JP3165087B2 - Industrial robot failure detection method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータによ
り駆動される産業用ロボットについて、生産ラインの稼
働中にその作業内容に依存することなく、ロボット機構
部を制御するサーボ制御系の故障を検出する方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects a failure of a servo control system for controlling a robot mechanism of an industrial robot driven by a servomotor without depending on the work content during the operation of a production line. On how to do it.

【０００２】[0002]

【従来の技術】産業用ロボットは長期にわたる使用によ
りアーム及びその駆動モータを主体とするロボット機構
部の駆動力伝達系を構成する歯車等が摩耗し、これによ
りその動作や制御精度等に悪影響を来すことになる。一
般に、このような現象は外部から容易に予測できず、ま
た悪影響が現れるまでは放置されがちになるので、以前
は歯車等が破損するような状況が生ずるようになってか
ら対策がとられることが頻繁にあった。2. Description of the Related Art When an industrial robot is used for a long period of time, the gears and the like constituting a driving force transmission system of a robot mechanism mainly including an arm and a driving motor thereof are worn, thereby adversely affecting its operation and control accuracy. Will come. In general, such phenomena cannot be easily predicted from the outside, and tend to be left unattended until adverse effects appear. There was often.

【０００３】これに対処するために、例えば特開昭６３
−１２３１０５号では、ロボットが正常な状態のとき、
例えばロボット本体の新規導入時や定期のメンテナンス
終了時に、予め設定された基準となる動作パターンにて
ロボットを実際に動作させ、このときの動作データを基
準データとして予め測定し、この基準データをロボット
制御装置の記憶装置に記録しておく。そして、所定の動
作時間を経過した後に、定期的に、再度同様にして基準
となる動作パターンにてロボットを実際に動作させ、こ
のときの動作データを測定し、この動作データを前述の
基準データと比較し、その差異から故障の有無を診断す
るようにしている。この動作データとして、特開昭６３
−１２３１０５号では、サーボ制御ずれ（偏差）を用い
ているため、故障の有無を診断するための専用のセンサ
を設ける必要がないとされ、また、アームの駆動機構等
の機械系、及び駆動機構を制御するサーボ制御系等の制
御系を総合的に診断することができるという利点がある
とされている。In order to deal with this, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
In -123105, when the robot is in a normal state,
For example, at the time of new introduction of the robot body or at the end of regular maintenance, the robot is actually operated according to a preset reference operation pattern, the operation data at this time is measured in advance as reference data, and this reference data is It is recorded in the storage device of the control device. Then, after a predetermined operation time has elapsed, the robot is actually operated again in the same manner as the reference operation pattern, and the operation data at this time is measured. And the difference is diagnosed based on the difference. As this operation data,
In -123105, since a servo control deviation (deviation) is used, it is said that there is no need to provide a dedicated sensor for diagnosing the presence or absence of a failure, and a mechanical system such as an arm driving mechanism and a driving mechanism It is said that there is an advantage that it is possible to comprehensively diagnose a control system such as a servo control system for controlling the system.

【０００４】しかし、この特開昭６３−１２３１０５号
の方法では、ロボットの正常状態における動作データを
基準データとして個々のロボット毎に測定し、この基準
データを記憶しておく必要性があり、また、診断過程に
おいては基準となる動作パターンでロボットを動作させ
なければならないために、生産ラインの稼働中には診断
を行えないという問題点があり、さらには、生産ライン
の稼働時における実際の動作パターンに特化したような
故障については、診断精度を上げることが難しいという
問題点もあった。However, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-123105, it is necessary to measure the operation data in the normal state of the robot for each individual robot as reference data and store the reference data. In the diagnosis process, the robot must be operated in a reference operation pattern, so that the diagnosis cannot be performed during the operation of the production line. There is also a problem that it is difficult to increase the diagnostic accuracy for a failure that is specialized for a pattern.

