JP7162201B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット装置に関するものである。

従来より、ティーチングプレイバック方式と呼ばれる、予め設定された動作プログラムに基づいてその動作を再現することで、溶接作業や製品の搬送作業などを行う産業用ロボットが知られている。

ところで、このようなロボットでは、一般に、予め設定された動作しか行うことができず、例えば、ロボットやその搭載物、把持物の衝突などの想定外の異常事態が発生した場合には、動作プログラムでは対処することができない。そのため、異常が発生した当時の状況を、ユーザーが後から把握できるようにしておく必要がある。

特許文献１には、数値制御装置の稼働情報を、現時点から、記憶容量の許す限り以前まで、時系列に従って記録しておくことで、必要な場合に読み出して、その変化をたどることができるようにした構成が開示されている。

特許文献２には、ロボットからの指令により対象物の位置、あるいは、位置及び姿勢を計測して計測結果をロボットに転送する視覚センサを備え、予め定義されたアラームが稼働中のロボットに発生すると、アラームの発生を視覚センサに通知するとともに、その時点のロボットの稼働状況をロボット履歴情報として記録するようにしたロボット装置が開示されている。

特開昭６２－１４３１０５号公報 特許第３８３４３０７号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、システムダウン等の異常が発生したときに、空きデータブロックリストに連なるデータブロックを順に読み出すことで、システムダウン発生までの稼働情報を知ろうとするものであり、原因の究明に時間がかかるという問題がある。

また、特許文献２の発明は、ロボットに異常が発生したときに、ロボットの稼働状況を示すデータを記録しようとするものであり、異常が発生した瞬間の時刻や実行されていたプログラム、ロボットの位置などの限られた情報しか知ることができない。そのため、具体的な原因や異常の発生に至る過程を知ることが困難であった。

例えば、ロボットを溶接用途に使用する場合には、製品の良否に影響を及ぼす溶接条件などの時系列の情報が不足しており、異常発生の原因究明が困難であった。また、異常発生の原因が、人為的ミスやソフトウェアバグ等の複合的な要因によるものである場合にも、異常発生の瞬間の状況が分かるだけでは原因究明が困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットに異常が発生した場合に、その異常発生の原因究明を容易に行うことができるようにすることにある。

本開示の態様は、所定の動作を周期的に繰り返すようにロボットを制御して、該ロボットの稼働状況を示す稼働情報を記録するロボット装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の態様は、前記ロボットの通常動作時における１周期分の前記稼働情報を記録する通常時データ記録部と、
所定のトリガ条件が発生したかを判断する判断部と、
前記トリガ条件が発生したと判断された場合に、少なくとも該トリガ条件が発生した時点の前記稼働情報を記録するトリガ時データ記録部と、
前記通常時データ記録部及び前記トリガ時データ記録部にそれぞれ記録された前記稼働情報を表示する表示部とを備えたことを特徴とするものである。

第１の態様では、ロボットの通常動作時における１周期分の稼働情報は、通常時データ記録部に記録される。そして、所定のトリガ条件が発生したと判断されると、少なくともトリガ条件が発生した時点の稼働情報がトリガ時データ記録部に記録される。そして、通常時データ記録部及びトリガ時データ記録部にそれぞれ記録された稼働情報が表示部に表示される。

これにより、例えば、ロボットの動作に異常が発生した場合に、トリガ時データ記録部に記録されている稼働情報と、通常時データ記録部に記録されている稼働情報とを比較することで、異常発生に至る過程、異常発生時の状況や経過を確認することができ、異常発生からの復旧や原因究明を効率的に行うことができる。

このとき、例えば、通常時の稼働情報と、トリガ時の稼働情報とをグラフ表示して重ね合わせたり、横並びに表示する等して、両者が比較し易くなるように表示すれば、ユーザーが異常発生の原因究明を視覚的に判断して容易に行うことができる。

