JP2016117148A - ロボット保守支援装置および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロボット駆動系の残余寿命を精度良く予測することができるロボット保守支援装置を提供すること。【解決手段】本装置は、ロボット駆動系R1を構成するサーボモータの電流指令値について取得したデータを記憶するための取得データ記憶手段4と、取得データ記憶手段4に記憶された電流指令値のデータに基づいて電流指令値の将来の変化傾向を診断するための傾向診断手段5と、傾向診断手段5によって得られた電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定するための寿命判定手段6と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの駆動系の残余寿命を予測して、ロボットの保守を支援するためのロボット保守支援装置および方法に関する。
産業用ロボットは、その長期の使用により、ロボットアームやロボット外部軸を駆動するためのロボット駆動系を構成する機器の劣化（例えば、減速機の歯車の摩耗）が発生し、これにより、ロボットの動作精度が低下する。さらに、このような状態を放置しておくと、ロボット駆動系を構成する機器が破損して、ロボットが故障する。
生産ラインに設置される産業用ロボットにおいては、ロボットが故障すると生産ライン全体が停止し、生産性が低下して生産計画に支障をきたすことになる。そのため、ロボットに故障が発生する前に予防保全を実施し、故障を未然に防ぎたいという市場の要求がある。
この市場の要求に応えるためには、例えば、ロボットの駆動系を構成する機器（減速機等）の設計寿命と、現在日までのロボットの運転時間とに基づいて、当該機器の残余寿命を推定する方法が考えられる。
しかしながら、機器の設計寿命を決定する際に想定されるロボット運転条件と、実際の作業におけるロボット運転条件とが大きく異なる場合があるため、機器の設計寿命と、現在日までのロボットの運転時間とに基づいて当該機器の残余寿命を推定する方法では、その推定値の精度を高く維持することが困難である。
一方、例えば特許文献１には、実際の作業におけるロボットコントローラのデータを、通信回線を介して収集し、収集したデータに基づいて故障診断やメンテナンスを実施する技術が提案されている（特許文献１）。
特開２００７−１９０６６３号公報
しかしながら、上述の従来技術では、現時点でのデータに基づいて現時点でのメンテナンス（部品交換等）の要否を判断することはできるが、現時点でのメンテナンスが不要と判断された場合に、将来的にメンテナンスがいつ頃必要になるかについては、その時期（タイミング）を特定することができなかった。
すなわち、従来の技術では、ロボットのメンテナンスに関する作業スケジュールを、時間的余裕を持って予め計画しておくことが困難であり、その結果、ロボットのメンテナンスを適時に行うことが難しいという問題があった。
本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ロボット駆動系の残余寿命を精度良く予測することができるロボット保守支援装置および方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ロボットの駆動系の寿命を予測して保守を支援するためのロボット保守支援装置であって、前記ロボットの駆動系を構成するサーボモータの電流指令値について取得したデータを記憶するための取得データ記憶手段と、前記取得データ記憶手段に記憶された前記電流指令値のデータに基づいて前記電流指令値の将来の変化傾向を診断するための傾向診断手段と、前記傾向診断手段によって得られた前記電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、前記電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定するための寿命判定手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記取得データ記憶手段は、前記ロボットの駆動系を構成する複数の前記サーボモータに関する複数の前記電流指令値に関するデータを記憶しており、前記傾向診断手段による診断の対象とすべき前記電流指令値を、前記複数の電流指令値の中から選択するための対象データ選択手段をさらに備えた、ことを特徴とする。
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記傾向診断手段は、前記電流指令値の将来の変化傾向を示す予測線を、表示手段にグラフとして表示させる機能を有する、ことを特徴とする。
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記寿命判定手段は、前記グラフに表示された前記予測線と、前記グラフに設定された基準線との交点に対応する時点を予測寿命と判定するように構成されている、ことを特徴とする。
本発明の第５の態様は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記傾向診断手段による前記電流指令値の診断項目を、Ｉ２モニタ、デューティ、およびピーク電流の中から選択するための診断項目選択手段をさらに備えた、ことを特徴とする。
