JP2006102889A - Abnormality-determining device of speed reducer and abnormality-determining method of speed reducer - Google Patents

Abnormality-determining device of speed reducer and abnormality-determining method of speed reducer Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an abnormality-determining device of a speed reducer high in reliability in simple constitution and capable of determining abnormality of the speed reducer. <P>SOLUTION: This abnormality-determining device of the speed reducer has an abnormality-determining part 21 to determine and treat the abnormality of the speed reducer by inputting a speed command commanded to a motor, a speed detection value detected from the motor and a torque detection value, and the abnormality-determining part 21 judges that the speed reducer 14 is abnormal when it satisfies at least one of following conditions. (1) the torque maximum value 1 at the time when the motor 12 is stationary speed Vc>a torque upper limit threshold value Tu, (2) the torque minimum value T2<a torque lower limit threshold value Td, (3) the torque maximum value T1-the torque minimum value T2>a torque fluctuation range threshold value Th. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、負荷とモータとの間に設けられ回転数を落としてモータのトルクを負荷に伝達する減速機の異常判定装置及び減速機の異常判定方法に関するものである。   The present invention relates to a speed reducer abnormality determination device and a speed reducer abnormality determination method that are provided between a load and a motor and transmit the torque of the motor to the load at a reduced rotational speed.

減速機等の機構を介してモータのトルクを負荷に伝達し負荷を駆動する装置において、機構部の異常を判定する方法としては、例えば、次のものが提案されている。すなわち、サーボ制御系の入力側である指令側の仕事率、サーボ制御系の出力側あるいはロボット機構部の入力側である駆動側の仕事率 、及びロボット機構部の出力側である負荷側の仕事率を算出し、負荷側と駆動側との仕事率の比または差よりロボット機構部の故障の有無を判定するとともに、指令側と駆動側との仕事率の比または差よりサーボ制御系の故障の有無を判定する（例えば、特許文献１参照）。   For example, the following method has been proposed as a method for determining an abnormality of a mechanism portion in an apparatus that transmits a motor torque to a load via a mechanism such as a speed reducer and drives the load. That is, the power on the command side that is the input side of the servo control system, the power on the output side of the servo control system or the drive side that is the input side of the robot mechanism, and the work on the load side that is the output side of the robot mechanism Calculate the rate, determine whether there is a failure in the robot mechanism from the ratio or difference in the power ratio between the load side and the drive side, and also determine the failure in the servo control system from the ratio or difference in the power ratio between the command side and the drive side. Is determined (for example, see Patent Document 1).

また、２個のプーリ間に掛けられたベルトを介してアームを揺動駆動するサーボモータに、速度フィードバック信号を出力する検出器及び位置フィードバック信号を出力する検出器が直結されている装置において、各フィードバック信号は、制御装置からの指令信号に基づいて、サーボモータを駆動する駆動装置にフィードバックされており、駆動装置へのトルク指令信号を積分処理し、その飽和状態となるまでの時間が所定時間よりも長くなった場合には、ベルトが切断されたと判断する（例えば、特許文献２参照）。   In a device in which a detector that outputs a speed feedback signal and a detector that outputs a position feedback signal are directly connected to a servo motor that swings and drives an arm via a belt hung between two pulleys. Each feedback signal is fed back to the drive device that drives the servo motor based on the command signal from the control device. The torque command signal to the drive device is integrated and the time until the saturation is reached is predetermined. If it is longer than the time, it is determined that the belt has been cut (see, for example, Patent Document 2).

特開平１１−１２９１８６号公報（第６−８頁、第１図）JP-A-11-129186 (page 6-8, FIG. 1) 特開平５−３４６８１２号公報（第２頁、第１図）Japanese Patent Laid-Open No. 5-346812 (page 2, FIG. 1)

上述特許文献１に記載の故障検出方法においては、指令側と駆動側と出力側の仕事率を求めてその差から機構部の故障を判定し、指令側と駆動側の仕事率の比からサーボ系の故障を判定している。しかしながら、装置が複雑になる一方、安定性及び信用度に欠けるという未解決の課題を有している。   In the failure detection method described in Patent Document 1 described above, the power of the command side, the drive side, and the output side is obtained, the failure of the mechanical unit is determined from the difference, and the servo is calculated from the ratio of the power of the command side and the drive side. System failure is judged. However, while the device becomes complicated, it has an unsolved problem of lack of stability and reliability.

また、上述特許文献２に記載の異常検出装置においては、駆動装置のトルク指令を積分して飽和するまでの時間が所定値を越えることで、アームを駆動するベルトが切断したと判定する。しかしながら、この方法は、ベルトが完全に切断されればこれを検出することができるが、減速機の異常は検出することができない。   Further, in the abnormality detection device described in Patent Document 2, it is determined that the belt for driving the arm has been cut when the time until the torque command of the driving device is integrated and saturated exceeds a predetermined value. However, this method can detect this if the belt is completely cut, but cannot detect an abnormality of the speed reducer.

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、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減速機の異常判定装置及び減速機の異常判定方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a reduction gear abnormality determination device and a reduction gear abnormality determination method capable of determining a reduction gear abnormality with a simple configuration and high reliability. The purpose is to obtain.

