JP7245994B2 - 異常診断装置及びそれを備えたロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、異常診断装置及びそれを備えたロボット制御装置に関する。

モータ等の回転部を有する駆動機構では、その動作中に回転部に振動が発生している。従来、この振動を解析して回転部の異常を診断する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、回転機器において、回転機器の状態量から回転速度に依存した周波数のスペクトルを高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴという）にて抽出する際に、回転速度が変わることで変動する周波数のスペクトルを追従するための信号処理装置が開示されている。この信号処理装置では、スペクトルの探索周波数範囲を回転速度に応じて変更させることで、周波数のスペクトルを正しく追従している。

また、特許文献２には、振動等の解析結果に基づいて、回転機器の入力軸又は出力軸から得られる回転に関する情報量の周波数成分の信号強度を抽出し、得られた周波数成分に基づいて、回転機器の故障状態及び／又は劣化状態を推定する構成が開示されている。

特開２００８－１９６８７６号公報 特開２０１５－０３４７７６号公報

ところで、産業用途で広く用いられるロボットは、１または複数の関節軸を有し、関節軸のそれぞれにサーボモータと減速機とエンコーダとが設けられている。このような関節軸に異常が生じると不規則な振動が生じ、回転トルクに脈動成分が重畳する。この脈動成分を解析することで、関節軸の異常の有無や異常要因の診断が可能となる。

しかし、特許文献１，２に開示される従来の構成では、モータの回転速度に応じて回転トルクの脈動周波数が変化するので、異常要因の特定がしづらいという問題があった。

また、周波数のスペクトル追従や故障状態の推定のために、多くのメモリを要するとともに、各種の信号処理を行う中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）に高負荷が加わってしまう。このため、モータのサーボ制御をしながら回転トルクの脈動成分を抽出するのは困難であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、モータの回転速度に影響されることなく、簡便な構成で、ロボットの関節軸の異常の有無及び異常要因の特定を容易に行うことが可能な異常診断装置及びそれを備えたロボット制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る異常診断装置は、１または複数の関節軸を有するロボットの異常を診断する異常診断装置であって、前記関節軸は、モータと、前記モータに連結された減速機と、前記モータに接続され、前記モータの回転角を検出するエンコーダと、を少なくとも有し、前記異常診断装置は、前記エンコーダで検出された前記モータの回転角と前記関節軸の異常要因に対応して予め設定された周期比率とを乗じた値の正弦波成分及び余弦波成分をそれぞれ生成する正弦波生成部と、前記正弦波生成部で生成された前記正弦波成分及び前記余弦波成分のそれぞれに前記モータに入力されるトルク指令を乗じた値を生成する乗算部と、前記乗算部で生成された値を所定の単位角毎に取得するとともに前記正弦波成分の１周期分積算して正弦波振幅を、前記余弦波成分の１周期分積算して余弦波振幅をそれぞれ算出する積算部と、前記積算部で算出された前記正弦波振幅と前記余弦波振幅とに基づいて前記トルク指令に含まれる脈動成分の振幅を算出する演算部と、前記演算部で算出された前記脈動成分の振幅に基づいて、前記関節軸での異常の有無及び異常要因を判定する判定部と、を有し、前記正弦波生成部は、異なる周期比率毎に前記正弦波成分及び前記余弦波成分をそれぞれ生成し、前記積算部は、異なる周期比率毎に前記正弦波振幅及び前記余弦波振幅をそれぞれ算出し、前記演算部は、異なる周期比率毎に前記脈動成分の振幅を算出し、前記判定部は、異なる周期比率毎に算出された前記脈動成分の振幅に基づいて、各周期比率に予め対応付けられた前記関節軸の異常の有無を判定し、さらに、前記関節軸に異常がある場合は、異なる周期比率毎に算出された前記脈動成分の振幅と、各周期比率に予め対応付けられた前記関節軸の異常要因との対応に照らして前記異常要因を判定することを特徴とする。

この構成によれば、モータの回転速度に影響されることなく、関節軸での異常の有無及び異常要因を簡便に判定することができる。

本発明に係るロボット制御装置は、１または複数の関節軸を有するロボットの動作を制御するロボット制御装置であって、前記関節軸は、モータと、前記モータに連結された減速機と、前記モータに接続され、前記モータの回転角を検出するエンコーダと、を少なくとも有し、前記ロボット制御装置は、前記モータの位置指令を出力するシステム制御部と、前記位置指令に基づいて前記モータの回転駆動を制御するモータ制御部と、前記異常診断装置と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

