JP2016100026A - ロボットの状態を診断するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ダウンタイムを計画して最小化し、ロボットの機械寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減するために、ロボットのメンテナンスおよび最適化の必要性を事前に判定するためのシステムおよび方法が求められている。
【解決手段】ロボットデータを伝送する方法は、複数のロボットの各々からリアルタイムでデータを収集するステップを備える。複数のロボットの各々から収集されたデータは、次いで、各々のロボットの制御部から第１のデータ収集装置へ、リアルタイムで伝送される。データは、マルチセグメントの待ち行列機構を用いて、第１のデータ収集装置内でバッファリングされる。待ち行列機構は、保有ポリシーを有するように構成される。データは、次いで、第１のデータ収集装置の待ち行列機構の保有ポリシーに基づいて、第２のデータ収集装置へ伝送される。第２のデータ収集装置は、データを解析し、ロボットのいずれかにメンテナンスまたは最適化が必要であるか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本願は、２０１４年１１月２６日に出願された米国特許仮出願シリアルＮｏ．６２／０８４，８９９号に対して優先権を主張するものである。なお、この出願の内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。

本発明は、複数のロボットを含む製造設備におけるダウンタイムを最小化するためにロボットの状態を診断するためのシステムおよび方法に関する。

現代の製造設備は、しばしば、製造プロセスを自動化するために、様々なロボットを用いる。これらロボットは、セル内に配置され、いくつかのロボットは、同じプロセスを実行する。例えば、いくつかのロボットは、その全てが、ワークに対して特定の溶接プロセスを実行する。代替的には、いくつかのロボットは、組立ラインで用いられ、各ロボットは、製造シーケンスの特定の工程を実行する。

ロボットは、効率を最大化するのに効果的ではあるが、欠点もある。人間とか異なって、ロボットは、一般的には、問題に直面したときに通信することができない。例えば、ロボットのベアリングまたはエンコーダは、移動距離、温度、負荷条件といった様々な動作条件に基づいて、前触れなく故障し得る。

標準的な動作条件の下、メンテナンス時期が、一定間隔で計画され得る。しかしながら、一定間隔で計画されたメンテナンスは、動作条件が標準を大きく超過していない場合、過剰となり、その結果、コンポーネントが時期尚早に交換され、メンテナンスコストを不必要に増大させてしまう可能性がある。

代替的には、一定間隔で計画されたメンテナンスは、動作条件が標準を大きく超過している場合は、不十分となり得る。この場合、ロボットは、計画されたメンテナンス時期が来る前に、予期しない問題に直面し得る。予期しない故障は、大規模製造設備の場合、様々な理由から特に問題となる。

第１に、製造設備は、一般的に、コストを最小化するための努力において、工場内で在庫となっているスペア部品の個数を最小化しようと試みる。したがって、部品の交換がしばしば命令される。ロボットの場合、多くの交換部品は、長いリードタイムを有し、その結果、ロボットが動作不能になっている時間が延びてしまうことになり得る。

また、製造スケジュールは、一般的に、数日または数週間までに計画され、製造設備におけるロボットの各々は、予め定められた作業量をアウトプットすることが期待されている。動作不能となったロボットの後工程の製造プロセスにおいて、在るべきワークが欠乏することになるので、１つのロボットの予期しないダウンタイムは、製造設備全体に好ましくない影響を及ぼし得る。

したがって、本技術分野において、ダウンタイムを計画して最小化し、ロボットの機械寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減するために、ロボットのメンテナンスおよび最適化の必要性を事前に判定するためのシステムおよび方法が求められている。

