JP6484287B2 - リニアガイドの損傷検知装置及び損傷検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、リニアガイドの損傷検知装置及び損傷検知方法に関する。

物品搬送等の用途に使用されるロボットを含むロボットシステムでは、該ロボットを走行させる走行装置としてリニアガイドが使用されることがある（例えば特許文献１参照）。

またリニアガイドの異常を検出するために、リニアガイドのスライド（走行部）を駆動するモータの電流値を利用する技術が知られている（例えば特許文献１、２参照）。一方、リニアガイドの振動及び温度を検出・監視することにより、該リニアガイドの異常を検知する技術も知られている（例えば特許文献３参照）。

特開平０７−１７８６９０号公報 国際公開第２００６／００１４７９号 特開２００３−３０７２３０号公報

リニアガイドのスライドを駆動するモータの電流値は、スライドやガイドレールに損傷が生じた場合に変化する（通常、大きくなる）が、スライドやガイドレール以外の要素（例えばラックギヤ、減速機、モータ自体）に異常が生じた場合にも変化する。従ってモータの電流値を利用する場合、スライドやガイドレールの損傷のみを的確に検出することができない。

一方、リニアガイドの振動及び温度を検出・監視するためには、振動と温度を同時に検出できる特殊なセンサが必要であり、リニアガイドを含む装置の複雑化・高コスト化につながる。そこで、簡易な構成で、ロボット用走行装置として使用されるリニアガイドのスライド又はガイドレールの損傷を検出できる技術が望まれている。

本開示の一態様は、ロボットを搭載したスライドと、該スライドを案内するガイドレールとを有するリニアガイドの損傷検知装置であって、前記ロボットの所定部位と前記ロボット以外の固定位置との間の距離を測定する測長センサと、前記スライドを駆動する駆動モータの電流値を測定する電流測定部と、前記測長センサで測定した前記距離が予め定めた第１の閾値で定める範囲外であり、かつ、前記駆動モータの電流値が予め定めた第２の閾値以上である場合に、前記リニアガイドに損傷が生じていると判断する判断部と、を備えた損傷検知装置である。

本開示の他の態様は、ロボットを搭載したスライドと、該スライドを案内するガイドレールとを有するリニアガイドの損傷検知方法であって、予め定めた第１の閾値及び第２の閾値を記憶するステップと、前記ロボットの所定部位と前記ロボット以外の固定位置との間の距離を測定するステップと、前記スライドを駆動する駆動モータの電流値を測定するステップと、前記距離が前記第１の閾値の範囲外であり、かつ、前記駆動モータの電流値が前記第２の閾値以上である場合に、前記リニアガイドに損傷が生じていると判断するステップと、を備えた損傷検知方法である。

本開示によれば、測長センサの測定結果とモータ電流値の双方を監視することで、異常の内容がリニアガイドの損傷であるか否かを正確に検知・判断することができる。

一実施形態に係る損傷検知装置を含むロボットシステムの一構成例を示す図である。 図１のシステムが有する測長センサの一構成例を示す図である。 図１の損傷検知装置の処理の一例を示すフローチャートである。 測長センサを用いてロボットの所定部位との距離を測定している状態を例示する図である。

図１は、本開示の好適な実施形態に係る異常検知装置と、異常検知の対象であるリニアガイドとを含むロボットシステムの一構成例を示す図である。システム１０は、ロボット１２と、ロボット１２を所定の範囲内で（図示例では直線的に）移動させるロボット走行装置１４とを有する。またロボット走行装置１４は、ロボット１２を搭載したスライド（ブロック）１６、スライド１６を（図示例では略水平方向に）案内するガイドレール１８、及びスライド１６を駆動する駆動モータ２０を有し、スライド１６及びガイドレール１８がリニアガイド２２を構成する。なおスライド１６をモータで駆動する機構としては、ラック−ピニオン又はボールネジ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ロボット１２の種類や構造に特段の制約はないが、図示例ではロボット１２は６軸の多関節ロボットであり、スライド１６に搭載されて略鉛直方向軸線回りに旋回可能な旋回胴２４、旋回胴２４に回転可能に取り付けられた上腕２６、上腕２６に回転可能に取り付けられた前腕２８、前腕２８に回転可能に取り付けられた手首軸３０、手首軸３０に回転可能に取り付けられたロボットハンド等のエンドエフェクタ３２を有し、機械加工部品等の物品（図示せず）を保持して搬送する等の、所定の作業を行えるように構成されている。またロボット１２（の各軸モータ）及びリニアガイド２２（駆動モータ２０）は、ロボット１２及び走行装置１４に接続されたロボット制御装置３６によって制御可能である。

