動作プログラムに基づいて生成された位置指令Ｘｓに従ってモータ１２を制御するモータドライバ１０からモータ１２へ出力されるトルク信号Ｔｆについて、トルク信号Ｔｆから重力補償トルクおよびロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタ３４を適用し、抽出された減速機１４の振動成分によって減速機１４の異常を判定する。
【解決手段】ロボット８の動作プログラムに基づいて生成された位置指令Ｘｓに従ってモータ１２を制御するモータドライバ１０からモータ１２へ出力されるトルク信号Ｔｆについて、トルク信号Ｔｆから重力補償トルクおよびロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタ３４を適用し、抽出された減速機１４の振動成分によって減速機１４の異常を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、負荷とモータとの間に設けられモータのトルクを負荷に伝達する減速機の異常判定方法及び異常判定装置に関し、さらに異常判定装置を備えたロボットおよびロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多関節型の産業用ロボットなどでは、各関節軸の駆動源であるモータの動力を減速機を介して各関節軸に伝達する構成が一般的である。
このように構成された各関節軸の駆動によってロボットの先端部に取り付けられた各種のエンドエフェクタを所定の位置に移動させるようにしている。係る産業用ロボットにおいては、特に駆動系について定期的な保守作業を行うことにより、円滑な動作を持続させることができる。
【０００３】
しかし、ロボット本体と周辺装置との間で予期せぬ干渉が発生した場合や、定格負荷を超える重量のエンドエフェクタを搭載した状態での動作が継続した場合などにおいては、定期的な保守作業の時期より前にモータや減速機を含む駆動系が劣化し、駆動系を構成する機械部品に故障や破壊が発生する可能性がある。
駆動系の構成部品に異常をきたしたロボットは位置決め精度などが低下し、所定の作業を行えなくなる。このため、生産ラインを停止しての改修を余儀なくされ、ロボットによる生産活動に多大な影響を与えることになる。そこでロボットの駆動系の劣化症状をいち早く発見するための異常判定技術、寿命診断技術が必要となる。
【０００４】
ロボットの駆動系部品の寿命を正確に診断することで、適切なタイミングで保守・部品交換ができ、保守費や予備品の削減が図れるほか、ロボットが異常を起こして生産活動に影響を与えるリスクが減ることに繋がる。そこでロボット駆動系の劣化症状を検出する様々な技術が提案されている。
【０００５】
ロボットの正常状態において基準動作パターンでロボットを作動させることにより、このときのロボット構或要素に関する基準データを記憶しておき、ついでロボットを所要時間稼動させたのちに、再度ロボットを同じ基準動作パターンで作動させ、このときのロボット構或要素に関するデータと基準データとを比較して、この比較結果に基づいてロボットの故障を予知し診断することを特徴とする、ロボットの故障予知診断方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
基準動作パターンを使用しない例としては、サイクルタイム、平均トルク、あるいは減速機寿命といった劣化診断に使用する特性データ群を一定期間に渡って蓄積し、これを統計学的手法で解析することにより、ロボット駆動系の寿命あるいはこれを構成する減速機等の部品の交換時期が到来する前に、劣化の兆候を検出するロボット劣化診断装置がある（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
また、基礎データと称したロボット出荷状態のデータ（トルク情報）を取得しておき、実稼動中にも同じようにトルク情報のデータを取得し、それらを統計的手法で処理することで、故障を診断する方法が示されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−１２３１０５号公報（第１−３頁）
【特許文献２】特開２００５−１４８８７３号公報（第１−３頁）
【特許文献３】特開２００７−１７２１５０号公報（第３−５頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１の方法では、産業用ロボットの寿命診断に使用するデータを収集するためにロボットに基準動作パターンを再現させる必要があった。すなわち希望するデータを得るために専用の動作プログラムを実行させる時間、空間が必要であり、工場のライン上でこれを行うには時間的、空間的制約が大きい。
【００１０】
特許文献２、特許文献３のように、基準動作パターンの代わりに実際のロボットの作業用プログラムを使用する方法も示されている。しかし、実際の生産現場ではロボットの使用目的によって作業用プログラムによる動作はまちまちであり、特にロボットの姿勢による影響が大きいトルクデータでは、常に理想的なデータが取得できるとは考えにくい。
【００１１】
特に特許文献３では、ロボットに作用する重力がトルクデータへ与える影響を考慮しておらず、重力の影響がない理想的なトルクデータを念頭においているため、実際の産業用ロボットへ転用するには課題が多い。
【００１２】
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、専用の動作プログラムを必要とせず、通常の作業用プログラムを実行しながら、産業用ロボットの駆動系の異常判定や寿命診断に用いるデータを精度良く、かつ簡便に抽出することのできる方法や装置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】
【００１３】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する方法であって、前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する装置であって、前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の減速機の異常判定装置を備えたロボット制御装置である。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のロボット制御装置と、前記ロボット制御装置によって制御されるロボットとを備えたロボットシステムでする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ロボットは異常判定のための特別な動作を実行する必要がなく、通常の作業を実行しながら減速機の異常判定を行うことができる。さらに異常判定に用いるモータのトルクデータについて、重力補償や他軸からの干渉トルクによる不要な成分を除去したデータをもとに異常判定を行うので減速機の異常を高い信用度で判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るロボットの側面図である。
