JP2015184892A - 産業用ロボットシステムの監視装置、監視方法、および監視プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 人による作業を必要とする産業用のロボットと人による作業時間及び作業内容を把握して作業効率改善につなげることを目的とする。【解決手段】産業用ロボット1と、操作入力部21と、制御部22と、を備える産業用ロボットシステム100の作業状況を監視する監視装置2aである。監視装置2aは、動作プログラムに従ったロボット1の動作に基づいて用途対応作業及びメンテナンス作業のうちのロボット1が行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得する第１作業取得部23と、少なくとも起動操作又は停止操作に応じたロボット1の起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得する第２作業取得部24と、第１及び第２作業取得部23,24で取得した各作業データを記憶する記憶部26と、各作業データを出力するデータ出力部27と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、人による作業を必要とする産業用ロボットシステムの状況を監視する監視装置等に関する。

近年、産業用ロボットが多種多用な分野で実用化されている。産業用ロボットの中でも溶接ロボットは、特に需要が高い。例えば自動車の車体溶接ラインでは、薄板板金のスポット溶接を行うスポット溶接ロボットが使用されている。このような自動車生産ライン用のロボット制御システムは、運転中のオペレータのメンテナンス作業を省略して、運転開始から終了までを全自動化することが可能である。例えば特許文献１には、ロボット動作に支障がないようにネットワークで接続されたロボット制御システムが開示されている。

一方、建設機械、鉄骨フレーム、船舶用エンジンのフレーム等の大型の溶接構造物の溶接にはアーク溶接ロボットが使用される。このような大型構造物のアーク溶接ロボットは、厚板の溶接作業を行うため、運転開始から製品施工終了までに数時間を要し、その間にオペレータによるメンテナンス作業を必要とする。オペレータは、例えばワークの反転等のワーク姿勢変更作業、及び溶接施工途中でのノズル清掃作業等を行う。

特開２００４−３０６２００号公報

ところで、上述のようなアーク溶接ロボットシステムの作業効率を改善するためには、ロボットの作業時間及び作業内容、オペレータの作業時間及び作業内容の把握が必要となる。そこで、ロボットの本体及び作業状況をビデオ撮影して、撮影された動画を解析する方法が考えられる。

しかし、この方法では、解析には膨大な時間がかかるとともに、監視対象がロボット本体及び作業時間のみであって、オペレータの作業内容を正確に把握することはできないという課題があった。この課題は、アーク溶接ロボットに限らず、ロボット運転中に人による作業を必要とする産業用のロボットに共通する課題である。

そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、人による作業を必要とする産業用のロボットと人とによるそれぞれの作業時間及び作業内容を把握して作業効率改善につなげることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る産業用ロボットシステムの監視装置は、その用途に対応する１以上の作業（以下、用途対応作業という）を行い且つ１以上の人によるメンテナンス作業を必要とする産業用ロボットと、人による前記ロボットの起動操作又は停止操作を入力するための操作入力部と、前記操作入力部により入力された起動操作又は停止操作に応じて前記ロボットが起動又は停止し、且つ予め設定された動作プログラムに従って前記ロボットが前記用途対応作業を行うように前記ロボットの動作を制御する制御部と、を備える産業用ロボットシステムの作業状況を監視する監視装置であって、前記動作プログラムに従った前記ロボットの動作に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの前記ロボットが行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得する第１作業取得部と、少なくとも前記起動操作又は前記停止操作に応じた前記ロボットの起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得する第２作業取得部と、前記第１及び第２作業取得部で取得した各作業データを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された各作業データを出力するデータ出力部と、を備える。

上記構成によれば、人による作業を必要とする産業用ロボットシステムにおいて、データ出力部によって出力される各作業時間に基づいてロボットの作業に要した時間と共に人（オペレータ）の作業に要した時間を正確に把握することができるので、ロボットの稼働率及び人による無駄な作業の把握が容易になる。これにより、システム全体の作業効率の向上につなげることができる。

前記産業用のロボットは、アーク溶接ロボットであって、前記第１の作業データは、当該ロボットのアーク溶接動作におけるアークタイムを含んでもよい。

上記構成により、本システムをアーク溶接ロボットに適用した場合においてアークタイム率を計算し、作業効率の向上につなげることができる。例えば本システムを、船舶用のディーゼルエンジンのフレームブロック等の大型溶接構造物のアーク溶接ロボットに適用してもよい。

前記第１の作業データは、前記アーク溶接ロボットのセンシング動作のセンシング時間を含み、前記第２の作業データは、人が行う前記センシングの位置ずれ確認及び修正作業の作業時間及び修正量を含んでもよい。

一般に、大型溶接構造物を溶接するアーク溶接ロボットでは溶接前のタッチセンシング等のセンシング動作が必須となる。タッチングセンシングの位置ずれ確認及び修正作業とは、タッチセンシングにより検出した実際の狙い位置がワイヤの曲り等の影響でずれていないか目視で確認し、溶接トーチの先端位置のずれを修正する作業である。位置ずれは溶接品質へ与える影響が大きい。このため、一定の溶接品質を確保するためには、人による位置確認及び修正作業は有効な手段である。尚、センシング動作は、タッチセンシングのみならず、レーザセンシング、カメラ画像センシング等のその他の公知のセンサ技術を利用したセンシング動作を含む。

