JPH11259111A - 負荷状況表示方法およびその表示装置 - Google Patents

負荷状況表示方法およびその表示装置

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JPH11259111A
JPH11259111A JP6154698A JP6154698A JPH11259111A JP H11259111 A JPH11259111 A JP H11259111A JP 6154698 A JP6154698 A JP 6154698A JP 6154698 A JP6154698 A JP 6154698A JP H11259111 A JPH11259111 A JP H11259111A
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JP6154698A
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Akio Murase
昭男 村瀬
Nobuo Tawara
信夫 田原
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットにおいて、モータの負荷状態を回転
数と共に表示することにより、チョコ停を防止するため
の対処法を容易に見出だすことが可能となる表示装置を
提供する。 【解決手段】 ロボットのアームなどを駆動するサーボ
モータの駆動電流を電流センサにより検出すると共に、
その回転数をロータリエンコーダにより検出する。計測
装置は、電流センサの検出信号に基づいてサーボモータ
の負荷率を演算し、その負荷率と回転数との負荷情報を
パーソナルコンピュータに与え、パーソナルコンピュー
タ37はその負荷情報に基づいて負荷率と回転数とのグ
ラフを作成してCRT44に表示する。このため、負荷
率の大きなサーボモータの動作を負荷率の小さなサーボ
モータによる動作に代替させたりすることが容易にでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットなどのよ
うに、コントローラによって制御される制御対象の負荷
状況を表示する方法および装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】例えば、ロボットで
は、各アームはコントローラによって制御されるモータ
を駆動源として動作する。上記コントローラは、ロボッ
トを保護するために種々の非常停止機能を備えている
が、その一つにモータ保護機能がある。これは、モータ
が過負荷状態になって大きな電流が流れると、内部損失
による発熱のために温度上昇し、絶縁物の劣化を早めた
り、軸受を損傷したりし、焼損事故の原因となったりす
るので、コントローラがモータへの供給電流を基に過負
荷状態を検知し、この過負荷状態がある程度続くと、モ
ータを停止させるというものである。
【0003】このようにコントローラは、モータの過負
荷状態を検出し、その過負荷状態がある時間継続する
と、モータ(ロボット)を停止させてしまうため、ロボ
ットに組み立て作業を負担させているような工場設備で
は、前触れなく、しかも度々停止するという事態(以
下、チョコ停という)を現出する。
【0004】このようなチョコ停の発生を防止するため
に、ティーチング段階で、できるだけ過負荷状態になら
ないようにロボットの動きを目視で確認しながら動作プ
ログラムを作成するようにしているが、これは、経験や
勘などによって頼っているため、これとは若干条件が異
なる実作業時では、過負荷状態が起き、チョコ停を生じ
易いという不具合を生ずる。
【0005】そこで、従来よりアームの負荷状態をモニ
タすることが考えられており、その一例として、特開平
5−158526号公報に開示された表示方法がある。
これは、ロボットの各関節にかかる力とトルクとを許容
限界値に対して百分率でCRT画面に表示するようにし
たものであるが、これでは、現在の各関節の負荷状況を
把握することはできるが、どのような動作にしたならば
チョコ停を防止できるかを把握することは困難であっ
た。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、駆動源の負荷状態をその挙動と共に表
示することにより、チョコ停を防止するための対処法を
容易に見出だすことが可能となる負荷状況表示方法およ
びその表示装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、コントローラ
