JP2020138305A - Robot control method, control device, program, storage medium, robot system and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、関節を有するロボット制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a robot control device having joints and a control method.
従来、工場等において、様々なロボット装置が使用されており、昨今においては、より複雑な動作を行わせるために関節を有するロボットアームを備えたロボット装置が広く普及している。 Conventionally, various robot devices have been used in factories and the like, and in recent years, robot devices equipped with robot arms having joints for performing more complicated movements have become widespread.
例えば、多軸多関節のロボットアームは、動作の自由度が高い分、作業中にロボットアームが周囲の構造物、例えばワークや工具等の他の物体と接触し、ロボットアームが損傷する恐れがある。特に、関節部に具備される減速機はデリケートな部品であり、損傷しやすいことが知られている。 For example, a multi-axis, articulated robot arm has a high degree of freedom of movement, so the robot arm may come into contact with surrounding structures, for example, other objects such as workpieces and tools, and the robot arm may be damaged during work. is there. In particular, the speed reducer provided in the joint portion is a delicate part and is known to be easily damaged.
減速機が損傷するとロボットアームの動作精度が悪化するため、所望の動作が出来なくなる他、ロボットが異常停止するといった問題が発生する。そのため、近年ロボットアームの減速機に対する様々な異常検知技術が提案されている。そのうちの1つに、ロボットに所定の動作をさせた際の振動の大きさに着目した方法がある。 If the speed reducer is damaged, the operation accuracy of the robot arm deteriorates, so that the desired operation cannot be performed and the robot stops abnormally. Therefore, in recent years, various abnormality detection techniques for the speed reducer of the robot arm have been proposed. One of them is a method focusing on the magnitude of vibration when a robot is made to perform a predetermined motion.
例えば、特許文献1では、関節のアクチュエータを、ロボットが最も共振する速度で、一定時間維持して、その際に発生するアームの振動を検出している。アームの振動は、モータトルク値から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異常を判断する技術が提案されている。 For example, in Patent Document 1, the actuator of the joint is maintained at the speed at which the robot resonates most for a certain period of time, and the vibration of the arm generated at that time is detected. A technique has been proposed in which vibration of an arm is detected using a torque fluctuation value calculated from a motor torque value, and an abnormality is determined by comparing the fluctuation width with a threshold value.
しかしながら、ロボットが最も共振する関節の駆動速度は、ロボットの個体差や関節の状態によって多少ずれることがわかっている。そのため、特許文献1の方法を実際に行う場合、一定速度の駆動を、速度を少しずつ変化させながら複数回行い、その中から最も共振が大きくなる点を探す必要があり、検査に時間がかかると言う課題があった。 However, it is known that the driving speed of the joint in which the robot resonates most varies depending on the individual difference of the robot and the state of the joint. Therefore, when the method of Patent Document 1 is actually performed, it is necessary to drive at a constant speed a plurality of times while changing the speed little by little, and to search for the point where the resonance is the largest from among them, which takes time for inspection. There was a problem called.
本発明は上記課題を鑑み、多関節ロボットの減速機状態を、短時間で診断可能なロボット診断方法、及びロボット診断装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a robot diagnosis method and a robot diagnosis device capable of diagnosing the speed reducer state of an articulated robot in a short time.
上記課題を解決するため、本発明においては
モータと減速機とを備えた関節部を具備するロボットを制御する制御方法は、前記関節部が共振する条件を含んだ駆動パラメータを継時的に変化させながら関節を駆動する駆動工程と、前記駆動工程で動作させている途中の、前記関節の共振振幅を取得する取得工程と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the present invention, the control method for controlling a robot having a joint portion including a motor and a speed reducer changes drive parameters including conditions for resonance of the joint portion over time. It is characterized by including a driving step of driving the joint while driving the joint, and an acquisition step of acquiring the resonance amplitude of the joint during operation in the driving step.
本構成を用いることで、ロボットの個体差や関節の状態によるばらつきにかかわらず、減速機の診断を、たとえば関節あたり1回の検査動作で行うことが可能となり、診断時間を短縮することが可能となる。 By using this configuration, it is possible to diagnose the reducer with, for example, one inspection operation per joint, regardless of individual differences in the robot and variations due to joint conditions, and it is possible to shorten the diagnosis time. It becomes.