この構成によれば、簡便な構成で、関節軸での異常の有無及び異常要因を判定できるとともに、モータを含む関節軸の駆動制御を行うことができる。

本発明の異常診断装置によれば、関節軸での異常の有無及び異常要因を簡便に判定することができる。本発明のロボット制御装置によれば、関節軸での異常の有無及び異常要因を判定できるとともに、モータを含む関節軸の駆動制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る溶接ロボットの概略構成図である。 ロボット制御装置の機能ブロックの構成を示す図である。 モータの回転時の諸量と正弦波生成部で生成された正弦波成分及び余弦波成分の時間変化の一例を示す図である。 図３における区間Ｔ１及びＴ２のそれぞれにおけるデータサンプリング間隔を説明する図である。 脈動成分の振幅の算出手順を示すフローチャートである。 周期比率の一例を示す図である。 判定部での判定結果の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態）
［溶接ロボットの構成］
図１は、本実施形態に係る溶接ロボットの概略構成図を示す。なお、説明の便宜上、関節軸１０のそれぞれに含まれる構成部品については、１つの関節軸１０に連結される分のみを図示している。

図１に示すように、垂直多関節型ロボットである溶接ロボット１００は、複数の関節軸１０と、その各々に取り付けられた複数のアーム２０と、を有している。関節軸１０のそれぞれは、モータＭと、モータＭに連結された減速機Ｇと、モータＭに接続され、モータＭの回転角θを検出するエンコーダＥと、を有している。また、溶接ロボット１００の先端に溶接トーチ３０が取り付けられ、溶接トーチ３０の先端にはアークを発生させるためのタングステン系材料からなる電極３１が取り付けられている。

溶接ロボット１００は、ロボット制御装置２００に接続されている。また、ロボット制御装置２２０には、ティーチングペンダント２６０が着脱可能に取り付けられている。ティーチングペンダント２６０はロボット制御装置２００の入力部２４０と表示部２５０とを兼ねている（図２参照）。

ティーチングペンダント２６０から入力された教示内容、あるいは教示内容が反映された溶接プログラムに従って、ロボット制御装置２００は、溶接ロボット１００の各関節軸１０を駆動し、電極３１の先端が所定の軌跡を描くようにアーム２０及び溶接トーチ３０を移動させる。なお、溶接プログラムは、ロボット制御装置２００の内部または外部に設けられた図示しない記憶部からロボット制御装置２００に読み出される。その際、ティーチングペンダント２６０を介して溶接プログラムが読み出されてもよい。

また、図示しない電源から溶接トーチ３０に取り付けられた電極３１に電力が供給され、この電極３１と図示しないワークとの間でアークを発生させてアーク溶接を行う。

［ロボット制御装置の構成］
図２は、ロボット制御装置の機能ブロックの構成を示す。なお、説明の便宜上、モータ制御部２２０と異常診断装置２３０とは１軸分のみを図示しているが、実際には、関節軸１０毎にモータ制御部２２０と異常診断装置２３０とが設けられている。

ロボット制御装置２００は、システム制御部２１０とモータ制御部２２０と異常診断装置２３０と入力部２４０と表示部２５０とを有している。

システム制御部２１０は、所定の溶接プログラムに基づいて、モータ制御部２２０に位置指令を出力する。位置指令の値に応じて、モータＭを回転駆動する際の回転角が決められる。また、システム制御部２１０は、複数の関節軸１０に対して、共通して設けられている。

モータ制御部２２０は、モータＭの位置を制御する位置制御部２２１と、モータＭの回転速度を制御する速度制御部２２２と、モータＭの駆動電流を制御する電流制御部２２３と、モータＭの実際の駆動電流を検出する電流検出器２２４とを有している。モータ制御部２２０はシステム制御部２１０から入力された位置指令に基づいてモータＭの回転駆動を制御する。

位置制御部２２１は、システム制御部２１０から入力された位置指令とエンコーダＥで検出されたモータＭの回転角θとに基づいてモータＭの速度指令を生成し、速度制御部２２２に入力する。

速度制御部２２２は、位置制御部２２１から入力された速度指令とエンコーダＥで検出されたモータＭの回転角θから算出された回転速度とに基づいてモータＭのトルク指令を生成し、電流制御部２２３に入力する。

電流制御部２２３は、速度制御部２２２から入力されたトルク指令と電流検出器２２４で検出されたモータＭの駆動電流とエンコーダＥで検出されたモータＭの回転角θから算出されたモータＭの磁極位置とに基づいてモータＭの駆動電流を決定し、モータＭに入力する。