【０００５】この特開昭６３−１２３１０５号の問題点
を解決するものとして、出願人が先に出願した特願平８
−２０６３７１号においては、質点モデルから算出され
る各駆動軸の実際の位置（角度）、角速度、及び角加速
度に基づく仕事率、すなわち負荷側の仕事率Ｗ_o 、及び
各駆動軸への動作指令から算出される駆動側の仕事率Ｗ
_i より、その比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）または差（Ｗ_o −Ｗ_i ）
を求め、これを判定値と比較することにより、ロボット
機構部の劣化の有無とそのレベルを評価するようにし
た。これにより、ロボットの正常状態における基準とな
る動作パターンにおける動作データを基準データとして
予め測定することなく、また、生産ラインの稼働中にお
いても随時診断を行うことができ、さらに、生産ライン
の稼働時における実際の動作パターンに特化したような
故障についても高精度に診断を行うことができるように
した。As a solution to the problem of Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-123105, Japanese Patent Application No. Hei 8
In No. -206371, the actual position of the drive shaft which is calculated from the mass model (angle), the angular velocity, and the work rate based on the angular acceleration, i.e., the load side work rate W _o, and the operation command to the drive shafts Power W on the drive side calculated from
than _i, the ratio (W _o / W _i) or the difference (W _o -W _i)
Is determined, and this is compared with a determination value to evaluate whether or not the robot mechanism has deteriorated and its level. This makes it possible to carry out a diagnosis at any time even during the operation of the production line without previously measuring the operation data in the reference operation pattern in the normal state of the robot as the reference data. It is possible to diagnose with high accuracy even a failure that is specialized in an actual operation pattern in.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この特願平８
−２０６３７１号の方法では、次に挙げる問題点があっ
た。１点目は、エンコーダより検出した位置データ（実
角度θ_i ）を駆動側の仕事率Ｗ_i の算出及び負荷側の仕
事率Ｗ_o の算出の両方に使用しているため、サーボモー
タを制御するサーボ制御系自体に故障が生じたときには
これを検出しにくいという点である。２点目は、１点目
に記載したサーボ制御系自体の故障を検出しにくいとい
う理由により、ロボット駆動系などの機械系のごく初期
の劣化による機械系とサーボ制御系とのアンバランスを
検出しにくいという点である。SUMMARY OF THE INVENTION However, this patent application Hei 8
The method of -206371 has the following problems. First, since the position data (actual angle θ _i ) detected by the encoder is used for both the calculation of the power W _i on the drive side and the calculation of the power W _o on the load side, the servo motor is controlled. When a failure occurs in the servo control system itself, it is difficult to detect the failure. Second, because the failure of the servo control system itself described in the first point is difficult to detect, the imbalance between the mechanical system and the servo control system due to the very early deterioration of the mechanical system such as the robot drive system is detected. This is difficult.

【０００７】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたものであり、従来の方法では不可能であった、
サーボー制御系自体の故障の検出や、ロボット駆動系な
どの機械系の初期的な劣化に起因する機械系とサーボ制
御系とのアンバランスの検出を行うことができるよう
な、産業用ロボットの故障検出方法を提供することを目
的とする。The present invention has been made to solve these problems, and has been impossible with conventional methods.
Failure of an industrial robot that can detect a failure in the servo control system itself or detect an imbalance between the mechanical system and the servo control system due to the initial deterioration of the mechanical system such as the robot drive system. It is intended to provide a detection method.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、サーボモータにより駆動されるロボ
ット機構部を制御するサーボ制御系の故障検出方法にお
いて、まず、ロボット機構部を構成する各駆動軸ｉを駆
動するサーボモータの駆動電流Ｉ_i を検出し、駆動電流
Ｉ_i にサーボモータのトルク定数ｋ_i を掛けることによ
り駆動トルクＴ_i を算出し、サーボモータの位置データ
としての各駆動軸ｉの実角度θ_i より実角速度ω_i を算
出し、しかる後、駆動トルクＴ_i と実角速度ω_i との積
である駆動側の仕事率Ｗ_i を算出する。一方、上記の処
理と並行して、ロボット機構部を構成する各駆動軸ｉの
指令位置としての指令角度θ_d に基づいて、指令角度θ
_dの微分値としての指令角速度ω_d 、及び指令角速度ω
_d の微分値としての指令角加速度α_d を算出し、ロボッ
ト機構部の質点モデルに関する運動方程式と、指令角度
θ_d 、指令角速度ω_d 、及び指令角加速度α_d とにより
負荷トルクＴ_d を算出し、しかる後、負荷トルクＴ_d と
指令角速度ω_d との積である負荷側の仕事率Ｗ_o を算出
する。最後に、負荷側の仕事率Ｗ_o 及び駆動側の仕事率
Ｗ_i より仕事率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を算出し、この仕事
率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を予め設定された判定値と比較す
ることによりサーボ制御系の故障の有無を判定するよう
にしたことを特徴とする産業用ロボットの故障検出方法
を提供することとした（請求項１）。In order to achieve the above object, according to the present invention, in a method for detecting a failure of a servo control system for controlling a robot mechanism driven by a servomotor, first, a robot mechanism is constructed. to detect the driving current I _i of the servo motor for driving the drive shafts i, to calculate the drive torque T _i by multiplying the torque constant k _i of the servo motor to the drive current I _i, as the position data of the servomotor calculates the actual angular velocity omega _i than actual angle theta _i of the drive shafts i, thereafter, calculates the drive torque T _i and the actual angular velocity omega _i and work rate W _i of the drive side which is the product of. In parallel with the above processing, in accordance with a command angle theta _d as commanded position of the respective drive shafts i constituting the robot mechanical unit, the command angle theta
command angular velocity ω _d as a differential value of _d, and the command angular velocity ω
calculates a command angle acceleration alpha _d as a differential value of _d, calculates a motion equation relating to the mass point model of the robot mechanical unit, the command angle theta _d, command angular velocity omega _d, and by a command angular acceleration alpha _d a load torque T _d and, it is calculated thereafter, the load torque T _d and the command angular velocity ω the load side of the work rate W _o is the product of the _d. Finally, to calculate the ratio of the load side of the work rate W _o and the drive side of the work rate W _i from work rate (W _o / W _i), is set to the ratio of the work rate (W _o / W _i) pre An industrial robot failure detection method is characterized in that the presence or absence of a failure in the servo control system is determined by comparing the determination value with the determined determination value.

