JPH07160323A - 産業用ロボットの動作波形診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動作データの波形を自動的に診断しその結果
を表示しうる産業用ロボットの動作波形診断装置を提供
すること。 【構成】 所定の作業を行うロボット本体１と、このロ
ボット本体を制御するコントローラ２とを有するロボッ
トシステムにおいて、前記コントローラ２に、このコン
トローラ２と通信してロボット本体１の動作データの履
歴を記憶するデータファイル１６ａと、基準波形と比較
して取り込んだ動作データの波形の特徴量を抽出する波
形特徴抽出部１８と、前記基準波形と前記特徴量とから
モデル化された標準データを作成する標準データ作成部
１９と、前記標準データを前記動作データに合わせて調
整する標準データ調整部２０と、調整された前記標準デ
ータと前記動作データとを比較してあらかじめ設定され
た波形診断用コメントテーブル２１ａをルックアップし
ながら前記動作データの波形診断を行う波形診断部２１
とを有するワークステーション１０を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの動作
波形診断装置に関し、特に動作データの波形を自動的に
診断しその結果を表示しうるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、自動車工場をはじめとしてさまざ
まな生産工場において産業用ロボット（以下、単にロボ
ットという）の導入が盛んになされているが、こうした
ロボットシステムは、一般に、たとえば図１３に示すよ
うに、ロボット本体１（たとえばサーボモータを備えた
複数の駆動軸を有する多軸ロボット）と、これを制御す
るコントローラ２と、信号の増幅等を行うアンプ３（た
とえばデジタルサーボアンプ）とからなり、この場合、
ロボット本体１は、Ｄ／Ａ変換器４とＡ／Ｄ変換器５を
介してアンプ３と接続されている。コントローラ２から
の速度指令または位置指令はアンプ３によって増幅され
た後、Ｄ／Ａ変換器４を介してロボット本体１の各軸に
送られる。これにより、ロボット本体１は所定の動作を
行い、この時の各軸の動作データ（たとえば、エンコー
ダからの速度フィードバックデータ、電流データなど）
はＡ／Ｄ変換器５を介してアンプ３に入力された後、コ
ントローラ２に送られるようになっている。

【０００３】そして、従来、システムによっては、さら
に、前記動作データをコントローラ２内のメモリに記憶
させ、その信号波形を表示していた（図１４参照）。こ
れにより、個々のロボット本体１の動作時の波形の善し
悪しを判定して、誤動作したときの原因究明や経年変化
の内容チェック、チューニングなどの支援に供してい
た。なお、図１４は信号波形の表示例を示したものであ
って、同図（Ａ）は時間に対する速度指令（点線）と速
度フィードバック信号（実線）の各波形を示し、また、
同図（Ｂ）は時間に対する電流値の波形を示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の動作波形表示方法にあっては、ロボット本体
１の各軸が動作した時のデータをアンプ３を介してコン
トローラ２内のメモリに格納しておいて表示するだけで
あるため、次の動作を行った時にはデータが書き替えら
れて前のデータは残らない。そこで、前の動作データを
残しておくためには、データ通信を行って外部のデータ
ファイルに記憶させるか、または紙に印刷して残してお
くことが必要となる。

【０００５】そして、動作データの波形を評価する際に
は、データファイルから読み出して画面に表示する方法
であれ紙に印刷する方法であれ、いずれにしろ、専門の
知識を有する者が、過去のデータを用意して画面または
紙面上の波形と比較して、波形の善し悪しを判断し、さ
らには波形のどの部分がどう問題なのかを判断するとい
う作業が必要であった。