異常診断装置２３０は、正弦波生成部２３１と乗算部２３２と積算部２３３と演算部２３４と判定部２３５とを有しており、関節軸１０での異常の有無等を診断する。

正弦波生成部２３１は、エンコーダＥで検出されたモータＭの回転角θと周期比率ｍ_ｉ，ｍ_ｊ，ｍ_ｋとを乗じた値の正弦波成分及び余弦波成分をそれぞれ生成する。

ここで、周期比率ｍ_ｘは、後で述べる関節軸１０の異常要因に対応して予め設定された周期比率であり、モータＭの１回転あたりに、異常要因のそれぞれに対応してトルク指令に発生する脈動の回数に相当する。なお、ｍ_ｘは有理数である。また、添字ｘは整数で、関節軸１０の異常要因の種類を表わす指数である。

なお、説明の便宜上、図２において、３種類の周期比率ｍ_ｉ，ｍ_ｊ，ｍ_ｋのみを示しているが、実際の周期比率の種類は減速機Ｇの種類等に応じてこれよりも多い値となりうる（図６参照）。

乗算部２３２は、正弦波生成部２３１で生成された正弦波成分及び余弦波成分のそれぞれにトルク指令を乗じた値を生成する。

積算部２３３は、乗算部２３２で生成された値をモータＭの１／ｍ_ｘ回転分積算して正弦波振幅Ａ_ｘと余弦波振幅Ｂ_ｘとを算出する。

ここで、Ｉはトルク指令値である。また、Ｎはサンプリング回数であり、モータＭが１／ｍ_ｘ回転する間に式（１），（２）の各項のデータをサンプリングする回数に相当する。なお、モータＭが１／ｍ_ｘ回転する期間は、正弦波生成部２３１で生成された正弦波成分の１周期分に相当する。また、余弦波成分の１周期分に相当する。また、サンプリング回数Ｎと周期比率ｍ_ｘとデータのサンプリング時点でのモータＭの回転角θ_ｎとは式（３）で表わされる関係を満たす。なお、以降の説明において、２π／Ｎを単位角と呼ぶことがある。

ｍ_ｘ×θ_ｎ＝２π×（ｎ／Ｎ）＋ｃ ・・・（３）

ここで、ｎは１≦ｎ≦Ｎの関係を満たす整数であり、ｃは任意の値である。

演算部２３４は、積算部２３３で算出された正弦波振幅Ａ_ｘと余弦波振幅Ｂ_ｘとに基づいてトルク指令に含まれる脈動成分の振幅Ｈ_ｘを算出する。

判定部２３５は、演算部２３４で算出された脈動成分の振幅Ｈ_ｘに基づいて、個々の関節軸１０での異常発生の有無及び異常要因を判定する。判定部２３５での判定結果は、表示部２５０に表示される。また、図示しない記憶部に保存されてもよい。

入力部２４０は、システム制御部２１０に対して溶接ロボット１００の駆動に関する各種パラメータ、例えば、アーム２０の先端の教示点位置等を入力するように構成されている。また、入力部２４０を介して溶接プログラムをロボット制御装置２２０に入力するようにしてもよい。また、入力部２４０から各関節軸１０における周期比率ｍ_ｘを直接入力するようにしてもよい（図６参照）。

表示部２５０は、入力部２４０に入力された内容や判定部２３５での判定結果等を表示する。

前述したように、ティーチングペンダント２６０が入力部２４０と表示部２５０とを兼ねるようにしてもよいし、入力部２４０と表示部２５０とを別々に設けるようにしてもよい。

なお、異常診断装置２３０は、ロボット制御装置２２０に設けられたＣＰＵ（図示せず）上で所定のソフトウェアを実行することで、その機能が実現される。

［脈動成分の振幅算出のためのデータサンプリングについて］
図３は、モータの回転時の諸量と正弦波生成部で生成された正弦波成分及び余弦波成分の時間変化の一例を示し、図４は、図３における区間Ｔ１及びＴ２のそれぞれにおけるデータサンプリング間隔を示す。なお、図３において、モータＭの回転時の諸量として、モータＭの回転速度とトルク指令とを例示している。また、図３に示す正弦波成分ｓｉｎ（ｍ_ｘθ）及び余弦波成分ｃｏｓ（ｍ_ｘθ）は、図２に示す正弦波生成部２３１で生成されたものである。

モータＭのトルク指令には、図３に破線で示すように、本来、脈動成分は含まれていない。しかし、関節軸１０に異常が生じると不規則な振動が生じ、回転トルクに脈動成分が重畳してしまう。また、エンコーダＥでの検出結果を介して、図３に実線で示すように、この脈動成分はトルク指令に重畳される。

