JP2019000916A - ロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置及びケーブル損傷発見支援方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ケーブルの損傷の発見を支援することが可能なロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置及びケーブル損傷発見支援方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示の実施例に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置は、ロボットを動作させるプログラムを1回毎に複数のモータを駆動する速度を変えながら複数回実行するプログラム実行部と、複数のモータを制御するモータ制御部と、プログラム実行中におけるロボットの動作状態を表す状態量を検出する状態量検出部と、状態量が閾値を超えたときにアラームを発すると共に、そのときの行番号に関する情報を出力するアラーム発生部と、アラームを発したときの行番号毎にアラームの発生回数をカウントし、各速度について行番号毎のアラーム発生回数を記憶するアラームデータベース部と、行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する解析表示部と、を備えている。
【選択図】図1
【解決手段】本開示の実施例に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置は、ロボットを動作させるプログラムを1回毎に複数のモータを駆動する速度を変えながら複数回実行するプログラム実行部と、複数のモータを制御するモータ制御部と、プログラム実行中におけるロボットの動作状態を表す状態量を検出する状態量検出部と、状態量が閾値を超えたときにアラームを発すると共に、そのときの行番号に関する情報を出力するアラーム発生部と、アラームを発したときの行番号毎にアラームの発生回数をカウントし、各速度について行番号毎のアラーム発生回数を記憶するアラームデータベース部と、行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する解析表示部と、を備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、ロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置及びケーブル損傷発見支援方法に関する。
一般的に、ロボットの位置制御の誤差が大きくなったり、モータの電流値が想定値と大きく異なったりする場合には、アラームを発生させて異常の発生をユーザに認識させるようにしている。それらのアラームの原因としては、いろいろな要素があり得る。その原因となる要素のうちの1つに、モータのケーブルの損傷(断線)がある。
アラームが発生した軸のモータに繋がる、ロボット機構内を通る動力線や信号線として使用しているケーブルの断線の有無を確認するために、それらのケーブルを外して、テスターで線材の導通を確認(抵抗値を確認)することが考えられる。
これまでに、ロボットの動作の異常を検出する種々の方法が報告されている。例えば、産業用ロボットにおいてロボットが本来動作すべき軌道に対し何らかの原因で軌道が再生運転中に許容範囲を超えてズレが発生した時に、ただちにそれを検知し、ロボットを停止させるロボットの軌跡異常検出装置が知られている(例えば、特許文献1)。
また、グラインダを取り付けたロボットに加工プログラムによるバリ取り作業をティーチングする作業において、加工中のグラインダの負荷を監視し、該負荷が設定値を越えた時のプログラムステップ番号及びその負荷状態を記録し、表示できる機能を有する手段を設けたロボットティーチング支援装置が知られている(例えば、特許文献2)。
さらに、それぞれ溶接作業等の作業を行なう複数のマニピュレータと、それぞれのマニピュレータの移動軌跡を制御する移動制御部と、マニピュレータの移動軌跡を教示する教示ペンダントとを有するマニピュレータの作動状態を表示する装置であって、それぞれのマニピュレータに設けられた作動表示部材と、ペンダントに設けられ、複数のマニピュレータのうち任意のマニピュレータを選択する選択スイッチと、選択スイッチにより選択された所定のマニピュレータに対応した作動表示部材を表示状態に設定すると共に、マニピュレータが異常状態となったときに当該異常状態のマニピュレータに対応する作動表示部材を作動状態に設定する制御手段とを有するマニピュレータの作動表示装置が知られている(例えば、特許文献3)。