上記構成により、アーク溶接ロボットのセンシング動作に伴う現場オペレータによる位置ずれ確認及び修正作業に要した時間を正確に把握することができる。これにより、現場オペレータによる無駄な作業の把握及びその削減が容易になる。

また、狙い位置ずれ修正量を取得することで、狙い位置の修正傾向を把握して自動補正の補正データとして活用することができる。これにより、オペレータ作業を不要にできる。

前記第２の作業データは、人が行う溶接トーチのノズル清掃作業の作業時間を含んでもよい。上記構成により、現場オペレータによる溶接トーチのノズル清掃作業に要した時間を正確に把握することができるので、現場オペレータによる無駄な作業の把握及びその削減が容易になる。尚、ノズル清掃作業をロボットが自動で行う場合には、ロボットによるノズル清掃作業時間を取得してもよい。

前記第２の作業データは、人が行うワーク反転作業の作業時間を含んでもよい。上記構成により、現場オペレータによるワーク反転作業に要した時間を正確に把握することができるので、現場オペレータによる無駄な作業の把握及びその削減が容易になる。

前記第２の作業の着手が必要であることと、当該第２の作業の着手すべき時刻までの時間を外部に通知する作業通知部を更に備えてもよい。

上記構成により、別作業をしているオペレータがアーク溶接ロボットのセンシングの位置ずれ確認及び修正作業、ワーク反転作業、及びノズル清掃作業のためにロボット操作をするための準備ができ、リードタイムの短縮につなげることができる。例えば作業の着手すべき時刻までの時間をデジタル表示してカウントダウンさせるようにしてもよい。また、単に、着手に必要な時間（例えば１０分後に作業が必要である旨）を表示してもよい。

前記ロボットの前記第１の作業中に発生したエラー内容に関する情報を取得するエラー情報取得部と、前記エラー情報取得部により取得されたエラー内容を外部に通知するエラー通知部とを更に備えてもよい。

上記構成により、オペレータはロボットの作業中に発生したエラー内容に応じた適切な準備をして復旧作業に移行することができる。ここでロボットの第１の作業としては、アーク溶接、タッチセンシングの他にも自動ノズル清掃作業、又はエアカット動作を含んでもよい。

前記第２の作業データは、前記アーク溶接ロボットのエラー状態において、前記エラー通知部によりエラー内容を外部に通知した後、人が復旧作業に着手するまでの作業着手待ち時間及び人が行うエラー復旧作業の作業時間を含んでもよい。

上記構成により、アーク溶接ロボットの作業中にエラーが発生した場合であっても現場オペレータによるエラー復旧作業に要した時間を正確に把握することができるので、現場オペレータによる無駄な作業の把握及びその削減につながる。その他、エラー復旧作業の標準作業マニュアルの策定に役立てることができる。

前記エラー内容に関する情報は、エラー内容及び当該エラー発生場所に関する情報を含み、前記エラー情報取得部は、エラー発生場所ごとのエラー内容を示したエラー発生頻度マップを生成してもよい。上記構成により、エラー発生原因を究明し、その適切な対策につなげることができる。

前記エラー情報取得部は、前記エラー発生頻度マップを一定の期間毎に作成してもよい。上記構成により、エラー頻度の経時変化を把握することができるので、ロボットシステムにおけるハードウェアのメンテンナンス回数の最適化につなげることができる。エラー発生頻度マップは、例えば１ヶ月又は１年毎に作成又は更新してもよい。

前記エラー内容に関する情報は、エラー内容及び当該エラー発生までに行ったノズル清掃回数に関する情報を含み、前記エラー情報取得部は、エラーごとのノズル清掃回数に関するデータを生成してもよい。上記構成により、ノズル清掃回数の最適化につなげることができる。

前記エラー内容に関する情報は、エラー内容及び当該エラー発生時のトーチ姿勢に関する情報を含み、前記エラー情報取得部は、エラーごとのトーチ姿勢に関するデータを生成してもよい。上記構成により、トーチ姿勢の変更、又はトーチ姿勢の最適化につなげることができる。

本発明のその他の態様に係る産業用ロボットシステムの監視方法は、その用途に対応する１以上の作業（以下、用途対応作業という）を行い且つ１以上の人によるメンテナンス作業を必要とする産業用ロボットと、人による前記ロボットの起動操作又は停止操作を入力するための操作入力部と、前記操作入力部により入力された起動操作又は停止操作に応じて前記ロボットが起動又は停止し、且つ予め設定された動作プログラムに従って前記ロボットが前記用途対応作業を行うように前記ロボットの動作を制御する制御部と、を備える産業用ロボットシステムの作業状況を監視する監視方法であって、第１作業取得部により、前記動作プログラムに従った前記ロボットの動作に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの前記ロボットが行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、第２作業取得部により、少なくとも前記起動操作又は前記停止操作に応じた前記ロボットの起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、前記第１及び第２作業取得部で取得した各作業データを記憶部に記憶するステップと、データ出力部により、前記記憶部に記憶された各作業データを出力するステップと、
を含む。