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状態(劣化の状態も含む)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状態の検出は次のような原理に基づく。 In the present embodiment, the state of the speed reducer (including the state of deterioration) using the wave gear mechanism is diagnosed through the resonance phenomenon generated in the joint portion of the robot device. The detection of the state of the transmission of the joint through the resonance phenomenon of the joint 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, a resonance frequency f (Hz: natural frequency) as shown in the following equation (1) exists in a joint of a robot using a speed reducer using a wave gear.
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大きさや姿勢、手先に取り付ける物体の重さによって変化する。 Here, f is the resonance frequency (Hz: natural frequency) of the vibration system including the reduction gear, K is the spring constant of the reduction gear, and J is the load inertia (kgm2) of the load driven by the joint provided with the reduction gear. is there. 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 size changes depending on the size and posture of the robot arm and the weight of the object attached to the hand.
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に同期した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 synchronized with the resonance frequency f occurs in the vicinity of the drive 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る。角度伝達誤差が生じている状態で振動系が共振周波数に一致した場合、アームは正常な状態で共振する場合よりも、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, an angle transmission error occurs when another tooth periodically bites a tooth piece of a reduction gear that has been chipped due to a sudden overload such as a collision. When the vibration system matches the resonance frequency in the state where the angle transmission error occurs, the arm resonates more than when it resonates in the normal state.
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する。この変形が生じた状態で、振動系が共振周波数に一致した場合、やはりアームは正常な状態で共振する場合よりも大きく共振する。 Even if the gears are not damaged, if the speed reducer (whole) is distorted in an elliptical shape, the web generator, which is one of the components constituting the wave gear mechanism of the speed reducer, is periodically deformed. When the vibration system matches the resonance frequency in the state where this deformation occurs, the arm resonates more than when it resonates in the normal state.
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)に生じる共振の振幅を、例えばエンコーダや電流センサ、トルクセンサで測定し、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。特に、出力軸エンコーダは減速機出力側の回転ムラを直接検出することができるため、本診断を行ううえで出力軸エンコーダを活用することは好適である。そのため本実施例では出力軸エンコーダを用いた例を示すが、他にも入力側エンコーダやモータ電流値、トルク値、加速度センサを用いても検出は可能である。 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 due to the angle transmission error of the speed reducer. Therefore, the amplitude of resonance generated in the joint (reducer) of the robot arm is measured by, for example, an encoder, a current sensor, or a torque sensor, and this resonance amplitude is used as an index (reference) value according to the angle transmission error. The reducer can be diagnosed by comparing with the value. In particular, since the output shaft encoder can directly detect the rotation unevenness on the speed reducer output side, it is preferable to utilize the output shaft encoder in performing this diagnosis. Therefore, although an example using an output shaft encoder is shown in this embodiment, detection is also possible by using an input side encoder, a motor current value, a torque value, and an acceleration sensor.
また、本診断ではどの関節の減速機が損傷しているかを明確にするため、検査対象関節以外を停止させ、対象関節のみを動作させて行うことが望ましい。従って全関節の診断を行う場合は、関節ごとに、検査用の動作を実行する。 In addition, in order to clarify which joint reducer is damaged in this diagnosis, it is desirable to stop other than the joint to be inspected and operate only the target joint. Therefore, when diagnosing all joints, an operation for inspection is performed for each joint.
以下、図1〜8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。なお、本実施例では、出力軸エンコーダを用いた診断例を示す。 Hereinafter, with reference to the examples shown in FIGS. 1 to 8, the measurement and diagnosis of the joints of the robot device will be specifically described based on the above principle. In this embodiment, a diagnostic example using an output shaft encoder is shown.