アラーム発生の原因として駆動系不良、検出器不良、ケーブルの断線が考えられるが、従来の異常検出方法では、これらを切り分けることが難しい。特に、ケーブルの断線については、完全な断線でない状態であることが少なからずある。ロボット動作中に機構内のケーブルが特定の曲げ/ねじりの状態になった瞬間のみ、断線が発生する、というケースである。アラーム発生した時点では断線の状態だったものが、惰走して停止した時点では既に断線の状態ではなくなっている。
したがって、ケーブルを外して導通チェックしても、断線という結果が出ない、ということが起こる。実際には機構内のケーブルが特定の曲げ/ねじり状態になった瞬間に断線が発生していても、導通チェックの結果により、断線はしていないと判断してしまう可能性がある。特許文献1〜3には、このような完全な断線でない状態を検出するという課題に対する解決策は記載されていない。
本発明は、プログラム上でのアラーム発生個所及び頻度を視覚化することにより、外見からは分からないケーブルの損傷の発見を支援することが可能なロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置及びケーブル損傷発見支援方法を提供することを目的とする。
本開示の実施例に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置は、複数のプログラムステップを含み、複数の軸を有するロボットの複数のモータを駆動することによりロボットを動作させるプログラムを1回毎に複数のモータを駆動する速度を変えながら複数回実行するプログラム実行部と、プログラム実行部からの指令に基づいて、複数のモータを制御するモータ制御部と、プログラム実行中におけるロボットの動作状態を表す状態量を検出する状態量検出部と、状態量を予め設定した閾値と比較し、状態量が閾値を超えたときにアラームを発すると共に、アラームを発したときのプログラムステップの行番号に関する情報を出力するアラーム発生部と、アラームを発したときのプログラムステップの行番号毎にアラームの発生回数をカウントし、各速度について行番号毎のアラーム発生回数を記憶するアラームデータベース部と、プログラムステップの行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する解析表示部と、を備えている。
本開示の実施例に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法は、複数のプログラムステップを含み、複数の軸を有するロボットの複数のモータを駆動することによりロボットを動作させるプログラムを実行し、プログラムの実行により出力される指令に基づいて、複数のモータを制御し、プログラム実行中におけるロボットの動作状態を表す状態量を検出し、状態量を予め設定した閾値と比較し、状態量が閾値を超えたときにアラームを発すると共に、アラームが発生したときのプログラムステップの行番号に関する情報を出力し、プログラムを1回毎に複数のモータを駆動する速度を変えながら複数回実行し、アラームが発生したときのプログラムステップの行番号毎にアラームの発生回数をカウントし、各速度について行番号毎のアラーム発生回数を記憶し、プログラムステップの行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する。
本開示の実施例に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置及びケーブル損傷発見支援方法によれば、プログラム上でのアラーム発生個所及び頻度を視覚化することにより、外見からは分からないケーブルの損傷の発見を支援することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置及びケーブル損傷発見支援方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
図1に実施例に係るケーブル損傷発見支援装置のブロック図を示す。実施例に係るケーブル損傷発見支援装置100は、プログラム実行部1と、モータ制御部2と、状態量検出部3と、アラーム発生部4と、アラームデータベース部5と、解析表示部6と、を備えている。
プログラム実行部1は、複数のプログラムステップを含み、複数の軸を有するロボット(図示せず)の複数のモータを駆動することによりロボットを動作させるプログラムを1回毎に複数のモータを駆動する速度を変えながら複数回実行する。プログラムの実行手順については後述する。
速度を変える方法として、基準となる速度に乗算するオーバライドを変えるようにしてもよい。例えば、1回目にオーバライドを100%として基準速度でロボットを動作させ、2回目にオーバライドを50%として基準速度の半分の速度でロボットを動作させ、3回目にオーバライドを10%として基準速度の10分の1の速度でロボットを動作させるようにしてもよい。