本発明に一致して、ロボットのメンテナンスおよび最適化の必要性を事前に判定するためのシステムおよび方法が、驚くべきことに発見された。

第１の態様において、ロボットデータを伝送する方法は、複数のロボットの各々からリアルタイムでデータを収集するステップを備える。次いで、複数のロボットの各々から収集されたデータは、各々のロボットの制御部から第１のデータ収集装置へ、リアルタイムで伝送される。データは、マルチセグメントの待ち行列機構を用いて、第１のデータ収集装置内でバッファリングされる。待ち行列機構は、保有ポリシーを有するように構成される。次いで、データは、第１のデータ収集装置の待ち行列機構の保有ポリシーに基づいて、第２のデータ収集装置へ伝送される。

他の態様において、ロボットの解析および予測を報告する方法は、第１のデータ収集装置においてデータを収集するステップを備える。次いで、収集されたデータは、第２のデータ収集装置に伝送され、該第２のデータ収集装置に記憶される。第２のデータ収集装置は、第１のデータ収集装置から離隔して設けられてもよいし、または、該第１のデータ収集装置に設けられてもよい。次いで、データは、第２のデータ収集装置において解析され、データの解析に基づくレポートが生成される。制御部のパラメータの変更、異常、または不具合が、レポート内で特定され、該レポートは、少なくとも１つの受信体へ分配される。

さらに他の態様において、ロボットの解析および予測を報告するシステムは、プログラム可能な制御部を有する、少なくとも１つのロボットを備える。ロボットの制御部は、該ロボットから動的データを収集するように構成される。第１のデータ収集装置は、ロボットの制御部とリアルタイムで通信可能であり、制御部から動的データを受信するように構成される。また、第１のデータ収集装置は、動的データを所定期間に亘ってバッファリングするように構成される。このシステムは、第１のデータ収集装置と通信可能な第２のデータ収集装置をさらに備える。第２のデータ収集装置は、第１のデータ収集装置から動的データを受信して該動的データを解析するように構成される。受信体は、第２のデータ収集装置と通信可能である。

上述した本発明の利点、および本発明の他の利点は、特に以下に述べる図面を考慮した場合、後述する詳細な説明から、当業者に明らかとなるであろう。

本開示の第１の実施形態に係るシステムの概略図である。 本開示の第２の実施形態に係るシステムの概略図である。 本開示の第３の実施形態に係るシステムの概略図である。 本開示の一実施形態に係る、ロボットの状態を診断するための方法のブロック図である。

以下の詳細な説明、および添付の図面は、本発明の種々の実施形態を記載、および図示している。これら記載および図面は、当業者が本発明を作製および利用することを可能とするものであるが、如何なる態様においても本発明を限定することを意図するものではない。

図１〜図３に示すように、ダウンタイムを最小化するためのシステム１０は、少なくとも１つのロボット１２を備える。図示された実施形態においては、システム１０は、複数のロボット１２を備えている。ロボット１２の各々は、多関節型のロボットアーム１４を有し、該ロボットアーム１４は、例えば切削、溶接、またはマニピュレーションといった作業を、ワークに対して実行するように、構成されている。

ロボット１２は、少なくとも１つのプログラム可能な制御部１６を有し、該コントローラ１６は、複数のタイプのデータを記憶するための記憶装置を有する。本稿においては、「制御部」は、コンピュータプロセッサを含むものとして定義され、該コンピュータプロセッサは、記憶装置に記憶された命令の形式としてのソフトウェアまたはソフトウェアプログラムを実行するように構成されている。

記憶装置は、如何なる適当なメモリタイプのものであってもよいし、または、それらの組み合わせであってもよい。また、本稿においては、「記憶装置」は、コンピュータによって読み出し可能な、持続性且つ有形の記憶媒体を含むものとして定義され、該記憶媒体に、ソフトウェア、ソフトウェアプログラム、データセット、データテーブル、アルゴリズム、および他の情報が記憶され得る。制御部１６は、ソフトウェアまたはソフトウェアプログラムを実行するために、記憶装置と電気的に通信可能である。

制御部１６は、使用者が制御部１６にデータまたはプログラムを入力可能とするため、または、該制御部１６に記憶されたデータにアクセス可能とするための、ユーザインターフェース２０を有し得る。ユーザインターフェース２０は、使用者に情報を表示するための表示部を有し得る。

