JP4419384B2

JP4419384B2 - State quantity presentation device and method

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Publication number: JP4419384B2
Application number: JP2002346441A
Authority: JP
Inventors: 大河野; 英夫永田; 康之井上
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP2004178447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにより駆動されるロボット、工作機械などの機械装置の制御系の状態量呈示装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械装置をモータで駆動する場合、機械装置に適した制御系を構築し、高速高精度な駆動と位置決めができるようにパラメータを調整する。
ここで機械装置としてロボットを例にとり、従来の技術を説明する。
図８にロボットとサーボモータの制御系の構成を示す。ロボット１にはサーボモータ１９が内蔵され、サーボモータ１９を駆動するサーボアンプ１３は制御装置３１に配置される。サーボモータ１９の回転角度はサーボモータ１９内部の位置検出器２０で検出され、制御装置３１に送られる。制御装置３１内部の演算部１４では、位置検出器２０の情報から位置、速度、加速度などの情報を生成し、現在の位置、速度、加速度などの指令と比較演算され、サーボモータ１９を駆動するトルク指令を演算する。通常はトルク指令に従い、サーボアンプ１３でサーボモータ１９の電流を制御し、ロボット１を駆動している。
【０００３】
制御系がアナログ系で構成される場合、制御系の状態量は素子の電圧を測定することで視覚化することが可能であるが、近年はＣＰＵのデジタル演算によりモータの制御装置が構成されるため、入力される状態量から出力されるアナログ量になるまではブラックボックス化されている。
そのためモータの制御系の調整が容易でないという問題があった。その問題に対して、以下に述べるように、モータの制御系の状態を視覚化させる手法や、自動的に調整する手法が開示されている。
【０００４】
視覚化する例として、特開平９−８５６５５号公報（特許文献１）では、ロボットの現在位置や教示データを、表示装置上にグラフィック表示するロボット操作盤が開示されている。
また自動的に調整する例として、特開平８−２２１１３２号公報（特許文献２）では、パラメータ自動調整装置が記載されている。このパラメータ自動調整装置では、サーボ制御系に所定の動作を行なわせるための調整用プログラムと、調整用プログラムによるサーボ制御系の駆動に基づくサーボ情報を解析する解析手段と、解析手段の解析結果に基づいてサーボ制御系のパラメータを求め、そのパラメータをサーボ制御系に送出するパラメータ調整手段を備え、サーボ制御系に送出した調整用プログラムに従ってサーボ制御系を駆動させ、サーボ制御系のサーボ情報による誤差が基準より小さければ制御ゲインをある定数ｅだけ増加し、基準より大きければｅ／２だけ小さくする操作を繰り返し、誤差が基準内に収まったときの制御ゲインに決定する。
また、音声データの状態量を呈示する例として、特開平２−３５３５１号公報（特許文献３）に記載された呈示装置がある。この呈示装置は、図９に示すように、碍子５１の良不良を判断するために、碍子５１を碍子振動用レーザ発生装置５０で発生した碍子振動用レーザ光５２で振動させ、また、振動検出用レーザ発生装置６０から発射した振動検出用レーザ光５９の反射光５３を光検出器５４で受光すると共に振動検出器６１で碍子５１の振動を計測し、計測値を音声変換装置５５で音声信号に変換し、音声出力装置５６と音声出力部５７により音声として発生することで、碍子５１の振動状態を作業者５８に呈示するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−８５６５５号公報
【特許文献２】
特開平８−２２１１３２号公報
【特許文献３】
特開平２−３５３５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているロボット教示操作盤は、ロボットの姿勢等の物理的状態や、教示しようとしている方向の情報をグラフィック表示するだけである。パラメータ調整を行うにはその情報に対する専門的な知識を有する作業者の解釈が必要となるため、効率的なパラメータ調整ができなかった。また、特許文献２に示す従来のパラメータ調整部では、評価関数の選び方によって、パラメータが最適値から外れた局所安定値に落ち着いてしまい、良好な調整ができないという問題や、評価関数の選び方と、機械の動作条件によっては調整に非常に長い時間を要するという問題があった。
さらに特許文献３に示す従来の呈示装置では、計測値を逐次音に変換しているので、時々刻々と変化する動作における、過渡的に変化する振動に対する一瞬の変化を作業者が認識できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械装置の状態を作業者が確実に効率良く認識できるようにすることができ、調整開始時の条件や設定に依らないで調整できるための呈示装置および方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の状態量呈示装置は、モータによって駆動される機械装置の制御パラメータを調整する際に、前記機械装置の状態量を呈示する状態量呈示装置において、
前記モータの回転角度あるいは前記機械装置の作業点の加速度を計測するセンサ部と、
前記センサ部で計測された計測値から前記モータあるいは前記機械装置の作業点の振動の最大振幅およびその最大振幅時の振動周期を前記振動の特徴量として抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量からパラメータ調整作業者が認識できる範囲の振幅と振動数をもつ呈示データを生成する呈示データ生成部と、
前記呈示データを音または振動の信号として一定時間繰り返して出力することにより前記パラメータ調整作業者に呈示する情報呈示部と、