図1から図3は、本発明を実施可能なロボットシステムの構成の一例を示している。図1はロボットシステム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 robot system in which the present invention can be implemented. FIG. 1 schematically shows the overall configuration of the robot system. FIG. 2 shows a cross-sectional structure in the vicinity of one joint of the robot system of FIG. Further, FIG. 3 shows the configuration of the
図1に示すように、ロボットシステムは、ワークWの組立てや製造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 robot system includes a
ロボットアーム100は、作業台に固定されるベース部101(基台)と、変位や力を伝達する複数のリンク102〜107と、各リンク102〜107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102とリンク103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100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
本ロボットシステムを稼働させ、下記に記載の制御方法を実行することで、ロボットシステムの安定稼働に寄与し、ひいてはこのロボットシステムで物品の製造を効率よく実行することが出来る。 By operating this robot system and executing the control method described below, it is possible to contribute to the stable operation of the robot system, and by extension, the manufacturing of articles can be efficiently executed by this robot system.
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)12と、サーボモータ12の出力を減速(変速)する減速機11を備えている(変速機)。また、サーボモータのモータ軸4の回転角度を検出する入力側角度センサとしての入力側エンコーダ8を備えている。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)は出力側角度センサとしての出力側エンコーダ10(ロータリエンコーダ)によって検出される。この入力側エンコーダ8、および出力側エンコーダ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
サーボモータ12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。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100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
減速機11は、入力部であるウェブジェネレータ1と、出力部であるサーキュラスプライン3と、ウェブジェネレータ1とサーキュラスプライン3との間に配置されたフレックススプライン2と、を備えている。ウェブジェネレータ1は、サーボモータ12の回転軸4の他端側に接続されている。サーキュラスプライン3は、リンク103に接続されている。フレックススプライン2は、リンク102に連結されている。つまり、サーボモータ12の回転軸4とウェブジェネレータ1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2とリンク103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12の回転軸4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102とリンク103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)10は、減速機11の出力側に設けられており、リンク102とリンク103との相対角度を検出する。具体的には、出力側エンコーダ10は、関節112の駆動(リンク102とリンク103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に出力する。リンク102とリンク103との間には、クロスローラベアリング9が設けられており、リンク102とリンク103とは、クロスローラベアリング9を介して回転自在に連結されている。
The output side encoder (output side angle sensor) 10 is provided on the output side of the
図3は制御装置200を中心としたロボットシステムの内部ブロック図である。制御装置200は可搬型または据え置き型のコンピュータで構成されている。内部に通信バス210があり、各種の計算処理用のCPU216やRAM217、制御用のプログラム219を格納するROM218が通信で接続されている。制御用のプログラム219としては、ロボットシステム全体を制御するためのプログラムだけでなく、CPUが読み込み実行することで、下記で示す検査を実行可能にするためのプログラムも記憶されている。またI/F(211−215)を介してロボット100の入力側エンコーダ8や出力軸エンコーダ10、サーボモータ12、ティーチングペンダント300の操作ボタン312や表示部311が通信で接続されている。
FIG. 3 is an internal block diagram of a robot system centered on the
制御用のプログラム219を格納する媒体としては、ROM218に限らず、ハードディスクや半導体メモリ、光ディスクや光磁気ディスク等の記録媒体であってもかまわない。
The medium for storing the
ユーザはTP操作ボタン312を介して指示を入力し、それに応じてプログラム205が呼び出され、サーボ制御装置201を介してロボット100のサーボモータ12を制御する構成となっている。この時CPU216は、サーボ制御装置201を制御し、モータを駆動制御する駆動制御部の役割も担う。
The user inputs an instruction via the
次に、診断を行う際の構成、及び流れについて、図4〜図8を用いて説明する。 Next, the configuration and flow for performing the diagnosis will be described with reference to FIGS. 4 to 8.