【図２】本発明に係る異常判定装置およびその周辺機器のブロック図である。
【図３】速度指令Ｖｓとトルク信号Ｔｆの変化の様子を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【００２６】
図１において、８はこの発明に係るロボット、９はロボット８を制御するロボットコントローラである。
ロボット８は６つの関節軸を備えており、固定台Ｅ１の上面に回転台Ｅ２が回転自在に配設されている。回転台Ｅ２は、固定台Ｅ１上に垂直に立設された回転軸（図示せず）によって回転自在に支持されている。回転台Ｅ２の頂部には、長尺の下腕Ｅ３がその一端を軸Ｅ２ａによって回動自在に軸支されている。
【００２７】
下腕Ｅ３の他端には、上腕基部Ｅ４の一端が軸Ｅ３ａによって回動自在に軸支されている。下腕Ｅ３の両端部にそれぞれ設けられた軸Ｅ２ａと軸Ｅ３ａは互いに平行とされ、且つ両軸Ｅ２ａ、Ｅ３ａは、固定台Ｅ１上で回転台Ｅ２を回転自在に軸支する図示しない回転軸に対して離れた位置で直交している。
【００２８】
上腕基部Ｅ４の下腕Ｅ３と反対側の直線部の先端には、上腕先端部Ｅ５の一端が軸Ｅ４ａによって回動自在に軸支されている。上腕基部Ｅ４の両端部にそれぞれ設けられた軸Ｅ３ａと軸Ｅ４ａは互いに離れた位置で直交している。上腕先端部Ｅ５の他端には手首Ｅ６の後端が軸Ｅ５ａによって回動自在に軸支されている。上腕先端部Ｅ５の両端部にそれぞれ設けられた軸Ｅ４ａと軸Ｅ５ａは互いに離れた位置で直交している。手首Ｅ６の先端には、エンドエフェクタＥ７が破線で示された回転軸によって回転自在に支持されている。このエンドエフェクタＥ７を支持する回転軸は、軸Ｅ５ａに直交している。
【００２９】
図１のロボットの各軸は回転型モータによって駆動する。
固定台Ｅ１と回転台Ｅ２との間、回転台Ｅ２と下腕Ｅ３との間、下腕Ｅ３と上腕基部Ｅ４との間、上腕基部Ｅ４と上腕先端部Ｅ５との間、上腕先端部Ｅ５と手首Ｅ６との間及び手首Ｅ６とエンドエフェクタＥ７との間の関節部または回転部には、それぞれ図示しない減速機駆動装置が設けられている。
【００３０】
図２は、図１に示したロボットの関節駆動軸のうち、１つの軸に関する減速機駆動装置５０および異常判定装置３０のブロック図である。図２において、異常判定装置３０は減速機駆動装置５０を判定の対象とする。
減速機駆動装置５０は、負荷１５を駆動するモータ１２、負荷１５とモータ１２との間に設けられ、モータ１２から与えられた回転数を減少させることによりトルクを増大させモータ１２の回転駆動力を負荷１５に伝達する減速機１４、モータ１２の回転動作を検出する検出器である位置検出器１３、位置検出器１３の出力するフィードバック信号に基づいてモータ１２の制御をするモータドライバ１０を有している。
ここで負荷１５とは、固定台Ｅ１と回転台Ｅ２との間に設けられた減速機駆動装置５０を例にとれば、固定台Ｅ１に対して回転駆動される回転台Ｅ２がこれに相当し、また、下腕Ｅ３と上腕基部Ｅ４との間に設けられた減速機駆動装置５０を例にとれば、下腕Ｅ３に対して所定の角度内にて揺動するように駆動される上腕基部Ｅ４がこれに相当する。
本実施例においては、図２に示された各要素のうち、モータ１２、位置検出器１３、減速機１４、負荷１５はロボット内に配置され、モータドライバ１０や異常判定装置３０はロボットコントローラ内に配置されている。
【００３１】
モータドライバ１０は、位置制御部１、速度制御部２、電流アンプ部３、速度変換部４及び３つの加算部５、６、７を有している。ロボットコントローラ９内の図示しない指令部から、モータドライバ１０に入力された位置指令値Ｘｓは、位置制御部１と加算部５とにより位置制御をされて位置制御部１から速度指令Ｖｓとなって出力する。速度指令Ｖｓは、速度制御部２と加算部６とにより速度制御をされて速度制御部２からトルク指令Ｔｓとなって出力する。
さらに、このトルク指令Ｔｓは、電流アンプ部３と加算部７とによりトルク（電流）制御をされて電流アンプ部３からモータ１２に入力する駆動電流として出力する。
なお、電流アンプ部３に入力されるトルク指令Ｔｓ及びこのトルク指令Ｔｓにフィードバックされるトルク信号Ｔｆは、いずれも電流値であるが、本実施例においてはこれらの電流値をモータ１２のトルクの大きさを表すものとして使用しているため「トルク」という言葉を用いている。
【００３２】
一方、モータ１２の回転運動は位置検出器１３で検出される。位置検出器１３が出力する位置検出値は位置フィードバック信号Ｘｆとしてフィードバックされ、加算部５により指令部からの指令値Ｘｓに重畳されて指令値Ｘｓを修正する。また、位置検出器１３が出力する位置検出値は、速度変換部４により速度検出値Ｖｆに変換され、速度フィードバック信号Ｖｆとしてフィードバックされ、加算部６により位置制御部１から出力された速度指令Ｖｓに重畳されて速度指令Ｖｓを修正する。
また、電流アンプ部３から出力されたトルク信号（検出値）Ｔｆは、トルクフィードバック信号Ｔｆとしてフィードバックされ、加算部７により速度制御部２からトルク指令Ｔｓに重畳されてトルク指令Ｔｓを修正する。
【００３３】
異常判定装置３０は、モータドライバ１０より得られるトルク検出値Ｔｆを入力とする。異常判定部３１にて減速機の異常判定を行い、異常と判定した場合には警報部３２によって外部にアラームを出力する。トルク検出値Ｔｆはトルクデータ補正部３３にて補正を行った後、ハイパスフィルタ３４にてフィルタリングを行い異常判定部３１に入力される。異常判定部３１はハイパスフィルタの出力によって減速機の異常判定を行う。
【００３４】
図３は異常判定装置３０による減速機の異常判定手法を説明するための図であり、横軸を時間とし、速度指令（Ｖｓ）およびトルク信号（Ｔｆ）の変化の様子を示している。
本実施例では、異常判定のための専用の動作プログラムによってロボットを動作させることなく、ロボットが通常行う作業のための動作プログラム（作業用プログラム）によって動作させながら異常判定を行うことができる。作業用プログラムは予め教示されており、ロボットコントローラ９内の図示しない不揮発性の記憶装置に記録されているものとする。
図３はロボットの作業用プログラムによる動作の一部を抜き出したもので、まずモータ１２を定常速度Ｖｃで逆転させた後、同じく定常速度Ｖｃで正転させ、もとの位置に戻るという動作を行った場合の速度指令とトルク信号を示している。モータ１２の例としては、図１に示したロボットの軸Ｅ３ａや軸Ｅ５ａのように動作に伴って重力の影響を受ける軸を想定する。