異常検知装置４０は、ロボット１２の所定部位（図示例ではエンドエフェクタ３２）と、ロボット１２以外の固定位置（静止位置）との距離を、予め定めた第１の時間間隔で測定する測長センサ４２と、スライド１６を駆動する駆動モータ２０の電流値（走行軸モータ電流値）を、予め定めた第２の時間間隔で測定する電流センサ等の電流測定部４４と、測長センサ４２で測定した距離が予め定めた第１の閾値で定める範囲外であり、かつ、駆動モータ２０の電流値が予め定めた第２の閾値以上である場合に、リニアガイド２２（具体的には、スライド１６及びガイドレール１８の少なくとも一方）に損傷が生じていると判断するプロセッサ等の判断部４６とを有する。また異常検知装置４０はさらに、第１の閾値及び第２の閾値を記憶するメモリ等の記憶部４８を有してもよい。なお図１の例では、電流測定部４４、判断部４６及び記憶部４８は、ロボット制御装置３６内に組み込むことができるが、これらの少なくとも一部を、ロボット制御装置３６とは別個のパーソナルコンピュータ（図示せず）等の演算処理装置として構成し、該演算処理装置をロボット制御装置３６に接続して使用することもできる。

図２は、測長センサ４２の位置構成例を示す図である。測長センサ４２は、例えばレーザ式の距離計であり、システム１０が設置されている床面５０に固定配置（図示例では、床面に設置した支柱５２の上部に設けたブラケット５４に固定）され、ロボット１２の所定部位（例えばエンドエフェクタ３２の一部）に向けてレーザ光５６を照射し、その反射光を受光できるように構成されている。これにより、ロボット１２以外の固定位置（この場合は測長センサ４２の本体）とエンドエフェクタ３２との距離が測定できるので、該距離を予め定めた時間間隔で測定することにより、エンドエフェクタ３２の位置の経時的な変位量を求めることができる。

また測長センサ４２が測定するロボットの所定部位は、エンドエフェクタ３２に限られず、旋回胴２４、上腕２６又は前腕２８等の一部でもよい。但し、スライド１６又はガイドレール１８の損傷を感度よく検出できるように、該所定部位は、スライド１６からなるべく物理的に離れたロボット１２の部位（手首軸３０又はエンドエフェクタ３２等）を測定することが好ましい。例えばガイドレール１８の微細な損傷によってスライド１６（ロボット１２）が、ガイドレールの長手方向に垂直な成分を含む方向に僅かに傾いた場合でも、ロボット１２のエンドエフェクタ３２の変位は旋回胴２４に比べ大きくなるからである。

なお測長センサ４２は、ロボット１２の所定部位の位置（測長センサからの距離）を測定できるものであればどのような種類のものでもよい。例えば測長センサ４２としては、レーザ変位計、２Ｄレーザ変位計、透過型外径／寸法測定器、画像寸法測定器、渦電流式変位計、超音波式変位計、又は接触式変位計等が使用可能である。なおロボット１２側（例えば前腕２８やエンドエフェクタ３２）に測長センサを取り付け、該測長センサから、床面上の所定位置や固定構造物等の他の固定位置（静止位置）までの距離を測定するようにしてもよいが、図示例のように測長センサ４２を床面５０に対して固定式に（不動に）配置した方が、測長センサの配線等の面では有利である。

次に図２を参照しつつ、本開示における損傷検知装置の処理（損傷検知方法）の一例について説明する。先ずステップＳ１において、測長センサ４２によって得られる測長データに関する第１の閾値と、走行軸モータ（駆動モータ２０）の電流値に関する第２の閾値とを、上述の記憶部４８に記憶しておく。なお第１の閾値及び第２の閾値は、ロボット１２及びリニアガイド２２の構造、並びに正常時及び異常時（リニアガイドに損傷が生じたとき）のデータ（実績値）に基づいて経験的に定めることができるが、例えば、第１の閾値は０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ又は３ｍｍに設定可能である。また第２の閾値は例えば、正常動作時の電流値よりも２０％〜３０％高い（１．２〜１．３倍の）値に設定することができる。

