JP6418782B2 - ロボットシステムの制御方法、プログラム、記録媒体、ロボットシステム、及び診断装置 - Google Patents
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Description
また、本発明は、複数のリンク部が関節で連結され、それぞれの関節を個別に駆動する複数のモータと、それぞれの関節の回転量を個別に検知する複数の検知装置と、を有する多関節ロボットと、前記検知装置の出力に基づく関節ごとの動作情報を記録し、前記動作情報に基づいて前記多関節ロボットの動作の異常を検知して前記多関節ロボットを停止させ、少なくとも前記異常を検知する前から前記異常を検知するまでに記録された前記動作情報の解析に基づいて各関節が受ける力の大きさと方向を解析し、各関節の減速機とベアリングとについて個別に故障の判定を行う制御部と、を有する、ことを特徴とするロボットシステムである。
また、本発明は、複数のリンク部が関節で連結され、それぞれの関節を個別に駆動する複数のモータと、それぞれの関節の回転量を個別に検知する複数の検知装置と、を有する多関節ロボットと、を備えたロボットシステムに接続される診断装置であって、前記多関節ロボットの動作中に前記ロボットシステムから継続的に入力される動作情報を記録し、前記多関節ロボットが停止した後に、少なくとも異常を検知する前から前記異常を検知するまでに記録された前記動作情報を解析し、各関節が受ける力の大きさと方向を解析することに基づき、各関節の減速機とベアリングとについて個別に故障の判定を行う、ことを特徴とする診断装置である。
図1は実施の形態1のロボットシステムの全体構成の説明図である。図1に示すように、実施の形態1のロボットシステムRSでは、制御部SBは、生産ラインに搭載されたロボット01が周囲の装置などに衝突した時に、ロボット01の故障部品を特定する。制御部SBは、記録装置05に記録された衝突直前のロボット01の各関節の動作スピードや動作方向から、ロボット01のどの関節のどの部品に破損が生じたのかを特定する。
図1に示すように、ロボット01は、初期姿勢を取っている。ロボット01は、先端のリンク060にエンドエフェクタ070を設けた6軸多関節ロボットである。
図2はロボットの関節の構造の説明図である。図1に示すねじり関節011、041、061、回動関節021、031、051は、個別にモータ、エンコーダ、ベアリング、減速機を備えた基本的に共通の構造を有する。そのため、ねじり関節041について説明し、他の関節に関する重複した説明を省略する。
近年、多関節ロボットを組み込んだ生産ラインによる様々な製品の組み立てが行われている。カメラやプリンターなどの製品群では、機種が多くて製品サイクルが比較的に短いため、多関節ロボットを組み込んだ生産ラインの変更の頻度が高い。
図1に示すように、制御部SBは、演算処理を実行するCPU、プログラム及びデータを記録したROM、演算処理上の一時記憶を行うRAMなどが搭載された制御用コンピュータである。制御部SBは、所定のプログラムに従って周辺装置09とロボット01とを制御して、本体ワークWの組み立て作業を実行する。
制御ユニットSUは、記録装置05に、ロボット01の動作中、ロボット01および周辺装置09の動作データを記録する。記録装置05には、10msecごとの時系列データで、ロボット01のねじり関節011、041、061及び回動関節021、031、051のエンコーダから取得した動作スピード、関節角度、関節ごとのモータの電流値が刻々と記録される。移動装置090の位置センサのデータから取得した周辺装置09のスピード、移動位置も記録される。制御部SBは、記録装置05における取得から5秒間が経過したデータを刻々と消去する。
負荷解析装置06は、演算処理を実行するCPU、プログラム及びデータを記録したROM、演算処理上の一時記憶を行うRAMなどが搭載されたデータ処理用コンピュータである。負荷解析装置06は、ロボット01、周辺装置09の動力学的な計算を行い、ロボット01に他物体が干渉したときにロボット01の各関節に生じた衝撃力の大きさと向きを計算する。
故障部品特定装置07は、演算処理を実行するCPU、各部品の許容荷重を記録したROM、演算処理上の一時記憶を行うRAMなどが搭載されたデータ処理用コンピュータである。故障部品特定装置07は、ロボット01のねじり関節011、041、061及び回動関節021、031、051について負荷解析装置06が算出した衝撃力の大きさと向きからロボット01のどの部分のどの部品に故障が発生したのかを特定する。故障部品特定装置07は、ROMに記録された各部品の許容荷重と負荷解析装置06が算出した各部品の衝撃力の大きさとを比較して、各部品の故障発生の可能性を判定する。