なお、稼働情報としては、例えば、ロボットの機種名、ロボットの姿勢（位置情報）、溶接波形（電流、電圧、モータ電流）、サーボモータの負荷情報、エラー内容を示すコード、溶接の品質情報、実行プログラムの情報、プログラムの実行回数、生産情報、プログラム開始からの経過時間、ロボットの稼働時間などを含んでいてもよい。

第２の態様は、第１の態様において、
前記ロボットの１周期分の動作中に発生した前記トリガ条件の発生タイミングを記録するタイミング記録部を備え、
前記判断部は、次回以降の前記ロボットの１周期分の動作中に、前記発生タイミングと同じタイミングで前記トリガ条件が発生したと判断するように構成されていることを特徴とするものである。

第２の態様では、ロボットの１周期分の動作中に発生したトリガ条件の発生タイミングを記録して、次回以降のロボットの１周期分の動作中に、同じタイミングでトリガ条件が発生したと判断するようにしている。

具体的に、ロボットの動作に異常が発生した後でロボットを復旧させ、再度、ロボットを動作させたときには、前回と同じタイミングで異常が発生する可能性が高い。そのため、前回と同じタイミングでトリガ条件を発生させ、トリガ条件が発生した時点の稼働情報を記録するようにしている。これにより、異常が発生し易いタイミングでの稼働情報が蓄積されるので、異常発生からの復旧や原因究明を効率的に行うことができる。

第３の態様は、第１又は２の態様において、
前記ロボットは、複数台設けられ、
前記通常時データ記録部は、複数の前記ロボットの通常動作時における１周期分の前記稼働情報を記録するように構成され、
前記判断部は、複数台の前記ロボットのうち少なくとも１台において前記トリガ条件が発生したかを判断するように構成され、
前記トリガ時データ記録部は、前記トリガ条件が発生したと判断された場合に、少なくとも該トリガ条件が発生した時点の前記稼働情報を記録するように構成されていることを特徴とするものである。

第３の態様では、複数のロボットの通常動作時における１周期分の稼働情報は、通常時データ記録部に記録される。そして、複数台のロボットのうち少なくとも１台において所定のトリガ条件が発生したと判断されると、少なくともトリガ条件が発生した時点の稼働情報がトリガ時データ記録部に記録される。

このようにすれば、複数台のロボットが同時に作業を行っていた場合に、個々のロボットが記録しているエラー履歴だけでは知ることができなかった、異常が発生した当時のロボットの位置関係や周辺機器の状況を、複数の稼働情報に基づいて把握することができる。

本開示の態様によれば、ロボットの動作に異常が発生した場合に、その異常発生の原因究明を容易に行うことができる。

図１は、本実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。 図２は、コントローラの内部構成を示すブロック図である。 図３は、サーバーの内部構成を示すブロック図である。 図４は、トリガ時データ記録部に稼働情報の一部を記録する手順を説明する概略図である。 図５は、ロボットの通常動作時における１周期分の稼働情報を取得する手順を示すフローチャート図である。 図６は、ロボットの１周期分の動作中のどのタイミングでトリガ条件が発生したかを取得する手順を示すフローチャート図である。 図７は、通常時の稼働情報と、トリガ時の稼働情報とを比較表示するための手順を示すフローチャート図である。 図８は、トリガ条件が発生した後、次回以降のロボットの１周期分の動作中に、同じタイミングで稼働情報を記録するための手順を示すフローチャート図である。 図９は、その他の実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、ロボット装置１０は、監視対象としてのロボット１と、ロボット１の稼働状況を示す稼働情報を受信して処理する情報処理装置としてのサーバー６とを備えている。

ロボット１は、複数のサーボモータ１ａを有する多軸の多関節型ロボットで構成されている。ロボットアーム１ｂの先端部には、溶接用のトーチ１ｃや図示しないワイヤ送給装置が取り付けられている。なお、関節軸数や水平多関節型、垂直多関節型等のロボット１の構成は、用途に合わせて適宜選択すればよい。

