JP2021012032A - 異常診断装置およびロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する何れの部品に異常が発生しているかを診断することができる異常診断装置を得ること。【解決手段】異常診断装置１０Ｘが、モータの速度をＦＢ制御する際に用いられる速度信号Ｂ１と、モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する部品の特徴を示す特徴パラメータと、に基づいて、部品の故障時に部品に発生する振動の周波数を特性周波数として算出する特性周波数算出部１３と、モータの駆動をＦＢ制御する際に用いられる駆動力信号Ａ１と、特性周波数と、に基づいて、駆動力信号Ａ１に含まれる振動成分を算出する振動成分算出部１４Ｘと、振動成分と基準値との比較に基づいて、部品の異常状態を診断する診断部１５と、を備え、部品毎に特性周波数および振動成分が算出され、診断部１５は、部品毎に異常状態を診断するとともに、特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する部品が異常であるか否かの診断を行う異常診断装置およびロボット制御装置に関する。

モータにより駆動されるギヤなどの駆動伝達機構は、種々の要因によって動作に異常が発生する場合がある。駆動伝達機構に異常が発生している場合には、モータを備えたロボットに所望の動作を行わせることができなくなるので、異常が発生しているか否かを正確に診断することが望まれる。

特許文献１に記載の診断装置は、回転機械装置から取り込んだ計測信号に基づく運転データから、診断指標の抽出対象となるデータを切り出し、切り出されたデータから回転機械装置の状態に由来する周波数スペクトルを求めている。この診断装置は、求めた周波数スペクトルから診断指標を抽出し、抽出した診断指標を用いて、回転機械装置の状態が正常であるか異常であるかを診断している。

特開２０１５−０２１９０１号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、ロボットの減速機を対象にして異常診断を行っているので、モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する何れの部品に異常が発生しているかを診断することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する何れの部品に異常が発生しているかを診断することができる異常診断装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の異常診断装置は、モータの速度をフィードバック制御する際に用いられる信号である速度信号と、モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する部品の特徴を示す特徴パラメータと、に基づいて、部品の故障時に部品に発生する振動の周波数を特性周波数として算出する特性周波数算出部を備えている。また、本発明の異常診断装置は、モータの駆動をフィードバック制御する際に用いられる信号である駆動力信号と、特性周波数と、に基づいて、駆動力信号に含まれる振動成分を算出する振動成分算出部と、振動成分と基準値との比較に基づいて、部品の異常状態を診断する診断部と、を備えている。特性周波数算出部は、部品毎に特性周波数を算出し、振動成分算出部は、部品毎に振動成分を算出し、診断部は、部品毎に異常状態を診断するとともに、特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定する。

本発明によれば、モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する何れの部品に異常が発生しているかを診断することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる異常診断装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第１の構成例を示す図 実施の形態１にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第２の構成例を示す図 実施の形態２にかかる異常診断装置の構成を示す図 実施の形態２にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第１の構成例を示す図 実施の形態２にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第２の構成例を示す図 実施の形態１にかかる異常診断装置を実現するハードウェア構成の第１例を示す図 実施の形態１にかかる異常診断装置を実現するハードウェア構成の第２例を示す図

以下に、本発明にかかる異常診断装置およびロボット制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる異常診断装置の構成を示す図である。異常診断装置１０Ｘは、モータにより駆動されるギヤなどの駆動伝達機構（以下、駆動伝達機構という）の動作が異常であるか否かを診断するとともに、駆動伝達機構を構成する何れの部品が異常であるかを特定する装置である。異常診断装置１０Ｘは、モータから出力軸までの構成要素である駆動伝達機構に異常があるか否かをモータの情報（指令値またはフィードバック値）から診断する。以下の説明では、駆動伝達機構を構成する何れの部品が異常であるかを特定する処理を、診断処理という。診断処理の際には、ロボットが備える１つのモータに対して１つの異常診断装置１０Ｘが用いられる。

異常診断装置１０Ｘは、ロボットを制御するロボット制御装置内などに配置される。異常診断装置１０Ｘは、ロボット制御装置がロボットをフィードバック（ＦＢ：Feed Back）制御する際に用いる信号に基づいて、異常診断を行う。ロボット制御装置がロボットをフィードバック制御する際に用いる信号の例は、駆動力信号Ａ１、および速度信号Ｂ１である。