ロボットへの移動指令は、目標とする移動先の位置を指令する位置指令Ｘｓによって指令される。なお、移動先の位置の与え方としては、絶対位置によるアブソリュート（絶対）位置指令と、現在位置からの相対的な移動量によるインクリメント（相対）位置指令の２方式があるが、本発明の場合どちらでもよい。
【００３５】
図３のｔａ１の時点において指令部からモータドライバ１０に位置指令値Ｘｓ（逆転）が指令され、その後ｔａ２の時点で再度、位置指令値Ｘｓ（正転）が指令されたとする。
位置指令を受けるとモータ１２が回転し始め、速度の絶対値が徐々に大きくなり、予め決められた所定の速度（定常速度Ｖｃ）に達すると（図中のｔｂ１の時点や、ｔｂ２の時点）その速度を保つ。その後、目標の位置（移動先の位置Ｘｓ）に近づくように進み、目標の位置から所定の距離だけ手前の位置（図中のｔｃ１の時点や、ｔｃ２の時点）まで進むと徐々に速度を落として行き、目標の位置（Ｘｓ）に達した際に速度がちょうど０となる（図中のｔｄの時点や、ｔｄ２の時点）ように制御される。
このような制御を行った場合のトルク信号Ｔｆは、モータ１２の加速時（ｔａ１〜ｔｂ１の間や、ｔａ２〜ｔｂ２の間）及び減速時（ｔｃ１〜ｔｄ１の間や、ｔｃ２〜ｔｄ２の間）には値が大きく変化するが、定常速度Ｖｃの状態（ｔｂ１〜ｔｃ１の間や、ｔｂ２〜ｔｃ２の間）では、値の変化は比較的小さい。
【００３６】
こうした動作の最中には、モータ１２に接続された減速機１４固有の振動成分がトルク信号Ｔｆに重畳する。減速機１４が異常をきたすと、その振動成分が極端に大きくなる。また減速機１４が経年劣化する過程で、その振動成分は徐々に大きくなっていくことが一般に知られている。よってロボットが動作している間のトルク信号Ｔｆを観察することにより、モータ１２に接続された減速機１４の異常を検出することができる。
【００３７】
そこで異常判定装置３０においてトルク信号Ｔｆに対しトルクデータ補正部３３にて補正を行った後、ハイパスフィルタ３４にてフィルタリングを行い、その結果が後述する異常条件を満たした場合に、減速機１４に異常が発生していると判定する。上述のように異常判定装置３０は減速機１４に異常が発生していると判定した場合、警報部３２を介して外部へアラームを出力する。
【００３８】
トルクデータ補正部３３での補正方法について説明する。
図３のトルク信号の波形から明らかなように、定常速度領域（図３のｔｂ１〜ｔｃ１の間や、ｔｂ２〜ｔｃ２の間）においても、特許文献３の図３のようにトルクがゼロに漸近する状態にはならないことが多い。
これは、モータが負荷１５に作用する重力の影響を常に受けているためである。トルクがゼロ漸近の状態になるためには、モータの回転軸方向が鉛直方向（重力方向）と平行にならなければならないが、図１に示したロボットを例にとると、Ｅ２ａ、Ｅ３ａ、Ｅ４ａ、Ｅ５ａといった軸がそのような姿勢を取り続けることは考えにくい。
すなわちこれらの軸に関するトルク信号Ｔｆには負荷に作用する重力の影響も重畳されている。この重力から受ける影響を図３の中では重力補償分と表している。
【００３９】
さらに、図３の（Ｂ）に示すように、その軸が駆動している/していないに係らず、その軸よりロボット先端側に位置する負荷（その軸より先のモータ１２、減速機１４、負荷１５などが含まれる）が動作することによって、その動作の影響を受け干渉力としてのトルクが発生しトルク信号Ｔｆに重畳する。図３ではこれを他軸干渉力と表している。なお図３では他軸干渉力が重畳している様子が理解しやすいよう、モータ１２が動作していない間に他軸からの干渉が発生した様子を示している。
【００４０】
すなわち、異常判定のためのトルクデータを安定して抽出するために、まず重力補償分と他軸干渉力により発生しているトルクを、トルク信号のデータから除去しなければならない。
【００４１】
垂直多関節型ロボットの複数の軸のうち、ある１軸に作用する他軸からの干渉力は、目的とする１軸に対して、（その他の軸からそれぞれ作用する相互慣性）×（軸の加速度）の総和として求めることができる。
６軸ロボットであるロボット８の１軸目（図１の固定台Ｅ１と回転台Ｅ２との間の軸）を例にとると、他軸からの干渉力は次のようにして求める。
１軸目への干渉力トルク＝（２軸目からの相互慣性×２軸目の加速度）
＋（３軸目からの相互慣性×３軸目の加速度）
＋（４軸目からの相互慣性×４軸目の加速度）
＋（５軸目からの相互慣性×５軸目の加速度）
＋（６軸目からの相互慣性×６軸目の加速度）
【００４２】
すなわち、ロボットのダイナミクスモデル演算から随時、２軸目〜６軸目の加速度と相互慣性を求め、これらを乗じて合計することにより、１軸目への干渉力トルクを求めることができる。
【００４３】
トルクデータを収集する際に、その時点において他軸干渉により発生するトルクを上記のようにして求め、トルク信号のデータから差し引いておくことで異常判定に適したトルクデータを得ることができる。
【００４４】
また、ロボットのある１軸にかかる重力補償分のトルクも、ロボットのダイナミクスモデル演算から随時求めることができる。
軸Ｅ３ａを例にすれば、軸Ｅ３ａよりもエンドエフェクタ側にある軸のリンク重量、アームの姿勢と長さ、さらにエンドエフェクタの重量および大きさを考慮して、動作中のある姿勢における軸Ｅ３ａの回転中心に作用する重力モーメントを求める。この重力モーメントは軸Ｅ３ａにかかる重力方向トルクであるので、このトルク分をトルク信号のデータから差し引いておくことで異常判定に適したトルクデータを得ることができる。
軸Ｅ３ａの回転中心に作用する重力モーメントの算出方法は次のようになる。
【００４５】
ロボットの各軸とエンドエフェクタが持つ重量を「リンク先重量」として、アームの姿勢と長さ、エンドエフェクタの重量および大きさから、「リンク先重量」の作用点が軸Ｅ３ａの回転中心に対してどれくらいの距離にあるかを求める。
重力モーメント＝回転中心から作用点の距離×質点中心にかかる重力
であるので、以上の要素を次の式にあてはめて計算する。
軸Ｅ３ａに作用する重力モーメント＝（３軸目アーム（Ｅ３）から受ける重力モーメント）
＋（４軸目アーム（Ｅ４）から受ける重力モーメント）
＋（５軸目アーム（Ｅ５）から受ける重力モーメント）
＋（６軸目アーム（Ｅ６）から受ける重力モーメント）
＋（エンドエフェクタ(Ｅ７)から受ける重力モーメント）
【００４６】
この重力補償分で発生するトルクも干渉力と同様にトルク信号のデータから差し引いた後に、ハイパスフィルタ３４に入力する。
以上がトルクデータ補正部３３にて行われる処理である。
【００４７】