ロボット１には、コントローラ２が接続されている。コントローラ２には、ティーチペンダント３、溶接制御部４、外部機器１５（図２参照）が接続されている。コントローラ２は、ティーチペンダント３、溶接制御部４、外部機器１５との間でデータの送受信を行う。ここで、外部機器１５は、例えば、各種センサや警報ランプ等である。

ティーチペンダント３は、ユーザーがロボット１の動作や溶接条件などを定義したり、コントローラ２から送信されたロボット１の情報を表示するための装置である。なお、ティーチペンダント３とコントローラ２とは、有線通信又は無線通信の何れで接続されていてもよい。また、ティーチペンダント３がコントローラ２に一体に設けられていてもよい。

溶接制御部４は、コントローラ２の処理に対応して制御信号を出力し、ロボット１に取り付けられた溶接用のトーチ１ｃやワイヤ送給装置の動作を制御する。なお、溶接制御部４は、コントローラ２と独立に構成されていてもよい。

コントローラ２は、ネットワークケーブル５を介してサーバー６に接続されている。なお、コントローラ２とサーバー６との接続形態は、イーサネット（登録商標）が一般的であるが、シリアル通信、パラレル通信、アナログ信号などを使用してもよい。また、ハブやルーターなどの中継機器を設けてもよい。また、コントローラ２とサーバー６とは、無線通信によって接続されていてもよい。

サーバー６には、表示モニタとしての稼働情報表示部１９が設けられている。稼働情報表示部１９には、ロボット１の稼働状況を示す稼働情報、例えば、ロボット１の現在位置を示す３Ｄデータ、溶接波形、動作ランプが表示されている。

また、ロボット１の稼働情報は、ロボット１の機種名、ロボット１の姿勢、サーボモータ１ａの負荷情報、エラー内容を示すコード、溶接の品質情報、プログラムの実行回数、生産情報、ロボット１の稼働時間などを含んでいてもよい。

図２に示すように、コントローラ２は、電源１４から電源制御部１３に供給された電力によって動作する。

ＣＰＵ８は、ティーチペンダント３からの指令、教示プログラムメモリ１１で実行された教示プログラム、記憶領域１２に記憶された所定の制御シーケンスに対応して、システム全体の制御を行う。

また、ＣＰＵ８は、ロボット１のサーボモータ１ａのドライバより送信された検出角度に基づいて、記憶領域１２に記憶されているサーボモータ１ａの特性やロボット１のアーム長などの値と順運動学演算とを用いて、直交座標系におけるロボット１のトーチ１ｃの先端位置を演算する。

入出力制御部９は、ＣＰＵ８の処理に対応して、コントローラ２に接続された外部機器１５の情報取得及び送信処理を行う。

通信インターフェイス部２ａは、電源１４が投入されてサーバー６との接続が確立された後で、ＣＰＵ８が収集したロボット１の稼働情報を一定間隔でサーバー６に対して送信する。

ここで、ロボット１の稼働状況を示す稼働情報としては、ロボット１の設定情報、現在位置、溶接条件、入出力情報など、コントローラ２が扱う情報のうち、必要なものを選択する。

図３に示すように、コントローラ２から送信されてきた稼働情報は、サーバー６の通信インターフェイス部６ａで受信され、監視アプリケーションとしての情報処理部７に含まれる稼働情報制御部１８に送られる。通信インターフェイス部６ａ及び情報処理部７の動作は、ＣＰＵ１６の指令に基づいて制御される。

稼働情報制御部１８は、記録内容設定部１７で設定された内容に応じて、稼働情報のデコードやフィルタリング等を行う。なお、記録内容設定部１７では、例えば、稼働情報を取得したいロボット１のＩＰアドレス等を指定したり、稼働情報の受信間隔を設定する。