駆動力信号Ａ１は、モータの駆動状態に対応する信号である。換言すると、駆動力信号Ａ１は、モータの駆動を制御する際に用いられる信号である。駆動力信号Ａ１は、例えば、モータの駆動に用いられる電流の指令（電流指令値）、モータの駆動に用いられるトルクの指令（トルク指令値）、電流のフィードバック値（電流フィードバック値）、またはトルクのフィードバック値（トルクフィードバック値）である。モータを制御する制御部（後述する制御部２０Ａ等）は、例えば、電流に対するトルクの対応特性などに基づいて、電流指令値を変換演算してトルク指令値を算出する。制御部２０Ａは、電流に対するトルクの対応特性などに基づいて、電流フィードバック値を変換演算してトルクフィードバック値を算出してもよい。また、モータのトルク出力軸などに取り付けられたトルク検出器がトルク検出値を検出して制御部２０Ａに送り、制御部２０Ａが、トルク検出器から受け取ったトルク検出値をトルクフィードバック値として用いてもよい。

速度信号Ｂ１は、モータの速度に対応する信号である。例えば、速度信号Ｂ１は、モータが回転型モータである場合にモータの回転速度を制御する際に用いられる信号である。速度信号Ｂ１は、例えば、モータへの速度の指令値（速度指令値）、または速度のフィードバック値（速度フィードバック値）である。

異常診断装置１０Ｘは、特徴パラメータ記憶部１２と、特性周波数算出部１３と、振動成分算出部１４Ｘと、診断部１５とを備えている。特徴パラメータ記憶部１２は、駆動伝達機構を構成する部品の特徴パラメータを記憶しておくメモリなどである。

駆動伝達機構を構成する部品の例は、ギヤ（減速機、歯車）、ベアリング（軸受）、プーリ、タイミングベルトである。特徴パラメータは、各部品の特徴を示すパラメータである。特徴パラメータの例は、ベアリングのボールサイズ、ベアリングのボールの個数などである。部品の機構的特徴は、部品の機構（構成）に応じて決まる部品の動作の特徴であり、部品に対応する特徴パラメータの組み合わせ（集合）によって決まる。部品が故障した場合には、部品の機構的特徴に応じた周波数の振動が部品に発生する。以下の説明では、部品の機構的特徴に対応する部品の振動の周波数を特性周波数という場合がある。また、以下の説明では、１つの部品に対応する特徴パラメータの集合を特徴パラメータ群という場合がある。

特性周波数算出部１３は、特徴パラメータ記憶部１２から順番に特徴パラメータ群を読み出す。特性周波数算出部１３は、第１の部品を診断する第１のタイミングでは、第１の部品の特徴パラメータ群を読み出し、第２の部品を診断する第２のタイミングでは、第２の部品の特徴パラメータ群を読み出す。特性周波数算出部１３は、特定の処理周期毎に各部品の特徴パラメータ群を順番に読み出す。また、特性周波数算出部１３は、ロボット制御装置の制御部が出力する速度信号Ｂ１を受け付ける。ロボット制御装置の制御部については後述する。

特性周波数算出部１３は、特徴パラメータ群に基づいて、部品の機構的特徴である特徴情報を算出し、機構的特徴に基づいて特性周波数を算出する。特性周波数算出部１３は、例えば、速度信号Ｂ１に比例した特性周波数を算出する。特性周波数は、モータの速度に応じて変化する。したがって、特性周波数算出部１３は、速度信号Ｂ１と部品の機構的特徴とに基づいて、部品の故障時に発生する特性周波数を算出する。特性周波数算出部１３は、算出した特性周波数を、振動成分算出部１４Ｘおよび診断部１５に送る。

振動成分算出部１４Ｘは、ロボット制御装置の制御部が出力する駆動力信号Ａ１を受け付ける。また、振動成分算出部１４Ｘは、特性周波数算出部１３から送られてくる特性周波数を受け付ける。

振動成分算出部１４Ｘが受け付ける特性周波数は、部品毎に異なるものである。すなわち、特性周波数は、部品に固有の振動周波数である。したがって、振動成分算出部１４Ｘは、特性周波数に基づいて、部品を特定する。