【０００９】一般に、駆動軸への動作指令に対する実際
の動作性能を追従性と呼び、特に加減速時には追従性の
善し悪しがロボットの性能に大きな影響を与えることに
なる。この追従性はロボット機構部の劣化に起因するこ
とが多いが、サーボ制御系の故障に起因する場合もあ
る。サーボ制御系に故障があると、図２に示す本発明の
サーボ制御系を示すブロック図において、指令位置計算
部１から出力された指令位置等の指令値に応じた電流が
電流ループ４からモータ５に対して出力されなくなり、
ロボット機構部に劣化が存在しない場合でも追従性が悪
化することになる。追従性が悪化すると、一般に、駆動
側の仕事率Ｗ_i と負荷側の仕事率Ｗ_o との差が大きくな
って現れてくる。Generally, the actual performance of an operation in response to an operation command to a drive shaft is referred to as followability. Particularly, during acceleration / deceleration, the quality of the followability greatly affects the performance of the robot. This followability is often caused by deterioration of the robot mechanism, but may also be caused by failure of the servo control system. If there is a failure in the servo control system, in the block diagram showing the servo control system of the present invention shown in FIG. No output for 5
Even if there is no deterioration in the robot mechanism, the followability will be deteriorated. When the followability is deteriorated, the difference between the power W _i on the drive side and the power W _o on the load side generally increases.

【００１０】そこで、本発明では、駆動側の仕事率Ｗ_i
と負荷側の仕事率Ｗ_o との比を予め設定された判定値と
比較することにより、追従性の善し悪しを判断すること
とし、これによりサーボ制御系の故障の有無を評価する
こととした。サーボ制御系の故障がない場合は駆動側の
仕事率Ｗ_i と負荷側の仕事率Ｗ_o との差は小さいはずで
あるから、仕事率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を用いる際の判定
値は、許容値をβとすれば１＋βをその上限値とすると
ともに１−βを下限値とし、仕事率の比（Ｗ_o／Ｗ_i ）
がこの上限値と下限値の範囲内にあればサーボ制御系の
故障はないものと判定する。Therefore, in the present invention, the power W _i on the driving side is obtained.
And by comparing the preset determination value the ratio of the load side of the work rate W _o, and to determine the follow-up of the good or bad, thereby it was decided to evaluate the presence or absence of a failure of the servo control system. If there is no failure in the servo control system, the difference between the power W _i on the drive side and the power W _o on the load side should be small. Therefore, the judgment when the power ratio (W _o / W _i ) is used. If the allowable value is β, the upper limit is 1 + β and the lower limit is 1-β, and the power ratio (W _o / W _i )
Is within the range between the upper limit value and the lower limit value, it is determined that there is no failure in the servo control system.

