JP6840875B2 - Control method, control program, recording medium, robot system, article manufacturing method, rotation drive device control method - Google Patents
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Description
本発明は、制御方法、制御プログラム、記録媒体、ロボットシステム、物品の製造方法、回転駆動装置の制御方法に関する。 The present invention is a control method, a control program, a recording medium, a robot system, a method of manufacturing an article, relates to control how the rotary drive.
近年、工業生産の分野で、人間の手のように複雑で高速な物品の製造作業を実現できる多関節のロボット装置（以下ロボット装置という）を利用した生産（製造）装置が普及しつつある。この種の複雑な動作が可能なロボット装置では、ロボットアームの動作の自由度が高くなる分、作業中に、ロボットアームと周囲環境のワークや工具等の他の物体と接触、干渉する可能性がある。例えば、ロボットアームが周囲の物体等と接触するなどしてアームの関節に配置された変速（減速）機に衝撃が加わると、減速機に歯飛び等の故障を引き起こすおそれがある。 In recent years, in the field of industrial production, a production (manufacturing) device using an articulated robot device (hereinafter referred to as a robot device) capable of realizing a complicated and high-speed manufacturing work of an article like a human hand has become widespread. In a robot device capable of this kind of complicated movement, the degree of freedom of movement of the robot arm is increased, so that the robot arm may come into contact with or interfere with other objects such as workpieces and tools in the surrounding environment during work. There is. For example, if the robot arm comes into contact with a surrounding object or the like and an impact is applied to the speed reducer (deceleration) arranged at the joint of the arm, the speed reducer may cause a failure such as tooth skipping.
この種のロボットアームの関節を駆動するアクチュエータは、例えばサーボモータおよび変速機から構成されている。この種の変速機は、一般にサーボモータのような回転駆動源の回転数領域と、アームのリンクを回転させるための回転数領域の関係から減速機として構成されることが多い。このため、以下では、この種のロボット装置で用いられる変速機を代表するものとして減速機を例示することがある。 The actuator that drives the joints of this type of robot arm comprises, for example, a servomotor and a transmission. This type of transmission is generally configured as a speed reducer because of the relationship between the rotation speed region of a rotation drive source such as a servomotor and the rotation speed region for rotating the arm link. Therefore, in the following, a speed reducer may be exemplified as a representative of a transmission used in this type of robot device.
この変速機は、サイズや形状に比して大きな減速比を得られる波動歯車機構を用いた変速機が広く用いられる。この波動歯車機構を利用した変速（減速）機では、歯飛びなどの故障によって関節の角度伝達精度が低下し、ロボットアームの作動精度を低下させる可能性がある。 As this transmission, a transmission using a wave gear mechanism that can obtain a large reduction ratio in comparison with the size and shape is widely used. In a transmission (reduction) machine using this wave gear mechanism, the angle transmission accuracy of joints may decrease due to a failure such as tooth skipping, and the operation accuracy of the robot arm may decrease.
以上のような事情に鑑み、近年、ロボットアームの干渉、衝突に関して様々な技術が提案されている。例えば、ロボットアームの各関節のアクチュエータ（モータおよび変速機）の入力側と出力側に角度検出器を設け、検出される角度差から衝突を判断し、衝突と判断した場合にはロボットアームを逆方向に駆動させる技術が提案されている（特許文献１参照）。また、アームの干渉、衝突後の関節のアクチュエータ（モータおよび変速機）の状態を検出する技術も知られている。例えば各関節のアクチュエータを駆動した際のアームの振動をモータトルク値に基づき算出したトルク変動値を用いて検出し、変動幅を閾値と比較することで交換の要否を判断する技術が提案されている（特許文献２参照）。 In view of the above circumstances, various techniques for interference and collision of robot arms have been proposed in recent years. For example, angle detectors are provided on the input side and output side of the actuators (motor and transmission) of each joint of the robot arm, the collision is judged from the detected angle difference, and when it is judged as a collision, the robot arm is reversed. A technique for driving in a direction has been proposed (see Patent Document 1). Also known is a technique for detecting arm interference and the state of joint actuators (motors and transmissions) after a collision. For example, a technique has been proposed in which the vibration of the arm when driving the actuator of each joint is detected using the torque fluctuation value calculated based on the motor torque value, and the fluctuation width is compared with the threshold value to determine the necessity of replacement. (See Patent Document 2).
上記の特許文献１に記載の技術は、ロボットアームに接触が発生したことは検知可能であるが、変速機は外部からの視認が困難であるため、接触による変速機の損傷の程度までは知ることができない。そのため、変速機の損傷を判断するには、変速機を分解して歯車の歯面を確認し、交換の要否を判断する必要がある。しかしながら、分解による変速機の損傷判断は、ロボットアームから変速機を取り外す作業が必要であり、多くの時間を必要とするという問題がある。一方、特許文献２に記載の技術は、異常検知に用いる値をモータトルク値より求めていることから自身のサーボ応答性が影響するため、それほど高い検出精度を得られない、という問題がある。
The technique described in Patent Document 1 can detect that a contact has occurred in the robot arm, but since it is difficult for the transmission to be visually recognized from the outside, the degree of damage to the transmission due to the contact is known. Can't. Therefore, in order to determine the damage of the transmission, it is necessary to disassemble the transmission, check the tooth surface of the gear, and determine the necessity of replacement. However, determining damage to the transmission due to disassembly requires a work of removing the transmission from the robot arm, which causes a problem that a large amount of time is required. On the other hand, the technique described in
そこで、本発明の課題は、ロボット装置の関節に配置された変速機の状態を高速かつ確実に検出できるようにすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to enable high-speed and reliable detection of the state of the transmission arranged at the joint of the robot device.
上記課題を解決するため、本発明においては、回転駆動源と、前記回転駆動源により駆動される変速機と、前記変速機の入力側と出力側との相対角度を検出する第１の角度センサと、を備えた関節を有するロボット装置の制御方法において、制御装置が、前記回転駆動源を駆動させて、前記第１の角度センサを用いて前記関節の共振の強度を取得する取得工程と、前記制御装置が、前記取得工程で得た前記関節の共振の強度に応じて前記変速機の状態を検出する検出工程と、前記検出工程で検出した、前記変速機の状態を出力する出力工程と、を備えた構成を採用した。 To solve the above problems, the present invention, a first angle sensor for detecting a relative angle between the rotational drive source, a transmission driven by said rotary driving source, the input side and the output side of the transmission In the control method of the robot device having the joint provided with the above, the control device drives the rotation drive source and acquires the resonance intensity of the joint by using the first angle sensor. A detection step in which the control device detects the state of the transmission according to the resonance intensity of the joint obtained in the acquisition step, and an output step of outputting the state of the transmission detected in the detection step. , Was adopted.
以上の構成によれば、ロボット装置の部品交換判定などを迅速に行うことができ、ロボット装置の関節（変速機）を適切な状態に維持することができる。 According to the above configuration, it is possible to perform such a quick component replacement determination robot apparatus, Ru can keep the joints of the robot device (transmission) to the appropriate state.
以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the examples shown in the accompanying drawings. It should be noted that the examples shown below are merely examples, and for example, those skilled in the art can appropriately change the detailed configuration without departing from the spirit of the present invention. Further, the numerical values taken up in the present embodiment are reference numerical values and do not limit the present invention.
本実施形態に係るロボット装置は、組み立て作業等を行う産業用のロボット装置であり、このロボット装置の変速機の劣化状態、特に故障検出および故障防止のための機能（状態を診断可能な機能）を備えている。本実施形態でいう故障とは、変速機の使用不能状態に加え、変速機を通常用途に使用することができない通常使用不能状態を含む。この通常使用不能状態とは、例えば所定の用途に要求される使用条件に対する許容範囲（通常使用可能状態）を超えた状態をいう。 The robot device according to the present embodiment is an industrial robot device that performs assembly work and the like, and is a function for detecting and preventing a deterioration of the transmission of the robot device (a function capable of diagnosing the state). It has. The failure referred to in the present embodiment includes, in addition to the unusable state of the transmission, a normally unusable state in which the transmission cannot be used for normal purposes. This normally unusable state means, for example, a state in which the permissible range (normally usable state) for the usage conditions required for a predetermined use is exceeded.