モータ制御部2は、プログラム実行部1からの指令に基づいて、複数のモータを制御する。図2に実施例に係るケーブル損傷発見支援装置のモータ制御部のブロック図を示す。
図2にはモータ制御部2に位置指令が入力される例を示している。位置指令は第1減算器11で位置フィードバックを減算して位置誤差を出力する。この位置誤差は、アラームを発生させるか否かを判断するための状態量として用いることができる。位置フィードバックは、モータ17からの速度フィードバックを積分器19で積分して得られる。
位置誤差は位置制御器12に入力され、位置制御器12から速度指令が出力される。速度指令は第2減算器13でモータ17の速度フィードバックを減算して速度誤差を出力する。速度誤差は速度制御器14に入力され、速度制御器14から電流指令が出力される。電流指令は第3減算器15でモータ17の電流フィードバックを減算して電流誤差を出力する。この電流フィードバックはモータ17に流れている電流であり、アラームを発生させるか否かを判断するための状態量として用いることができる。
電流誤差は電流制御器16に入力され、電流制御器16からトルク指令が出力される。このトルク指令によりモータ17が駆動される。
速度制御器14から出力された電流指令は、外乱オブザーバ18にも入力される。外乱オブザーバ18は電流指令から外乱値を算出する。この外乱値は、アラームを発生させるか否かを判断するための状態量として用いることができる。
状態量検出部3は、プログラム実行中におけるロボットの動作状態を表す状態量を検出する。状態量は、モータ制御部2の構成要素から検出することができる。第1の例として、状態量は、モータに対する位置指令とモータからの位置フィードバックの差分である位置誤差であってもよい。状態量検出部3は、第1減算器11から位置誤差を取得することができる。
第2の例として、状態量は、ロボットを駆動するモータ17からフィードバックされた電流値であってもよい。状態量検出部3は、モータ17に流れる電流を検出する電流検出器(図示せず)から電流値を取得することができる。
第2の例として、状態量は、ロボットの駆動軸の外乱オブザーバ18から出力された外乱値であってもよい。状態量検出部3は、外乱オブザーバ18から外乱値を取得することができる。
アラーム発生部4は、状態量を予め設定した閾値と比較し、状態量が閾値を超えたときにアラームを発すると共に、アラームを発したときのプログラムステップの行番号に関する情報を出力する。例えば、状態量として位置誤差を選択した場合であって、第1軸を駆動しているときに位置誤差が閾値を超えた場合には、アラームを発生すると共に、第1軸を駆動するプログラムステップである行番号(例えば、「PROG1 L3」)を出力する。あるいは、状態量としてモータからフィードバックされる電流値を選択した場合であって、第2軸を駆動しているときに電流値が閾値を超えた場合には、アラームを発生すると共に、第2軸を駆動するプログラムステップである行番号(例えば、「PROG2 L1」)を出力する。ただし、これらの例には限定されず、状態量として位置誤差、電流値、外乱値のうちの1つまたは複数を選択してもよく、これらの3つの値以外の値を状態量としてもよい。
アラームデータベース部5は、アラームを発したときのプログラムステップの行番号毎にアラームの発生回数をカウントし、各速度について行番号毎のアラーム発生回数を記憶する。例えば、ロボットを動作させるプログラムにおいて、第1軸のモータが3回駆動され、第1軸のモータを動作させるプログラムステップの行番号が「PROG1 L3」であるとする。このとき、ロボットを動作させた場合に、第1軸のモータを駆動したときに3回アラームを発したとすると、行番号「PROG1 L3」におけるアラーム発生回数「3」を記憶する。なお、ロボットを動作させる時点において、各行番号におけるアラーム発生回数の初期値は「0」とする。従って、アラームが発生していないプログラムステップの行番号におけるアラーム発生回数は「0」となる。
解析表示部6は、プログラムステップの行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する。例えば、解析表示部6は、図3に示すように、X軸にプログラムステップの行番号、Y軸にアラーム発生時の速度、Z軸にアラーム発生回数を割り当てた3次元グラフを表示するようにしてもよい。あるいは、X軸にプログラムステップの行番号、Y軸にアラーム発生時の速度を割り当て、アラーム発生回数を色等で識別させた2次元グラフで表示するようにしてもよい。また、行方向にプログラムステップの行番号、列方向にアラーム発生時の速度を記載した表に、アラーム発生回数を示した表により表示するようにしてもよい。
