JP2009125917A - 産業用ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット本体１の各関節軸を動作させるモータ２を駆動制御するサーボアンプ５を有する産業用ロボットの制御装置４において、サーボアンプ５自体で自動的に故障診断を正確かつ確実に行うことが可能な産業用ロボットの制御装置を提供する。
【解決手段】サーボアンプ５は、モータ２を駆動する制御信号を出力するパワー回路部７と、パワー回路部７から出力された制御信号に基づいてサーボアンプ５の故障の有無を診断する故障診断回路部１０と、モータ２の電流値および位置情報に基づいて異常を検出する異常検出回路部８と、異常検出回路部８において異常を検出していない場合にはパワー回路部７から出力された制御信号をモータ２へ入力させるように選択するとともに、異常検出回路部８において異常を検出した場合にはパワー回路部７から出力された制御信号を故障診断回路部１０へ入力させるように選択するマルチプレクサ９と、を有するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットの制御装置に関し、特に、制御装置内のサーボアンプの故障を診断することが可能な産業用ロボットの制御装置に関する。

従来、サーボアンプを備えた産業用ロボットの制御装置は、例えば図４に示すように構成されている。すなわち、ロボット本体１が具備する、各関節軸を動作させるためのサーボモータとしてのモータ２は、このモータ２を駆動制御するための制御装置４内のサーボアンプ５と配線３で接続され、このサーボアンプ５は、これを制御するコントローラ部６を上位の制御部として位置するように接続されている。このサーボアンプ５には、モータ２を駆動する制御信号を出力するパワー回路部７と、モータ２に流れる電流値および位置情報に基づいて異常を検出する異常検出回路部８とが設けられている。

この異常検出回路部８における異常検出においては、ロボット本体１の動作に関わるパラメータ（例えば、モータ２の位置、速度、電流といったモータ２をコントロールするパラメータ）が用いられ、異常が発生した場合はサーボアンプ５の上位に位置するコントローラ部６にて異常表示を行うようにしている。
特開平６−３４４２９３号公報

しかしながら、この異常検出方法では、サーボアンプ５自体の故障検出精度が悪いという問題があり、さらに、例えば磁極劣化等のモータ２の故障やモータ２までの配線３の断線や地絡などといった実際にサーボアンプ５自体が故障していない場合でも、サーボアンプ５の故障と区別がつかないという問題がある。また、この異常検出方法の場合、オペレータ（作業者）が故障の発生状況や再度の動作確認等を試行錯誤的に実施することにより、サーボアンプ５の故障の原因を推測しなければならないという問題もある。さらに、係る試行錯誤的な実施はオペレータの経験や知識に負うところが大きいために故障の原因究明までのプロセスが大きく異なることになるので、故障の原因究明までに多くの時間を要するという問題もある。

この従来の異常検出方法における故障判断のプロセスについて、図５に示すフローチャートを参照して説明する。図５は、この従来の故障判断のプロセスをフローチャートにて示したものである。サーボアンプ５において異常を検出した際には（Ｓ３０１）、サーボアンプ５自体にて故障診断を行い（Ｓ３０２）、コントローラ部６にてこの異常を表示することによりオペレータに通知する（Ｓ３０３）。そして、オペレータがサーボアンプ５の異常か否かを究明し（Ｓ３０４）、サーボアンプ５の異常であるとオペレータが判断したならば（Ｓ３０４Ｙ）、オペレータはサーボアンプ５の交換を行うことになる（Ｓ３０５）。

しかし、それ以外の故障の場合、例えばモータ２の故障や配線３の断線等の場合は（Ｓ３０４Ｎ）、オペレータは故障原因が見つかるまで異常発生の事象を何度も繰る返しながら究明していくか（Ｓ３０６）、あるいはサーボアンプ５、モータ２、配線３などの全ての構成要素を交換するか（Ｓ３０８）、といったことをオペレータが選択し実施することになる（Ｓ３０７）。

さらに、この従来の異常検出方法では、故障が発生した後での異常処理となるので、製造ラインを停止させた後にサーボアンプ５の交換などの作業を行うことになる。そのため、この従来の異常検出方法においては、生産性への影響が大きいということになる。

一方、簡易的な故障診断方法として、サーボアンプ５の上位の制御部としてのコントローラ部６において故障原因に関連するパラメータによりシミュレーション波形を生成し、このシミュレーション波形と故障波形とを比較することにより故障原因を推論する技術が知られている（例えば特許文献１）。しかし、この方法はシミュレーション手法であるため実際の状況ではないので、正確かつ確実に異常を検出するものではなかった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためのなされたものであり、サーボアンプ自体で自動的に故障診断を正確かつ確実に行うことが可能な産業用ロボットの制御装置を提供することを目的とする。