前記パラメータ調整作業者の操作に従って前記機械装置の制御パラメータが調整されるパラメータ調整部と
を有する。
請求項１記載の発明においては、モータあるいは機械装置の状態量をセンサ部で計測し、その計測値から特徴量を抽出してパラメータ調整作業者に必要な情報を呈示するようにしたので、パラメータ調整作業者は情報呈示部に呈示された情報に基づいて、定常的な微小振動や過渡的に変化する信号を確実に認識することができ、機械装置のパラメータを調整できる。
なお、本明細書において「振動」とは、触覚で感じる物体そのものの物理的振動を指し、「音」とは、聴覚で感じる空気の振動を指す。
【０００８】
請求項２記載の状態量呈示装置は、請求項１記載の状態量呈示装置において、前記パラメータ調整作業者に呈示する前記呈示データとして振動を用いる場合に、前記呈示データ生成部は、前記最大振幅と前記振動の振幅とに相関関係を持たせ、さらに、前記最大振幅時点の振動周期と前記振動の周波数とに相関関係を持たせる。
請求項３記載の状態量呈示装置は、請求項１記載の状態量呈示装置において、前記パラメータ調整作業者に呈示する前記呈示データとして音を用いる場合に、前記呈示データ生成部は、前記最大振幅と前記音の音量とに相関関係を持たせ、さらに、前記最大振幅時点の振動周期と前記音の周波数とに相関関係を持たせる。
請求項４記載の状態量呈示方法は、機械装置と、前記機械装置を制御する制御装置と、前記機械装置の作業点の加速度を運動の状態量として計測するセンサ部と、前記センサ部で計測された計測値から前記機械装置の作業点の振動の最大振幅および前記最大振幅時の振動周期を前記振動の特徴量として抽出する特徴量抽出部と、前記特徴量に基づいてパラメータ調整作業者が認識できる範囲の振幅と振動数をもつ呈示データを生成する呈示データ生成部と、前記呈示データを音または振動の信号として一定時間繰り返して出力することにより前記パラメータ調整作業者に呈示する情報呈示部と、
前記パラメータ調整作業者の操作に従って前記機械装置の制御パラメータを調整するパラメータ調整部とを備えた状態量呈示装置を用いた状態量呈示方法であって、前記機械装置の状態量を前記センサ部で計測し、前記特徴量抽出部において前記センサ部の計測値から前記振動の特徴量を抽出し、前記呈示データ生成部において前記特徴量に基づいて一定時間繰り返す連続的な前記呈示データを生成し、前記情報呈示部を介して、前記呈示データをパラメータ調整作業者に呈示することにより、その呈示データに基づいて前記パラメータ調整作業者が前記パラメータ調整部において前記機械装置の制御パラメータを調整できるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基本構成について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る状態量呈示装置の基本構成を示すブロック図、図２は、第１実施形態におけるデータの変化を表す図である。
図１において、状態量呈示装置は、モータにより駆動されるロボット、工作機械などの機械装置３と、この機械装置３を制御するパラメータ調整部３２を備えた制御装置３１と、機械装置３の作業点の運動の状態を計測するセンサ部２と、センサ部２で計測された計測値８から特徴量７を抽出する特徴量抽出部１１と、特徴量７に基づいて呈示データ１０を生成する呈示データ生成部６と、呈示データ１０をパラメータ調整作業者５に呈示する情報呈示部４とを備えている。なお、センサ部２としては、加速度センサやレーザセンサなどの手段があるが、ここでは加速度センサを例に説明する。
【００１０】
以下に、本実施形態に係る状態量呈示装置を用いたパラメータ調整方法の基本的な流れを説明する。
（Ｓｔｅｐ１）機械装置３の制御パラメータが適正に調整されていない場合、機械装置３の作業点に振動が発生する。機械装置３に取り付けられた加速度センサ２が、その振動を測定する。ここでは、図２に示す波形の振動が計測されたとする。この計測値８が、特徴量抽出部１１に入力される。
（Ｓｔｅｐ２）特徴量抽出部１１により、計測値８から特徴量７が抽出される。ここで特徴量７は、図２に示すように、加速度データから最大振幅と、最大振幅が発生したときの振動周期を抽出したものである。
（Ｓｔｅｐ３）呈示データ生成部６は、図２に示すように、特徴量抽出部１１から伝送された特徴量７をパラメータ調整作業者が認識できる範囲の振幅と振動数に変換することで、パラメータ調整作業者５に呈示するデータを生成する。
（Ｓｔｅｐ４）情報呈示部４は、呈示データ生成部６が生成したデータを、一定時間繰り返して出力する。パラメータ調整作業者５は情報呈示部４から発生される情報を感知する。
以上（Ｓｔｅｐ１）から（Ｓｔｅｐ４）により、パラメータ調整作業者５は定常的な微小振動や過渡的に変化する信号に対しても確実に認識し、機械装置３のパラメータを調整できる。また、パラメータ調整結果の認識が連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の具体的実施例である第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態の構成を示すブロック図、図４は第２実施形態におけるデータの変化を表す図、図５は第２実施形態における制御装置内のパラメータ調整部の構成を表す図である。
ここでは、機械装置３の例としてロボット１を駆動するサーボモータ１９の振動を位置検出器２０の回転角度信号の差分から検知し、呈示音データ３０に変換して、スピーカ２４から音声によってパラメータ調整作業者５に呈示することにより、パラメータ調整作業者５がパラメータ調整部３２を用いて速度ループゲイン３６を調整する装置を説明する。
【００１２】
（Ｓｔｅｐ１１）位置検出器２０により、サーボモータ１９の回転角度を計測する。制御装置３１内の速度演算部３８は、位置検出器２０で計測された回転角度の差分値を速度として演算する。前記差分値が、計測値８として特徴量抽出部１１に入力される。ここでは、図４に示すような速度波形が計測値として得られたとする。
（Ｓｔｅｐ１２）特徴量抽出部１１により、図４に示すように、計測値８からピークトゥピーク振幅２９と、振動周期２８が抽出される。