上記のように、ロボット装置の関節の変速機は、一般にサーボモータのような回転駆動源の回転数領域と、アームのリンクを回転させるための回転数領域の関係から減速機として構成されることが多い。このため、以下では、この種のロボット装置で用いられる変速機を代表するものとして減速機を例示する。 As described above, the transmission of the joint of the robot device is generally configured as a speed reducer from the relationship between the rotation speed region of a rotation drive source such as a servomotor and the rotation speed region for rotating the arm link. There are many. Therefore, in the following, a speed reducer will be illustrated as a representative of the transmission used in this type of robot device.
本実施形態では、ロボット装置の関節部に発生する共振現象を介して、特に波動歯車機構を利用した減速機の（劣化）状態を診断する。このロボット装置の関節部の共振現象を介した関節部の変速機の劣化状態の検出は次のような原理に基づく。 In the present embodiment, the (deteriorated) state of the speed reducer using the wave gear mechanism is diagnosed through the resonance phenomenon generated in the joint portion of the robot device. The detection of the deterioration state of the transmission of the joint portion through the resonance phenomenon of the joint portion of this robot device is based on the following principle.
上述の緩衝や衝突に起因する減速機の損傷が生じると、歯飛びや損傷により生じた小片の噛み込みなどにより、角度伝達誤差が生じる。この角度伝達誤差は、例えば減速機の１次側の入力角度と、変速比を介して減速機の２次側に得られる出力角度の誤差である。 When the speed reducer is damaged due to the above-mentioned buffering or collision, an angle transmission error occurs due to tooth skipping or biting of small pieces caused by the damage. This angle transmission error is, for example, an error between the input angle on the primary side of the speed reducer and the output angle obtained on the secondary side of the speed reducer via the gear ratio.
一方で、波動歯車を利用した減速機を用いたロボットの関節には、次式（１）に示すような共振周波数ｆ（Ｈｚ：固有振動数）が存在する。 On the other hand, the joint of the robot using the speed reducer using the wave gear has a resonance frequency f (Hz: natural frequency) as shown in the following equation (1).
ここでｆは減速機を含む振動系の共振周波数（Ｈｚ：固有振動数）、Ｋは減速機のばね定数、Ｊは減速機が設けられた関節により駆動される負荷の負荷イナーシャ（Ｋｇｍ２）である。このうち、ばね定数Ｋは定数項であって、減速機の型式ごとに固有である。また、Ｊは対象の関節軸にかかる慣性モーメントに相当し、その大きさはロボットアームの姿勢によって変化する。 Here, f is the resonance frequency (Hz: natural frequency) of the vibration system including the reducer, K is the spring constant of the reducer, and J is the load inertia (Kgm 2 ) of the load driven by the joint provided with the reducer. Is. Of these, the spring constant K is a constant term and is unique to each model of the reducer. Further, J corresponds to the moment of inertia applied to the joint axis of the target, and its magnitude changes depending on the posture of the robot arm.
また、減速機は回転駆動系であり、上記の共振周波数ｆ（Ｈｚ：固有振動数）は次式（２）のような回転数Ｒ（ｒｐｍ：１分あたりの回転数）に相当する。 Further, the speed reducer is a rotation drive system, and the above-mentioned resonance frequency f (Hz: natural frequency) corresponds to the rotation speed R (rpm: rotation speed per minute) as in the following equation (2).
従って、減速機の入力側の回転速度が式（２）を満たす回転数Ｒになったとき、関節に共振現象が発生する。即ち、当該の関節を駆動すると、式（２）の駆動回転数近傍で上記の共振周波数ｆに一致する速度ムラが発生する。 Therefore, when the rotation speed on the input side of the speed reducer reaches the rotation speed R satisfying the equation (2), a resonance phenomenon occurs in the joint. That is, when the joint is driven, speed unevenness corresponding to the resonance frequency f occurs in the vicinity of the driving rotation speed of the equation (2).
このような減速機の角度伝達誤差と共振の大きさには関係がある。たとえば、衝突のような急激な過負荷によって欠けてしまった減速機歯車の歯片を他の歯が周期的に噛みこむことによって角度伝達誤差となり、それが共振周波数に一致した場合、アームは正常な状態よりも大きく共振する。また歯車に損傷がない場合でも、減速機（全体）が楕円状に歪んでしまっていると、減速機の波動歯車機構を構成する部品の１つであるウェブジェネレータが周期的に変形し、同様に大きく共振する。 There is a relationship between the angle transmission error of such a reducer and the magnitude of resonance. For example, if another tooth periodically bites a tooth piece of a reduction gear that has been chipped due to a sudden overload such as a collision, resulting in an angle transmission error that matches the resonance frequency, the arm is normal. Resonates more than in a normal state. Even if the gears are not damaged, if the reducer (whole) is distorted in an elliptical shape, the web generator, which is one of the components that make up the wave gear mechanism of the reducer, is periodically deformed, and the same is true. Resonates greatly.
以上のように、ロボットの関節に発生する共振現象は、減速機の角度伝達誤差が出力側エンコーダ１６で検出可能な関節の振動という形で発現しているものと考えることができる。従って、ロボットアームの関節（の減速機）に生じる共振の強度、例えば振幅を測定し、この共振振幅を角度伝達誤差に応じたインデックス（目安）値として予め定めた基準値と比較することにより減速機を診断することができる。
As described above, it can be considered that the resonance phenomenon generated in the joint of the robot is expressed in the form of the vibration of the joint in which the angle transmission error of the speed reducer can be detected by the
以下、図１〜１０に示す実施例を参照し、上記の原理に基づきロボット装置の関節に係る測定および診断につき、具体的に説明する。 Hereinafter, the measurement and diagnosis of the joints of the robot device will be specifically described with reference to the examples shown in FIGS. 1 to 10.
図１から図３は、本発明を実施可能なロボットシステム５００の構成の一例を示している。図１はロボットシステム５００の全体構成を模式的に示している。図２は図１のロボットシステム５００の１つの関節近傍の断面構造を示している。また、図３は図１のロボットシステム５００の制御装置２００の構成を示している。
1 to 3 show an example of a configuration of a
図１に示すように、ロボットシステム５００は、ワークＷの組立てを行うロボット装置１００、このロボット装置１００を制御する制御装置２００、および制御装置２００に接続されたティーチングペンダント３００を備えている。
As shown in FIG. 1, the
ロボット装置１００は、６軸多関節のロボットアーム１０１と、ロボットアーム１０１の先端に接続されたハンド（エンドエフェクタ）１０２と、ハンド１０２に作用する力等を検出可能な力センサ（不図示）とを備えている。
The
ロボットアーム１０１は、作業台に固定されるベース部１０３（基台）と、変位や力を伝達する複数のリンク１２１〜１２６と、各リンク１２１〜１２６を旋回又は回転可能に連結する複数の関節１１１〜１１６と、を備えている。本実施形態においては、複数の関節１１１〜１１６の構成は基本的には同一である。このため、以下では、関節１１１〜１１６に共通する構成については、代表してリンク１２１とリンク１２２との間の関節１１２の構成を説明することとし、他の関節１１１、１１３〜１１６の具体的な説明は省略するものとする。なお、関節１１２と同じ構成の関節は、ロボットアーム１０１の複数の関節１１１〜１１６のうちの少なくとも１カ所に備えていれば本実施例は実施可能である。