制御ユニットSUは、表示装置08を作動させて損傷した関節を特定する情報を出力する出力工程を実行する。制御ユニットSUは、表示装置08に、故障部品特定装置07が特定した部品の故障発生の有無状況を表示して、オペレータへ干渉後の生産プロセスへの復帰に必要な処理を促す。
図3は予備リンクユニットの交換の説明図である。生産ラインで衝突などのトラブルが生じた場合、速やかに生産ラインを再開させることが求められる。しかし、図2に示すように、ロボット01の関節部の構成は複雑で、故障個所を特定した後の修理作業にも膨大な時間が必要となる。よって、簡単に分解、組み立てが可能な構造に設計されたロボット01が求められている。
図4は故障個所表示制御のフローチャートである。図1を参照して図4に示すように、制御部SBは、生産ラインの開始が指令されると(S211)、ロボット01、周辺装置09の動作を開始させる。
故障部品特定装置07は、ロボット01の故障箇所が2つ以上あると判断した場合にはロボット01の全体交換を判断する。故障個所が多くて修理に時間が必要な場合、もしくは修理不能な場合、ロボット01の全体交換を判断する(S219のYes)。
図5は故障個所判定制御のフローチャートである。図1を参照して図5に示すように、負荷解析装置06は、ロボット01の干渉が発生した時にねじり関節011、041、061及び回動関節021、031、051にかかる個別の衝撃力を求める(S217)。負荷解析装置06は、記録装置05に記録された、ロボット01が他物体に干渉する前から干渉が発生して停止するまでのロボット01の動作の時系列データを用いて、ロボット01及び周辺装置09の動作と、衝撃力の伝播をシミュレーション計算する。
図6はロボットが他物体に干渉したときの検知情報の説明図である。図7はロボットが他物体に干渉したときの各関節の負荷表示の説明図である。
特許文献1では、ロボットに所定の動作をさせたときのモータ電流を以前の状態と比較したり、予め設定した値と比較したりすることで、実際に故障している関節を特定している。しかし、この方法には3つの問題がある。
実施の形態1によれば、ロボットの動作状態にかかわらず、他の物体に干渉するトラブルが生じたときに、干渉前の生産ライン全体の動作からロボットの多数の関節における負荷の発生状態を正確に見積もることができる。正確に見積もられた負荷やモーメントに基づいて、故障の発生した関節、故障の発生した部品を特定することができる。
図8は実施の形態2のロボットシステムの構成の説明図である。図1に示すように、実施の形態1では、ロボット01の故障診断を行うための構成(05、06、07)がロボットシステムRSの制御ユニットに組み込まれていた。これに対して、図8に示すように、実施の形態2では、ロボット01の故障診断装置(05、06、07)は、ロボットシステムRSの制御部SBに外付けされている。実施の形態2におけるこれ以外の構成及び制御は実施の形態1と同一であるため、図8中、実施の形態1と共通する構成には図1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
なお、実施の形態1では、減速機405の瞬時許容最大トルク、ベアリング406の静許容荷重を故障発生の判断基準としたが、これらの数値は、実験値や経験による値で置き換えてもよい。
02 制御コントローラ
05 記録装置
06 負荷解析装置
07 故障部品特定装置
08 表示装置
09 周辺装置
403 モータ
403E エンコーダ
405 減速機
406 ベアリング
Claims (16)
- 複数のリンク部が関節で連結され、それぞれの関節を個別に駆動する複数のモータと、それぞれの関節の回転量を個別に検知する複数の検知装置と、を有する多関節ロボットと、
前記複数のモータを制御する制御部と、を有するロボットシステムの制御方法において、
前記制御部が、前記検知装置の出力に基づく関節ごとの動作情報を記録する記録工程と、
前記制御部が、前記多関節ロボットの動作の異常を検知して前記多関節ロボットを停止させる停止工程と、
前記制御部が、前記複数の関節のうち損傷した関節を特定する特定工程と、
前記制御部が、損傷した関節を特定する情報を出力する出力工程と、を有し、
前記特定工程では、前記異常の検知をする前から前記異常を検知するまでに記録された前記動作情報の解析に基づいて、各関節が受ける力の大きさと方向を解析することに基づき、各関節の減速機とベアリングとについて個別に故障の判定を行う、
