JP7024661B2 - 異常判定方法及び異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、異常判定方法及び異常判定装置に関する。

ロボットアームの関節角度に基づいてロボットアームの先端位置の直交座標を算出し、算出された直交座標が予め設定された駆動範囲（作業範囲）の外にあると判断した場合に、ロボットアームの動作が異常であると判定する、ロボットアームの駆動範囲の監視方法が提案されている（特許文献１参照）。駆動範囲とは、ロボットアームの作業内容に応じて予め設定される、ロボットアームの可動範囲の一部分の範囲である。

特開平８－２６４９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、ロボットアームが駆動範囲を超えたか否かで異常判定を行うため、異常が発生してロボットアームが駆動範囲を超えて非駆動範囲にて動作するまで異常を検知できない。そのため、駆動範囲と非駆動範囲の境界や境界近傍において発生しやすいフレーキング等の異常や故障の予兆を精度よく検知できないという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、駆動範囲と非駆動範囲の境界や境界近傍において発生しやすい、フレーキング等のロボットアームの異常や故障の予兆を精度よく検知できる異常判定方法及び異常判定装置を提供することにある。

上述した問題を解決するために、本発明の一態様に係る異常判定方法及び異常判定装置は、機械が備える可動部の可動範囲のうち、可動部の駆動範囲と非駆動範囲との間の境界を含む検査範囲を設定し、検査範囲にわたって可動部を動作させて取得した、機械の稼働データに基づいて、機械の異常を判定する。

本発明によれば、駆動範囲と非駆動範囲の境界や境界近傍において発生しやすい、ロボットアームの異常や故障の予兆を精度よく検知できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る異常判定装置と判定対象である生産ロボットの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る異常判定装置の動作を示すフローチャートである。 図３は、可動部の駆動範囲を示す模式図である。 図４は、図５に示した駆動範囲に対して設定される検査範囲を示す模式図である。 図５は、動作パターンを変更した後における可動部の駆動範囲を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。説明において、同一のものには同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る異常判定装置と判定対象である生産ロボットの構成を示すブロック図である。

異常判定装置１００は、無線又は有線によって生産ロボット４０（機械）と通信可能なように接続される。異常判定装置１００は、可動部を備える機械が異常であるか否かを判定するもので、例えば、１つ以上の関節を有する多軸機械である生産ロボット４０（機械）を判定の対象とし、生産ロボット４０が異常であるか否かを判定する。生産ロボット４０は、例えば、複数の可動部を備えており、車体の溶接作業を実行するロボット等である。

なお、本実施形態では、生産ロボット４０が行う「作業」（例えば、溶接作業、塗装作業、部品の組み付け作業などの、生産に関連する作業）は既に定められているものとする。さらに、生産ロボット４０が行う「作業」に応じて、生産ロボット４０の動作パターン及び動作パターンを実現するロボット制御情報が既に定まっているものとする。本発明は、このように「作業」が定められた生産ロボット４０に対して、異常判定を行うものである。なお、以下では、生産ロボット４０が行う「作業」との用語は、異常診断時の処理は含まない意味で用いる。

［生産ロボットの構成］
生産ロボット４０の可動部は、図示しない制駆動部と連結している。ロボット制御情報に基づいて制駆動部が駆動すると、制駆動部が出力する制駆動力によって可動部は動作する。ロボット制御情報に基づいて実現される可動部の動作の組み合わせによって、生産ロボット４０は種々の動作パターンで動作するよう構成されている。

図３に示すように、生産ロボット４０は作業実行部２５０を有しており、ロボット制御情報に基づいて実現される動作パターンの途中で、作業実行部２５０が作業対象である目標物に接触あるいは近接して作業が行われる。図３では、動作パターンの間に実現される生産ロボット４０の姿勢として、実線で示された姿勢と、２点鎖線で示された姿勢の２つが例示されている。

例えば、生産ロボット４０の作業が溶接作業である場合には、作業実行部２５０として溶接機が生産ロボット４０の先端に取り付けられ、生産ロボット４０は、溶接実施前に作業実行部２５０を溶接箇所に接触若しくは近づけさせ、溶接実施後に作業実行部２５０を溶接箇所から遠ざける動作パターンを行う。また、生産ロボット４０の作業が部品の組み付け作業である場合には、作業実行部２５０としてロボットハンドが生産ロボット４０の先端に取り付けられ、生産ロボット４０の脇の部品置き場と組み付け対象箇所の間で、作業実行部２５０を往復移動させる動作パターンを行う。

また、図３に示すように、生産ロボット４０は、可動部としての作業アーム２４０を備えている。制駆動部から出力された制駆動力によって、作業アーム２４０は回転軸２０１を中心として回転運動をする。なお、本実施形態では可動部は、関節の中心を支点として回転動作するものとして説明するが、可動部は、回転に限らず、直線運動や曲線の軌跡を描くような運動をするものでもよい。