The
関節１１２は、図２に示すように、回転駆動源としてのサーボモータ（モータ）１と、サーボモータ１の出力を減速（変速）する減速機１１を備えている（変速機）。この関節１１２の減速機１１の出力側の回転角度（出力側回転角度）は出力側エンコーダ１６（ロータリエンコーダ）によって検出される。この出力側エンコーダ１６、および後述の入力側エンコーダ１０は一般的なロータリエンコーダと同様の構成を有し、光学式あるいは磁気式方式のロータリエンコーダデバイスにより構成される。
As shown in FIG. 2, the joint 112 includes a servomotor (motor) 1 as a rotation drive source and a
サーボモータ１は、例えばブラシレスＤＣモータやＡＣサーボモータなどの電磁モータにより構成することができる。サーボモータ１は、回転軸２とロータマグネット３とで構成された回転部４と、モータハウジング５と、回転軸２を回転自在に支持する軸受６、７と、回転部４を回転させるステータコイル８と、を備えている。軸受６、７はモータハウジング５に設けられ、ステータコイル８はモータハウジング５に取り付けられている。また、サーボモータ１はモータカバー９で囲われている。なお、サーボモータ１には、必要に応じて電源ＯＦＦ時にロボットアーム１０１の姿勢を保持するためのブレーキユニットを設けてもよい。
The servo motor 1 can be configured by, for example, an electromagnetic motor such as a brushless DC motor or an AC servo motor. The servomotor 1 includes a
減速機１１は、入力部であるウェブジェネレータ１２と、出力部であるサーキュラスプライン１３と、ウェブジェネレータ１２とサーキュラスプライン１３との間に配置されたフレックススプライン１４と、を備えている。ウェブジェネレータ１２は、サーボモータ１の回転軸２の他端側に接続されている。サーキュラスプライン１３は、リンク１２２に接続されている。フレックススプライン１４は、リンク１２１に連結されている。つまり、サーボモータ１の回転軸２とウェブジェネレータ１２との結合部が、減速機１１の入力側となり、フレックススプライン１４とリンク１２１との結合部が減速機１１の出力側となる。そして、サーボモータ１の回転軸２は、減速機１１を介して１／Ｎに減速（減速比Ｎで減速）され、リンク１２１とリンク１２２とが相対的に回転する。このときの減速機１１の出力側の回転角度が、実出力角度、即ち関節１１２の角度となる。
The
出力側エンコーダ（出力側角度センサ）１６は、減速機１１の出力側に設けられており、リンク１２１とリンク１２２との相対角度を検出する。具体的には、出力側エンコーダ１６は、関節１１２の駆動（リンク１２１とリンク１２２との相対移動）に伴って出力側パルス信号を生成し、制御装置２００に生成した出力側パルス信号を出力する。リンク１２１とリンク１２２との間には、クロスローラベアリング１５が設けられており、リンク１２１とリンク１２２とは、クロスローラベアリング１５を介して回転自在に連結されている。
The output side encoder (output side angle sensor) 16 is provided on the output side of the
また、サーボモータ１の回転軸２、すなわち減速機１１の入力側には、入力側エンコーダ（入力側角度センサ）１０を配置することができる。
Further, an input side encoder (input side angle sensor) 10 can be arranged on the
ハンド１０２は、ワークＷを把持可能な複数のフィンガと、複数のフィンガを駆動する不図示のアクチュエータと、を備えており、複数のフィンガを駆動することでワークを把持可能に構成されている。力センサは、ハンド１０２が複数のフィンガでワークＷを把持する際等にハンド１０２に作用する力やモーメントを検出する。
The
図３に示すように、制御装置２００は、ＣＰＵ（演算部）２０１と、ＲＯＭ２０２と、ＲＡＭ２０３と、ＨＤＤ（記憶部）２０４と、記録用ディスクドライブ２０５と、各種のインタフェース２１１〜２１５と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
ＣＰＵ２０１には、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、ＨＤＤ２０４、記録用ディスクドライブ２０５および各種のインタフェース２１１〜２１５が、バス２１６を介して接続されている。ＲＯＭ２０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納されている。ＲＡＭ２０３はＣＰＵ２０１の演算処理結果を一時的に記憶する記憶領域を構成する。
A
ＨＤＤ２０４は、ＣＰＵ２０１の演算処理結果である各種のデータ等を記憶する記憶部であると共に、ＣＰＵ２０１に、各種演算処理を実行させるための制御プログラム（：３３０、例えば、後述する診断プログラムを含む）を記録するものである。ＣＰＵ２０１は、このＨＤＤ２０４に記録（格納）された制御プログラムに基づいて各種演算処理を実行する。記録ディスクドライブ２０５は、記憶ディスク３３１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
The
特に、コンピュータ（ＣＰＵ２０１）が実行する後述の制御手順に相当する制御プログラム３３０は、例えば図３のＨＤＤ２０４（あるいはＲＯＭ２０２）に格納する。これらのＲＯＭ２０２やＨＤＤ２０４のような記憶手段は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成する。また、これらのＲＯＭ２０２やＨＤＤ２０４のようなコンピュータ読み取り可能な記録媒体（の一部）は、着脱可能なフラッシュメモリデバイスや磁気／光ディスクによって構成されていてもよい。また、コンピュータ（ＣＰＵ２０１）が実行する後述の制御手順に相当するプログラムは、ネットワークなどを介してダウンロードされ、例えばＨＤＤ２０４などに導入する、あるいはそこに導入済みのソフトウェアを更新するような構成をとってもよい。
In particular, the
インタフェース２１１にはユーザによって操作されるティーチングペンダント３００が接続されている。ティーチングペンダント３００には、ＬＣＤパネルのような表示装置やキーボードなどから成るユーザインターフェイスが設けられている。このユーザインターフェイスを用いて、ユーザはロボット装置１００の教示操作を行うことができる。これにより、例えばロボットアーム１０１の手先などに設定された基準点の位置姿勢（教示点）を指定したり、各関節１１１〜１１６の関節角度を指定したりすることができる。ティーチングペンダント３００は、このようにして入力された各関節１１１〜１１６の目標関節角度をインタフェース２１１およびバス２１６を介してＣＰＵ２０１に出力する。
A
インタフェース２１２には、ロボットアーム１０１の各関節１１１〜１１６の出力側エンコーダ１６が接続されている。出力側エンコーダ１６は、前述のように関節角度に対応するパルス信号をインタフェース２１２およびバス２１６を介してＣＰＵ２０１に出力する。さらに、インタフェース２１３および２１４には、モニタ３１１、および外部記憶装置３１２（書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤなど）をそれぞれ接続することができる。モニタ３１１は例えばＬＣＤパネルなどの表示装置であって、ロボット装置１００の制御状態のモニタ表示などに用いられる他、後述の診断処理に関連する情報表示や警告メッセージの表示に用いることができる。
The
インタフェース２１５にはサーボ制御装置３１３が接続されており、ＣＰＵ２０１は、サーボモータ１の回転軸２の回転角度の制御量を示す駆動指令のデータを所定間隔でバス２１６およびインタフェース２１５を介してサーボ制御装置３１３に出力する。
A
サーボ制御装置３１３は、ＣＰＵ２０１から入力を受けた駆動指令に基づき、ロボットアーム１０１の各関節１１１〜１１６のサーボモータ１への電流の出力量を演算する。サーボ制御装置３１３は、得られた電流値に対応する電流をサーボモータ１に供給し、これによりロボットアーム１０１の関節１１１〜１１６の関節角度が制御される。即ち、ＣＰＵ２０１は、サーボ制御装置３１３を介して関節１１１〜１１６の角度が目標関節角度となるようにサーボモータ１による関節１１１〜１１６の駆動を制御することができる。
The
ここで、図４を参照して、本実施例の診断プログラム（例えば後述の図５）を実行する際に制御装置２００が実行する機能につき説明する。図４の各機能ブロックは、コンピュータ（ＣＰＵ２０１）のハードウェアおよびそのソフトウェアにより実装される。特にそのソフトウェア部分は、ＲＯＭ２０２やＨＤＤ２０４などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。
Here, with reference to FIG. 4, the function executed by the
図４の機能構成は、実出力角演算部４０２、回転角度から共振による角度伝達誤差を算出する共振振幅演算部４０４、関節状態判定部４０６を含む。さらに、図４の機能構成は、関節の減速機１１の診断を行うための振幅の基準値記憶部４０５と、出力側エンコーダ１６が検出する出力側回転角度を記憶・蓄積する角度情報記憶部４０３と、検査用動作を記憶する検査用動作記憶部４０７を含む。
The functional configuration of FIG. 4 includes an actual output
実出力角演算部４０２は出力側エンコーダ１６から受けた出力側パルス信号（ｓ４０１）をカウントして出力側回転角度（ｓ４０２）を求め、サーボ制御装置３０３と角度情報記憶部４０３へ出力する。サーボ制御装置３０３は、検査用動作記憶部４０７に記憶された検査用動作情報ｓ４０７に基づき、実出力角演算部４０２から出力された実出力角情報（ｓ４０２）を参照しつつサーボモータ１の関節角度制御を行う。
The actual output
検査用動作情報ｓ４０７は、関節の診断時の検査用動作を定義する。式（１）、（２）によって示した特性が関節（１１１〜１１６）ごとに異なるため、検査用動作情報ｓ４０７は、診断する関節（１１１〜１１６）ごとに異なった内容となる。特に、検査用動作情報ｓ４０７は、共振振幅取得工程において、対象の関節の特定の姿勢における関節の固有振動数に対応し、関節の共振が最も強く発生する回転速度を含む速度範囲内で、関節を駆動する検査用動作を定義する。 The inspection motion information s407 defines the inspection motion at the time of diagnosis of the joint. Since the characteristics represented by the formulas (1) and (2) are different for each joint (111-116), the inspection operation information s407 has different contents for each joint (111-116) to be diagnosed. In particular, the inspection motion information s407 corresponds to the natural frequency of the joint in a specific posture of the target joint in the resonance amplitude acquisition step, and the joint is within a speed range including the rotation speed at which the resonance of the joint occurs most strongly. Define the inspection operation that drives.