次にステップＳ２において、測長センサ４２を用いて、予め定めた第１の時間間隔でロボット１２の所定部位と、測長センサ４２の本体との距離を測定する。ここで第１の時間間隔とは、測長センサ４２のデータは短時間で急激に変化する場合は少ないことから、例えば１時間に１回、２時間に１回、１日に２回、１日に１回、２日に１回等、時間〜日単位のものであることが好ましい。また所定部位の測定は、ロボット１２を搭載したスライド１６のガイドレール１８上の位置が一定でかつ、ロボット１２の姿勢（各軸の角度位置）も一定の状態で行うことが好ましい。従って好適な一実施例としては、システム１０を稼働させる日の各々において、システム１０の通常の起動を行う前に、スライド１６をガイドレール１８の一定位置に移動させ、かつロボット１２が一定の姿勢を呈するように各軸のモータを駆動させた上で、測長センサ４２でロボット１２のエンドエフェクタ３２の位置（エンドエフェクタ３２との距離）を測定する。なお日によってスライド１６の位置やロボット１２の姿勢を変えて測定することも可能ではあるが、その場合は位置や姿勢の変化量を用いて測長センサ４２の測定データを補正する必要がある。

図４は、測長センサ４２でロボット１２のエンドエフェクタ３２の一部の位置を測定している状態の一例を説明する図である。多くの場合、リニアガイド２２に損傷が生じた場合は、ロボット１２の所定部位は、ガイドレール１８の延びる方向に垂直な方向か、少なくとも、該方向に平行な成分を含む方向に変位する。そこで、測長センサ４２の測長方向は、ガイドレール１８の延びる方向に平行な方向ではなく、ガイドレール１８の延びる方向に垂直な成分を含むことが好ましい。図４の例では、測長センサ４２からエンドエフェクタ３２に向けて、ガイドレール１８の延びる方向に垂直な方向にレーザ光を照射して、エンドエフェクタ３２と測長センサ４２との間の距離を求めている。

次のステップＳ３では、測長センサ４２で測定した測長センサ４２とエンドエフェクタ３２との距離（測定値）が第１の閾値で定める範囲外であるか否かを判定する。より具体的には、正常時のエンドエフェクタ３２の位置（測長センサ４２との距離）を、正常値として予め上述の記憶部４８等に記憶しておき、該正常値と測定値との差が第１の閾値（例えば２ｍｍ）未満であれば、判断部４６が、リニアガイドには異常がない（損傷が生じていない）と判断する（ステップＳ４）。異常がない場合は、異常検知装置は特段の処理を行う必要はないが、異常がない旨を作業者に知らせるようにしてもよく、例えばロボット制御装置３６のディスプレイ等の適当な表示画面に表示するようにしてもよい。

一方、該正常値と測定値との差が第１の閾値以上である場合は、リニアガイドが損傷している可能性もあるが、この段階では、ロボット１２自体に損傷や構造的な歪みが生じており、リニアガイドには異常（損傷）がない可能性もある。そこでステップＳ５に進み、走行軸モータである駆動モータ２０の電流値を第２の時間間隔で測定する。例えば第２の時間間隔は５秒に１回、１０秒に１回等の秒単位の時間として設定可能であるが、好適な例としては、プログラムサイクルと同じ値に設定することができる。プログラムサイクルとは例えば、ロボット１２又はリニアガイド２２が反復して行う動作の一単位（例えば物品を把持したロボット１２をスライド１６でガイドレール１８の一端から他端まで移動させ、該他端でロボット１２が物品を解放し、再びロボット１２をガイドレール１８の一端に戻し、ロボット１２が新たな物品を把持する動作）を行うためのプログラムのサイクルを意味する。このようなプログラムサイクルでのモータ電流値の測定・記録は通常の稼働時にも行っているので、得られた測定値を所定の時間間隔でサンプリングすることができる。

次のステップＳ６では、測定した走行軸モータの電流値が予め定めた第２の閾値以上であるか否かを判定する。例えば、正常時のモータ電流値を正常値として予め上述の記憶部４８等に記憶しておき、ある時点のモータ電流の測定値が第２の閾値（例えば正常値の１．２倍）以上であれば、判断部４６が、リニアガイドには損傷が生じていると判断し、作業者にその旨を知らせるための警告をする（ステップＳ７）。この警告としては、ロボット制御装置のディスプレイ等の、作業者が視認しやすい適当な表示画面に「リニアガイド損傷」等の文字表示をしたり、警告音を出力したりする等、作業者が容易に認識できるものが好ましい。また、上記警告の代わりに又はこれに加え、リニアガイドに損傷が生じたこと示すデータ又は信号を、ホストコンピュータ等の他の外部装置に出力し、該外部装置から作業者にリニアガイドの損傷を通知できるようにしてもよい。