この発明の請求項１の減速機の異常判定装置は、アームを駆動するモータと、アームとモータの間の関節に設けられ回転数を落としてモータのトルクをアームに伝達する減速機と、モータの回転を検出する検出器と、ロボットコントローラの位置指令と検出器が出力する位置検出値を受けてモータの位置を制御する位置制御部と位置制御部が出力する速度指令と位置検出値から求められた速度検出値を受けてモータの速度を制御する速度制御部と速度制御部が出力するトルク指令とモータの電流から求められたトルク検出値を受けてモータのトルクを制御する電流アンプ部とを備えたモータドライバとからなる減速機駆動装置が、ロボットコントローラから位置指令を受けるとアームの位置を制御する多関節型ロボットにおいて、モータドライバに電気的に接続して設けられ、速度指令と速度検出値とトルク検出値を入力して減速機の異常判定処理をする異常判定部を有し、異常判定部は、速度指令が一定値になった後に速度偏差が所定値内に入ってから速度指令が一定値でなくなるまでの期間内において、以下の３つの条件のうち少なくとも１つを満たせば減速機が異常であると判断する
（１）トルク検出値の量大値＞トルク上限閾値
（２）トルク検出値の最小値＜トルク下限閾値
（３）トルク検出値の最大値−トルク検出値最小値＞トルク変動幅閾値
ことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an abnormality determination device for a speed reducer, a motor that drives an arm, a speed reducer that is provided at a joint between the arm and the motor to reduce the rotational speed and transmit the torque of the motor to the arm, and a motor. Obtained from the position controller that detects the rotation of the robot, the position command of the robot controller and the position detection value output from the detector to control the position of the motor, the speed command output from the position control unit, and the position detection value A speed control unit that receives the detected speed detection value and controls the motor speed, a torque command output from the speed control unit, and a current amplifier unit that receives the torque detection value obtained from the motor current and controls the motor torque; In a multi-joint robot that controls a position of an arm when a speed reducer driving device including a motor driver is provided with a position command from a robot controller, the motor driver It has an abnormality determination unit that is electrically connected to the bar and inputs a speed command, a speed detection value, and a torque detection value, and performs an abnormality determination process of the reduction gear. In the period from when the speed deviation enters within a predetermined value until the speed command becomes non-constant, the speed reducer is determined to be abnormal if at least one of the following three conditions is satisfied. 1) Large value of detected torque value> torque upper limit threshold value (2) Minimum value of detected torque value <torque lower limit threshold value (3) Maximum detected torque value−minimum detected torque value> torque fluctuation range threshold value To do.

この発明の請求項２の減速機の異常判定方法においては、アームを駆動するモータと、アームとモータの間の関節に設けられ回転数を落としてモータのトルクをアームに伝達する減速機と、モータの回転を検出する検出器と、ロボットコントローラの位置指令と検出器が出力する位置検出値を受けてモータの位置を制御する位置制御部と位置制御部が出力する速度指令と位置検出値から求められた速度検出値を受けてモータの速度を制御する速度制御部と速度制御部が出力するトルク指令とモータの電流から求められたトルク検出値を受けてモータのトルクを制御する電流アンプ部とを備えたモータドライバとからなる減速機駆動装置が複数設けられて、ロボットコントローラから位置指令を受けるとアームの位置を制御する多関節型ロボットにおいて、所定の減速機駆動装置にある減速機の異常を判定するときは、
（１）減速機駆動装置を除く他の減速機駆動装置の動作を一時的に停止させ、
（２）所定の減速機駆動装置だけに所定の位置指令を与えて所定の動作をさせ、
（３）その所定の動作をしている期間内にトルク検出値を基準値と比較して減速機の異常を判定することを特徴とする。 In the speed reducer abnormality determination method according to claim 2 of the present invention, a motor that drives the arm, a speed reducer that is provided at a joint between the arm and the motor to reduce the rotational speed and transmit the torque of the motor to the arm, From the detector that detects the rotation of the motor, the position command of the robot controller and the position detection value output by the detector, the position control unit that controls the position of the motor, and the speed command and position detection value output by the position control unit A speed control unit that controls the motor speed by receiving the detected speed detection value, and a current amplifier unit that controls the torque of the motor by receiving the torque detection value calculated from the torque command output from the speed control unit and the motor current A multi-joint robot that controls the position of the arm when it receives a position command from the robot controller. In, when determining abnormality of the reduction gear in a predetermined reduction gear drive,
(1) Temporarily stop the operation of other speed reducer drive devices except the speed reducer drive device,
(2) A predetermined position command is given only to a predetermined reduction gear drive device to perform a predetermined operation,
(3) The torque reduction value is compared with a reference value within a period during which the predetermined operation is performed, and a reduction gear abnormality is determined.