また、後述の制御例（図５）に示されるように、検査用動作情報ｓ４０７は、上記速度範囲内で、関節を回転速度を段階的に変化させてそれぞれ共振振幅を取得できるよう構成することができる。例えば、この複数速度において得られた共振振幅から最大の共振振幅を求める、例えば関節の特定の姿勢における関節の固有振動数に相当する共振周波数を中心とした周波数成分の振動の最大値を共振振幅として取得することができる。そして得られた最大値を共振振幅として基準値と比較し、その比較結果に基づき、関節の診断を行うことができる。 Further, as shown in a control example (FIG. 5) described later, the inspection operation information s407 is configured so that the rotation speed of the joint can be changed stepwise within the above speed range to acquire the resonance amplitude. Can be done. For example, the maximum resonance amplitude is obtained from the resonance amplitude obtained at these multiple speeds. For example, the maximum value of the vibration of the frequency component centered on the resonance frequency corresponding to the natural frequency of the joint in a specific posture of the joint is the resonance amplitude. Can be obtained as. Then, the obtained maximum value is compared with the reference value as the resonance amplitude, and the joint can be diagnosed based on the comparison result.
角度情報記憶部４０３は、実出力角演算部４０２から出力された実出力角度情報（ｓ４０２）を蓄積する。基準値記憶部４０５は判定に必要な判定用基準値ｓ４０５を記憶し、関節状態判定部４０６へ出力する。共振振幅演算部４０４は、角度情報記憶部４０３から蓄積された角度情報ｓ４０３を読み出し、検査に必要な判定値Ａ（ｓ４０４）を算出し、関節状態判定部４０６へ出力する。関節状態判定部４０６は、基準値記憶部４０５から出力された判定用基準値ｓ４０５と、共振振幅演算部４０４から算出された判定値Ａ（ｓ４０４）を比較し、ロボットの関節状態について判定を行う。
The angle
次に、図５を参照して上記構成において行われる関節（１１１〜１１６）の診断処理につき説明する。図５は、上記構成において制御装置２００、特にＣＰＵ２０１の制御によって実行される本実施例の関節（１１１〜１１６）の診断処理（診断モード）の流れを示している。
Next, the diagnostic processing of the joints (111 to 116) performed in the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the flow of the diagnostic process (diagnosis mode) of the joints (111 to 116) of this embodiment executed under the control of the
本実施例では、上述のように対象の関節の特定の姿勢における当該関節の固有振動数に相当する共振周波数を中心とした周波数で生じる共振現象を利用して当該関節の状態を診断する。 In this embodiment, as described above, the state of the joint is diagnosed by utilizing the resonance phenomenon that occurs at a frequency centered on the resonance frequency corresponding to the natural frequency of the joint in a specific posture of the joint.
図５の診断処理（診断モード）は、ロボットの定期検査時や、および意図しない干渉や衝突などの事象が発生した後に行うことができる。図５の診断処理（診断モード）を実行する契機としては、例えばティーチングペンダント３００などのユーザインターフェイスを用いて操作者が診断モードを選択する操作が考えられる。
The diagnostic process (diagnosis mode) of FIG. 5 can be performed at the time of periodic inspection of the robot and after an event such as unintended interference or collision occurs. As an opportunity to execute the diagnostic process (diagnosis mode) of FIG. 5, it is conceivable that the operator selects the diagnostic mode using a user interface such as the
図５の診断処理（診断モード）は、関節（１１１〜１１６）のうち１軸ずつ実施する。操作者（ユーザ）によって診断処理（診断モード）が選択されると、図５のステップＳ５０１では検査を行う軸を決定する。図５の診断処理（診断モード）は、特定の軸（関節）から全軸（全関節）について実行するよう構成されているが、１軸のみについて実行したり、操作者（ユーザ）が指定した単数ないし複数の軸のみについて実行したりする制御を行ってもよい。通常は、全軸（全関節）について検査を実施するのが望ましい。検査する関節の順序はベース部１０３に近い軸から順でもよく、またユーザが任意の順番を指定してもよい。
The diagnostic process (diagnosis mode) of FIG. 5 is performed for each of the joints (111 to 116). When the diagnostic process (diagnosis mode) is selected by the operator (user), the axis to be inspected is determined in step S501 of FIG. The diagnostic process (diagnosis mode) of FIG. 5 is configured to be executed from a specific axis (joint) to all axes (all joints), but may be executed only for one axis or specified by an operator (user). Control may be performed such that execution is performed only for one or more axes. It is usually desirable to perform an examination on all axes (all joints). The order of the joints to be inspected may be from the axis closest to the
次に、ステップＳ５０２では検査対象の軸の基準値ｓ４０５と検査用動作情報ｓ４０７を、基準値記憶部４０５と検査用動作記憶部４０７から読み込む。基準値記憶部４０５と検査用動作記憶部４０７は、例えばＨＤＤ２０４などにデータファイルなどの形式で配置しておくことができる。これらの判定用基準値ｓ４０５と検査用動作情報ｓ４０７は、診断する関節（１１１〜１１６）ごとに異なる。例えば、式（１）、（２）によって示した特性が関節（１１１〜１１６）ごとに異なるためである。従って、判定用基準値ｓ４０５と検査用動作情報ｓ４０７は、基準値記憶部４０５と検査用動作記憶部４０７に軸（慣性）別に用意され、検査を実行する段階で当該の関節に対応する情報を個別にＲＡＭ２０３などの作業領域に読み込む。もしくは、診断モードが選択された段階ですべての軸の基準値と検査用動作を一度にＲＡＭ２０３などの作業領域に読み込んでもよい。
Next, in step S502, the reference value s405 and the inspection operation information s407 of the axis to be inspected are read from the reference
ステップＳ５０３では、当該関節の検査用動作を行う。即ち、ステップＳ５０２で読み込まれた検査用動作情報ｓ４０７に従いサーボ制御装置３０３が検査対象の軸を駆動する。この時、一定周期ごとに出力側エンコーダ１６から取得されるパルス値（ｓ４０１）を実出力角演算部４０２によってカウントし、実出力角情報に変換した値（ｓ４０２）を角度情報記憶部４０３に記憶・蓄積していく。
In step S503, the joint inspection operation is performed. That is, the
ステップＳ５０３の検査用動作の処理は、図５の右列にステップＳ５０３１〜５０４０として詳細に示してある。ここで、ステップＳ５０３を構成するステップＳ５０３１〜５０４０につき詳細に説明する。 The processing of the inspection operation in step S503 is shown in detail as steps S503 to 5040 in the right column of FIG. Here, steps S5031 to 5040 constituting step S503 will be described in detail.