生産ロボット４０は、通信回路４１及びセンサ４３を備える。センサ４３は、生産ロボット４０の状態を定量的に検出するために、可動部若しくは制駆動部の位置あるいはその近傍に設置される。センサ４３は、例えば、画像や動画を撮像するカメラであってもよいし、光センサ、音センサ、加速度センサ、振動センサ、圧力センサ、ひずみセンサ、アコースティックエミッションセンサ、温度センサ、湿度センサなどであってもよい。その他、センサ４３は、可動部の位置を計測する位置センサ、制駆動部によって生じる制駆動力やトルクなどを計測するセンサなどであってもよい。

通信回路４１は、センサ４３によって得られた、生産ロボット４０の稼働データを異常判定装置１００に送信する。なお、生産ロボット４０の稼働データは、センサ４３によって得られたデータそのもの（いわゆる生データ）であってもよいし、センサ４３によって得られたデータを図示しない演算回路等によって解析した後のデータであってもよい。また、生産ロボット４０の稼働データには、センサ４３によってデータを取得した時刻の情報（日付・時刻などのタイムスタンプ）や、可動部の動作軌跡の情報が含まれていてもよい。

通信回路４１が異常判定装置１００に送信するデータには、生産ロボット４０が行う作業の種類、負荷量、頻度などのデータが含まれていてもよいし、生産ロボット４０の保全（修理、部品の交換、潤滑油の更油等）が行われた場合に、保全が行われたことを示す保全データ（保全履歴や保全箇所の情報）が含まれていてもよい。

［異常判定装置の構成］
異常判定装置１００は、通信回路５０と、記憶部６０と、処理部７０（コントローラ）と、報知部８０とを備える。処理部７０は、通信回路５０、記憶部６０、報知部８０と通信可能なように接続される。

通信回路５０は、無線又は有線によって生産ロボット４０の通信回路４１と通信可能なように接続される。通信回路５０は、生産ロボット４０の通信回路４１から生産ロボット４０の稼働データを受信する。その他、通信回路５０は、生産ロボット４０が行う作業の種類、負荷量、頻度などのデータや、保全データを受信するものであっても良い。

通信回路５０が受信したデータは、記憶部６０に記憶される。記憶部６０に記憶されたデータは、異常判定の処理を実行する際に処理部７０によって読み出される。なお、記憶部６０は、生産ロボット４０の稼働データを記憶する際に、生産ロボット４０が行う作業の種類、負荷量、頻度などのデータを紐づけて記憶するものであってもよいし、さらには、生産ロボット４０の保全データを紐づけて記憶するものであってもよい。

その他、記憶部６０は、生産ロボット４０が行う作業を実現するロボット制御情報を記憶する。記憶部６０は、生産ロボット４０が行う１つの作業に対して１つのロボット制御情報を記憶するものであってもよい。

また、記憶部６０は、１つの作業に対して、複数個のロボット制御情報を記憶するものであってもよい。この場合、ロボット制御情報が実現する動作パターンの中で、作業を行う際の作業実行部２５０の位置は、複数個のロボット制御情報の間で一致している。一方、複数個のロボット制御情報は互いに異なる生産ロボット４０の動作パターンを実現するものであるため、必ずしも、動作パターンにおける可動部の動作は、複数個のロボット制御情報の間で一致していない。

その他、生産ロボット４０の作業が変更された場合（例えば、塗装目的で使用していた生産ロボット４０の使用用途を溶接目的に変更する場合など）には、記憶部６０は、変更前の作業に対応したロボット制御情報に代えて、変更後の作業に対応したロボット制御情報を新しく記憶するものであってもよい。

処理部７０は、生産ロボット４０の動作を制御し、さらに、生産ロボット４０の動作の状況等に基づいて、生産ロボット４０の異常を判定する。処理部７０の詳細は後述する。

報知部８０は、生産ロボット４０が異常であると処理部７０にて判定された場合に、処理部７０からの指令に基づき、異常アラームを発報して監視員や保全員に異常を検知したことを知らせる。例えば、報知部８０は回転灯やブザーなどである。

［処理部の構成］
処理部７０（制御部またはコントローラの一例）は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、及び入出力部を備える汎用のマイクロコンピュータである。処理部７０には、生産ロボット４０の異常を判定するための異常判定装置１００の一部として機能するためのコンピュータプログラム（異常判定プログラム）がインストールされている。コンピュータプログラムを実行することにより、処理部７０は、異常判定装置１００が備える複数の情報処理回路（７１、７３、７５、７７、７９）として機能する。