トルク指令の脈動成分の周期と図３に示す正弦波成分ｓｉｎ（ｍ_ｘθ）及び余弦波成分ｃｏｓ（ｍ_ｘθ）との周期が一致する場合のみ、Ｉｓｉｎ（ｍ_ｘθ）やＩｃｏｓ（ｍ_ｘθ）のｍ_xθの２π分に渡っての平均値は非零の有限値となる。この場合、式（１）、（２）のいずれかの値が非零の有限値となり、この値に基づいて、関節軸１０に周期比率ｍ_ｘに対応した異常が発生しているか否かを判断できる。

また、トルク指令やモータＭの回転角θは所定のタイミング毎、例えば，０．１ｍｓｅｃ毎にサンプリングしているが、正弦波振幅Ａ_ｘや余弦波振幅Ｂ_ｘを算出するにあたって、このタイミングでサンプリングしたデータをすべて使用すると、モータＭの回転速度が異なる場合は、モータＭが１回転する間のサンプリング回数が異なってしまう。よって、正弦波振幅Ａ_ｘや余弦波振幅Ｂ_ｘ、ひいては、式（４）に示す脈動成分の振幅Ｈ_ｘがモータＭの回転速度に依存してしまい、異常要因をうまく特定できないおそれがある。また、計算負荷が大きくなりすぎて実用的ではない。

よって、式（１）、（２）に示すように、モータＭが単位角だけ回転する毎に正弦波振幅Ａ_ｘや余弦波振幅Ｂ_ｘを算出するためのデータをサンプリングするようにする。例えば、図４の（ａ）図に示すように、モータＭの回転速度が高い区間Ｔ１では、データをサンプリングする時間間隔は短くなり、図４の（ｂ）図に示すように、モータＭの回転速度が低い区間Ｔ２では、データをサンプリングする時間間隔は長くなる。いずれの場合もデータのサンプリング回数を同じにすることで、計算負荷を大きく増やさず、また、モータＭの回転速度によらず関節軸１０の異常の有無や異常要因の特定を行うことができる。

なお、本実施形態では、サンプリング回数Ｎ＝２０であるが、特にこれに限定されず、モータＭの最大回転速度等に応じて適宜設定される。また、計算負荷の低減とデータの信頼度とを両立させる観点からも、サンプリング回数Ｎは適切に設定される。

［脈動成分の振幅算出手順］
図５は、脈動成分の振幅の算出手順を示す。なお、説明の便宜上、図５において、１軸のみの振幅算出フローを示している。また、周期比率ｍ_ｉに関する振幅算出フローのみを示している。実際には、異なる周期比率毎に図５に示すフローが順次または並行して実行される。

まず、時刻ｔでモータＭの回転角θ（ｔ）とトルク指令Ｉ（ｔ）を取得する（ステップＳ１）。なお、ステップＳ１は所定のタイミング毎に行われ、本実施形態で０．１ｍｓｅｃ毎に行われる。ただし、特にこれに限定されず、データの取得タイミングは適宜変更されうる。

次に、時刻ｔで取得した回転角とその直前のサンプリングタイミングである時刻ｔ’ で取得した回転角との差分Δθ（ｔ）を算出する。また、時刻ｔでの差分Δθ（ｔ）と時刻ｔ’での差分Δθ（ｔ’）との積Ｆｌａｇを算出する（ステップＳ２）。差分Δθ（ｔ）と積Ｆｌａｇとは、異なる周期比率において脈動成分の振幅Ｈ_ｘを算出するにあたって共通して用いられる。

次に、周期比率ｍ_ｉに対応した脈動成分の振幅Ｈを算出する。

まず、Ｆｌａｇが零よりも大きいか否かが判定され（ステップＳ３）、ステップＳ３での判定結果が肯定的、つまり、Ｆｌａｇが零よりも大きい場合はステップＳ４に進む。一方、ステップＳ３での判定結果が否定的、つまり、積Ｆｌａｇが零以下の場合は、時刻ｔと時刻ｔ’とでモータＭの回転方向が変化していると考えられるため、ステップＳ１１に進んで、後で述べる各パラメータを初期値にリセットする。

ステップＳ４で、式（５）に示す演算を実行し、パラメータφ（ｔ）を求める。

φ（ｔ）＝φ（ｔ’）＋ｍ_ｉ×｜Δθ（ｔ）｜ ・・・（５）

なお、式（５）において、モータＭの回転方向によって値が変化しないように、差分Δθ（ｔ）の絶対値を用いている。

ステップＳ４で求めたφ（ｔ）とパラメータΦとの大小関係を比較する（ステップＳ５）。ここで、Φは式（６）で表わされる関係を満たす関数であり、回転角に関するデータのサンプリング点を表現している。