【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、ロボットの動作データの波
形を自動的に診断しその結果を表示しうる産業用ロボッ
トの動作波形診断装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、所定の作業を行うロボット本体と、当該ロ
ボット本体を制御するコントローラと、当該コントロー
ラと通信して前記ロボット本体の動作データの履歴を記
憶する記憶手段と、基準波形と比較して前記動作データ
の波形の特徴量を抽出する動作波形特徴抽出手段と、前
記基準波形と前記特徴量とに基づいてモデル化された標
準データを作成する標準データ作成手段と、前記標準デ
ータを前記動作データに合わせて調整する標準データ調
整手段と、調整された前記標準データと前記動作データ
とを比較してあらかじめ設定された波形診断用コメント
テーブルをルックアップしながら前記動作データの波形
診断を行う波形診断手段と、前記波形診断の結果を表示
する表示手段とを有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】このように構成した本発明にあっては、ロボッ
ト本体の動作データは、コントローラとの通信によって
記憶手段に逐次取り込まれ、動作データの履歴ファイル
に蓄積される。動作波形特徴抽出手段は、記憶手段から
必要数の動作データを読み出してそれぞれ基準波形と比
較し、各動作データの波形の特徴量を抽出する。標準デ
ータ作成手段は、前記基準波形と抽出された前記特徴量
とに基づいてモデル化された標準データを作成する。標
準データ調整手段は、作成された標準データをこれから
波形診断を行う動作データのスケールに合わせるべく、
前記標準データを前記動作データに合わせて調整する。
波形診断手段は、調整された前記標準データと前記動作
データとを比較して、あらかじめ設定された波形診断用
コメントテーブルをルックアップしながら、前記動作デ
ータの波形診断を行う。この波形診断の結果は表示手段
に表示される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本実施例の概略構成図、図２は図１の要
部システム構成図、図３はコメントテーブルの一例を示
す図、図４は同実施例の動作フローチャート、図５〜図
７はそれぞれ図４のサブルーチンの内容を示すフローチ
ャート、図８〜図１０はそれぞれ図５〜図７の説明に供
する波形図、図１１は標準データの調整方法の説明に供
する図、図１２は本実施例による表示例を示す図であ
る。なお、図１３と共通する部分には同一の符号を付し
てある。

【００１０】図１に示すロボットの動作波形診断装置
は、従来と同様に、所定の作業を行うロボット本体１
と、これを制御するコントローラ２と、信号の増幅等を
行うアンプ３とを有し、ここでは、ロボット本体１とし
て、たとえばサーボモータを備えた複数の駆動軸を有す
る多軸ロボットを用い、また、アンプ３として、たとえ
ばデジタルサーボアンプを用いている。ロボット本体１
は、Ｄ／Ａ変換器４とＡ／Ｄ変換器５を介してアンプ３
と接続されている。これにより、コントローラ２からの
速度指令または位置指令はアンプ３で増幅された後、Ｄ
／Ａ変換器４を介してロボット本体１の各軸に送られ、
その結果ロボット本体１は所定の動作を行い、そしてこ
の時の各軸の動作データ（たとえば、エンコーダからの
速度フィードバックデータ、電流データなど）はＡ／Ｄ
変換器５を介してアンプ３に入力された後、コントロー
ラ２に送られるようになっている。なお、Ｄ／Ａ変換器
４とＡ／Ｄ変換器５はアンプ３と一体的に構成してもよ
い。

【００１１】さらに、本実施例では、コントローラ２
に、たとえばＲＳ−２３２Ｃのデータ通信用インタフェ
ース７を介して、たとえばワークステーション１０のデ
ータ端末装置が接続されている。これにより、コントロ
ーラ２に入力されたロボット本体１の動作データは、デ
ータ通信によってワークステーション１０に転送される
ようになっている。なお、データ端末装置としては、ワ
ークステーション１０に代えてパソコンなどを用いても
よい。