本実施形態では、ソフトウェアによって複数の情報処理回路（７１、７３、７５、７７、７９）を実現する例を示す。ただし、以下に示す各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、情報処理回路（７１、７３、７５、７７、７９）を構成することも可能である。また、複数の情報処理回路（７１、７３、７５、７７、７９）を個別のハードウェアにより構成してもよい。さらに、情報処理回路（７１、７３、７５、７７、７９）は、生産ロボット４０の監視または制御に用いる制御ユニットと兼用してもよい。

処理部７０は、複数の情報処理回路（７１、７３、７５、７７、７９）として、動作制御部７１と、駆動範囲検出部７３と、検査範囲設定部７５と、異常診断指示部７７と、異常判定部７９とを備える。

駆動範囲検出部７３は、生産ロボット４０に対して提供されるロボット制御情報、若しくは、記憶部６０に記憶されたロボット制御情報に基づき、生産ロボット４０の動作パターンに対応して可動部が動作する駆動範囲を検出する。

例として、図３に示すような、可動部同士が関節を介して連結した生産ロボット４０を考える。可動部である作業アーム２４０は、回転軸２０１を介してアーム支持部２３０に連結しており、作業アーム２４０は回転軸２０１を支点として回転運動が可能なようにアーム支持部２３０に対して固定されている。その他、回転軸２０２、回転軸２０３の箇所についても同様に、可動部同士が連結している。図３に示す生産ロボット４０は、回転軸２０１、回転軸２０２、回転軸２０３の位置に関節を有している。

図３において、回転軸２０１に垂直な平面内における回転軸２０１が通る点を原点とする極座標を考え、当該極座標の角度座標を座標θとし、回転軸２０１を中心として反時計方向を座標θの増加する方向とする。図３に示す例では、作業アーム２４０は、「α１≦θ≦α２」となる座標θの範囲で動作するものとする（ただし、α１＜α２）。

生産ロボット４０の動作パターンを記述するロボット制御情報において、作業アーム２４０の位置が座標θで表現されているとすると、例えば、「座標θを値α１から値α２まで増加させる」若しくは「座標θを値α２から値α１まで減少させる」というロボット制御情報によって、作業アーム２４０の動作が表現されることになる。

そのため、駆動範囲検出部７３は、ロボット制御情報を参照することにより、作業アーム２４０が動作する範囲が駆動範囲Ｗ１であることを検出する。駆動範囲Ｗ１が検出できると、駆動範囲検出部７３は、可動部の可動範囲のうち、駆動範囲Ｗ１を除いた範囲が非駆動範囲であると認識でき、さらに、作業アーム２４０の駆動範囲Ｗ１と非駆動範囲の間の境界が、「θ＝α１」となる位置と、「θ＝α２」となる位置の、２箇所の位置にあると認識できる。

上記の例では、駆動範囲検出部７３は、ロボット制御情報に基づき、生産ロボット４０の動作パターンに対応して可動部が動作する駆動範囲を検出するものとして説明したが、この方法に限定されない。例えば、駆動範囲検出部７３は、生産ロボット４０が作業を行う間、可動部が動作する範囲をセンサ４３等により監視することによっても、可動部の駆動範囲を検出できる。

また、上記の例では、駆動範囲と非駆動範囲の間の「境界」は、上記のように可動部の位置を表す変数が特定の値をとる位置として表現した。しかしながら、実際の生産ロボット４０の動作の場面では、可動部に対してギヤ等によって制駆動力が伝達される場合のギヤのかみ合い具合や、部品の加工精度や、部品の摩耗の状態などに応じて、「境界」の位置が若干の変動する場合がある。そのため、実際の生産ロボット４０の動作の場面では、「境界」は上述したような誤差に起因して定まる幅を有する範囲として捉えるほうが適切であることに留意すべきである。

また、可動部の回転動作に対応した角度座標を用いて、駆動範囲、非駆動範囲、および境界を記載したが、これに限定されない。また、可動部が直線運動、あるいは曲線の軌跡を描くような運動をする場合には、当該運動に対応した座標を使用することで、同様に駆動範囲、非駆動範囲、および境界を記載することができる。

検査範囲設定部７５は、生産ロボット４０の異常診断のため、駆動範囲検出部７３によって検出した駆動範囲に基づき、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界を含む検査範囲を、可動部の可動範囲の中で設定する。

言い換えると、検査範囲設定部７５は、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界をまたぐように、検査範囲を設定する。駆動範囲と非駆動範囲の間の境界を中心に、検査範囲は、所定の幅を有するように設定される。