係る目的を達成するために、請求項１に係る発明では、ロボット本体が具備する各関節軸を動作させるモータを駆動制御するサーボアンプと、このサーボアンプを制御するコントローラ部と、を有する産業用ロボットの制御装置において、前記サーボアンプは、モータを駆動する制御信号を出力するパワー回路部と、このパワー回路部から出力された前記制御信号に基づいてサーボアンプの故障の有無を診断する故障診断プロセスを有する故障診断回路部と、モータに流れる電流値およびモータの位置情報に基づいて異常を検出する異常検出回路部と、この異常検出回路部において異常を検出していない場合には前記パワー回路部から出力された前記制御信号をモータへ入力させるように選択するとともに、異常検出回路部において異常を検出した場合には前記パワー回路部から出力された前記制御信号を前記故障診断回路部へ入力させるように選択するマルチプレクサと、を有することを特徴とする産業用ロボットの制御装置を提供した。

この請求項１に係る発明によれば、ロボット本体の動作中に異常検出回路部において異常が検出された場合には、マルチプレクサがモータ側から故障診断回路部側に切替わるので、パワー回路部がモータとは遮断されるとともに故障診断回路部とは接続されることになる。そのため、異常検出回路部において異常が検出された場合には、モータの動作すなわちロボット本体の動作が直ちに停止されることになるとともに、サーボアンプ内部の故障診断回路部での故障診断プロセスが実行されることになる。この故障診断回路部での故障診断プロセスにおいては、マルチプレクサによる切替え動作により通常時はパワー回路部からモータへ出力されている制御信号をそのまま故障診断回路部に取り込み故障診断プロセスにおいて処理しているので、サーボアンプ自体の故障であるか否かを判断することができる。例えば、コントローラ部における動作プログラムにて規定する指令値どおりの出力がパワー回路部からでていなかった場合には、サーボアンプ自体の故障であると判断することができる。

また、請求項２に係る発明では、ロボット本体が具備する各関節軸を動作させるモータを駆動制御するサーボアンプと、このサーボアンプを制御するコントローラ部と、を有する産業用ロボットの制御装置において、前記サーボアンプは、モータを駆動する制御信号を出力するパワー回路部と、このパワー回路部から出力された前記制御信号に基づいてサーボアンプの故障の有無を診断する故障診断プロセスを有する故障診断回路部と、この故障診断回路部が具備するタイマがカウントアップした場合に前記パワー回路部から出力された前記制御信号を前記故障診断回路部へ入力させるマルチプレクサと、
を有することを特徴とする産業用ロボットの制御装置を提供した。

この請求項２に係る発明によれば、ロボット本体を動作させていない時にサーボアンプとモータとの縁を自動的に切り、サーボアンプ内部の故障診断回路部における故障診断プロセスに入り、サーボアンプの内部回路の診断を実施することになる。これによりサーボアンプ自体の劣化等により故障が起こりうる状況であるか否かの判断を行う。この場合はサーボアンプに接続しているモータ配線との縁が切れているので、診断結果が異常値である場合にはサーボアンプ自体の異常であることは明白である。この異常すなわち劣化を検出した時には、コントローラ部に異常になる恐れがあることの警告を発することにより、オペレータに対してサーボアンプの交換を促すことになる。なお、この場合はサーボアンプの劣化であり完全な故障ではないので、このロボットシステムを含む製造ラインの稼働スケジュールを考慮し、製造ラインの計画的な停止中においてサーボアンプの交換を実施することにより、稼働停止による生産性への影響を防ぐことができる。

以上、述べたように、本発明によれば、故障診断時にはサーボアンプがモータや配線との縁が切れていることになるので、自動的にかつ確実にサーボアンプの故障を診断することが可能になるとともに、故障の発生要因がサーボアンプにあるか否かを正確に判断できることになった。これにより、オペレータの故障後の保守へのアプローチがより故障部位へと向くことになるので、故障修復時間を従来よりも短くすることができるものとなった。また、サーボアンプの故障劣化を診断することが可能となったので、異常となる前にサーボアンプの交換ができることになり、製造ラインの停止という最悪な状況を避けることができるものとなった。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るサーボアンプ５を備えた産業用ロボットの制御装置４を含むロボットシステムの構成を示すブロック図である。なお、前述した従来の構成を示すブロック図である図４と同じ構成要素には同一符号を付している。