本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記傾向診断手段における診断に際して使用する設定値を変更するための設定値変更手段をさらに備えた、ことを特徴とする。
本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれかの態様において、前記傾向診断手段における診断に際して使用する前記設定値は、前記電流指令値に関する閾値、現在日からの対象データ日数、現在日から判定日までの日数、および診断演算に使用する最低データ数の中の少なくとも一つを含む、ことを特徴とする。
本発明の第８の態様は、第１乃至第７のいずれかの態様において、前記傾向診断手段は、前記ロボットの動作中における前記電流指令値のみに基づいて診断を行うように構成されている、ことを特徴とする。
上記課題を達成するために、本発明の第９の態様は、ロボットの駆動系の寿命を予測して保守を支援するためのロボット保守支援装置であって、前記ロボットの駆動系を構成するサーボモータの電流指令値について取得したデータを記憶するための取得データ記憶手段と、前記取得データ記憶手段に記憶された前記電流指令値のデータに基づいて前記電流指令値の将来の変化傾向を診断するための傾向診断手段と、前記傾向診断手段によって得られた前記電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、前記電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定するための寿命判定手段と、前記傾向診断手段の診断結果および前記寿命判定手段の判定結果のうちの少なくとも一方を、通信ネットワークを介して取得して表示するための表示手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第９の態様を、上述した本発明の第１乃至第８の態様のいずれか一つまたは複数と適宜組み合わせることもできる。
上記課題を解決するために、本発明の第１０の態様は、ロボットの駆動系の寿命を予測して保守を支援するためのロボット保守支援方法であって、前記ロボットの駆動系を構成するサーボモータの電流指令値について取得したデータを記憶する取得データ記憶工程と、前記取得データ記憶工程によって記憶された前記電流指令値のデータに基づいて前記電流指令値の将来の変化傾向を診断する傾向診断工程と、前記傾向診断工程によって得られた前記電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、前記電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定する寿命判定工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記取得データ記憶工程において、前記ロボットの駆動系を構成する複数の前記サーボモータに関する複数の前記電流指令値に関するデータを記憶し、前記傾向診断工程における診断の対象とすべき前記電流指令値を、前記複数の電流指令値の中から選択する対象データ選択工程をさらに備えた、ことを特徴とする。
本発明の第１２の態様は、第１０または第１１の態様において、前記傾向診断工程において、前記電流指令値の将来の変化傾向を示す予測線を、表示手段上でグラフとして表示する、ことを特徴とする。
本発明の第１３の態様は、第１２の態様において、前記寿命判定工程において、前記グラフに表示された前記予測線と、前記グラフに設定された基準線との交点に対応する時点を予測寿命と判定する、ことを特徴とする。
本発明の第１４の態様は、第１０乃至第１３のいずれかの態様において、前記傾向診断手段による前記電流指令値の診断項目を、Ｉ２モニタ、デューティ、およびピーク電流の中から選択するための診断項目選択工程をさらに備えた、ことを特徴とする。
本発明の第１５の態様は、第１０乃至第１４のいずれかの態様において、前記傾向診断手段における診断に際して使用する設定値を変更するための設定値変更工程をさらに備えた、ことを特徴とする。
本発明の第１６の態様は、第１０乃至第１５のいずれかの態様において、前記傾向診断工程における診断に際して使用する前記設定値は、前記電流指令値に関する閾値、現在日からの対象データ日数、現在日から判定日までの日数、および診断演算に使用する最低データ数の中の少なくとも一つを含む、ことを特徴とする。
本発明の第１７の態様は、第１０乃至第１６のいずれかの態様において、前記傾向診断工程において、前記ロボットの動作中における前記電流指令値のみに基づいて診断を行う、ことを特徴とする。
本発明によれば、ロボット駆動系の残余寿命を精度良く予測することができるロボット保守支援装置および方法を提供することができる。
本発明の一実施形態によるロボット保守支援装置の概略構成を示したブロック図。 図１に示したロボット保守支援装置で使用される対象データを示した図。 図１に示したロボット保守支援装置で使用される設定項目を示した図。 図１に示したロボット保守支援装置で作成するトレンドグラフの各項目を示した図。 図１に示したロボット保守支援装置で作成されたトレンドグラフの一例を示した図。 図１に示したロボット保守支援装置を用いてロボット駆動系の残余寿命を予測する方法を示したフローチャート。