本発明のその他の態様に係る産業用ロボットシステムの監視プログラムは、その用途に対応する１以上の作業（以下、用途対応作業という）を行い且つ１以上の人によるメンテナンス作業を必要とする産業用ロボットと、人による前記ロボットの起動操作又は停止操作を入力するための操作入力部と、前記操作入力部により入力された起動操作又は停止操作に応じて前記ロボットが起動又は停止し、且つ予め設定された動作プログラムに従って前記ロボットが前記用途対応作業を行うように前記ロボットの動作を制御する制御部と、を備える産業用ロボットシステムの作業状況を監視する監視方法を計算機に実行させる監視プログラムであって、第１作業取得部により、前記動作プログラムに従った前記ロボットの動作に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの前記ロボットが行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、第２作業取得部により、少なくとも前記起動操作又は前記停止操作に応じた前記ロボットの起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、前記第１及び第２作業取得部で取得した各作業データを記憶部に記憶するステップと、データ出力部により、前記記憶部に記憶された各作業データを出力するステップと、を計算機に実行させる。

尚、上記監視プログラムは、産業用ロボットシステムのロボット制御装置で実行されてもよい。つまり、監視プログラムをロボットの制御や操作入力等を実現する基本動作プログラムに追加することで、ロボット制御装置においてロボットシステムの監視機能を追加することができるので、追加機器の費用及びメンテナンスが不要であるとともに、カスタマイズもまた容易である。

本発明によれば、人による作業を必要とする産業用のロボットと人とによるそれぞれの作業時間及び作業内容を把握して作業効率改善につながるデータを取得することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る産業用ロボットシステムの監視装置を実装したシステムの構成図である。 図２は、図１の制御装置（監視装置）の具体的な構成を示すブロック図である。 図３は、図２の制御装置の外観を示す斜視図である。 図４は、図２の制御装置のロボット動作及び監視処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、図４のエラー発生時の処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、図２の制御装置（監視装置）に記憶された取得データの一例を示す表である。 図７は、図２の制御装置（監視装置）で収集された取得データの解析結果の一例を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。

［構成］
図１は本実施の形態に係る産業用ロボットシステムの監視装置を実装したシステムの構成図である。図１に示すように、産業用ロボットシステム（以下、単にロボットシステムといもう）１００は、ロボット１と、制御装置２と、溶接電源３と、ロボット移動装置４と、警報装置５と、表示装置６と、システム制御装置７と、データ収集装置８とを備える。尚、本実施の形態では、ロボットシステム１００の監視装置２ａは、制御装置２に実装される。

ロボット１は、人による作業が必要な産業用のロボットであれば特に限定されない。本実施の形態では、そのような典型的な産業用ロボットとして、アーク溶接ロボットが例示される。ロボット１は、先端に設置された溶接トーチ１１によってワークＷを溶接するアーク溶接ロボットである。ワークＷは、例えば、大型の溶接構造物である。ここでは例えば高さ５ｍ、板厚５０ｍｍの船舶用ディーゼルエンジンのフレームの部品ブロックである。溶接作業は、ワークＷの裏と表の両面について交互に行われる。本実施の形態では一対のロボット１が、アーク溶接に対応する１以上の作業（以下、用途対応作業という）を行う。本実施の形態のように、大型溶接構造物に用いられるロボット１では溶接前のタッチセンシング等のセンシング動作が必須となる。ここで用途対応作業は、溶接前のタッチセンシング動作及びアーク溶接動作を含む。尚、本実施の形態ではセンシング動作はタッチセンシングとしたが、ロボット１は、レーザセンシング、カメラ画像センシング等のその他の公知のセンサ技術を利用してセンシング動作を行ってもよい。

ロボット１は、厚板の多層盛溶接を行うため、運転開始から終了までに現場オペレータによる１以上のメンテナンス作業を必要とする。ここでメンテナンス作業とは、タッチングセンシング時の狙い位置のずれを確認及び修正する作業、溶接途中のノズル清掃作業、ブロックの反転作業を含む。

尚、タッチングセンシング時の狙い位置のずれを修正する作業とは、タッチセンシングにより検出した実際の狙い位置がワイヤの曲り等の影響でずれていないか確認し、溶接トーチ１１の先端位置のずれを修正する作業である。位置ずれは溶接品質へ与える影響が大きいため、一定の溶接品質を確保するためには、人による位置確認及び修正作業は有効な手段である。具体的には、溶接対象となる溶接線について、ティーチペンダントで代表的な教示位置を修正し、その修正量に基づいて他の教示点を変更する。

また、アーク溶接ロボットは溶接スラグによる通電不良、溶接ワイヤの送給性不良などの様々な要因によりエラーが発生し一時停止することがある。このため、上記メンテナンス作業には現場オペレータによるエラー復旧作業も含む。