制御部１６は、ロボット制御部１６であってもよく、この場合、制御部１６は、様々な動作をアクティブに実行するために、ロボット１６に接続される。本発明は、ロボット制御部１６に限定されるものではないことを、理解されたい。非限定的な一例として、制御部１６は、ロボット１２の予め定められた状態を監視する監視装置のような、受動的な制御部１６であり得る。

ロボット１２の複数のセンサ２２は、予め定められた条件に基づいて、ロボットアーム１４から動的データを収集する。センサ２２は、例えば、ロボットアームのジョイントの移動距離およびその方向を計測するためのオドメータ、ジョイントの動作温度を計測するための温度計、および、ジョイントへの動作負荷を計測するためのロードセルを含み得る。センサ２２は、制御部１６と通信可能であり、制御部１６は、センサ２２から動的データを、リアルタイムで収集する。

システム１０は、プログラム可能な制御部１６とリアルタイムで通信可能な第１のデータ収集装置２４をさらに備え得る。図１および図３に示されているように、第１のデータ収集装置２４は、制御部１６の外部に配置された物理ディスクであり得る。第１のデータ収集装置２４は、複数の制御部１６と、機能的ネットワーク２６を介して、通信可能である。システム１０の代替的な実施形態では、第１のデータ収集装置２４は、図２に示すように、各ロボット１２の制御部１６の記憶装置に組み込まれた、論理的または仮想的なディスクであってもよい。

機能的ネットワーク２６は、複数の制御部１６のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）もしくは広域エリアネットワーク（ＷＡＮ）であってもよいし、または、制御部１６と第１のデータ収集装置２４との直接接続であってもよい。また、機能的ネットワーク２６は、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはセルラーデータネットワークといった、無線通信の能力を有していてもよい。

第１のデータ収集装置２４は、複数の優先順位セグメントを含む、マルチセグメントの待ち行列機構を有する。例えば、待ち行列機構は、高優先順位のセグメントと、低優先順位のセグメントとを有し得る。待ち行列機構は、データ保有ポリシーを有し、イベント、優先順位、継続時間、サイズ、移動速度、スループット最適化のためのデータ変換、およびデータ記憶要求の少なくとも１つに基づいて、データをバッファリングするように構成されている。

少なくとも１つの第２のデータ収集装置２８が、機能的ネットワーク２６を介して第１のデータ収集装置２４と通信可能であってもよい。第２のデータ収集装置２８は、第１のデータ収集装置２４から受信した動的データを処理するように構成されたネットワークサーバであり得る。図１および図２に示すように、第２のデータ収集装置２８は、機能的ネットワーク２６を介して第１のデータ収集装置２４に接続された、独立したネットワークサーバであり得る。第２のデータ収集装置２８は、第１のデータ収集装置２４と同じ部屋または建物内に設置されてもよいし、または、第１のデータ収集装置２４と同じ（または同じではない）地理的周辺地に配置された完全に異なる建物内に、設置されてもよい。

代替的には、第２のデータ収集装置２８は、図３に示すように、第１のデータ収集装置２４に設けられてもよい。この場合、一体に設けられた第１のデータ収集装置２４および第２のデータ収集装置２８は、機能的ネットワーク２６を介して複数の第１のデータ収集装置２４の各々と通信可能なデータ取集ユニット３０を構成する。

第２のデータ収集装置２８は、第１のデータ収集装置２４から受信した動的データを解析し、システム１０の特定のロボット１２のメンテナンスまたは最適化が何時必要であるかを判定するように、構成されている。メンテナンスは、第２のデータ収集装置２８によって特定された異常または不具合に基づく、ロボット１２の特定のコンポーネントの修理または交換の作業を含む。最適化は、ロボット１２の効率を最大化するために制御部１６のパラメータを変更する作業を含む。