以下、本発明の一実施形態によるロボット保守支援装置について、図面を参照して説明する。
まず初めに、本実施形態によるロボット保守支援装置が対象とするロボットの概略構成について説明する。当該ロボットは、ロボットアームと、このロボットアームやロボットの外部軸を駆動するためのロボット駆動系とを備えている。
ロボット駆動系は、駆動力を生成するサーボモータ、サーボモータからの駆動力をロボットアームやロボット外部軸に伝達する減速機、およびサーボモータの位置を検出するエンコーダを有する。ロボット駆動系は、位置ループ、速度ループ、および電流ループを含むサーボ制御系によって制御される。
本実施形態によるロボット保守支援装置が対象とするロボットは、図１に示したように、８つの駆動軸ＪＴ１〜ＪＴ８を有するロボット駆動系Ｒ１を備えており、このロボット駆動系Ｒ１をロボットコントローラＲ２が制御する。
そして、本実施形態によるロボット保守支援装置１は、ロボット駆動系Ｒ１の寿命を予測して保守を支援するための装置ある。
図１に示したように、ロボット保守支援装置１は、ロボットコントローラＲ２から、ロボット駆動系Ｒ１の各駆動軸ＪＴ１〜ＪＴ８に対応する各サーボモータの電流指令値に関するデータを取得するためのデータ取得手段２を備えている。
データ取得手段２によるデータの取得は、インターネット等の通信回線を介してロボットコントローラＲ２から取得しても良いし、データ取得のための基板をロボットコントローラＲ２に接続して、ロボットコントローラＲ２から直接的にデータを取得しても良い。
データ取得手段２によって取得された電流指令値に関するデータは、ＰＣ３内に構成された取得データ記憶手段４に送られ、そこで記憶される。取得データ記憶手段４は、ロボット駆動系Ｒ１を構成する複数のサーボモータに関する複数の電流指令値に関するデータを記憶する。
ロボット保守支援装置１は、さらに、サーボモータの電流指令値の将来の変化傾向を診断するための傾向診断手段５を備えている。この傾向診断手段５は、取得データ記憶手段４に記憶された電流指令値に関するデータに基づいて、電流指令値の将来の変化傾向を診断する。診断結果は、例えばトレンドグラフとして出力することができる。
ロボット保守支援装置１は、さらに、ロボット駆動系Ｒ１の寿命を判定するための寿命判定手段６を備えている。この寿命判定手段６は、傾向診断手段５によって得られた電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、ロボット駆動系Ｒ１を構成するサーボモータの電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定する。
ロボット保守支援装置１は、さらに、傾向診断手段５による診断の対象とすべき電流指令値を、各駆動軸ＪＴ１〜ＪＴ８に対応する複数の電流指令値の中から選択するための対象データ選択手段７を備える。すなわち、対象データ選択手段７によって、残余寿命の判定を行うべき駆動軸ＪＴ１〜ＪＴ８を選択することができる。
図２に示したように、対象データ選択手段７により選択される対象データは、ロボット教示プログラムで設定された実行区間におけるデータである。すなわち、ロボット動作中の電流指令値に関するデータのみが診断対象となり、ロボット停止中のデータは診断対象とならない。これにより、残余寿命の判定の精度を向上させることができる。
ロボット保守支援装置１の傾向診断手段５は、電流指令値の将来の変化傾向を示す予測線を、表示手段８にグラフ（トレンドグラフ）として表示させる機能を有する。そして、寿命判定手段６は、グラフに表示された予測線と、グラフに設定された基準線との交点に対応する時点を予測寿命と判定するように構成されている。
ロボット保守支援装置１は、さらに、傾向診断手段５による電流指令値の診断項目を、Ｉ２モニタ、デューティ（ＤＵＴＹ）、およびピーク電流の中から選択するための診断項目選択手段９を備える。
図３に示したように、Ｉ２モニタは、初期計測値を基準とし、閾値を１０７％（設計基準）とする。デューティは、モータ連続ストール電流値(モータメーカ仕様)を基準とする。ピーク電流値は、電流制限値（アンプ、減速機、モータの電流リミット）を基準とする。
また、ロボット保守支援装置１は、傾向診断手段５における診断に際して使用する設定値を変更するための設定値変更手段１０を備える。図３に示したように、傾向診断手段５における診断に際して使用する設定値は、電流指令値に関する閾値、現在日からの対象データ日数（参照日数）、現在日から判定日（寿命予測値）までの日数（判定日数）、および診断演算に使用する最低データ数を含んでいる。
ロボット保守支援装置１の表示手段８において表示されるグラフは、図４に示した項目を含んでおり、その一例が図５に示されている。図５では、診断項目選択部１１においてＩ２モニタを選択した場合について、対象データ選択部１２で選択された駆動軸ＪＴ１に対応するサーボモータに関する電流指令値の診断結果が示されている。
図５に示したグラフのＸ軸(横軸)は、電流指令値のデータを取得した日時を示しており、Ｙ軸（縦軸）は、駆動軸ＪＴ１に対するサーボモータの電流指令値について、Ｉ２モニタを診断項目として示している。同グラフにおける参照日数は、デフォルトの１０日である。同グラフにおける、残余寿命の判定基準とするための基準線１３は、基準値×閾値／１００で決定されている。