Φ＝ｎ×ｄΦ＝ｎ×（２π／Ｎ） （ｎは整数で、１≦ｎ≦Ｎ） ・・・（６）

φ（ｔ）＞Φであれば、ステップＳ６に進む。一方、φ（ｔ）≦Φであれば、φ（ｔ）がサンプリング点に達していないと判断して、ステップＳ１１に進む。

なお、後で述べるように、Φが２π以上になるまで、言い換えると、モータＭが１／ｍ_ｘ回転するまで、ステップＳ１からステップＳ９までの処理は繰り返し行われる。よって、ステップＳ９が終了して、ステップＳ１に戻った後に、再度、ステップＳ５が実行されると、式（６）において、ｎが１つ繰り上がる。つまり、
Φ＝Φ＋ｄΦ ・・・（７）

ステップＳ６で、φ（ｔ）とΦとの差がＥｒであるか否かを判定する。ここで、Ｅｒは零よりも大きな定数である。式（３）と式（５）との対比からわかるように、φ（ｔ）は厳密にΦと一致するわけではないが、φ（ｔ）とΦとの差が所定値、この場合はＥｒ未満であれば、φ（ｔ）が、ステップＳ７以降の演算を行うためのサンプリング点に到達したとみなすことができる。

従って、ステップＳ６での判定結果が肯定的であれば、ステップＳ７に進み、時刻ｔでの正弦波振幅Ａと余弦波振幅Ｂとを算出する。

Ａ＝Ｉ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ） ・・・（８）
Ｂ＝Ｉ（ｔ）ｃｏｓφ（ｔ） ・・・（９）

ここで、Ｉ（ｔ）は時刻ｔにおけるトルク指令である。なお、この演算は図２に示す乗算部２３２で実行される。

一方、ステップＳ６での判定結果が否定的の場合は、例えば、モータＭの回転速度が想定以上に高く、単位角毎のデータのサンプリングがうまく行えないと判断される。この場合は、ステップＳ１１に進む。

次に、Φが２πより小さいか否かを判定し（ステップＳ８）、Φが２πよりも小さい場合は、ステップＳ９に進んで、式（７）に示すようにΦの値を修正する。さらに、ステップＳ１に戻って次のサンプリング時刻でのθ（ｔ）及びＩ（ｔ）を取得し、以降の一連の処理を繰り返し実行する。

なお、ステップＳ９が終了して、ステップＳ１に戻った後に、再度、ステップＳ７が実行される場合、式（７），（８）において、前に算出された値が加算される。つまり、
Ａ＝Ａ＋Ｉ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ） ・・・（１０）
Ｂ＝Ｂ＋Ｉ（ｔ）ｃｏｓφ（ｔ） ・・・（１１）

なお、この加算は図２に示す積算部２３３で実行される。

一方、ステップＳ８でΦが２π以上と判定された場合は、θ（ｔ）及びＩ（ｔ）を取得した以降にモータＭが１／ｍ_ｘ回転したと判断されるため、式（４）に基づいて脈動成分の振幅Ｈを算出する（ステップＳ１０）。なお、脈動成分の振幅Ｈを算出するにあたって、式（１０）、（１１）にそれぞれ示す正弦波振幅Ａと余弦波振幅Ｂとが用いられる。なお、この演算は図２に示す演算部２３４で実行される。

脈動成分の振幅Ｈを算出した後は、各パラメータを初期値にリセットし（ステップＳ１１）、さらに、ステップＳ１に戻って次のサンプリング時刻でのθ（ｔ）及びＩ（ｔ）を取得し、以降の一連の処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳ１１において、φ（ｔ）と正弦波振幅Ａと余弦波振幅Ｂとは零に、ΦはｄΦにそれぞれリセットされる。

なお、異なる周期比率においても、図５に示す手順で脈動成分の振幅が算出されるが、その場合、ステップＳ１で取得されたθ（ｔ）とＩ（ｔ）及びステップＳ２で算出された差分Δθ（ｔ）と積Ｆｌａｇとは異なる周期比率に対応した脈動成分の振幅算出にあたって共通に用いられる。