システム１０は、機能的ネットワーク２６を介して第１のデータ収集装置２４および第２のデータ収集装置２８の少なくとも一方と通信可能な受信体３２をさらに備える。図示された実施形態においては、受信体３２は、セルラーフォンまたはタブレットのようなスマートデバイス、およびパーソナルコンピュータのようなネットワーク端末を有する。しかしながら、受信体３２は、例えば第２のサーバ、アプリケーションソフトウェア、ウェブブラウザ、Ｅメール、およびロボット教示装置といった、第２のデータ収集装置２８からの解析された動的データを受信可能な如何なる装置であってもよい。代替的には、受信体３２は、第２のデータ収集装置２８から印刷物を直接受け取る人であってもよい。

使用時においては、図４に示すように、各々のロボット１２のセンサ２２は、動作中の動的データを計測する。このような動的データは、ジョイントの移動距離、コンポーネントの動作負荷、コンポーネントの動作温度、コンポーネントの速度超過による緊急停止、ジョイントの反転移動状態、および、ロボットの動作に関する他の動的データを含む。

次いで、センサ２２によって計測された動的データは、制御部１６によって収集され、第１のデータ収集装置２４に伝送されるか、または第１のデータ収集装置２４によって抽出される。

動的データは、第１のデータ収集装置２４のセグメントのうちの少なくとも１つにおいて、優先順位に基づいてバッファリングされる。ここで、高優先順位のデータは、高優先順位のセグメントにバッファリングされ、低優先順位のデータは、低優先順位のセグメントにバッファリングされる。待ち行列機構は、如何なる数の優先順位セグメントを含んでもよく、個々の動的データが、バッファリングされてもよいことを、理解されたい。

動的データは、待ち行列機構のデータ保有ポリシーに基づいて、該待ち行列機構の優先順位セグメントに保有されている。データ保有ポリシーは、トリガーイベント、優先順位、継続時間、サイズ、移動速度、スループット最適化のためのデータ変換、およびデータ記憶要求の少なくとも１つに基づいて、動的データを保有し、優先順位を決めている。

トリガーイベントの発生時に、動的データは、第１のデータ収集装置２４から第２のデータ収集装置２８に伝送される。このトリガーイベントは、制御部１６、または外部のトリガー装置２４から受信され得る。代替的には、このイベントは、第１のデータ収集装置２４によって内部でトリガーされてもよい。一実施形態において、トリガーイベントが発生したとき、第１のデータ収集装置２４に記憶された動的データの全てが、第２のデータ収集装置２８に伝送され得る。代替的には、トリガーイベントが発生したとき、第１のデータ収集装置２４は、低優先順位の動的データの伝送を中断し、高優先順位の動的データの第２のデータ収集装置２８への伝送を開始してもよい。

次いで、第２のデータ収集装置２８によって受信された動的データは、ロボット１２のメンテナンスまたは最適化が必要であるか否かを判定するために、解析される。メンテナンスまたは最適化の判定は、各タイプの動的データの考察に基づいて行われる。例えば、第２のデータ収集装置２８は、複数のロボット１２のうちのいずれか１つのメンテナンスまたは最適化が必要であるか否かを判定するときに、移動距離、温度、速度超過による緊急停止、ジョイントの反転移動状態、および、他の動的データを評価する。より具体的には、ロボット１２の複数の動作状態が、標準の動作状態を大きく超過していない、または大きく超過していると判定されたときに、メンテナンス時期の間隔が、増加または縮減され得る。例えば、高温、速度超過による緊急停止、およびジョイントの反転移動状態の発生は、メンテナンス時期の間隔を縮減することの要因となり得る。

