JP7127292B2 - センサユニット、制御方法、プログラム、および記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、センサユニット、制御方法、プログラム、および記録媒体に関する。

従来、ロボット（移動しつつ作業を行う装置）に搭載されたセンサからの取得データから故障診断用データを生成し、この故障診断用データを用いてロボットの故障を検知する技術が知られている。この技術においては、故障診断用データのデータ量を小さくすることが求められている。なぜなら、故障診断用データのデータ量が大き過ぎる場合、無線通信方式によって故障診断用データを送信することが困難になり得るためである。

故障診断用データのデータ量を小さくする技術の一例として、センサからの取得データの値が所定の閾値以下であるときに、センサからの取得データを標本化するためのサンプリング周波数を低くする技術が挙げられる（特許文献１参照）。

特開２０１７－０１６１８７号公報（２０１７年１月１９日公開）

ところで、センサからの取得データの絶対値が大きいときよりも、当該絶対値がほぼ０であるときのほうが、ロボットの故障による不具合が顕著に現れるケースがある。

前記のケースの一例として、センサとして、ロボットの移動に関する加速度を測定する加速度センサを用いる場合が挙げられる。すなわち、当該不具合は、ロボットが高速で移動しているときに顕著に現れ得る。また、ロボットが等速で移動しているとき、加速度センサからの取得データの絶対値はほぼ０となる。つまり、センサとして加速度センサを用いる場合、ロボットが高速かつ等速で移動しているときに、当該絶対値がほぼ０であるにも拘らず当該不具合が顕著に現れ得る。なお、当該不具合の一例として、ロボットの関節に設けられたベアリングに傷がついているため、ロボットの移動時にロボットが大きく振動することが挙げられる。

加速度センサからの取得データの絶対値が所定の閾値以下であるときに、加速度センサからの取得データを標本化するためのサンプリング周波数を低くする技術を適用した場合、以下の問題が発生する。すなわち、この場合、前記の不具合が顕著に現れているときに、加速度センサからの取得データの絶対値が小さいため、サンプリング周波数が低くなる虞がある。この結果、当該不具合が顕著に現れているにも拘らず、この不具合を検知し損ねることにより、ロボットの故障を検知し損ねる虞がある。

本発明の一態様は、故障診断用データのデータ量を小さくしつつ、移動しつつ作業を行う装置の故障をより確実に検知することを可能とする、センサユニット、制御方法、プログラム、および記録媒体を実現することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンサユニットは、移動しつつ作業を行う装置の故障を検知するための故障診断用データを出力するセンサユニットであって、前記移動に関する加速度を測定する加速度センサと、前記加速度の絶対値が所定の閾値以下である期間を特定する期間特定部と、前記期間のみ、前記故障診断用データを出力させる限定出力部とを備えていることを特徴としている。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御方法は、移動しつつ作業を行う装置の移動に関する加速度を測定する加速度センサを備えており、前記装置の故障を検知するための故障診断用データを出力するセンサユニットの制御方法であって、前記加速度の絶対値が所定の閾値以下である期間を特定する工程と、前記期間のみ、前記故障診断用データを出力させる工程とを含んでいることを特徴としている。

加速度の絶対値が所定の閾値以下であることは、前記装置の移動が等速か、もしくは等速に近いことを意味している。前記装置の移動が等速である場合、前記装置の加速が完了していることにより、前記装置の移動が高速である可能性がある。同様に、前記装置の移動が等速に近い場合、前記装置の加速が完了しつつあることにより、前記装置の移動が高速である可能性がある。一方、当該絶対値が所定の閾値を超えることは、前記装置が加速の最中であることを意味しているので、換言すれば、前記装置の移動が低速である可能性が高い。前記装置の移動が高速であるとき、前記装置の移動が低速であるときと比べ、前記の不具合は顕著に現れ易い。前記の構成によれば、当該不具合が顕著に現れ易い期間のみにおいて、故障診断用データを出力させる。従って、故障診断用データのデータ量を小さくしつつ、前記装置の故障をより確実に検知することが可能となる。

本発明の一態様に係るセンサユニットにおいて、前記期間特定部は、前記加速度センサによる測定の結果から、前記特定を行ってもよい。本発明の一態様に係るセンサユニットにおいて、前記期間特定部は、予め決められた前記移動のスケジュールから、前記特定を行ってもよい。

前記の各構成によれば、前記期間の特定を実現することができる。

本発明の一態様に係るセンサユニットは、前記加速度センサからの取得データのデータ量を減少させて得られた前記故障診断用データを生成するデータ生成処理部を備えていることが好ましい。

前記の構成によれば、故障診断用データのデータ量をより小さくすることができる。

本発明の一態様に係るセンサユニットにおいて、前記限定出力部は、前記故障診断用データを出力させないとき、前記データ生成処理部による前記故障診断用データの生成を停止させることが好ましい。