一方、式（５）、（８）～（１１）から明らかなように、周期比率が異なると、φ（ｔ）や正弦波振幅Ａや余弦波振幅Ｂは異なったものとなる。また、サンプリング回数Ｎは同じとしてもよいし、周期比率毎に変えるようにしてもよい。周期比率ｍ_ｉが大きく、かつモータＭの回転速度が高くなると、図５に示すフローの処理速度が追いつかなくなる場合がある。このような場合は、サンプリング回数Ｎを小さくする場合がある。なお、式（６）から明らかなように、サンプリング回数Ｎが周期比率ｍ_ｉの場合と異なる場合は、パラメータΦも同様に異なるものとなる。

［関節軸の異常診断について］
図６は、周期比率の一例を、図７は、判定部での判定結果の一例をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、図６において、周期比率は一部のみを示し、図７において、当該一部の周期比率に対応した異常の有無について図示している。

例えば、溶接ロボット１００が６軸ロボットである場合、図６に示すように、第１～第６軸のそれぞれで周期比率が設定される。周期比率は、関節軸１０の機構が決まると一義的に決定される。

図６に示す例では、ｍ_ｘ＝４の場合は、電流検出器２２４の異常に対応しており、当該異常が発生すると、モータＭの１回転あたりでトルク指令に４回の脈動が発生する。本実施形態では、モータＭにコギングが生じていれば（ｍ_ｘ＝２４）、モータＭの１回転あたりで２４回の脈動が、モータＭのロータが偏心していれば（ｍ_ｘ＝１）、１回の脈動がそれぞれ発生する。

また、関節軸１０の機構の違いにより、同じ異常要因であっても周期比率が異なる場合がある。例えば、インプットギアに異常がある場合、主軸である第１～第３軸には、モータＭの１回転あたりでトルク指令に９回の脈動が発生するが、インプットギアを持たない手首軸である第４～第６軸には、周期比率が９の場合に対応する脈動は発生しない。また、減速機Ｇに異常がある場合、それぞれの関節軸１０が有する減速機Ｇの機構の違いに応じて、周期比率がそれぞれ異なる。

よって、異常診断を行う前に、関節軸１０毎に想定される異常要因に対応した周期比率がティーチングペンダント２６０（入力部２４０）から入力されて異常診断装置２３０にセットされる。関節軸１０を構成する各部品に変更が無ければ、最初にセットされた値が継続して用いられる。何らかの理由で構成部品の仕様を変更する場合等は、ティーチングペンダント２６０（入力部２４０）を介して元の値をクリアし、新たに周期比率がセットされる。

また、前述したように、図５に示す手順で異なる周期比率毎に脈動成分の振幅Ｈ_ｘが算出され、この値に基づいて、図２に示す判定部２３５で各関節軸１０の異常の有無が判定される。また、周期比率に対応して異常要因が判定される。

例えば、図７に示すように、ティーチングペンダント２６０（表示部２５０）に判定結果が表示される。図７に示す例では、脈動成分の振幅Ｈ_ｘが直接表示されるのではなく、トルク指令の定格値に対する振幅Ｈ_ｘの比率（以下、単に振幅比率という）がパーセント表示されている。なお、異常の有無については、脈動成分の振幅Ｈ_ｘまたは振幅比率が予め設定された所定のしきい値を超えているか否かで判定される。このしきい値は、関節軸１０毎、また、周期比率毎に個別に設定される。

図７からわかるように、第１軸において、電流検出器２２４に対応した振幅比率が８０％と高くなっており、第１軸の電流検出器２２４に何らかの異常が発生していると判断できる。

また、コギングに対応した振幅比率も５％と他の要因に対応する振幅比率（１％程度）よりも高くなっているが、これが異常に該当するか否かは前述のしきい値との対比で判断される。同様に、第２軸において、ロータやインプットギアや減速機Ｇで異常が発生しているか否かは別途設定されたしきい値との対比で判断される。

ただし、しきい値を超えていなくても、特定の異常要因に対応した振幅比率が通常よりも高くなっている場合は、対象となる関節軸１０において、当該異常要因に関連した異常が発生しているか否かを別途点検等するようにしてもよい。

［効果等］
本実施形態に係る異常診断装置２３０は、複数の関節軸１０を有する溶接ロボット１００の異常を診断する異常診断装置２３０である。

関節軸１０は、モータＭと、モータＭに連結された減速機Ｇと、モータＭに接続され、モータＭの回転角θを検出するエンコーダＥと、を少なくとも有している。

異常診断装置２３０は、モータＭに入力されるトルク指令とエンコーダＥで検出されるモータＭの回転角θとに基づいてトルク指令に含まれる脈動成分の振幅を算出するとともに、脈動成分の振幅に基づいて、関節軸１０での異常の有無及び異常要因を判定する。