ステップＳ５０３１で検査用動作が開始されると、ステップＳ５０３２において、まず、ステップＳ５０２で読み込まれた検査用動作情報ｓ４０７に基きサーボ制御装置３０３がロボットアーム１０１を開始姿勢へ移動させる。
When the inspection operation is started in step S5031, in step S5032, the
次に、ステップＳ５０３３において、実出力角情報（ｓ４０２）を記憶・蓄積させるべく角度情報記憶部４０３を有効にし、実出力角演算部４０２から出力される実出力角情報（ｓ４０２）を記憶する記憶バッファを有効化する。
Next, in step S5033, the angle
続いて、ステップＳ５０３４で、ステップＳ５０２で読み込まれた検査用動作情報ｓ４０７に応じた特定の動作パターンでサーボ制御装置３０３が対象関節を駆動する。この間、ステップＳ５０４５にて出力側エンコーダから得られたパルス値（ｓ４０１）は逐次実出力角演算部４０１にて実出力角情報（ｓ４０２）へ変換（ステップＳ５０３５）され、角度情報記憶部４０３へ記憶・蓄積していく（ステップＳ５０３６）。
Subsequently, in step S5034, the
検査用動作が終了すると、ステップＳ５０３７において角度情報記憶部４０３の記憶バッファをクローズし、実出力角情報（ｓ４０２）を保存する。
When the inspection operation is completed, the storage buffer of the angle
検査用動作情報ｓ４０７は、上記のように、対象の関節の特定の姿勢における関節の固有振動数に対応し、関節の共振が最も強く発生する回転速度を含む速度範囲内で、関節を回転速度を段階的に変化させて駆動するよう構成される。 As described above, the motion information s407 for inspection corresponds to the natural frequency of the joint in a specific posture of the target joint, and rotates the joint within a speed range including the rotation speed at which the resonance of the joint occurs most strongly. Is configured to be driven by changing it step by step.
このため、ステップＳ５０３８では、検査用動作情報ｓ４０７で定義された全ての検査速度で検査を行ったか否かを判定する。もし、ステップＳ５０３８で未実施の速度がある場合は、ステップＳ５０３９で速度を当該の未実施の速度に変更した後、ステップＳ５０３２へ戻り、上記の動作を繰り返す。一方、検査用動作情報ｓ４０７で定義された全ての速度で検査が終了した場合はステップＳ５０４０で当該の関節の検査を終了し、ステップＳ５０４（図５左側）へ進む。なお、出力側エンコーダ１６からパルス値（ｓ４０１）を読み出す間隔はサーボ制御装置３０３の制御周期と一致した取得周期とすることが望ましい。これにより、ステップＳ５０４の演算負荷を減少させることができる。
Therefore, in step S5038, it is determined whether or not the inspection is performed at all the inspection speeds defined in the inspection operation information s407. If there is an unimplemented speed in step S5038, after changing the speed to the unexecuted speed in step S5039, the process returns to step S5032 and the above operation is repeated. On the other hand, when the inspection is completed at all the speeds defined in the inspection operation information s407, the inspection of the joint is completed in step S5040, and the process proceeds to step S504 (left side in FIG. 5). It is desirable that the interval for reading the pulse value (s401) from the
ステップＳ５０４では、ステップＳ５０３で角度情報記憶部４０３に蓄積された実出力角情報（ｓ４０２）を処理し、共振による角度の振動幅を判定値ｓ４０４（Ａ）として算出する。
In step S504, the actual output angle information (s402) stored in the angle
ステップＳ５０５〜Ｓ５０７は、減速機１１の状態を診断する診断工程に相当する。まず、ステップＳ５０５では、ステップＳ５０４にて算出された判定値Ａ（ｓ４０４）を、ステップＳ５０２で読み込んだ基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）と比較する。ここで、判定値Ａ（ｓ４０４）が基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）を超えていれば検査軸の減速機１１が損傷していると判定する。この判定結果に応じて、ステップＳ５０６、Ｓ５０７で「減速機損傷なし」または「減速機損傷あり」（警告メッセージ）の出力を行う。これらの診断メッセージの出力は、例えばモニタ３１１や、ティーチングペンダント３００のディスプレイを用いて行う他、音声出力手段（不図示）を用いて音声出力などによって行うことにしてもよい。
Steps S505 to S507 correspond to a diagnostic step of diagnosing the state of the
ステップＳ５０５が終了すると、ステップＳ５０６で検査未実施の関節（軸）が残っているか確認する。検査未実施の関節（軸）が残っている場合はステップ２０１に戻り、上記と同様の処理を繰り返し、検査対象となっている全ての関節（軸）で検査を行う。 When step S505 is completed, it is confirmed in step S506 whether any joints (axises) that have not been inspected remain. If there are any joints (axises) that have not been inspected, the process returns to step 201, and the same process as above is repeated to inspect all the joints (axises) to be inspected.
以上のように、図５のような診断処理（診断モード）を関節ごとに実施することができる。図５のような診断処理（診断モード）では、特定の検査対象の関節ごとに共振振幅取得工程を実施する。その際、用いられる検査用動作情報ｓ４０７は、対象の関節の特定の姿勢における関節の固有振動数に対応し、関節の共振が最も強く発生する回転速度を含む速度範囲内で、関節を駆動する検査用動作を定義する。当該の関節の固有振動数は、式（１）によって予め計算することができ、また、式（２）によって当該関節の共振が最も強く発生する回転速度を含む速度範囲を予め決定することができる。 As described above, the diagnostic process (diagnosis mode) as shown in FIG. 5 can be performed for each joint. In the diagnostic process (diagnosis mode) as shown in FIG. 5, the resonance amplitude acquisition step is performed for each joint to be inspected. At that time, the inspection motion information s407 used corresponds to the natural frequency of the joint in a specific posture of the target joint, and drives the joint within a speed range including the rotation speed at which the resonance of the joint occurs most strongly. Define inspection behavior. The natural frequency of the joint can be calculated in advance by the equation (1), and the speed range including the rotation speed at which the resonance of the joint occurs most strongly can be determined in advance by the equation (2). ..
従って、図５のような診断処理（診断モード）を関節ごとに実施することにより、当該関節の共振振幅の判定値Ａを求めることができる。この共振振幅の判定値Ａは、例えば共振周波数を中心とした周波数成分の振動の最大値として算出することができる。そして、この判定値Ａを、検査用動作情報ｓ４０７と同様に関節ごとに設定された基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）と比較することにより、当該関節の診断、例えば、損傷が生じているか（あるいは寿命が到来しているか）などの診断を行うことができる。診断結果は、表示メッセージ（あるいは音声メッセージ）を出力することなどによって、ユーザに通知することができる。これらのメッセージの出力は、例えばモニタ３１１や、ティーチングペンダント３００のディスプレイによる表示出力、音声出力手段（不図示）などを用いた音声出力などによって行うことができる。
Therefore, by performing the diagnostic process (diagnosis mode) as shown in FIG. 5 for each joint, the determination value A of the resonance amplitude of the joint can be obtained. The determination value A of the resonance amplitude can be calculated as, for example, the maximum value of the vibration of the frequency component centered on the resonance frequency. Then, by comparing the judgment value A, set for each joint in the same manner as the inspection operation information s407 reference value A lim and (s405), the diagnosis of the joint, for example, whether damage has occurred (or life Is coming) and so on. The diagnosis result can be notified to the user by outputting a display message (or voice message) or the like. The output of these messages can be performed by, for example, a display output on the
本実施例における診断処理（診断モード）の概略は図５に示した通りであるが、以下では上記の診断処理（診断モード）において実施すべきロボット制御の細部についてさらに論証する。 The outline of the diagnostic process (diagnostic mode) in this embodiment is as shown in FIG. 5, but the details of the robot control to be performed in the above diagnostic process (diagnostic mode) will be further demonstrated below.
式(１)、（２）から明らかなように、検査時に生じさせるロボット関節部の共振の様相には、ロボットアームの姿勢と、関節の動作（駆動）速度という２つの要素が影響する。検査時のロボットアーム１０１の姿勢が異なれば、式（１）における負荷イナーシャの大きさが変化し、また、共振事象を介して診断を行おうとすれば、当然ながら関節の駆動速度は式（２）によって定義されるような速度（範囲）を選ぶ必要がある。
As is clear from the equations (1) and (2), two factors, the posture of the robot arm and the motion (driving) speed of the joint, affect the aspect of the resonance of the robot joint portion generated at the time of inspection. If the posture of the
ここで、図６を参照して、図５のステップＳ５０３で実施する関節の共振を利用した検査用動作における好ましいロボットアーム１０１の姿勢につき考察する。図６は本実施例において、検査用動作を実施する時の予め定められた姿勢の一例を示している。
Here, with reference to FIG. 6, a preferable posture of the
本実施例における検査用動作、検査用動作情報ｓ４０７によって関節ごとに定義された検査用動作には、予め定められた所定の検査姿勢で、故意に共振を発生させる所定の動作を行う点に特徴がある。この検査用動作は１か所の関節に対し、１ないし複数の異なる動作を設定することができる。ここで、複数の異なる動作の場合は、例えば、同じ検査（初期）姿勢および動作態様を用いるが、当該関節の駆動速度のみ複数に異ならせて測定を行う検査用動作が考えられる。 The inspection operation and the inspection operation defined for each joint by the inspection operation information s407 in this embodiment are characterized in that a predetermined operation that intentionally generates resonance is performed in a predetermined inspection posture. There is. This inspection motion can be set to one or more different motions for one joint. Here, in the case of a plurality of different movements, for example, the same inspection (initial) posture and movement mode are used, but an inspection movement in which only the driving speed of the joint is measured differently can be considered.