図４に示すように、検査範囲設定部７５は、位置「θ＝α１」にある境界に対して、「β１１≦θ≦β１２」となる座標θの範囲で示される検査範囲Ｒ１を設定し、位置「θ＝α２」にある境界に対して、「β２１≦θ≦β２２」となる座標θの範囲で示される検査範囲Ｒ２を設定する。検査範囲Ｒ１は、位置「θ＝α１」にある境界を含んでおり、検査範囲Ｒ２は、位置「θ＝α２」にある境界を含んでいる。

設定される検査範囲は、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界の一部のみを含むように設定されるものであってもよい。上記の例では、検査範囲Ｒ１は、位置「θ＝α１」にある境界を含むが、位置「θ＝α２」にある境界を含んでいない。同様に、検査範囲Ｒ２は、位置「θ＝α２」にある境界を含むが、位置「θ＝α１」にある境界を含んでいない。そのため、設定された検査範囲Ｒ１及び検査範囲Ｒ２は、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界の一部のみを含むように設定されている。

また、設定される検査範囲は、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界の全体を含むように設定されるものであってもよい。上記の例では示していないが、位置「θ＝α１」にある境界と、位置「θ＝α２」にある境界の両方を含むように、検査範囲が設定される場合に相当する。

なお、検査範囲設定部７５によって設定される検査範囲の幅は、駆動範囲の幅の１０％程度の大きさの幅として設定されるものであってもよい。さらには、可動部に対してギヤによって制駆動力が伝達される場合、検査範囲はギヤの歯数に基づいて設定され、歯数が多いほど、検査範囲の幅が小さく設定されるものであってもよい。このように設定する理由は、実際の生産ロボット４０の動作の場面では、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界の位置がギヤのかみ合い具合や、部品の加工精度や、部品の摩耗の状態などに応じて変動しうることを考慮したのであり、確実に境界を含むように検査範囲が設定されることを保証するためである。

異常診断指示部７７は、検査範囲設定部７５によって検査範囲が設定されていることを前提に、動作制御部７１に異常診断のための動作開始の司令を送信する。

異常診断指示部７７は、図示しないユーザーインターフェースなどを介して、監視員や保全員からの異常診断の開始の指示を受け付けるものであってもよく、監視員や保全員からの指示があった場合に、動作制御部７１に異常診断のための動作開始の司令を送信するものであってもよい。異常診断指示部７７は、生産ロボット４０が作業を行っていない休止状態のタイミングで、動作制御部７１に異常診断のための動作開始の司令を送信するものであってもよい。

動作制御部７１は、異常診断指示部７７からの異常診断のための動作開始の司令を受けて、異常診断のための動作を行うよう、生産ロボット４０を制御する。より具体的には、動作制御部７１は、設定された検査範囲にわたって可動部が動作するよう制御を行う。検査範囲にわたって可動部を動作させる間、生産ロボット４０の稼働データはセンサ４３によって取得され、通信回路４１を介して異常判定装置１００に送信される。

図４に示す例によれば、動作制御部７１は、可動部である作業アーム２４０を検査範囲Ｒ１にて動作させるため、「座標θを値β１１から値β１２まで増加させる」若しくは「座標θを値β１２から値β１１まで減少させる」というロボット制御情報を送信する。また、動作制御部７１は、作業アーム２４０を検査範囲Ｒ２にて動作させるため、「座標θを値β２１から値β２２まで増加させる」若しくは「座標θを値β２２から値β２１まで減少させる」というロボット制御情報を送信する。

なお、動作制御部７１が検査範囲にわたって可動部を動作させる際、可動部が等速度運動あるいは等加速度運動するよう、制御するものであってもよい。

図４に示す例によれば、動作制御部７１は、作業アーム２４０が回転軸２０１を支点として等角速度運動あるいは等角加速度運動するよう制御するものであってもよい。すなわち、作業アーム２４０の位置を示す座標θの時間１階微分あるいは時間２階微分が一定となるように、制御するものであってもよい。

異常判定部７９は、検査範囲にわたって可動部を動作させることで取得した稼働データに基づいて、生産ロボット４０の異常を判定する。

異常判定部７９において行う異常判定の方法には種々のものがある。例えば、異常判定部７９は、稼働データの一部の値（例えば加速度センサで取得した加速度値）が閾値未満の場合には「正常」、閾値以上の場合は「異常」と判定する。この閾値は、予め実験などのデータから推定して定めてもよいし、統計学上の検定値、マハラノビス距離などを用いて定めても良い。

異常判定部７９は、稼働データのうち、駆動範囲に可動部がある場合の第１データと、非駆動範囲に可動部がある場合の第２データと、を比較して、生産ロボット４０の異常を判定するものであってもよい。両データの間に有意な差がない場合には「正常」、有意な差がある場合には「異常」と判定するものであってもよい。さらに、両データの比が閾値以上であるか否かに基づいて、生産ロボット４０の正常／異常を判定するものであってもよい。