（Ｓｔｅｐ１３）呈示データ生成部６はピークトゥピーク振幅２９と振動周期２８を、周波数が人間の可聴域に入るように定数倍し、音量が振幅に比例するように定数倍して、図４に示すような、パラメータ調整作業者５に呈示する呈示音データ３０を作成する。ここで、振幅の最大値を定数倍して保持することにより、最大振幅のみを感知する方法でもよい。
（Ｓｔｅｐ１４）スピーカ２４は呈示データ生成部６が作成したデータを、繰り返して出力する。ここでスピーカに限らず、振動発生器を用いて振動を発生したり、ピエゾ素子を人体に接触させて圧力を発生したりしても良い。パラメータ調整作業者５は、スピーカ２４から発生される可聴音の音量がピークトゥピーク振幅２９に比例し、周波数が振動周期に比例することから、モータの状態を認識することができる。
【００１３】
（Ｓｔｅｐ１５）この認識結果を基にパラメータ調整部３２上のパラメータ調整ボタンを押す。図５に示すように、パラメータ増加ボタン３５を押すと、速度ループゲイン３６が高くなり、パラメータ減少ボタン３７を押すと、速度ループゲイン３６が低くなる。速度ループゲイン３６を高くしていくと、ある値で発振しはじめるため、計測値８内のピークトゥピーク振幅が大きくなり、音量が大きくなる。また、速度ループゲイン３６を低くしていくと、ある値で振動が収束するため、計測値８内のピークトゥピーク振幅が小さくなり、音量が小さくなる。パラメータ増加ボタン３５およびパラメータ減少ボタン３７に対する操作と、スピーカ２４からの音の発生は同時かつ連続的に行なわれる。
なお、図５の演算部１４では、パラメータ調整された速度ループゲイン３６を用いた指令をサーボアンプ１３で電流指令に変換してサーボモータ１９に出力し、サーボモータ１９の回転角度情報は位置検出器２０により検出してサーボアンプ１３を介して演算部１４にフィードバックする。
以上（Ｓｔｅｐ１１）から（Ｓｔｅｐ１５）を繰り返すことにより、パラメータ調整作業者５は、ロボット１から目を離さずにロボット１の状態を確実に認識しながら速度ループゲインを調整できる。また、パラメータ調整と調整結果の認識が同時かつ連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の具体的実施例である第３実施形態について説明する。図６は第３実施形態の構成を示すブロック図、図７は第３実施形態におけるデータの変化を表す図である。
この第３実施形態では、機械装置３の例としてロボット１の作業中に生じる振動を加速度センサ２２で測定し、その計測値８から加速度の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期７’を特徴量抽出部１１で抽出し、呈示データ生成部６で振動データ４０に変換して、パラメータ調整作業者５に呈示することにより、パラメータ調整作業者５がロボット１から目を離さずに、制御装置３１のフィードフォワード制御パラメータ３３を調整できる装置を説明する。本実施形態では、フィードフォワード制御パラメータ３３について説明するが、位置ループゲインや速度ループゲインなど、他のパラメータでも同様である。
【００１５】
（Ｓｔｅｐ２１）ロボット１が作業を行なうと、ロボット１の作業点に働く加速度が、ロボットの作業点に取り付けられた加速度センサ２２で検知される。ここでは加速度センサ２２を用いて説明するが、レーザセンサ等の位置検出器で作業点の位置を計測し、２階微分して加速度データを得る方法を用いてもよい。ここでは、図７に示すような波形の加速度信号が計測されたとする。この計測値８が特徴量抽出部１１に入力される。
（Ｓｔｅｐ２２）特徴量抽出部１１により、図７に示すように、計測値８から最大振幅２７と、最大振幅が発生した時点での振動周期２８が抽出される。ここで、特徴量は計測値の最大値や最小値、振動周期に限らず、ある一定時間の作業データから平均値を求めても良い。
（Ｓｔｅｐ２３）呈示データ生成部６は、特徴量である最大振幅、振動周期７’から図６に示すように、パラメータ調整作業者５に呈示する振動データ４０を作成する。
【００１６】
（Ｓｔｅｐ２４）振動発生部３４はタイマ９によって定められた時間の間、振動データ４０に従って電磁コイル４１に電流を流し、振動子４２を振動させる。また、振動発生部３４はパラメータ調整部３２に固定されており、パラメータ調整部３２が振動する。ここで、振動発生部３４に限らず、音に変換して呈示してもよい。パラメータ調整作業者５は、パラメータ調整部３２の振幅が最大振幅２７に比例し、振動数が振動周期２８に比例することから、過渡的に変化するロボット１の状態の一瞬の変化に対しても、確実に認識することができる。
【００１７】
（Ｓｔｅｐ２５）パラメータ調整作業者５は認識した状態から判断してパラメータ増加ボタン３５またはパラメータ減少ボタン３７を押す。パラメータ増加ボタン３５を押すと、フィードフォワード制御パラメータ３３が高くなり、パラメータ減少ボタン３７を押すと、フィードフォワード制御パラメータ３３が低くなる。フィードフォワード制御パラメータ３３を高くしていくと、作業点の振動が小さくなるため、計測値の振幅が小さくなり、フィードフォワード制御パラメータ３３を低くしていくと、作業点の振動が大きくなるため、計測値の振幅が大きくなる。パラメータ増加ボタン３５およびパラメータ減少ボタン３７に対する操作と、振動発生部３４での振動の発生は同時かつ連続的に行なわれる。
以上（Ｓｔｅｐ２１）から（Ｓｔｅｐ２５）を繰り返すことにより、パラメータ調整作業者５は、ロボット１から目を離さずに、またパラメータ調整部３２からも手を離さずにロボット１の状態を確実に認識しながらフィードフォワード制御パラメータを調整できる。また、フィードフォワード制御パラメータの調整と調整結果の認識が同時かつ連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１記載の状態量呈示装置によれば、センサ部による計測値を特徴量抽出部および呈示データ生成部においてパラメータ調整作業者に認識しやすい情報に変換して呈示することによって、パラメータ調整作業者が機械装置の状態を確実に認識することができる。また、パラメータ調整と調整結果の認識が同時かつ連続的に行なえるため調整作業の効率が良くなるほか、外部計測器が不要となるためシステムを簡素化できる。