【００１１】なお、駆動側の仕事率Ｗ_i 及び負荷側の仕
事率Ｗ_o の算出方法として、駆動軸の動作機構としてサ
ーボモータを使用した場合は、駆動側の仕事率Ｗ_i は、
サーボモータへ供給される駆動電流Ｉ_i 、及びサーボモ
ータに付属あるいは併設して設けられたエンコーダ（位
置検出器）により検出された駆動軸の実際の位置（実角
度θ_i ）に基づいて算出された実角速度ω_i より算出
し、また、負荷側の仕事率Ｗ_o は、指令位置計算部など
の指令位置の出力装置より出力されるロボット機構部を
構成する各駆動軸の指令位置としての指令角度θ_d 、こ
の指令角度θ_d の微分値としての指令角速度ω_d 、及び
この指令角速度ω_d の微分値としての指令角加速度α_d
とに基づいて算出する。[0011] As a method of calculating the driving side of the work rate W _i and the load side work rate W _o, the case of using a servo motor as the operating mechanism of the drive shaft, the work rate W _i of the drive side,
It is calculated based on the drive current I _i supplied to the servo motor and the actual position (actual angle θ _i ) of the drive shaft detected by an encoder (position detector) attached to or attached to the servo motor. calculated from the actual angular velocity omega _i was also work rate W _o of the load side, a command as a command position of the drive shafts constituting the robot mechanism which is output from the output device command position, such as command position calculation unit angle theta _d, command angular velocity omega _d as a differential value of the command angle theta _d, and the command angular acceleration alpha _d as a differential value of the command angular velocity omega _d
Is calculated based on

【００１２】ところで、請求項１に記載のように、負荷
側の仕事率Ｗ_o 及び駆動側の仕事率Ｗ_i より仕事率の比
（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を算出し、この仕事率の比（Ｗ_o ／
Ｗ_i ）を予め設定された判定値と比較するようにする代
わりに、負荷側の仕事率Ｗ_o 及び駆動側の仕事率Ｗ_i よ
り仕事率の差（Ｗ_o −Ｗ_i ）を算出し、この仕事率の差
（Ｗ_o −Ｗ_i ）を予め設定された判定値と比較するよう
にしてもよい（請求項２）。仕事率の差（Ｗ_o −Ｗ_i ）
を用いる際の判定値は、許容値をβとすれば＋βをその
上限値とするとともに−βを下限値とし、仕事率の差
（Ｗ_o −Ｗ_i ）がこの上限値と下限値の範囲内にあれば
サーボ制御系の故障はないものと判定する。By the way, as described in claim 1, to calculate the ratio of the load side of the work rate W _o and the drive side of the work rate W _i from work rate (W _o / W _i), the ratio of the work rate (W _o /
Instead of comparing W _i ) with a preset judgment value, a power difference (W _o −W _i ) is calculated from the load-side power W _o and the drive-side power W _i , this difference in work rate (W _o -W _i) an optionally be compared with preset determination value (claim 2). The difference between the work rate (W _o -W _i)
When the allowable value is β, the upper limit is + β and the lower limit is −β, and the difference in power (W _o −W _i ) is in the range between the upper limit and the lower limit. If it is within the range, it is determined that the servo control system has no failure.

【００１３】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図２は本発明のロボット
機構部を制御するサーボ制御系を示すブロック図であ
り、図中１は指令位置計算部、２は位置ループ、３は速
度ループ、４は電流ループ、５はサーボモータ等のロボ
ット駆動用のモータ、６はエンコーダ、７は劣化診断演
算部である。また、図中のＳは微分器としてのラプラス
演算子である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing a servo control system for controlling the robot mechanism of the present invention. In FIG. 2, 1 is a command position calculator, 2 is a position loop, 3 is a speed loop, 4 is a current loop, and 5 is a servo motor. , A motor for driving the robot, 6 is an encoder, and 7 is a deterioration diagnosis calculation unit. S in the figure is a Laplace operator as a differentiator.