第２のデータ収集装置２８が、メンテナンスまたは最適が必要であると判定しなかった場合、データ収集と解析のプロセスが4、繰り返し実行される。代替的には、第２のデータ収集装置２８が、いずれかのロボット１２のメンテナンスまたは最適化が必要であると判定した場合、第２のデータ収集装置２８は、解析された動的データの読み出し情報を含むレポートを生成してもよい。このレポートは、動きの健全性、機械の健全性、プロセスの健全性、システムの健全性、およびメンテナンス通知といった、不具合前の状態の検知およびシステム１０のダウンタイムの最小化に関する情報を含む。

このレポートは、システム１２の特定のロボット１２に関する特定の情報を含み得る。このレポートは、交換する必要があるロボット１２のコンポーネント（例えば、ベアリング、エンコーダ、または制御部）を特定する、メンテナンスまたは最適化の通知を含む。このレポートは、メンテナンスまたは最適化が必要となりつつあるロボット１２に関する予測を提供してもよい。この予測によって、受信体３２は、予測されるダウンタイムに基づいて、将来の製造スケジュールを最適化できる。

レポートがメンテナンスまたは最適化の通知を含む場合、該通知は、少なくとも１つの受信体３２に適用され、メンテナンス作業が開始され得る。この通知は、受信体３２によって受信され、使用者に表示される。これにより、使用者は、ロボット１２に対する作業命令の作成、またはロボット１２のダウンタイムのスケジューリングといったメンテナンス作業を開始し得る。

代替的には、第２のデータ収集装置２８は、メンテナンス作業を自動的に開始するように、構成されてもよい。第２のデータ収集装置２８が、いずれかのロボット１２にメンテナンスが必要であると判定した場合、第２のデータ収集装置２８は、使用者からの入力を受けることなく、ロボット１２のコンポーネントの交換、またはロボット１２のダウンタイムのスケジュールといった作業命令を、生成し得る。

本稿で開示されたシステム１０は、ダウンタイムを最小化することによって、製造設備の効率を有利に改善する。例えば、各ロボット１２の動作状態に関する動的データを収集し、記録し、解析することによって、メンテナンス時期の間隔を、ロボット１２の各々に固有に調整することができる。

極端な（標準動作状態を大きく超過した）動作状態におかれているロボット１２の場合、メンテナンス時期の間隔は、標準の間隔から縮減され、これにより、予期しない不具合を防止できる。動的データに基づいてメンテナンス時期のスケジューリングを行うことによって、ロボット１２のダウンタイムは、交換するコンポーネントの利用可能性に基づいてスケジューリングすることができ、縮減された製造能力に適応するために、製造日程を予め調整することができる。

代替的には、ロボット１２が、極端でない（標準動作状態を大きく超過していない）動作状態におかれている場合、メンテナンス時期の間隔は、標準の間隔よりも延長され、これにより、コンポーネントの不必要な交換を省略し、メンテナンスに掛かるコストを最小化できる。

本発明を説明するために、ある代表的な実施形態とその詳細を説明したが、添付の特許請求の範囲に記載されている本開示の範囲を逸脱することなく、様々な変更を加えることができることが、当業者に明らかである。

Claims (20)