駆動力信号Ａ１には振動成分が含まれている場合がある。駆動力信号Ａ１に含まれる振動成分は、部品の故障時に発生する部品の振動成分である。ロボットは、ロボット制御装置によってフィードバック制御されるので、部品が故障している場合には、故障している部品に対応する振動成分を含んだ駆動力信号Ａ１が用いられることとなる。ここでの駆動力信号Ａ１は、ロボットの駆動に用いられる指令またはロボットからのフィードバック値である。振動成分算出部１４Ｘは、故障の有無を判定するため、駆動力信号Ａ１に含まれる振動成分を算出する。

振動成分算出部１４Ｘは、特性周波数に基づいて、駆動力信号Ａ１に含まれる振動成分を算出する。具体的には、振動成分算出部１４Ｘは、駆動力信号Ａ１に対し、特性周波数に基づいた周波数解析を行うことにより、駆動力信号Ａ１に含まれる振動成分を算出する。すなわち、振動成分算出部１４Ｘは、駆動力信号Ａ１に対して部品の特性周波数に対応する周波数解析を行うことにより、部品に対応する振動成分を算出する。

なお、振動成分算出部１４Ｘは、部品の特性周波数に対応するバンドパスフィルタを用いて、駆動力信号Ａ１から、部品に対応する振動成分を算出してもよい。振動成分算出部１４Ｘは、算出した振動成分を診断部１５に送る。

診断部１５は、振動成分算出部１４Ｘから送られてくる振動成分を受け付ける。また、診断部１５は、特性周波数算出部１３から送られてくる特性周波数を受け付ける。診断部１５は、特性周波数に基づいて、振動成分が何れの部品の振動成分であるかを特定する。

また、診断部１５は、特定した部品の振動成分の基準値と、振動成分算出部１４Ｘから送られてきた振動成分とを比較することによって、部品毎に異常診断を行う。振動成分の基準値は、予め部品毎に診断部１５に設定しておく。

診断部１５は、診断処理の処理結果として、異常部品特定結果Ｑ１および異常診断結果Ｐ１を出力する。異常部品特定結果Ｑ１は、診断部１５が特定した部品を示す情報である。異常診断結果Ｐ１は、部品の異常の度合いを示す情報である。異常診断結果Ｐ１は、部品の異常状態を表す数値であってもよいし、部品の異常状態を表すレベル値であってもよい。診断部１５から出力された異常部品特定結果Ｑ１および異常診断結果Ｐ１は、図示しない表示装置などによって表示される。

このように、異常診断装置１０Ｘは、特定の処理周期毎に診断対象の部品を切り替えながら、診断処理を実行し、診断処理の処理結果として、異常部品特定結果Ｑ１および異常診断結果Ｐ１を出力する。

図２は、実施の形態１にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第１の構成例を示す図である。ロボットシステム１００Ａは、ロボット制御装置３０Ａとロボット４０とを有している。

ロボット４０は、駆動伝達機構４１およびモータ４２を備えている。モータ４２は、ロボット制御装置３０Ａから送られてくる電流が流れることにより駆動力を出力し、駆動伝達機構４１を駆動する。ロボット４０は、モータ４２が備える検出器４２０で検出された位置または速度の検出値をロボット制御装置３０Ａに送る。ロボット制御装置３０Ａの検出値処理部２１は、検出器４２０からの検出値を演算処理することによって、速度フィードバック値１５２および位置フィードバック値１５３を算出し、速度フィードバック値１５２を速度制御部２４に送り、位置フィードバック値１５３を位置制御部２３に送る。

ロボット制御装置３０Ａは、異常診断装置１０Ｘと、ロボット４０を制御する制御部２０Ａとを備えている。制御部２０Ａは、検出値処理部２１と、位置指令生成部２２と、位置制御部２３と、速度制御部２４と、駆動力制御部２５と、電流検出器２６とを備えている。駆動力制御部２５は、駆動力を制御するために電流を制御する場合に、電流制御部と称することもある。