このうち、所定の検査（初期）姿勢は任意であるが、理想的には、検査対象の関節に最大の慣性モーメントがかかる姿勢（最大モーメント姿勢）であることが望ましい。慣性モーメントの大きい姿勢であれば、共振周波数が低くなり、関節の共振現象をとらえやすくなる。 Of these, the predetermined inspection (initial) posture is arbitrary, but ideally, it is desirable to be the posture in which the maximum moment of inertia is applied to the joint to be inspected (maximum moment posture). If the posture has a large moment of inertia, the resonance frequency becomes low, making it easier to capture the resonance phenomenon of the joint.
図６は、リンク１２２を駆動する関節１１２の最大モーメント姿勢の例を示す。図６の例では、ロボット装置１００のアームが水平方向に最大限に腕を伸ばした姿勢（１点鎖線）において、関節１１２より先のフレームの重心が関節１１２からもっとも離れる。このため、この水平方向に最大限に腕を伸ばした姿勢（１点鎖線）において、関節１１２にかかる慣性モーメント（式（１）の負荷イナーシャＪ）は最大となる。そして、水平方向に最大限に腕を伸ばした姿勢（１点鎖線）を検査初期姿勢とし、例えば矢印で示すようにリンク１２２以降が直立する姿勢となるまで、固有振動数に対応する共振周波数を中心とした速度範囲中の異なる速度で関節１１２を駆動する。このような検査用動作によれば、式（１）から、共振周波数ｆは低くなり、出力側エンコーダ１６を介して共振事象を容易に捉えることができるようになる。同様にして、他の関節（１１〜１１６）についても個別にあらかじめ最大モーメント姿勢を求め、検査（初期）姿勢と当該関節の駆動態様（検査用動作情報ｓ４０７）を決定しておくことができる。
FIG. 6 shows an example of the maximum moment posture of the joint 112 that drives the
また、所定の検査用動作とは次の条件を満たしていることが望ましい。例えば、検査速度にて対象の関節が定速動作する区間があること、また、その区間は減速機入力側の回転に換算して１回転以上あることである。ここで検査速度とは、所定の姿勢において式（１）、（２）の条件を満たすモータ回転数Ｒに最も近い設定（制御）可能な関節駆動速度とする。また、モータ回転速度（Ｒ）を中心とした速度範囲Ｗにおいて、複数の異なる速度も含めて測定を行うことが望ましい。 Further, it is desirable that the predetermined inspection operation satisfies the following conditions. For example, there is a section in which the target joint operates at a constant speed at the inspection speed, and that section is one or more rotations in terms of the rotation on the speed reducer input side. Here, the inspection speed is a joint drive speed that can be set (controlled) closest to the motor rotation speed R that satisfies the conditions of the equations (1) and (2) in a predetermined posture. Further, it is desirable to perform measurement including a plurality of different speeds in the speed range W centered on the motor rotation speed (R).
なぜならば、姿勢のわずかな違い（制御誤差）や経年変化、その他さまざまな要因から、実際に発生する共振周波数は予め式（１）で算出したものと若干ずれを生じる場合があるためである。この時の速度ステップは任意であるが、制御装置２００で設定可能な最小幅とすることが望ましい。このように、当該関節について、予め計算した固有振動数に相当する共振周波数に相当する駆動速度を含む速度範囲Ｗで異る検査速度を用いて測定を行うことにより、制御誤差や経年変化があっても共振事象を介して関節の状態を確実に診断できる。
This is because the resonance frequency actually generated may be slightly different from the one calculated in advance by the equation (1) due to a slight difference in posture (control error), aging, and various other factors. The speed step at this time is arbitrary, but it is desirable that the speed step be the minimum width that can be set by the
図７（ａ）、（ｂ）は、複数の検査速度の取り方の一例を示している。図７（ａ）の例では、検査速度（関節駆動速度）は、予め計算した固有振動数に相当する共振周波数に相当する駆動速度（モータ回転速度（Ｒ））を含む速度範囲Ｗを均等に約１０前後（または他の分割数）で割った速度ポイント（黒丸）から構成されている。７０１の波形は各検査速度で得られた共振振幅（上記の判定値Ａ）、７０２は共振振幅（判定値Ａ）と比較される基準値Ａｌｉｍ（上記のｓ４０５）である。 7 (a) and 7 (b) show an example of how to take a plurality of inspection speeds. In the example of FIG. 7A, the inspection speed (joint drive speed) uniformly covers the speed range W including the drive speed (motor rotation speed (R)) corresponding to the resonance frequency corresponding to the pre-calculated natural frequency. It is composed of speed points (black circles) divided by about 10 (or other number of divisions). 701 of waveform resonant amplitude obtained in the inspection speed (the determination value A), 702 is a resonance amplitude (determination value A) and to be compared reference value A lim (s405 described above).
また、図７（ｂ）のように、より共振振幅の検出精度を高めるため、駆動速度設定は予め計算した固有振動数に相当する共振周波数に相当する駆動速度（モータ回転速度（Ｒ））の近傍で細かいステップで変化させてもよい。図７（ｂ）では共振周波数に相当する駆動速度（モータ回転速度（Ｒ））を含むある速度範囲Ｗにおいて、当該の共振周波数に相当する駆動速度（モータ回転速度（Ｒ））の近傍では検査速度（関節駆動速度）を変化させるステップ幅を周辺よりも小さく取っている。また、このようにモータ回転速度（回転数Ｒ）から離れた速度で速度ステップを粗くすることは、検査の迅速化のために役立つ。なお、図７（ｂ）において７０３の波形は各検査速度で得られた共振振幅（上記の判定値Ａ）、７０４は共振振幅（判定値Ａ）と比較される基準値Ａｌｉｍ（上記のｓ４０５）である。 Further, as shown in FIG. 7B, in order to further improve the detection accuracy of the resonance amplitude, the drive speed is set to the drive speed (motor rotation speed (R)) corresponding to the resonance frequency corresponding to the natural frequency calculated in advance. It may be changed in small steps in the vicinity. In FIG. 7B, in a certain speed range W including the drive speed corresponding to the resonance frequency (motor rotation speed (R)), the inspection is performed in the vicinity of the drive speed (motor rotation speed (R)) corresponding to the resonance frequency. The step width for changing the speed (joint drive speed) is set smaller than the periphery. Further, roughening the speed step at a speed away from the motor rotation speed (rotation speed R) in this way is useful for speeding up the inspection. Incidentally, FIG. 7 (b) 703 of the waveform resonant amplitude obtained in the inspection speed in (the determination value A), 704 is resonant amplitude (determination value A) and to be compared reference value A lim (above s405 ).
図６に例示した検査姿勢や、図７（ａ）、（ｂ）に示すような検査シーケンス（検査用動作）は、検査用動作情報ｓ４０７によって記述することができ、検査用動作記憶部４０７に記憶させておく。
The inspection posture illustrated in FIG. 6 and the inspection sequence (inspection operation) as shown in FIGS. 7A and 7B can be described by the inspection operation information s407, and can be described in the inspection
次に、図８により、図５のステップＳ５０４において角度情報記憶部４０３に蓄積された実出力角情報（ｓ４０２）から共振による角度伝達誤差分を算出する処理の構成例につき詳細に説明する。図８は図５の左列のステップＳ５０４以降の具体的な処理例を示したもので、ステップＳ５０４はステップＳ５０４１〜Ｓ５０４６により構成されている。
Next, with reference to FIG. 8, a configuration example of a process for calculating the angle transmission error due to resonance from the actual output angle information (s402) stored in the angle
まず、ステップＳ５０４１において、基準値記憶部４０５から基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）を読み出した後、ステップＳ５０４２〜Ｓ５０４６のループによって検査データを１つずつ処理する。
First, in step S5041, after reading the reference value A lim (s405) from a reference
ステップＳ５０４２では、角度情報記憶部４０３に蓄積された実出力角情報（ｓ４０２）から、データを１つ読み出す。続いて、ステップＳ５０４３、Ｓ５０４４では、読み出した実出力角度情報（ｓ４０２）から不要な成分を除外する。
In step S5042, one piece of data is read from the actual output angle information (s402) stored in the angle
即ち、実出力角度情報（ｓ４０２）には、検査用動作そのものの動きに共振による振動成分が重畳されているため、そこから共振成分のみを取り出す必要がある。 That is, since the vibration component due to resonance is superimposed on the movement of the inspection operation itself in the actual output angle information (s402), it is necessary to extract only the resonance component from the vibration component.