また、異常判定部７９は、稼働データのうち、駆動範囲に可動部がある場合の第１データと、境界の位置に可動部がある場合の境界データと、を比較して、生産ロボット４０の異常を判定するものであってもよい。さらに、異常判定部７９は、稼働データのうち、非駆動範囲に可動部がある場合の第２データと、境界の位置に可動部がある場合の境界データと、を比較して、生産ロボット４０の異常を判定するものであってもよい。データの比較の方法は、上述した第１データと第２データとを比較する場合と同様の方法が利用可能である。

さらに、検査範囲設定部７５にて複数の検査範囲を設定できる場合、異常判定部７９は、一つの検査範囲に可動部がある場合の第３データと、他の検査範囲に可動部がある場合の第４データと、を比較して、生産ロボット４０の異常を判定するものであってもよい。データの比較の方法は、上述した第１データと第２データとを比較する場合と同様の方法が利用可能である。

処理部７０の構成は以上であるが、異常判定部７９によって生産ロボット４０の異常が判定された場合には、処理部７０は異常時処理を実行するものであってもよい。異常時処理としては、例えば、報知部８０によって異常アラームを発報して監視員や保全員に異常を検知したことを知らせるものであってもよい。

異常時処理として、生産ロボット４０に特定の作業を行わせる際に用いるロボット制御情報のうち、異常判定に用いた境界若しくはその近傍を可動部が動作する可能性があるロボット制御情報を除外する処理を行うものであってもよい。当該処理により除外されなかったロボット制御情報を、生産ロボット４０の作業の実行時に用いることで、可動部が正常に動作しない問題を回避することができ、さらには、異常が生じている境界付近の異常状態が、更に悪化することを回避できる。

例えば、図４に示す位置「θ＝α１」にある境界、若しくは、位置「θ＝α２」にある境界のいずれかにおいて、生産ロボット４０が異常であると判定された場合、駆動範囲Ｗ１にて作業アーム２４０を更に動作させ続けることで、異常状態が悪化する恐れがある。そのため、駆動範囲Ｗ１にて作業アーム２４０が動作するような動作パターン（第１動作パターン）に代えて、駆動範囲Ｗ１で作業アーム２４０が動作しないような動作パターン（第２動作パターン）で、作業を行うことが望まれる。そこで、駆動範囲Ｗ１にて作業アーム２４０を動作させるロボット制御情報を除外し、図５に示すような駆動範囲Ｗ２にて作業アーム２４０を動作させるロボット制御情報を代替のロボット制御情報として使用するよう、生産ロボット４０に指示を行う。

第１動作パターンと第２動作パターンとを比較すると、第２動作パターンにおける作業を行う際の作業実行部２５０の位置は、第１動作パターンにおける作業を行う際の作業実行部２５０の位置と同じである。一方、第２動作パターンによって定まる作業アーム２４０の駆動範囲Ｗ２（第２駆動範囲）は、第１動作パターンによって定まる作業アーム２４０の駆動範囲Ｗ１（第１駆動範囲）と異なっている。

［異常判定の処理手順］
次に、図２のフローチャートを本実施形態に係る異常判定の処理手順の一例を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る異常判定装置の動作を示すフローチャートである。図２に示す異常判定の処理は、異常診断開始の指示が監視員や保全員からあった場合や、生産ロボット４０が起動している期間中の所定のタイミングで開始される。

まず、ステップＳ１０１において、駆動範囲検出部７３は、生産ロボット４０に対して提供されるロボット制御情報、若しくは、記憶部６０に記憶されたロボット制御情報を取得する。

ステップＳ１０３において、駆動範囲検出部７３は、取得したロボット制御情報に基づき、可動部が動作する駆動範囲を検出する。取得したロボット制御情報に基づいて生産ロボット４０が動作したときに実現される動作パターンにおいて、可動部が駆動範囲を動作するという関係で、ロボット制御情報と駆動範囲は関係づけられている。

また、駆動範囲検出部７３は、可動部の駆動範囲を検出すると共に、可動部の可動範囲のうち、駆動版を除いた範囲を非駆動範囲として認識し、さらに、駆動範囲と非駆動範囲の間にある境界を認識する。

ステップＳ１０５において、検査範囲設定部７５は、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界をまたぐように、検査範囲を設定する。つまり、検査範囲設定部７５は、境界を含むように、可動範囲の内の一部の範囲を検査範囲として設定する。

ステップＳ１０７において、異常診断指示部７７は動作制御部７１に異常診断のための動作開始の司令を送信する。動作制御部７１は、設定された検査範囲にわたって可動部が動作するよう制御を行う。

ステップＳ１０９において、検査範囲にわたって可動部を動作させる間、生産ロボット４０の稼働データはセンサ４３によって取得される。取得された稼働データは、センサ情報として通信回路４１を介して異常判定装置１００に送信される。