制御装置２は、ロボット１の制御及びロボットシステム１００の監視を行う。本実施の形態では制御装置２は、２台のロボットコントローラで構成される。制御装置２は、計測した作業時間を含む監視データをログデータとして記録する。データ収集装置８は、制御装置２からデータを取得する。制御装置２は、例えば、マイクロコントローラ、ＰＬＣ(programmable logic controller)、プロセッサ等の制御器によって構成される。また、制御装置２は、集中制御を行う単独の制御器のみならず、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器によって構成されてもよい。

溶接電源３は、ロボット１の溶接トーチに電力を供給する。本実施の形態では、溶接電源３は、制御装置２により制御され、ロボット１の溶接トーチ１１及びワークＷに電力を供給するように構成されており、ロボット１は、溶接トーチ１１の先端とワークＷとの間に発生したアークによりワークＷを溶接施工する。

ロボット移動装置４は、ロボット１を移動させる機構を備える。本実施の形態では、ロボット移動装置４は、制御装置２によりモータ制御され、ロボット１の位置を上下、左右の各方向に移動させる。

警報装置５は、周囲の現場オペレータにロボット１がエラー状態にあることを通知する。本実施の形態では、警報装置５は、制御装置２からの信号により制御され、パトライト（登録商標）のライト及びメロディーホーンの警報によりエラーを通知する。その他の手段によりロボット１のエラーを通知してもよい。

表示装置６は、周囲の現場オペレータにロボット１の状態を表示する。警報装置５がエラー状態を通知するのに対し、表示装置６はエラー状態だけでなく正常な状態も表示する。本実施の形態では、表示装置６は、制御装置２からの信号に基づいてシステム制御装置７により制御され、電光表示灯で文字情報を表示して、現場オペレータにロボット１の状態を通知する。例えば「エラー発生」、「アーク切れ」、「タッチセンシング失敗」等のエラー内容、「タッチセンシング位置調整」、「ノズル清掃」、「ワーク反転」等の文字情報を表示することにより、現場オペレータに操作又は作業を促す。また、表示装置６として、ＬＥＤ、ＬＣＤ等のその他の表示装置によりロボット１の状態を表示してもよい。また、オペレータに作業の着手すべき時刻までの時間をデジタル表示してカウントダウンさせるようにしてもよい。

システム制御装置７は、制御装置２と連系して、ロボットシステム１００におけるロボット１制御以外の警報装置５、表示装置６等の各種装置の中継制御を行う。システム制御装置７と制御装置２とは１台の制御装置として構成されてもよい。

データ収集装置８は、制御装置２で計測された作業時間を含むデータを制御装置２から収集し、収集したデータを表示又は解析する。本実施の形態では、データ収集装置８は、ロボット制御装置２と通信可能に接続されたパーソナルコンピュータで構成される。データ収集装置８は、アーク溶接の現場に設置されてもよいし、現場から離れた管理事務所に設置されてもよい。データ収集装置８は、制御装置２と通信機能を有していれば、その他の通信端末で構成されてもよい。

図２は、図１のロボット制御装置２の具体的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、ロボット制御装置２は、操作入力部２１と、ロボット１を制御する制御部２２と、ロボット１の作業時間を含むデータを取得する第１作業取得部２３と、現場オペレータの作業時間を含むデータを取得する第２作業取得部２４と、エラー情報取得部２５と、記憶部２６と、データ出力部２７とを備える。

操作入力部２１は、人（現場オペレータ）によるロボット１の起動操作又は運転に最低限必要な各種操作を入力するために設けられている。本実施の形態では、操作入力部２１は、例えば、タッチパネル、入力用の操作ボタンや簡易な表示装置が取り付けられた表示パネル等で構成される。現場オペレータは表示パネルを操作してロボットシステム全体の起動、運転に最低限必要な各種操作を行う。

制御部２２は、操作入力部２１により入力された起動操作又は停止操作に応じてロボット１が起動又は停止し、且つ予め設定された動作プログラムに従ってロボット１が用途対応作業を行うようにロボット１の動作を制御する。動作プログラムは適宜な記憶部（例えば、図示されない専用の記憶部又は記憶部２６）に格納されていて、制御部２２がこの動作プログラムを読み出して所定の動作を実行する。本実施の形態では制御部２２は、動作プログラムに従ってロボット１が、アーク溶接動作及びタッチセンシング動作を行うようにロボット１の動作を制御する。

第１作業取得部２３は、動作プログラムに従った前記ロボットの動作に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの前記ロボットが行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得する。作業時間の計測は、例えば、上述の制御器が内蔵するクロックによって行う。本実施の形態では、第１の作業時間は、ロボット１のアーク溶接動作におけるアークタイム、溶接前のタッチセンシング動作のセンシング時間を含む。

第２作業取得部２４は、少なくとも前記起動操作又は前記停止操作に応じた前記ロボットの起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得する。作業時間の計測は、例えば、上述の制御器が内蔵するクロックによって行う。本実施の形態では、第２の作業時間は、タッチセンシングの位置ずれ修正作業の作業時間、ノズル清掃作業の作業時間、ロボット１のエラー状態において現場オペレータがエラー復旧作業に着手するまでのオペレータ待ち時間、復旧作業時間、ワーク反転作業の作業時間を含む。