本実施形態によれば、モータＭの回転速度に影響されることなく、関節軸１０での異常の有無及び異常要因を簡便に判定することができる。

異常診断装置２３０は、エンコーダＥで検出されたモータＭの回転角θと関節軸１０の異常要因に対応して予め設定された周期比率ｍ_ｘとを乗じた値の正弦波成分及び余弦波成分をそれぞれ生成する正弦波生成部２３１と、正弦波生成部２３１で生成された正弦波成分及び余弦波成分のそれぞれにトルク指令を乗じた値を生成する乗算部２３２と、乗算部２３２で生成された値を単位角毎に取得するとともにモータＭの１／ｍ_ｘ回転分、言い換えると、正弦波成分の１周期分積算して正弦波振幅Ａ_ｘを、余弦波成分の１周期分積算して余弦波振幅Ｂ_ｘをそれぞれ算出する積算部２３３と、積算部２３３で算出された正弦波振幅Ａ_ｘと余弦波振幅Ｂ_ｘとに基づいてトルク指令に含まれる脈動成分の振幅Ｈ_ｘを算出する演算部２３４と、演算部２３４で算出された脈動成分の振幅Ｈ_ｘに基づいて、関節軸１０での異常の有無及び異常要因を判定する判定部２３５と、を有している。

異常診断装置２３０をこのように構成することで、ＣＰＵ等の演算装置に高い負荷をかけることなく、また、少ないメモリ容量で効率的に異常の有無及び異常要因を判定できる。

正弦波生成部２３１は、異なる周期比率毎に正弦波成分及び余弦波成分をそれぞれ生成し、積算部２３３は、異なる周期比率毎に正弦波振幅Ａ_ｘ及び余弦波振幅Ｂ_ｘをそれぞれ算出する。演算部２３４は、異なる周期比率毎に脈動成分の振幅Ｈ_ｘを算出し、判定部２３５は、異なる周期比率毎に算出された脈動成分の振幅Ｈ_ｘに基づいて、関節軸１０での異常の有無及び異常要因を判定する。

このようにすることで、関節軸１０での異常の有無及び異常要因を簡便にかつ正確に判定することができる。

ＮをモータＭが１／ｍ_ｘ回転する間のデータのサンプリング回数とし、θ_ｎをデータのサンプリング時点のモータＭの回転角とし、ｍ_ｘを周期比率とそれぞれするとき、
正弦波振幅Ａ_ｘと、余弦波振幅Ｂ_ｘと、脈動成分の振幅Ｈ_ｘとは、

の関係をそれぞれ満たしている。

ここで、ｎは１≦ｎ≦Ｎの関係を満たす整数であり、ｘは整数で、関節軸１０の異常要因の種類を表わす指数である。

このようにすることで、演算装置での負荷を低減して効率的に異常の有無及び異常要因を判定できる。

本実施形態に係るロボット制御装置２２０は、複数の関節軸１０を有する溶接ロボット１００の動作を制御する。ロボット制御装置２２０は、モータＭの位置指令を出力するシステム制御部２１０と、位置指令に基づいてモータＭの回転駆動を制御するモータ制御部２２０と、異常診断装置２３０と、を少なくとも備えている。

ロボット制御装置２２０をこのように構成することで、モータＭを含む関節軸１０の駆動制御を行えるとともに、モータＭの回転速度に影響されることなく、関節軸１０での異常の有無及び異常要因を簡便に判定することができる。

また、ロボット制御装置２２０は、システム制御部２１０にデータを入力するための入力部２４０と、システム制御部２１０への入力内容及び異常診断装置２３０での判定結果を表示する表示部２５０と、をさらに備えているのが好ましい。

（その他の実施形態）
なお、図５に示す脈動成分の振幅算出にあたって、１つのサンプリング点におけるトルク指令は同じ値Ｉ（ｔ）を用いていたが、前後のサンプリング時刻での少なくとも一方の値との平均値を用いるようにしてもよい。例えば、Ｉ（ｔ）の代わりにＩ（ｔ）とＩ（ｔ’）との平均値を用いるようにしてもよい。

また、図２に示すロボット制御装置２２０において、判定部２３５はシステム制御部２１０に組み込まれていてもよい。

また、図１に示す溶接ロボット１００は、図示しない溶接ワイヤを用いた消耗電極方式のアーク溶接ロボットでもよいし、あるいはレーザ溶接ロボットでも抵抗溶接ロボットでもよい。