【００１４】指令位置計算部１から出力された指令角度
θ_d を含む制御信号は位置ループ２、速度ループ３を介
して電流ループ４へ伝送され、最終的に電流ループ４に
て電流信号に変換され、電流ループ４から出力された駆
動電流によりモータ５が駆動される。エンコーダ６によ
り検出された位置データである各駆動軸の実角度θ
_iは、微分器Ｓにより実角速度ω_i に変換され、実角度
θ_i は位置ループ２へ、実角速度ω_i は速度ループ３へ
それぞれ帰還されるとともに、実角速度ω_i については
劣化診断に必要なデータとして劣化診断演算部７へも伝
送される。また、電流ループ４から出力された駆動電流
は電流ループ４とモータ５との間の伝送路上に設けられ
た電流検出器により検出され、検出された駆動電流Ｉ_i
は電流ループ４へ帰還されるとともに、劣化診断に必要
なデータとして劣化診断演算部７へも伝送される。The control signal including the command angle θ _d output from the command position calculator 1 is transmitted to the current loop 4 via the position loop 2 and the speed loop 3, and finally converted into a current signal by the current loop 4. Then, the motor 5 is driven by the drive current output from the current loop 4. Actual angle θ of each drive shaft, which is position data detected by encoder 6
_i is converted by the differentiator S into an actual angular velocity ω _i , the actual angle θ _i is fed back to the position loop 2, the actual angular velocity ω _i is fed back to the velocity loop 3, and the actual angular velocity ω _i is required for deterioration diagnosis The data is also transmitted to the deterioration diagnosis operation unit 7 as important data. The drive current output from the current loop 4 is detected by a current detector provided on a transmission path between the current loop 4 and the motor 5, and the detected drive current I _i
Is returned to the current loop 4 and is also transmitted to the deterioration diagnosis operation unit 7 as data necessary for the deterioration diagnosis.

【００１５】一方、指令位置計算部１から位置ループ２
に出力される制御信号のうち指令角度θ_d は、このθ_d
を微分器Ｓにて微分することにより得られた指令角速度
ω_d、及びこのω_d を微分することにより得られた指令
角加速度α_d とともに、劣化診断に必要なデータとして
劣化診断演算部７へ伝送される。On the other hand, from the command position calculation unit 1 to the position loop 2
Command angle theta _d of the control signal output to, the theta _d
Together with the commanded angular velocity ω _d obtained by differentiating the ω _d with the differentiator S and the commanded angular acceleration α _d obtained by differentiating this ω _d to the deterioration diagnosis calculation unit 7 as data necessary for deterioration diagnosis. Transmitted.

【００１６】図１は、図２において示した劣化診断演算
部７にて行われる、サーボ制御系の故障の有無を判定す
るに至る処理の流れを示すフローチャートである。ステ
ップ１１では、電流ループ４とモータ５との間の伝送路
上に設けられた電流検出器により検出された各駆動軸の
駆動電流Ｉ_i を取り込み、モータ５のトルク定数ｋ_iを
掛けることにより、各駆動軸の駆動側に働くトルクすな
わち駆動トルクＴ_i を算出する。ステップ１２では、エ
ンコーダ６により検出された位置データである各駆動軸
の実角度θ_i を微分器Ｓで微分して得られた実角速度ω
_i を取り込む。さらに、ステップ１３では、ステップ１
１において算出された駆動トルクＴ_i にステップ１２に
おいて取り込まれた実角速度ω_i を掛けることにより、
駆動側の仕事率Ｗ_i を算出する。FIG. 1 is a flowchart showing a flow of processing performed by the deterioration diagnosis operation unit 7 shown in FIG. 2 to determine whether there is a failure in the servo control system. In step 11, by applying a driving current capture the I _i, torque constant k _i of the motor 5 of the drive shaft detected by the current detector provided in the transmission path between the current loop 4 and the motor 5, The torque acting on the drive side of each drive shaft, that is, the drive torque T _i is calculated. In step 12, the real angular velocity ω obtained by differentiating the real angle θ _i of each drive shaft, which is the position data detected by the encoder 6, with the differentiator S.
Capture _i . Further, in step 13, step 1
By multiplying the driving torque T _i calculated in step 1 by the actual angular velocity ω _i taken in step 12,
The power W _i on the driving side is calculated.

