WO2018079075A1 - エンコーダの異常検出方法及び異常検出装置、並びにロボット制御システム - Google Patents

エンコーダの異常検出方法及び異常検出装置、並びにロボット制御システム Download PDF

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WO2018079075A1
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encoder
position information
motor
abnormality detection
controller
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PCT/JP2017/031701
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靖啓 衣笠
圭 相見
敦実 橋本
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric

Definitions

  • the present disclosure relates to an abnormality detection method for detecting an abnormality in an encoder, and more particularly, to an abnormality detection method and an abnormality detection apparatus for an encoder that detect a rotational position of a motor related to driving of an output shaft of an actuator such as a robot.
  • an abnormality detection technique related to a failure of an encoder used to detect a rotational position of a motor that drives an output shaft of an actuator such as a robot is known.
  • Patent Document 1 includes a first encoder that detects the rotation of the input shaft of the motor and a second encoder that detects the rotation of the output shaft of the motor, and is detected by the first encoder and the second encoder.
  • a technique for determining that the encoder is abnormal when there is a certain difference in position measurement values is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a servo system having a safety unit for monitoring that the motor is normally controlled.
  • the safety unit according to Patent Document 2 generates a stop signal to the servo driver when the command value or feedback value received from the servo driver controlling the motor is abnormal.
  • This disclosure is an encoder abnormality detection method for detecting an abnormality of an encoder that detects a rotational position of a motor using a robot control unit.
  • the robot controller has a controller, a driver, and an abnormality detection device.
  • the driver is connected to the encoder and controller.
  • the anomaly detection device is connected to the encoder and controller.
  • the encoder error detection method is An output step for outputting a speed command for instructing the rotational position of the motor, and command position information indicating the rotational position of the motor according to the speed command;
  • a control step for receiving a speed command and an output signal output from the encoder, and controlling driving of the motor based on the speed command and the output signal;
  • An information acquisition step of acquiring command position information from the controller and acquiring an output signal from the encoder;
  • the command position information is compared with the detected motor position information calculated based on the output signal. If there is a difference between the command position information and the detected motor position information, the encoder malfunctions.
  • An abnormality determination step for determining Have
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a robot control system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the robot control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the safety unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an encoder abnormality determination method according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating another configuration example of the robot control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the motor command position and the motor detection position according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating another configuration example of the robot control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a robot control system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the robot control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the safety unit according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between the motor command position and the motor detection position according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing another example of the encoder abnormality determination method according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the motor command position and the actual position when the traveling operation according to the second embodiment is performed.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between the motor command position and the actual position when the reciprocating operation according to the second embodiment is performed.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a motor command position and a motor detection position according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a robot control unit according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an encoder abnormality determination method according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a block diagram illustrating another configuration of the robot control unit according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating still another configuration of the robot control unit according to the third embodiment.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating another example of the encoder abnormality determination method according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a temporal change in the current position of the robot according to the third embodiment.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating still another configuration of the robot control unit according to the third embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating another example of the temporal change in the current position of the robot according to the third embodiment.
  • FIG. 21 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 22 is a block diagram illustrating a configuration of a robot control unit according to a conventional technique.
  • Patent Document 2 When applying the technique disclosed in Patent Document 2 to a general-purpose system that does not have an abnormality detection function, it is necessary to add a new function to the servo driver. That is, it is necessary to develop both the servo driver and the safety unit, which takes time.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a robot control unit according to the conventional technique disclosed in Patent Document 2.
  • the controller 7 outputs a command signal to the servo driver 10, and the servo driver 10 controls the motor 4 based on the command signal received from the controller 7 and the detection signal acquired from the encoder 5.
  • the servo driver 10 generates a command value (motor command value) for comparison processing related to the rotational position of the motor 4 based on the command signal received from the controller 7 and outputs the command value to the safety unit 9. Similarly, the servo driver 10 generates a value (motor detection value) indicating the rotational position of the motor 4 based on the output signal acquired from the encoder 5, the reduction ratio of each axis of the motor 4, the origin information of the motor 4, and the like. Outputs to the safety unit 9. The safety unit 9 compares the motor command value received from the servo driver 10 with the motor detection value, and determines whether the encoder 5 is abnormal based on the comparison result.
  • the servo driver 10 of the general-purpose robot normally generates a motor command value and a motor detection value. It does not have a function and a function to output the generated motor command value and motor detection value.
  • circuit, program, display, etc. is required to indicate whether the additionally designed circuit and program are functioning correctly. That is, it takes time and makes the process complicated.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a robot control system as an operating device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the robot controller 2, and arrows are shown so that the transmission direction of information or signals can be understood.
  • the robot A is composed of a robot mechanism unit 1, a robot control unit 2, and an operation unit 3 with a display.
  • the robot mechanism unit 1 and the robot control unit 2 are connected by a connection cable C.
  • information is transmitted by wired connection using the connection cable C.
  • the connection form is not limited to wired connection, and may be connected wirelessly.
  • the connection between each block is the same.
  • the robot mechanism unit 1 has a plurality of robot arms 11 and a plurality of joint axes 12.
  • a motor 4 (servo motor) for operating the robot arm 11 is attached to each robot arm 11.
  • the robot A is a vertical articulated 6-axis robot
  • the robot A has six robot arms 11, and six motors 4 are provided so as to correspond to each of the robot arms 11.
  • Each of the motors 4 is attached with an encoder 5 for detecting the rotation position of each motor 4 or the rotation amount based on the rotation position.
  • an external shaft that is driven based on drive control from the robot control unit 2 to the robot mechanism unit 1 is attached to the robot A.
  • the external shaft is used in combination with the robot mechanism unit 1 in order to expand the movable range of the robot A.
  • a motor 4 for operating the external shaft is attached to the external shaft.
  • the motor 4 is attached with an encoder 5 for detecting the rotational position of the motor 4 or the amount of rotation based on the rotational position. That is, the motor 4 is provided for each of the plurality of joint shafts 12 and the external shaft, and the encoder 5 is attached to each of the motors 4.
  • the type of external shaft is not particularly limited.
  • the technology according to the present embodiment can be applied to either a slider type or a positioner type, and other types may be used.
  • the motor 4 and encoder 5 using a plurality of joint shafts 12 and the motor 4 and encoder 5 used for an external shaft are shown without distinction (FIG. 1). Reference) and explanation. Therefore, in the following, when the motor 4 or the encoder 5 is used, both the one using the plurality of joint shafts 12 and the one using the external shafts are pointed out. That is, the abnormality detection device and abnormality detection method for the encoder 5 described below can be applied to both the encoder 5 attached to the motor 4 for the plurality of joint shafts 12 and the encoder 5 attached to the motor 4 for the external shaft. Is possible.
  • the encoder 5 is connected to a safety unit 9 (abnormality detection device) and a servo driver 10 (driver), which will be described later, and outputs (feedback) detected signals to the safety unit 9 and the servo driver 10.
  • a safety unit 9 abnormality detection device
  • a servo driver 10 driver
  • the operation unit 3 includes an input unit (not shown) that receives an input operation of the operator of the robot A and a display (not shown).
  • the operation unit 3 communicates with the robot control unit 2 based on an input operation from the operator. Thereby, the operator can perform operation setting, operation control, and the like of the robot arm 11 via the operation unit 3.
  • the input unit may be configured with a touch panel, and the display and the input unit may be configured integrally.
  • the robot controller 2 includes a controller (for example, CPU) 7, a RAM (Random Access Memory) 8, a safety unit 9 as an abnormality detection device, a servo driver 10 for driving each of the motors 4, and a safety unit.
  • 9 has a safety circuit (controller) 6 that receives an emergency stop signal instructing an emergency stop from 9 and shuts off the power supply (not shown) for driving the robot A.
  • the robot control system includes the encoder 5 and the robot control unit 2.
  • the RAM 8 stores a robot A teaching program created by the operator using the operation unit 3, function settings of the robot A, and the like.
  • the controller 7 outputs a speed command (distance traveled per unit time) to the servo driver 10 based on the robot A teaching program stored in the RAM 8, the function setting of the robot A, etc. Do. Further, the controller 7 integrates the speed command from the origin position, and outputs the integrated value to the safety unit 9 as command position information.
  • the speed command is calculated based on, for example, the reduction ratio of the robot A, the origin position, and the like.
  • the servo driver 10 controls the operation of the robot A by controlling the motor 4 based on the speed command received from the controller 7 and the output signal from the encoder 5.
  • the safety unit 9 is directly connected to the encoder 5 and the controller 7. Then, based on the detected position information of the motor 4 calculated based on the output signal received from the encoder 5 and the command position information received from the controller 7, it is determined whether or not the encoder 5 has failed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the safety unit 9.
  • the safety unit 9 includes a CPU 92 as a determination unit, a RAM 93, an encoder receiving unit 94 as a first receiving unit, and a DPRAM (Dual Port RAM) 95 as a second receiving unit. is doing.
  • the encoder receiving unit 94 is connected to the encoder 5 and acquires an output signal from the encoder 5.
  • the DPRAM 95 is connected to the controller 7 of the robot control unit 2 and acquires command position information output from the controller 7. This command position information is obtained by integrating speed commands output from the controller 7 to the servo driver 10. The command position information acquired by the DPRAM 95 is stored in the RAM 93.
  • the CPU 92 receives the output signal from the encoder receiver 94 and calculates the detected position information regarding the current position of the motor 4 using the output signal, the reduction ratio of the robot A, the origin position, and the like.
  • the command position based on the command position information is compared with the detected position based on the detected position information to check whether the encoder 5 is abnormal.
  • CPU 92, RAM 93 and DPRAM 95 are connected in the same configuration, and two sets having the same function are provided. Thereby, parallel processing using two CPUs 92 becomes possible. That is, the same abnormality determination can be performed twice, and the reliability can be further improved as compared with the case of one set.
  • FIG. 4 is a flowchart showing how the safety unit 9 monitors the abnormality of the encoder 5 after the robot control unit 2 activates the robot A and starts operation. That is, FIG. 4 shows how the safety unit 9 monitors the abnormality of the encoder 5 when the controller 7 rotates the motor 4 via the servo driver 10.
  • step ST1 the controller 7 of the robot controller 2 activates the robot A and proceeds to step ST2.
  • step ST2 the robot control unit 2 operates the robot A based on the teaching program and function settings set by the operator via the operation unit 3. Specifically, the controller 7 outputs a speed command to the servo driver 10 and command position information to the safety unit 9 based on the teaching program and function settings stored in the RAM 8.
  • the servo driver 10 drives the motor 4 based on the speed command received from the controller 7 to operate the joint axis 12 and the external axis of the robot A.
  • the servo driver 10 receives an output signal from the encoder 5 attached to the motor 4 and performs feedback control on the motor 4 based on the difference between the speed command and the output signal. At this time, the output signal from the encoder 5 is also output to the safety unit 9.
  • the processing of steps ST3 to ST7 is performed by the safety unit 9.
  • the safety unit 9 acquires the output signal from the encoder 5 (ST3)
  • the motor position is calculated (ST4).
  • the CPU 92 of the safety unit 9 determines the rotational position (detected position information) of the motor 4 based on the output signal acquired from the encoder 5, the reduction ratio of each axis of the motor 4, the origin information of the motor 4, and the like. calculate.
  • the output signal acquired from the encoder 5 is transmitted in the form of a pulse signal, for example.
  • the safety unit 9 receives the command position information from the controller 7 (ST5), and compares the detected position information regarding the current position of the motor 4 calculated in ST4 with the command position information from the controller 7 (ST6). Specifically, the CPU 92 of the safety unit 9 calculates the rotational position of the motor 4 (motor detection value: detected position information) calculated based on the output signal from the encoder 5 and the rotational position of the motor commanded from the controller 7. (Motor command value: command position information) is compared.