図3に示した例では、オーバライドが10%であるときの速度「Vel.10」でロボットを動作させたときに行番号「PROG1 L3」でアラームが3回発生し、オーバライドが50%であるときの速度「Vel.50」及びオーバライドが100%であるときの速度「Vel.100」でロボットを動作させたときに行番号「PROG1 L3」でアラームがそれぞれ1回発生したことを示している。また、図3に示したグラフは、行番号「PROG1 L3」以外の行番号では、いずれの速度でもアラームが発生していないことを示している。
図3に示した例では、オーバライドを10、50、100%と変えることによって速度を変えてロボットを動作させても速度に関わらず、特定の行番号(「PROG1 L3」)におけるアラーム発生回数が他の行番号におけるアラーム発生回数より高くなっている。このような場合には、アラームの発生がロボットの特定の動作と密接に関連していると考えられるため、ロボット機構内のケーブルに損傷が生じている可能性が高いと考えられる。このように、解析表示部6は、速度に関わらず特定の行番号におけるアラーム発生回数が他の行番号におけるアラーム発生回数より多い場合には、ロボット機構内のケーブルに損傷が生じている可能性が高いと判断する。
図3に示したグラフはケーブル損傷の可能性が高い例を示しているが、アラームが発生する要因としては、他に駆動系不良または検出器不良の場合や、激しい動作があった場合が考えられる。
図4に速度を変えたときのプログラムの行番号毎のアラーム発生頻度を表すグラフであり、駆動系不良または検出器不良が推測される場合の例を示す。図4に示すように、アラームの発生回数がプログラムステップの行番号と関連していない、即ち、ロボットの動作とは無関係にアラームが発生している場合は、アラームが発生した原因は、ケーブルの損傷ではなく、駆動系不良または検出器不良が原因であると推測される。
図5に速度を変えたときのプログラムの行番号毎のアラーム発生頻度を表すグラフであり、異常ではなく、激しい動作があったことが推測される場合の例を示す。図5に示すように、オーバライドを100%とした速度「Vel.100」のときに、特定の行番号(「PROG1 L3」)においてアラームが発生しているが、他の速度である、オーバライドを10%及び50%とした速度「Vel.10」及び「Vel.50」においては、アラームは発生していない。このように、特定の行番号においてアラーム発生回数が高くなっているものの、そのようなケースが特定の速度において観測される場合、即ち、速度と関連がある場合には、アラームの発生原因はケーブルの損傷ではなく、例えば、激しい動作が原因と推測される。
以上説明したように、実施例に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置によれば、完全な断線でない状態の場合の特徴である、ロボットを動作させる速度に関わらず、ロボットの位置が同一となる同一の行番号のプログラムステップでのアラーム発生という現象に注目し、断線の可能性の有無を判断することができる。
次に、実施例に係るロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法について説明する。図6に実施例に係るケーブル損傷発見支援方法において、速度を変えてプログラムを複数回実行する手順を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップS101において、オーバライドを100%に設定する。本実施例では、指令速度にオーバライドを乗算することにより速度を変更する例を示す。ただし、このような例には限られず、指令速度自体を変えるようにしてもよい。
次に、ステップS102〜S110までの工程であるループ1をN回繰り返す。本実施例では速度を3段階で変化させているため、Nは3以上であることが好ましい。
次に、ステップS103において、前回サイクル、即ち今回のサイクルの1回前のサイクルの実行中にアラームを発したか否かを判断する。ここで「サイクル」とは、後述するように、ロボットを動作させるプログラムを起動してから、アラームが発生した行番号及びアラーム発生回数を記憶するまでの工程をいう。
ステップS103において、前回サイクル中にアラームが発生しなかった場合(「NO」)は、オーバライドを変えずに前回と同じ速度で、ステップS107においてサイクルを起動する。ただし、1回目のサイクルの場合は前回のサイクルを実行していないのでオーバライドを100%とする。
一方、2回目以降のサイクルにおいて、前回サイクル中にアラームが発生した場合(「YES」)は、ステップS104においてオーバライドが100%か否かを判断する。オーバライドが100%である場合(「YES」)は、オーバライド100%でロボットを動作させた場合にアラームが発生し、アラームが発生したプログラムステップの行番号とアラーム発生回数のデータが得られているので、ステップS105においてオーバライドを50%に設定する。