図4は診断を行う際にユーザが診断の設定を行う診断モードUIを示した図である。UIはティーチングペンダント300上の表示部311に表示される。画面(a)上の「診断」ボタンを押すとロボットシステムは診断モードに移行し、表示部311には診断設定を行う画面(b)が表示される。ユーザはここで減速機の診断を実施したい軸を選択することができ、スタートボタンを押すことで、選択した軸について診断を開始する。
FIG. 4 is a diagram showing a diagnosis mode UI in which the user sets the diagnosis when performing the diagnosis. The UI is displayed on the
終了すると、各関節の診断結果画面(c)が表示部311に表示される。ここでは、所定の基準値に対する%が中央列に、100%以内であれば異常なし(OK)、超過していれば以上あり(NG)の判定が右列に表示され、軸ごとに診断結果がわかるようになっている。また、診断設定を行う画面の「履歴参照」ボタンを押すと、過去の診断結果の推移がグラフ画面(d)に表示され、各軸診断結果の傾向がひと目で分かるようになっている。
When finished, the diagnosis result screen (c) of each joint is displayed on the
図5は、診断を行う際のデータの流れを示した図である。図5中、制御装置200内の矩形は、CPU216が実行する機能をハードウェア的に示した各種の制御部や、または実際のハードウェアを示している。
FIG. 5 is a diagram showing a flow of data when performing a diagnosis. In FIG. 5, the rectangle in the
TP操作ボタン312からの入力S312によって診断モードが起動される。そして、診断すべき関節が選択されると、検査用動作生成部207は関節に応じた検査用動作を生成するか、生成済みの検査用動作を読み込み、サーボ制御装置201及び共振振幅演算部204に出力する(S207)。ここで、共振振幅演算部204に検査用動作情報S207を出力するのは、共振振幅演算部におけるデータ処理にて検査用動作情報S207を使用するためである。サーボ制御装置201は、出力された検査用動作情報S207をもとに電流S201を制御し、サーボモータ12を駆動する。この時、モータ軸4の回転位置を検出する入力側エンコーダ8によって検出された入力側角度情報S8と、出力軸エンコーダ10で検出した減速機11の出力側の角度情報S10を、定期的に駆動データ記録部203に出力する。この時間間隔は、ロボットの共振振幅を正確に記録するために共振周波数の10倍程度以下とすることが望ましい。例えば、共振周波数が20Hzの場合、200Hz=5msec周期以下の間隔となる。
The diagnostic mode is activated by the input S312 from the
検査用動作が終了すると、駆動データ記録部203は記録された一連の角度情報S8およびS10を検査データS203として共振振幅演算部204に出力する。共振振幅演算部204は、得られた検査データS203と、検査用動作情報S207から判定値Aを求め、減速機状態判定部205へ出力(S204)する。減速機状態判定部205は基準値記憶部206から読み込んだ基準値S206と、前記判定値A(S204)を比較し、減速機の状態を診断し、ティーチングペンダントの表示部311に診断結果S205を表示する。
When the inspection operation is completed, the drive
図6は速度範囲をスイープする検査用動作の生成方法を示した図である。ステップS601では、共振周波数fを求めるために対象関節にかかる慣性モーメントmを計算する。ロボットの共振周波数fは手先に取り付けたハンド部の負荷や姿勢によって変化するため、それらをもとに算出する。次にステップS602において、求めた慣性モーメントmを用いて前記(1)式より対象関節の共振周波数fを計算する。また、同じ条件による実験にて共振周波数fを予め求めておいてもよい。 FIG. 6 is a diagram showing a method of generating an inspection motion for sweeping a speed range. In step S601, the moment of inertia m applied to the target joint is calculated in order to obtain the resonance frequency f. Since the resonance frequency f of the robot changes depending on the load and posture of the hand portion attached to the hand, it is calculated based on these. Next, in step S602, the resonance frequency f of the target joint is calculated from the above equation (1) using the obtained moment of inertia m. Further, the resonance frequency f may be obtained in advance by an experiment under the same conditions.
