JP2020087099A - 異常表示装置及び異常表示方法 - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態に係る異常表示装置は、所定の作業を行う装置に発生する異常を検出し、検出結果を表示する装置であって、例えば、自動車を組み立てる多軸機械である作業ロボット200(装置の一例)に異常が発生したときに、異常の発生を表示する。異常表示装置を説明する前に、図10を参照して異常発生の対象となる作業ロボット200について説明する。
図10に示すように作業ロボット200は、動作軸である関節軸201として複数(図では3個を記載)のモータ駆動系を備えている。作業ロボット200は、サーボモータ221(モータと略する)により減速機222を介して駆動される。モータ221には、回転角位置及び回転速度を検出するパスルコーダ(パルスジェネレータ又はエンコーダ)が付帯されている。ロボットアームの先端には、チェンジャを介して、様々な工具を交換可能に取り付けることができる。工具の例としては、溶接用の作業部位としてスポット溶接機やレーザ溶接機、作業対象物を把持する作業部位としてワークハンドを含む。よって、この場合、「所定の作業」は、溶接作業、把持作業となる。
図1を参照して、第1実施形態に係る異常表示装置及びその周辺機器の構成を説明する。図10に示した作業ロボット200には、データ入力部1が接続され、更にデータ入力部1は、異常検出部2に接続されている。異常検出部2は、記憶部3及び異常表示装置101に接続されている。
また、状態データが減速機の外乱トルクである場合には、作業ロボット200の正常動作時における、外乱トルク、外乱トルクの時系列データ(図2B(a)のq5参照)、及び外乱トルクの時系列データから算出される確率密度分布(図2Bのq6参照)、のうちの少なくとも一つが記憶部3に記憶されている。
例えば、異常検出部2は、データ入力部1より各可動部の状態データ(加速度、外乱トルク)が入力された際に、該状態データの時系列からなる時系列データに基づいて特性値(周波数スペクトル、確率密度分布)を算出し、算出した特性値と、正常動作時における特性値とを比較して、後述する異常検出方法により、作業ロボット200の異常を検出する。更に、異常検出部2は、異常の検出結果を異常表示装置101に出力する。なお、異常検出部2は、CPU(中央処理装置)、メモリ、及び入出力部を備えるマイクロコンピュータを用いて実現可能である。
次に、作業ロボット200に搭載されたセンサにて検出される減速機の加速度、或いは減速機の外乱トルクなどの状態データに基づいて、異常検出部2が、作業ロボット200に発生する異常を検出する方法を、図2A、図2Bに示す2つの例を参照して説明する。
更に、異常検出部2は、所定期間T1内における加速度データq1をFFTなどにより周波数解析し、周波数スペクトルq3を算出する(図2A(c)参照)。
更に、異常検出部2は、所定期間T2内において測定された外乱トルクq5の時系列データに基づき、周知の演算方法を用いて確率密度分布q7を算出する(図2B(c)参照)。
図2B(c)に示す確率密度分布と図2B(b)に示す確率密度分布との一致度が高いほど確率密度比は小さく、逆に、一致度が低いほど、確率密度比は大きくなる。図2B(d)に示す確率密度比q8が第2の閾値Qth2を超えた場合には、この減速機Mp2には外乱トルクの異常が発生しているものと判断する。図2B(d)に示す例では、波形a2、a3が第2の閾値Qth2を超えている。即ち、波形a2、a3は、確率密度比(特徴量)のうち異常の発生を示す部分である「異常信号」の一例である。なお、上述した第1の閾値Qth1、及び第2の閾値Qth2は、機械学習などを用いて事前に設定、調整することもできる。
次に、表示制御部22の制御により、表示部4に各種のデータを表示する表示例を、図3A、図3B、図4A〜図4Fを参照して説明する。本実施形態では、表示部4としてタッチパネル式の表示器を採用する例について説明する。タッチパネルとは、液晶パネルのような表示装置とタッチパッドのような位置入力装置を組み合わせた電子部品であり、画面上の表示を押すことで表示する機能、及び入力する機能を有する。即ち、表示部4は、表示制御部22に入力操作を行うための操作部としての機能を兼ねている。
データ表示領域D2は、後述するように作業ロボット200に関連する各種の情報を表示する領域である。
図3Aは、作業ロボット200が正常に作動しているとき(異常が発生していないとき)の、表示画面Dに表示される画像の表示例を示す説明図である。作業ロボット200が正常に作動している場合には、データ表示領域D2に直近の所定期間内における状態データを示す時系列データを表示する。図3Aは、状態データの一例である加速度の時系列データを表示した例を示している。
従って、ユーザは作業ロボット200に搭載される各減速機の加速度、或いは外乱トルクの変化をリアルタイムで確認することができる。なお、本実施形態では、直近の所定期間の時系列データを表示する例について説明するが、本発明で言う「所定の表示期間」は、「直近」に限定されるものではなく、過去におけるある一定の期間を含む概念である。