同グラフには、電流指令値のプロットデータ１４に基づいて最小二乗法によって求めた予測線１５が示されている。この予測線１５と基準線１３との交点が、残余寿命の予測日１６として示されている。
次に、上述したロボット保守支援装置１を用いて、ロボット駆動系Ｒ１の寿命を予測して、ロボットの保守を支援する方法について、図６を参照して説明する。
まず、データ取得手段２によって取得した、複数の駆動軸ＪＴ１〜ＪＴ８に対応するサーボモータの電流指令値に関するデータを、取得データ記憶手段４によって記憶する（取得データ記憶工程Ｓ１）。続いて、診断の対象とすべき電流指令値を、複数の駆動軸ＪＴ１〜ＪＴ８に対応する複数の電流指令値の中から選択する（対象データ選択工程Ｓ２）。
次に、診断項目選択手段９によって、Ｉ２モニタ、デューティ、およびピーク電流の中から、診断項目を選択する（診断項目選択工程Ｓ３）。また、必要に応じて、設定値変更手段１０によって、閾値、参照日数、判定日数、データ数についてのデフォルト値を変更する（設定値変更工程Ｓ４）。
次に、傾向診断手段５によって、選択した電流指令値データおよび診断項目に関する診断結果をグラフにプロットする（診断結果プロット工程Ｓ５）。続いて、グラフにプロットした診断結果に基づいて、最小二乗法により予測線を描画する（予測線描画工程Ｓ６）。診断結果プロット工程Ｓ５および予測線描画工程Ｓ６は、電流指令値の将来の変化傾向を診断する傾向診断工程を構成している。
次に、寿命判定手段６によって、傾向診断工程Ｓ５、Ｓ６によって得られた電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、電流指令値が、予め設定された基準線１３に到達するまでの期間を判定する（寿命判定工程Ｓ７）。すなわち、寿命判定工程Ｓ７においては、図５のグラフに表示された予測線１５と、グラフに設定された基準線１３との交点に対応する時点を予測寿命と判定する。
以上述べたように、本実施形態によれば、ロボット駆動系Ｒ１のサーボモータの電流指令値のデータに基づいて、ロボット駆動系Ｒ１の残余寿命を高い精度で予測することが可能である。これにより、ロボットのメンテナンスを適時に実施することが可能となり、故障によるロボットの停止時間を最小化して、ロボットが設置された生産ラインの生産性の低下を確実に防止することができる。
特に、本実施形態においては、傾向診断手段５が、ロボットの動作中における電流指令値のみに基づいて診断を行うようにしたので、ロボット駆動系Ｒ１の残余寿命の予測精度をさらに高めることができる。
本発明の他の実施形態としては、上述した実施形態の構成において、ロボットコントローラＲ２に接続された表示手段８に加えて、或いはこれに代えて、ロボットコントローラＲ２に接続されたＰＣ３に、インターネットなどの通信ネットワークを介して接続可能なデバイスを設けることもできる。
そのようなデバイスとしては、タブレット端末、スマートフォン、ラップトップＰＣなどの、いわゆるスマートデバイスが好適であり、或いは、通常のデスクトップＰＣを使用することもできる。要するに、ロボットが設置された現場から離れた場所において、通信ネットワークを介してＰＣ３と接続可能なデバイスであれば良い。
本実施形態によるロボット保守支援装置および方法によれば、ロボットが設置された現場から離れた場所においても、ロボットの状態を遠隔で確認することができる。これにより、ロボットの保守作業を、より一層適確且つ適時に行なうことが可能となる。
１ ロボット保守支援装置
２ データ取得手段
３ ＰＣ
４ 取得データ記憶手段
５ 傾向診断手段
６ 寿命判定手段
７ 対象データセンタ手段
８ 表示手段
９ 診断項目選択手段
１０ 設定値変更手段
１１ 診断項目選択部
１２ 対象データ選択部
１３ グラフの基準線
１４ プロットデータ
１５ グラフの予測線
１６ 残余寿命の予測日
Ｒ１ ロボット駆動系
Ｒ２ ロボットコントローラ
Ｓ１ 取得データ記憶工程
Ｓ２ 対象データ選択工程
Ｓ３ 診断項目選択工程
Ｓ４ 設定値変更工程
Ｓ５ 診断結果プロット工程（傾向診断工程）
Ｓ６ 予測線描画工程（傾向診断工程）
Ｓ７ 寿命判定工程

Claims (17)

  1. ロボットの駆動系の寿命を予測して保守を支援するためのロボット保守支援装置であって、
    前記ロボットの駆動系を構成するサーボモータの電流指令値について取得したデータを記憶するための取得データ記憶手段と、
    前記取得データ記憶手段に記憶された前記電流指令値のデータに基づいて前記電流指令値の将来の変化傾向を診断するための傾向診断手段と、
    前記傾向診断手段によって得られた前記電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、前記電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定するための寿命判定手段と、を備えたロボット保守支援装置。
  2. 前記取得データ記憶手段は、前記ロボットの駆動系を構成する複数の前記サーボモータに関する複数の前記電流指令値に関するデータを記憶しており、
    前記傾向診断手段による診断の対象とすべき前記電流指令値を、前記複数の電流指令値の中から選択するための対象データ選択手段をさらに備えた、請求項１記載のロボット保守支援装置。