第１の発明の減速機の異常判定装置によれば、モータへ指令される速度指令、モータから検出された速度検出値及びトルク検出値を入力して減速機の異常判定処理をする異常判定部を有し、異常判定部は、モータが定常速度であり、且つ以下の３つの条件のうち少なくとも１つを満たすとき、減速機が異常であると判断する
（１）トルク検出値の量大値＞トルク上限閾値
（２）トルク検出慎の最小値＜トルク下限閾値
（３）トルク検出値の最大値−トルク検出値最小値＞トルク変動幅
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。 According to the speed reducer abnormality determination device of the first aspect of the invention, an abnormality determination unit for inputting a speed command commanded to the motor, a speed detection value detected from the motor and a torque detection value, and performing a speed reducer abnormality determination process The abnormality determination unit determines that the speed reducer is abnormal when the motor is at a steady speed and satisfies at least one of the following three conditions. (1) Large amount of torque detection value > Torque upper limit threshold (2) Minimum torque detection value <Torque lower limit threshold (3) Maximum torque detection value-Minimum torque detection value> Torque fluctuation range Because of the simple configuration and high reliability, the speed reducer is abnormal Can be determined.

第２の発明の減速機の異常判定方法によれば、所定の減速機駆動装置にある減速機の異常を判定するときは、
（１）減速機駆動装置を除く他の減速機駆動装置の動作を一時的に停止させ、
（２）所定の減速機駆動装置だけに所定の位置指令を与えて所定の動作をさせ、
（３）その所定の動作をしている期間内にトルク検出値を基準値と比較して減速機の異常を判定するので、簡単な構成の装置で実現することができるとともに、高い信用度で減速機の異常を判定することができる。 According to the speed reducer abnormality determination method of the second invention, when determining the abnormality of the speed reducer in the predetermined speed reducer drive device,
(1) Temporarily stop the operation of other speed reducer drive devices except the speed reducer drive device,
(2) A predetermined position command is given only to a predetermined reduction gear drive device to perform a predetermined operation,
(3) Since the torque detection value is compared with the reference value during the predetermined operation period to determine whether the speed reducer is abnormal, it can be realized with a device having a simple configuration, and can be decelerated with high reliability. It is possible to determine machine abnormalities.

以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１はこの発明に係るロボットの側面図である。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図示しない回転軸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が一端を軸Ｅ２ａによって回動自在に軸支されている。下腕Ｅ３の他端には、Ｌ字型に折れ曲がる上腕基部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の両端部に夫々設けられた軸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。   FIG. 1 is a side view of a robot according to the present invention. A rotating table E2 is rotatably disposed on the upper surface of the fixed table E1. The turntable E2 is rotatably supported by a rotation shaft (not shown) that stands vertically on the fixed table E1. A long lower arm E3 is pivotally supported at one end by a shaft E2a at the top of the turntable E2. At the other end of the lower arm E3, one end of an upper arm base E4 bent in an L shape is pivotally supported by a shaft E3a. The shaft E2a and the shaft E3a provided at both ends of the lower arm E3 are parallel to each other, and both the shafts E2a and E3a are rotating shafts (not shown) that rotatably support the rotating table E2 on the fixed table E1. They are orthogonal to each other at a distance.

Ｌ字型の上腕基部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の両端部に夫々設けられた軸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の両端部に夫々設けられた軸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が図示しない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を支持する図示しない回転軸は、軸Ｅ５ａに直交している。   One end of the upper arm tip E5 is pivotally supported by a shaft E4a at the tip of the linear portion opposite to the lower arm E3 of the L-shaped upper arm base E4. The axes E3a and E4a provided at both ends of the upper arm base E4 are orthogonal to each other at positions separated from each other. A rear end of the wrist E6 is pivotally supported by an axis E5a at the other end of the upper arm tip E5. The axes E4a and E5a provided at both ends of the upper arm tip E5 are orthogonal to each other at positions separated from each other. An end effector E7 is rotatably supported at the tip of the wrist E6 by a rotation shaft (not shown). A rotating shaft (not shown) that supports the end effector E7 is orthogonal to the axis E5a.

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との間の間接部または回転部には、図示しない減速機駆動装置が設けられている。   Between the fixed base E1 and the rotary base E2, between the rotary base E2 and the lower arm E3, between the lower arm E3 and the upper arm base E4, between the upper arm base E4 and the upper arm tip E5, and between the upper arm tip E5 and A reduction gear drive (not shown) is provided between the wrist E6 and between the wrist E6 and the end effector E7.

図２は異常判定装置及びその周辺の機器のブロック図である。図２において、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との間に設けられ回転数を落とすことによりトルクを強めてモータ１２の回転駆動力を負荷１５に伝達する減速機１４、モータの回転動作を検出する検出器である位置検出器１３及び位置検出器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、例えば、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であれば、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であれば、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。   FIG. 2 is a block diagram of the abnormality determination device and peripheral devices. In FIG. 2, the reduction gear drive device 50 is provided between the motor 12 that drives the load 15, and between the load 15 and the motor 12, and the torque is increased by reducing the rotation speed, so that the rotational driving force of the motor 12 is applied to the load 15. The motor driver 10 which controls the motor 12 based on the feedback signal which the speed reducer 14 to transmit, the position detector 13 which is a detector which detects the rotation operation | movement of a motor, and the position detector 13 outputs is provided. Here, if the load 15 is, for example, the reduction gear drive device 50 provided between the fixed base E1 and the rotary base E2, the rotary base E2 that is rotationally driven with respect to the fixed base E1 corresponds to this. In the case of the speed reducer driving device 50 provided between the lower arm E3 and the upper arm base E4, the upper arm base E4 that is driven to swing within a predetermined angle with respect to the lower arm E3. Corresponds to this.