また、溶接ロボット１００に限られず、産業用途で用いられる同様の関節軸１０を有するロボットに関して、本願明細書に開示された異常診断装置２３０やロボット制御装置２２０を適用できることは言うまでもない。また、溶接ロボット１００を含むこのようなロボットにおいて、関節軸１０が１つであってもよい。

本発明の異常診断装置は、簡便な構成で、関節軸の異常の有無及び異常要因の特定を容易に行うことができ、産業用途で用いられるロボットの制御装置に適用する上で有用である。

１０ 関節軸
２０ アーム
３０ 溶接トーチ
１００ 溶接ロボット
２００ ロボット制御装置
２１０ システム制御部
２２０ モータ制御部
２２１ 位置制御部
２２２ 速度制御部
２２３ 電流制御部
２２４ 電流検出部
２３０ 異常診断装置
２３１ 正弦波生成部
２３２ 乗算部
２３３ 積算部
２３４ 演算部
２３５ 判定部
２４０ 入力部
２５０ 表示部
２６０ ティーチングペンダント
Ｅ エンコーダ
Ｇ 減速機
Ｍ モータ

Claims (4)

1. １または複数の関節軸を有するロボットの異常を診断する異常診断装置であって、
   前記関節軸は、モータと、前記モータに連結された減速機と、前記モータに接続され、前記モータの回転角を検出するエンコーダと、を少なくとも有し、
   前記異常診断装置は、
   前記エンコーダで検出された前記モータの回転角と前記関節軸の異常要因に対応して予め設定された周期比率とを乗じた値の正弦波成分及び余弦波成分をそれぞれ生成する正弦波生成部と、
   前記正弦波生成部で生成された前記正弦波成分及び前記余弦波成分のそれぞれに前記モータに入力されるトルク指令を乗じた値を生成する乗算部と、
   前記乗算部で生成された値を所定の単位角毎に取得するとともに前記正弦波成分の１周期分積算して正弦波振幅を、前記余弦波成分の１周期分積算して余弦波振幅をそれぞれ算出する積算部と、
   前記積算部で算出された前記正弦波振幅と前記余弦波振幅とに基づいて前記トルク指令に含まれる脈動成分の振幅を算出する演算部と、
   前記演算部で算出された前記脈動成分の振幅に基づいて、前記関節軸での異常の有無及び異常要因を判定する判定部と、を有し、
   前記正弦波生成部は、異なる周期比率毎に前記正弦波成分及び前記余弦波成分をそれぞれ生成し、
   前記積算部は、異なる周期比率毎に前記正弦波振幅及び前記余弦波振幅をそれぞれ算出し、
   前記演算部は、異なる周期比率毎に前記脈動成分の振幅を算出し、
   前記判定部は、異なる周期比率毎に算出された前記脈動成分の振幅に基づいて、各周期比率に予め対応付けられた前記関節軸の異常の有無を判定し、
   さらに、前記関節軸に異常がある場合は、異なる周期比率毎に算出された前記脈動成分の振幅と、各周期比率に予め対応付けられた前記関節軸の異常要因との対応に照らして前記異常要因を判定することを特徴とする異常診断装置。
2. 請求項１に記載の異常診断装置において、
   ｍ_ｘを前記周期比率とし、θ_ｎをデータのサンプリング時点の前記モータの回転角とし、Ｎを前記モータが１／ｍ_ｘ回転する間のデータのサンプリング回数とそれぞれするとき、
   前記正弦波振幅Ａ_ｘと、前記余弦波振幅Ｂ_ｘと、前記脈動成分の振幅Ｈ_ｘとは、
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   の関係をそれぞれ満たすことを特徴とする異常診断装置。
   ここで、ｎは１≦ｎ≦Ｎの関係を満たす整数であり、ｘは整数で、前記関節軸の異常要因の種類を表わす指数である。
3. １または複数の関節軸を有するロボットの動作を制御するロボット制御装置であって、
   前記関節軸は、モータと、前記モータに連結された減速機と、前記モータに接続され、前記モータの回転角を検出するエンコーダと、を少なくとも有し、
   前記ロボット制御装置は、
   前記モータの位置指令を出力するシステム制御部と、
   前記位置指令に基づいて前記モータの回転駆動を制御するモータ制御部と、
   請求項１または２に記載の異常診断装置と、を少なくとも備えたことを特徴とするロボット制御装置。
4. 請求項３に記載のロボット制御装置において、
   前記システム制御部にデータを入力するための入力部と、
   前記システム制御部への入力内容及び前記異常診断装置での判定結果を表示する表示部と、をさらに備えたことを特徴とするロボット制御装置。

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