まず、ステップＳ５０４３では、実出力角情報（ｓ４０２）として記録された関節の出力側回転角度から、検査用動作そのものの動作を除外する。このためには、例えば出力側回転角度から検査動作の位置指令値を減じる手法を用いることができる。また、関節に入力側エンコーダ１０（図２）が設けられている場合には、入力側エンコーダ１０の出力値を出力側エンコーダ１６から得た角度情報とともに同期的に実出力角情報（ｓ４０２）として記録しておく。そして、同期的に記録した出力側エンコーダ１６の角度情報から入力側エンコーダ１０の出力値を減算する処理を行ってもよい。なお、この減算処理では、当然ながら減速比Ｎで換算した値同士を減算するのはいうまでもない。
First, in step S5043, the operation of the inspection operation itself is excluded from the output side rotation angle of the joint recorded as the actual output angle information (s402). For this purpose, for example, a method of subtracting the position command value of the inspection operation from the rotation angle on the output side can be used. When the input side encoder 10 (FIG. 2) is provided on the joint, the output value of the
図１０（ａ）、（ｂ）は関節の出力側回転角度から、検査用動作そのものの動作を除外する処理を示している。図１０（ａ）において、実線（１００１）は実出力角情報（ｓ４０２）として記録された関節の出力側回転角度（パルス数単位）を示している。この関節の出力側回転角度（１００１）は、検査用動作情報ｓ４０７で指令された破線（１００２）の指令軌道によって実施された検査用動作で蓄積された実軌道（実出力角情報ｓ４０２）に相当する。この実軌道（１００１：出力側回転角度）から指令軌道（１００２）を減じることにより、検査用動作そのものの動作に係わる情報が除去され、図１０（ｂ）の偏差（１００３）が得られる。なお、関節の出力側回転角度から、検査用動作そのものの動作を除外するには、出力側エンコーダ１６から得られた回転角度を二階微分して加速度情報に変換する手法を用いてもよい。
FIGS. 10A and 10B show a process of excluding the operation of the inspection operation itself from the rotation angle on the output side of the joint. In FIG. 10A, the solid line (1001) indicates the output side rotation angle (in units of pulse number) of the joint recorded as the actual output angle information (s402). The output side rotation angle (1001) of this joint corresponds to the actual trajectory (actual output angle information s402) accumulated in the inspection operation performed by the command trajectory of the broken line (1002) commanded by the inspection operation information s407. To do. By subtracting the command trajectory (1002) from this actual trajectory (1001: output side rotation angle), the information related to the operation of the inspection operation itself is removed, and the deviation (1003) of FIG. 10 (b) is obtained. In order to exclude the operation of the inspection operation itself from the output side rotation angle of the joint, a method of second-order differentializing the rotation angle obtained from the
さらに、ステップＳ５０４４では、検査動作で想定される共振周波数ｆ［Ｈｚ］の成分以上の周波数成分を除去する。これは、共振以外のノイズを取り除くための処理である。具体的には、数学的フィルタ（バタワースフィルタなど）を用いてノイズ除去を行う方法がある。このとき、ノイズの大きさに応じて共振周波数ｆ［Ｈｚ］の成分が減衰または増幅しない程度でカットオフ周波数およびフィルタ次数を選択する必要がある。たとえば、最大平坦特性を持つバタワースフィルタを用い、２ｆ［Ｈｚ］程度をカットオフ周波数として設定すると、共振周波数ｆ［Ｈｚ］近傍への影響を最小限にすることができる。また、実出力角情報（ｓ４０２）として記録された出力側回転角度に対して移動平均処理を実施してもよい。この場合も同様に周波数ｆ［Ｈｚ］の成分が減衰・増幅しない程度に平均区間を選択する必要がある。 Further, in step S5044, a frequency component higher than the component of the resonance frequency f [Hz] assumed in the inspection operation is removed. This is a process for removing noise other than resonance. Specifically, there is a method of removing noise by using a mathematical filter (Butterworth filter, etc.). At this time, it is necessary to select the cutoff frequency and the filter order to the extent that the component of the resonance frequency f [Hz] is not attenuated or amplified according to the magnitude of noise. For example, if a Butterworth filter having the maximum flatness characteristic is used and about 2 f [Hz] is set as the cutoff frequency, the influence on the vicinity of the resonance frequency f [Hz] can be minimized. Further, the moving average processing may be performed on the output side rotation angle recorded as the actual output angle information (s402). In this case as well, it is necessary to select the average interval so that the component of the frequency f [Hz] is not attenuated or amplified.
ステップＳ５０４５では、ステップＳ５０４３およびＳ５０４４の演算結果の波形から１周期分のピークトゥピーク（ｐ−ｐ）の最大値を求め、共振振幅の判定値Ａとして算出する。 In step S5045, the maximum value of peak-to-peak (pp) for one cycle is obtained from the waveforms of the calculation results of steps S5043 and S5044, and is calculated as the determination value A of the resonance amplitude.
図９（ａ）、（ｂ）は、ステップＳ５０４５における共振振幅の判定値Ａの算出例を示している。この種の関節に用いられる減速機１１の場合、ステップＳ５０４４の後、得られた共振振幅の波形では、図９（ｂ）のように波形の立上り区間と立下り区間でピーク値が非対象に現れる。このため、共振振幅の波形の１周期に着目し、当該の１周期のｐ−ｐとは、図９（ａ）のように波形の立上り区間のｐ−ｐと、立下り区間のｐ−ｐのうち大きい方を選び（最大値演算）、その値を判定値Ａとして抽出する。
9 (a) and 9 (b) show a calculation example of the determination value A of the resonance amplitude in step S5045. In the case of the
そして、上記のステップＳ５０４２〜Ｓ５０４６のループにおいて、全ての周期において立上りｐ−ｐおよび立下りｐ−ｐの各振幅を求め、そのうちの最大値を当該関節の共振振幅の判定値Ａとして算出する。 Then, in the loop of steps S5042 to S5046 described above, the amplitudes of the rising pp and the falling pp are obtained in all the cycles, and the maximum value among them is calculated as the determination value A of the resonance amplitude of the joint.
図８のステップＳ５０５以降の処理は、図５で説明したものと同じであり、上記のようにして算出した共振振幅の判定値Ａと、基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）と、を比較してその結果に応じて通知ないし警告メッセージを出力するものである。 The processing of step S505 onward in FIG. 8 is the same as that described in FIG. 5, the compares the determination value A of the resonance amplitude was calculated as described above, the reference value A lim (s405), the A notification or warning message is output depending on the result.
この判定（Ｓ５０５）で用いる基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）としては、出力側エンコーダ１６で検出する値は角度情報であるから、例えばこの基準値（許容値）としては許容される角度誤差を用いることが考えられる。具体的には、基準値として減速機１１の角度伝達誤差の仕様値を用いることが考えられる。このような角度伝達誤差の仕様値は、減速機１１のカタログ仕様などとして公表されている値が利用できる場合がある。その場合にはカタログ公開値などを利用する、あるいは適当なマージンを加減算して、実際にその関節で用いる基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）を決定することができる。
As the criterion value A lim used in (S505) (s405), the value detected by the
なお、減速機１１は関節ごとに異なる品種を用いる場合があるから、この基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）もまた関節ごとに用意する必要がある。上記の図８のステップＳ５０４１では、当然ながら検査対象の関節について用意された基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）を基準値記憶部４０５から読出すことになる。また、基準値Ａｌｉｍ（ｓ４０５）としては、上記の角度伝達誤差の仕様値の他、要求されるロボットアーム１０１の手先の位置精度から対象の関節に要求される位置偏差を算出し、その位置偏差を基準値として用いてもよい。
Incidentally, the
以上のようにして、本実施例によれば、変速（減速）機の出力側の回転軸の回転角度を測定する出力側角度センサを介して測定した関節の共振振幅に応じて、ロボット装置の関節に配置された変速機の状態を精度よく迅速に判定することができる。このためロボット装置の部品交換判定などを迅速に行うことができ、ロボット装置の関節（変速機）を適切な状態に維持することができる、という優れた効果がある。 As described above, according to the present embodiment, according to the resonance amplitude of the joint measured via the output side angle sensor that measures the rotation angle of the output side rotation shaft of the transmission (deceleration), the robot device The state of the transmission arranged in the joint can be accurately and quickly determined. Therefore, it is possible to quickly determine the replacement of parts of the robot device, and it is possible to maintain the joint (transmission) of the robot device in an appropriate state, which is an excellent effect.