ステップＳ１１１において、異常判定部７９は、検査範囲にわたって可動部を動作させることで取得した稼働データに基づいて、生産ロボット４０の異常を判定する。

生産ロボット４０が異常であると判定された場合（ステップＳ１１１でＹＥＳの場合）、ステップＳ１１３に進み、処理部７０は異常時処理を実行する。

生産ロボット４０が異常でないと判定された場合（ステップＳ１１１でＮＯの場合）、又は、ステップＳ１１３にて異常時処理が実行された後に、図２に示す異常判定の処理が終了する。

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、可動部の駆動範囲と非駆動範囲との間の境界を含む検査範囲を可動範囲の内で設定し、検査範囲にわたって可動部を動作させて機械の稼働データを取得し、取得した稼働データに基づいて、機械の異常を判定する。

これにより、駆動範囲と非駆動範囲の境界をまたぐように可動部を動かすため、境界および境界近傍での異常検出漏れが防止され、さらに、異常検出性能を向上することができる。境界および境界近傍でのフレーキング等の異常や故障の検知を行うことができる。したがって、機械の異常や故障の予兆を精度よく検知することができる。

例えば、駆動範囲と非駆動範囲の境界及び境界近傍は、ロボットアームの関節を動作させるギヤ等の減速・加速が生じやすい場所でありフレーキング等の異常や故障が生じやすいが、駆動範囲内での動作のみを監視する方法では、フレーキングが発生しにくい駆動範囲外での動作との比較を行うことができない。一方、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、駆動範囲と非駆動範囲の境界をまたぐように可動部を動かすため、フレーキングが発生しにくい駆動範囲外での動作との比較を行うことができ、機械の異常や故障の予兆を精度よく検知することができる。

また、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、検査範囲は、境界を中心に所定の範囲の幅を有するように設定されるものであってもよい。所定の幅を有して検査範囲が設定されることで、境界及び境界近傍が診断対象となり、それ以外の範囲に可動部が存在する場合の測定結果が混在しにくくなる。その結果、センサによって信号を安定的に取得できるようになり、異常検出性能を向上することができる。さらには、境界及び境界近傍において生じやすい異常や故障に特化した異常判定を行うことができる。

さらに、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、検査範囲は、駆動範囲の幅の略１０％の大きさの幅を有するように設定されるものであってもよい。より確実に境界及び境界近傍が診断対象となり、異常検出性能を向上することができる。さらには、境界及び境界近傍において生じやすい異常や故障に特化した異常判定を行うことができる。

また、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、可動部に対してギヤによって制駆動力が伝達される場合、検査範囲はギヤの歯数に基づいて設定され、歯数が多いほど、検査範囲の幅が小さく設定されるものであってもよい。

実際の生産ロボット４０の動作の場面では、駆動範囲と非駆動範囲の間の境界の位置がギヤのかみ合い具合に応じて変動しうることを考慮すると、ギヤの歯数が多いほど境界の位置の変動幅は小さい。そのため、ギヤの歯数が多い場合に、検査範囲の幅が小さく設定したとしても、確実に境界及び境界近傍が診断対象とすることができる。さらには、境界や境界近傍などの範囲以外の範囲に可動部が存在する場合の測定結果が混在しにくくなる。

さらに、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、稼働データのうち、駆動範囲に可動部がある場合の第１データと、非駆動範囲に可動部がある場合の第２データと、を比較して、機械の異常を判定するものであってもよい。可動部が境界の位置にある場合のデータのみを対象として、局所的なデータから異常を判定する方法では困難な、大域的なデータの利用によって異常を判定することが可能となるため、より正確な異常判定を行うことができる。さらには、可動部が駆動範囲にある場合と可動部が境界の位置にある場合の間でのギャップが明確になることで、全体的な異常の状態を把握することができ、異常検出性能を向上させることができる。

また、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、複数の検査範囲を設定できる場合、複数の検査範囲のうち一つの検査範囲に可動部がある場合の第３データと、複数の検査範囲のうち他の検査範囲に可動部がある場合の第４データと、を比較して、機械の異常を判定するものであってもよい。

複数の検査範囲を設定できる場合は、境界が複数ある場合に対応している。境界ごとに可動部に係る負荷が異なる場合があり、境界に生じる異常状態の程度も異なる場合がある。境界ごとのデータを比較することで、異常検出性能を向上することができる。さらには、異常の傾向を明らかにし、異常の原因の特定を行いやすくすることができる。