【００１７】一方、前述のステップ１１〜１３の処理と
並行して、ステップ１４〜１６の処理を行う。ステップ
１４では、図２で説明したように、指令位置計算部１か
ら出力された各駆動軸の指令角度θ_d 、この指令角度θ
_d を微分器Ｓで微分して得られた指令角速度ω_d 、及び
この指令角速度ω_d をさらに別の微分器Ｓで微分して得
られた指令角加速度α_d をそれぞれ取り込む。ステップ
１５では、負荷を含むロボット機構部の質点モデルに関
する運動方程式と、ステップ１４において取り込まれた
指令角度θ_d 、指令角速度ω_d 、及び指令角加速度α_d
とにより負荷トルクＴ_d を算出する。ここで、負荷トル
クＴ_d の算出過程についてより具体的に説明する。図３
は６軸構成の垂直多関節型ロボットにおける質点モデル
の一例を示したものである。図中２１は負荷の質点モデ
ル、２２〜２６は第２〜６の各駆動軸の質点モデルを示
す。また、３１〜３６は第１〜６の各駆動軸を示す。こ
の質点モデルに関して、式（１）で表される運動方程式
の各項を求めることにより、各駆動軸の負荷側に働くト
ルクすなわち負荷トルクを算出する。On the other hand, the processing of steps 14 to 16 is performed in parallel with the processing of steps 11 to 13 described above. In step 14, as described with reference to FIG. 2, the command angle θ _d of each drive shaft output from the command position calculation unit 1 and the command angle θ
capturing command angular velocity omega _d obtained by differentiating with a differentiator S to _d, and the command angular velocity omega _d yet another differentiator S in differentiation-obtained command angle acceleration alpha _d, respectively. In step 15, the equation of motion for the mass model of the robot mechanism including the load, the command angle θ _d , the command angular velocity ω _d , and the command angular acceleration α _d taken in step 14
Then, the load torque _Td is calculated. Here, the calculation process of the load torque _Td will be described more specifically. FIG.
Shows an example of a mass model in a 6-axis vertical articulated robot. In the figure, reference numeral 21 denotes a mass point model of the load, and reference numerals 22 to 26 denote mass models of the second to sixth drive shafts. Reference numerals 31 to 36 denote first to sixth drive shafts. With respect to this mass model, the torque acting on the load side of each drive shaft, that is, the load torque, is calculated by obtaining each term of the equation of motion represented by the equation (1).

【００１８】[0018]

【数１】 (Equation 1)

【００１９】式（１）において、左辺は各軸に働く負荷
トルクを表すトルク行列である。右辺第１項は慣性力に
よるトルク、第２項は遠心力及びコリオリ力によるトル
ク、第３項はアンバランス力によるトルクをそれぞれ表
している。なお、式（１）はロボットの質点モデルに関
する一般的な運動方程式であり、本発明に固有の方程式
ではない。In equation (1), the left side is a torque matrix representing the load torque acting on each axis. The first term on the right side represents torque due to inertial force, the second term represents torque due to centrifugal force and Coriolis force, and the third term represents torque due to unbalance force. Expression (1) is a general equation of motion related to the mass model of the robot, and is not an equation unique to the present invention.

【００２０】ステップ１６では、ステップ１５において
算出された負荷トルクＴ_d にステップ１４において取り
込まれた指令角速度ω_d を掛けることにより、負荷側の
仕事率Ｗ_o を算出する。[0020] In step 16, by multiplying the command angular velocity omega _d taken in step 14 to the load torque T _d calculated in step 15, calculates the load side of the work rate W _o.

【００２１】ステップ１７では、ステップ１６において
算出された負荷側の仕事率Ｗ_o 及びステップ１３におい
て算出された駆動側の仕事率Ｗ_i より仕事率の比（Ｗ_o
／Ｗ_i ）を算出する。ステップ１８では、ステップ１７
において算出された仕事率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を予め設
定された判定値と比較することによりロボット機構部の
劣化の有無及びそのレベルを判定するようにする。具体
的には、許容値をβとし、１＋βを判定値の上限値とす
るとともに１−βをその下限値とすることにより、仕事
率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）がこの上限値と下限値の範囲内に
あればサーボ制御系に故障はないものと判定する。In step 17, the power ratio (W _o) is calculated based on the load-side power W _o calculated in step 16 and the drive-side power W _i calculated in step 13.
/ W _i ). In step 18, step 17
By comparing the power ratio (W _o / W _i ) calculated in the above with a predetermined determination value, the presence or absence of the deterioration of the robot mechanism and the level thereof are determined. More specifically, the allowable value is β, 1 + β is the upper limit of the determination value, and 1−β is the lower limit thereof, so that the power ratio (W _o / W _i ) is lower than the upper limit by the lower limit. If it is within the value range, it is determined that there is no failure in the servo control system.