ことを特徴とするロボットシステムの制御方法。 - 前記記録工程は、前記動作情報として、関節ごとに、少なくともモータの負荷情報と関節角度とを記録する、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボットシステムの制御方法。 - 前記記録工程は、少なくとも、前記異常を検知する前から所定時間分の前記動作情報を記録する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のロボットシステムの制御方法。 - 前記記録工程は、前記多関節ロボットの動作中、所定時間分の前記動作情報を保持し、前記所定時間を超える分の前記動作情報を消去する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のロボットシステムの制御方法。 - 前記ロボットシステムは、さらに、前記制御部の出力を表示する表示部を有し、
前記制御部が、前記出力工程で出力した情報に基づき、前記表示部に、前記故障の生じた関節と、その関節における部品を特定する情報を表示する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のロボットシステムの制御方法。 - 前記制御部は、前記異常に伴って前記複数の関節のそれぞれに発生した最大負荷を算出し、前記表示部に表示する、
ことを特徴とする請求項5に記載のロボットシステムの制御方法。 - 前記制御部は、前記異常に伴って前記複数の関節のそれぞれに発生した負荷の時間的な変化を表す負荷曲線を算出し、前記表示部に表示する、
ことを特徴とする請求項5または6に記載のロボットシステムの制御方法。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のロボットシステムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項8に記載のプログラムを記録した記録媒体。
- 複数のリンク部が関節で連結され、それぞれの関節を個別に駆動する複数のモータと、それぞれの関節の回転量を個別に検知する複数の検知装置と、を有する多関節ロボットと、
前記検知装置の出力に基づく関節ごとの動作情報を記録し、前記動作情報に基づいて前記多関節ロボットの動作の異常を検知して前記多関節ロボットを停止させ、少なくとも前記異常を検知する前から前記異常を検知するまでに記録された前記動作情報の解析に基づいて各関節が受ける力の大きさと方向を解析し、各関節の減速機とベアリングとについて個別に故障の判定を行う制御部と、を有する、
ことを特徴とするロボットシステム。 - 1個のリンク部と当該リンク部に連結された1個の関節とを交換単位として一体に組み立てた交換可能ユニットを少なくとも1つ備える、
ことを特徴とする請求項10に記載のロボットシステム。 - 複数のリンク部が関節で連結され、それぞれの関節を個別に駆動する複数のモータと、それぞれの関節の回転量を個別に検知する複数の検知装置と、を有する多関節ロボットと、
を備えたロボットシステムに接続される診断装置であって、
前記多関節ロボットの動作中に前記ロボットシステムから継続的に入力される動作情報を記録し、前記多関節ロボットが停止した後に、少なくとも異常を検知する前から前記異常を検知するまでに記録された前記動作情報を解析し、各関節が受ける力の大きさと方向を解析することに基づき、各関節の減速機とベアリングとについて個別に故障の判定を行う、
ことを特徴とする診断装置。 - 前記動作情報として、前記ロボットシステムの各関節について、少なくともモータの負荷情報と関節角度とを記録する、
ことを特徴とする請求項12に記載の診断装置。 - 少なくとも前記異常を検知する前から所定時間分の前記動作情報を記録する、
ことを特徴とする請求項12または13に記載の診断装置。 - 前記多関節ロボットの動作中、所定時間分の前記動作情報を保持し、前記所定時間を超える分の前記動作情報を消去する、
ことを特徴とする請求項12ないし14のいずれか1項に記載の診断装置。 - さらに表示部を有し、
前記表示部に、前記故障の生じた関節と、その関節における部品を特定する情報を表示する、
ことを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の診断装置。
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