さらに、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、可動範囲において可動部が回転運動する場合、検査範囲にわたって可動部を等角速度運動又は等角加速度運動させて稼働データを取得するものであってもよい。この場合、境界及び境界近傍を可動部が通過する際の可動部の角速度又は角加速度を一定にすることができるため、センサによって信号を安定的に取得できるようになり、異常検出性能を向上することができる。また取得する信号に入り込むノイズを低減することができる。

また、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、可動範囲において可動部が直線運動する場合、検査範囲にわたって可動部を等速度運動又は等加速度運動させて稼働データを取得するものであってもよい。この場合、境界及び境界近傍を可動部が通過する際の可動部の速度又は加速度を一定にすることができるため、センサによって信号を安定的に取得できるようになり、異常検出性能を向上することができる。また取得する信号に入り込むノイズを低減することができる。

さらに、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、稼働データを取得した時刻と紐づけて、稼働データを記憶するものであってもよい。時系列に沿って異常の変化を把握できるため、異常の変化点検出が可能となり、異常検出性能を向上させることができる。

また、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、稼働データには、可動部の動作軌跡の情報が含まれるものであってもよい。これにより、動作軌跡に対応付けて異常判定を行うことができるため、異常検出性能を向上させることができる。さらには、異常の傾向を明らかにし、異常の原因の特定を行いやすくすることができる。

さらに、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、機械が行う作業の種類、負荷量、頻度のうち少なくともいずれかを紐づけて、稼働データを記憶するものであってもよい。機械が行う作業の種類、負荷量、頻度などに対応付けて異常判定を行うことができるため、異常検出性能を向上させることができる。さらには、異常の傾向を明らかにし、異常の原因の特定を行いやすくすることができる。

また、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、機械の保全履歴又は保全箇所を紐づけて、稼働データを記憶するものであってもよい。機械の保全履歴又は保全箇所といった保全データを異常判定に用いることができるため、過去における異常発生状況に基づいた、確率分布などの生成も可能となり、異常検出性能を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、可動部は、作業アームであるものであってもよい。また、機械は少なくとも１つ以上の関節を備え、作業アームは、関節の中心を支点として回転動作するものであってもよい。機械を構成する可動部のうち、作業アームに限定して異常判定を行うため、複数の可動部を含む場合よりも効率よく異常判定を行うことができ、異常検出性能を向上させることができる。

また、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置によれば、機械が備える関節は、モータに組み付けられた減速機であって、稼働データには、減速機でのギヤ位置が少なくとも含まれるものであってもよい。ギヤ位置の情報を異常判定に用いることができるため、境界の位置をより正確に特定することができ、より詳しい空間分解能で、細かい異常検出ができるようになる。その結果、異常検出性能を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る異常判定方法及び異常判定装置に基づいて、作業実行部を有する機械が第１動作パターンで動作する際に異常であると判定された場合、第１動作パターンとは異なる第２動作パターンで動作するよう、機械を制御する制御方法及び制御装置において、第２動作パターンにおける作業を行う際の作業実行部の位置は、第１動作パターンにおける作業を行う際の作業実行部の位置と同じであり、第２動作パターンによって定まる可動部の第２駆動範囲は、第１動作パターンによって定まる可動部の第１駆動範囲とは異なるものであってもよい。

これにより、境界の異常検知結果に基づき、作業実行部の位置はそのままに作業実行部以外の可動部の駆動範囲を変更することで、駆動範囲が、異常判定に用いた境界若しくはその近傍と重なってしまうことを回避できる。

特に、機械に作業を行わせる際に用いるロボット制御情報のうち、異常判定に用いた境界若しくはその近傍を可動部が動作する可能性があるロボット制御情報を除外し、当該処理により除外されなかったロボット制御情報を、機械の制御に用いることで、可動部が正常に動作しない問題を回避することができる。

さらには、異常が生じている境界及び境界付近の異常状態が、更に悪化することを回避できる。その結果、異常判定の対象箇所が故障してしまう確率を低減することができる。

上述の実施形態で示した各機能は、１又は複数の処理回路によって実装されうる。処理回路には、プログラムされたプロセッサや、電気回路などが含まれ、さらには、特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）のような装置や、記載された機能を実行するよう配置された回路構成要素なども含まれる。

以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

４０ 生産ロボット
４１ 通信回路
４３ センサ
５０ 通信回路
６０ 記憶部
７０ 処理部
７１ 動作制御部
７３ 駆動範囲検出部
７５ 検査範囲設定部
７７ 異常診断指示部
７９ 異常判定部
８０ 報知部
１００ 異常判定装置
２０１，２０２，２０３ 回転軸
２３０ アーム支持部
２４０ 作業アーム
２５０ 作業実行部
Ｒ１，Ｒ２ 検査範囲
Ｗ１，Ｗ２ 駆動範囲

Claims (17)