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。図示しない上位コントローラから、モータドライバ１０に入力された指令値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。そして、この速度指令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が入力するトルク指令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、どちらも電流値であるが、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。   The motor driver 10 includes a position control unit 1, a speed control unit 2, a current amplifier unit 3, a speed conversion unit 4, and three addition units 5, 6, and 7. A command value Xs input to the motor driver 10 from a host controller (not shown) is subjected to position control by the position controller 1 and the adder 5 and is output from the position controller 1 as a speed command Vs. The speed command Vs is subjected to speed control by the speed control unit 2 and the addition unit 6 and is output from the speed control unit 2 as a torque command Ts. Further, the torque command Ts is torque (current) controlled by the current amplifier unit 3 and the adding unit 7 and is output as a drive current input from the current amplifier unit 3 to the motor 12. Note that the torque command Ts input by the current amplifier unit 3 and the torque signal Tf fed back to the torque command Ts are both current values. In this embodiment, these current values are used as the magnitude of the torque of the motor 12. The word “torque” is used because it is used to express the height.

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の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により上位コントローラからの指令値Ｘｓに重畳されて指令値Ｘｓを自己修正する。また、位置検出器１３の出力する位置検出値は、速度変換部４により速度フィードバック信号Ｖｆに変換され、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を自己修正する。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を自己修正する。   On the other hand, the rotational motion of the motor 12 is detected by the position detector 13. The position detection value output from the position detector 13 is fed back as a position feedback signal Xf and superimposed on the command value Xs from the host controller by the adder 5 to self-correct the command value Xs. The position detection value output from the position detector 13 is converted into a speed feedback signal Vf by the speed conversion unit 4 and superimposed on the speed command Vs output from the position control unit 1 by the addition unit 6 to obtain the speed command Vs. Self correct. The torque signal (detected value) Tf output from the current amplifier unit 3 is fed back as a torque feedback signal Tf and superimposed on the torque command Ts from the speed control unit 2 by the adding unit 7 to self-correct the torque command Ts. .

異常判定装置２０は、速度指令Ｖｓ、速度検出値Ｖｆ及びトルク検出値Ｔｆを入力して、減速機１４の異常判定を行う異常判定部２１と、異常判定部２１が減速機１４を異常と判定したときに出力する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２２とを有している。   The abnormality determination device 20 receives the speed command Vs, the speed detection value Vf, and the torque detection value Tf, and determines an abnormality determination unit 21 that performs abnormality determination of the reduction gear 14, and the abnormality determination unit 21 determines that the reduction gear 14 is abnormal. And an alarm unit 22 that outputs an alarm to the outside based on the abnormality determination output that is output when the alarm is output.

図３は異常判定装置２０の異常判定部２１の異常判定の動作を説明する図であり、（ａ）は縦軸を速度指令Ｖｓ、横軸を時間とした速度−時間のグラフであり、（ｂ）は縦軸をトルク信号Ｔｆ、横軸を時間としたトルク信号−時間のグラフである。ロボットへの移動指令は、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、移動先の位置に関しては、座標の考え方によりアブソリュート（絶対）位置指令とインクリメント（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。   FIG. 3 is a diagram for explaining an abnormality determination operation of the abnormality determination unit 21 of the abnormality determination device 20. FIG. 3A is a speed-time graph in which the vertical axis represents a speed command Vs and the horizontal axis represents time. b) is a graph of torque signal-time with the vertical axis representing the torque signal Tf and the horizontal axis representing time. The movement command to the robot is commanded by a position command Xs that commands the position of the movement destination. As for the position of the movement destination, there are two methods of an absolute (absolute) position command and an increment (relative) position command depending on the concept of coordinates, but either of them may be used in the present invention.

図３（ａ）において、上位コントローラからモータドライバ１０に指令値Ｘｓが指令されると（図中点ａ）、モータ１２が回転し始め速度は徐々に速くなって行く、そして、予め決められた所定の速度（定常速度Ｖｃ）に達すると（図中点ｂ）その速度で一定となる。その後、目標の位置（移動先の位置）に近づくように進み、そして、目標の位置から所定の距離だけ手前の位置（図中点ｃ）まで進むと徐々に速度を落として行き、目標の位置（図中点ｄ）に達した際に速度がちょうど“０”となるように制御される。   In FIG. 3A, when a command value Xs is commanded from the host controller to the motor driver 10 (point a in the figure), the motor 12 starts to rotate and the speed gradually increases, and is determined in advance. When a predetermined speed (steady speed Vc) is reached (point b in the figure), the speed becomes constant. After that, the process proceeds so as to approach the target position (movement destination position), and when the process proceeds to a position (point c in the figure) in front of the target position by a predetermined distance, the speed is gradually reduced to reach the target position. When reaching (point d in the figure), the speed is controlled to be just “0”.