稼働情報制御部１８は、稼働情報表示部１９に対して稼働情報を送信して、ユーザーに対して稼働情報の提示を行うとともに、一時データ記録部２０に対して稼働情報を送信する。

図４に示すように、一時データ記録部２０は、リングバッファ状の構造となっており、稼働情報制御部１８から新しい稼働情報を取得すると、一時データ記録部２０が記録している最も古い稼働情報のデータを消去する。これにより、一定量の稼働情報を常に保持することができる。

なお、一時データ記録部２０において常に保持するデータ量は、保存条件設定部２３で設定された内容、例えば、時間、サンプル数、データサイズなどの基準により決定する。

ここで、コントローラ２とサーバー６との通信時に、データの欠損や通信間隔の変動が発生する場合があるため、一時データ記録部２０にデータを格納する際は、時刻を表す識別子を付加する。なお、コントローラ２側で時刻を表す識別子を付加して送信してもよい。

ここで、ロボット１は、所定の動作を周期的に繰り返すように制御されている。そして、ロボット１の通常動作時における１周期分の稼働情報が、一時データ記録部２０から取り出され、通常時データ記録部２７に記録される。このようなロボット１の通常動作時における１周期分の稼働情報の記録は、ユーザーが任意のタイミングで行ってもよいし、教示プログラムの動作時に１回のみ自動的に行うようにしてもよい。

図３に示すように、保存制御部２１は、トリガ条件設定部２２で予め指定した状況と稼働情報制御部１８から通知される現在のロボット１の稼働状況を比較する。つまり、保存制御部２１は、所定のトリガ条件が発生したかを判断する判断部を構成している。ここで、トリガ条件とは、例えば、ロボット１の動作にエラーが発生した場合、入出力制御部９への変化が発生した場合、所定の稼働時間が経過した場合（例えば、１時間毎）である。

そして、保存制御部２１は、トリガ条件設定部２２で指定したトリガ条件が発生していると判断すると、トリガ条件が発生した時点を含む前後の所定時間分の稼働情報を、一時データ記録部２０のリングバッファから取り出し、トリガ時データ記録部２４に転送するように制御する。

ここで、ロボット１の１周期分の動作中に発生したトリガ条件の発生タイミング、つまり、ロボット１の１周期分の動作開始からトリガ条件が発生した時点までの経過時間が、タイミング記録部２８に記録される。タイミング記録部２８に記録された発生タイミングを示す情報は、次回以降のロボット１の１周期分の動作中に、前回と同じタイミングでトリガ条件を発生させるために用いられる。

図４に示すように、例えば、一時データ記録部２０のｎ番目の時点でトリガ条件が発生した場合、その時点より後のｎ＋ｋ番目までデータが格納されるのを待ち、過去のｎ－ｍ番目までのデータとともにトリガ時データ記録部２４に転送する。なお、ｋとｍは、保存条件設定部２３にて指定する。これにより、トリガ条件発生時の前後の稼働情報を保存することができる。

トリガ時データ記録部２４は、一時データ記録部２０と同様にリングバッファ状の構造となっており、記録されている稼働情報が所定容量以上となった場合に、保存日時の古いデータから順に消去する。これにより、一時データ記録部２０より転送されたデータのうち、最新の一定個数のデータを常に保持することができる。なお、稼働情報のファイル数が所定以上となった場合に、保存日時の古いファイルから順に消去するようにしてもよい。

図３に示すように、トリガ時データ記録部２４に保存されたデータと、通常時データ記録部２７に保存されたデータとは、再生処理部２５によって読み出され、稼働情報表示部１９に表示される。このとき、上述した時刻を表す識別子を元に表示の更新周期を調整して、記録された当時の時系列を再現するようにする。

ここで、稼働情報制御部１８より取得する現在の稼働情報と、再生処理部２５より取得する異常時の稼働情報とのどちらを表示するかは、稼働情報表示部１９において切り替え可能となっている。なお、稼働情報表示部１９とは別に再生専用の表示部を設けてもよい。