検出値処理部２１は、ロボット４０の検出器４２０から送られてくるモータ４２の位置または速度の検出値を受け付ける。検出値処理部２１は、モータ４２からの検出値を演算処理して、速度信号Ｂ１のフィードバック値である速度フィードバック値１５２を速度制御部２４に送り、位置フィードバック値１５３を位置制御部２３に送る。位置指令生成部２２は、あらかじめ記憶されたロボット４０の動作プログラムなどに基づき、位置指令値を生成して位置制御部２３へ送る。位置制御部２３は、位置指令値と位置フィードバック値１５３とに基づき、速度指令値を生成して速度制御部２４へ送る。速度制御部２４は、速度信号Ｂ１の指令値である速度指令値と速度フィードバック値１５２とに基づき、電流指令値を生成して駆動力制御部２５へ送る。駆動力制御部２５は、駆動力信号Ａ１の指令値である電流指令値と、駆動力信号Ａ１のフィードバック値である電流フィードバック値１５１と、に基づき、モータ４２に電流を流す。駆動力信号Ａ１のフィードバック値は、モータ４２へ流れる電流を電流検出器２６が検出した検出値である。このように制御部２０Ａは、駆動力信号Ａ１および速度信号Ｂ１を用いてモータ４２を制御し、駆動伝達機構４１を駆動する。制御部２０Ａは、駆動力信号Ａ１としては、電流指令値をトルクに変換したトルク指令値、または電流フィードバック値１５１をトルクに変換したトルクフィードバック値を使用してもよい。

また、制御部２０Ａは、駆動力信号Ａ１としての電流指令値および速度信号Ｂ１としての速度フィードバック値１５２を異常診断装置１０Ｘに送る。これにより、異常診断装置１０Ｘは、駆動力信号Ａ１および速度信号Ｂ１を用いて部品の異常診断を行い、異常部品特定結果Ｑ１および異常診断結果Ｐ１を出力する。なお、異常診断装置１０Ｘは、ロボット制御装置３０Ａの外部に配置されてもよい。また、位置制御部２３、速度制御部２４、駆動力制御部２５、電流検出器２６、または検出値処理部２１は、ロボット制御装置３０Ａの外部に配置されたサーボアンプの内部に配置されるなど、ロボット制御装置３０Ａの外部に配置されてもよい。

図３は、実施の形態１にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第２の構成例を示す図である。ロボットシステム１００Ｂは、ロボット制御装置３０Ｂとロボット４０とを有している。図３の各構成要素のうち、図２に示したロボットシステム１００Ａと同一機能を達成する構成要素については、同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

ロボット制御装置３０Ｂは、異常診断装置１０Ｘと、ロボット４０を制御する制御部２０Ｂとを備えている。制御部２０Ｂは、検出値処理部２１と、位置指令生成部２２と、位置制御部２３と、速度制御部２４と、駆動力制御部２５と、電流検出器２６とを備えている。

制御部２０Ｂは、駆動力信号Ａ１としての電流フィードバック値１５１および速度信号Ｂ１としての速度指令値を異常診断装置１０Ｘに送る。これにより、異常診断装置１０Ｘは、駆動力信号Ａ１および速度信号Ｂ１を用いて部品の異常診断を行い、異常部品特定結果Ｑ１および異常診断結果Ｐ１を出力する。なお、異常診断装置１０Ｘは、ロボット制御装置３０Ｂの外部に配置されてもよい。

上述したように、ロボットシステム１００Ａでは、駆動力信号Ａ１が、電流指令値またはトルク指令値であり、速度信号Ｂ１が、速度フィードバック値１５２である。一方、ロボットシステム１００Ｂでは、駆動力信号Ａ１が、電流フィードバック値１５１またはトルクフィードバック値であり、速度信号Ｂ１が、速度指令値である。

このように、異常診断装置１０Ｘが各部品の異常を検出するので、ロボットシステム１００Ａ，１００Ｂがシステムダウンする前に、異常に対する対策を実施することができる。これにより、ロボットシステム１００Ａ，１００Ｂがシステムダウンすることを防止できるので、ダウンタイムを削減することが可能となる。