【００１９】
請求項２乃至３記載の状態量呈示装置によれば、計測値の最大振幅と、最大振幅が発生した時点での振動周期から呈示データを作成し、情報を呈示することによって、パラメータ調整作業者がパラメータ調整部から目や手を離さずに、機械装置の作業中の状態を確実に認識し、モータやシステム全体のパラメータ調整を安全に行なうことができる。
請求項４記載の状態量呈示方法によれば、パラメータ調整作業者は、機械装置の作業中の状態を確実に認識し、モータやシステム全体のパラメータ調整を安全に効率良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る状態量呈示装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態におけるデータの変化を表す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】第２実施形態におけるデータの変化を表す図である。
【図５】第２実施形態における制御装置内のパラメータ調整部の構成を表す図である。
【図６】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態におけるデータの変化を表す図である。
【図８】一般的なロボットの制御系構成を表すブロック図である。
【図９】従来の方法を適用した不良碍子の検出装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ロボット
２センサ部
４情報呈示部
５パラメータ調整作業者
６呈示データ生成部
７特徴量
８計測値
９タイマ
１０呈示データ
１１特徴量抽出部
１３サーボアンプ
１４演算部
１９サーボモータ
２０位置検出器
２２加速度センサ
２４スピーカ
２７最大振幅
２８振動周期
２９ピークトゥピーク振幅
３０呈示音データ
３１制御装置
３２パラメータ調整部
３３フィードフォワード制御パラメータ
３４振動発生部
３５パラメータ増加ボタン
３６速度ループゲイン
３７パラメータ減少ボタン
３８速度演算部
４０振動データ
４１電磁コイル
４２振動子
５０碍子振動用レーザ発生装置
５１碍子
５２碍子振動用レーザ光
５３反射光
５４光検出器
５５音声変換装置
５６音声出力装置
５７音声出力部
５８作業者
５９振動検出用レーザ光
６０振動検出用レーザ発生装置
６１振動検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a state quantity presentation device and method for a control system of a mechanical device such as a robot or a machine tool driven by a motor.
[0002]
[Prior art]
When a mechanical device is driven by a motor, a control system suitable for the mechanical device is constructed, and parameters are adjusted so that high-speed and high-precision driving and positioning can be performed.
Here, a conventional technique will be described by taking a robot as an example of a mechanical device.
FIG. 8 shows the configuration of the robot and servo motor control system. The robot 1 includes a servo motor 19, and the servo amplifier 13 that drives the servo motor 19 is disposed in the control device 31. The rotation angle of the servo motor 19 is detected by the position detector 20 inside the servo motor 19 and sent to the control device 31. The calculation unit 14 in the control device 31 generates information such as position, speed, and acceleration from the information of the position detector 20, compares it with commands such as the current position, speed, and acceleration, and drives the servo motor 19. Calculate torque command. Usually, according to a torque command, the servo amplifier 13 controls the current of the servo motor 19 to drive the robot 1.
[0003]
When the control system is configured as an analog system, the state quantity of the control system can be visualized by measuring the voltage of the element, but in recent years, a motor control device is configured by digital computation of the CPU. Therefore, a black box is formed from the input state quantity to the output analog quantity.