により制御される制御対象装置の駆動源の負荷状況を表
示する方法において、前記駆動源に供給される電気量を
検出すると共に、当該駆動源の挙動を検出し、前記検出
した電気量に基づいて負荷状態を演算して当該負荷状態
を前記検出した挙動と共にモニタに表示するようにした
ことを特徴とするものである(請求項1)。
【0008】また、本発明は、コントローラにより制御
される制御対象装置の駆動源の負荷状況を表示する装置
において、前記駆動源に供給される電気量を検出する電
気量検出手段と、前記駆動源の挙動を検出する挙動検出
手段と、前記電気量検出手段により検出された電気量に
基づいて負荷状態を演算する演算手段と、この演算手段
により演算された負荷状態を前記挙動検出手段により検
出された挙動と共に表示するモニタとを具備してなるも
のである(請求項3)。
【0009】上記手段によれば、モニタには、駆動源の
負荷状態と、各負荷状態での駆動源の挙動(例えば、モ
ータであればその回転数など)が表示される。このた
め、例えばロボットのように複数の関節を複数のモータ
によって駆動する場合、過負荷状態にあるモータについ
ては、回転数を低くすることが可能であるかどうか、或
いは、過負荷状態にあるモータが担っている間接の動作
を他の負荷状態の低いモータが担っている間接の動作に
置換できないかどうかを容易に見出だすことができる。
これにより、経験や勘によることなく、モニタに表示さ
れる駆動源の負荷率と挙動を見ながら、チョコ停を生じ
ないように、駆動源の制御プログラムを作成することが
できる。
【0010】また、本発明では、前記コントローラが動
作プログラムに従って前記駆動源を制御するように構成
されたものについては、その動作プログラムのうち前記
コントローラが所定段階を実行するときこれを検出して
モニタに表示するように構成することができる(請求項
2,4)。この手段によれば、動作プログラムのうち、
過負荷状態になった段階をモニタの表示に基づいて類推
できるので、動作プログラムを修正する場合、その修正
を要する箇所の特定を容易に行うことができる。
【0011】更に、本発明は、前記負荷状態に対して所
定レベルのトリガを設定し、このトリガレベルへの到達
前後の状態を記憶表示する機能と、前記トリガのレベル
に到達したことを報知する報知機能とを設けることがで
きる(請求項5)。
【0012】一般的に、過負荷異常になるまでには長時
間かかるので、その間連続して表示を確認し続けること
は困難である。このことに関し、トリガレベルを過負荷
異常レベルに設定しておくことにより、過負荷異常の発
生前後の状態を容易に確認できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明をロボットに適用し
た一実施例につき図面に基づいて説明する。ロボット
は、図3に示すように、ロボット本体1と、このロボッ
ト本体1を制御するコントローラ2とを備えている。こ
の実施例において、コントローラ2の制御対象であるロ
ボット本体1は、例えば水平多関節型の組み立て用ロボ
ットとして構成され、ベース3、このベース3に旋回可
能に設けられた第1アーム4、この第1アーム4に旋回
可能に設けられた第2アーム5、この第2アーム5に上
下動可能で且つ回転可能に設けられた手首6、この手首
6に設けられたハンド7等から構成されている。そし
て、可動体としての第1および第2アーム4および5の
旋回動作、手首6の回転動作は、それぞれサーボモータ
8〜10(図2参照)を駆動源として行われるようにな
っている。なお、この実施例では、手首6の昇降動作お
よびハンド7の把持動作は、図示しないエアシリンダに
よって行うように構成されている。
【0014】一方、ロボット本体1を制御するコントロ
ーラ2は、図2に示すように、CPU11、各サーボモ
ータ8〜10を駆動する駆動回路12〜14等を備えて
いる。上記CPU11には、記憶手段として、ロボット
全体のシステムプログラム等を記憶したROM15、ロ
ボット本体1の動作プログラム等を記憶したRAM16
が接続されている。また、CPU11には、インターフ
ェース(I/F)17を介してティーチングペンダント
18が接続されていると共に、プログラマブルロジック
コントローラ19が接続されている。なお、プログラマ
ブルロジックコントローラ19は、ロボットや組み立て
用コンベアなどの組み立て設備全体を統括制御するため
のものである。
【0015】上記各サーボモータ8〜10には、位置検