また、異常診断装置１０Ｘが故障などの異常が発生している部品を特定するので、異常が発生している部品に応じた対応が可能となる。これにより、ロボットシステム１００Ａ，１００Ｂの保守コストを削減できるとともに、ダウンタイムを削減することが可能となる。一方、異常が発生している部品を特定できない診断の場合には、別途、異常が発生している部品を特定する調査がある。また、異常が発生している部品を特定できなかった場合には、周辺部品の全てを交換する必要がある。したがって、異常が発生している部品を特定できない場合には、調査または交換の時間およびコストを要する。

また、異常診断装置１０Ｘが部品ごとに異常の度合いを算出するので、異常の度合いに応じた対応が可能となる。また、部品の振動検出を目的としたセンサを追加する必要が無いので、センサを追加するためのコストが不要である。また、センサが追加されたことによる、設置または配線に起因する機構的な制約および動作的な制約が発生しない。

このように実施の形態１では、特性周波数算出部１３が、速度信号Ｂ１と特徴パラメータとに基づいて、部品の故障時に特性周波数を算出し、振動成分算出部１４Ｘが、駆動力信号Ａ１と特性周波数とに基づいて駆動力信号Ａ１に含まれる振動成分を算出している。そして、特性周波数算出部１３は、部品毎に特性周波数を算出し、振動成分算出部１４Ｘは、部品毎に振動成分を算出し、診断部１５は、部品毎に異常状態を診断するとともに、特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定している。これにより、モータ４２によって駆動される駆動伝達機構４１を構成する何れの部品に異常が発生しているかを診断することが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図４から図６を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、異常診断装置が、速度信号Ｂ１に含まれる振動成分を算出し、この振動成分に基づいて診断処理を実行する。速度信号Ｂ１は、ロボット制御装置がロボットをフィードバック制御する際に用いる信号である。

図４は、実施の形態２にかかる異常診断装置の構成を示す図である。図４の各構成要素のうち図１に示した実施の形態１の異常診断装置１０Ｘと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

異常診断装置１０Ｙは、異常診断装置１０Ｘと同様に、モータにより駆動される駆動伝達機構の動作が異常であるか否かを診断するとともに、駆動伝達機構を構成する何れの部品が異常であるかを特定する装置である。

異常診断装置１０Ｙは、異常診断装置１０Ｘと比較して、振動成分算出部１４Ｘの代わりに振動成分算出部１４Ｙを備えている。すなわち、異常診断装置１０Ｙは、特徴パラメータ記憶部１２と、特性周波数算出部１３と、振動成分算出部１４Ｙと、診断部１５とを備えている。

振動成分算出部１４Ｙは、ロボット制御装置（後述するロボット制御装置３０Ｃまたはロボット制御装置３０Ｄ）が出力する速度信号Ｂ１を受け付ける。また、振動成分算出部１４Ｙは、特性周波数算出部１３から送られてくる特性周波数を受け付ける。

速度信号Ｂ１には振動成分が含まれている場合がある。速度信号Ｂ１に含まれる振動成分は、部品の故障時に発生する部品の振動成分である。ロボット４０は、ロボット制御装置３０Ｃまたはロボット制御装置３０Ｄによってフィードバック制御されるので、部品が故障している場合には、故障している部品に対応する振動成分を含んだモータ４２の検出値をロボット制御装置３０Ｄ，３０Ｃに出力し、モータ４２の検出値に基づいた速度信号Ｂ１が制御部（後述する制御部２０Ｃまたは制御部２０Ｄ）で用いられることとなる。ここでの速度信号Ｂ１は、ロボット４０の駆動に用いられる速度指令または速度フィードバック値１５２である。振動成分算出部１４Ｙは、故障の有無を判定するため、速度信号Ｂ１に含まれる振動成分を算出する。

振動成分算出部１４Ｙは、特性周波数に基づいて、速度信号Ｂ１に含まれる振動成分を算出する。具体的には、振動成分算出部１４Ｙは、速度信号Ｂ１に対し、特性周波数に基づいた周波数解析を行うことにより、速度信号Ｂ１に含まれる振動成分を算出する。すなわち、振動成分算出部１４Ｙは、速度信号Ｂ１に対して部品の特性周波数に対応する周波数解析を行うことにより、部品に対応する振動成分を算出する。

なお、振動成分算出部１４Ｙは、部品の特性周波数に対応するバンドパスフィルタを用いて、速度信号Ｂ１から、部品に対応する振動成分を算出してもよい。振動成分算出部１４Ｙは、算出した振動成分を診断部１５に送る。