エラー情報取得部２５は、制御装置２からロボット１で発生したエラー内容に関する情報を取得する。エラー情報取得部２５は、取得したエラー内容に関する情報（以下、単にエラー情報ともいう）、すなわち図１の警報装置５又は表示装置６を通じて外部の現場オペレータに通知するデータを取得する。

記憶部２６は、第１作業取得部２３及び第２作業取得部２４で取得した各作業時間を含むデータを記憶する。本実施の形態では、記憶部２６は、制御装置２内部に実装されたメモリであって、エラー情報を含む各種データが記憶される。

データ出力部２７は、記憶部２６に記憶された各種データを出力する。本実施の形態では、データ出力部２７は、記憶部２６に記憶された各作業時間及びエラー情報を含む各種データを、制御装置２が備える入出力インターフェースを介して外部のデータ収集装置８の要求に応じて出力する。これらの機能部２１〜２７は、上述の制御器が所定のソフトウェア（プログラム）に従って動作することにより実現される機能ブロックである。本実施の形態では、ロボットシステム１００の監視装置２ａは、第１作業取得部２３、第２作業取得部２４、エラー情報取得部２５及び記憶部２６により実現される。つまり、機能ブロック２３〜２７を記述した監視プログラムをロボット１の制御や操作入力等を実現する基本動作プログラムに追加することで、制御装置２にロボットシステム１００の監視機能が追加される。これにより、追加機器の費用及びメンテナンスが不要であるとともに、カスタマイズもまた容易である。

図３は、制御装置２の外観を示す斜視図である。図３に示すように、制御装置２は、キャスタ付き専用フレーム３１内に収納され、操作入力部２１を備えた操作ユニットを本体上部に備えている。操作入力部２１の表示パネルには、制御電源スイッチ、制御電源ランプ、制御電源投入時間の表示メータ、ロボットの起動／停止スイッチ、サイクルスタートスイッチ、エラーランプ、エラー解除スイッチ、及び非常停止スイッチ等が設けられている。制御装置２の本体側面にはデータ収集装置８とデータ通信を行うべく入出力インターフェース用コネクタ３２が設けられている。

［動作］
次に、ロボットシステム１００の監視方法についてロボット１の運転方法とともに図４のフローチャートを用いて説明する。作業時間の計測等の監視処理は、制御装置２において、ロボット１の通常運転と並列に実行される。図４の左側はロボット１の運転フローを示し、右側は監視フローを示している。

まず、現場オペレータは、ロボット１の運転を開始する。現場オペレータは、制御装置２の操作入力部２１の制御電源スイッチ及び起動スイッチをオンする。これによりロボットシステムが起動すると共にロボット１がリピート（自動）運転可能状態に切り替わる。

次に、現場オペレータは、ティーチペンダント（図示せず）でワーク種別を入力し、サイクルスタートスイッチをオンする。これにより、ロボット１はリピート（自動）運転を開始する。制御部２２は、予め設定された動作プログラムに従ってロボット１が用途対応作業を行うようにロボット１の動作を制御する。本実施の形態では、ロボット１は、アーク溶接前のタッチセンシングを行う（ステップＳ１）。第１作業取得部２３は、ロボット１のリピート運転が開始されるとサイクルタイムの計測を開始する（ステップＳ’１）。ここでサイクルタイムとは、動作プログラム開始から終了までの時間（累積時間／ブロック別）である。

一方で、第１作業取得部２３は、タッチセンシング時間を計測する（ステップＳ’２）。タッチセンシング時間は、制御装置２から出力されるタッチセンシングの開始及び終了信号に基づいて計測する。タッチセンシングが終了した場合には、ロボット１は、動作プログラムに従って動作を一時停止する。制御装置２は、表示装置６を通じて現場オペレータにタッチセンシングが終了したことを通知し、現場オペレータの狙い位置ずれ修正作業を待つ（ステップＳ２）。現場オペレータは、動作プログラムで一時停止したロボット１の狙い位置ずれの修正作業を行い、作業終了後ロボット１を再起動させる。一方で、第２作業取得部２４は、現場オペレータによる狙い位置ずれ修正作業の時間を計測する（ステップＳ’３）。ここで、修正作業の時間は、制御装置２から出力されるタッチセンシング終了（通知）信号及び現場オペレータによる起動（再起動）信号に基づいて計測する。制御装置２は狙い位置ずれ修正量も計測する。

ロボット１は、位置ずれ修正作業が終了し、システム再起動後にアーク溶接動作を開始する（ステップＳ３）。一方で、第１作業取得部２３は、アークタイムを計測する（ステップＳ’４）。アークタイムは、制御装置２に溶接電源３が出力するＷＣＲ(Weld Current Relay)信号に基づいて計測される。

一定の溶接線数のアーク溶接が終了した場合には、ロボット１は、動作プログラムに従って動作を一時停止する。制御装置２は、表示装置６を通じて現場オペレータにアーク溶接の所定溶接線数が終了したことを通知し、現場オペレータによる溶接トーチのノズル清掃作業を待つ（ステップＳ４）。現場オペレータは、動作プログラムで一時停止したロボット１の溶接トーチのノズル清掃を行い、作業終了後ロボット１を再起動させる。一方で、第２作業取得部２４は、現場オペレータによるノズル清掃作業の作業時間を計測する（ステップＳ’５）。清掃作業の時間は、制御装置２からロボット１に出力される停止信号及び起動（再起動）信号に基づいて計測する。