1. ロボットデータを伝送する方法であって、
   複数のロボットの各々から、リアルタイムでデータを収集するステップと、
   各々の前記ロボットの制御部から第１のデータ収集装置へ前記データをリアルタイムで伝送するステップと、
   保有ポリシーを有するマルチセグメントの待ち行列機構を用いて、前記第１のデータ収集装置において前記データをバッファリングするステップと、
   前記保有ポリシーに基づいて、前記データを第２のデータ収集装置へ伝送するステップと、を備える、方法。
2. 前記ロボットのメンテナンスまたは最適化の必要性を判定するために、前記第２のデータ収集装置において前記データを解析するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２のデータ収集装置からレポートを生成するステップをさらに備え、
   前記レポートは、機械の健全性、プロセスの健全性、システムの健全性、およびメンテナンス通知のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記保有ポリシーは、トリガーイベント、優先順位、継続時間、サイズ、移動速度、スループット最適化のためのデータ変換、およびデータ記憶要求の少なくとも１つに基づいて、前記第１のデータ収集装置において前記データを保有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１のデータ収集装置は、前記ロボットの前記制御部内の論理装置である、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１のデータ収集装置は、前記ロボットの前記制御部の外部にある物理記憶装置である、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２のデータ収集装置は、機能的ネットワークを介して前記第１のデータ収集装置に接続されたネットワークサーバである、請求項１に記載の方法。
8. 前記第２のデータ収集装置は、前記第１のデータ収集装置に設けられ、該第１のデータ収集装置と直接通信する、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１のデータ収集装置に伝送された前記データは、所定期間に亘ってデータを保有可能なデータ記憶装置にバッファリングされ、
   前記第１のデータ収集装置は、前記ロボットの前記制御部または外部機器からのイベント、および前記第１のデータ収集装置の内部のトリガーイベントのうちの１つに応じて、前記データの全てを前記第２のデータ収集装置へ伝送する、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１のデータ収集装置に伝送された前記データは、所定期間に亘ってデータを保有可能なデータ記憶装置にバッファリングされ、
    前記第１のデータ収集装置は、前記データを優先順位セグメント内で待ち行列に入れて、低優先順位のセグメントのデータ伝送を中断し、高優先順位のセグメントから前記データを前記第２のデータ収集装置またはサーバへ伝送する、請求項１に記載の方法。
11. 前記データは、ジョイントの移動距離、コンポーネントの動作負荷、コンポーネントの動作温度、コンポーネントの速度超過による緊急停止、およびジョイントの反転移動状態のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
12. ロボットの解析および予測を報告する方法であって、
    第１のデータ収集装置においてデータを収集するステップと、
    前記第１のデータ収集装置から離隔して設けられ、または該第１のデータ収集装置に設けられた第２のデータ収集装置に前記データを伝送し、該データを該第２のデータ収集装置に記憶するステップと、
    前記第２のデータ収集装置において前記データを解析するステップと、
    前記第２のデータ収集装置による前記データの解析に基づくレポートを、該第２のデータ収集装置から生成するステップと、
    前記レポート内にある、前記ロボットの前記制御部のパラメータ変更、異常、または不具合に対する判定を特定するステップと、
    前記レポートを少なくとも１つの受信体へ分配するステップと、を備える、方法。
13. 前記受信体は、スマートデバイス、サーバ、アプリケーションソフトウェア、Ｅメール、パーソナルコンピュータ、およびロボット教示装置のうちの少なくとも１つである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記データの解析に基づいて作業命令を生成するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
15. 前記データは、ジョイントの移動距離、コンポーネントの動作負荷、コンポーネントの動作温度、コンポーネントの速度超過による緊急停止、およびジョイントの反転移動状態のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
16. ロボットの解析および予測を報告するシステムであって、
    少なくとも１つのロボットであって、該ロボットから動的データを収集するように構成されたプログラム可能な制御部を有する、少なくとも１つのロボットと、
    前記制御部から前記動的データを受信して該動的データを所定期間に亘ってバッファリングするように構成され、前記少なくとも１つのロボットの前記制御部と電気的に通信可能な第１のデータ収集装置と、
    前記第１のデータ収集装置から前記動的データを受信して該動的データを解析するように構成され、前記第１のデータ収集装置と通信可能な第２のデータ収集装置と、
    前記動的データの解析を受信するために前記第２のデータ収集装置と通信可能な受信体と、を備える、システム。
17. 前記第１のデータ収集装置は、前記ロボットの前記制御部の記憶部内の論理装置である、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記第１のデータ収集装置は、前記制御部とは別に設けられた物理記憶ディスクである、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記制御部、前記第１のデータ収集装置、前記第２のデータ収集装置、および前記受信体の各々は、機能的ネットワークと通信可能である、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記第２のデータ収集装置は、前記第１のデータ収集装置に設けられる、請求項１６に記載のシステム。

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