  • step ST7 If the difference between the motor command value (command position information) and the motor detection value (detection position information) is equal to or greater than a predetermined value as a result of the comparison (YES in ST7), the CPU 92 determines that the encoder 5 is abnormal, and step ST8. Proceed to On the other hand, when the difference between the motor command value and the motor detection value is less than the predetermined value (NO in ST7), it is not determined that the encoder 5 is abnormal, and the flow returns to step ST3.
  • the motor 4 is about to move to the position commanded by the controller 7. For this reason, the difference between the motor detection value (detection position information) indicating the rotation position of the motor 4 and the motor command value (command position information) indicating the rotation position commanded by the controller 7 is within a predetermined threshold value Pth. Should be. Therefore, if the rotational position of the motor based on the motor detection value is more than a predetermined position away from the motor command position based on the motor command value, it is determined that the encoder has failed.
  • step ST8 the CPU 92 of the safety unit 9 transmits an emergency stop signal to the safety circuit 6.
  • the safety circuit 6 shuts off the power supply for driving the robot A and causes the robot A to stop emergency.
  • the controller 7 activates the robot A and causes the robot A to start the operation, and then the safety unit 9 repeatedly executes the processes of steps ST3 to ST7 to determine whether the encoder 5 is abnormal.
  • the safety unit 9 compares the position information directly acquired from the controller 7 with the position information calculated based on the output signal from the encoder 5 in detecting the abnormality of the encoder 5. Based on the result, an abnormality of the encoder 5 is detected. As a result, an abnormality due to an encoder failure can be detected by adding the safety unit 9 to an operation device such as a general-purpose robot that does not have an encoder abnormality detection device. Furthermore, at that time, it is not necessary to change the design of the existing general-purpose robot components such as the servo driver 10, and the influence on the existing system can be reduced. Therefore, it is not necessary to indicate that the processing related to the determination of the abnormality of the encoder is correctly performed for the existing system, and the processing is not complicated.
  • the servo driver 10 of the general-purpose robot When the configuration shown in FIG. 22 is applied to a general-purpose robot that does not have an abnormality detection device for the encoder 5, the servo driver 10 of the general-purpose robot normally has a function of generating a motor command value and a motor detection value, and It does not have a function of outputting the generated motor command value and motor detection value. Therefore, it is necessary to newly design a circuit, a program and the like having the above generation function and output function. In addition, a mechanism (circuit, program, display, etc.) is required to indicate whether the additionally designed circuit and program are functioning correctly. That is, it takes time and makes the process complicated. On the other hand, such a situation does not occur in the abnormality detection method and the abnormality detection apparatus according to the present disclosure.
  • the first embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application.
  • the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, and the like have been made as appropriate.
  • the first embodiment may be configured as follows.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a robot control unit according to the modification (1).
  • a primary delay filter 22 is provided between the controller 7 and the safety unit 9 as a delay control filter considering a general control delay. That is, the first-order lag filter 22 is provided between the controller 7 and the DPRAM 95 (second receiver).
  • the rotation position (motor command position) of the motor 4 based on the command position information acquired from the controller 7 by the safety unit 9 and the safety unit 9 acquired from the encoder 5 when compared at the same time.
  • the rotational position (motor detection position) of the motor 4 based on the output signal or the like is shifted. This occurs, for example, due to motor control characteristics.
  • the servo driver 10 actually controls the motor 4 after the controller 7 of the robot controller 2 outputs the speed command and the command position information, and the motor 4 operates based on the control, a certain time This is because a delay occurs.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the motor command position (thick solid line in FIG. 6) and the motor detection position (thin solid line in FIG. 6) when the joint shaft 12 of the robot arm 11 is reciprocated at the maximum speed. It is.
  • the thick solid line and the thin solid line in FIG. 6 are compared, there is a delay of about 0.1 seconds at the maximum, and a delay of about 18 degrees occurs in terms of an angle (see the one-dot chain line in FIG. 6).
  • a broken line indicates a motor command position according to the configuration of FIG. 5
  • a two-dot chain line indicates a deviation between the motor command position and the motor detection position according to the configuration of FIG.
  • the predetermined threshold Pth used for comparison between the detected position information and the command position information may be determined based on the difference between the motor command position and the motor detected position. In this case, by reducing the difference between the motor command position and the motor detection position, the predetermined threshold Pth can be reduced, and as a result, the abnormality detection accuracy of the encoder can be increased.
  • abnormality detection method of the encoder 5 may be the same as the procedure using FIG. 4 described above, and thus detailed description thereof is omitted here.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the robot control unit according to the modification (2).
  • a vibration suppression filter 21 connected in series with a first-order lag filter 22 is provided between the controller 7 and the safety unit 9.
  • control with higher response may be performed.
  • high response control control with higher response
  • the motor 4 may vibrate due to the vibration component included in the command position information.
  • a vibration suppression filter (not shown) is used between the servo driver 10 and the motor 4.
  • FIG. 8 shows the relationship between the motor command position and the motor detection position when the joint shaft 12 of the robot arm 11 is reciprocated at the maximum speed.
  • the thick solid line and the thin solid line are the same as those in FIG. 6, and show operations related to a configuration (see FIG. 2) that does not use the first-order lag filter 22 and the damping filter 21.
  • a broken line indicates a change in the motor command position according to the configuration of FIG. 7, and a two-dot chain line indicates a deviation between the motor command position and the motor detection position according to the configuration of FIG. It can be seen from FIG. 8 that the difference between the motor command position and the motor detection position is further reduced by providing the vibration suppression filter 21 in addition to the first-order lag filter 22.
  • the damping filter 21 removes a resonance component from the input command position information.
  • the vibration suppression filter 21 and the first-order lag filter 22 may have both directly in random order, or only one of them may be provided.
  • FIG. 9 a flowchart as shown in FIG. 9 may be used.
  • the processes related to steps ST1 to ST6 are the same as those in FIG. 4, and thus detailed description thereof is omitted here.
  • step ST7 when the difference between the motor command value and the motor detection value is greater than or equal to a predetermined value in step ST7, that is, when “YES” in step ST7, the process proceeds to step ST9.
  • step ST9 the CPU 92 of the safety unit 9 determines whether or not the controller 7 has instructed an emergency stop of the robot A.
  • the controller 7 outputs an emergency stop signal (not shown) to the safety circuit 6 when the robot A makes an emergency stop.
  • the safety circuit 6 that has received the emergency stop signal shuts off the driving power of the robot A and stops the robot A.
  • the safety unit 9 acquires an emergency stop signal from the controller 7.
  • step ST9 it is determined whether an emergency stop signal is output from the controller 7.
  • the flow returns to step ST3. That is, even when the difference between the motor command value and the motor detection value is equal to or greater than a predetermined value, the encoder 5 is not determined to be abnormal.
  • step ST ⁇ b> 8 the CPU 92 of the safety unit 9 transmits an emergency stop signal to the safety circuit 6, and the safety circuit 6 that has received the emergency stop signal stops the robot A in an emergency stop.
  • the safety unit 9 does not erroneously determine that the encoder 5 is abnormal when an emergency stop is performed by an instruction from the controller 7. Specifically, when the controller 7 stops the robot A by outputting an emergency stop signal, the output of the command position information of the controller 7 is stopped. For this reason, if the safety unit 9 continues the comparison between the motor command value and the motor detection value, the flowchart of FIG. 4 may determine that the encoder 5 is abnormal although the encoder 5 is operating normally. is there. However, the occurrence of such a problem can be prevented by performing the processing according to this aspect.
  • the steps do not necessarily have to be processed in the order described. If the order can be changed or parallel processing can be performed, the processing order and processing method can be appropriately set. It may be changed. For example, the process according to steps ST3 and ST4 and the process according to step ST5 may be performed in parallel.
  • FIG. 10 shows motor command positions P1 to P3 in the case of a so-called traveling operation in which the motor command position sequentially moves from P1 to P3 via P2 based on the speed command from the controller 7, and the actual The relationship with the motor position Pr (hereinafter also referred to as the current position Pr) is shown.
  • the traveling operation as shown in FIG. 10, when the motor command position moves to P3, the current position Pr exists in the vicinity of P3. Therefore, it is possible to detect an abnormality in the encoder 5 by performing processing along the flow of FIG. 4 or FIG.
  • the safety unit 9 may erroneously determine that the encoder 5 is abnormal. For example, when the reciprocating operation of FIG. 11 is performed at high speed, before the current position Pr of the motor 4 reaches or sufficiently approaches P3, the servo driver 10 returns to the motor 4 to start the operation, and the current position Pr There is a possibility of returning from P2 to P1.
  • the safety unit 9 compares the motor command position based on the command position information P3 with the motor detection position based on the current position Pr of the motor 4, the difference between the position P3 and the position Pr is large. As a result, there is a possibility that the safety unit 9 may determine that there is an abnormality even though the encoder 5 is operating normally.
  • FIG. 12 is a diagram showing motor command positions when the joint shaft 12 of the robot arm 11 is reciprocated.
  • step ST6 the CPU 92 compares the value obtained by increasing or decreasing the addition value ⁇ with the motor command value and the motor detection value calculated based on the detected position information, and in step ST7, based on the comparison result. Try to determine the encoder error. Specifically, when the motor detection value P (fs) satisfies the condition of the following (Equation 1), it is not determined that the encoder 5 is abnormal. At this time, the change amount ⁇ n is added as an absolute value regardless of the direction of change.
  • a predetermined threshold Th may be added to the added value ⁇ as shown in the lower (Equation 2) instead of the upper (Equation 1).
  • the safety unit 9 can detect an abnormality, and the operation of the robot A can be stopped in an emergency.
  • the vibration suppression filter 21 and the first-order lag filter 22 shown in the modified examples (1) and (2) are used to reduce errors that occur when comparing the command position information and the detected position information. .
  • the above control switching is performed, if these filters are used as they are, the difference between the actual operation of the robot A and the command position information given to the safety unit 9 becomes large, and the abnormality detection accuracy of the encoder 5 is not improved. There is.
  • the encoder 5 can be accurately obtained even when the control mode of the robot A is switched by switching the route for processing the command position information transmitted to the safety unit 9 according to the control method actually performed by the controller 7. This makes it possible to detect abnormalities.
  • FIG. 13 shows the configuration of the robot control unit according to this embodiment.
  • the controller 7 includes a control switching unit 7 a for switching the drive control of the robot A.
  • the control switching unit 7a detects this and switches the route for transmitting the command position information.
  • command position information is sent to the safety unit 9 after applying a first-order lag filter 22 (first lag control filter).
  • first lag control filter first lag control filter
  • second lag control filter the same first-order lag filter 22 is used when performing normal control and when performing high response control. That is, the filter 22 having the same time constant is used.
  • control switching unit 7a may be realized on the hardware of the controller 7 or may be realized on software.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an abnormality determination method of the encoder 5 according to this embodiment.
  • FIG. 14 shows how the safety unit 9 monitors the abnormality of the encoder 5 when the controller 7 rotates the motor 4 via the servo driver 10.
  • steps ST1, ST2 and ST6 to ST11 are the same as those of steps ST1 to ST8 shown in FIG. 14.
  • step ST3 it is determined whether the drive control mode of the robot A is high-responsiveness control or not. This determination is performed by the control switching unit 7a in the controller 7 as described above.
  • step ST3 If the determination in step ST3 is affirmative, that is, if the drive control mode of the robot A is high-responsiveness control, the command is applied after applying the damping filter 21 and the first-order lag filter 22 in step ST4. The position information is transmitted to the safety unit 9.
  • step ST3 If the determination in step ST3 is negative, that is, if the drive control mode of the robot A is normal control, the command position information is transmitted to the safety unit 9 after applying the first-order lag filter 22 in step ST5. .