前記の構成によれば、故障診断用データの生成による消費電力を低減させることができる。

本発明の一態様に係る制御方法を、コンピュータに実行させてもよい。この場合、その制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体についても、本発明の範疇に含まれる。

本発明の一態様によれば、故障診断用データのデータ量を小さくしつつ、移動しつつ作業を行う装置の故障をより確実に検知することが可能となる。

本発明の一側面に係る実施の形態のセンサユニットの概略構成を示す図である。 加速度センサからの取得データの一例を示すグラフである。 図１に示すセンサユニットにおける動作の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

§１ 適用例
まず、図１および図２を参照して、本発明が適用される場面の一例について説明する。

図１は、本実施形態のセンサユニット１の概略構成を示す図である。センサユニット１は、ロボット（移動しつつ作業を行う装置）２の故障を検知するための故障診断用データを出力するものである。センサユニット１は、加速度センサ３、制御ＩＣ（Integrated Circuit）４、およびアナログフロントエンド１０を備えている。

図２は、加速度センサ３からの取得データの一例を示すグラフである。なお、図２に示すグラフにおいて、横軸は時間（単位：ｍｓ）であり、縦軸は加速度（単位：Ｇ）である。

加速度センサ３は、ロボット２に取り付けられており、ロボット２の移動に関する加速度を、所定のサンプリング周波数（以下、「測定サンプリング周波数」と称する）に基づく標本化により測定する。ロボット２における実際に移動する部分の一例として、ロボット２のアーム５が挙げられる。ロボット２の移動に関する加速度の測定結果が、後述する加速度センサ３からの取得データに相当する。加速度センサ３からの取得データは、ロボット２の主たる移動に関する加速度の他に、周囲の環境に依存する振動、および、ロボット２の駆動機構で生じる振動等を含む。

制御ＩＣ４は、限定出力部６、データ生成処理部７、および期間特定部８を有している。期間特定部８は、加速度センサ３が測定する加速度の絶対値が所定の閾値Ａｓ以下である期間を特定する。限定出力部６は、前記加速度の絶対値が所定の閾値Ａｓ以下である期間のみ、センサユニット１から故障診断用データを出力させる。一方、限定出力部６は、当該期間以外において、センサユニット１からの故障診断用データの出力を停止させる。

前記加速度の絶対値が閾値Ａｓ以下であることは、ロボット２の移動が等速か、もしくは等速に近いことを意味している。ロボット２の移動が等速である場合、ロボット２の加速が完了していることにより、ロボット２の移動が高速である可能性がある。同様に、ロボット２の移動が等速に近い場合、ロボット２の加速が完了しつつあることにより、ロボット２の移動が高速である可能性がある。一方、当該絶対値が閾値Ａｓを超えることは、ロボット２が加速の最中であることを意味しているので、換言すれば、ロボット２の移動が低速である可能性が高い。ロボット２の移動が高速であるとき、ロボット２の移動が低速であるときと比べ、ロボット２の故障による不具合は顕著に現れ易い。センサユニット１によれば、当該不具合が顕著に現れ易い期間のみにおいて、故障診断用データを出力させる。従って、センサユニット１から出力される故障診断用データのデータ量を小さくしつつ、ロボット２の故障をより確実に検知することが可能となる。

データ生成処理部７は、故障診断用データを生成する。

センサユニット１にて生成された故障診断用データは、アナログフロントエンド１０を介して、アンテナ１１から、他の電子機器（図示しない）に対して送信される。当該電子機器の一例として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）リーダー、ロボット２のコントローラ、およびロボット２を含むネットワークシステムを統括的に制御するコントローラが挙げられる。当該電子機器がＲＦＩＤリーダーである場合、センサユニット１はＲＦＩＤタグであってもよい。センサユニット１においては、当該電子機器に対して故障診断用データを送信する方式として、無線通信方式を想定しているが、有線通信方式であってもよい。アンテナ１１は、センサユニット１の構成要素としているが、課題を解決するための必須の構成ではない。

§２ 構成例
センサユニット１において、期間特定部８は、制御ＩＣ４に設けられており、加速度センサ３による測定の結果から、前記加速度の絶対値が所定の閾値Ａｓ以下であるか否かを判定することによって、前記特定を行う。但し、期間特定部８は、予め決められたロボット２の移動のスケジュールから、前記特定を行ってもよい。この場合、期間特定部８は、例えば前記の各種コントローラのいずれかに設けられ、対応するコントローラによって決められた前記スケジュールから、前記加速度の絶対値が所定の閾値Ａｓ以下であろう期間を特定する。これらにより、前記期間の特定を実現することができる。