更に、本実施の形態では、ロボット１の溶接トーチのノズル清掃が終了した場合には、ワーク片面の溶接線が全て施工完了しているか否かの判断がされる（ステップＳ５）。施工が未完了の場合には未完了の溶接線のセンシングを行う（ステップ１へ戻る）。一方、施工が完了した場合には制御装置２は、表示装置６を通じて現場オペレータに通知し、現場オペレータのワーク反転作業を待つ（ステップＳ６）。現場オペレータは、動作プログラムでロボット１が一時停止した後にワークの反転作業を行い、作業終了後ロボット１を再起動させる。一方で、第２作業計測部２４は、現場オペレータによるワーク反転作業の作業時間を計測する（ステップＳ’６）。ワーク反転作業の時間は、制御装置２からロボット１に出力される停止信号及び起動（再起動）信号に基づいて計測する。

そして、ワークＷの全ての溶接線の施工が終了するまで上記ステップを繰り返す（Ｓ７）。ワークＷの全ての溶接線の施工終了をトリガとして第１作業取得部２３によるサイクルタイムの計測が終了する（Ｓ’７）。

尚、図４のフローチャートにおいてロボット１によるセンシング動作及び現場オペレータによる各作業は必要に応じて適宜省略されてもよい。

図５は、ロボットの運転中にエラーが発生した場合の監視処理の流れを示すフローチャートである。ここでも図５の左側はロボット１の運転フローを示し、右側は監視フローを示している。図５に示すように、図４のロボット１の作業（タッチセンシング、アーク溶接、自動ノズル清掃、又はエアカット）中にエラーが発生した場合には、制御装置２は、警報装置５及び表示装置６を通じてエラーを現場オペレータに通知する（ステップＳ２１）。ここで制御装置２は、エラーの検知信号に基づいてエラー内容に関する情報を検知する。エラー情報取得部２５は、制御装置２からエラー内容に関する情報を取得してこれを記憶部２６に保存する。

制御装置２は、現場オペレータが到着してエラー解除ボタンを押すのを待つ（ステップ２２）。現場オペレータは到着すると、エラー解除ボタンを押す。制御装置２は、システムのエラー解除を行う。第２作業計測部２４は、エラー発生からエラー解除までの時間をオペレータ待ち時間として、エラー検知信号及びエラー解除信号に基づいて計測する（ステップＳ’２２）。

更に、制御装置２は、現場に到着したオペレータが復旧作業を行い、復旧後サイクルスタートボタンを押してシステムが再起動されるまで待つ（ステップＳ２３）。第２作業取得部２４は、オペレータのエラー解除からサイクルスタート再開までの時間をエラー復旧作業時間として、エラー解除信号及びサイクルスタートの起動信号に基づいて計測する（ステップＳ’２３）。その後ロボット１は、タッチセンシング、アーク溶接作業、自動ノズル清掃又はエアカット動作を再開する。尚、第１作業取得部２３及び第２作業取得部２４は、計測した各作業時間を含む計測データをログデータとして記憶部２６に記憶する。

図６は、図２の制御装置２の記憶部２６に記憶された計測データの一例を示す表である。図６に示すように、ロボット動作に関する計測データとして、サイクルタイム、アークタイム率、エラー発生中時間、エラー情報が記憶される。ここでサイクルタイムとは、施工プログラムの開始から終了までの時間（累積時間）である。アークタイム率とは、アークタイム／サイクルタイム（％）である。エラー発生中時間とはエラー発生からエラーが継続している間の時間（累積時間）である。エラー情報とは、エラー発生日時、エラー内容、エラー発生場所等のエラーに関する情報である。エラー発生場所とは、エラーが発生したときのロボットの位置、走行速度、昇降位置、及び溶接トーチの姿勢に関する情報である。尚、アークタイム率は制御装置２内部で算出するようにしたが、演算機能を備えた装置であれば、外部のデータ収集装置８又はその他の装置で算出してもよい。

一方、図６に示すように、オペレータ動作に関する計測データとして、エラー復旧待ち時間、エラー復旧時間、オペレータ操作待ち時間、狙い位置ずれ修正時間、狙い位置ずれ修正量を計測する。ここでエラー復旧待ち時間とは、エラー発生からオペレータ到着までの時間である。エラー復旧時間とはエラーリセットからサイクルスタート再開までの時間である。オペレータ操作待ち時間とは、ワーク反転等で一時停止（オペレータ呼び出し）からサイクルスタート再開までに要した時間である。

狙い位置ずれ修正時間とは狙い位置ずれを手動修正した時間である。狙い位置ずれ修正量とは、狙い位置ずれを修正した値であり、３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表される。これにより、センシング狙い位置の修正傾向を把握することができるので、狙い位置ずれ修正量を、自動補正の補正データとして活用することができ、オペレータ作業を不要にできる。