  • the abnormality detection accuracy of the encoder 5 is improved by switching the transmission route of the command position information sent from the controller 7 to the safety unit 9 according to the drive control mode of the robot A. Can be increased.
  • the vibration suppression filter 21 for removing the vibration generating component included in the command position information, and the primary delay filter for reducing the control response delay By applying 22 to the command position information, the abnormality detection accuracy of the encoder 5 can be increased.
  • the drive control mode of the robot A is normal control, it is often unnecessary to consider the removal of the vibration component included in the command position information. Therefore, the first-order lag filter 22 is applied to the command position information without applying the vibration suppression filter 21. As a result, the occurrence of unexpected errors can be suppressed, and the abnormality detection accuracy of the encoder 5 can be increased.
  • the third embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application.
  • the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, and the like have been made as appropriate.
  • the third embodiment may be configured as follows.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a robot control unit according to the modification (4).
  • the configuration shown in FIG. 15 is different from the configuration shown in FIG. 13 in that the first-order lag filter to which the command position information is applied is different between normal control and high-responsiveness control. Specifically, in the configuration shown in FIG. 15, a first-order lag filter 22a and a first-order lag filter 22b are used. With this configuration, the time delay compensation amount of the command position information varies depending on the processing route switching.
  • the servo driver 10 actually controls the motor 4 after the controller 7 of the robot controller 2 outputs the speed command and the command position information, and the motor 4 operates based on the control. Therefore, a certain time delay occurs in the actual position with respect to the command position information. This delay occurs in both cases of high response control and normal control, and the delay time may vary depending on the control mode.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of the robot control unit according to the modification (5).
  • FIG. 17 is a flowchart showing an abnormality detection method of the encoder 5 according to the modification (5).
  • a route (first processing route) in which information including command position information transmitted from the controller 7 is processed by a filter corresponding to the drive control mode of the robot A, and a drive control mode of the robot A 7 is different from the configuration shown in FIG. 7 in that it is processed in parallel with a route (second processing route) that is processed by a filter that does not correspond to, and transmitted to the safety unit 9.
  • “0” is input as command position information to a filter that does not support the drive control mode of the robot A.
  • the process of applying the command position information to the vibration suppression filter 21 and the first-order lag filter 22 continues to affect until a certain time later. If the switching of the drive control mode of the robot A is abrupt, there is a possibility that an error is included in the command position information for the safety unit to determine due to the influence of the command position information that could not be filtered.
  • steps ST1, ST2 and ST9 to ST14 are the same as those in steps ST1 to ST8 shown in FIG. 4, and thus detailed description thereof is omitted here.
  • step ST3 the drive control mode of the robot A is determined. If the determination is high-responsiveness control, the vibration suppression filter 21 and the first-order lag filter 22b are applied to the command position information from the controller 7 to perform filter processing. (Step ST4).
  • step ST4 the command position information from the controller 7 is set to “0” in step ST5, and the first-order lag filter 22a is applied for processing.
  • step ST8 each processing result is added and used as command position information to be transmitted to the safety unit 9.
  • step ST6 determines whether the drive control mode of the robot A is normal control.
  • step ST6 determines whether the drive control mode of the robot A is normal control.
  • step ST7 the command position information from the controller 7 is set to “0”, and the vibration suppression filter 21 and the first-order lag filter 22b are applied to perform the filter process (step ST7).
  • step ST ⁇ b> 8 command position information to be transmitted to the safety unit 9 is obtained by adding the processing results.
  • the transmission information from the controller 7 is always processed in parallel by both the filter corresponding to the drive control mode of the robot A and the filter not corresponding to this drive control mode.
  • command position information transmitted from the controller 7 is directly applied to the filter corresponding to the drive control mode of the robot A, while the command position information is set to “0” for the filter not corresponding to the drive control mode.
  • the filtering process is performed, the results of the filtering process in both systems are added, and the result is transmitted to the safety unit 9 as new command position information.
  • the difference in the response delay time due to the difference in the control mode is absorbed, and the difference between the motor command position and the motor detection position can be similarly reduced even when the drive control mode of the robot A is different. .
  • the abnormality detection accuracy of the encoder can be increased.
  • FIG. 18 is a diagram showing the time change of the position of the robot according to this modification, in which the joint axis 12 of the robot arm 11 is reciprocated at a high speed, the high response control is applied to the forward path, and the normal control is applied to the return path. The change in the error between the motor command position and the motor detection position is shown.
  • the change in the difference between the motor command position and the actual motor detection position when the joint shaft 12 is driven with the configuration shown in FIG. 15 is indicated by a dotted line, and the joint shaft 12 is driven with the configuration shown in FIG.
  • the change in the difference between the motor command position and the actual motor position is indicated by a broken line.
  • the predetermined threshold value Pth can be reduced, and the abnormality detection accuracy of the encoder can be increased.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of the robot control unit according to the modification (6).
  • the servo driver 10 actually controls the motor 4 after the controller 7 of the robot controller 2 outputs the speed command and the command position information, and the motor 4 operates based on the control. Therefore, the actual motor position is delayed by a certain time with respect to the command position information.
  • a first-order lag filter corresponding to the control method is applied to the command position information, or processing using a different filter is applied to information including the command position information. Yes.
  • the primary delay filter 22 simply simulates the control delay by the servo driver 10, there is room for improving the accuracy of the primary delay.
  • the accuracy of the first order delay can be further improved by performing feedforward control on the first order delay filter 22a used in the normal control in the configuration shown in FIG. Is.
  • the command position information from the controller 7 is multiplied by a gain of (1-a) and applied to the first-order lag filter 22a.
  • the information is multiplied by a gain, and these results are added and transmitted to the safety unit 9.
  • FIG. 20 is a diagram showing a time change of the position of the robot according to the present modification.
  • FIG. 20 shows a change in error between the motor command position and the motor detection position when the joint axis 12 of the robot arm 11 is reciprocated at high speed and the high response control is applied to the forward path and the normal control is applied to the return path.
  • FIG. 21 is a partially enlarged view of FIG.
  • the abnormality detection method of the present disclosure is an abnormality detection method for detecting an abnormality of the encoder for detecting the rotational position of the motor that drives the output shaft of the actuator.
  • a controller that outputs a speed command indicating the rotational position of the motor and command position information indicating the rotational position of the motor according to the speed command, a speed command output from the controller, and an output signal output from the encoder,
  • a driver for controlling the driving of the motor based on the command and the output signal and an abnormality detecting device for detecting an abnormality of the encoder are provided.
  • the abnormality detection apparatus compares the information acquisition step for acquiring the command position information from the controller and the output signal from the encoder, and the detected position information of the motor calculated based on the command position information and the output signal. And performing an abnormality determination step of determining that the encoder is abnormal when there is a difference of a predetermined value or more between the position information.
  • the abnormality detection device determines the abnormality of the encoder based on the comparison result between the command position information received from the controller and the detected position information calculated based on the output signal from the encoder.
  • the encoder abnormality can be detected without adding a new configuration or function for the encoder abnormality detection to the driver. That is, for example, an encoder abnormality can be detected while minimizing the influence on the existing configuration and existing circuit of a general operating device (for example, a robot or an external shaft).
  • the abnormality detection device compensates for the time delay caused by the delay of the motor drive control with respect to the command position information acquired from the controller, and detects the command position information compensated for the time delay. It is preferable to determine whether or not the encoder is abnormal based on the comparison result with the position information.
  • the time lag caused by the delay of the motor drive control can be eliminated, so that the abnormality detection accuracy of the encoder can be improved.
  • the controller performs a control mode detection step for detecting switching of the drive control mode of the actuator and a processing route switching step for switching the processing route of the command position information in accordance with the switching of the drive control mode. It is preferable to receive command position information processed by a processing route corresponding to the drive control mode.
  • the error between the command position information and the detected position information accompanying the difference in the drive control mode of the actuator can be reduced, and the abnormality detection accuracy of the encoder can be increased.
  • the command position information is received.
  • the delay compensation step for compensating for the time delay of the command position information, and perform feedforward control in the delay compensation step.
  • the error at the time delay compensation can be further reduced, and the difference between the motor command position and the motor detection position can be reduced.
  • the abnormality detection accuracy of the encoder can be increased.
  • the abnormality detection device In the abnormality determination step, the abnormality detection device generates an integrated value of the change amount of the command position information output from the controller, and based on the comparison result between the integrated value and the sum of the command position information and the detected position information, the encoder It is preferable to determine whether or not there is an abnormality.
  • the margin in the abnormality determination is increased, and the abnormality detection device detects that the encoder is abnormal even though the encoder is operating normally. It is possible to prevent the determination.
  • the abnormality detection device determines whether there is an abnormality in the encoder based on a comparison result between the sum of the integrated value and the command position information plus a predetermined offset value and the detected position information. preferable.
  • the differential device performs an unintended operation, it is possible to detect an abnormality in the encoder.
  • a safety circuit for emergency stop of the actuating device is further provided, and the controller is configured to send an emergency stop signal to the safety circuit in the event of an emergency.
  • the controller is configured to send an emergency stop signal to the safety circuit in the event of an emergency.
  • the controller outputs an emergency stop signal, even if there is a difference of a predetermined value or more between the command position information and the detected position information, it is not determined that the encoder is abnormal.
  • the output of the speed command and command position information is stopped after the stop signal is output, it is possible to prevent the encoder from being determined to be abnormal although the encoder is operating normally.
  • the abnormality detection device disclosed herein detects an abnormality of the encoder for detecting the rotational position of the motor that drives the output shaft of the actuator.
  • the abnormality detection device includes a controller that outputs a speed command indicating the rotational position of the motor and command position information indicating the rotational position of the motor according to the speed command, a speed command output from the controller, and an output output from the encoder A driver that receives the signal and controls driving of the motor based on the speed command and the output signal, and an abnormality detection device that detects an abnormality of the encoder.
  • the abnormality detection device compares the first receiving unit that receives the output signal from the encoder, the second receiving unit that receives the command position information from the controller, and the detected position information of the motor calculated based on the command position information and the output signal. And a determination unit that determines that the encoder is abnormal when there is a difference greater than or equal to a predetermined value between the position information.
  • the abnormality of the encoder can be detected without adding a new function for detecting the abnormality of the encoder to the driver.
  • a control system for a robot having an output shaft and a motor that drives the output shaft disclosed herein includes an encoder that detects the rotational position of the motor, a speed command that indicates the rotational position of the motor, and a motor corresponding to the speed command.
  • a controller that outputs command position information indicating the rotation position of the motor, a driver that receives a speed command output from the controller and an output signal output from the encoder, and that controls the driving of the motor based on the speed command and the output signal, and an encoder And an abnormality detection device for detecting the abnormality.
  • the abnormality detection device compares the first receiving unit that receives the output signal from the encoder, the second receiving unit that receives the command position information from the controller, and the detected position information of the motor calculated based on the command position information and the output signal. And a determination unit that determines that the encoder is abnormal when there is a difference of a predetermined value or more between the position information.
  • This control system makes it possible to detect an abnormality in the encoder without adding a new function for detecting an abnormality in the encoder to the driver, as in the above-described abnormality detection method.
  • the encoder abnormality detection method of the present disclosure even when a general-purpose encoder is used, it is possible to determine an encoder abnormality while minimizing the influence on existing functions and existing devices. it can.
  • the encoder abnormality detection method of the present disclosure can determine the encoder abnormality while minimizing the influence on existing functions and existing devices even when a general-purpose encoder is used, a general-purpose welding robot can be used. This is particularly useful in determining an abnormality in an encoder related to an industrial robot such as the above and other actuators.