図５は、実施の形態２にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第１の構成例を示す図である。ロボットシステム１００Ｃは、ロボット制御装置３０Ｃとロボット４０とを有している。図５の各構成要素のうち図２に示した実施の形態１のロボットシステム１００Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

ロボット制御装置３０Ｃは、異常診断装置１０Ｙと、ロボット４０を制御する制御部２０Ｃとを備えている。制御部２０Ｃは、検出値処理部２１と、位置指令生成部２２と、位置制御部２３と、速度制御部２４と、駆動力制御部２５と、電流検出器２６とを備えている。駆動力制御部２５は、駆動力を制御するために電流を制御する場合に、電流制御部と称することもある。

検出値処理部２１は、ロボット４０の検出器４２０から送られてくるモータ４２の位置または速度の検出値を受け付ける。検出値処理部２１は、検出器４２０からの検出値を演算処理することによって、速度フィードバック値１５２および位置フィードバック値１５３を算出し、速度フィードバック値１５２を速度制御部２４に送り、位置フィードバック値１５３を位置制御部２３に送る。位置指令生成部２２は、あらかじめ記憶されたロボット４０の動作プログラムなどに基づき、位置指令値を生成して位置制御部２３に送る。位置制御部２３は、位置指令値と位置フィードバック値１５３とに基づき速度指令値を生成して速度制御部２４へ送る。速度制御部２４は、速度信号Ｂ１の指令値である速度指令値と速度フィードバック値１５２とに基づき、電流指令値を生成して駆動力制御部２５へ送る。駆動力制御部２５は、駆動力信号のフィードバック値である電流フィードバック値１５１と、駆動力信号の指令値である電流指令値とに基づき、モータ４２に電流を流す。このように制御部２０Ｃは、駆動力信号および速度信号Ｂ１を用いてモータ４２を制御し、駆動伝達機構４１を駆動する。制御部２０Ｃは、駆動力信号としては、電流指令値をトルクに変換したトルク指令値、または電流フィードバック値１５１をトルクに変換したトルクフィードバック値を使用してもよい。

また、制御部２０Ｃは、速度信号Ｂ１としての速度フィードバック値１５２を異常診断装置１０Ｙに送る。これにより、異常診断装置１０Ｙは、速度信号Ｂ１を用いて部品の異常診断を行い、異常部品特定結果Ｑ１および異常診断結果Ｐ１を出力する。なお、異常診断装置１０Ｙは、ロボット制御装置３０Ｃの外部に配置されてもよい。

図６は、実施の形態２にかかる異常診断装置を備えたロボット制御装置の第２の構成例を示す図である。ロボットシステム１００Ｄは、ロボット制御装置３０Ｄとロボット４０とを有している。図６の各構成要素のうち図３に示した実施の形態１のロボットシステム１００Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

ロボット制御装置３０Ｄは、異常診断装置１０Ｙと、ロボット４０を制御する制御部２０Ｄとを備えている。制御部２０Ｄは、検出値処理部２１と、位置指令生成部２２と、位置制御部２３と、速度制御部２４と、駆動力制御部２５と、電流検出器２６とを備えている。制御部２０Ｄは、速度信号Ｂ１としての速度指令値を異常診断装置１０Ｙに送る。異常診断装置１０Ｙは、速度信号Ｂ１を受け付ける。

上述したように、ロボットシステム１００Ｃでは、速度信号Ｂ１が、速度フィードバック値１５２である。一方、ロボットシステム１００Ｄでは、速度信号Ｂ１が、速度指令値である。

異常診断装置１０Ｙは、速度信号Ｂ１を用いて部品の異常診断を行い、異常部品特定結果Ｑ１および異常診断結果Ｐ１を出力する。なお、異常診断装置１０Ｙは、ロボット制御装置３０Ｄの外部に配置されてもよい。

このように実施の形態２によれば、特性周波数算出部１３が、速度信号Ｂ１と特徴パラメータとに基づいて、部品の故障時に特性周波数を算出し、振動成分算出部１４Ｙが、速度信号Ｂ１と特性周波数とに基づいて速度信号Ｂ１に含まれる振動成分を算出している。そして、特性周波数算出部１３は、部品毎に特性周波数を算出し、振動成分算出部１４Ｙは、部品毎に振動成分を算出し、診断部１５は、部品毎に異常状態を診断するとともに、特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定している。これにより、モータ４２によって駆動される駆動伝達機構４１を構成する何れの部品に異常が発生しているかを診断することが可能となる。