次にステップS603にて前記ステップS602で求めた共振周波数fの1/2もしくは整数倍に一致する対象関節の減速機入力側回転数Rを計算し、それに応じた関節の動作速度sを求める。ここで、減速機入力側回転数Rは、共振周波数fの1/2に一致する値とすることが望ましい。これは波動歯車減速機の構造に由来する。すなわち、フレクススプライン2はサーキュラスプライン3と2点で接触しているため、フレクススプライン1回転につき2回の振動が発生することによる。共振周波数と減速機による加振が1:1、すなわち共振周波数と減速機入力側回転数が2:1となる回転数は、共振現象が最も大きく発生するため、測定しやすいからである。
Next, in step S603, the speed reducer input side rotation speed R of the target joint that matches 1/2 or an integral multiple of the resonance frequency f obtained in step S602 is calculated, and the operating speed s of the joint corresponding to this is calculated. Here, it is desirable that the speed reducer input side rotation speed R has a value corresponding to 1/2 of the resonance frequency f. This is due to the structure of the strain wave gearing reducer. That is, since the
次のステップS604では速度範囲を設定する。この速度範囲は、前ステップS603で求めた関節の動作速度sを含むことを条件とし、個体差や関節の状態によるばらつきをカバー可能な範囲で設定することが望ましい。この範囲の幅は、動作速度sを中心として、予め装置に決めておいた幅を適用すればよい。次のステップでは、前ステップS604で設定した速度範囲をカバーするように関節の動作速度を継時的に変化させる動作速度プロファイルを設定する。この時、対象関節の可動範囲が許容された範囲を超えないよう、動作時間を調整する必要がある。また、確実に共振を測定できるように、速度変化を可能な限り緩やかにすることが望ましく、したがって動作時間は、可能な限り長くとることが好ましい。 In the next step S604, the speed range is set. It is desirable that this speed range be set within a range that can cover individual differences and variations due to joint conditions, provided that the joint operating speed s obtained in the previous step S603 is included. As the width of this range, a width determined in advance for the apparatus may be applied centering on the operating speed s. In the next step, an operating speed profile that changes the operating speed of the joint over time so as to cover the speed range set in the previous step S604 is set. At this time, it is necessary to adjust the operating time so that the movable range of the target joint does not exceed the allowable range. In addition, it is desirable to make the speed change as slow as possible so that the resonance can be measured reliably, and therefore it is preferable to take the operating time as long as possible.
また、図では速度範囲の低速側から高速側に向けて直線的に変化するプロファイルとなっているが、高速側から低速側に向かうようなプロファイルでも良いし、直線的な変化でなくても良い。例えば、関節速度sの近傍では速度変化を緩やかにするなど非線形的に変更してもよいし、ある程度短時間の一定時間ごとに不連続で段階的に速度を変更するようにしてもよい。つまり、ロボットアームを動かしながら、ロボットアームが停止せずに速度が変化できる期間が存在するようにすると好適である。 Further, in the figure, the profile changes linearly from the low speed side to the high speed side of the speed range, but the profile may change from the high speed side to the low speed side, or may not change linearly. .. For example, in the vicinity of the joint speed s, the speed may be changed non-linearly, such as by slowing the speed change, or the speed may be changed stepwise discontinuously at regular intervals for a short period of time. That is, it is preferable that there is a period in which the speed can be changed without stopping the robot arm while moving the robot arm.
このようにして生成された検査用動作は、対象関節が共振する関節速度sを含み、個体差や関節の状態によるばらつきを含んだ範囲を一度の動作でカバーできるものとなっている。 The inspection motion generated in this way includes the joint speed s at which the target joint resonates, and can cover a range including individual differences and variations due to the joint state with a single motion.
なお、本実施例の説明では、減速機入力側回転数Rで動かしたときの関節の動作速度をsと、検査の条件としてsを含むような速度範囲を設定するとして説明したが、速度の代わりに、他のパラメータを定義手もよい。たとえば回転式のモータや減速機の単位時間当たりの回転数でもよいし、関節の単位時間当たりの回転角度などでも良い。すなわち、関節が共振を起こすような駆動条件、駆動パラメータと読み替えることが出来、そして関節部が共振する条件を動作範囲に含むように、駆動パラメータを継時的に変化させながら関節を駆動すればよい。 In the description of this embodiment, the operating speed of the joint when moved at the speed reducer input side rotation speed R is set to s, and a speed range including s is set as an inspection condition. Alternatively, you may define other parameters. For example, the number of rotations per unit time of a rotary motor or speed reducer may be used, or the rotation angle of joints per unit time may be used. That is, if the drive conditions and drive parameters that cause the joints to resonate can be read, and the joints are driven while changing the drive parameters over time so that the conditions for the joints to resonate are included in the operating range. Good.