再生処理部２５の動作は、ユーザーが再生設定部２６によって指定することができる。好ましくは再生の一時停止や早送り、巻き戻し、再生箇所のシークができるようにする。

ここで、通常時データ記録部２７及びトリガ時データ記録部２４にそれぞれ記録された稼働情報を、稼働情報表示部１９に表示するのにあたって、例えば、通常時の稼働情報と、トリガ時の稼働情報とをグラフ表示して重ね合わせたり、横並びに表示すればよい。これにより、通常時の稼働情報とトリガ時の稼働情報とを比較し易くなり、ユーザーが異常発生の原因究明を視覚的に判断して容易に行うことができる。

以下、図５に示すフローチャート図を用いて、ロボット１の通常動作時における１周期分の稼働情報を取得する手順について説明する。

図５に示すように、ステップＳ１０１では、ロボット１のプログラム全体を実行して、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ロボット１の周期的な動作の開始から終了までの稼働情報を取得するとともに通常時データ記録部２７に記録して、処理を終了する。

次に、図６に示すフローチャート図を用いて、ロボット１の１周期分の動作中のどのタイミングでトリガ条件が発生したかを取得する手順について説明する。

図６に示すように、ステップＳ２０１では、ロボット１の稼働情報を取得して、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、取得した稼働情報を一時データ記録部２０に一時記録して、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、トリガ条件の確認を行い、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、トリガ条件が検出されたかを判定する。ステップＳ２０４での判定が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２０５に分岐する。ステップＳ２０４での判定が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０５では、トリガ条件が発生した時点を含む前後の所定時間分の稼働情報を、トリガ時データ記録部２４に記録して、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、トリガ条件が発生した発生タイミングを、タイミング記録部２８に記録して、処理を終了する。

次に、図７に示すフローチャート図を用いて、通常時の稼働情報と、トリガ時の稼働情報とを比較表示するための手順について説明する。

図７に示すように、ステップＳ３０１では、プログラム全体、つまり、ロボット１の１周期分の稼働情報の中から、トリガ条件が発生したタイミングでの稼働情報を切り出して、ステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、通常時の稼働情報と、トリガ時の稼働情報とを、稼働情報表示部１９に比較表示して、処理を終了する。

これにより、例えば、通常時の稼働情報と、トリガ時の稼働情報とをグラフ表示して重ね合わせたり、横並びに表示する等して、両者が比較し易くなるように表示することで、ユーザーが異常発生の原因究明を視覚的に判断して容易に行うことができる。

次に、図８に示すフローチャート図を用いて、トリガ条件が発生した後、次回以降のロボット１の１周期分の動作中に、同じタイミングで稼働情報を記録するための手順について説明する。

図８に示すように、ステップＳ４０１では、ロボット１の稼働情報を取得して、ステップＳ４０２に進む。

ステップＳ４０２では、取得した稼働情報を一時データ記録部２０に一時記録して、ステップＳ４０３に進む。

ステップＳ４０３では、トリガ条件の発生タイミングが不一致であるかを判定する。ステップＳ４０３での判定が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ４０４に分岐する。ステップＳ４０３での判定が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ４０６に分岐する。

ステップＳ４０４では、トリガ条件の確認を行い、ステップＳ４０５に進む。

ステップＳ４０５では、トリガ条件が検出されたかを判定する。ステップＳ４０５での判定が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ４０６に分岐する。ステップＳ４０５での判定が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ４０１に戻る。

ステップＳ４０６では、トリガ条件が発生した時点を含む前後の所定時間分の稼働情報を、トリガ時データ記録部２４に記録して、ステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０７では、トリガ条件が発生した発生タイミングを、タイミング記録部２８に記録して、処理を終了する。

このように、ロボット１の１周期分の動作中に発生したトリガ条件の発生タイミングを記録して、次回以降のロボット１の１周期分の動作中に、同じタイミングでトリガ条件が発生したと判断するようにしている。