  • a Robot (actuator) C Connection cable P Motor detection value 1 Robot mechanism unit 2 Robot control unit 3 Operation unit 4 Motor 5 Encoder 6 Safety circuit 7 Controller 7a Control switching unit 9 Safety unit (abnormality detection device) 10 Servo driver 11 Robot arm 12 Joint axis (output axis) 21 Damping filter 22 Primary delay filter (delay control filter) 22a Primary delay filter 22b Primary delay filter 92 CPU (determination unit) 94 Encoder receiver (first receiver) 95 DPRAM (second receiver)

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Abstract

エンコーダの異常検出方法は、出力ステップと、制御ステップと、情報取得ステップと、異常判定ステップとを有する。異常判定ステップは、指令位置情報と、出力信号に基づいて算出されたモータの検出位置情報とを比較し、指令位置情報とモータの検出位置情報との間に所定値以上の差があった場合に、エンコーダを異常と判定する。

Description

エンコーダの異常検出方法及び異常検出装置、並びにロボット制御システム
　本開示は、エンコーダの異常を検出する異常検出方法に関し、特に、ロボット等の作動装置の出力軸の駆動に係るモータの回転位置を検出するエンコーダの異常検出方法及び異常検出装置に関する。
　従来からロボット等の作動装置の出力軸を駆動するモータの回転位置を検出するために用いられるエンコーダの故障に係る異常検出技術が知られている。
　特許文献１には、モータの入力軸の回転を検出する第１のエンコーダと、モータの出力軸の回転を検出する第２のエンコーダを設け、第１のエンコーダと第２のエンコーダで検出された位置測定値に一定以上の差がある場合に、エンコーダの異常と判定する技術が開示されている。
　また、特許文献２には、モータが正常に制御されていることを監視するセーフティユニットを有するサーボシステムが開示されている。特許文献２に係るセーフティユニットは、モータを制御しているサーボドライバから受けた指令値やフィードバック値が異常である場合に、上記サーボドライバへの停止信号を生成する。
特許第５６７５７６１号公報 特許第５３６７６２３号公報
　本開示は、ロボット制御部を用いて、モータの回転位置を検出するエンコーダの異常を検出するエンコーダの異常検出方法である。
　ロボット制御部は、コントローラと、ドライバと、異常検出装置と、を有している。
　ドライバは、エンコーダとコントローラに接続されている。
　異常検出装置は、エンコーダとコントローラに接続されている。
　エンコーダの異常検出方法は、
　モータの回転位置を指示する速度指令、及び、速度指令に応じたモータの回転位置を示す指令位置情報を出力する出力ステップと、
　速度指令、及び、エンコーダから出力される出力信号を受け、速度指令及び出力信号に基づいてモータの駆動を制御する制御ステップと、
　コントローラから指令位置情報を取得し、かつ、エンコーダから出力信号を取得する情報取得ステップと、
　指令位置情報と、出力信号に基づいて算出されたモータの検出位置情報とを比較し、指令位置情報とモータの検出位置情報との間に所定値以上の差があった場合に、エンコーダを異常と判定する異常判定ステップと、
を有する。
図１は、実施の形態に係るロボット制御システムの概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。 図３は、第１実施形態に係るセーフティユニットの構成を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態に係るエンコーダの異常判断方法を示すフローチャートである。 図５は、第１実施形態に係るロボット制御部の他の構成例を示すブロック図である。 図６は、第１実施形態に係るモータ指令位置とモータ検出位置との関係を示す図である。 図７は、第１実施形態に係るロボット制御部の他の構成例を示すブロック図である。 図８は、第１実施形態に係るモータ指令位置とモータ検出位置との関係を示す図である。 図９は、第１実施形態に係るエンコーダの異常判断方法の他の例を示すフローチャートである。 図１０は、第２実施形態に係る進行動作をした場合のモータ指令位置と実位置との関係を示す図である。 図１１は、第２実施形態に係る往復動作をした場合のモータ指令位置と実位置との関係を示す図である。 図１２は、第２実施形態に係るモータ指令位置とモータ検出位置との関係を示す図である。 図１３は、第３実施形態に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。 図１４は、第３実施形態に係るエンコーダの異常判断方法を示すフローチャートである。 図１５は、第３実施形態に係るロボット制御部の他の構成を示すブロック図である。 図１６は、第３実施形態に係るロボット制御部のさらなる他の構成を示すブロック図である。 図１７は、第３実施形態に係るエンコーダの異常判断方法の他の例を示すフローチャートである。 図１８は、第３実施形態に係るロボットの現在位置の時間変化を示す図である。 図１９は、第３実施形態に係るロボット制御部のさらなる他の構成を示すブロック図である。 図２０は、第３実施形態に係るロボットの現在位置の時間変化の他の例を示す図である。 図２１は、図２０を部分的に拡大した図である。 図２２は、従来の技術に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。
　従来の汎用の作動装置の駆動系（モータ）では単一のエンコーダしか設けられていないものも多く、特許文献１に開示された技術は、これらの汎用モータに対して適用できない。また、新規に特許文献１に係るシステムを構成する場合は、複数のセンサを設ける必要があるため、コストが高くなる。
　特許文献２に開示された技術を、異常検出機能を有していない汎用のシステムに対して適用する場合、サーボドライバに新しい機能を追加する必要がある。すなわち、サーボドライバ及びセーフティユニット双方の開発が必要であり、工数がかかる。
　図２２は、特許文献２に開示された従来の技術に係るロボット制御部の構成を示すブロック図を示している。コントローラ７が、サーボドライバ１０に指令信号を出力し、サーボドライバ１０が、コントローラ７から受けた指令信号、及び、エンコーダ５から取得した検出信号に基づいてモータ４を制御する。
　サーボドライバ１０が、コントローラ７から受けた指令信号に基づいてモータ４の回転位置に係る比較処理用の指令値（モータ指令値）を生成し、セーフティユニット９に出力している。同様に、サーボドライバ１０は、エンコーダ５から取得した出力信号、モータ４各軸の減速比及びモータ４の原点情報等に基づいてモータ４の回転位置を示す値（モータ検出値）を生成し、セーフティユニット９に出力している。そして、セーフティユニット９では、サーボドライバ１０から受けたモータ指令値とモータ検出値とを比較し、その比較結果に基づいてエンコーダ５の異常を判断している。
　しかしながら、エンコーダ５の異常検出装置を有していない汎用ロボットに対して図２２に示すような構成を適用する場合、汎用ロボットのサーボドライバ１０は、通常、モータ指令値及びモータ検出値を生成する機能及び生成したモータ指令値及びモータ検出値を出力する機能を有していない。
　したがって、上記生成機能及び出力機能を有する回路、プログラム等を新規に設計する必要がある。また、追加設計した回路及びプログラム等が正しく機能しているかどうかを示すような仕組み（回路、プログラム、表示等）が必要である。すなわち、手間がかかるとともに処理が複雑化する。
　以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の説明は、例示に過ぎない。
　－第１実施形態－
　＜ロボット及びその制御系の構成＞
　図１は、本実施形態に係る作動装置としてのロボット制御システムの概略構成図である。また、図２はロボット制御部２の構成を示すブロック図であり、情報又は信号の送信方向がわかるように矢印を記載している。
　図１に示すように、ロボットＡは、ロボット機構部１と、ロボット制御部２と、ディスプレイ付きの操作部３とによって構成されている。ロボット機構部１とロボット制御部２との間は、接続ケーブルＣによって接続されている。なお、図１では、接続ケーブルＣによる有線接続によって情報が伝達されるものとしている。しかし、接続形態は有線接続に限定されず、無線で接続してもよい。各ブロック間の接続も同様である。
　ロボット機構部１は、複数のロボットアーム１１および複数の関節軸１２を有している。ロボットアーム１１の各々には、それぞれ、ロボットアーム１１を動作させるためのモータ４（サーボモータ）が取り付けられている。例えば、ロボットＡが垂直多関節６軸ロボットである場合、ロボットＡは６個のロボットアーム１１を有し、ロボットアーム１１の各々に対応するように６個のモータ４が設けられている。モータ４の各々には、モータ４の各々の回転位置又は回転位置に基づく回転量を検出するためのエンコーダ５が取り付けられている。
　図１では図示しないが、ロボットＡに対して、ロボット制御部２からロボット機構部１への駆動制御に基づいて駆動される外部軸が付設されている。外部軸は、ロボットＡの可動範囲を拡大させるためにロボット機構部１と組み合わせて用いられるものである。外部軸には、外部軸を動作させるためのモータ４が取り付けられている。モータ４には、モータ４の回転位置又は当該回転位置に基づく回転量を検出するためのエンコーダ５が取り付けられている。すなわち、複数の関節軸１２及び外部軸のそれぞれに対してモータ４が設けられ、モータ４の各々に対してエンコーダ５が取り付けられる。なお、外部軸の種類は、特に限定されない。例えば、スライダタイプ又はポジショナタイプのどちらであっても本実施形態に係る技術が適用可能であり、それ以外のタイプのものであってもよい。
　なお、本実施形態では、発明の理解を容易にするために、複数の関節軸１２を用いるモータ４及びエンコーダ５と、外部軸に用いるモータ４及びエンコーダ５とを区別せずに図示（図１参照）及び説明している。したがって、以下において、モータ４又はエンコーダ５という場合、複数の関節軸１２を用いるものと、外部軸に用いるものとの両方を指すものとする。すなわち、以下において説明するエンコーダ５の異常検出装置及び異常検出方法は、複数の関節軸１２用のモータ４に取り付けられるエンコーダ５と、外部軸用のモータ４に取り付けられるエンコーダ５の両方において適用が可能である。
　エンコーダ５は、後述するセーフティユニット９（異常検出装置）及びサーボドライバ１０（ドライバ）に接続されており、セーフティユニット９及びサーボドライバ１０に対して、検出した信号を出力（フィードバック）する。
　操作部３は、ロボットＡの操作者の入力操作を受ける入力部（図示しない）とディスプレイ（図示しない）とを有する。操作部３は、操作者からの入力操作に基づいて、ロボット制御部２と通信を行う。これにより、操作者が操作部３を介して、ロボットアーム１１の動作設定や動作制御等を行うことができる。なお、入力部がタッチパネルで構成され、ディスプレイと入力部とが一体的に構成されていてもよい。
　ロボット制御部２は、コントローラ（例えば、ＣＰＵ）７と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）８と、異常検出装置としてのセーフティユニット９と、モータ４の各々を駆動させるためのサーボドライバ１０と、セーフティユニット９から非常停止を指示する非常停止信号を受けてロボットＡの駆動用電源（図示しない）を遮断する安全回路（コントローラ）６とを有している。なお、本開示において、ロボット制御システムとは、エンコーダ５と、ロボット制御部２とを有している。