このように、制御装置２は、制御部２２が取得及び出力している信号やプログラム変数を認識し、信号のオン期間、オン回数、エラー内容等をログデータとして記憶部２６に記録する。データ出力部２７は、記憶部２６に記憶された各作業時間及びエラー情報を含む各種データを、制御装置２が備える入出力インターフェースを介して外部のデータ収集装置８の要求に応じて出力する。

これにより、データ出力部２７によって出力される各作業時間に基づいてロボットの動作時間（アークタイム率等）と共にオペレータの作業に要した時間を正確に把握することができるので、オペレータによる無駄な作業の把握およびその削減につながる。これにより、システム全体の作業効率を向上することにつながる。

更に、本実施の形態によれば、サイクルタイム等のログを最低限必要なオペレータ操作のみで収集及び記録できるので、現場オペレータのログ取得のための操作介入を必要としない。

また、ロボット１及び機器の稼働だけでなく現場オペレータ作業時間もログされるので、機器不調だけでなくオペレータによる無駄な作業も把握し改善できる。

また、機器エラー内容及びロボットの位置姿勢等を含むエラー情報が制御装置２の内部で自動記録されるので、保全の資料として活用することができる。例えばエラー情報取得部２５により、図６で示したエラー発生場所及びエラー内容に関するデータを抽出し、エラー発生毎のエラー内容を示したエラー発生頻度マップを生成してもよい。これにより、エラー発生原因を究明し、その適切な対策につなげることができる。また、このようなエラー発生頻度マップを一定の期間（例えば１ヶ月又は１年）毎に作成することで、エラー頻度の経時変化を認識することができ、ハードウェアのメンテンナンス回数の最適化につなげることができる。

また、エラー情報取得部２５により、その他の取得されたデータについても統計処理を施すことで、改善項目を明確にすることができる。例えばエラー発生までに行われたノズル清掃回数をカウントすることで、ノズル清掃回数の最適化につなげることができる。

また、図６で示したエラー発生時のトーチ姿勢に関するデータを抽出し、これを用いてトーチ姿勢の変更、又はトーチ姿勢の最適化につなげることができる。

また、図６で示したエラー復旧待ち時間及びエラー復旧時間に関するデータを抽出し、これを用いることで、エラー復旧作業の標準作業マニュアルの策定に役立てることができる。

図７は、制御装置２で収集された監視データの解析結果の一例を示すグラフである。図７に示すように、上段のグラフ（ａ）は、７つのブロック（ｂｌｋ１〜ｂｌｋ７）が１つのエンジンフレームを構成する場合のブロック毎の施工時間を示している。ブロック毎の施工時間は、オペレータ作業時間及びロボット作業時間で構成される。尚、本実施の形態のアーク溶接ロボットにおいてはアークタイム率が重要な指標となるため、アークタイムをグラフ中に図示している。グラフ中のロボット作業時間は、アークタイムを除いた、センシング時間、エアカット時間等を含む。オペレータ作業時間は、ワーク反転、エラー解除、手動狙い位置修正作業、手動清掃作業に要した時間を含む。

下段のグラフ（ｂ）はブロック毎の時間比率を示している。ここでは５つのブロック（ｂｌｋ１〜ｂｌｋ５）についてのブロック毎の施工時間の比率を示している。ここで施工時間比率は、ロボット作業時間及びオペレータ作業時間を比べたときの割合を示している。

このように、ログデータをソフトウェアでグラフ化することで、それぞれの作業時間がより容易且つ明確に把握できる。システム全体の作業効率の改善が容易になる。

尚、本実施の形態に係るロボットシステムのワークＷは、船舶用エンジンのフレームとしたが、これに限られるものではなく、溶接構造物であれば建設機械、建築物等の金属構造物でもよい。

尚、本実施の形態に係るロボット１は、アーク溶接ロボットとしたが、これに限定されるものではなく、運転開始から終了までにオペレータによるメンテナンス作業を必要とするロボットであれば、その他の産業用ロボットであってもよい。

尚、本実施の形態では、ノズル清掃作業は現場オペレータが行う構成としたが、ロボットが自動で行ってもよく、ロボットによるノズル清掃作業時間を計測データに含んでもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、大型の溶接構造物を溶接するアーク溶接ロボットに用いることができる。

１ ロボット
２ ロボット制御装置
３ 溶接電源
４ ロボット移動装置
５ 警報装置
６ 表示装置
７ システム制御装置
８ データ収集装置
１１ トーチ本体
１２ ワイヤ供給装置
２１ 操作入力部
２２ 制御部
２３ 第１作業取得部
２４ 第２作業取得部
２５ エラー情報取得部
２６ 記憶部
２７ データ出力部
３１ 制御装置の専用フレーム
３２ 入出力インターフェース用コネクタ
１００ 産業用ロボットシステム
Ｗ ワーク

Claims (14)