図7は、生成した検査用動作を用いて測定を行うフローを示した図である。 FIG. 7 is a diagram showing a flow of measuring using the generated inspection operation.
診断を行う場合、図4(a)のUI画面で、「診断」ボタンを押すことでロボットが診断モードに入る。ステップS701にて、図4(b)のUI画面を用いて、診断を行う関節をユーザが指定する。ステップS702は前記ステップS701で選択された関節の基準値S206を読み込むとともに、図6のフローに従って関節ごとに検査用の動作を生成する。もしくは生成済みの動作を記憶していれば、それを読み込むようにしてもよい。 When performing a diagnosis, the robot enters the diagnosis mode by pressing the "diagnosis" button on the UI screen of FIG. 4 (a). In step S701, the user specifies the joint to be diagnosed using the UI screen of FIG. 4B. In step S702, the reference value S206 of the joint selected in step S701 is read, and an operation for inspection is generated for each joint according to the flow of FIG. Alternatively, if the generated operation is memorized, it may be read.
次にステップS703にて、読み込んだ動作を実行(S703a)と平行して、駆動パラメータを継時的に変化させながら関節を駆動している途中の入力側エンコーダ8の角度値S8および出力軸エンコーダ10の角度値S10を駆動データ記録部203に記録する(S703b)。S704では、検査対象の関節が残っているかを判断し、検査対象の関節が残っている場合はステップS703に戻り、以下同様に検査用動作の実行と角度情報の記録を繰り返す。対象関節全てについて検査用動作を終了すると、ステップS705にて、後述するデータ処理を行い、判定値Aを求める。ステップS706にて前記ステップS705にて算出された判定値Aと基準値S206を比較して減速機の状態について診断を行う。最後にステップS707にて診断結果が画面図4(c)のように表示され、診断モードは終了する。
Next, in step S703, the angle value S8 of the
図8は、前記ステップS705で、CPUが、振動振幅の最大値としての判定値Aを算出し取得する方法を示した図である。 FIG. 8 is a diagram showing a method in which the CPU calculates and acquires the determination value A as the maximum value of the vibration amplitude in step S705.
共振振幅算出部204では駆動データ記録部203から送られた検査データS203(すなわち入力側エンコーダの角度情報S8と、出力軸エンコーダの角度情報S10との差分)から判定値Aを算出する。
The resonance
作成した速度プロファイルに従って対象関節を動作させた際に得られた一連の出力軸の角度情報S10から、入力軸の角度情報S8を差し引くと、減速機の角度伝達誤差としての共振振幅を取得することができる(図8)。前記診断原理から、共振時の角度伝達誤差は減速機に発生した損傷の大きさに比例するとみなせる。前記速度プロファイルは、検査対象の関節が最も共振する速度を含むため、共振により強制的に角度伝達誤差を振動振幅に発現させることができると同時に、ロボットの個体差や関節の状態による共振速度の変化にも対応することができる。従って、算出した角度伝達誤差のうちプラス側最大値もしくはマイナス側最大値のいずれか大きい方(図8矢印部)、すなわち、振動振幅の最大値を判定値Aとする。 When the angle information S8 of the input shaft is subtracted from the series of output shaft angle information S10 obtained when the target joint is operated according to the created velocity profile, the resonance amplitude as the angle transmission error of the reducer is obtained. Can be done (Fig. 8). From the above diagnostic principle, the angle transmission error at resonance can be regarded as proportional to the magnitude of damage generated in the reducer. Since the velocity profile includes the velocity at which the joint to be inspected resonates most, it is possible to forcibly express an angle transmission error in the vibration amplitude by resonance, and at the same time, the resonance velocity due to individual differences of the robot and the state of the joint. It can respond to changes. Therefore, of the calculated angle transmission errors, the larger of the plus side maximum value and the minus side maximum value (arrow portion in FIG. 8), that is, the maximum value of the vibration amplitude is set as the determination value A.