データ生成処理部７は、例えば下記の要領で、故障診断用データを生成する。データ生成処理部７は、まず、加速度センサ３からの取得データの周波数解析を行う。続いて、データ生成処理部７は、前記周波数解析の結果から、最大周波数を検出する。最大周波数は、所定の閾値以上のパワーを有する少なくとも１種類の周波数のうち最も高い周波数で定義される。続いて、データ生成処理部７は、最大周波数の２倍以上の周波数をサンプリング周波数として、加速度センサ３からの取得データを標本化して、故障診断用データを生成する。なお、データ生成処理部７が設定するサンプリング周波数は、前記測定サンプリング周波数以下である必要がある。なお、前記周波数解析においては、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等のフーリエ変換で高精度の解析を行ってもよいし、少なくとも１段のハイパスフィルタを通過させることで簡易的な解析を行ってもよい。

このように、センサユニット１は、加速度センサ３からの取得データのデータ量を減少させて得られた故障診断用データを生成するデータ生成処理部７を備えていることが好ましい。これにより、故障診断用データのデータ量をより小さくすることができる。

限定出力部６は、センサユニット１から故障診断用データを出力させないとき、データ生成処理部７による故障診断用データの生成を停止させてもよい。例えば、限定出力部６は、前記周波数解析を中断させることによって、データ生成処理部７による故障診断用データの生成の停止を実現させてもよい。これにより、故障診断用データの生成による消費電力を低減させることができる。

図３は、センサユニット１における動作の流れを示すフローチャートである。

まず、加速度センサ３は、ロボット２の移動に関する加速度を測定する（ステップＳ１）。

続いて、期間特定部８は、加速度センサ３が測定する加速度の絶対値が所定の閾値Ａｓ以下である期間を特定する（ステップＳ２）。

続いて、限定出力部６は、前記期間のみ、センサユニット１から故障診断用データを出力させる。一方、限定出力部６は、当該期間以外において、センサユニット１からの故障診断用データの出力を停止させる（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３において、センサユニット１からの故障診断用データの出力を停止させる場合、限定出力部６は上述したとおり、例えば前記周波数解析を中断させることによって、データ生成処理部７による故障診断用データの生成を停止させてもよい。

移動しつつ作業を行う装置としては、ロボット２以外にも、例えば工場内作業用途の加工機、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）等が挙げられる。

センサユニット１の限定出力部６、データ生成処理部７、および期間特定部８は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよい。一方、センサユニット１の限定出力部６、データ生成処理部７、および期間特定部８は、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、センサユニット１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、前記コンピュータにおいて、前記プロセッサが前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ センサユニット
２ ロボット（移動しつつ作業を行う装置）
３ 加速度センサ
４ 制御ＩＣ
５ アーム
６ 限定出力部
７ データ生成処理部
８ 期間特定部
Ａｓ 所定の閾値

Claims (6)

1. 移動しつつ作業を行う装置の故障を検知するための故障診断用データを出力するセンサ
   ユニットであって、
   前記移動に関する加速度を測定する加速度センサと、
   前記加速度の絶対値が所定の閾値以下である期間を、特定する期間特定部と、
   前記期間のみ、前記故障診断用データを出力させる限定出力部と、
   前記加速度センサからの取得データのデータ量を減少させて得られた前記故障診断用データを生成するデータ生成処理部と、を備えており、
   前記限定出力部は、前記故障診断用データを出力させないとき、前記データ生成処理部による前記故障診断用データの生成を停止させ、
   前記データ生成処理部は、
   前記取得データの周波数解析を行い、
   前記周波数解析の結果から、所定の閾値以上のパワーを有する少なくとも１種類の周波数のうち最も高い周波数で定義される最大周波数を検出し、
   前記最大周波数の２倍以上の周波数をサンプリング周波数として、前記取得データを標本化して、前記故障診断用データを生成することを特徴とするセンサユニット。
2. 前記期間特定部は、前記加速度センサによる測定の結果から、前記特定を行うことを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
3. 前記期間特定部は、予め決められた前記移動のスケジュールから、前記特定を行うことを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
4. 移動しつつ作業を行う装置の移動に関する加速度を測定する加速度センサを備えており、前記装置の故障を検知するための故障診断用データを出力するセンサユニットの制御方法であって、
   前記加速度の絶対値が所定の閾値以下である期間を特定する工程と、
   前記期間のみ、前記故障診断用データを出力させる限定出力工程と、
   前記加速度センサからの取得データのデータ量を減少させて得られた前記故障診断用データを生成するデータ生成処理工程と、を含んでおり、
   前記限定出力工程にて前記故障診断用データを出力させないとき、前記データ生成処理工程による前記故障診断用データの生成を停止させ、
   前記データ生成処理工程にて、
   前記取得データの周波数解析を行い、
   前記周波数解析の結果から、所定の閾値以上のパワーを有する少なくとも１種類の周波数のうち最も高い周波数で定義される最大周波数を検出し、
   前記最大周波数の２倍以上の周波数をサンプリング周波数として、前記取得データを標本化して、前記故障診断用データを生成することを特徴とする制御方法。
5. 請求項４に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
6. 請求項５に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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