　ＲＡＭ８には、操作者が操作部３によって作成したロボットＡの教示プログラムやロボットＡの機能設定等が格納されている。
　コントローラ７は、ＲＡＭ８に格納された上記ロボットＡの教示プログラムやロボットＡの機能設定等に基づいて、サーボドライバ１０に速度指令（単位時間あたりに進む距離）を出力してロボットＡの動作指令を行う。また、コントローラ７は、上記速度指令を原点位置から積算し、その積算値を指令位置情報としてセーフティユニット９に出力する。速度指令は、例えば、ロボットＡの減速比、原点位置等に基づいて計算される。
　サーボドライバ１０は、コントローラ７から受けた速度指令及びエンコーダ５からの出力信号に基づいてモータ４を制御することにより、ロボットＡの動作を制御する。
　セーフティユニット９は、エンコーダ５及びコントローラ７に直接接続されている。そして、エンコーダ５から受けた出力信号に基づいて算出されたモータ４の検出位置情報と、コントローラ７から受けた指令位置情報とに基づいて、エンコーダ５が故障しているか否かを判断する。
　図３はセーフティユニット９の構成を示すブロック図である。
　図３に示すように、セーフティユニット９は、判定部としてのＣＰＵ９２と、ＲＡＭ９３と、第１受信部としてのエンコーダ受信部９４と、第２受信部としてのＤＰＲＡＭ（Ｄｕａｌ　Ｐｏｒｔ　ＲＡＭ）９５とを有している。
　エンコーダ受信部９４は、エンコーダ５に接続されており、エンコーダ５からの出力信号を取得する。
　ＤＰＲＡＭ９５は、ロボット制御部２のコントローラ７に接続されており、コントローラ７から出力された指令位置情報を取得する。この指令位置情報は、コントローラ７からサーボドライバ１０に対して出力される速度指令の積算によって求められる。ＤＰＲＡＭ９５が取得した指令位置情報は、ＲＡＭ９３に格納される。
　ＣＰＵ９２は、エンコーダ受信部９４からの出力信号を受けて、その出力信号と、ロボットＡの減速比、原点位置等とを用いてモータ４の現在位置に関する検出位置情報を計算する。そして、指令位置情報に基づく指令位置と、検出位置情報に基づく検出位置とを比較してエンコーダ５の異常の有無を確認する。
　なお、図３において、ＣＰＵ９２、ＲＡＭ９３及びＤＰＲＡＭ９５は、同一の構成で接続され、同一の機能を有するものが２セット設けられている。これにより、２つのＣＰＵ９２を用いた並行処理が可能となる。すなわち、同一の異常判断を２重に行うことができ、１セットの場合と比較して、より信頼性を高めることができる。
　＜エンコーダの異常検出方法＞
　図４は、ロボット制御部２がロボットＡを起動させ、ロボットＡが動作を開始した後、セーフティユニット９がエンコーダ５の異常をどのように監視しているかを示したフローチャートである。すなわち、図４は、コントローラ７がサーボドライバ１０を介してモータ４を回転動作させたときに、セーフティユニット９がエンコーダ５の異常をどのように監視しているかを示している。
　ステップＳＴ１において、ロボット制御部２のコントローラ７は、ロボットＡを起動し、ステップＳＴ２に進む。
　ステップＳＴ２において、ロボット制御部２は、操作者が操作部３を介して設定した教示プログラム及び機能設定等に基づいてロボットＡを動作させる。具体的には、コントローラ７は、ＲＡＭ８に保存された教示プログラム及び機能設定等に基づいて、サーボドライバ１０に速度指令を、セーフティユニット９に指令位置情報を出力する。サーボドライバ１０は、コントローラ７から受けた速度指令に基づいて、モータ４を駆動し、ロボットＡの関節軸１２及び外部軸を動作させる。サーボドライバ１０は、モータ４に取り付けられたエンコーダ５からの出力信号を受け、モータ４に対して、速度指令と出力信号との差分に基づくフィードバック制御を行う。このとき、エンコーダ５からの出力信号は、セーフティユニット９にも出力されている。
　ステップＳＴ３～ＳＴ７の処理は、セーフティユニット９により行われる。セーフティユニット９では、エンコーダ５からの出力信号を取得すると（ＳＴ３）、モータの位置計算を行う（ＳＴ４）。具体的には、セーフティユニット９のＣＰＵ９２は、エンコーダ５から取得した出力信号、モータ４の各軸の減速比及びモータ４の原点情報等に基づいて、モータ４の回転位置（検出位置情報）を計算する。エンコーダ５から取得する出力信号は、例えばパルス信号の型式で送信される。
　さらに、セーフティユニット９では、コントローラ７から指令位置情報を受けており（ＳＴ５）、ＳＴ４で算出されたモータ４の現在位置に関する検出位置情報とコントローラ７からの指令位置情報との比較を行う（ＳＴ６）。具体的には、セーフティユニット９のＣＰＵ９２は、エンコーダ５からの出力信号に基づいて計算されたモータ４の回転位置（モータ検出値：検出位置情報）と、コントローラ７から指令されたモータの回転位置（モータ指令値：指令位置情報）とを比較する。
　ＣＰＵ９２は、上記比較の結果、モータ指令値（指令位置情報）とモータ検出値（検出位置情報）との差が所定値以上の場合（ＳＴ７でＹＥＳ）、エンコーダ５の異常と判定し、ステップＳＴ８に進む。一方で、モータ指令値とモータ検出値との差が所定値未満の場合（ＳＴ７でＮＯ）、エンコーダ５の異常と判定せず、フローはステップＳＴ３に戻る。
　具体的には、ロボットＡの駆動制御において、コントローラ７が指令した位置にモータ４は移動しようとしている。このため、モータ４の回転位置を示すモータ検出値（検出位置情報）と、コントローラ７が指令した回転位置を示すモータ指令値（指令位置情報）との差は、所定の閾値Ｐｔｈ以内に収まっているはずである。そこで、上記モータ検出値に基づくモータの回転位置が、モータ指令値に基づくモータ指令位置から所定の位置以上離れていると、エンコーダが故障していると判断される。
　ステップＳＴ８では、セーフティユニット９のＣＰＵ９２は、安全回路６に対して非常停止信号を送信する。非常停止信号を受けた安全回路６は、ロボットＡの駆動用電源を遮断し、ロボットＡを非常停止させる。
　このように、コントローラ７は、ロボットＡを起動させ、ロボットＡに動作を開始させた後、セーフティユニット９がステップＳＴ３～ＳＴ７の処理を繰り返し実行し、エンコーダ５の異常を判断している。
　以上のように、本実施形態によると、セーフティユニット９は、エンコーダ５の異常検出において、コントローラ７から直接取得した位置情報と、エンコーダ５からの出力信号に基づいて算出された位置情報とを比較した結果に基づいて、エンコーダ５の異常を検出している。これにより、エンコーダの異常検出装置を有していない汎用ロボット等の作動装置に対して、セーフティユニット９を追加することでエンコーダの故障による異常を検出できる。さらに、その際に、サーボドライバ１０等の既存の汎用ロボットの構成要素に対して設計変更等をする必要がなく、既存のシステムに対する影響を小さくできる。したがって、既存のシステムに対してエンコーダの異常判断に係る処理が正しく行われることを示す必要がなく、処理が複雑化することもない。
　この点に関し、図２２に示す従来の技術と対比させて説明する。
　エンコーダ５の異常検出装置を有していない汎用ロボットに対して図２２に示すような構成を適用する場合、汎用ロボットのサーボドライバ１０は、通常、モータ指令値及びモータ検出値を生成する機能及び生成したモータ指令値及びモータ検出値を出力する機能を有していない。したがって、上記の生成機能及び出力機能を有する回路、プログラム等を新規に設計する必要がある。また、追加設計した回路及びプログラム等が正しく機能しているかどうかを示すような仕組み（回路、プログラム、表示等）が必要である。すなわち、手間がかかるとともに処理が複雑化する。一方、本開示に係る異常検出方法及び異常検出装置は、そのようなことが生じない。
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として上記第１実施形態について説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用が可能である。
　例えば、上記第１実施形態について、以下に示すような構成としてもよい。
　－変形例（１）－
　図５は変形例（１）に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。
　図５では、図２の構成に加えて、コントローラ７とセーフティユニット９との間に、一般的な制御遅れを考慮した遅れ制御フィルタとしての１次遅れフィルタ２２が設けられている。すなわち、コントローラ７とＤＰＲＡＭ９５（第２受信部）との間に、１次遅れフィルタ２２が設けられている。
　実際のロボットＡの制御において、同じ時間で比較した場合に、セーフティユニット９がコントローラ７から取得した指令位置情報に基づくモータ４の回転位置（モータ指令位置）と、セーフティユニット９がエンコーダ５から取得した出力信号等に基づくモータ４の回転位置（モータ検出位置）とがずれている可能性がある。これは、例えば、モータ制御の特性に起因して発生する。具体的には、ロボット制御部２のコントローラ７が速度指令及び指令位置情報を出力してからサーボドライバ１０が実際にモータ４を制御し、その制御に基づいてモータ４が動作するため、一定時間の遅れが生じるためである。
　図６は、ロボットアーム１１の関節軸１２を最高速度で往復運動させた場合におけるモータ指令位置（図６の太実線）と、モータ検出位置（図６の細実線）との関係を示した図である。図６の太実線と細実線を比較すると、最大で０．１秒程度の遅れが生じており、角度に換算すると１８度程度の遅れが生じている（図６の一点鎖線参照）。
　これに対し、図６の破線及び二点鎖線で示すように、１次遅れフィルタ２２を設けることにより、モータ指令位置とモータ検出位置との差が大きく減少していることがわかる。なお、図６において、破線は、図５の構成に係るモータ指令位置を、二点鎖線は、図５の構成に係るモータ指令位置とモータ検出位置との偏差を示している。
　図５のような構成にすることにより、図２の構成と比較して、より精度が高くエンコーダの異常を判断できるようになる。具体的には、例えば、検出位置情報と指令位置情報との比較に用いる所定の閾値Ｐｔｈは、モータ指令位置とモータ検出位置との差に基づいて決定する場合がある。この場合、モータ指令位置とモータ検出位置との差が減少することによって、所定の閾値Ｐｔｈを小さくすることができ、結果としてエンコーダの異常検出精度を高めることができる。
　なお、エンコーダ５の異常検出方法は、上記図４を用いた手順と同様にすればよいため、ここではその詳細な説明を省略している。
　－変形例（２）－
　図７は変形例（２）に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。
　図７では、図６の構成に加えて、コントローラ７とセーフティユニット９との間に、１次遅れフィルタ２２と直列接続された制振フィルタ２１が設けられている。
　実際のロボットＡの制御において、サーボドライバ１０の動作制御の内容によって、より応答性の高い制御（以下、高応答性制御という）を行う場合がある。例えば、レーザーを用いた溶接ロボットにおいて、高速制御かつ軌跡の追従性を高めた制御を行うような場合である。このような高応答性制御を行う場合に、指令位置情報に含まれる起振成分によってモータ４が振動する場合がある。そこで、このモータ４の振動を抑制するために、サーボドライバ１０とモータ４との間に制振フィルタ（図示しない）を用いる。高応答性制御が行われている場合に、図７に示すような構成を取ることにより、サーボドライバ１０による制御と近い指令を作ることができる。
　図８は、ロボットアーム１１の関節軸１２を最高速度で往復運動させた場合におけるモータ指令位置と、モータ検出位置との関係を示している。太実線及び細実線は、図６と同じであり、１次遅れフィルタ２２及び制振フィルタ２１を用いない構成（図２参照）に係る動作について示している。また、図８において、破線は、図７の構成に係るモータ指令位置の変化を、二点鎖線は、図７の構成に係るモータ指令位置とモータ検出位置との偏差を示している。図８から、１次遅れフィルタ２２に加えて制振フィルタ２１を設けることにより、モータ指令位置とモータ検出位置との差がさらに減少していることがわかる。
　したがって、図７のような構成にすることにより、図２又は図５の構成と比較して、より精度が高くエンコーダの異常を判断することができるようになる。具体的には、例えば、変形例（１）と同様に、所定の閾値Ｐｔｈを小さくすることができ、結果としてエンコーダの異常検出精度を高めることができる。なお、制振フィルタ２１は、入力された指令位置情報から共振成分を除去するものである。また、制振フィルタ２１および１次遅れフィルタ２２は、両方を順不同で直接に有していてもよく、また、いずれか一方のみでも構わない。