Therefore, there is a problem that adjustment of the motor control system is not easy. In order to solve this problem, as described below, a method for visualizing the state of a motor control system and a method for automatically adjusting the state are disclosed.
[0004]
As an example of visualization, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-85655 (Patent Document 1) discloses a robot operation panel that graphically displays a current position and teaching data of a robot on a display device.
As an example of automatic adjustment, Japanese Patent Laid-Open No. 8-221132 (Patent Document 2) describes an automatic parameter adjustment device. In this automatic parameter adjustment device, an adjustment program for causing the servo control system to perform a predetermined operation, an analysis means for analyzing servo information based on driving of the servo control system by the adjustment program, and an analysis result of the analysis means The servo control system parameters are obtained based on the parameters, and the parameter adjustment means for sending the parameters to the servo control system is provided. The servo control system is driven according to the adjustment program sent to the servo control system. Is smaller than the reference, the control gain is increased by a certain constant e, and if it is larger than the reference, the operation of decreasing by e / 2 is repeated to determine the control gain when the error falls within the reference.
Moreover, as an example of presenting the state quantity of audio data, there is a presentation device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-35351 (Patent Document 3). As shown in FIG. 9, this presenting device vibrates the insulator 51 with the insulator vibration laser beam 52 generated by the insulator vibration laser generator 50 to determine whether the insulator 51 is good or defective. The reflected light 53 of the vibration detection laser beam 59 emitted from the laser generator 60 is received by the photodetector 54, the vibration of the insulator 51 is measured by the vibration detector 61, and the measured value is converted into a voice signal by the voice converter 55. The sound is output as sound by the sound output device 56 and the sound output unit 57, and the vibration state of the lever 51 is presented to the worker 58.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-85655 [Patent Document 2]
JP-A-8-221132 [Patent Document 3]
JP-A-2-35351 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the robot teaching operation panel disclosed in Patent Document 1 only displays the physical state such as the posture of the robot and information on the direction to be taught in graphic form. In order to perform parameter adjustment, it is necessary to interpret an operator who has specialized knowledge of the information. Therefore, efficient parameter adjustment cannot be performed. Further, in the conventional parameter adjustment unit shown in Patent Document 2, depending on how the evaluation function is selected, the parameter is settled to a local stable value that deviates from the optimum value, and satisfactory adjustment cannot be performed. There is a problem that adjustment takes a very long time depending on the operating conditions of the machine.
Furthermore, in the conventional presentation apparatus shown in Patent Document 3, since the measurement value is converted into a sequential sound, the operator cannot recognize an instantaneous change with respect to a transient change in an operation that changes every moment. was there.
The present invention has been made in view of such problems, and enables an operator to reliably and efficiently recognize the state of a mechanical device, and makes adjustments without depending on conditions and settings at the start of adjustment. It is an object of the present invention to provide a presentation device and a method for making it possible.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the state quantity presentation device according to claim 1 is a state quantity presentation apparatus that presents a state quantity of the mechanical device when adjusting a control parameter of the mechanical device driven by the motor.
A sensor unit for measuring the rotation angle of the motor or the acceleration of the working point of the mechanical device;
A feature amount extraction unit that extracts, from the measurement value measured by the sensor unit, the maximum amplitude of vibration of the working point of the motor or the mechanical device and the vibration period at the time of the maximum amplitude as the feature amount of the vibration;
A presentation data generation unit that generates presentation data having an amplitude and frequency in a range that can be recognized by the parameter adjustment operator from the feature amount;
An information presentation unit for presenting the parameter adjustment operator by repeatedly outputting the presentation data as a sound or vibration signal for a certain period of time;
And a parameter adjuster for control parameters Ru is adjustment of the mechanism in accordance with the operation of the parameter adjustment worker.
In the first aspect of the invention, the state quantity of the motor or the mechanical device is measured by the sensor unit, the feature quantity is extracted from the measured value, and the parameter adjustment operator is presented with the necessary information. Based on the information presented in the information presentation unit, the adjustment operator can reliably recognize steady minute vibrations and signals that change transiently, and can adjust the parameters of the mechanical device.
In this specification, “vibration” refers to physical vibration of an object itself that is sensed by touch, and “sound” refers to vibration of air that is felt by hearing.
[0008]
The state quantity presentation device according to claim 2 is the state quantity presentation device according to claim 1, wherein when the vibration is used as the presentation data to be presented to the parameter adjustment operator, the presentation data generation unit is configured to provide the maximum amplitude. And the amplitude of the vibration, and the correlation between the vibration period at the time of the maximum amplitude and the frequency of the vibration.
The state quantity presentation device according to claim 3 is the state quantity presentation device according to claim 1, wherein when the sound is used as the presentation data to be presented to the parameter adjustment operator, the presentation data generation unit is configured to provide the maximum amplitude. And the volume of the sound, and further, a correlation is made between the vibration period at the time of the maximum amplitude and the frequency of the sound.