減速機の異常判定において、判定の材料となるトルク振動成分は減速機由来による比較的周波数の高い成分である。ハイパスフィルタ３４によって、トルク信号からロボットの姿勢変化に伴う緩やかな電流変化をカットし、周波数の高い成分のみを通過させる。ハイパスフィルタの最適なカットオフ周波数はロボットの大きさや各軸の減速機駆動装置の違いによって変動するが、数Ｈｚから数十Ｈｚ程度の値となる。
減速機１４に異常が発生した際に計測される振動成分は周波数が高いので、ハイパスフィルタ３４を通過する。その結果、周波数の高い減速機１４の振動成分が他の信号に比べて顕著に表れ、検出したい減速機１４の振動成分を監視しやすくなり、より精度の高い異常判定をすることができる。
さらに、振幅の大きい周波数のみを抽出して、その信号レベルの大きさから異常判定を行うようにして、より高い精度での異常判定を行うこともできる。
【００４８】
ハイパスフィルタは次数を重ねるたびに、抽出しようとする周波数の成分も若干減衰する。すなわち、抽出しようとするトルク成分を極力残しつつ、異常判定に不要なトルク成分を除去するためには、カットオフ周波数やハイパスフィルタをかける次数をパラメータ化し、監視する対象ごとに調整を行うことが有効である。
ここで、異常判定装置３０はコントローラ９のＣＰＵによって実現してもよいし、コントローラ９と接続したパソコン等のように、コントローラ９の外部に設けることも可能である。
【００４９】
ここで、異常判定の条件を示す。
初期測定の結果を保存しておき、その初期の結果から許容される変化の範囲を決め、それを閾値として定め、直近の測定結果が閾値を超えた場合に異常を判定する方法を採る。
（１）任意の定められた時間内で、ハイパスフィルタ３４で処理した後のトルク信号Ｔｆの値の絶対値を収集する。
（２）収集したＴｆのデータから、平均値を求めトルク振動成分Ｔaveとする。
（３）出荷時に初期測定を行い、その時のトルク振動成分の平均値Ｔiの結果を記憶手段に記録しておく。
（４）トルクの現在測定値Ｔave−初期測定値Ｔi ＞ 閾値Ｖsh
以上の条件を満たした時に異常と判定する。
なお、ここで閾値Ｖshは予め設定されたトルク変動上限許容値である。
【００５０】
警報部３２から発報されるアラームは、例えばブザーによる警報であったり、オペレーションパネルへの表示であったり、音声アナウンスであったり、赤色灯の点灯であったり適宜の形態を取りうる。また、システム管理室あるいはシステム管理装置への報知信号としてもよい。
【００５１】
このような構成の減速機の異常判定装置３０によれば、モータ１２から検出されたトルク検出値Ｔｆを入力として、減速機１４の異常判定処理をする異常判定部３１を有しているので、簡単な構成で且つ高い信用度で減速機の異常を判定することができる。
【００５２】
さらに、異常判定部３１の異常判定出力に基づいて、外部にアラームを出力する警報部３２を有するので、オペレーター等周囲の人間や、システム管理室の人間に通報することができ、異常に対して迅速に対応することができる。
【００５３】
なお、本実施例においては、多関節型産業用ロボットにおける関節駆動用のモータ１２の異常判定に関して説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、モータ１２、減速機１４及びモータドライバ１０を有するサーボ制御装置であれば、このサーボ制御装置の減速機１４の異常を判定する装置として、本実施例の異常判定装置を適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 位置制御部
２ 速度制御部
３ 電流アンプ部
４ 速度変換部
５、６、７ 加算部
８ ロボット
９ ロボットコントローラ
１０ モータドライバ
１２ モータ
１３ 位置検出器
１４ 減速機
１５ 負荷
３０ 異常判定装置
３１ 異常判定部
３２ 警報部
３３ トルクデータ補正部
３４ ハイパスフィルタ
５０ 減速機駆動装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、負荷とモータとの間に設けられモータのトルクを負荷に伝達する減速機の異常判定方法及び異常判定装置に関し、さらに異常判定装置を備えたロボットおよびロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多関節型の産業用ロボットなどでは、各関節軸の駆動源であるモータの動力を減速機を介して各関節軸に伝達する構成が一般的である。
このように構成された各関節軸の駆動によってロボットの先端部に取り付けられた各種のエンドエフェクタを所定の位置に移動させるようにしている。係る産業用ロボットにおいては、特に駆動系について定期的な保守作業を行うことにより、円滑な動作を持続させることができる。
【０００３】
しかし、ロボット本体と周辺装置との間で予期せぬ干渉が発生した場合や、定格負荷を超える重量のエンドエフェクタを搭載した状態での動作が継続した場合などにおいては、定期的な保守作業の時期より前にモータや減速機を含む駆動系が劣化し、駆動系を構成する機械部品に故障や破壊が発生する可能性がある。
駆動系の構成部品に異常をきたしたロボットは位置決め精度などが低下し、所定の作業を行えなくなる。このため、生産ラインを停止しての改修を余儀なくされ、ロボットによる生産活動に多大な影響を与えることになる。そこでロボットの駆動系の劣化症状をいち早く発見するための異常判定技術、寿命診断技術が必要となる。
【０００４】
ロボットの駆動系部品の寿命を正確に診断することで、適切なタイミングで保守・部品交換ができ、保守費や予備品の削減が図れるほか、ロボットが異常を起こして生産活動に影響を与えるリスクが減ることに繋がる。そこでロボット駆動系の劣化症状を検出する様々な技術が提案されている。
【０００５】
ロボットの正常状態において基準動作パターンでロボットを作動させることにより、このときのロボット構或要素に関する基準データを記憶しておき、ついでロボットを所要時間稼動させたのちに、再度ロボットを同じ基準動作パターンで作動させ、このときのロボット構或要素に関するデータと基準データとを比較して、この比較結果に基づいてロボットの故障を予知し診断することを特徴とする、ロボットの故障予知診断方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
基準動作パターンを使用しない例としては、サイクルタイム、平均トルク、あるいは減速機寿命といった劣化診断に使用する特性データ群を一定期間に渡って蓄積し、これを統計学的手法で解析することにより、ロボット駆動系の寿命あるいはこれを構成する減速機等の部品の交換時期が到来する前に、劣化の兆候を検出するロボット劣化診断装置がある（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