出器としてのロータリエンコーダ20〜22が設けられ
ている。これらロータリエンコーダ20〜22は、それ
ぞれサーボモータ8〜10の回転速度に応じた周波数の
パルスを出力し、そのパルス信号は、コントローラ2の
位置検出回路23〜25に与えられる。そして、位置検
出回路23〜25は、それらロータリエンコーダ20〜
22からのパルス信号に基づいて各サーボモータ8〜1
0の回転位置を検出し、位置情報としてCPU11に与
えられるようになっている。
【0016】なお、図2では、第1および第2アーム4
および5、手首6を可動体として一つのブロックで示
し、これに応じてサーボモータ8〜10、駆動回路12
〜14、ロータリエンコーダ20〜22、位置検出回路
23〜25もそれぞれ一つのブロックにまとめて示し
た。
【0017】CPU11は、各駆動回路12〜14に動
作信号を与え、各駆動回路12〜14は、その駆動信号
に応じた電流を各サーボモータ8〜10に供給してそれ
らを駆動する。このとき、CPU11は、RAM16に
記憶された動作プログラムから各サーボモータ8〜10
の位置指令を得ると共に、ロータリエンコーダ20〜2
2から与えられた位置情報に基づいて各サーボモータ8
〜10の現在位置を検知し、そして、その現在位置と指
令位置とを比較し、その偏差に応じた駆動信号を各駆動
回路12〜14に与えるように構成されている。これに
より、第1および第2アーム4および5、手首6が動作
プログラムに従った動作を実行し、部品の組み立て作業
を行うものである。
【0018】ところで、この実施例では、ロボットのコ
ントローラ2は、駆動回路12〜14においてサーボモ
ータ8〜10への供給電流Iを検出するようにしてお
り、この検出電流Iに基づき負荷状態を定量的に把握す
るものとして負荷率を求め、その負荷率が限界値を越え
たとき、モータ保護の観点からサーボモータ8〜10を
停止してロボット本体1の動作を停止させるように構成
されている。
【0019】ここで、負荷率とは、駆動、停止が繰り返
し行われるモータの負荷状態を表す量として用いられ、
一般には、連続実効負荷トルクが適用される。連続実効
負荷トルクは、モータの発熱量が電流の二乗、すなわち
出力トルクの二乗に概ね比例する関係からトルクの二乗
平均値で次式(1)で表される。なお、(1)式は図4
に示すように、加速、等速、減速を繰り返し行う場合、
加速時間tpsa 、等速時間tc 、減速時間tpsd 、休止
時間tl 、加速開始から次の加速開始までのサイクル時
間tf である場合を示す。
【0020】
【数1】 この連続実効負荷トルクは、短時間に断続的にかかる負
荷を連続負荷に換算した量とみなすことができる。そし
て、上記(1)式から明らかなように、負荷率は、出力
トルクが小さく、或いは休止時間tl が長いほど小さく
なる。
【0021】上記した一般的な負荷率計算とは別に、こ
の実施例のロボットでは、駆動回路12〜14において
各サーボモータ8〜10への供給電流Iを検出している
ので、面倒なトルク計算を要する上記(1)式によら
ず、次の(2)式および(3)式から負荷率を求めるよ
うにしている。
【0022】
【数2】
【数3】 負荷率=(Sn+1/過負荷設定値)×100 …(3) 上記(3)式のうち、Eは過負荷設定値で、これはモー
タの特性に基づいて合理的に求めた定数である。
【0023】すなわち、コントローラ2では、例えば3
2msec毎に各サーボモータ8〜10の駆動電流Iを
検出し、これを(2)式に代入して(Sn+1)値を求
める。具体的には、(Sn+1)値の第1回目の計算に
おいて、Snは「0」であるから、Sn+1は(Ii×
Ii×63÷64)となり、第2回目の(Sn+1)値
は{[(Iii×Iii)+(Ii×Ii×63÷64)]
×63÷64}となる、というように32msec毎に
(Sn+1)値を求め、その都度(Sn+1)値から
(3)式により負荷率を演算するのである。そして、負
荷率が100を越えたとき、CPU11は、サーボモー
タ8〜10を断電し、ロボット本体1を停止させるよう
にしている。
【0024】このとき、ロボット動作の1サイクルにお
いて、サーボモータ8〜10の休止期間では、その供給
電流は「0」で、且つ上記(2)式の(63÷64)が
1よりも小さい値であるから、(Sn+1)値としては
休止時間の経過に伴って次第に小さくなり、従って負荷
率も小さくなってゆく。このため、サーボモータ8〜1
0の駆動中の負荷率が高くても、休止時間を長くするこ