図3Bは、作業ロボット200に異常が発生したときの、表示部4の表示画面Dに表示される画像の表示例を示す説明図である。作業ロボット200に搭載された減速機の加速度に異常が発生した場合や、減速機の外乱トルクに異常が発生した場合には、データ表示領域D2及び判断結果表示領域D4に、異常に関連する各種の情報が表示される。図3Bでは、一例として、減速機Mp1の加速度に異常が発生し、且つ減速機Mp2の外乱トルクに異常が発生した場合の表示例を示している。
即ち、表示制御部22は、特徴量のうち異常の発生を示す部分である異常信号と、時系列データのうち異常が発生した時の状態データとを、関連付けて表示する。
前述した図3Bでは、減速機Mp1の加速度に異常が発生した場合には、残差平方和q4の異常を示す波形a1と、所定期間T1に含まれる異常信号の発生時刻を含む時間帯x1を関連付けて異常を示すデータを表示した。また、減速機Mp2の外乱トルクに異常が発生した場合には、確率密度比q8の異常を示す波形a2、a3と、所定期間T2に含まれる異常信号の発生時刻を含む時間帯x2を関連付けて異常を示すデータを表示した。
次に、第1実施形態に係る異常表示装置101、及び異常検出部2による処理手順を、図5に示すフローチャートを参照して説明する。初めに、図5のステップS11において、データ入力部1は、作業ロボット200(装置)より出力される状態データを取得する。例えば、状態データとして作業ロボット200に搭載されるセンサより減速機の加速度、減速機の外乱トルクを取得する。
上述したように、第1実施形態に係る異常表示装置では、以下に示す効果を達成することができる。
異常検出部2により異常が検出された場合には、表示制御部22は、異常が発生した状態データ(例えば、加速度、外乱トルク)を示す時系列データに、特徴量(例えば、残差平方和、確率密度比)を関連付けて、表示部4に表示する。従って、作業ロボット200(装置)より出力される状態データと異常の分析結果の相対的な関係を、ユーザに対して直感的に認識させることができ、保全などの対応処理を迅速に実施することが可能となる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。装置構成は第1実施形態で説明した図1と同様であるので、説明を省略する。第2実施形態では、前述した第1実施形態と比較して、表示部4の表示画面Dに表示する画像の表示態様が異なる。第2実施形態では、作業ロボット200において複数の異常が発生した場合に、異常の重要度に応じてデータの表示態様を変更する点で、前述した第1実施形態と相違する。
図6は、第2実施形態に係る異常表示装置の表示例を示す説明図である。図6は、作業ロボット200に搭載される3つの減速機Mp1、Mp2、Mp3において異常が発生した場合の表示例を示している。詳細には、減速機Mp3において加速度の異常が発生し、減速機Mp2において外乱トルクの異常が発生し、更に、減速機Mp1において、加速度の異常が発生した場合の表示例を示している。また、異常が発生した順序は、減速機Mp3、減速機Mp2、減速機Mp1の順であるものとする。
次に、第2実施形態に係る異常表示装置101、及び異常検出部2による処理手順を、図7A、図7Bに示すフローチャートを参照して説明する。
図7Aに示すステップS31〜S35の処理は、図5に示したステップS11〜S15の処理と同一であるので、説明を省略する。図7Aに示すステップS35aにおいて、異常検出部2は、判定された異常が3以上であるか否かを判定する。異常が3未満である場合には(S35a;NO)、ステップS36に処理を進める。
更に、操作スイッチF2を「詳細表示」のアイコンに設定する。ユーザは、「詳細表示」のアイコンを操作することにより、減速機Mp3の異常を詳細に知ることができる。
上述したように、第2実施形態に係る異常表示装置101では、作業ロボット200において複数の異常が検出された際に、各々の異常に対し重要度を設定し、より重要度の高い異常を、表示画面D内でユーザにとって視認しやすい態様で表示する。このため、ユーザに対してより重要度の高い異常に着目させることができ、即時に保全を行う必要がある異常の発生を判りやすく認識させることができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。装置構成は、前述した第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。第3実施形態では、前述した第1実施形態と比較して、表示部4の表示画面Dに表示する表示態様が異なる。第3実施形態では、作業ロボット200において異常が複数発生した場合に、異常が発生した部位毎、或いは異常が発生した機能毎に区分した表示態様で異常を示すデータを表示する点で、前述した第1実施形態と相違する。
図8A、図8Bは、第3実施形態に係る異常表示装置101の表示例を示す説明図である。図8A、図8Bは、作業ロボット200に搭載される減速機Mp1に加速度の異常が発生し、3つの減速機Mp2、Mp3、Mp4において外乱トルクの異常が発生し、且つ、減速機Mp1とMp2が近接して配置されている場合の表示例である。図8Aは異常の部位毎に分類して表示した表示例を示し、図8Bは異常の機能毎に分類して表示した表示例を示す。
次に、第3実施形態に係る異常表示装置101、及び異常検出部2による処理手順を、図9A、図9Bに示すフローチャートを参照して説明する。