1. 機械が備える可動部の可動範囲のうち所定の駆動範囲で前記可動部を動作させることで所定の作業を行う前記機械、の異常を判定する異常判定方法であって、
   前記可動範囲から前記駆動範囲を除いた範囲を非駆動範囲として、前記駆動範囲と前記非駆動範囲との間の境界を含む検査範囲を前記可動範囲の内で設定し、
   前記検査範囲にわたって前記可動部を動作させて前記機械の稼働データを取得し、
   取得した前記稼働データに基づいて、前記機械の異常を判定すること、
   を特徴とする異常判定方法。
2. 請求項１に記載の異常判定方法であって、
   前記検査範囲は、前記境界を中心に所定の範囲の幅を有するように設定されること
   を特徴とする異常判定方法。
3. 請求項２に記載の異常判定方法であって、
   前記検査範囲は、前記駆動範囲の幅の略１０％の大きさの幅を有するように設定されること
   を特徴とする異常判定方法。
4. 請求項２に記載の異常判定方法であって、
   前記可動部に対してギヤによって制駆動力が伝達される場合、
   前記検査範囲は前記ギヤの歯数に基づいて設定され、
   前記歯数が多いほど、前記検査範囲の幅が小さく設定されること
   を特徴とする異常判定方法。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
   前記稼働データのうち、前記駆動範囲に前記可動部がある場合の第１データと、前記非駆動範囲に前記可動部がある場合の第２データと、を比較して、前記機械の異常を判定すること
   を特徴とする異常判定方法。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
   複数の前記検査範囲を設定できる場合、
   複数の前記検査範囲のうち一つの検査範囲に前記可動部がある場合の第３データと、前記第３データとは異なる、複数の前記検査範囲のうち他の検査範囲に前記可動部がある場合の第４データと、を比較して、前記機械の異常を判定すること
   を特徴とする異常判定方法。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
   前記可動範囲において前記可動部が回転運動する場合、
   前記検査範囲にわたって前記可動部を等角速度運動又は等角加速度運動させて前記稼働データを取得すること
   を特徴とする異常判定方法。
8. 請求項１～６のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
   前記可動範囲において前記可動部が直線運動する場合、
   前記検査範囲にわたって前記可動部を等速度運動又は等加速度運動させて前記稼働データを取得すること
   を特徴とする異常判定方法。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
   前記稼働データを取得した時刻と紐づけて、前記稼働データを記憶すること
   を特徴とする異常判定方法。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
    前記稼働データには、前記可動部の動作軌跡の情報が含まれること
    を特徴とする異常判定方法。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
    前記機械が行う前記作業の種類、負荷量、頻度のうち少なくともいずれかを紐づけて、前記稼働データを記憶すること
    を特徴とする異常判定方法。
12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
    前記機械の保全履歴又は保全箇所を紐づけて、前記稼働データを記憶すること
    を特徴とする異常判定方法。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の異常判定方法であって、
    前記可動部は、作業アームであること
    を特徴とする異常判定方法。
14. 請求項１３に記載の異常判定方法であって、
    前記機械は少なくとも１つ以上の関節を備え、
    前記作業アームは、前記関節の中心を支点として回転動作すること
    を特徴とする異常判定方法。
15. 請求項１４に記載の異常判定方法であって、
    前記関節は、モータに組み付けられた減速機であって、
    前記稼働データには、前記減速機でのギヤ位置が少なくとも含まれること
    を特徴とする異常判定方法。
16. 請求項１～１５のいずれか一項に記載の異常判定方法に基づいて、第１動作パターンで動作する前記機械が異常であると判定された場合に、前記第１動作パターンとは異なる第２動作パターンで動作するよう前記機械を制御する制御方法であって、
    前記機械は、前記作業を行う作業実行部を有し、
    前記第２動作パターンにおける前記作業を行う際の前記作業実行部の位置は、前記第１動作パターンにおける前記作業を行う際の前記作業実行部の位置と同じであり、
    前記第２動作パターンによって定まる前記可動部の第２駆動範囲は、前記第１動作パターンによって定まる前記可動部の第１駆動範囲とは異なること
    を特徴とする制御方法。
17. 機械が備える可動部の可動範囲のうち所定の駆動範囲で前記可動部を動作させることで所定の作業を行う前記機械、の異常を判定する異常判定装置であって、
    前記機械を制御するコントローラを備え、
    前記コントローラは、
    前記可動範囲から前記駆動範囲を除いた範囲を非駆動範囲として、前記駆動範囲と前記非駆動範囲との間の境界を含む検査範囲を前記可動範囲の内で設定し、
    前記検査範囲にわたって前記可動部を動作させて前記機械の稼働データを取得し、
    取得した前記稼働データに基づいて、前記機械の異常を判定すること、
    を特徴とする異常判定装置。

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