このような制御をされて移動した場合のトルク信号Ｔｆの変化を図３（ｂ）に示す。トルク信号Ｔｆは、モータ１２の加速時及び減速時には大きく緩やかに変化をするが、定常速度Ｖｃの状態では、あまり大きくは変化しない。そして、モータ１２に接続された減速機１４に異常があると、トルク信号Ｔｆに振動成分が重畳する。そのため、定常速度Ｖｃの状態のときのトルク信号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。   FIG. 3B shows a change in the torque signal Tf when moving under such control. The torque signal Tf changes greatly and slowly when the motor 12 is accelerated and decelerated, but does not change much when the motor 12 is at the steady speed Vc. If there is an abnormality in the speed reducer 14 connected to the motor 12, a vibration component is superimposed on the torque signal Tf. Therefore, by observing the torque signal Tf at the steady speed Vc state, it is possible to detect an abnormality of the speed reducer 14 connected to the motor 12.

このように、トルク信号Ｔｆにおいては、定常速度Ｖｃのとき、減速機１４固有の振動成分が観察される。そして、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ので、以下の条件の場合に減速機１４を異常と見なすことができる。異常判定装置２１は減速機１４を異常と判定した場合、警報部２２を介して外部へアラームを出力する。   Thus, in the torque signal Tf, the vibration component specific to the speed reducer 14 is observed at the steady speed Vc. When the speed reducer 14 becomes abnormal, the vibration component becomes extremely large. Therefore, the speed reducer 14 can be regarded as abnormal under the following conditions. When the abnormality determination device 21 determines that the speed reducer 14 is abnormal, the abnormality determination device 21 outputs an alarm to the outside via the alarm unit 22.

ここで、条件とは、
（１）定常速度Ｖｃ（図３（ｂ）のｂ−ｃ間）で、予め設定されたトルク上限閾値Ｔｕ或いはトルク下限閾値Ｔｄのいずれか一方をトルク信号Ｔｆが超えたとき、または、
（２）定常速度Ｖｃ（図３（ｂ）のｂ−ｃ間）で、トルク信号Ｔｆが予め設定されたトルク変動幅Ｔｈを越えたとき異常と判定する。 Here, the condition is
(1) When the torque signal Tf exceeds either a preset torque upper limit threshold Tu or torque lower limit threshold Td at a steady speed Vc (between bc in FIG. 3B), or
(2) When the torque signal Tf exceeds the preset torque fluctuation range Th at the steady speed Vc (between bc in FIG. 3B), it is determined that there is an abnormality.

具体的には、ｂ時点からｃ時点の間でのトルクの最大値Ｔ１と最小値Ｔ２を測定し、さらに最大値Ｔ１と最小値Ｔ２の差分Ｔ３を求め、
（１）最大値Ｔ１＞トルク上限Ｔｕ
（２）最小値Ｔ２＜トルク下限Ｔｄ
（３）差分Ｔ３＞トルク変動幅Ｔｈ
の何れか１つの条件を満たした時に異常と判定する。なお、ここでトルク変動幅Ｔｈは、トルク変動幅Ｔｈ＝トルク上限Ｔｕ−トルク下限Ｔｄをいうものではなく、トルク変動幅Ｔｈは、トルク上限Ｔｕやトルク下限Ｔｄに関係ない所定幅の値である。また、トルクの最大値Ｔ１やトルクの最小値Ｔ２は、周囲温度の変化や、モータ自身の発熱による粘性の変化により変動が生じる。この時Ｔ１が上昇すればＴ２も上昇し、Ｔ１が下降すればＴ２も下降する。したがってＴ２は、一定値を保つため、温度変化に対する影響を受けにくくなっている。 Specifically, the maximum value T1 and the minimum value T2 of the torque between the time point b and the time point c are measured, and a difference T3 between the maximum value T1 and the minimum value T2 is obtained.
(1) Maximum value T1> Torque upper limit Tu
(2) Minimum value T2 <torque lower limit Td
(3) Difference T3> Torque fluctuation range Th
When any one of the conditions is satisfied, it is determined that there is an abnormality. Here, the torque fluctuation width Th does not mean torque fluctuation width Th = torque upper limit Tu−torque lower limit Td, and the torque fluctuation width Th is a value of a predetermined width irrespective of the torque upper limit Tu and the torque lower limit Td. . Further, the maximum torque value T1 and the minimum torque value T2 vary due to a change in ambient temperature or a change in viscosity due to the heat generated by the motor itself. If T1 rises at this time, T2 will also rise, and if T1 falls, T2 will also fall. Therefore, since T2 maintains a constant value, it is not easily affected by temperature changes.

これらの異常判定の基準となるトルク上限Ｔｕ、トルク下限Ｔｄ及びトルク変動幅Ｔｈは、モータ１２容量、エンドエフェクタ負荷、軸動作速度及び軸動作位置によって異なるので、予め測定を行い、結果を記憶手段に記憶しておき、異常の測定時及び通常の運転時に測定結果との照合をして準備をしておくものである。なお、結果を保存しておき、その変化の度合いに基づいて判定を行うことも有効である。   The torque upper limit Tu, torque lower limit Td, and torque fluctuation range Th, which are the criteria for determining these abnormalities, vary depending on the motor 12 capacity, the end effector load, the shaft operation speed, and the shaft operation position. And is prepared by collating with the measurement result at the time of abnormality measurement and normal operation. It is also effective to store the result and make a determination based on the degree of change.