また、基礎データと称したロボット出荷状態のデータ（トルク情報）を取得しておき、実稼動中にも同じようにトルク情報のデータを取得し、それらを統計的手法で処理することで、故障を診断する方法が示されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−１２３１０５号公報（第１−３頁）
【特許文献２】特開２００５−１４８８７３号公報（第１−３頁）
【特許文献３】特開２００７−１７２１５０号公報（第３−５頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１の方法では、産業用ロボットの寿命診断に使用するデータを収集するためにロボットに基準動作パターンを再現させる必要があった。すなわち希望するデータを得るために専用の動作プログラムを実行させる時間、空間が必要であり、工場のライン上でこれを行うには時間的、空間的制約が大きい。
【００１０】
特許文献２、特許文献３のように、基準動作パターンの代わりに実際のロボットの作業用プログラムを使用する方法も示されている。しかし、実際の生産現場ではロボットの使用目的によって作業用プログラムによる動作はまちまちであり、特にロボットの姿勢による影響が大きいトルクデータでは、常に理想的なデータが取得できるとは考えにくい。
【００１１】
特に特許文献３では、ロボットに作用する重力がトルクデータへ与える影響を考慮しておらず、重力の影響がない理想的なトルクデータを念頭においているため、実際の産業用ロボットへ転用するには課題が多い。
【００１２】
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、専用の動作プログラムを必要とせず、通常の作業用プログラムを実行しながら、産業用ロボットの駆動系の異常判定や寿命診断に用いるデータを精度良く、かつ簡便に抽出することのできる方法や装置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】
【００１３】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する方法であって、前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する装置であって、前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の減速機の異常判定装置を備えたロボット制御装置である。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のロボット制御装置と、前記ロボット制御装置によって制御されるロボットとを備えたロボットシステムでする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ロボットは異常判定のための特別な動作を実行する必要がなく、通常の作業を実行しながら減速機の異常判定を行うことができる。さらに異常判定に用いるモータのトルクデータについて、重力補償や他軸からの干渉トルクによる不要な成分を除去したデータをもとに異常判定を行うので減速機の異常を高い信用度で判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るロボットの側面図である。
【図２】本発明に係る異常判定装置およびその周辺機器のブロック図である。
【図３】速度指令Ｖｓとトルク信号Ｔｆの変化の様子を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【００２６】
図１において、８はこの発明に係るロボット、９はロボット８を制御するロボットコントローラである。
ロボット８は６つの関節軸を備えており、固定台Ｅ１の上面に回転台Ｅ２が回転自在に配設されている。回転台Ｅ２は、固定台Ｅ１上に垂直に立設された回転軸（図示せず）によって回転自在に支持されている。回転台Ｅ２の頂部には、長尺の下腕Ｅ３がその一端を軸Ｅ２ａによって回動自在に軸支されている。
【００２７】
下腕Ｅ３の他端には、上腕基部Ｅ４の一端が軸Ｅ３ａによって回動自在に軸支されている。下腕Ｅ３の両端部にそれぞれ設けられた軸Ｅ２ａと軸Ｅ３ａは互いに平行とされ、且つ両軸Ｅ２ａ、Ｅ３ａは、固定台Ｅ１上で回転台Ｅ２を回転自在に軸支する図示しない回転軸に対して離れた位置で直交している。
【００２８】
上腕基部Ｅ４の下腕Ｅ３と反対側の直線部の先端には、上腕先端部Ｅ５の一端が軸Ｅ４ａによって回動自在に軸支されている。上腕基部Ｅ４の両端部にそれぞれ設けられた軸Ｅ３ａと軸Ｅ４ａは互いに離れた位置で直交している。上腕先端部Ｅ５の他端には手首Ｅ６の後端が軸Ｅ５ａによって回動自在に軸支されている。上腕先端部Ｅ５の両端部にそれぞれ設けられた軸Ｅ４ａと軸Ｅ５ａは互いに離れた位置で直交している。手首Ｅ６の先端には、エンドエフェクタＥ７が破線で示された回転軸によって回転自在に支持されている。このエンドエフェクタＥ７を支持する回転軸は、軸Ｅ５ａに直交している。
【００２９】
図１のロボットの各軸は回転型モータによって駆動する。
固定台Ｅ１と回転台Ｅ２との間、回転台Ｅ２と下腕Ｅ３との間、下腕Ｅ３と上腕基部Ｅ４との間、上腕基部Ｅ４と上腕先端部Ｅ５との間、上腕先端部Ｅ５と手首Ｅ６との間及び手首Ｅ６とエンドエフェクタＥ７との間の関節部または回転部には、それぞれ図示しない減速機駆動装置が設けられている。
【００３０】
図２は、図１に示したロボットの関節駆動軸のうち、１つの軸に関する減速機駆動装置５０および異常判定装置３０のブロック図である。図２において、異常判定装置３０は減速機駆動装置５０を判定の対象とする。
減速機駆動装置５０は、負荷１５を駆動するモータ１２、負荷１５とモータ１２との間に設けられ、モータ１２から与えられた回転数を減少させることによりトルクを増大させモータ１２の回転駆動力を負荷１５に伝達する減速機１４、モータ１２の回転動作を検出する検出器である位置検出器１３、位置検出器１３の出力するフィードバック信号に基づいてモータ１２の制御をするモータドライバ１０を有している。
ここで負荷１５とは、固定台Ｅ１と回転台Ｅ２との間に設けられた減速機駆動装置５０を例にとれば、固定台Ｅ１に対して回転駆動される回転台Ｅ２がこれに相当し、また、下腕Ｅ３と上腕基部Ｅ４との間に設けられた減速機駆動装置５０を例にとれば、下腕Ｅ３に対して所定の角度内にて揺動するように駆動される上腕基部Ｅ４がこれに相当する。
本実施例においては、図２に示された各要素のうち、モータ１２、位置検出器１３、減速機１４、負荷１５はロボット内に配置され、モータドライバ１０や異常判定装置３０はロボットコントローラ内に配置されている。