ステップ104において、オーバライドが100%ではない場合は、オーバライド50%でロボットを動作させた場合にアラームが発生し、アラームが発生したプログラムステップの行番号とアラーム発生回数のデータが得られているので、ステップS106においてオーバライドを10%に設定する。以上のようにして、オーバライドを100%、50%、10%に設定する。
次に、ステップS107において、サイクルを起動する。サイクルの実行手順については後述する。ステップS107において、サイクルを実行した後は、ステップS108において、サイクルの途中でアラームが発生したか否かを判断する。ロボットを動作させるプログラムの途中でアラームが発生した場合(「YES」)は、ロボットが停止するが、プログラム中の全てのプログラムステップを実行するために、ステップS109において、アラームをリセットし、アラームが発生したプログラムステップの次のプログラムステップからプログラムを再開する。
サイクルの途中でアラームが発生しなかった場合(「NO」)は、ステップS110において、ループ1をN回実行するまで繰り返す。ループ1がN回実行されていた場合は、サイクルを終了する。
次に、ステップS107におけるサイクルの実行手順について説明する。図7に実施例に係るケーブル損傷発見支援方法におけるサイクルの実行手順を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップS201において、プログラム実行部1(図1参照)が、複数のプログラムステップを含み、複数の軸を有するロボットの複数のモータを駆動することによりロボットを動作させるプログラムを実行する。
次に、ステップS202において、モータ制御部2が、プログラムの実行により出力される指令に基づいて、複数のモータを制御する。
次に、ステップS203において、状態量検出部3が、プログラム実行中におけるロボットの動作状態を表す状態量を検出する。
次に、ステップS204において、アラーム発生部4が、状態量を予め設定した閾値と比較し、状態量が閾値を超えているか否かを判断する。状態量が閾値以下の場合(「NO」)、ステップS202に戻ってプログラムを継続して実行する。一方、状態量が閾値を超えている場合(「YES」)、ステップS205においてアラームを発生する。さらに、ステップS206において、アラームが発生したプログラムステップの行番号を記憶し、アラーム発生回数をカウントする。
以上のようにして、速度を変えてロボットを動作させた場合における、アラームが発生したプログラムステップの行番号、及び行番号毎のアラーム発生回数に関する情報が得られる。
次に、得られた情報に基づいて、ケーブルの損傷が発生しているか否かを判断する方法について説明する。図8に実施例に係るケーブル損傷発見支援方法において、ケーブルの損傷が発生しているか否かを判断する手順を説明するためのフローチャートを示す。
まず、ステップS301において、行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する。例えば、図3〜5に示すように、X軸にプログラムステップの行番号、Y軸にアラーム発生時の速度、Z軸にアラーム発生回数を割り当てた3次元グラフを表示する。
次に、ステップS302において、速度に関わらず特定の行番号におけるアラーム発生回数が他の行番号におけるアラーム発生回数より多いか否かを判断する。例えば、図3のグラフに示すように、速度に関わらず特定の行番号におけるアラーム発生回数が他の行番号におけるアラーム発生回数より多いと判断される場合(「YES」)には、ステップS303において、ケーブルに損傷が生じている可能性が高いと判断する。
一方、図4または図5のグラフに示すように、速度に関わらず特定の行番号におけるアラーム発生回数が他の行番号におけるアラーム発生回数より多いとは判断されない場合(「NO」)には、ステップS304において、ケーブル以外の箇所で異常が生じている可能性が高いと判断する。
以上説明したように、本実施例によるロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法によれば、アラームの発生個所(プログラム、行)及びアラーム発生頻度(発生回数)をグラフィカルに表示し、ケーブル損傷の場合の特徴である同一ロボット位置でのアラーム発生を分かりやすく訴えることができる。さらに、アラーム発生個所及びアラーム発生頻度を明確化することにより、外見からは分からないケーブル損傷を見逃しにくくすることができる。
1 プログラム実行部
2 モータ制御部
3 状態量検出部
4 アラーム発生部
5 アラームデータベース部
6 解析表示部
2 モータ制御部
3 状態量検出部
4 アラーム発生部
5 アラームデータベース部
6 解析表示部
Claims (12)
- 複数のプログラムステップを含み、複数の軸を有するロボットの複数のモータを駆動することによりロボットを動作させるプログラムを、1回毎に複数のモータを駆動する速度を変えながら複数回実行するプログラム実行部と、