　なお、図７において、制振フィルタ２１と１次遅れフィルタ２２との位置が互いに入れ替わってもよい。
　－変形例（３）－
　また、図４に係る異常判断方法において、図９に示すようなフローチャートとしてもよい。図９において、ステップＳＴ１からＳＴ６に係る処理は、図４と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
　図９では、ステップＳＴ７において、モータ指令値とモータ検出値との差が所定値以上の場合、すなわち、ステップＳＴ７で「ＹＥＳ」の場合に、ステップＳＴ９に進むようにしている。そして、ステップＳＴ９において、セーフティユニット９のＣＰＵ９２は、コントローラ７がロボットＡの非常停止を指示したか否かを判断するようにしている。
　具体的には、コントローラ７は、ロボットＡの非常停止をする場合、安全回路６に対して、非常停止信号（図示しない）を出力する。非常停止信号を受けた安全回路６は、ロボットＡの駆動用電源を遮断し、ロボットＡを停止させる。本変形例（３）では、セーフティユニット９は、コントローラ７から非常停止信号を取得する。そして、ステップＳＴ９において、コントローラ７から非常停止信号が出力されているか否かを判断する。コントローラ７から非常停止信号が出力されている場合（ＳＴ９でＹＥＳ）、フローはステップＳＴ３に戻る。すなわち、モータ指令値とモータ検出値との差が所定値以上の場合でも、エンコーダ５の異常と判定しない。
　一方で、コントローラ７から非常停止信号が出力されていない場合（ＳＴ９でＮＯ）、ステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ８において、セーフティユニット９のＣＰＵ９２は、安全回路６に対して非常停止信号を送信し、非常停止信号を受けた安全回路６は、ロボットＡを非常停止させる。
　このように、ステップＳＴ９の処理をステップＳＴ７の後に行うことによって、コントローラ７からの指示による非常停止された場合に、セーフティユニット９が、エンコーダ５の異常と誤って判断することがなくなる。具体的には、コントローラ７が非常停止信号を出力することによりロボットＡを停止させた場合、コントローラ７の指令位置情報の出力が停止される。このため、セーフティユニット９において、モータ指令値とモータ検出値との比較を継続すると、図４のフローチャートでは、エンコーダ５が正常動作しているにもかかわらず、異常と判定してしまう可能性がある。しかしながら、本態様にかかる処理を行うことでこのような問題の発生を防ぐことができる。
　なお、図４及び図９のフローにおいて、各ステップは必ずしも記載された順で処理しなければならないわけではなく、順番を変更したり、並列処理できる場合には、適宜処理の順番や処理方法を変更してもよい。例えば、ステップＳＴ３及びＳＴ４に係る処理と、ステップＳＴ５に係る処理とは、並列に処理を行ってもよい。
　－第２実施形態－
　本実施形態では、ロボットＡの連続動作に係るエンコーダの異常検出方法について説明する。
　なお、ロボットＡを連続動作させる場合においても、基本的な構成及び動作は、第１実施形態と同様であり、ここではその詳細な説明を省略し、連続動作に係る部分に対して詳細に説明する。
　図１０は、コントローラ７からの速度指令に基づいて、モータ指令位置がＰ１からＰ２を経由してＰ３へと順番に移動する、いわゆる進行動作をした場合におけるモータ指令位置Ｐ１～Ｐ３と、実際のモータの位置Ｐｒ（以下、現在位置Ｐｒともいう）との関係を示している。図１０のような進行動作では、モータ指令位置がＰ３まで移動したとき、現在位置ＰｒがＰ３近辺に存在する。したがって、図４又は図９のフローに沿って処理を行うことにより、エンコーダ５の異常を検出することができる。
　一方で、図１１に示すように、コントローラ７からの速度指令に基づくモータ指令位置がＰ１からＰ２を経由してＰ３へと順番に移動した後にＰ２を経由してＰ１に戻る、いわゆる往復運動をした場合には、セーフティユニット９がエンコーダ５の異常を誤って判断する場合がある。例えば、図１１の往復動作が高速に行われた場合、モータ４の現在位置ＰｒがＰ３に到達又は十分に接近する前に、サーボドライバ１０がモータ４に戻り動作を開始させ、現在位置ＰｒがＰ２からＰ１へと戻り動作をする可能性がある。このような場合に、セーフティユニット９が、指令位置情報Ｐ３に基づくモータ指令位置と、モータ４の現在位置Ｐｒに基づくモータ検出位置との比較を行うと、位置Ｐ３と位置Ｐｒとの差が大きいことに起因して、エンコーダ５が正常に動作をしているにも拘わらず、セーフティユニット９が異常と判断してしまう可能性がある。
　そこで、図４及び図９におけるステップＳＴ６において、ＣＰＵ９２は、指令位置情報に基づくモータ指令値の変化量Δｎ（直前の指令位置との差分量Δｎ）を所定のｎ回分（例えば５回分。）加算する処理を行う。具体的には、例えば、図１２に実線で示すように点Ｐ１（位置Ｐ１）から点Ｐ９（位置Ｐ９）へと往復運動をさせた場合、Δ１からΔ５までの５回分を加算する。すなわち、加算値ΔはΔ＝Δ１＋Δ２＋Δ３＋Δ４＋Δ５となる。なお、図１２はロボットアーム１１の関節軸１２を往復運動させた場合におけるモータ指令位置を示した図である。
　さらにステップＳＴ６では、ＣＰＵ９２は、モータ指令値に加算値Δを増減した値と、検出位置情報に基づいて計算されたモータ検出値とを比較し、そして、ステップＳＴ７では、その比較結果に基づいてエンコーダの異常を判断するようにする。具体的には、モータ検出値Ｐ（ｆｓ）が下の（数１）の条件を満たす場合、エンコーダ５の異常とは判断しないようにする。このとき、変化量Δｎは、変化の方向に拘わらず、絶対値で加算するようにする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　これにより、往復動作のような特定のロボットの動作方法において、エンコーダ５が正常に動作しているにもかかわらず、ＣＰＵ９２が異常と判断することを防ぐことができる。
　なお、上記のようなエンコーダ５の異常検出方法を採用した場合に、ロボットＡが所定期間動作をしない場合がある。そこで、ステップＳＴ７において、上の（数１）に代えて、下の（数２）に示すように加算値Δに所定の閾値Ｔｈを加えるようにしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　このような閾値Ｔｈを設けることにより、所定期間にわたってコントローラ７から指令位置情報の変更がない場合、すなわちコントローラ７からロボットＡに対して所定期間動かないような指示が出ている場合において、ロボットが制御装置の意図しない動作をしているときでも、セーフティユニット９が、異常を検出できるようになり、ロボットＡの動作を非常停止することができるようになる。
　－第３実施形態－
　本実施形態と第１実施形態に示した構成との違いは、高応答性制御と通常制御との切り替えを考慮して指令位置情報の処理ルートを切り替える点にある。
　例えば、ロボットの手先にレーザー射出装置を付けてレーザー溶接を行う場合等の精度の高い動作が要求されるレーザー溶接区間では、ロボットの駆動に関して高応答性制御を行い、それ以外の速度を優先する区間では通常制御を行うことでタクトを短縮するといった、動的制御切り替えを行う場合がある。指令位置情報と検出位置情報との比較時に生じる誤差を低減するため、変形例（１）、（２）で示した制振フィルタ２１や１次遅れフィルタ２２を用いることは既に述べたとおりである。しかし、上記の制御切り替えを行う場合、これらのフィルタをそのまま用いると、実際のロボットＡの動作とセーフティユニット９に与える指令位置情報との差が大きくなり、エンコーダ５の異常検出精度が向上しない場合がある。
　そこで、本開示では、コントローラ７が実際に行う制御方法に応じて、セーフティユニット９に送信される指令位置情報を処理するルートを切り替えることにより、ロボットＡの制御モードが切り替わっても精度よくエンコーダ５の異常検出ができるようにするものである。
　以下、図面を用いて具体的に説明する。
　図１３は、本実施形態に係るロボット制御部の構成を示す。この構成と、例えば、図７に示す構成との違いは、コントローラ７がロボットＡの駆動制御を切り替えるための制御切替部７ａを有していることである。教示プログラムあるいは操作部３からの入力により、ロボットＡの駆動制御モードが切り替わると、制御切替部７ａはこれを検知して、指令位置情報を送信するルートを切り替える。図１３に示すように、通常制御を行う場合は１次遅れフィルタ２２（第１の遅れ制御フィルタ）を適用してから指令位置情報をセーフティユニット９へと送る。また、高応答性制御を行う場合は、制振フィルタ２１と１次遅れフィルタ２２（第２の遅れ制御フィルタ）とを適用した上で指令位置情報をセーフティユニット９へと送る。なお、図１３では、通常制御を行う場合と、高応答性制御を行う場合とで、同じ１次遅れフィルタ２２を用いている。すなわち、時定数が等しいフィルタ２２を用いている。
　なお、制御切替部７ａの機能は、コントローラ７のハードウェア上で実現してもよいし、ソフトウェア上で実現してもよい。
　図１４は、本実施形態に係るエンコーダ５の異常判断方法を示すフローチャートである。
　すなわち、図１４は、コントローラ７がサーボドライバ１０を介してモータ４を回転動作させたときに、セーフティユニット９がエンコーダ５の異常をどのように監視しているかを示している。
　図１４において、ステップＳＴ１，ＳＴ２及びＳＴ６からＳＴ１１に係る処理は、図４に示したステップＳＴ１からＳＴ８と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
　ステップＳＴ３において、ロボットＡの駆動制御モードが高応答性制御であるか、そうでないかを判断する。この判断は、上述したように、コントローラ７における制御切替部７ａにより行われる。
　ステップＳＴ３での判断が肯定的である場合、すなわち、ロボットＡの駆動制御モードが高応答性制御であれば、ステップＳＴ４において、制振フィルタ２１と１次遅れフィルタ２２とを適用した上で指令位置情報をセーフティユニット９へ送信する。
　ステップＳＴ３での判断が否定的である場合、すなわち、ロボットＡの駆動制御モードが通常制御であれば、ステップＳＴ５において１次遅れフィルタ２２を適用した上で指令位置情報をセーフティユニット９へ送信する。
　以上説明したように、本実施形態によれば、ロボットＡの駆動制御モードに応じて、コントローラ７からセーフティユニット９に送られる指令位置情報の送信ルートを切り替えることで、エンコーダ５の異常検出精度を高めることができる。
　例えば、ロボットＡの駆動制御モードが高応答性制御であれば、指令位置情報に含まれる起振成分を除去するための制振フィルタ２１と、制御の応答遅れを低減するための１次遅れフィルタ２２を指令位置情報に適用することで、エンコーダ５の異常検出精度を高めることができる。
　一方、ロボットＡの駆動制御モードが通常制御であれば、指令位置情報に含まれる起振成分の除去をあまり考慮しなくても良いことが多い。よって、制振フィルタ２１は適用せずに、１次遅れフィルタ２２を指令位置情報に適用する。このことにより、不測の誤差の発生を抑制し、エンコーダ５の異常検出精度を高めることができる。
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として上記第３実施形態について説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用が可能である。例えば、上記第３実施形態について、以下に示すような構成としてもよい。
　－変形例（４）－
　図１５は変形例（４）に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。
　図１５に示す構成では、通常制御時と高応答性制御時とで、指令位置情報が適用される１次遅れフィルタがそれぞれ異なる点が、図１３に示す構成と異なる。具体的には、図１５に示す構成では、１次遅れフィルタ２２ａと１次遅れフィルタ２２ｂとを用いている。この構成により、処理ルートの切り替えに応じて、指令位置情報の時間遅れの補償量が異なる。