とにより、負荷率が100を越えないようにすることが
でき、モータ保護のためのロボット本体1の停止がなく
なるものである。
【0025】さて、図2に示された計測装置26は、テ
ィーチングペンダント18により動作プログラムを作成
した後、その動作プログラムによる動作を試験的に行う
場合に用いられるもので、制御手段および演算手段とし
てのCPU27、システムプログラムなどを記憶したR
OM28、データを一時的に記憶するためのRAM29
などを備えている。
【0026】この計測装置26には、前記各サーボモー
タ8〜10に供給される電気量、この実施例では電流を
検出する電気量検出手段としての電流センサ30から出
力される検出信号および前記サーボモータ8〜10の挙
動、すなわち回転数を検出する挙動検出手段としての前
記各ロータリエンコーダ20〜22から出力されるパル
ス信号が与えられる。なお、電流センサ30は各サーボ
モータ8〜10と各駆動回路12〜14とを接続する電
源線31に流れる電流を検出するものである。
【0027】上記電流センサ30から出力される検出信
号(アナログ)は、アナログ/デジタル(A/D)変換
器32によりデジタル信号に変換され、ロータリエンコ
ーダ20〜22からのパルス信号は、まず周波数/電圧
(F/V)変換器33により周波数(サーボモータ8〜
10の回転数)に応じた電圧に変換され、その電圧は更
にA/D変換器34によりデジタル信号に変換される。
そして、アナログ信号に変換された電流センサ30の検
出信号およびロータリエンコーダ20〜22からのパル
スの周波数信号は、I/F35を介してCPU27に与
えられるようになっている。
【0028】そして、計測装置26のCPU27は、A
/D変換器32によりデジタル信号に変換された電流セ
ンサ30の検出信号に基づいて各サーボモータ8〜10
に供給される電流Iを求め、この電流Iから負荷率を演
算する。この場合、負荷率は、コントローラ2が用いる
演算式と同じく前記(2)式および(3)式を用いてコ
ントローラ2と同様に32msec毎に各サーボモータ
8〜10の負荷率を演算する。従って、計測装置26で
求める負荷率は、ロボットのコントローラ2で求められ
る負荷率と同値となる。
【0029】また、計測装置26のCPU27は、A/
D変換器34によりデジタル信号に変換されたロータリ
エンコーダ23〜2の検出信号に基づいて各サーボモー
タ8〜10の挙動、すなわち回転数を求める。そして、
CPU27は、以上のようにして求めた各サーボモータ
8〜10の負荷率および回転数の負荷情報をI/F36
を介してモニタ制御装置としてのパーソナルコンピュー
タ37に出力する。
【0030】ところで、コントローラ2のCPU11
は、RAM16に記憶された動作プログラムに基づいて
各サーボモータ8〜10を制御する。この動作プログラ
ムのうち所定段階、例えば所定のサブルーチンにおい
て、当該サブルーチンの開始ステップでCPU11が所
定の出力ピンからハイレベル信号を出力し、そのサブル
ーチンの終了ステップでCPU11が上記出力ピンの出
力信号からロウレベル信号を出力するようにプログラム
されている。そして、CPU11の上記出力ピンの出力
信号は、I/F17を介して計測装置26のI/F39
に与えられ、当該計測装置26のCPU27は、その出
力ピンの信号レベルに応じたレベルの信号をI/F36
を介してパーソナルコンピュータ37のI/F38に出
力する。
【0031】パーソナルコンピュータ37は、周知のよ
うに制御手段および演算手段としてのCPU39、RO
M40、RAM41などを備えており、CPU39には
入力手段としてのキーボード42およびマウス43、モ
ニタとしてのCRT44、プリンタ45などがI/F4
6を介して接続されている。そして、CPU46は、計
測装置26から与えられる各サーボモータ8〜10の負
荷情報およびサブルーチンの開始および終了情報をRA
M41に記憶し、キーボード42或いはマウス43から
の入力に基づいて所望のサーボモータの負荷率および挙
動をCRT44に表示する。
【0032】上記構成において、ティーチングペンダン
ト18によりロボット本体1の動作を教示して動作プロ
グラムを作成した後、その試運転をするに際し、計測装
置26の電流センサ30に電源線31の途中部分をセッ
トすると共に、ロータリエンコーダ20〜22からコン
トローラ2に出力されるパルス信号を計測装置26にも
入力できる状態にする。そして、コントローラ2を起動
させて、作成された動作プログラムに基づいてロボット
本体1を動作させる。