具体的に、ロボット１の動作に異常が発生した後でロボット１を復旧させ、再度、ロボット１を動作させたときには、前回と同じタイミングで異常が発生する可能性が高い。そのため、前回と同じタイミングでトリガ条件を発生させ、トリガ条件が発生した時点の稼働情報を記録するようにしている。これにより、異常が発生し易いタイミングでの稼働情報が蓄積されるので、異常発生からの復旧や原因究明を効率的に行うことができる。

以上のように、本実施形態に係るロボット装置１０によれば、ロボット１の動作に異常が発生した場合に、トリガ時データ記録部２４に記録されている稼働情報と、通常時データ記録部２７に記録されている稼働情報とを比較することで、異常発生に至る過程、異常発生時の状況や経過を確認することができ、異常発生からの復旧や原因究明を効率的に行うことができる。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、ロボット１、サーバー６がともに１台の場合について説明したが、例えば、図９に示すように、複数台のロボット１とサーバー６とを、中継機器３０を介して接続するようにしてもよい。

そして、サーバー６では、複数台のロボット１に対応した複数の稼働情報を受信して処理する。具体的に、一時データ記録部２０は、複数の稼働情報を一定時間分だけ常に記録する。そして、複数のロボット１の通常動作時における１周期分の稼働情報が、一時データ記録部２０から取り出され、通常時データ記録部２７に記録される。

保存制御部２１は、複数台のロボット１のうち少なくとも１台においてトリガ条件が発生したかを判断する。トリガ条件が発生したと判断された場合に、トリガ時データ記録部２４は、一時データ記録部２０に記録されている複数の稼働情報からその一部を受け取って記録する。

このようにすれば、複数台のロボット１が同時に作業を行っていた場合に、個々のロボット１が記録しているエラー履歴だけでは知ることができなかった、異常が発生した当時のロボット１の位置関係や周辺機器の状況を、複数の稼働情報に基づいて把握することができる。

以上説明したように、本発明は、ロボットに異常が発生した場合に、その異常発生の原因究明を容易に行うことができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１ ロボット
１０ ロボット装置
１９ 稼働情報表示部
２１ 保存制御部（判断部）
２４ トリガ時データ記録部
２７ 通常時データ記録部
２８ タイミング記録部

Claims (2)

1. 所定の動作を周期的に繰り返すようにロボットを制御して、該ロボットの稼働状況を示す稼働情報を記録するロボット装置であって、
   前記ロボットの通常動作時における１周期分の前記稼働情報を記録する通常時データ記録部と、
   所定のトリガ条件が発生したかを判断する判断部と、
   前記トリガ条件が発生したと判断された場合に、少なくとも該トリガ条件が発生した時点の前記稼働情報を記録するトリガ時データ記録部と、
   前記通常時データ記録部及び前記トリガ時データ記録部にそれぞれ記録された前記稼働情報を表示する表示部と、
   前記ロボットの１周期分の動作中に発生した前記トリガ条件の発生タイミングを記録するタイミング記録部と、 を備え、
   前記判断部は、次回以降の前記ロボットの１周期分の動作中に、前記発生タイミングと同じタイミングで前記トリガ条件が発生したと判断するように構成されている ことを特徴とするロボット装置。
2. 請求項１において、
   前記ロボットは、複数台設けられ、
   前記通常時データ記録部は、複数の前記ロボットの通常動作時における１周期分の前記稼働情報を記録するように構成され、
   前記判断部は、複数台の前記ロボットのうち少なくとも１台において前記トリガ条件が発生したかを判断するように構成され、
   前記トリガ時データ記録部は、前記トリガ条件が発生したと判断された場合に、少なくとも該トリガ条件が発生した時点の複数の前記ロボットの前記稼働情報を記録するように構成されていることを特徴とするロボット装置。

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