一般に、ロボット用走行装置として使用するリニアガイドが損傷した場合（例えばスライド又はガイドレールに凹みが生じた場合等）、ロボットの代表点（例えば工具先端点）の実際の位置が指令位置からずれるため、ロボットによるワークの把持ミス等の作業エラーが生じる。このような作業エラーが生じてしまうと、作業者はロボットを含むシステムを一旦停止し、該作業エラーの原因の調査や復旧作業を行う必要があり、生産効率の低下につながっていた。

そこで本実施形態では先ず、測長センサ４２によってロボット１２の所定部位との距離を測定することにより、作業エラーが生じる前にロボット１２の位置ずれを検知できるようにした。しかしこれだけでは、位置ずれの原因がリニアガイド２２の損傷によるものか、或いはロボット１２自体の構造に起因するものかが判別できない。そこで本実施形態では、さらに走行軸モータの電流値が第２の閾値以上となっていれば、リニアガイド２２の損傷や潤滑不良によるスライド１６とガイドレール１８との間の抵抗の増大によって電流値が正常時よりも有意に上昇したと判断できることから、位置ずれの原因がリニアガイド２２の損傷と判断し、その旨を警告するようにしている。

つまり本開示では、測長センサ４２の測定値が第１の閾値で定める範囲外であり、かつ、駆動モータ２０の電流値が第２の閾値以上である場合は、リニアガイド２２（スライド１６又はガイドレール１８）に凹みや擦過傷等の物理的な損傷が生じていると判断する。なおこのようにして検知・判断されるリニアガイドの損傷は、直ちにシステムを停止しなければならない程度のものではないことが多いが、ステップＳ７での警告を放置すると、スライド１６とガイドレール１８との間の軸受から玉が飛び出す等、システムを緊急停止しなければならない深刻な事態が発生し得る。そこで作業者は、ステップＳ７での警告を認識したら、どのようなスケジュールでリニアガイドのメンテナンス等を行うべきかを検討し、適切な時期にメンテナンス等を行うことにより、上述のような不都合な事態を確実に回避することができる。

一方、測長センサ４２の測定値が第１の閾値で定める範囲外であっても、駆動モータ２０の電流値が第２の閾値未満であるときは、リニアガイド２２には損傷は生じておらず、ロボット１２自体の構造に何らかの歪みや異常が存在していると考えられる。また、測長センサ４２の測定値が第１の閾値で定める範囲内であって、かつ駆動モータ２０の電流値が第２の閾値以上であるときは、リニアガイド２２ではなく、走行装置１４の減速機やラック（走行装置がラック−ピニオン式である場合）に異常が生じている可能性が高い。このように本開示によれば、作業者はシステム１０の異常箇所を正確に判断することができるので、これを解消するための措置も効率的に採ることができる。

１０ システム
１２ ロボット
１４ 走行装置
１６ スライド
１８ ガイドレール
２０ 駆動モータ
２２ リニアガイド
３２ エンドエフェクタ
３６ ロボット制御装置
４０ 異常検知装置
４２ 測長センサ
４４ 電流測定部
４６ 判断部
４８ 記憶部

Claims (5)

1. ロボットを搭載したスライドと、該スライドを案内するガイドレールとを有するリニアガイドの損傷検知装置であって、
   前記ロボットの所定部位と前記ロボット以外の固定位置との間の距離を測定する測長センサと、
   前記スライドを駆動する駆動モータの電流値を測定する電流測定部と、
   前記測長センサで測定した前記距離が予め定めた第１の閾値で定める範囲外であり、かつ、前記駆動モータの電流値が予め定めた第２の閾値以上である場合に、前記リニアガイドに損傷が生じていると判断する判断部と、
   を備えた損傷検知装置。
2. 前記第１の閾値及び前記第２の閾値を記憶する記憶部をさらに有する、請求項１に記載の損傷検知装置。
3. 前記測長センサの測長方向は、前記ガイドレールの延びる方向に垂直な方向の成分を含む、請求項１又は２に記載の損傷検知装置。
4. 前記判断部は、前記リニアガイドに損傷が生じていると判断したときに警告をする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の損傷検知装置。
5. ロボットを搭載したスライドと、該スライドを案内するガイドレールとを有するリニアガイドの損傷検知方法であって、
   予め定めた第１の閾値及び第２の閾値を記憶するステップと、
   前記ロボットの所定部位と前記ロボット以外の固定位置との間の距離を測定するステップと、
   前記スライドを駆動する駆動モータの電流値を測定するステップと、
   前記距離が前記第１の閾値の範囲外であり、かつ、前記駆動モータの電流値が前記第２の閾値以上である場合に、前記リニアガイドに損傷が生じていると判断するステップと、
   を備えた損傷検知方法。

Images