  3. 前記傾向診断手段は、前記電流指令値の将来の変化傾向を示す予測線を、表示手段にグラフとして表示させる機能を有する、請求項１または２に記載のロボット保守支援装置。
  4. 前記寿命判定手段は、前記グラフに表示された前記予測線と、前記グラフに設定された基準線との交点に対応する時点を予測寿命と判定するように構成されている、請求項３記載のロボット保守支援装置。
  5. 前記傾向診断手段による前記電流指令値の診断項目を、Ｉ２モニタ、デューティ、およびピーク電流の中から選択するための診断項目選択手段をさらに備えた、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット保守支援装置。
  6. 前記傾向診断手段における診断に際して使用する設定値を変更するための設定値変更手段をさらに備えた、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボット保守支援装置。
  7. 前記傾向診断手段における診断に際して使用する前記設定値は、前記電流指令値に関する閾値、現在日からの対象データ日数、現在日から判定日までの日数、および診断演算に使用する最低データ数の中の少なくとも一つを含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロボット保守支援装置。
  8. 前記傾向診断手段は、前記ロボットの動作中における前記電流指令値のみに基づいて診断を行うように構成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロボット保守支援装置。
  9. ロボットの駆動系の寿命を予測して保守を支援するためのロボット保守支援装置であって、
    前記ロボットの駆動系を構成するサーボモータの電流指令値について取得したデータを記憶するための取得データ記憶手段と、
    前記取得データ記憶手段に記憶された前記電流指令値のデータに基づいて前記電流指令値の将来の変化傾向を診断するための傾向診断手段と、
    前記傾向診断手段によって得られた前記電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、前記電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定するための寿命判定手段と、
    前記傾向診断手段の診断結果および前記寿命判定手段の判定結果のうちの少なくとも一方を、通信ネットワークを介して取得して表示するための表示手段と、を備えたロボット保守支援装置。
  10. ロボットの駆動系の寿命を予測して保守を支援するためのロボット保守支援方法であって、
    前記ロボットの駆動系を構成するサーボモータの電流指令値について取得したデータを記憶する取得データ記憶工程と、
    前記取得データ記憶工程によって記憶された前記電流指令値のデータに基づいて前記電流指令値の将来の変化傾向を診断する傾向診断工程と、
    前記傾向診断工程によって得られた前記電流指令値の将来の変化傾向に基づいて、前記電流指令値が、予め設定された値に到達するまでの期間を判定する寿命判定工程と、を備えたロボット保守支援方法。
  11. 前記取得データ記憶工程において、前記ロボットの駆動系を構成する複数の前記サーボモータに関する複数の前記電流指令値に関するデータを記憶し、
    前記傾向診断工程における診断の対象とすべき前記電流指令値を、前記複数の電流指令値の中から選択する対象データ選択工程をさらに備えた、請求項１０記載のロボット保守支援方法。
  12. 前記傾向診断工程において、前記電流指令値の将来の変化傾向を示す予測線を、表示手段上でグラフとして表示する、請求項１０または１１に記載のロボット保守支援方法。
  13. 前記寿命判定工程において、前記グラフに表示された前記予測線と、前記グラフに設定された基準線との交点に対応する時点を予測寿命と判定する、請求項１２記載のロボット保守支援方法。
  14. 前記傾向診断手段による前記電流指令値の診断項目を、Ｉ２モニタ、デューティ、およびピーク電流の中から選択するための診断項目選択工程をさらに備えた、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のロボット保守支援方法。
  15. 前記傾向診断手段における診断に際して使用する設定値を変更するための設定値変更工程をさらに備えた、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のロボット保守支援方法。
  16. 前記傾向診断工程における診断に際して使用する前記設定値は、前記電流指令値に関する閾値、現在日からの対象データ日数、現在日から判定日までの日数、および診断演算に使用する最低データ数の中の少なくとも一つを含む、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載のロボット保守支援方法。
  17. 前記傾向診断工程において、前記ロボットの動作中における前記電流指令値のみに基づいて診断を行う、請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載のロボット保守支援方法。
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