【００２２】ところで、ステップ１７〜１８では、負荷
側の仕事率Ｗ_o 及び駆動側の仕事率Ｗ_i より仕事率の比
（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を算出し、この仕事率の比（Ｗ_o ／
Ｗ_i ）を予め設定された判定値と比較するようにした
が、これに代えて、負荷側の仕事率Ｗ_o 及び駆動側の仕
事率Ｗ_i より仕事率の差（Ｗ_o −Ｗ_i ）を算出し、この
仕事率の差（Ｗ_o −Ｗ_i ）を予め設定された判定値と比
較するようにしてもよい。具体的には、＋βを判定値の
上限値とするとともに−βをその下限値とし、仕事率の
差（Ｗ_o −Ｗ_i ）がこの上限値と下限値の範囲内にあれ
ばサーボ制御系に故障はないものと判定する。By the way, at step 17-18, and calculates the ratio of the load side of the work rate W _o and the drive side of the work rate W _i from work rate (W _o / W _i), the ratio of the work rate (W _o /
W _i ) is compared with a predetermined judgment value. Instead, the difference in power (W _o −W _i ) from the power W _o on the load side and the power W _i on the drive side is used instead. is calculated, it may be compared with a preset determination value this difference in work rate (W _o -W _i). Specifically, + β is set as the upper limit value of the determination value and −β is set as the lower limit value. If the difference in power (W _o −W _i ) is within the range between the upper limit value and the lower limit value, the servo control system It is determined that there is no failure.

【００２３】なお、仕事率の比及び仕事率の差は、ロボ
ット機構部への入力となる駆動側の仕事率Ｗ_i を基準と
したので、それぞれ（Ｗ_o ／Ｗ_i ）、（Ｗ_o −Ｗ_i ）と
したが、これに限定する必要はない。すなわち、仕事率
の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）は分子と分母を入れ換えて（Ｗ_i ／
Ｗ_o ）としても構わないし、同様に、仕事率の差（Ｗ_o
−Ｗ_i ）は（Ｗ_i −Ｗ_o ）として判定値と比較するよう
にしてもよい。The power ratio and the power difference are based on the power W _i on the drive side as an input to the robot mechanism, and are respectively (W _o / W _i ) and (W _o − W _i ), but need not be limited to this. That is, the ratio of power (W _o / W _i ) is obtained by exchanging the numerator and denominator (W _i / W _i / W _i ).
W _o ), and similarly, the difference in power (W _o)
-W _i) may be compared with the determination value as (W _i -W _o).

【００２４】以上のように、本実施形態によれば、負荷
側の仕事率Ｗ_o は指令位置計算部１における理論的な動
作から計算し、これを実際の動作における駆動側の仕事
率Ｗ_i と比較判定するようにしているので、サーボ制御
系自体の故障を検出できるようになるとともに、ロボッ
ト駆動系などの機械系の初期的な劣化に起因する機械系
とサーボ制御系とのアンバランスを検出することが可能
となる。[0024] As described above, according to this embodiment, the work rate W _o of the load side was calculated from the theoretical operation of the command position calculation unit 1, which work rate of the driving side in the actual operation W _i As a result, it is possible to detect the failure of the servo control system itself, and to balance the imbalance between the mechanical system and the servo control system caused by the initial deterioration of the mechanical system such as the robot drive system. It becomes possible to detect.

【００２５】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、サーボモータにより駆
動されるロボット機構部における故障検出方法におい
て、ロボット機構部を構成する各駆動軸への指令データ
としての指令角度θ_d 、及びその微分値である指令角速
度ω_d 、指令角加速度α_d の各データから負荷側の仕事
率Ｗ_o を算出し、一方、各駆動軸ｉを駆動するサーボモ
ータの駆動電流Ｉ_i 及びその実角度θ_i の各データから
駆動側の仕事率Ｗ_i を算出し、サーボ制御系の入力側と
出力側との比または差すなわち両仕事率の比（Ｗ_i／Ｗ
_o ）または差（Ｗ_i −Ｗ_o ）を予め設定された判定値と
比較するようにしたので、サーボ制御系自体の故障の有
無を検出できるようになった。また、これにより機械系
のごく初期の劣化が検出できるようになり、その結果機
械系とサーボ制御系とのアンバランスも検出できるよう
になった。According to the present invention, in a method for detecting a failure in a robot mechanism driven by a servomotor, a command angle θ _d as command data to each drive shaft constituting the robot mechanism and a differential value thereof are provided. in a command angular velocity omega _d, calculates the load side of the work rate W _o from each data command angular acceleration alpha _d, while each of the driving currents I _i and its actual angle theta _i of the servo motor for driving the drive shafts i The power W _i on the drive side is calculated from the data, and the ratio or difference between the input side and the output side of the servo control system, that is, the ratio of both powers (W _i / W)
_o ) or the difference (W _i -W _o ) is compared with a predetermined judgment value, so that the presence or absence of a failure in the servo control system itself can be detected. Further, this makes it possible to detect the very early deterioration of the mechanical system, and as a result, it is also possible to detect the imbalance between the mechanical system and the servo control system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施形態における、ロボット機構部
の診断手順を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a procedure for diagnosing a robot mechanism in one embodiment of the present invention.