警報部２２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、アナウンスであったり、赤色灯の点灯であったりする。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。警報部２２は、異常警告手段を構成している。   The alarm issued from the alarm unit 22 is, for example, an alarm by a buzzer, a display on the operation panel, an announcement, or a red light. Moreover, it is good also as a notification signal to a system management room or a system management apparatus. The alarm unit 22 constitutes an abnormality warning unit.

このような構成の減速機の異常判定装置２０によれば、モータ１２へ指令される速度指令Ｖｓ、モータ１２から検出された速度検出値Ｖｆ及びトルク検出値Ｔｆを入力して、上述の３つの条件から減速機１４の異常判定処理をする異常判定部２１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。   According to the speed reducer abnormality determination device 20 having such a configuration, the speed command Vs commanded to the motor 12, the speed detection value Vf detected from the motor 12 and the torque detection value Tf are input, and the above-described three Since it has the abnormality determination part 21 which performs the abnormality determination process of the reduction gear 14 from conditions, the abnormality of a reduction gear can be determined with a simple structure and high reliability.

また、モータドライバ１０は、速度指令値Ｖｓを入力して速度制御を行う速度制御部２とトルク検出値Ｔｆを入力してトルク制御を行う電流アンプ部（トルク制御部）３とを有するので、速度指令値Ｖｓとトルク検出値Ｔｆの信号を特別に作り出すことなく、モータドライバ１０の速度制御部２に入力される速度指令値Ｖｓと電流アンプ部（トルク制御部）に入力されるトルク検出値Ｔｆを流用することができ、装置を簡素化できるとともにコストダウンを図ることができる。   Further, the motor driver 10 includes a speed control unit 2 that performs speed control by inputting a speed command value Vs and a current amplifier unit (torque control unit) 3 that performs torque control by inputting a torque detection value Tf. The speed command value Vs input to the speed control unit 2 of the motor driver 10 and the torque detection value input to the current amplifier unit (torque control unit) without specially generating signals of the speed command value Vs and the torque detection value Tf. Tf can be used, the apparatus can be simplified and the cost can be reduced.

さらに、異常判定部２１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２２をさらに有するので、オペレーター等周囲の人間に即座に知らせることができ、また、システム管理者等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。   Furthermore, since it further has a warning unit 22 that outputs an alarm to the outside based on the abnormality determination output of the abnormality determination unit 21, it is possible to immediately notify surrounding people such as an operator, and a system management room such as a system administrator. It is possible to report to human beings and to respond quickly to abnormalities.

さらにまた、本実施例においては、モータ１２が多関節型ロボットの関節駆動用のモータであり、関節が多く有り各関節にモータ１２とこれに接続する減速機１４とを有する多関節型の産業ロボットにおいては、減速機１４に異常をきたすことが多くあり本装置は特に有効となる。   Furthermore, in this embodiment, the motor 12 is a motor for driving a joint of an articulated robot, and there are many joints. Each joint has a motor 12 and a speed reducer 14 connected to the joint. In a robot, the speed reducer 14 is often abnormal, and this apparatus is particularly effective.

複数軸を持つ多関節型のロボットの異常判定を行う場合、減速機駆動装置５０間の動的な干渉力によるトルクの変動を避けるため、また外乱及びノイズを回避して異常判定の精度を向上させる目的で、１軸毎に動作をさせて異常判定を行うこともある。すなわち、所定の１軸のみを駆動させてこの軸の異常判定を行い、次に別の１軸のみを駆動させてこの軸の異常判定をする。そして、これを繰り返し全ての軸の異常判定をする。このような方法により異常判定をすることで、より正確な異常判定を行うことができる。   When performing abnormality determination for multi-joint type robots with multiple axes, to avoid fluctuations in torque due to dynamic interference between the reducer drive devices 50, and to avoid disturbance and noise, improve the accuracy of abnormality determination For this purpose, the abnormality may be determined by operating for each axis. That is, only one predetermined axis is driven to determine abnormality of this axis, and then only another one axis is driven to determine abnormality of this axis. And this is repeated and abnormality determination of all the axes is performed. By performing abnormality determination by such a method, more accurate abnormality determination can be performed.

すなわち、異常判定部２１の行う異常判定処理を複数の減速機駆動装置５０から選択された１つの減速機駆動装置５０のモータ１２のみが駆動している状態で行うようにすれば、減速機駆動装置５０間の動的な干渉力によるトルクの変動を避けることができ、また外乱及びノイズを回避して異常判定の精度を向上させることができる。ここで、１つの軸を抜き出して行うことは有効であるが、明らかに干渉がないと推定される複数軸を同時に動作させて測定を行うことが可能であることは言うまでもない。   That is, if the abnormality determination process performed by the abnormality determination unit 21 is performed in a state where only the motor 12 of one speed reducer drive device 50 selected from the plurality of speed reducer drive devices 50 is driven, the speed reducer is driven. Variations in torque due to dynamic interference between the devices 50 can be avoided, and disturbances and noise can be avoided to improve the accuracy of abnormality determination. Here, it is effective to extract one axis, but it goes without saying that it is possible to perform measurement by simultaneously operating a plurality of axes estimated to have no interference.