以上のようにして得られた判定値Aと、対応する基準値S206とを、減速機状態判定部205で比較する。判定値Aと比較する基準値には、たとえば、減速機のカタログ値に記載された仕様値を用いる方法がある。すなわち、減速機メーカーが設定する仕様値を超えた場合、異常が発生していると判定する。また、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。
The determination value A obtained as described above and the corresponding reference value S206 are compared by the speed reducer
以上のようにして、本実施例によれば、ロボットの個体差や関節の状態によるばらつきにかかわらず、減速機の状態診断を、関節あたり1回の検査動作で行うことも可能となり、診断時間を短縮することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to diagnose the state of the speed reducer with one inspection operation per joint regardless of the individual difference of the robot and the variation due to the state of the joint, and the diagnosis time. Can be shortened.
12 サーボモータ(モータ)
11 減速機(変速機)
1 ウェブジェネレータ
2 フレクススプライン
3 サーキュラスプライン
8 入力側エンコーダ(モータ軸角度検出手段)
10 出力軸エンコーダ(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
216 CPU(演算部)
217 ROM(記憶部)
300 ティーチングペンダント
311 表示部
203 駆動データ記録部
204 共振振幅演算部
206 基準値記憶部
405 減速機状態判定部
207 検査用動作生成部
s8 入力側エンコーダパルス
s10 出力軸エンコーダパルス
s203 検査データ
s204 判定値A
s206 判定用基準値
s207 検査用動作情報
1000 ロボットシステム
12 Servo motor (motor)
11 Reducer (transmission)
1
10 Output axis encoder (output side angle detection means)
100 Robot device 111-116
217 ROM (storage unit)
300
s206 Judgment reference value s207 Inspection operation information 1000 Robot system
Claims (18)
前記関節部が共振する条件を含んだ駆動パラメータを継時的に変化させながら関節を駆動する駆動工程と、
前記駆動工程で動作させている途中の、前記関節の共振振幅を取得する取得工程と、
を備えたことを特徴とするロボット装置の制御方法。 It is a control method for controlling a robot having a joint portion including a motor and a speed reducer.
A drive process that drives the joint while changing the drive parameters including the condition that the joint resonates over time.
An acquisition process for acquiring the resonance amplitude of the joint during operation in the drive process, and
A method of controlling a robot device, which is characterized by being equipped with.
前記取得工程において、前記出力側角度センサおよび前記入力側角度センサの出力する角度情報の差分に基づき、共振振幅を取得することを特徴とする請求項1ないし6に記載の制御方法。 The joint is provided with an output side angle sensor that measures the rotation angle of the rotation shaft on the output side of the reduction gear and an input side angle sensor that measures the rotation angle of the rotation shaft on the input side of the reduction gear. ,
The control method according to claim 1 to 6, wherein in the acquisition step, the resonance amplitude is acquired based on the difference between the angle information output by the output side angle sensor and the input side angle sensor.
前記関節部が共振する条件を含んだ駆動パラメータを継時的に変化させながら関節を駆動する駆動制御部と、
前記駆動制御部に前記関節を動作させている途中の、前記関節の共振振幅を取得する取得手段と、
を備えたことを特徴とするロボット装置の制御装置。 A control device that controls a robot having joints equipped with a motor and a speed reducer.
A drive control unit that drives the joint while changing the drive parameters including the conditions under which the joint resonates over time.
An acquisition means for acquiring the resonance amplitude of the joint while the drive control unit is operating the joint,
A control device for a robot device, which is characterized by being equipped with.
前記取得手段は、前記出力側角度センサおよび前記入力側角度センサの出力する角度情報の差分に基づき、共振振幅を取得することを特徴とする請求項8ないし13のいずれか1項に記載の制御装置。 The joint is provided with an output side angle sensor that measures the rotation angle of the rotation shaft on the output side of the reduction gear and an input side angle sensor that measures the rotation angle of the rotation shaft on the input side of the reduction gear. ,
The control according to any one of claims 8 to 13, wherein the acquisition means acquires the resonance amplitude based on the difference between the angle information output by the output side angle sensor and the input side angle sensor. apparatus.
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