【0033】すると、各サーボモータ8〜10の負荷率
情報と回転数情報、所定のサブルーチンの開始および終
了情報が計測装置26からパーソナルコンピュータ37
に与えられ、パーソナルコンピュータ37は、それら情
報に基づき、図1に示すようなグラフをCRT44に表
示する。なお、CRT44に表示されたグラフと同様の
グラフは、プリンタ45によって用紙に印刷できるよう
にもなっている。
【0034】ここで、図1のグラフにおいて、横軸には
時間(sec)を取り、縦軸には負荷率、回転数、信号
レベルなどが取られている。図1において、上部の2段
に示されたパルス状信号AおよびBは、ハンド7の把持
および把持解除のタイミングを示し、その下段の矩形波
形状信号Cは、所定のサブルーチンが実行されている期
間を示すものであり、以下、D〜Fは第1アーム4のサ
ーボモータ8、第2アーム4のサーボモータ9、手首6
の上下動作用のサーボモータ10の回転数を示し、Gは
第1アーム4のサーボモータ8の負荷率を示している。
【0035】なお、図1の左側の表題欄において、第1
軸〜第3軸とあるのは、それぞれサーボモータ8〜10
を示している。また、ハンド7の把持および把持解除の
タイミングを示すパルス状信号AおよびBは、所定のサ
ブルーチンの開始および終了を示す場合と同様に、動作
プログラム中、ハンド7の把持動作および把持解除を行
う前のステップでハイレベル信号を出力するように構成
され、その信号をコントローラ2、計測装置26、パー
ソナルコンピュータ37へと伝送してCRT44に表示
するようにしたものである。
【0036】そして、図1に示されたグラフは、サーボ
モータ8の負荷率と回転数とを表示するように操作した
場合の状態を示すもので、サーボモータ8については負
荷率と回転数とが併せて表示されている。そして、この
実施例では、選択されなかった他のサーボモータ9,1
0については、回転数のみが表示される。サーボモータ
9或いは10を選択した場合も同様に、選択したサーボ
モータについては負荷率と回転数が表示され、他のサー
ボモータについては回転数のみが表示されるのである。
【0037】さて、図1では、サーボモータ8の負荷率
は次第に上昇しており、ロボット動作を何サイクルか繰
り返すと、サーボモータ8が過負荷異常(負荷率100
%越え)と判定され、コントローラ2によってロボット
本体1が停止されると予測される。そこで、サーボモー
タ8による動作、すなわち第1アーム4の旋回動作を例
えば第2アーム5の旋回動作に代替させれば、サーボモ
ータ8の駆動電流や駆動時間が減少し、1動作サイクル
内での休止中に負荷率が次第に低下するようになるの
で、サーボモータ8が過負荷異常と判定されることがな
くなる。逆に、図1では表示されていないが、負荷率に
余裕がある場合には、サーボモータの回転数を増加させ
たり、休止時間を短くしたりしてロボット動作のサイク
ルタイムを短縮することも可能となる。
【0038】このようなことを各サーボモータ8〜10
について検討し、その検討結果に基づいて動作プログラ
ムを修正する。このとき、CRT44に表示されたグラ
フには、所定のサブルーチンの開始および終了情報が表
示されているので、その開始および終了のタイミングか
ら修正すべき箇所を容易に見つけ出すことができる。
【0039】また、ハンド7の把持および把持解除はロ
ボット本体1が停止している期間に行わなければならな
いが、本実施例では、その把持および把持解除のタイミ
ングがサーボモータ8〜10の回転数と共に表示されて
いるので、ロボット本体1が停止しているときに、把持
および把持解除がなされるか否かを確認することができ
る。
【0040】ところで、一般的に、実際に過負荷異常に
なるまでには、長時間(0.5〜数時間)かかるため、
その間連続してCRT44を見続けることは困難であ
る。この解決策として、パーソナルコンピュータ37に
おいて、負荷率に対して所定レベルのトリガを設定でき
るようにしてその設定されたトリガレベルをRAM41
に記憶させておき、負荷率が上記トリガレベルに達した
とき、これをブザーなどのアラーム手段により報知する
と共に、RAM41に記憶されているトリガレベル到達
前後の負荷率および回転数をCRT44に表示させるよ
うに構成することが考えられる。このように構成すれ
ば、トリガレベルをコントローラ2の過負荷異常検出レ
ベルと同レベルに設定することにより、過負荷異常に達
した時点の前後の負荷率および回転数を表示でき、確認
作業を容易に行うことができる。また、トリガレベルを