図１に示すように、ロボット本体１が具備する、各関節軸を動作させるためのサーボモータとしてのモータ２は、このモータ２を駆動制御するための制御装置４内のサーボアンプ５と配線３で接続され、このサーボアンプ５は、これを制御するコントローラ部６を上位の制御部として位置するように接続されている。このサーボアンプ５内には、モータ２を駆動する制御信号を出力するパワー回路部７と、モータ２に流れる電流値および位置情報に基づいて異常を検出する異常検出回路部８とが設けられている。

さらに、サーボアンプ５内には、スイッチング回路としてのマルチプレクサ（ＭＵＸ）９と、サーボアンプ５の故障診断を行う故障診断回路部１０とが設けられている。さらに、この故障診断回路部１０は、パワー回路部７から出力された制御信号（例えば電流値や電圧値）を入力しこれを測定するセンサ１２と、このセンサ１２が測定した制御信号に基づいてパワー回路部７から指令値どおりの出力が出ているか否かを判断する故障診断プロセスを有する故障判断回路１１を具備している。マルチプレクサ９は、通常動作時はパワー回路部７からの出力が配線３を介してモータ２に接続されこれを駆動するように動作するが、異常検出回路部８にて異常が検出された際には、異常検出回路部８からの異常信号の入力を受けて、パワー回路部７からの出力が故障診断回路部１０が具備するセンサ１２に接続されるように動作する。

次に、本発明の一実施形態に係る故障診断プロセスの第１の実施例を示すフローチャートである図２を参照して、ロボットシステムの通常運転時に異常検出回路部８にて異常が検出された際の処理の流れについて説明する。

サーボアンプ５にて何らかの異常が異常検出回路部８にて検出された時（Ｓ１０１）、マルチプレクサ９の接続が故障診断回路部１０側に切替わり、モータ２への接続を遮断し、縁を切る（Ｓ１０２）。その後に故障診断回路部１０が動作し、コントローラ部６からパワー回路部７に対して基本的な動作パターン（例えば一定の電流やパルス的な電流のパターン）を出力するよう指令され、この指令を受けてパワー回路部７から出力される制御信号（例えば電流値や電圧値）をセンサ１２にて測定する（Ｓ１０３）。そして、センサ１２の測定値に基づいて、パワー回路部７において指令値どおりの出力が出ているか否かを故障判断回路１１にて判断する（Ｓ１０４）。

このＳ１０４における判断において、指令値どおりの出力が出ていないものと判断された場合はサーボアンプ５の故障であると断定し（Ｓ１０４Ｙ）、コントローラ部６に対してサーボアンプ５の異常であることを通知し、表示させる（Ｓ１０５）。一方、Ｓ１０４における判断において、指令値どおりの出力が出ているものと判断された場合はサーボアンプ５以外の故障であると断定し（Ｓ１０４Ｎ）、コントローラ部６に対してサーボアンプ５の外部すなわちモータ２または配線３の異常であることを通知し、表示させる（Ｓ１０７）。なお、前者のサーボアンプ５の異常であった場合は、オペレータはサーボアンプ５を交換し（Ｓ１０６）、一方、後者の（Ｓ１０８）サーボアンプ５の外部すなわちモータ２または配線３の異常であった場合は、オペレータはモータ２や配線３を交換することになる。

以上述べたように、この第１の実施例によれば、ロボット本体１の動作中に異常検出回路部８において異常が検出された場合には、マルチプレクサ９がモータ２側から故障診断回路部１０側に切替わるので、パワー回路部７がモータ２とは遮断されるとともに故障診断回路部１０とは接続されることになる。そのため、異常検出回路部８において異常が検出された場合には、モータ２の動作すなわちロボット本体１の動作が直ちに停止されることになるとともに、サーボアンプ５内部の故障診断回路部１０での故障診断プロセスが実行されることになる。この故障診断回路部１０での故障診断プロセスにおいては、マルチプレクサ９による切替え動作により通常時はパワー回路部７からモータ２へ出力されている制御信号をそのまま故障診断回路部１０に取り込み故障診断プロセスにおいて処理しているので、サーボアンプ５自体の故障であるか否かを判断することができる。

以上、第１に実施例について説明した。この第１の実施例はロボットシステムの通常運転時に異常が検出された場合を示したものであったが、本実施形態のものは定期的に故障診断を行う場合にも適用可能である。そこで、本発明の一実施形態に係る故障診断プロセスの第２の実施例を示すフローチャートである図３を参照して、定期的に故障診断を行う際の処理の流れについて説明する。