【００３１】
モータドライバ１０は、位置制御部１、速度制御部２、電流アンプ部３、速度変換部４及び３つの加算部５、６、７を有している。ロボットコントローラ９内の図示しない指令部から、モータドライバ１０に入力された位置指令値Ｘｓは、位置制御部１と加算部５とにより位置制御をされて位置制御部１から速度指令Ｖｓとなって出力する。速度指令Ｖｓは、速度制御部２と加算部６とにより速度制御をされて速度制御部２からトルク指令Ｔｓとなって出力する。
さらに、このトルク指令Ｔｓは、電流アンプ部３と加算部７とによりトルク（電流）制御をされて電流アンプ部３からモータ１２に入力する駆動電流として出力する。
なお、電流アンプ部３に入力されるトルク指令Ｔｓ及びこのトルク指令Ｔｓにフィードバックされるトルク信号Ｔｆは、いずれも電流値であるが、本実施例においてはこれらの電流値をモータ１２のトルクの大きさを表すものとして使用しているため「トルク」という言葉を用いている。
【００３２】
一方、モータ１２の回転運動は位置検出器１３で検出される。位置検出器１３が出力する位置検出値は位置フィードバック信号Ｘｆとしてフィードバックされ、加算部５により指令部からの指令値Ｘｓに重畳されて指令値Ｘｓを修正する。また、位置検出器１３が出力する位置検出値は、速度変換部４により速度検出値Ｖｆに変換され、速度フィードバック信号Ｖｆとしてフィードバックされ、加算部６により位置制御部１から出力された速度指令Ｖｓに重畳されて速度指令Ｖｓを修正する。
また、電流アンプ部３から出力されたトルク信号（検出値）Ｔｆは、トルクフィードバック信号Ｔｆとしてフィードバックされ、加算部７により速度制御部２からトルク指令Ｔｓに重畳されてトルク指令Ｔｓを修正する。
【００３３】
異常判定装置３０は、モータドライバ１０より得られるトルク検出値Ｔｆを入力とする。異常判定部３１にて減速機の異常判定を行い、異常と判定した場合には警報部３２によって外部にアラームを出力する。トルク検出値Ｔｆはトルクデータ補正部３３にて補正を行った後、ハイパスフィルタ３４にてフィルタリングを行い異常判定部３１に入力される。異常判定部３１はハイパスフィルタの出力によって減速機の異常判定を行う。
【００３４】
図３は異常判定装置３０による減速機の異常判定手法を説明するための図であり、横軸を時間とし、速度指令（Ｖｓ）およびトルク信号（Ｔｆ）の変化の様子を示している。
本実施例では、異常判定のための専用の動作プログラムによってロボットを動作させることなく、ロボットが通常行う作業のための動作プログラム（作業用プログラム）によって動作させながら異常判定を行うことができる。作業用プログラムは予め教示されており、ロボットコントローラ９内の図示しない不揮発性の記憶装置に記録されているものとする。
図３はロボットの作業用プログラムによる動作の一部を抜き出したもので、まずモータ１２を定常速度Ｖｃで逆転させた後、同じく定常速度Ｖｃで正転させ、もとの位置に戻るという動作を行った場合の速度指令とトルク信号を示している。モータ１２の例としては、図１に示したロボットの軸Ｅ３ａや軸Ｅ５ａのように動作に伴って重力の影響を受ける軸を想定する。
ロボットへの移動指令は、目標とする移動先の位置を指令する位置指令Ｘｓによって指令される。なお、移動先の位置の与え方としては、絶対位置によるアブソリュート（絶対）位置指令と、現在位置からの相対的な移動量によるインクリメント（相対）位置指令の２方式があるが、本発明の場合どちらでもよい。
【００３５】
図３のｔａ１の時点において指令部からモータドライバ１０に位置指令値Ｘｓ（逆転）が指令され、その後ｔａ２の時点で再度、位置指令値Ｘｓ（正転）が指令されたとする。
位置指令を受けるとモータ１２が回転し始め、速度の絶対値が徐々に大きくなり、予め決められた所定の速度（定常速度Ｖｃ）に達すると（図中のｔｂ１の時点や、ｔｂ２の時点）その速度を保つ。その後、目標の位置（移動先の位置Ｘｓ）に近づくように進み、目標の位置から所定の距離だけ手前の位置（図中のｔｃ１の時点や、ｔｃ２の時点）まで進むと徐々に速度を落として行き、目標の位置（Ｘｓ）に達した際に速度がちょうど０となる（図中のｔｄの時点や、ｔｄ２の時点）ように制御される。
このような制御を行った場合のトルク信号Ｔｆは、モータ１２の加速時（ｔａ１〜ｔｂ１の間や、ｔａ２〜ｔｂ２の間）及び減速時（ｔｃ１〜ｔｄ１の間や、ｔｃ２〜ｔｄ２の間）には値が大きく変化するが、定常速度Ｖｃの状態（ｔｂ１〜ｔｃ１の間や、ｔｂ２〜ｔｃ２の間）では、値の変化は比較的小さい。
【００３６】
こうした動作の最中には、モータ１２に接続された減速機１４固有の振動成分がトルク信号Ｔｆに重畳する。減速機１４が異常をきたすと、その振動成分が極端に大きくなる。また減速機１４が経年劣化する過程で、その振動成分は徐々に大きくなっていくことが一般に知られている。よってロボットが動作している間のトルク信号Ｔｆを観察することにより、モータ１２に接続された減速機１４の異常を検出することができる。
【００３７】
そこで異常判定装置３０においてトルク信号Ｔｆに対しトルクデータ補正部３３にて補正を行った後、ハイパスフィルタ３４にてフィルタリングを行い、その結果が後述する異常条件を満たした場合に、減速機１４に異常が発生していると判定する。上述のように異常判定装置３０は減速機１４に異常が発生していると判定した場合、警報部３２を介して外部へアラームを出力する。
【００３８】
トルクデータ補正部３３での補正方法について説明する。
図３のトルク信号の波形から明らかなように、定常速度領域（図３のｔｂ１〜ｔｃ１の間や、ｔｂ２〜ｔｃ２の間）においても、特許文献３の図３のようにトルクがゼロに漸近する状態にはならないことが多い。
これは、モータが負荷１５に作用する重力の影響を常に受けているためである。トルクがゼロ漸近の状態になるためには、モータの回転軸方向が鉛直方向（重力方向）と平行にならなければならないが、図１に示したロボットを例にとると、Ｅ２ａ、Ｅ３ａ、Ｅ４ａ、Ｅ５ａといった軸がそのような姿勢を取り続けることは考えにくい。
すなわちこれらの軸に関するトルク信号Ｔｆには負荷に作用する重力の影響も重畳されている。この重力から受ける影響を図３の中では重力補償分と表している。
【００３９】
さらに、図３の（Ｂ）に示すように、その軸が駆動している/していないに係らず、その軸よりロボット先端側に位置する負荷（その軸より先のモータ１２、減速機１４、負荷１５などが含まれる）が動作することによって、その動作の影響を受け干渉力としてのトルクが発生しトルク信号Ｔｆに重畳する。図３ではこれを他軸干渉力と表している。なお図３では他軸干渉力が重畳している様子が理解しやすいよう、モータ１２が動作していない間に他軸からの干渉が発生した様子を示している。