なお、本実施例においては、多関節型の産業用ロボットの関節駆動用のモータ１２の異常判定に関して説明したが、これに限定されるものでなく、要するに、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。   In this embodiment, the abnormality determination of the joint drive motor 12 of the multi-joint type industrial robot has been described. However, the present invention is not limited to this, and in short, the motor 12, the speed reducer 14, and the motor driver. If the servo control device has 10, the abnormality determination device of this embodiment can be applied as a device for determining the abnormality of the speed reducer 14 of this servo control device.

図４はこの発明の実施例２の異常判定装置及びその周辺の機器のブロック図である。図４において、本実施例の異常判定装置３０は、外部から入力され異常判定部３１に入力するトルク検出値Ｔｆをフィルタリングするハイパスフィルタ３３をさらに有する。そして、異常が確認された場合には、警報部３２を介して外部にアラームを出力する。その他の構成は実施例１と同様である。   FIG. 4 is a block diagram of the abnormality determination device and its peripheral devices according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the abnormality determination device 30 according to the present embodiment further includes a high-pass filter 33 that filters a torque detection value Tf input from the outside and input to the abnormality determination unit 31. If an abnormality is confirmed, an alarm is output to the outside via the alarm unit 32. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

図５は実施例２の異常判定装置の異常判定の動作を説明する図である。ハイパスフィルタ３３は、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。減速機１４が異常となった際に観察される振動成分は周波数が高いのでハイパスフィルタ３３を通過する。その結果、図５（ｂ）にトルク検出値Ｔｆ２として示されるように、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。さらにその振動成分の周波数のみを抽出して、そのレベルから異常判定を行うことも、より高い精度での異常判定を行うことにつながる。ここで、異常判定装置はコントローラのＣＰＵで行ってもよいし、外部のＣＰＵを用いることも可能である。   FIG. 5 is a diagram for explaining an abnormality determination operation of the abnormality determination device according to the second embodiment. The high-pass filter 33 cuts a gradual current change accompanying a change in the posture of the robot and passes only a component having a high frequency. Since the vibration component observed when the speed reducer 14 becomes abnormal has a high frequency, it passes through the high-pass filter 33. As a result, as shown as a torque detection value Tf2 in FIG. 5B, the vibration component of the reduction gear 14 having a high frequency appears significantly compared to other signals, and the vibration component of the reduction gear 14 to be detected is monitored. This makes it easier to perform abnormality determination with higher accuracy. Further, extracting only the frequency of the vibration component and performing abnormality determination from the level also leads to performing abnormality determination with higher accuracy. Here, the abnormality determination device may be performed by a CPU of a controller, or an external CPU may be used.

重力トルクが作用した場合、一定速度になるとＳＩＮカーブで重力トルクは測定される。重力トルクの影響を排除するにはＳＩＮ０度近傍での測定を回避すること（ＳＩＮ９０度付近で測定すること）も有効であるが、予め動作速度が判明しているため、動作速度近傍以下の周波数をカットすることにより、減速機劣化に伴うトルク変動のみを取り出すことが有効である。
特に産業用ロボットの場合、自由度が高くあらゆる姿勢を取ることができるが、実際の生産現場においては、周辺治具との干渉によりＳＩＮ０近傍でしか動作不可能な場合も多くハイパスフィルタは特に有効である。 When gravity torque is applied, the gravity torque is measured with a SIN curve at a constant speed. In order to eliminate the influence of gravity torque, it is also effective to avoid measurement near SIN0 degrees (measurement near SIN90 degrees), but since the operation speed is known in advance, the frequency is below the operation speed. It is effective to take out only the torque fluctuation accompanying the reduction gear deterioration by cutting.
In particular, industrial robots have a high degree of freedom and can take any posture. However, in actual production sites, there are many cases where operation is possible only in the vicinity of SIN0 due to interference with peripheral jigs, and high-pass filters are particularly effective. It is.

減速機を介してモータのトルクを負荷に伝達し負荷を駆動する装置に好適なものであり、特に関節を多数有し各関節に減速機及びモータを有する多関節型の産業ロボットに好適なものである。   Suitable for a device that transmits the torque of a motor to a load via a speed reducer and drives the load, and particularly suitable for an articulated industrial robot having a large number of joints and a speed reducer and a motor at each joint. It is.

この発明に係るロボットの側面図である。It is a side view of the robot which concerns on this invention. 実施例１の異常判定装置及びその周辺の機器のブロック図である。1 is a block diagram of an abnormality determination device according to a first embodiment and peripheral devices. 実施例１の異常判定装置の異常判定の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement of the abnormality determination of the abnormality determination apparatus of Example 1. FIG. 実施例２の異常判定装置及びその周辺の機器のブロック図である。It is a block diagram of the abnormality determination apparatus of Example 2, and its peripheral equipment. 実施例２の異常判定装置の異常判定の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement of the abnormality determination of the abnormality determination apparatus of Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 位置制御部
２ 速度制御部
３ トルク制御部（トルク制御部）
４ 速度変換部
１２ モータ
１３ 位置検出器（検出器）
１４ 減速機
１５ 負荷
２０ 異常判定装置
２１，３１ 異常判定部
２２，３２ 警報部
３３ ハイパスフィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position control part 2 Speed control part 3 Torque control part (torque control part)
4 Speed converter 12 Motor 13 Position detector (detector)
14 Reducer 15 Load 20 Abnormality determination device 21, 31 Abnormality determination unit 22, 32 Alarm unit 33 High-pass filter