1. その用途に対応する１以上の作業（以下、用途対応作業という）を行い且つ１以上の人によるメンテナンス作業を必要とする産業用ロボットと、人による前記ロボットの起動操作又は停止操作を入力するための操作入力部と、前記操作入力部により入力された起動操作又は停止操作に応じて前記ロボットが起動又は停止し、且つ予め設定された動作プログラムに従って前記ロボットが前記用途対応作業を行うように前記ロボットの動作を制御する制御部と、を備える産業用ロボットシステムの作業状況を監視する監視装置であって、
   前記動作プログラムに従った前記ロボットの動作に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの前記ロボットが行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得する第１作業取得部と、
   少なくとも前記起動操作又は前記停止操作に応じた前記ロボットの起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得する第２作業取得部と、
   前記第１及び第２作業取得部で取得した各作業データを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された各作業データを出力するデータ出力部と、
   を備える、産業用ロボットシステムの監視装置。
2. 前記産業用のロボットは、アーク溶接ロボットであって、
   前記第１の作業データは、当該ロボットのアーク溶接動作におけるアークタイムを含む、請求項１に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
3. 前記第１の作業データは、前記アーク溶接ロボットのセンシング動作のセンシング時間を含み、
   前記第２の作業データは、人が行う前記センシングの位置ずれ確認及び修正作業の作業時間及び修正量を含む、請求項２に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
4. 前記第２の作業データは、人が行う溶接トーチのノズル清掃作業の作業時間を含む、請求項２又は３に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
5. 前記第２の作業データは、人が行うワーク反転作業の作業時間を含む、請求項２乃至４のいずれかに記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
6. 前記第２の作業の着手が必要であることと、当該第２の作業の着手すべき時刻までの時間とを外部に通知する作業通知部を更に備える、請求項３乃至５のいずれかに記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
7. 前記ロボットの前記第１の作業中に発生したエラー内容に関する情報を取得するエラー情報取得部と、
   前記エラー情報取得部により取得されたエラー内容を外部に通知するエラー通知部とを更に備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
8. 前記第２の作業データは、前記アーク溶接ロボットのエラー状態において、前記エラー通知部によりエラー内容を外部に通知した後、人が復旧作業に着手するまでの作業着手待ち時間及び人が行うエラー復旧作業の作業時間を含む、請求項７に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
9. 前記エラー内容に関する情報は、エラー内容及び当該エラー発生場所に関する情報を含み、
   前記エラー情報取得部は、エラー発生場所ごとのエラー内容を示したエラー発生頻度マップを生成する、請求項７に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
10. 前記エラー情報取得部は、前記エラー発生頻度マップを一定の期間毎に作成する、請求項９に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
11. 前記エラー内容に関する情報は、エラー内容及び当該エラー発生までに行ったノズル清掃回数に関する情報を含み、
    前記エラー情報取得部は、エラーごとのノズル清掃回数に関するデータを生成する、請求項７に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
12. 前記エラー内容に関する情報は、エラー内容及び当該エラー発生時のトーチ姿勢に関する情報を含み、
    前記エラー情報取得部は、エラーごとのトーチ姿勢に関するデータを生成する、請求項７に記載の産業用ロボットシステムの監視装置。
13. その用途に対応する１以上の作業（以下、用途対応作業という）を行い且つ１以上の人によるメンテナンス作業を必要とする産業用ロボットと、人による前記ロボットの起動操作又は停止操作を入力するための操作入力部と、前記操作入力部により入力された起動操作又は停止操作に応じて前記ロボットが起動又は停止し、且つ予め設定された動作プログラムに従って前記ロボットが前記用途対応作業を行うように前記ロボットの動作を制御する制御部と、を備える産業用ロボットシステムの作業状況を監視する監視方法であって、
    第１作業取得部により、前記動作プログラムに従った前記ロボットの動作に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの前記ロボットが行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、
    第２作業取得部により、少なくとも前記起動操作又は前記停止操作に応じた前記ロボットの起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、
    前記第１及び第２作業取得部で取得した各作業データを記憶部に記憶するステップと、
    データ出力部により、前記記憶部に記憶された各作業データを出力するステップと、
    を含む、産業用ロボットシステムの監視方法。
14. その用途に対応する１以上の作業（以下、用途対応作業という）を行い且つ１以上の人によるメンテナンス作業を必要とする産業用ロボットと、人による前記ロボットの起動操作又は停止操作を入力するための操作入力部と、前記操作入力部により入力された起動操作又は停止操作に応じて前記ロボットが起動又は停止し、且つ予め設定された動作プログラムに従って前記ロボットが前記用途対応作業を行うように前記ロボットの動作を制御する制御部と、を備える産業用ロボットシステムの作業状況を監視する監視方法を計算機に実行させる監視プログラムであって、
    第１作業取得部により、前記動作プログラムに従った前記ロボットの動作に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの前記ロボットが行う１以上の第１の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、
    第２作業取得部により、少なくとも前記起動操作又は前記停止操作に応じた前記ロボットの起動又は停止に基づいて前記用途対応作業及び前記メンテナンス作業のうちの人が行う１以上の第２の作業の作業時間を含むデータを取得するステップと、
    前記第１及び第２作業取得部で取得した各作業データを記憶部に記憶するステップと、
    データ出力部により、前記記憶部に記憶された各作業データを出力するステップと、
    を計算機に実行させる産業用ロボットシステムの監視プログラム。

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