JPH0467209A - 産業用ロボット異常検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、産業用ロボットの制御における、ロボットへ
の指令位置とロボットの現在位置との差（偏差）が異常
に大きくなっまた場合に、これを検出し異常判定をなす
産業用ロボット異常検出方法に関する。

（従来の技術） 従来、産業用ロボット制御における偏差異常検出方法は
、固定しきい値、を設はロボットへの指令位置と現在位
置との差がしきい値を越えたか否かを判定し越えた場合
に異常としていた。

しかしながら、偏差の大きさは、その時の指令速度にほ
ぼ比例して変化する。したがって、固定しきい値による
偏差異常検出を行うには、指令速度の最高値における偏
差を基準にしたしきい値を設定する必要がある。この結
果、最高指令速度時には偏差異常検出は正常に行えるが
、低速時においては、そのしきい値が高いため、偏差異
常を検出するまで多大の時間を必要とし、短時間による
偏差異常検出ができなかった。

（発明が解決しようとする課題） したがって、従来、前述したように偏差異常検出のため
のしきい値が固定されているため、指令速度が低中速時
のしきい値も最高速度基準のしきい値を使用することと
なり、低中速時の小さな偏差が異常に大きくなるまで偏
差異常の検出ができない欠点があった。

したがって、低中速時におけるロボットの干渉による場
合、制御部或いはロボット本体の異常による場合等に伴
う偏差異常検出に時間がかかる結果危険が増大する。

このため、本発明にあっては、偏差異常検出のためのし
きい値はその指令速度に応じて可変とすることとし、そ
の結果、しきい値は低速時においては小さく、高速時に
は大きくすることができ、したがって、偏差異常検出は
速度に無関係に一定に保持する方法を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の産業用ロボット異
常検出方法は、メインＣＰＵからの位置指令をスレーブ
ＣＰＵにて処理し、これを速度指令としてロボットを駆
動する手段と、該ロボットの速度フィードバック手段と
、前記ロボットの現在位置を検出する手段と、該現在位
置を読み込むサーボ制御部とからなる産業用ロボットに
おいて、前記スレーブＣＰＵ内部にてメインＣＰＵから
受け取った指令位置と位置検出器から入力される現在位
置との差を計算し、同時に指令速度に対応した偏差異常
を検出するしきい値を随時算出しつつ、この偏差としき
い値から偏差異常検出を行うことを特徴とする産業用ロ
ボット異常検出方法により提供される。

さらに、偏差異常検出がロボット加速段階での偏差がし
きい値を所定時間連続して越えたか否かの判断処理を行
う前記方法により効果的に提供される。

（作用） 本発明の産業用ロボット異常検出方法は、スレーブＣＰ
Ｕ内部にてメインＣＰＵから受け取った指令位置と位置
検出器から入力される現在位１との差を計算し、同時に
指令速度に対応してリアルタイムに自動的に偏差異常を
検出するしきい値を算出し、この偏差としきい値から偏
差異常検出を行うことによりロボットの異常検出を行う
。

また、より具体的には、偏差異常検出がロボット加速段
階での偏差がしきい値を所定時間連続して越えたか否か
の判断処理を行うものである。

（実施例） 第１図は本発明の産業用ロボット異常検出方法を実現す
るサーボ制御部の一例を示すブロック国である。このサ
ーボ制御部はソフトウェア・サーボとして、電流及び速
度フィードバック処理系を構成するため、少なくともメ
インＣＰＵ１、スレーブＣＰＵ２、Ｄ／Ａコンバータ３
、速度アンプ４、電流アンプ５、ドライバ６、モーター
７、エンコーダ８、Ｆ／Ｖコンバータ９、位置検出器１
０等からなる。

メインＣＰＵＩからの位置指令をスレーブＣＰＵ２にて
処理し、これを速度指令としてＤ／Ａコンバータ３に出
力する。さらに、速度アンプ４、電流アンプ５を介して
ドライバ６によりモーター７を駆動する。また、フィー
ドバック処理はドライバ６からの電流フィードバック、
エンコーダ８のエンコーダパルスをＦ／Ｖコンバータ９
により速度フィードバックする機能をもつサーボ制御部
及びエンコーダパルスをカウントし、ロボットの現在位
置を検出する位置検出器１０を実行する。

これにより、スレーブＣＰＵ２においてロボットの現在
位置を読み込むサーボ制御部からなる。

産業用ロボットはスレーブＣＰＵ２内部にてメインＣＰ
ＵＩから受け取った指令位置と位置検出器１０から入力
される現在位置との差を計算し、同時に指令速度に対応
した偏差異常を検出するしきい値を随時算出し、この偏
差としきい値から偏差異常検出を行うものである。