以上では、今回の診断処理（診断モード）で測定した共振振幅を基準値と比較することにより変速（減速）機の状態を診断処理（診断モード）ごとに診断する構成を示した。しかしながら、過去の診断処理で取得した共振振幅と現在（今回）の診断処理で取得した共振振幅との変化の様子（例えば変化率）を用いて変速（減速）機の状態を診断することも考えられる。このためには、例えば診断処理（診断モード）で測定した共振振幅をＨＤＤ２０４などに配置したデータベースに蓄積していく構成とする。そして、今回の診断処理（診断モード）で取得した関節の共振振幅と、過去の診断処理で取得した共振振幅から共振振幅の変化率を算出し、算出した変化率に基づき変速機の状態を診断する。例えば、変化率のしきい値を予め定めておき、このしきい値を超えるような（例えば急峻な）共振振幅の変化率が検出された場合に、変速機が損傷している、あるいは寿命が到来し交換が必要である、といった診断を行うことができる。
In the above, the configuration for diagnosing the state of the speed changer (deceleration) for each diagnostic process (diagnosis mode) is shown by comparing the resonance amplitude measured in the present diagnostic process (diagnosis mode) with the reference value. However, it is also conceivable to diagnose the state of the speed reducer (decelerator) using the state of change (for example, rate of change) between the resonance amplitude acquired in the past diagnostic process and the resonance amplitude acquired in the current (this time) diagnostic process. Be done. For this purpose, for example, the resonance amplitude measured in the diagnostic process (diagnosis mode) is stored in a database arranged in the
上記実施例に示したロボット装置の診断方法は、例えば各種の物品（工業製品）の製造に用いられる各種のロボットシステム（ロボット装置）に適用することができる。ロボットシステム（ロボット装置）の構成、例えばロボットアームの構成などは任意であり、２以上のリンクを結合する関節を有するロボットシステム（ロボット装置）であれば本発明の診断方法を実施することができる。本発明による診断方法を用いてロボットシステムの関節の診断を行えば、確実に関節の変速機の状態（故障や損傷の有無）を診断、確認することができ、関節（変速機）を適切な状態に維持することができる。このため、当該のロボットシステムを用いて、精度よく、また歩留まりよく対象の物品を製造することができる。 The method for diagnosing a robot device shown in the above embodiment can be applied to, for example, various robot systems (robot devices) used for manufacturing various articles (industrial products). The configuration of the robot system (robot device), for example, the configuration of the robot arm is arbitrary, and the diagnostic method of the present invention can be implemented as long as it is a robot system (robot device) having joints connecting two or more links. .. If the joints of the robot system are diagnosed using the diagnostic method according to the present invention, the state of the joint transmission (presence or absence of failure or damage) can be reliably diagnosed and confirmed, and the joints (transmission) can be appropriately diagnosed. Can be maintained in a state. Therefore, the target article can be manufactured with high accuracy and high yield by using the robot system.
また、上記実施例に示したロボット装置の診断方法は、より一般的には、回転駆動源（モータ）と変速機から成る回転駆動装置の診断方法と考えることもできる。その場合、上記実施例に例示した本発明の回転駆動装置の診断方法は、各種の回転駆動源（モータ）と変速機から成る回転駆動装置の診断方法として、種々の機械装置で実施することができる。 Further, the diagnostic method of the robot device shown in the above embodiment can be more generally considered as a diagnostic method of the rotary drive device including the rotary drive source (motor) and the transmission. In that case, the diagnostic method of the rotary drive device of the present invention exemplified in the above embodiment may be carried out by various mechanical devices as a diagnostic method of the rotary drive device including various rotary drive sources (motors) and a transmission. it can.
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給しそのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by processing. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
１…サーボモータ（モータ）、２…回転軸、１１…減速機（変速機）、１６…出力側エンコーダ（出力側角度検出手段）、１００…ロボット装置、１１１〜１１６…関節、２００…制御装置、２０１…ＣＰＵ（演算部）、２０４…ＨＤＤ（記憶部）、３００…ティーチングペンダント、４０２…実出力角演算部、４０３…角度情報記憶部、４０４…共振振幅演算部、４０５…基準値記憶部、４０６…関節状態判定部、４０７…検査用動作記憶部。 1 ... Servo motor (motor), 2 ... Rotating shaft, 11 ... Reducer (transmission), 16 ... Output side encoder (output side angle detecting means), 100 ... Robot device, 111-116 ... Joint, 200 ... Control device , 201 ... CPU (calculation unit), 204 ... HDD (storage unit), 300 ... teaching pendant, 402 ... actual output angle calculation unit, 403 ... angle information storage unit, 404 ... resonance amplitude calculation unit, 405 ... reference value storage unit , 406 ... Joint condition determination unit, 407 ... Motion storage unit for inspection.
Claims (17)
制御装置が、前記回転駆動源を駆動させて、前記第１の角度センサを用いて前記関節の共振の強度を取得する取得工程と、
前記制御装置が、前記取得工程で得た前記関節の共振の強度に応じて前記変速機の状態を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した、前記変速機の状態を出力する出力工程と、
を備えたことを特徴とする制御方法。 A rotary drive source, the control of the a transmission that is driven by a rotary drive source, the robot has a first angle sensor, the joint having a for detecting a relative angle between the input side and the output side of the transmission device In the method
The acquisition step in which the control device drives the rotational drive source and acquires the resonance intensity of the joint using the first angle sensor.
A detection step in which the control device detects the state of the transmission according to the resonance intensity of the joint obtained in the acquisition step.
An output process that outputs the state of the transmission detected in the detection process, and an output process that outputs the state of the transmission.
A control method characterized by being equipped with.
前記関節が共振する条件は、前記関節の姿勢の変化に応じて変化する固有振動数に対応することを特徴とする制御方法。 The control method according to any one of claims 1 to 10.
A control method characterized in that the condition for the joint to resonate corresponds to a natural frequency that changes in response to a change in the posture of the joint.
前記ロボット装置は複数の関節を有し、前記複数の関節の各々が、前記回転駆動源と、前記回転駆動源により駆動される変速機と、前記変速機の入力側と出力側との相対角度を検出する第１の角度センサと、を有し、 The robot device has a plurality of joints, and each of the plurality of joints has a relative angle between the rotation drive source, a transmission driven by the rotation drive source, and an input side and an output side of the transmission. Has a first angle sensor, which detects
前記関節が共振する条件は、前記複数の関節毎に異なることを特徴とする制御方法。 A control method characterized in that the conditions under which the joints resonate are different for each of the plurality of joints.
制御装置が、前記回転駆動源を駆動させて、前記第１の角度センサを用いて前記回転駆動装置の共振の強度を取得する取得工程と、
前記制御装置が、前記取得工程で得た前記回転駆動装置の共振の強度に応じて前記回転駆動装置の状態を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した、前記回転駆動装置の状態を出力する出力工程と、
を備えたことを特徴とする回転駆動装置の制御方法。 In a control method of a rotary drive device including a rotary drive source, a transmission driven by the rotary drive source, and a first angle sensor that detects a relative angle between an input side and an output side of the transmission.
Controller, said rotary driving source is driving movement, an acquisition step of acquiring the intensity of resonance of the rotation driving device using the first angle sensor,
A detection step in which the control device detects the state of the rotation drive device according to the resonance intensity of the rotation drive device obtained in the acquisition step.
An output step for outputting the state of the rotary drive device detected in the detection step, and an output step for outputting the state of the rotary drive device.
A method of controlling a rotary drive device, which is characterized by being provided with.
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