Claims (2)

アームを駆動するモータと、
前記アームと前記モータの間の関節に設けられ回転数を落として前記モータのトルクを前記アームに伝達する減速機と、
前記モータの回転を検出する検出器と、
ロボットコントローラの位置指令と前記検出器が出力する位置検出値を受けて前記モータの位置を制御する位置制御部と当該位置制御部が出力する速度指令と前記位置検出値から求められた速度検出値を受けて前記モータの速度を制御する速度制御部と当該速度制御部が出力するトルク指令と前記モータの電流から求められたトルク検出値を受けて前記モータのトルクを制御する電流アンプ部とを備えたモータドライバと
からなる減速機駆動装置が、ロボットコントローラから位置指令を受けると前記アームの位置を制御する多関節型ロボットにおいて、
前記モータドライバに電気的に接続して設けられ、
前記速度指令と前記速度検出値と前記トルク検出値を入力して前記減速機の異常判定処理をする異常判定部を有し、
前記異常判定部は、前記速度指令が一定値になった後に速度偏差が所定値内に入ってから前記速度指令が前記一定値でなくなるまでの期間内において、以下の３つの条件のうち少なくとも１つを満たせば前記減速機が異常であると判断する
（１）トルク検出値の量大値＞トルク上限閾値
（２）トルク検出値の最小値＜トルク下限閾値
（３）トルク検出値の最大値−トルク検出値最小値＞トルク変動幅閾値
ことを特徴とする減速機の異常判定装置。 A motor that drives the arm;
A speed reducer provided at a joint between the arm and the motor to reduce the rotational speed and transmit the torque of the motor to the arm;
A detector for detecting rotation of the motor;
A position control unit that controls the position of the motor in response to a position command of the robot controller and a position detection value output from the detector, a speed detection value obtained from the speed command output from the position control unit and the position detection value A speed control unit that controls the speed of the motor, a torque command output by the speed control unit, and a current amplifier unit that controls the torque of the motor by receiving a torque detection value obtained from the current of the motor; In an articulated robot that controls a position of the arm when a speed reducer driving device comprising a motor driver with a position command from a robot controller is received,
Provided electrically connected to the motor driver,
An abnormality determination unit that performs the abnormality determination process of the speed reducer by inputting the speed command, the speed detection value, and the torque detection value,
The abnormality determination unit may include at least one of the following three conditions within a period from when the speed command becomes a constant value to when the speed command is not within the predetermined value after the speed command is within a predetermined value. (1) Large value of torque detection value> Torque upper limit threshold (2) Minimum value of torque detection value <Torque lower limit threshold (3) Maximum value of torque detection value -Torque detection value minimum value> torque fluctuation width threshold value. アームを駆動するモータと、
前記アームと前記モータの間の関節に設けられ回転数を落として前記モータのトルクを前記アームに伝達する減速機と、
前記モータの回転を検出する検出器と、
ロボットコントローラの位置指令と前記検出器が出力する位置検出値を受けて前記モータの位置を制御する位置制御部と当該位置制御部が出力する速度指令と前記位置検出値から求められた速度検出値を受けて前記モータの速度を制御する速度制御部と当該速度制御部が出力するトルク指令と前記モータの電流から求められたトルク検出値を受けて前記モータのトルクを制御する電流アンプ部とを備えたモータドライバと
からなる減速機駆動装置が複数設けられて、ロボットコントローラから位置指令を受けると前記アームの位置を制御する多関節型ロボットにおいて、
所定の前記減速機駆動装置にある前記減速機の異常を判定するときは、
（１）当該減速機駆動装置を除く他の前記減速機駆動装置の動作を一時的に停止させ、
（２）所定の前記減速機駆動装置だけに所定の位置指令を与えて所定の動作をさせ、
（３）その所定の動作をしている期間内に前記トルク検出値を基準値と比較して当該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。
A motor that drives the arm;
A speed reducer provided at a joint between the arm and the motor to reduce the rotational speed and transmit the torque of the motor to the arm;
A detector for detecting rotation of the motor;
A position control unit that controls the position of the motor in response to a position command of the robot controller and a position detection value output from the detector, a speed detection value obtained from the speed command output from the position control unit and the position detection value A speed control unit that controls the speed of the motor, a torque command output by the speed control unit, and a current amplifier unit that controls the torque of the motor by receiving a torque detection value obtained from the current of the motor; In an articulated robot that is provided with a plurality of speed reducer driving devices including a motor driver and that controls the position of the arm when receiving a position command from a robot controller,
When determining the abnormality of the speed reducer in the predetermined speed reducer drive device,
(1) Temporarily stop the operation of the other speed reducer drive devices other than the speed reducer drive device,
(2) A predetermined position command is given only to the predetermined reduction gear drive device to perform a predetermined operation,
(3) An abnormality determination method for a reduction gear, wherein the abnormality of the reduction gear is determined by comparing the detected torque value with a reference value within a period during which the predetermined operation is performed.
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