故障診断回路部１０は、定期的な診断開始のための時計（タイマ）を有している。ここで、この時計（タイマ）がタイムアップすなわち診断時期になった際には（Ｓ２０１）、ロボット１の動作停止状態を確認し（Ｓ２０２）、停止しているならば（Ｓ２０２Ｎ）、マルチプレクサ９の接続が故障診断回路部１０側に切替わり、モータ２への接続を遮断し、縁を切る（Ｓ２０３）。その後に故障診断回路部１０が動作し、コントローラ部６からパワー回路部７に対して基本的な動作パターン（例えば一定の電流やパルス的な電流のパターン）を出力するように指令され、この指令を受けてパワー回路部７から出力される信号（例えば電流値や電圧値）をセンサ１２にて測定する。そして、センサ１２の測定値に基づいて、パワー回路部７において指令値どおりの出力が出ているか否かを判断する（Ｓ２０４）。このＳ２０４における判断において、指令値どおりの出力が出ていないものと判断された場合は（Ｓ２０５Ｙ）、サーボアンプ５の故障であると断定し、コントローラ部６に対してサーボアンプ５の異常劣化中であることを通知し、表示させる（Ｓ２０６）。

以上述べたように、この第２の実施例によれば、ロボット本体１を動作させていない時にサーボアンプ５とモータ２との縁を自動的に切り、サーボアンプ５内部の故障診断回路部１０における故障診断プロセスに入り、サーボアンプ５の内部回路の診断を実施することになる。これによりサーボアンプ５自体の劣化等により故障が起こりうる状況であるか否かの判断を行う。この場合はサーボアンプ５に接続しているモータ２との縁が切れているので、診断結果が異常値である場合にはサーボアンプ５自体の異常であることは明白である。この異常すなわち劣化を検出した時には、コントローラ部６に異常になる恐れがあることの警告を発することにより、サーボアンプ５の交換をオペレータに対して促すことになる。なお、この場合はサーボアンプ５の劣化であり完全な故障ではないので、このロボットシステムを含む製造ラインの稼働スケジュールを考慮し、製造ラインの計画的な停止中においてサーボアンプ５の交換を実施することにより、稼働停止による生産性への影響を防ぐことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明した。本実施形態によれば、故障診断時にはサーボアンプ５がモータ２や配線３との縁が切れていることになるので、自動的にかつ確実にサーボアンプ５の故障を診断することが可能になるとともに、故障の発生要因がサーボアンプ５にあるか否かを正確に判断できることになる。これにより、オペレータの故障後の保守へのアプローチがより故障部位へと向くことになるので、故障修復時間を従来よりも短くすることができる。また、サーボアンプ５の故障劣化を診断することが可能となるので、異常となる前にサーボアンプの交換ができることになり、製造ラインの停止という最悪な状況を避けることができる。

本発明の一実施形態に係るサーボアンプ５を備えた産業用ロボットの制御装置４を含むロボットシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る故障診断プロセスの第１の実施例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る故障診断プロセスの第２の実施例を示すフローチャートである。 従来のサーボアンプ５を備えた産業用ロボットの制御装置４を含むロボットシステムの構成を示すブロック図である。 従来の故障診断プロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１ ロボット本体
２ モータ
３ 配線
４ 制御装置
５ サーボアンプ
６ コントローラ部
７ パワー回路部
８ 異常検出回路部
９ マルチプレクサ
１０ 故障診断回路部
１１ 故障判断回路
１２ センサ

Claims (2)

1. ロボット本体が具備する各関節軸を動作させるモータを駆動制御するサーボアンプと、該サーボアンプを制御するコントローラ部と、を有する産業用ロボットの制御装置において、
   前記サーボアンプは、
   前記モータを駆動する制御信号を出力するパワー回路部と、
   該パワー回路部から出力された前記制御信号に基づいてサーボアンプの故障の有無を診断する故障診断プロセスを有する故障診断回路部と、
   前記モータに流れる電流値および前記モータの位置情報に基づいて異常を検出する異常検出回路部と、
   該異常検出回路部において異常を検出していない場合には前記パワー回路部から出力された前記制御信号を前記モータへ入力させるように選択するとともに、前記異常検出回路部において異常を検出した場合には前記パワー回路部から出力された前記制御信号を前記故障診断回路部へ入力させるように選択するマルチプレクサと、
   を有することを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
2. ロボット本体が具備する各関節軸を動作させるモータを駆動制御するサーボアンプと、該サーボアンプを制御するコントローラ部と、を有する産業用ロボットの制御装置において、
   前記サーボアンプは、
   前記モータを駆動する制御信号を出力するパワー回路部と、
   該パワー回路部から出力された前記制御信号に基づいてサーボアンプの故障の有無を診断する故障診断プロセスを有する故障診断回路部と、
   該故障診断回路部が具備するタイマがカウントアップした場合に前記パワー回路部から出力された前記制御信号を前記故障診断回路部へ入力させるマルチプレクサと、
   を有することを特徴とする産業用ロボットの制御装置。

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