【００４０】
すなわち、異常判定のためのトルクデータを安定して抽出するために、まず重力補償分と他軸干渉力により発生しているトルクを、トルク信号のデータから除去しなければならない。
【００４１】
垂直多関節型ロボットの複数の軸のうち、ある１軸に作用する他軸からの干渉力は、目的とする１軸に対して、（その他の軸からそれぞれ作用する相互慣性）×（軸の加速度）の総和として求めることができる。
６軸ロボットであるロボット８の１軸目（図１の固定台Ｅ１と回転台Ｅ２との間の軸）を例にとると、他軸からの干渉力は次のようにして求める。
１軸目への干渉力トルク＝（２軸目からの相互慣性×２軸目の加速度）
＋（３軸目からの相互慣性×３軸目の加速度）
＋（４軸目からの相互慣性×４軸目の加速度）
＋（５軸目からの相互慣性×５軸目の加速度）
＋（６軸目からの相互慣性×６軸目の加速度）
【００４２】
すなわち、ロボットのダイナミクスモデル演算から随時、２軸目〜６軸目の加速度と相互慣性を求め、これらを乗じて合計することにより、１軸目への干渉力トルクを求めることができる。
【００４３】
トルクデータを収集する際に、その時点において他軸干渉により発生するトルクを上記のようにして求め、トルク信号のデータから差し引いておくことで異常判定に適したトルクデータを得ることができる。
【００４４】
また、ロボットのある１軸にかかる重力補償分のトルクも、ロボットのダイナミクスモデル演算から随時求めることができる。
軸Ｅ３ａを例にすれば、軸Ｅ３ａよりもエンドエフェクタ側にある軸のリンク重量、アームの姿勢と長さ、さらにエンドエフェクタの重量および大きさを考慮して、動作中のある姿勢における軸Ｅ３ａの回転中心に作用する重力モーメントを求める。この重力モーメントは軸Ｅ３ａにかかる重力方向トルクであるので、このトルク分をトルク信号のデータから差し引いておくことで異常判定に適したトルクデータを得ることができる。
軸Ｅ３ａの回転中心に作用する重力モーメントの算出方法は次のようになる。
【００４５】
ロボットの各軸とエンドエフェクタが持つ重量を「リンク先重量」として、アームの姿勢と長さ、エンドエフェクタの重量および大きさから、「リンク先重量」の作用点が軸Ｅ３ａの回転中心に対してどれくらいの距離にあるかを求める。
重力モーメント＝回転中心から作用点の距離×質点中心にかかる重力
であるので、以上の要素を次の式にあてはめて計算する。
軸Ｅ３ａに作用する重力モーメント＝（３軸目アーム（Ｅ３）から受ける重力モーメント）
＋（４軸目アーム（Ｅ４）から受ける重力モーメント）
＋（５軸目アーム（Ｅ５）から受ける重力モーメント）
＋（６軸目アーム（Ｅ６）から受ける重力モーメント）
＋（エンドエフェクタ(Ｅ７)から受ける重力モーメント）
【００４６】
この重力補償分で発生するトルクも干渉力と同様にトルク信号のデータから差し引いた後に、ハイパスフィルタ３４に入力する。
以上がトルクデータ補正部３３にて行われる処理である。
【００４７】
減速機の異常判定において、判定の材料となるトルク振動成分は減速機由来による比較的周波数の高い成分である。ハイパスフィルタ３４によって、トルク信号からロボットの姿勢変化に伴う緩やかな電流変化をカットし、周波数の高い成分のみを通過させる。ハイパスフィルタの最適なカットオフ周波数はロボットの大きさや各軸の減速機駆動装置の違いによって変動するが、数Ｈｚから数十Ｈｚ程度の値となる。
減速機１４に異常が発生した際に計測される振動成分は周波数が高いので、ハイパスフィルタ３４を通過する。その結果、周波数の高い減速機１４の振動成分が他の信号に比べて顕著に表れ、検出したい減速機１４の振動成分を監視しやすくなり、より精度の高い異常判定をすることができる。
さらに、振幅の大きい周波数のみを抽出して、その信号レベルの大きさから異常判定を行うようにして、より高い精度での異常判定を行うこともできる。
【００４８】
ハイパスフィルタは次数を重ねるたびに、抽出しようとする周波数の成分も若干減衰する。すなわち、抽出しようとするトルク成分を極力残しつつ、異常判定に不要なトルク成分を除去するためには、カットオフ周波数やハイパスフィルタをかける次数をパラメータ化し、監視する対象ごとに調整を行うことが有効である。
ここで、異常判定装置３０はコントローラ９のＣＰＵによって実現してもよいし、コントローラ９と接続したパソコン等のように、コントローラ９の外部に設けることも可能である。
【００４９】
ここで、異常判定の条件を示す。
初期測定の結果を保存しておき、その初期の結果から許容される変化の範囲を決め、それを閾値として定め、直近の測定結果が閾値を超えた場合に異常を判定する方法を採る。
（１）任意の定められた時間内で、ハイパスフィルタ３４で処理した後のトルク信号Ｔｆの値の絶対値を収集する。
（２）収集したＴｆのデータから、平均値を求めトルク振動成分Ｔaveとする。
（３）出荷時に初期測定を行い、その時のトルク振動成分の平均値Ｔiの結果を記憶手段に記録しておく。
（４）トルクの現在測定値Ｔave−初期測定値Ｔi ＞ 閾値Ｖsh
以上の条件を満たした時に異常と判定する。
なお、ここで閾値Ｖshは予め設定されたトルク変動上限許容値である。
【００５０】
警報部３２から発報されるアラームは、例えばブザーによる警報であったり、オペレーションパネルへの表示であったり、音声アナウンスであったり、赤色灯の点灯であったり適宜の形態を取りうる。また、システム管理室あるいはシステム管理装置への報知信号としてもよい。
【００５１】
このような構成の減速機の異常判定装置３０によれば、モータ１２から検出されたトルク検出値Ｔｆを入力として、減速機１４の異常判定処理をする異常判定部３１を有しているので、簡単な構成で且つ高い信用度で減速機の異常を判定することができる。
【００５２】
さらに、異常判定部３１の異常判定出力に基づいて、外部にアラームを出力する警報部３２を有するので、オペレーター等周囲の人間や、システム管理室の人間に通報することができ、異常に対して迅速に対応することができる。
【００５３】
なお、本実施例においては、多関節型産業用ロボットにおける関節駆動用のモータ１２の異常判定に関して説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、モータ１２、減速機１４及びモータドライバ１０を有するサーボ制御装置であれば、このサーボ制御装置の減速機１４の異常を判定する装置として、本実施例の異常判定装置を適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 位置制御部
２ 速度制御部
３ 電流アンプ部
４ 速度変換部
５、６、７ 加算部
８ ロボット