ここで、実施の形態１，２における異常診断装置１０Ｘ，１０Ｙの機能を実現するハードウェア構成について説明する。なお、異常診断装置１０Ｘ，１０Ｙの機能を実現するハードウェア構成は同様であるので、ここでは異常診断装置１０Ｘの機能を実現するハードウェア構成について説明する。

図７は、実施の形態１にかかる異常診断装置を実現するハードウェア構成の第１例を示す図である。図８は、実施の形態１にかかる異常診断装置を実現するハードウェア構成の第２例を示す図である。

異常診断装置１０Ｘは、図７に示した制御回路、すなわちプロセッサ３０１およびメモリ３０２により実現することができる。プロセッサ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ３０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などである。

メモリ３０２には、異常診断装置１０Ｘの機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ３０１は、メモリ３０２で記憶されているプログラムを読み出して実行することによって、異常診断装置１０Ｘによる処理を実行する。メモリ３０２に格納されているプログラムは、異常診断装置１０Ｘの手順または方法に対応する複数の命令をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ３０２は、プロセッサ３０１が各種処理を実行する際の一時メモリとしても使用される。

プロセッサ３０１が実行するプログラムは、コンピュータで実行可能な、データ処理を行うための複数の命令を含むコンピュータ読取り可能かつ非遷移的な（non-transitory）記録媒体を有するコンピュータプログラムプロダクトであってもよい。

なお、図７に示すプロセッサ３０１およびメモリ３０２は、図８のように処理回路３０３に置き換えられてもよい。処理回路３０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。なお、異常診断装置１０Ｘの機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０Ｘ，１０Ｙ 異常診断装置、１２ 特徴パラメータ記憶部、１３ 特性周波数算出部、１４Ｘ，１４Ｙ 振動成分算出部、１５ 診断部、２０Ａ〜２０Ｄ 制御部、３０Ａ〜３０Ｄ ロボット制御装置、４０ ロボット、４１ 駆動伝達機構、４２ モータ、１００Ａ〜１００Ｄ ロボットシステム、３０１ プロセッサ、３０２ メモリ、３０３ 処理回路、Ａ１ 駆動力信号、Ｂ１ 速度信号、Ｐ１ 異常診断結果、Ｑ１ 異常部品特定結果。

Claims (13)