5. The state quantity presentation method according to claim 4, wherein a mechanical device, a control device that controls the mechanical device, a sensor unit that measures an acceleration of a work point of the mechanical device as a motion state amount, and measurement by the sensor unit. A feature amount extraction unit that extracts, as a feature amount of the vibration, a maximum amplitude of vibration of the working point of the mechanical device and a vibration period at the maximum amplitude from the measured values, and a parameter adjustment operator based on the feature amount A presentation data generation unit that generates presentation data having a recognizable range of amplitude and frequency, and an information presentation unit that presents the parameter adjustment operator by repeatedly outputting the presentation data as a sound or vibration signal for a certain period of time. and,
A said machine state quantity presentation method using the state quantity displaying apparatus that includes a parameter adjustment section for adjusting a control parameter of the in accordance with the operation of the parameter adjustment worker, the state of the machine by the sensor unit Measuring, extracting the feature value of the vibration from the measurement value of the sensor unit in the feature value extraction unit, generating the continuous presentation data that repeats for a predetermined time based on the feature value in the presentation data generation unit, By presenting the presentation data to the parameter adjustment operator via the information presentation unit, the parameter adjustment operator can adjust the control parameters of the mechanical device in the parameter adjustment unit based on the presentation data. I did .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The basic configuration of the present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a state quantity presentation device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing data changes in the first embodiment.
In FIG. 1, the state quantity presentation device includes a mechanical device 3 such as a robot and a machine tool driven by a motor, a control device 31 including a parameter adjustment unit 32 that controls the mechanical device 3, and an operation of the mechanical device 3. Sensor unit 2 that measures the state of movement of the point, feature amount extraction unit 11 that extracts feature amount 7 from measurement value 8 measured by sensor unit 2, and presentation that generates presentation data 10 based on feature amount 7 The data generation part 6 and the information presentation part 4 which presents the presentation data 10 to the parameter adjustment operator 5 are provided. The sensor unit 2 includes means such as an acceleration sensor and a laser sensor. Here, the acceleration sensor will be described as an example.
[0010]
Below, the basic flow of the parameter adjustment method using the state quantity presentation apparatus concerning this embodiment is explained.
(Step 1) When the control parameter of the machine device 3 is not properly adjusted, vibration is generated at the work point of the machine device 3. The acceleration sensor 2 attached to the mechanical device 3 measures the vibration. Here, it is assumed that the vibration having the waveform shown in FIG. 2 is measured. The measurement value 8 is input to the feature amount extraction unit 11.
(Step 2) The feature amount extraction unit 11 extracts the feature amount 7 from the measurement value 8. Here, the feature amount 7 is obtained by extracting the maximum amplitude and the vibration period when the maximum amplitude occurs from the acceleration data, as shown in FIG.
(Step 3) As shown in FIG. 2, the presentation data generation unit 6 converts the feature quantity 7 transmitted from the feature quantity extraction unit 11 into an amplitude and a frequency within a range that can be recognized by the parameter adjustment operator. Data to be presented to the adjustment worker 5 is generated.
(Step 4) The information presentation unit 4 repeatedly outputs the data generated by the presentation data generation unit 6 for a certain period of time. The parameter adjustment operator 5 senses information generated from the information presentation unit 4.
From the above (Step 1) to (Step 4), the parameter adjustment operator 5 can recognize the steady minute vibration and the signal that changes transiently, and can adjust the parameter of the mechanical device 3. In addition, since the parameter adjustment result can be continuously recognized, the efficiency of the adjustment work is improved, and the system can be simplified because an external measuring instrument is not required.
[0011]
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment which is a specific example of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the second embodiment, FIG. 4 is a diagram showing data changes in the second embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a parameter adjustment unit in the control device in the second embodiment. is there.
Here, as an example of the mechanical device 3, vibration of a servo motor 19 that drives the robot 1 is detected from the difference in rotation angle signal of the position detector 20, converted into presentation sound data 30, and parameter adjustment is performed by sound from the speaker 24. An apparatus in which the parameter adjustment operator 5 adjusts the speed loop gain 36 using the parameter adjustment unit 32 by presenting to the operator 5 will be described.
[0012]
(Step 11) The rotation angle of the servo motor 19 is measured by the position detector 20. The speed calculation unit 38 in the control device 31 calculates the difference value of the rotation angle measured by the position detector 20 as the speed. The difference value is input to the feature amount extraction unit 11 as the measurement value 8. Here, it is assumed that a velocity waveform as shown in FIG. 4 is obtained as a measured value.
(Step 12) The feature quantity extraction unit 11 extracts the peak-to-peak amplitude 29 and the vibration period 28 from the measured value 8, as shown in FIG.
(Step 13) The presentation data generator 6 multiplies the peak-to-peak amplitude 29 and the vibration period 28 by a constant so that the frequency falls within the human audible range, and a constant so that the volume is proportional to the amplitude. As shown, presentation sound data 30 to be presented to the parameter adjustment operator 5 is created. Here, a method may be used in which only the maximum amplitude is sensed by holding the maximum value of the amplitude multiplied by a constant.
(Step 14) The speaker 24 repeatedly outputs the data created by the presentation data generation unit 6. Here, not only the speaker but also a vibration generator may be used to generate vibration, or the piezoelectric element may be brought into contact with the human body to generate pressure. The parameter adjusting operator 5 can recognize the state of the motor because the volume of the audible sound generated from the speaker 24 is proportional to the peak-to-peak amplitude 29 and the frequency is proportional to the vibration period.