９ ロボットコントローラ
１０ モータドライバ
１２ モータ
１３ 位置検出器
１４ 減速機
１５ 負荷
３０ 異常判定装置
３１ 異常判定部
３２ 警報部
３３ トルクデータ補正部
３４ ハイパスフィルタ
５０ 減速機駆動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する方法であって、
前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、
前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、
抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする減速機の異常判定方法。
【請求項２】
前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、
前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の減速機の異常判定方法。
【請求項３】
前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする請求項１に記載の減速機の異常判定方法。
【請求項４】
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の減速機の異常判定方法。
【請求項５】
多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する装置であって、
前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、
前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、
抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする減速機の異常判定装置。
【請求項６】
前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、
前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする請求項５に記載の減速機の異常判定装置。
【請求項７】
前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする請求項５に記載の減速機の異常判定装置。
【請求項８】
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする請求項５に記載の減速機の異常判定装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載の減速機の異常判定装置を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボット制御装置と、前記ロボット制御装置によって制御されるロボットとを備えたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項１】
多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する方法であって、
前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、
前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、
抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする減速機の異常判定方法。
【請求項２】
前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、
前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の減速機の異常判定方法。
【請求項３】
前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする請求項１に記載の減速機の異常判定方法。
【請求項４】
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の減速機の異常判定方法。
【請求項５】
多関節ロボットの各関節軸の駆動源であるモータに取り付けられ、前記モータが発生するトルクを増幅して前記ロボットのアームに伝達する減速機につき、その異常を判定する装置であって、
前記ロボットの動作プログラムに基づいて生成された位置指令に従って前記モータを制御するモータドライバから前記モータへ出力されるトルク信号について、
前記トルク信号から重力補償トルクおよび前記ロボットの他の軸による干渉力トルクを除去した後にハイパスフィルタを適用し、
抽出された前記減速機の振動成分によって前記減速機の異常を判定することを特徴とする減速機の異常判定装置。
【請求項６】
前記ハイパスフィルタ適用後のトルク信号の絶対値について所定時間の平均値を求め、
前記平均値について、初期値と直近の値との差が、予め定めた閾値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする請求項５に記載の減速機の異常判定装置。
【請求項７】
前記動作プログラムは、前記ロボットが通常行う作業を記述した作業用プログラムであることを特徴とする請求項５に記載の減速機の異常判定装置。
【請求項８】
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は変更可能であることを特徴とする請求項５に記載の減速機の異常判定装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載の減速機の異常判定装置を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボット制御装置と、前記ロボット制御装置によって制御されるロボットとを備えたことを特徴とするロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−６１５３５（Ｐ２０１２−６１５３５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６３２０（Ｐ２０１０−２０６３２０）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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