1. モータの速度をフィードバック制御する際に用いられる信号である速度信号と、前記モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する部品の特徴を示す特徴パラメータと、に基づいて、前記部品の故障時に前記部品に発生する振動の周波数を特性周波数として算出する特性周波数算出部と、
   前記モータの駆動をフィードバック制御する際に用いられる信号である駆動力信号と、前記特性周波数と、に基づいて、前記駆動力信号に含まれる振動成分を算出する振動成分算出部と、
   前記振動成分と基準値との比較に基づいて、前記部品の異常状態を診断する診断部と、
   を備え、
   前記特性周波数算出部は、前記部品毎に前記特性周波数を算出し、
   前記振動成分算出部は、前記部品毎に前記振動成分を算出し、
   前記診断部は、前記部品毎に前記異常状態を診断するとともに、前記特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定する、
   ことを特徴とする異常診断装置。
2. モータの速度をフィードバック制御する際に用いられる信号である速度信号と、前記モータにより駆動される駆動伝達機構を構成する部品の特徴を示す特徴パラメータと、に基づいて、前記部品の故障時に前記部品に発生する振動の周波数を特性周波数として算出する特性周波数算出部と、
   前記速度信号と、前記特性周波数と、に基づいて、前記速度信号に含まれる振動成分を算出する振動成分算出部と、
   前記振動成分と基準値との比較に基づいて、前記部品の異常状態を診断する診断部と、
   を備え、
   前記特性周波数算出部は、前記部品毎に前記特性周波数を算出し、
   前記振動成分算出部は、前記部品毎に前記振動成分を算出し、
   前記診断部は、前記部品毎に前記異常状態を診断するとともに、前記特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定する、
   ことを特徴とする異常診断装置。
3. 前記部品毎に前記特徴パラメータの集合を記憶する特徴パラメータ記憶部をさらに備え、
   前記特性周波数算出部は、前記特徴パラメータ記憶部から、診断対象とする部品の特徴パラメータの集合を特定の周期毎に読み出して、前記特性周波数を前記部品毎に順番に算出する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の異常診断装置。
4. 前記駆動力信号は、前記モータの駆動に用いられる電流指令値、前記モータの駆動に用いられるトルク指令値、前記モータの駆動に用いられる電流フィードバック値、または前記モータの駆動に用いられるトルクフィードバック値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
5. 前記速度信号は、前記モータの速度の指令値である速度指令値、または前記速度のフィードバック値である速度フィードバック値である、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の異常診断装置。
6. 前記特性周波数算出部は、前記特徴パラメータに基づいて前記部品の機構の特徴を示す特徴情報を算出し、前記特徴情報に基づいて、前記部品が異常の場合の速度信号に比例した特性周波数を算出する、
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の異常診断装置。
7. 前記振動成分算出部は、前記特性周波数に対応する周波数解析によって前記駆動力信号から前記振動成分を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
8. 前記振動成分算出部は、前記特性周波数に対応するバンドパスフィルタを用いることによって前記駆動力信号から前記振動成分を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
9. 前記振動成分算出部は、前記特性周波数に対応する周波数解析によって前記速度信号から前記振動成分を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の異常診断装置。
10. 前記振動成分算出部は、前記特性周波数に対応するバンドパスフィルタを用いることによって前記速度信号から前記振動成分を算出する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の異常診断装置。
11. 前記診断部は、前記部品の診断結果を、前記部品の異常状態を表す数値、または前記部品の異常状態を表すレベル値として出力する、
    ことを特徴とする請求項１から１０の何れか１つに記載の異常診断装置。
12. モータを備えたロボットを制御するロボット制御装置であって、
    前記モータにより駆動される駆動伝達機構を制御する制御部と、
    前記駆動伝達機構の動作状態を診断する異常診断装置と、
    を有し、
    前記異常診断装置は、
    モータの速度をフィードバック制御する際に用いられる信号である速度信号と、前記駆動伝達機構を構成する部品の特徴を示す特徴パラメータと、に基づいて、前記部品の故障時に前記部品に発生する振動の周波数を特性周波数として算出する特性周波数算出部と、
    前記モータの駆動をフィードバック制御する際に用いられる信号である駆動力信号と、前記特性周波数と、に基づいて、前記駆動力信号に含まれる振動成分を算出する振動成分算出部と、
    前記振動成分と基準値との比較に基づいて、前記部品の異常状態を診断する診断部と、
    を備え、
    前記特性周波数算出部は、前記部品毎に前記特性周波数を算出し、
    前記振動成分算出部は、前記部品毎に前記振動成分を算出し、
    前記診断部は、前記部品毎に前記異常状態を診断するとともに、前記特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定する、
    ことを特徴とするロボット制御装置。
13. モータを備えたロボットを制御するロボット制御装置であって、
    前記モータにより駆動される駆動伝達機構を制御する制御部と、
    前記駆動伝達機構の動作状態を診断する異常診断装置と、
    を有し、
    前記異常診断装置は、
    モータの速度をフィードバック制御する際に用いられる信号である速度信号と、前記駆動伝達機構を構成する部品の特徴を示す特徴パラメータと、に基づいて、前記部品の故障時に前記部品に発生する振動の周波数を特性周波数として算出する特性周波数算出部と、
    前記速度信号と、前記特性周波数と、に基づいて、前記速度信号に含まれる振動成分を算出する振動成分算出部と、
    前記振動成分と基準値との比較に基づいて、前記部品の異常状態を診断する診断部と、
    を備え、
    前記特性周波数算出部は、前記部品毎に前記特性周波数を算出し、
    前記振動成分算出部は、前記部品毎に前記振動成分を算出し、
    前記診断部は、前記部品毎に前記異常状態を診断するとともに、前記特性周波数に基づいて、診断対象の部品を特定する、
    ことを特徴とするロボット制御装置。

Images