[0013]
(Step 15) The parameter adjustment button on the parameter adjustment unit 32 is pressed based on the recognition result. As shown in FIG. 5, when the parameter increase button 35 is pressed, the speed loop gain 36 is increased, and when the parameter decrease button 37 is pressed, the speed loop gain 36 is decreased. As the speed loop gain 36 is increased, oscillation starts at a certain value, so that the peak-to-peak amplitude in the measured value 8 increases and the volume increases. Further, when the speed loop gain 36 is lowered, the vibration converges at a certain value, so that the peak-to-peak amplitude in the measured value 8 becomes smaller and the sound volume becomes smaller. The operation on the parameter increase button 35 and the parameter decrease button 37 and the generation of sound from the speaker 24 are performed simultaneously and continuously.
5, the command using the parameter-adjusted speed loop gain 36 is converted into a current command by the servo amplifier 13 and output to the servo motor 19, and the rotation angle information of the servo motor 19 is detected by position detection. The signal is detected by the controller 20 and fed back to the calculation unit 14 via the servo amplifier 13.
By repeating the above (Step 11) to (Step 15), the parameter adjustment operator 5 can adjust the speed loop gain while reliably recognizing the state of the robot 1 without taking his eyes off the robot 1. In addition, parameter adjustment and recognition of the adjustment result can be performed simultaneously and continuously, so that the efficiency of the adjustment work is improved, and the system can be simplified because no external measuring instrument is required.
[0014]
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment which is a specific example of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing data changes in the third embodiment.
In the third embodiment, as an example of the mechanical device 3, vibration generated during the operation of the robot 1 is measured by the acceleration sensor 22, and the maximum acceleration amplitude and the vibration cycle at the time when the maximum amplitude is generated from the measured value 8. 7 ′ is extracted by the feature quantity extraction unit 11, converted into vibration data 40 by the presentation data generation unit 6, and presented to the parameter adjustment worker 5, so that the parameter adjustment worker 5 keeps an eye on the robot 1. Next, a device capable of adjusting the feedforward control parameter 33 of the control device 31 will be described. In the present embodiment, the feedforward control parameter 33 will be described, but the same applies to other parameters such as a position loop gain and a velocity loop gain.
[0015]
(Step 21) When the robot 1 performs work, the acceleration acting on the work point of the robot 1 is detected by the acceleration sensor 22 attached to the work point of the robot. Although the description will be made using the acceleration sensor 22 here, a method may be used in which the position of a work point is measured by a position detector such as a laser sensor and acceleration data is obtained by second-order differentiation. Here, it is assumed that an acceleration signal having a waveform as shown in FIG. 7 is measured. This measured value 8 is input to the feature quantity extraction unit 11.
(Step 22) As shown in FIG. 7, the feature quantity extraction unit 11 extracts the maximum amplitude 27 from the measured value 8 and the vibration period 28 when the maximum amplitude occurs. Here, the feature value is not limited to the maximum value, the minimum value, and the vibration period of the measurement value, and an average value may be obtained from work data for a certain period of time.
(Step 23) The presentation data generation unit 6 creates vibration data 40 to be presented to the parameter adjustment operator 5 from the maximum amplitude, which is the feature amount, and the vibration period 7 ′, as shown in FIG.
[0016]
(Step 24) The vibration generating unit 34 causes a current to flow through the electromagnetic coil 41 in accordance with the vibration data 40 for the time determined by the timer 9 to vibrate the vibrator 42. Further, the vibration generating unit 34 is fixed to the parameter adjusting unit 32, and the parameter adjusting unit 32 vibrates. Here, the present invention is not limited to the vibration generator 34 and may be presented after being converted into sound. Since the amplitude of the parameter adjusting unit 32 is proportional to the maximum amplitude 27 and the vibration frequency is proportional to the vibration period 28, the parameter adjusting operator 5 can also respond to instantaneous changes in the state of the robot 1 that changes transiently. , Can be surely recognized.
[0017]
(Step 25) The parameter adjustment operator 5 judges from the recognized state and presses the parameter increase button 35 or the parameter decrease button 37. Pressing the parameter increase button 35 increases the feedforward control parameter 33, and pressing the parameter decrease button 37 decreases the feedforward control parameter 33. When the feedforward control parameter 33 is increased, the vibration at the work point is reduced, so that the amplitude of the measured value is reduced. When the feedforward control parameter 33 is decreased, the vibration at the work point is increased. The amplitude of the measured value increases. The operation on the parameter increase button 35 and the parameter decrease button 37 and the generation of vibration in the vibration generating unit 34 are performed simultaneously and continuously.