前記プログラム実行部からの指令に基づいて、前記複数のモータを制御するモータ制御部と、
前記プログラムの実行中における前記ロボットの動作状態を表す状態量を検出する状態量検出部と、
前記状態量を予め設定した閾値と比較し、前記状態量が前記閾値を超えたときにアラームを発すると共に、前記アラームを発したときのプログラムステップの行番号に関する情報を出力するアラーム発生部と、
前記アラームを発したときのプログラムステップの行番号毎にアラームの発生回数をカウントし、各速度について行番号毎のアラーム発生回数を記憶するアラームデータベース部と、
プログラムステップの行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する解析表示部と、
を備えたロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置。 - 前記解析表示部は、速度に関わらず特定の行番号におけるアラーム発生回数が他の行番号におけるアラーム発生回数より多い場合には、ロボット機構内のケーブルに損傷が生じている可能性が高いと判断する、請求項1に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置。
- 前記状態量は、モータに対する位置指令とモータからの位置フィードバックの差分である、ロボットの位置制御の誤差である、請求項1または2に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置。
- 前記状態量は、ロボットを駆動するモータからフィードバックされた電流値である、請求項1または2に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置。
- 前記状態量は、ロボットの駆動軸の外乱オブザーバから出力された外乱値である、請求項1または2に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置。
- 前記解析表示部は、X軸にプログラムステップの行番号、Y軸にアラーム発生時の速度、Z軸にアラーム発生回数を割り当てた3次元グラフを表示する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援装置。
- 複数のプログラムステップを含み、複数の軸を有するロボットの複数のモータを駆動することによりロボットを動作させるプログラムを実行し、
前記プログラムの実行により出力される指令に基づいて、前記複数のモータを制御し、
前記プログラム実行中における前記ロボットの動作状態を表す状態量を検出し、
前記状態量を予め設定した閾値と比較し、前記状態量が前記閾値を超えたときにアラームを発すると共に、前記アラームを発したときのプログラムステップの行番号に関する情報を出力し、
前記プログラムを1回毎に複数のモータを駆動する速度を変えながら複数回実行し、
前記アラームを発したときのプログラムステップの行番号毎にアラームの発生回数をカウントし、各速度について行番号毎のアラーム発生回数を記憶し、
プログラムステップの行番号毎のアラーム発生回数と速度との関係を表示する、
ロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法。 - 速度に関わらず特定の行番号におけるアラーム発生回数が他の行番号におけるアラーム発生回数より多い場合には、ロボット機構内のケーブルに損傷が生じている可能性が高いと判断する、請求項7に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法。
- 前記状態量は、モータに対する位置指令とモータからの位置フィードバックの差分である、ロボットの位置制御の誤差である、請求項7または8に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法。
- 前記状態量は、ロボットを駆動するモータからフィードバックされた電流値である、請求項7または8に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法。
- 前記状態量は、ロボットの駆動軸の外乱オブザーバから出力された外乱値である、請求項7または8に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法。
- X軸にプログラムステップの行番号、Y軸にアラーム発生時の速度、Z軸にアラーム発生回数を割り当てた3次元グラフを表示する、請求項7乃至11のいずれか一項に記載のロボット機構内のケーブル損傷発見支援方法。
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