　実際のロボットＡの駆動制御においては、ロボット制御部２のコントローラ７が速度指令及び指令位置情報を出力してからサーボドライバ１０が実際にモータ４を制御し、その制御に基づいてモータ４が動作するため、指令位置情報に対して実際の位置は一定の時間遅れが生じる。この遅れは高応答性制御、通常制御のいずれの場合にも生じ、また、その遅れ時間は制御モードによって異なる場合がある。
　従って、図１５に示すように、制御モードに応じて制御遅れの時定数がそれぞれ異なる１次遅れフィルタ２２ａ，２２ｂを用いることにより、図１３に示す構成と比較して、より精度が高くエンコーダの異常を検出できるようになる。
　－変形例（５）－
　図１６は変形例（５）に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。図１７は変形例（５）に係るエンコーダ５の異常検出方法を示すフローチャートである。
　図１６に示す構成において、コントローラ７から送信される指令位置情報を含む情報が、ロボットＡの駆動制御モードに対応したフィルタで処理されるルート（第１処理ルート）と、ロボットＡの駆動制御モードに対応していないフィルタで処理されるルート（第２処理ルート）との２系統で並列に処理されて、セーフティユニット９に送信される点で、図７に示した構成と異なる。また、図１６に示す構成において、ロボットＡの駆動制御モードに対応していないフィルタには、指令位置情報として「０」を入力している。
　実際のロボットＡの駆動制御において、指令位置情報を制振フィルタ２１や１次遅れフィルタ２２に適用する処理は一定時間後まで影響が続く。ロボットＡの駆動制御モードの切り替えが急であると、フィルタ処理しきれなかった指令位置情報の影響によりセーフティユニットが判定するための指令位置情報に誤差が含まれる可能性がる。
　そこで、本変形例では、コントローラ７からの指令位置情報をフィルタ処理するにあたって、図１６に示すように、２系統のフィルタを準備する。これら指令位置情報の並列処理を行うとともに、ロボットＡの駆動制御モードに応じて、各々の系統で異なる情報を処理し、その加算結果を新たな指令位置情報とするようにした。
　以下、図１７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図１７に示すフローのうち、ステップＳＴ１、ＳＴ２及びＳＴ９からＳＴ１４における処理は、図４に示したステップＳＴ１からＳＴ８と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
　ステップＳＴ３で、ロボットＡの駆動制御モードを判断し、その判断が高応答性制御であれば、コントローラ７からの指令位置情報に制振フィルタ２１と１次遅れフィルタ２２ｂとを適用してフィルタ処理する（ステップＳＴ４）。
　ステップＳＴ４での処理と並行して、ステップＳＴ５において、コントローラ７からの指令位置情報を「０」とした上で、１次遅れフィルタ２２ａを適用し処理する。ステップＳＴ８において、それぞれの処理結果を加算した上でセーフティユニット９へ送信する指令位置情報としている。
　一方、ステップＳＴ３において、ロボットＡの駆動制御モードが通常制御であると判断すれば、コントローラ７からの指令位置情報を１次遅れフィルタ２２ａに適用してフィルタ処理する（ステップＳＴ６）。また、ステップＳＴ６の処理と並行して、コントローラ７からの指令位置情報を「０」とした上で、制振フィルタ２１と１次遅れフィルタ２２ｂとを適用し、フィルタ処理する（ステップＳＴ７）。ステップＳＴ８において、それぞれの処理結果を加算することでセーフティユニット９へ送信する指令位置情報としている。
　以上説明したように、本変形例によれば、コントローラ７からの送信情報をロボットＡの駆動制御モードに対応したフィルタ及びこの駆動制御モードに対応していないフィルタの両方で常に並列処理する。
　また、ロボットＡの駆動制御モードに対応じたフィルタには、コントローラ７から送信される指令位置情報を直接適用する一方、駆動制御モードに対応していないフィルタには、指令位置情報を「０」として、フィルタ処理を行い、両方の系統でフィルタ処理された結果を加算して、新たな指令位置情報としてセーフティユニット９に送信する。
　このような処理を行うことで、制御モードの違いによる応答遅れ時間の差異を吸収し、ロボットＡの駆動制御モードが異なる場合にも同様に、モータ指令位置とモータ検出位置との差を低減できる。その結果、エンコーダの異常検出精度を高めることができる。
　図１８は、本変形例に係る、ロボットの位置の時間変化を示す図であり、ロボットアーム１１の関節軸１２を高速で往復動作させ、往路は高応答性制御、復路に通常制御を適用した場合のモータ指令位置とモータ検出位置との誤差の変化を示している。
　また、図１５に示す構成で関節軸１２を駆動した場合のモータ指令位置と実際のモータ検出位置との差分の変化を点線で示しており、図１６に示す構成で関節軸１２を駆動した場合のモータ指令位置と実際のモータ位置との差分の変化を破線で示している。
　図１８より明らかなように、図１６に示した構成を適用することにより、モータ指令位置と実際のモータ検出位置との差が減少していることがわかる。
　したがって、変形例（５）の図１６に示す構成を使用することで、図１３あるいは図１５に示した構成と比較して、より精度が高くエンコーダの異常を判断することができるようになる。つまり、第２実施形態と同様に、所定の閾値Ｐｔｈを小さくすることができ、エンコーダの異常検出精度を高めることができる。
　－変形例（６）－
　図１９は変形例（６）に係るロボット制御部の構成を示すブロック図である。
　実際のロボットＡの制御においては、ロボット制御部２のコントローラ７が速度指令及び指令位置情報を出力してからサーボドライバ１０が実際にモータ４を制御し、その制御に基づいてモータ４が動作するため、指令位置情報に対して実際のモータ位置は一定時間の遅れが生じている。
　この遅れ分を補正するため、上述したように、指令位置情報に対し制御方式に応じた１次遅れフィルタを適用したり、指令位置情報を含む情報に異なるフィルタでの処理を適用したりしている。しかしながら、１次遅れフィルタ２２はサーボドライバ１０による制御遅れを簡易的に模擬したものなので、この１次遅れ分の精度を改善できる余地がある。
　そこで、図１９に示す構成では、図１６に示す構成において、通常制御時に使用する１次遅れフィルタ２２ａに対してフィードフォワード制御を行うことにより、１次遅れ分の精度をさらに改善できるようにしたものである。
　図１９に示すように、コントローラ７からの指令位置情報に対して（１－ａ）倍のゲインをかけた上で１次遅れフィルタ２２ａに適用して処理を行うのと並行して、指令位置情報にａ倍のゲインをかけ、これらの結果を加算してセーフティユニット９に送信する。
　図２０は、本変形例に係る、ロボットの位置の時間変化を示す図である。図２０では、ロボットアーム１１の関節軸１２を高速で往復動作させ、往路に高応答性制御、復路に通常制御を適用した場合のモータ指令位置とモータ検出位置との誤差の変化を示している。図２１は図２０の部分拡大図である。
　図２０、２１において、図１６に示す構成で関節軸１２を駆動した場合のモータ指令位置と実際のモータ検出位置との差分の変化を点線で示している。また、図１９に示す構成で関節軸１２を駆動した場合のモータ指令位置と実際のモータ位置との差分の変化をさらに細かい点線で示している。
　図２０，２１より明らかなように、図１９に示す構成を適用することで、図１６に示す構成よりもさらにモータ指令位置とモータ検出位置との差が減少していることがわかる。
　したがって、本変形例によれば、変形例（５）に示した構成と比較して、さらに精度が高くエンコーダの異常を判断することができるようになる。
　なお、本変形例では、１次遅れフィルタ２２ａに対してフィードフォワード制御を行う構成を説明したが、１次遅れフィルタ２２ｂに対しても同じようにフィードフォワード制御を行うことにより、同様の効果を得ることも可能である。
　以上のように、本開示の異常検出方法は、作動装置の出力軸を駆動するモータの回転位置を検出するためのエンコーダの異常を検出する異常検出方法である。モータの回転位置を指示する速度指令及び該速度指令に応じたモータの回転位置を示す指令位置情報を出力するコントローラと、コントローラから出力される速度指令及びエンコーダから出力される出力信号を受け、速度指令及び出力信号に基づいてモータの駆動を制御するドライバと、エンコーダの異常を検出する異常検出装置とが設けられている。異常検出装置は、コントローラから指令位置情報を、またエンコーダから出力信号をそれぞれ取得する情報取得ステップと、指令位置情報と出力信号に基づいて算出されたモータの検出位置情報とを比較し、該両位置情報間に所定値以上の差があった場合にエンコーダの異常と判定する異常判定ステップとを行うことを特徴とする。
　この方法によれば、異常検出装置は、コントローラから受けた指令位置情報と、エンコーダからの出力信号に基づいて算出された検出位置情報との比較結果に基づいてエンコーダの異常を判定する。これにより、ドライバにエンコーダの異常検出のための新しい構成、機能を追加することなく、エンコーダの異常検出ができるようになる。すなわち、例えば、一般的な作動装置（例えば、ロボットや外部軸）の既存構成、既存回路への影響を最小限に抑えて、エンコーダの異常検出ができるようになる。
　異常検出装置は、異常判定ステップにおいて、コントローラから取得した指令位置情報に対し、モータの駆動制御の遅れに起因して生じた時間遅れを補償し、当該時間遅れが補償された指令位置情報と検出位置情報との比較結果に基づいて、エンコーダの異常の有無を判定する、のが好ましい。
　このように、エンコーダの異常判定に用いる指令位置情報を遅らせることで、モータ駆動制御の遅れに起因する時間のずれを解消することができるため、エンコーダの異常検出精度を高めることができる。
　コントローラは、作動装置の駆動制御モードの切り替えを検知する制御モード検知ステップと、当該駆動制御モードの切り替えに応じて、指令位置情報の処理ルートを切り替える処理ルート切替ステップを行い、異常検出装置は、駆動制御モードに応じた処理ルートで処理された指令位置情報を受け取る、のが好ましい。
　この方法によれば、作動装置の駆動制御モードの違いに伴う指令位置情報と検出位置情報との誤差を低減し、エンコーダの異常検出精度を高めることができる。
　検知された実際の駆動制御モードに対応する第１処理ルートでは、コントローラから出力された指令位置情報を処理するステップと、当該実際の駆動制御モードに対応していない第２処理ルートでは、モータの原点位置に対応する位置情報を指令位置情報として処理するステップと、第１及び第２処理ルートで処理された指令位置情報を加算するステップと、を有し、異常検出装置は、当該加算された指令位置情報受け取る、のが好ましい。
　この方法によれば、作動装置の駆動制御モード切り替えにより、指令処理情報の処理ルートが異なる場合においても、当該処理モードの違いによる応答遅れ時間の差異を吸収し、モータ指令位置とモータ検出位置との差を低減できる。その結果、エンコーダの異常検出精度を高めることができる。
　第１処理ルート、または第２処理ルートの少なくともいずれか一方において、指令位置情報の時間遅れを補償する遅れ補償ステップを行い、当該遅れ補償ステップにおいてフィードフォワード制御を行う、のが好ましい。
　この方法によれば、時間遅れ補償時の誤差をさらに低減し、モータ指令位置とモータ検出位置との差を低減できる。その結果、エンコーダの異常検出精度を高めることができる。
　異常検出装置は、異常判定ステップにおいて、コントローラから出力された指令位置情報の変化量の積算値を生成し、当該積算値及び指令位置情報の和と検出位置情報との比較結果に基づいて、エンコーダの異常の有無を判定する、のが好ましい。
　このように、エンコーダの異常判定に用いる指令位置情報に対して積算値を加えることにより異常判定におけるマージンを増やし、エンコーダが正常に動作しているにも拘わらず、異常検出装置がエンコーダの異常と判定することを防止することができる。
　異常検出装置は、異常判定ステップにおいて、積算値及び指令位置情報の和に所定のオフセット値を加えたものと検出位置情報との比較結果に基づいて、エンコーダの異常の有無を判定する、のが好ましい。