図9Aに示すステップS51〜S55の処理は、図5に示したステップS11〜S15の処理と同一であるので、説明を省略する。図9Aに示すステップS55aにおいて、異常検出部2は、判定された異常が3以上であるか否かを判定する。異常が2未満である場合には(S55a;NO)、ステップS56に処理を進める。異常が3以上である場合には、図9Bに示すステップS551に処理を進める。
その後、図9Aに示すステップS57の処理で、時系列データと特徴量を関連付けて表示する。ステップS57〜S64の処理は、図5に示したステップS17〜S24の処理と同一であるので説明を省略する。
上述したように、第3実施形態に係る異常表示装置では、複数の異常が発生している場合に、近接する部位毎、或いは異常が発生した機能毎に分類して異常データを表示する。
近接する部位毎に分類して異常を表示することにより、ユーザに対して、同一の原因で複数箇所に発生する異常を関連付けて認識させることができる。このため、ユーザは、効率のよい保全作業を実施することが可能になる。
2 異常検出部
3 記憶部
4 表示部
21 データ取得部(取得部)
22 表示制御部
101 異常表示装置
200 作業ロボット
B1、B2 周囲枠
D 表示画面
D1 ID表示領域
D2 データ表示領域
D2a 第1の表示領域
D2b 第2の表示領域
D3 メッセージ表示領域
D4 判断結果表示領域
F1〜F6 操作スイッチ
Mp1、Mp2、Mp3、Mp4 減速機
Claims (6)
- 所定の作業を行う装置に発生する異常を、表示部に表示する異常表示装置であって、
前記装置の状態を示す状態データの時系列からなる時系列データ、及び、前記時系列データから算出される特徴量であって、前記異常を判定する指標となる前記特徴量を取得する取得部と、
前記時系列データ、及び、前記特徴量を前記表示部に同時に表示する表示制御部と、を備え、
前記表示制御部は、
前記特徴量のうち前記異常の発生を示す部分である異常信号と、前記時系列データのうち前記異常が発生した時の前記状態データとを、関連付けて表示し、
所定の操作情報が入力された際に前記特徴量の表示を停止し、
所定の表示期間における前記時系列データを表示すると共に、時間経過に伴って前記所定の表示期間の前記時系列データを更新し、
前記所定の操作情報が入力されず、且つ、前記所定の表示期間の前記時系列データの更新により前記異常の発生時刻が前記所定の表示期間に含まれなくなる場合に、前記異常の発生時刻が前記所定の表示期間に含まれるように前記所定の表示期間を変更すること
を特徴とする異常表示装置。 - 前記表示制御部は、前記装置に複数の前記異常が発生した場合に、複数の前記異常の各々に前記異常の重要さを示す重要度を付与し、
前記重要度に応じて、前記時系列データ及び前記特徴量の表示態様を変更すること
を特徴とする請求項1に記載の異常表示装置。 - 前記表示制御部は、
前記装置に、第1の異常、及び前記第1の異常よりも前記重要度が低い第2の異常が存在する場合に、
前記第1の異常についての前記時系列データ及び前記特徴量を、前記表示部に設定した第1の表示領域に、少なくともグラフを用いて表示し、
前記第2の異常についての前記時系列データ及び前記特徴量を、前記表示部に設定した、前記第1の表示領域よりも狭い第2の表示領域に、少なくともアイコンを用いて表示すること
を特徴とする請求項2に記載の異常表示装置。 - 前記所定の操作情報は、前記特徴量に基づいて判定された前記異常に対して所定の操作が実施されたことを示す情報であること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の異常表示装置。 - 前記表示制御部は、
前記装置に複数の前記異常が発生した場合に、複数の前記異常を、各々の前記異常の発生した前記装置の部位、及び前記異常が発生した機能、の少なくとも一方で分類して、前記時系列データ及び前記特徴量を表示すること
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の異常表示装置。 - 所定の作業を行う装置に発生する異常を、表示部に表示する異常表示方法であって、
前記装置の状態を示す状態データの時系列からなる時系列データ、及び、前記時系列データから算出される特徴量であって、前記異常を判定する指標となる前記特徴量を取得し、
前記時系列データ、及び、前記特徴量を前記表示部に同時に表示し、且つ、前記特徴量のうち前記異常の発生を示す部分である異常信号と、前記時系列データのうち前記異常が発生した時の前記状態データとを、関連付けて表示し、
所定の操作情報が入力された際に前記特徴量の表示を停止し、
所定の表示期間における前記時系列データを表示すると共に、時間経過に伴って前記所定の表示期間の前記時系列データを更新し、
前記所定の操作情報が入力されず、且つ、前記所定の表示期間の前記時系列データの更新により前記異常の発生時刻が前記所定の表示期間に含まれなくなる場合に、前記異常の発生時刻が前記所定の表示期間に含まれるように前記所定の表示期間を変更すること
を特徴とする異常表示方法。
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WO2022250023A1 (ja) * | 2021-05-28 | 2022-12-01 | 三菱重工業株式会社 | プラント監視装置及びプラント監視方法並びにプログラム |
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