【図２】本発明の一実施形態における、ロボット駆動部
を制御するサーボ制御系のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a servo control system that controls a robot driving unit according to an embodiment of the present invention.

【図３】６軸構成の垂直多関節型ロボットにおける質点
モデルの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a mass model in a vertical articulated robot having a six-axis configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

５ サーボモータ 5 Servo motor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 19/06 G05B 19/18 G05D 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) B25J 19/06 G05B 19/18 G05D 3/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】サーボモータにより駆動されるロボット機
構部を制御するサーボ制御系の故障検出方法において、 ロボット機構部を構成する各駆動軸ｉを駆動するサーボ
モータの駆動電流Ｉ_iを検出し、該駆動電流Ｉ_i にサー
ボモータのトルク定数ｋ_i を掛けることにより駆動トル
クＴ_i を算出し、 前記サーボモータの位置データとしての各駆動軸ｉの実
角度θ_i より実角速度ω_i を算出し、 しかる後、前記駆動トルクＴ_i と前記実角速度ω_i との
積である駆動側の仕事率Ｗ_i を算出し、 一方、ロボット機構部を構成する各駆動軸ｉの指令位置
としての指令角度θ_dに基づいて、該指令角度θ_d の微
分値としての指令角速度ω_d 、及び該指令角速度ω_d の
微分値としての指令角加速度α_d を算出し、 ロボット機構部の質点モデルに関する運動方程式と、前
記指令角度θ_d 、指令角速度ω_d 、及び指令角加速度α
_d とにより負荷トルクＴ_d を算出し、 しかる後、該負荷トルクＴ_d と前記指令角速度ω_d との
積である負荷側の仕事率Ｗ_o を算出し、 前記負荷側の仕事率Ｗ_o 及び駆動側の仕事率Ｗ_i より仕
事率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i）を算出し、 該仕事率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を予め設定された判定値と
比較することにより前記サーボ制御系の故障の有無を判
定するようにしたことを特徴とする産業用ロボットの故
障検出方法。1. A fault detection method of a servo control system for controlling the robot mechanism driven by a servo motor, to detect the driving current I _i of the servo motor for driving the drive shafts i constituting the robot mechanism, calculating a driving torque T _i by multiplying the torque constant k _i of the servo motor to the drive current I _i, calculates the actual angular velocity omega _i than actual angle theta _i of the drive shaft i of the position data of the servo motor Thereafter, a power W _i on the drive side, which is a product of the drive torque T _i and the actual angular speed ω _i , is calculated. On the other hand, a command angle as a command position of each drive shaft i constituting the robot mechanism is calculated. based on the theta _d, and calculates a command angular acceleration alpha _d as the differential value of the command angular velocity omega _d, and finger-old angular velocity omega _d as a differential value of the finger-old angle theta _d, equation of motion relating to the mass point model of the robot mechanism section And before Directive angle θ _d, command angular velocity ω _d, and the command angular acceleration α
calculating the load torque T _d by a _d, and thereafter, the load torque T _d and calculates the command angular velocity ω load side of the work rate W _o is the product of _d, the load-side work rate W _o and The servo control is performed by calculating a power ratio (W _o / W _i ) from the drive power W _i and comparing the power ratio (W _o / W _i ) with a predetermined judgment value. A method for detecting a failure of an industrial robot, wherein the presence or absence of a system failure is determined. 【請求項２】請求項１において、負荷側の仕事率Ｗ_o 及
び駆動側の仕事率Ｗ_i より仕事率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を
算出し、該仕事率の比（Ｗ_o ／Ｗ_i ）を予め設定された
判定値と比較するようにする代わりに、負荷側の仕事率
Ｗ_o 及び駆動側の仕事率Ｗ_iより仕事率の差（Ｗ_o −Ｗ
_i ）を算出し、該仕事率の差（Ｗ_o −Ｗ_i ）を予め設定
された判定値と比較するようにしたことを特徴とする産
業用ロボットの故障検出方法。2. The method of claim 1, to calculate the ratio of the load side of the work rate W _o and the drive side of the work rate W _i from work rate (W _o / W _i), the ratio of the work rate (W _o / Instead of comparing W _i ) with a predetermined judgment value, the difference in power (W _o −W) from the power W _o on the load side and the power W _i on the drive side.
_i) calculating a difference in the work rate (W _o -W _i) a preset determination value as the failure detection method of the industrial robot, characterized in that so as to compare.