　この方法によれば、積算値及び指令位置情報の和にオフセット値を加えて検出位置情報と比較することにより、例えば作動装置が動作していない場合等において、期間指令位置情報の変化がない場合に、差動装置が意図しない動作をしたときでも、エンコーダの異常を検出することができる。
　作動装置を非常停止するための安全回路がさらに設けられており、コントローラは、非常時に前記安全回路に非常停止信号を送信するように構成され、異常検出装置は、異常判定ステップにおいて、コントローラから非常停止信号が出力されたことを検知した場合、両位置情報間に所定値以上の差があっても、エンコーダの異常と判定しない、のが好ましい。
　この方法によれば、コントローラが非常停止信号を出力した後に、指令位置情報と検出位置情報との間に所定値以上の差があった場合でもエンコーダの異常と判定しないので、例えば、コントローラが非常停止信号出力後に速度指令及び指令位置情報の出力を停止した場合に、エンコーダが正常に動作しているにも拘わらず、エンコーダの異常と判断することを防ぐことができる。
　ここに開示する異常検出装置は、作動装置の出力軸を駆動するモータの回転位置を検出するためのエンコーダの異常を検出する。異常検出装置は、モータの回転位置を指示する速度指令及び該速度指令に応じたモータの回転位置を示す指令位置情報を出力するコントローラと、コントローラから出力される速度指令及びエンコーダから出力される出力信号を受け、速度指令及び出力信号に基づいてモータの駆動を制御するドライバと、エンコーダの異常を検出する異常検出装置とを有する。異常検出装置は、エンコーダから出力信号を受ける第１受信部と、コントローラから指令位置情報を受ける第２受信部と、指令位置情報と出力信号に基づいて算出されたモータの検出位置情報とを比較し、該両位置情報間に所定値以上の差があった場合にエンコーダの異常と判定する判定部とを有している。
　この装置によれば、前述の異常検出方法と同様に、ドライバにエンコーダの異常検出のための新しい機能を追加することなく、エンコーダの異常検出ができるようになる。
　ここに開示する出力軸と該出力軸を駆動するモータとを有するロボットの制御システムは、モータの回転位置を検出するエンコーダと、モータの回転位置を指示する速度指令及び該速度指令に応じたモータの回転位置を示す指令位置情報を出力するコントローラと、コントローラから出力される速度指令及びエンコーダから出力される出力信号を受け、速度指令及び出力信号に基づいてモータの駆動を制御するドライバと、エンコーダの異常を検出する異常検出装置とを有している。異常検出装置は、エンコーダから出力信号を受ける第１受信部と、コントローラから指令位置情報を受ける第２受信部と、指令位置情報と出力信号に基づいて算出されたモータの検出位置情報とを比較し、該両位置情報間に所定値以上の差があった場合にエンコーダの異常と判定する判定部とを有する。
　この制御システムによれば、前述の異常検出方法と同様に、ドライバにエンコーダの異常検出のための新しい機能を追加することなく、エンコーダの異常検出ができるようになる。
　以上説明したように、本開示のエンコーダの異常検出方法によると、汎用のエンコーダを使用している場合においても既存機能、既存装置への影響を最小限に抑えてエンコーダの異常判断をすることができる。
　本開示のエンコーダの異常検出方法は、汎用のエンコーダを使用している場合においても既存機能、既存装置への影響を最小限に抑えてエンコーダの異常判断をすることができるので、汎用の溶接ロボット等の産業用ロボットやその他の作動装置に係るエンコーダの異常を判断する上で特に有用である。
Ａ　ロボット（作動装置）
Ｃ　接続ケーブル
Ｐ　モータ検出値
１　ロボット機構部
２　ロボット制御部
３　操作部
４　モータ
５　エンコーダ
６　安全回路
７　コントローラ
７ａ　制御切替部
９　セーフティユニット（異常検出装置）
１０　サーボドライバ
１１　ロボットアーム
１２　関節軸（出力軸）
２１　制振フィルタ
２２　１次遅れフィルタ（遅れ制御フィルタ）
２２ａ　１次遅れフィルタ
２２ｂ　１次遅れフィルタ
９２　ＣＰＵ（判定部）
９４　エンコーダ受信部（第１受信部）
９５　ＤＰＲＡＭ（第２受信部）

Claims (19)

  1. 　ロボット制御部を用いて、作動装置の出力軸を駆動するモータの回転位置を検出するエンコーダの異常を検出するエンコーダの異常検出方法であって、
    　前記ロボット制御部は、
    　コントローラと、
    　前記エンコーダと前記コントローラに接続されたドライバと、
    　前記エンコーダと前記コントローラに接続された異常検出装置と、
    を有しており、
    　前記エンコーダの異常検出方法は、
    　前記モータの回転位置を指示する速度指令、及び、前記速度指令に応じた前記モータの回転位置を示す指令位置情報を出力する出力ステップと、
    　前記速度指令、及び、前記エンコーダから出力される出力信号を受け、前記速度指令及び前記出力信号に基づいて前記モータの駆動を制御する制御ステップと、
    　前記コントローラから前記指令位置情報を取得し、かつ、前記エンコーダから前記出力信号を取得する情報取得ステップと、
    　前記指令位置情報と、前記出力信号に基づいて算出された前記モータの検出位置情報とを比較し、前記指令位置情報と前記モータの前記検出位置情報との間に所定値以上の差があった場合に、前記エンコーダを異常と判定する異常判定ステップと、
    を備える、
    エンコーダの異常検出方法。
  2. 　前記指令位置情報に対して、前記モータの駆動制御の遅れに起因する時間遅れを補償するステップをさらに備える
    請求項１記載のエンコーダの異常検出方法。
  3. 　前記指令位置情報から共振成分を除去するステップをさらに備える
    請求項１または２記載のエンコーダの異常検出方法。
  4. 　前記作動装置の駆動制御モードの切り替えを検知する制御モード検知ステップと、
    　前記駆動制御モードの切り替えに応じて、前記指令位置情報の処理ルートを切り替える処理ルート切替ステップと、
    をさらに備える
    請求項１に記載のエンコーダの異常検出方法。
  5. 　前記処理ルートの切り替えに応じて、前記異常検出装置は、前記モータの駆動制御の遅れに起因する時間遅れが補償された指令位置情報、または
    共振成分が除去され、かつ、前記時間遅れが補償された指令位置情報を受け取る
    請求項４に記載のエンコーダの異常検出方法。
  6. 　前記処理ルートの切り替えに応じて、前記指令位置情報の前記時間遅れの補償量が異なる
    請求項５に記載のエンコーダの異常検出方法。
  7. 　検知された駆動制御モードに対応する第１処理ルートにおいて、前記コントローラから出力された前記指令位置情報を処理するステップと、
    　前記駆動制御モードに対応していない第２処理ルートにおいて、前記モータの原点位置に対応する位置情報を指令位置情報として処理するステップと、
    　前記第１及び第２処理ルートで処理された指令位置情報を加算するステップと、
    をさらに有し、
    　前記異常検出装置は、前記加算された指令位置情報を受け取る、請求項４に記載のエンコーダの異常検出方法。
  8. 　前記第１処理ルートと前記第２処理ルートの少なくともいずれか一方において、前記指令位置情報の時間遅れを補償する遅れ補償ステップを行い、前記遅れ補償ステップにおいてフィードフォワード制御を行う、
    請求項７に記載のエンコーダの異常検出方法。
  9. 　前記異常検出装置は、前記異常判定ステップにおいて、前記コントローラから出力された前記指令位置情報の変化量の積算値を生成し、前記積算値及び前記指令位置情報の和と、前記検出位置情報との比較結果に基づいて、前記エンコーダの異常の有無を判定する
    請求項１から８のうちのいずれか１項に記載のエンコーダの異常検出方法。
  10. 　前記異常検出装置は、前記異常判定ステップにおいて、前記積算値及び前記指令位置情報の和に所定のオフセット値を加えた値と、前記検出位置情報との比較結果に基づいて、前記エンコーダの異常の有無を判定する
    請求項９記載のエンコーダの異常検出方法。
  11. 　前記ロボット制御部は、前記作動装置を非常停止するための安全回路をさらに有しており、
    　前記コントローラは、非常時に前記安全回路に非常停止信号を送信するように構成され、
    　前記異常検出装置は、前記異常判定ステップにおいて、前記コントローラから前記非常停止信号が出力されたことを検知した場合、前記指令位置情報と前記モータの前記検出位置情報との間に所定値以上の差があっても、前記エンコーダの異常と判定しない
    請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載のエンコーダの異常検出方法。
  12. 　前記作動装置はロボットである
    請求項１から１１のうちのいずれか１項に記載のエンコーダの異常検出方法。
  13. 　エンコーダとコントローラに接続され、作動装置の出力軸を駆動するモータの回転位置を検出するためのエンコーダの異常を検出するエンコーダの異常検出装置であって、
    　前記エンコーダの異常検出装置は、
    　　前記エンコーダから前記出力信号を受ける第１受信部と、
    　　前記コントローラから前記指令位置情報を受ける第２受信部と、
    　　前記指令位置情報と、前記出力信号に基づいて算出される前記モータの検出位置情報とを比較し、前記指令位置情報と前記モータの前記検出位置情報との間に所定値以上の差があった場合に、前記エンコーダを異常と判定する判定部と、
    備える
    エンコーダの異常検出装置。
  14. 　前記コントローラと前記異常検出装置との間に、ドライバによる前記モータの駆動制御の遅れを補償する遅れ制御フィルタをさらに備える
    請求項１３記載のエンコーダの異常検出装置。
  15. 　前記ドライバと前記モータとの間に前記モータの振動を抑制する制振フィルタを備え、前記コントローラと前記第異常検出装置との間に、前記遅れ制御フィルタと直列接続された制振フィルタを備える
    請求項１４記載のエンコーダの異常検出装置。
  16. 　前記コントローラは、前記作動装置の駆動制御モードの切り替えを検知し、前記コントローラから異常検出装置に送信される前記指令位置情報の処理ルートを切り替える制御切替部を有し、
    　前記コントローラと前記異常検出装置との間に、前記モータの駆動制御の遅れを補償する第１の遅れ制御フィルタと、前記モータの駆動制御の遅れを補償する第２の遅れ制御フィルタとが並列に接続され、かつ、前記第２の遅れ制御フィルタと、前記モータの振動を抑制する制振フィルタとが直列に設けられており、
    　前記制御切替部での処理ルートの切り替えに応じて、前記指令位置情報が、前記第１の遅れ制御フィルタ、または、前記制振フィルタ及び前記第２の遅れ制御フィルタに送られる
    請求項１３に記載のエンコーダの異常検出装置。
  17. 　前記第１の遅れ制御フィルタと前記第２の遅れ制御フィルタとの時定数が等しい
    請求項１６に記載のエンコーダの異常検出装置。
  18. 　前記第１の遅れ制御フィルタと前記第２の遅れ制御フィルタとの時定数が異なる
    請求項１６に記載のエンコーダの異常検出装置。
  19. 　モータの回転位置を検出するエンコーダと、
    　前記モータの回転位置を指示する速度指令、及び、前記速度指令に応じた前記モータの回転位置を示す指令位置情報を出力するコントローラと、
    　前記コントローラから出力される速度指令、及び、前記エンコーダから出力される出力信号を受け、前記速度指令、及び、前記出力信号に基づいて前記モータの駆動を制御するドライバと、
    　前記エンコーダと前記コントローラに接続された異常検出装置とを備え、
    　前記異常検出装置は、
    　前記エンコーダから前記出力信号を受ける第１受信部と、
    　前記コントローラから前記指令位置情報を受ける第２受信部と、
    　前記指令位置情報と、前記出力信号に基づいて算出される前記モータの検出位置情報とを比較し、前記指令位置情報と前記モータの前記検出位置情報との間に所定値以上の差があった場合に、前記エンコーダの異常と判定する判定部と、
    を有する
    ロボット制御システム。
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