過負荷異常レベルよりやや低いレベルに設定しておけ
ば、ロボット本体1が停止する前に異常状態を検出でき
る。このとき、パーソナルコンピュータ37から外部に
アラーム信号を出力できるように構成しておけば、例え
ばパーソナルコンピュータ37から離れた作業者の常駐
場所で異常状態の発生を知ることができる。念のため
に、上記トリガレベルは任意の負荷率に設定できるもの
で、得たい状態に応じて定めれば良い。
【0041】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは
変更が可能である。電気量としてサーボモータ8〜10
に印加される電圧と電流の双方を検出し負荷率を演算す
るようにしても良い。
【0042】コントローラによって制御される駆動源と
しては、モータに限られない。本発明はロボットに限ら
れず、NC工作機械など、コントローラにより制御され
る駆動源を備えた制御対象に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すCRTのグラフ表示状
態での正面図
【図2】全体の電気的構成を示すブロック図
【図3】ロボットの斜視図
【図4】負荷率の概念を説明するための図
【符号の説明】
図中、1はロボット本体(制御対象)、2はコントロー
ラ、8〜10はサーボモータ(駆動源)、20〜22は
ロータリエンコーダ(挙動検出手段)、26は計測装
置、27は演算手段、30は電流センサ(電気量検出手
段)、37はパーソナルコンピュータ、44はCRT
(モニタ)である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コントローラにより制御される制御対象
    装置の駆動源の負荷状況を表示する方法において、 前記駆動源に供給される電気量を検出すると共に、当該
    駆動源の挙動を検出し、前記検出した電気量に基づいて
    負荷状態を演算して当該負荷状態を前記検出した挙動と
    共にモニタに表示するようにしたことを特徴とする負荷
    状況表示方法。
  2. 【請求項2】 前記コントローラは動作プログラムに従
    って前記駆動源を制御するように構成され、その動作プ
    ログラムのうち前記コントローラが所定段階を実行する
    ときこれを検出して前記モニタに表示することを特徴と
    する請求項1記載の負荷状況表示方法。
  3. 【請求項3】 コントローラにより制御される制御対象
    装置の駆動源の負荷状況を表示する装置において、 前記駆動源に供給される電気量を検出する電気量検出手
    段と、 前記駆動源の挙動を検出する挙動検出手段と、 前記電気量検出手段により検出された電気量に基づいて
    負荷状態を演算する演算手段と、 この演算手段により演算された負荷状態を前記挙動検出
    手段により検出された挙動と共に表示するモニタとを具
    備してなる負荷状況表示装置。
  4. 【請求項4】 前記コントローラは動作プログラムに従
    って前記駆動源を制御するように構成され、その動作プ
    ログラムのうち前記コントローラが所定段階を実行する
    ときこれを検出するステップ検出手段を設け、前記モニ
    タには前記ステップ検出手段の検出結果を併せて表示す
    ることを特徴とする請求項3記載の負荷状況表示装置。
  5. 【請求項5】 前記負荷状態に対して所定レベルのトリ
    ガを設定し、このトリガのレベルへの到達前後の状態を
    記憶表示する機能と、前記トリガのレベルに到達したこ
    とを報知する報知機能とを有することを特徴とする請求
    項3または4記載の負荷状況表示装置。
JP6154698A 1998-03-12 1998-03-12 負荷状況表示方法およびその表示装置 Pending JPH11259111A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1865395A1 (en) * 2006-06-06 2007-12-12 Fanuc Ltd Device for observing internal data of control device
JP2009129395A (ja) * 2007-11-28 2009-06-11 Brother Ind Ltd 数値制御装置、コンピュータプログラム及び記憶媒体

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