By repeating the above (Step 21) to (Step 25), the parameter adjustment operator 5 reliably recognizes the state of the robot 1 without taking his eyes off the robot 1 and without releasing his hand from the parameter adjustment unit 32. The feedforward control parameters can be adjusted while In addition, the adjustment of the feedforward control parameter and the recognition of the adjustment result can be performed simultaneously and continuously, so that the efficiency of the adjustment work is improved and the system can be simplified because an external measuring instrument is unnecessary.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the state quantity presentation device of the first aspect of the present invention, the measurement value obtained by the sensor unit is converted into information that can be easily recognized by the parameter adjustment operator in the feature quantity extraction unit and the presentation data generation unit. By presenting the parameters, the parameter adjustment operator can surely recognize the state of the mechanical device. In addition, parameter adjustment and recognition of the adjustment result can be performed simultaneously and continuously, so that the efficiency of the adjustment work is improved, and the system can be simplified because no external measuring instrument is required.
[0019]
According to the state quantity presenting apparatus according to claim 2 or 3, wherein the maximum amplitude of the measured value, by creating a presentation data from the vibration period at the time of the maximum amplitude occurs, presenting information, parameter adjustment worker However, it is possible to reliably recognize the working state of the mechanical device without taking your eyes and hands away from the parameter adjustment unit, and to safely adjust the parameters of the motor and the entire system.
According to the state quantity presenting method of the fourth aspect , the parameter adjustment operator can surely recognize the working state of the mechanical device and can safely and efficiently adjust the parameters of the motor and the entire system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a state quantity presentation device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a change in data according to the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating data changes in the second embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a parameter adjustment unit in a control device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in data in the third embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing a control system configuration of a general robot.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a defective insulator detecting device to which a conventional method is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot 2 Sensor part 4 Information presentation part 5 Parameter adjustment worker 6 Presentation data generation part 7 Feature quantity 8 Measurement value 9 Timer 10 Presentation data 11 Feature quantity extraction part 13 Servo amplifier 14 Calculation part 19 Servo motor 20 Position detector 22 Acceleration Sensor 24 Speaker 27 Maximum amplitude 28 Vibration period 29 Peak-to-peak amplitude 30 Presentation sound data 31 Controller 32 Parameter adjustment unit 33 Feed forward control parameter 34 Vibration generation unit 35 Parameter increase button 36 Speed loop gain 37 Parameter decrease button 38 Speed calculation unit 40 Vibration data 41 Electromagnetic coil 42 Vibrator 50 Insulator vibration laser generator 51 Insulator 52 Insulator vibration laser light 53 Reflected light 54 Photo detector 55 Audio converter 56 Audio output device 57 Audio output unit 58 Worker 59 For vibration detection Laser light 60 Motion detection laser generator 61 vibration detector

Claims

In adjusting the control parameters of the mechanical device driven by the motor, in the state quantity presentation device for presenting the state quantity of the mechanical device,
A sensor unit for measuring the rotation angle of the motor or the acceleration of the working point of the mechanical device;
A feature amount extraction unit that extracts, from the measurement value measured by the sensor unit, the maximum amplitude of vibration of the working point of the motor or the mechanical device and the vibration period at the time of the maximum amplitude as the feature amount of the vibration;
A presentation data generation unit that generates presentation data having an amplitude and frequency in a range that can be recognized by the parameter adjustment operator from the feature amount;
An information presentation unit for presenting the parameter adjustment operator by repeatedly outputting the presentation data as a sound or vibration signal for a certain period of time;
State quantity displaying apparatus characterized by having a parameter adjustment unit for controlling parameters Ru is adjustment of the mechanism in accordance with the operation of the parameter adjustment worker.

When using vibration as the presentation data to be presented to the parameter adjustment operator, the presentation data generation unit,
Have a correlation between the maximum amplitude and the amplitude of the vibration,
The state quantity presentation device according to claim 1, further comprising a correlation between the vibration period at the time of the maximum amplitude and the frequency of the vibration.

When using sound as the presentation data to be presented to the parameter adjustment worker, the presentation data generation unit,
Have a correlation between the maximum amplitude and the volume of the sound,
The state quantity presentation device according to claim 1, further comprising a correlation between the vibration period at the time of the maximum amplitude and the frequency of the sound.

Mechanical equipment,
A control device for controlling the mechanical device;
A sensor unit for measuring an acceleration of a working point of the mechanical device as a motion state quantity;
A feature amount extraction unit that extracts, from the measurement values measured by the sensor unit, the maximum amplitude of the vibration of the working point of the mechanical device and the vibration period at the maximum amplitude as the feature amount of the vibration;
A presentation data generation unit that generates presentation data having an amplitude and frequency in a range that can be recognized by the parameter adjustment operator based on the feature amount;
An information presentation unit for presenting the parameter adjustment operator by repeatedly outputting the presentation data as a sound or vibration signal for a certain period of time ;
A state quantity presentation method using a state quantity presentation device comprising a parameter adjustment unit for adjusting a control parameter of the mechanical device according to an operation of the parameter adjustment operator ,
The state quantity of the machinery is measured by the sensor unit,
The feature amount extraction unit extracts the vibration feature amount from the measurement value of the sensor unit,
The presenting data generation unit generates the continuous presenting data that repeats for a predetermined time based on the feature amount,
By presenting the presentation data to the parameter adjustment operator via the information presentation unit, the parameter adjustment operator can adjust the control parameters of the mechanical device in the parameter adjustment unit based on the presentation data. state quantity presentation method comprising <br/> was possible.