第２図はロボットの指令位置、現在位置及びそれらの差
の偏差を示した関係図で、速度を変えた場合を同図（１
）及び■に示したものである。

第２図（１）は指令速度Ｓ　ａ　（ｂｉｔ／５ｅｃ）の
場合である、横軸は経過時間、縦軸は位置（ｂｉｔ）を
左に、偏差（ｂｉｔ）が右に示されている。指令位置を
時間と共に右上がりに変化させた場合にロボットの現在
位置の様子が示されている。このときの速度は加速後、
一定速度となる。現在位置と指令位置との差を偏差とす
ると、図示されているように加速中に偏差は指令位置に
従い増加していく。その後ロボットの現在位置は徐々に
指令位置との差を詰めるように変化し、最終的には図示
されるように偏差としては定常備差Ｈａとなる。

同図■は指令速度をＳ　ｂ　（ｂｉｔ／５ｅｅ）に変更
したの場合である。ここで５ｂ）Ｓａとしである１図示
したように経過時間に対する指令位置の傾きが大となっ
て、右上がりの変化が急となる。同図（１）と同様に最
終的には図示されるように偏差としては定常偏差Ｈｂと
なる。また、指令位置が目標位置に到達すると（いわば
指令位置と目標位置が一致した状慧となる）指令位置の
出力は停止（現在の指令位置を維持）し、現在位置が目
標位置へ到達しようとする。この間偏差は減少し続け、
現在位置が指令位置（目標位置）に一致したとき偏差は
零となる。

この関係を説明すると、指令位置が一定時間ごとに一定
量宛出力され、ロボットの現在位置はこれより少し遅れ
てから動き始める〈加速開始）、所定時間経過後、指令
位置と現在位置はある一定量の偏差となり、維持される
（加速完了、一定速度動作）、この定常備差Ｈａの速度
Ｓとの関係は次のようになる。

Ｓａ＜Ｓｂ　　−Ｈａ＜Ｈｂ となり、これらの関係より定常偏差Ｈは速度Ｓに比例し
て大となることが確認された。従って、速度Ｓと定常偏
差Ｈとの関係は次式の通りとなる。

Ｈ＝α・Ｓ　　〈αは定数）　・・・（１）第３Ｉｌ！
Ｉは、ロボット動作中に作業対象物体との干渉によりロ
ボット動作が停止となった場合について関係を説明する
図である。このときの第２図と同一の語句を用いて指令
位置、現在位置及び偏差の関係が示されている。この第
３５１Ｉでは、ある経過時間ｔｘでロボットが作業対象
物体との間で干渉が発生した場合の説明図である。第２
図（１）と同様にロボットへの指令位置は経過時間ｔの
増加に従い増加していく、現在位置も同様に増加してい
くが干渉発生時ｔｘ以降は指令位置の方はこの異常が検
出されない限り増加していくが、現在位置はロボットが
動けなくなるため停止し、図中、現在位置は増加せず一
定値で時間が経過する。従って偏差は定常偏差から急激
に増加していく、なお、偏差は時閉ｔｘ以降点線で示し
ているが、これは干渉が発生せず、正常に現在位置が増
加でき目標位置に到達した場合の様子を示したものであ
る。

そこで種々検討の結果、定常偏差から偏差の異常な増加
に着目してロボット制御中発生する干渉の異常検出を可
能としたもので、以下第４図を用いて説明する。第４図
は、定常偏差Ｈに対してしきい値の概念を導入したもの
である。すなわち、しきい値Ｄａは干渉を発生時ｔｘか
らｔａ間で検出した場合の偏差として定義する。このＤ
ａは式（１）の関係より次式で求められる。

Ｄａ＝βａ−３（ｔａは定数）−−−＋２１ここで、Ｓ
は指令速度である。

従って、偏差Ｈがしきい値Ｄａ、を越えたか否かを検出
することで偏差異常の判定ができる。しきい値Ｄａは図
から理解されるように、指令速度Ｓを変数としている。

この結果、指令速度に対応してしきい値Ｄａが変化する
ことになり、指令速度に応じた偏差異常の判定ができる
ことになる。

また、偏差興常検出迄の時間短縮は、その時間（−ｔ　
ａ　−ｔ−ｘ　）を短くする必要があり式■のｔａを小
さくすることで解決できる。第４図でしきい値Ｄｂが示
されているが経過時間ｔｂにお多才るしきい値となる。

いま、ｔａ〉βｂとなるβｂを与えると、次式が成立す
る。

Ｄｂ＝βｂ−８（βｂは定数）　・・・■この結果、Ｄ
ａ＞Ｄｂの関係が成立することになる。これによって、
偏差異常検出時開は（ｔｂ−ｔｘ）となる０両者の間に
は、・・・・・・（ｔａ　−ｔｘ　）　＞　（ｔｂ　−
ｔｘ−）となり、両者の時間短縮値は−（ｔａ　−ｔｂ
　）−で与えられる。

ところで、βについて補足すると、βを小さくししきい
値りをさらに小さくした場合には偏差異常検出時間も短
縮する。しかしながら、図にも示されている加速中の偏
差に注意すべきである。この段階での偏差は定常偏差Ｈ
を越える状況となっている。したがって、このままでは
加速中に偏差異常として検出することになり、誤動作の
原因となる恐れがある。

そこで２加速中に定常備差Ｈを越える偏差は時間ｔａｃ
ｃ間に生ずる。この誤動作防止手段として偏差異常判定
手段を用いた。

具体的には、ｔａｃｃ＜ｔｔ＋なる時間ｔｏというパラ
メータを用意した。第５図はこの偏差異常判定処理を含
む本発明の偏差異常判定手段のフローチャートである。

ここで、備差Ｈがしきい値りをｔＤ秒問連続して越えた
場合に偏差異常と判定するものである。

これにより、偏差異常検出時間は第４図に示されている
しきい値Ｄｂの場合には、・・・・偏差異常検出時間−
（（ｔｂ　＋ｔ、）−ｔｘ　）秒となり、ｔａ’ｃｃ＜
ｔりであるため、加速時のしきい値Ｄｂを越えた偏差オ
ーバーによる誤動作防止を達成できる。ただし、（ｔａ
　−ｔｂ　）＞ｔｏが達成されない限り、しきい値Ｄａ
とした場合より偏差異常検出時間が長くなる。なお、偏
差は時間ｔｘ以降点線で示しているが、これは、干渉が
発生せず、正常に現在位置が増加でき目標位置に到達し
た場合の様子を示したものである。

第５図のフローチャートはロボットの偏差異常判定のた
めのフローで、ロボットの運転開始と同時にこの処理が
スタートする。

図中のステップ■で偏差Ｈがしきい値りを越えたかチエ
ツクする。もし越えていなければ（Ｎ）偏差オーバーフ
ラグＦＬＧ及び時間カウンターＴＩＭＥを零にセットす
る。越えていれば（Ｙ）偏差オーバーフラグＦＬＧを１
にセットする。

図中のステップ■で偏差オーバー判定を行う。

フラグＦＬＧが１であれば偏差オーバ、−発生中となり
、図中のステップ■で時間カウンターＴＩＭＥをａ加算
する。この処理はａ秒に１回宛処理される。この結果、
１回の処理で時間カウンターＴＩＭＥをａ毎加算するの
で、経過時間をカウントすることができる。なお、ここ
でａ＜ｔ、なる条件を必要とする。

図中のステップ■でＴＩＭＥがｔＤ秒を越えたかチエツ
クする。もし越えていれば（Ｙ）偏差異常エラーとする
。

図中のステップ■でａ秒を越えるまでＷＡＬＴする処理
である。この結果、処理はａ秒に１回宛処理される。

以上の処理により、偏差Ｈがしきい値りを越えている間
、その経過時間を時間カウンターＴＬＭＥによってカウ
ントし、もし途中で偏差Ｈがしきい値りよりも小となれ
ば時間カウンターＴＩＭＥが零にされるため、偏差Ｈが
しきい値Ｄｔ−ｔＤ秒関連続して越えた場合のみ偏差異
常検出ができることになる。

（発明の効果） 本発明によれば、指令速度に応じた偏差異常検出しきい
値を自動的に算出し、その時の指令速度に応じた最適な
しきい値をリアルタイムに設定できる。これにより、低
速から高速時速、その時の指令速度に応じた偏差異常検
出しきい値により偏差異常判定が行えるため、速度に無
関係に短時間で一定時間内での偏差異常検出が実現でき
る。

また、しきい値計算用のパラメータβ及び時間ｔＤを作
業者の操作により任意に設定でき、アプリケーションに
応じて偏差異常検出の感度を変更でき、より安全な作業
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の産業用ロボット異常検出方法を実現す
るためのブロック図、第２図はロボットの指令位置、現
在位置及びそれらの差の偏差を示した関係図で、速度を
変えた場合を同図（１）及び■に示したもの、第３図は
ロボット動作中に作業対象物体との干渉によりロボット
動作が停止となった場合についての関係説明図、第４図
は第３図の改良のため定常偏差Ｈに対してしきい値の概
念を導入した説明図、第５図は本発明の偏差異常判定手
段のフローチャートである。 １：メインＣＰＵ、２ニスレープＣＰＵ３　：　Ｄ／Ａ
コンバータ、４：速度アンプ５：電流アンプ、６：ドラ
イバ ７：モーター、８：エンコーダ ９　：　Ｆ／Ｖコンバータ、１０：位置検出器第 図 第 図 時間を 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、メインＣＰＵからの位置指令をスレーブＣＰＵ
   にて処理し、これを速度指令としてロボットを駆動する
   手段と、該ロボットの速度フィードバック手段と、前記
   ロボットの現在位置を検出する手段と、該現在位置を読
   み込むサーボ制御部とからなる産業用ロボットにおいて
   、前記スレーブＣＰＵ内部にてメインＣＰＵから受け取
   った指令位置と位置検出器から入力される現在位置との
   差を計算し、同時に指令速度に対応した偏差異常を検出
   するしきい値を随時算出しつつ、この偏差としきい値か
   ら偏差異常検出を行うことを特徴とする産業用ロボット
   異常検出方法。
2. （２）、偏差異常検出がロボット加速段階での偏差がし
   きい値を所定時間連続して越えたか否かの判断処理を行
   う請求項１記載の産業用ロボット異常検出方法。