【００１２】前記ワークステーション１０は、図２に示
すように、本体１１と、キーボード１２と、表示手段と
してのディスプレイ装置１３とからなり、さらに本体１
１は、入出力インタフェース１４と、コントローラ２と
の間でデータ通信を行うための通信処理部１５と、各種
データを記憶するデータファイル１６と、シミュレーシ
ョンに関する処理を行ってシミュレーションデータを作
成するシミュレーション部１７と、基準波形（具体的に
は後述するようにシミュレーションデータまたは標準デ
ータ）と比較して取り込んだ動作データの波形の特徴量
を抽出する動作波形特徴抽出手段としての波形特徴抽出
部１８と、基準波形に前記特徴量を加えてモデル化され
た標準データを作成する標準データ作成手段としての標
準データ作成部１９と、標準データを波形診断すべき動
作データのスケールに調整する標準データ調整手段とし
ての標準データ調整部２０と、調整された標準データと
前記動作データとを比較してあらかじめ設定された波形
診断用コメントテーブル２１ａをルックアップしながら
前記動作データの波形診断を行う波形診断手段としての
波形診断部２１とから構成されている。前記データファ
イル１６には、コントローラ２から取り込んだ動作デー
タを蓄積する記憶手段としての波形データ履歴用データ
ファイル１６ａと、故障時の動作データの履歴を格納す
る故障履歴用データファイル１６ｂとがある。また、前
記波形診断用コメントテーブル２１ａは、波形診断で付
される動作データに対するコメントの一覧表であって
（図３参照）、たとえば波形診断部２１内のメモリに格
納されている。このコメントテーブルは、たとえば図３
に示すように、速度波形に対するコメント（定性的また
は原因的）と、電流波形に対するコメント（定性的また
は原因的）などからなり、これらのコメントは、動作波
形の特徴量と関連づけてあらかじめ実験によって適当に
設定しておく。

【００１３】このように構成された本装置は、図４〜図
７のフローチャートに従って次のように動作する。この
フローチャートは、各ロボットの、各軸の、各プログラ
ムに対してそれぞれ実行される。

【００１４】まず、オペレータによってワークステーシ
ョン１０内のシミュレーション部１７においてシミュレ
ーション用のモデリングが行われると（Ｓ１）、シミュ
レーション部１７はシミュレーションを実行し（Ｓ
２）、実際に作動されるロボット本体１（以下、実機と
いう）の動作データと比較して初期モデルが適正かどう
かを判断する（Ｓ３）。この判断の結果として適正でな
ければ、ステップ１に戻って、ステップ１〜ステップ３
の動作を繰り返す。

【００１５】初期モデルが適正であれば、シミュレーシ
ョン部１７は、その初期モデルを実現するためのシミュ
レーション用のブロック線図の各種パラメータの値を算
出して、波形診断する動作データ（たとえば速度フィー
ドバック信号、電流値、位置フィードバック信号など）
に対応するシミュレーションデータを作成する（Ｓ
４）。

【００１６】それから、ワークステーション１０内の通
信処理部１５は、実機１の動作時の各種データ（たとえ
ば、コントローラ２から実機１に出力された速度指令、
実機１の各軸に取り付けられているエンコーダからの速
度フィードバック信号や位置フィードバック信号、各軸
のサーボモータを流れる電流値など）を、コントローラ
２とデータ通信を行って取り込み、波形データ履歴用の
データファイル１６ａに格納する（Ｓ５）。それから、
実機１の波形データが標準データの作成に必要な数だけ
取り込まれたかどうかを判断し（Ｓ６）、この判断の結
果として必要数に達していなければ、ステップ５に戻っ
て、ステップ５とステップ６の動作を繰り返す。

【００１７】実機１の波形データが必要数だけ取り込ま
れていれば、ワークステーション１０内の波形特徴抽出
部１８は、初期標準データの作成モードかどうかを判断
し（７）、この判断の結果として初期標準データの作成
モードであれば、ステップ８に進んで、シミュレーショ
ンデータを基準波形として標準データを作成するが、こ
れに対し、初期標準データの作成モードでなければ、つ
まりすでに標準データが作成されていれば、ステップ１
０に進んで、その標準データを基準波形として新たな標
準データの作成、つまり標準データの更新を行う。

【００１８】すなわち、初期標準データの作成モードの
場合には、波形特徴抽出部１８は、シミュレーションデ
ータを基準波形として、取り込んだ実機１のデータをそ
の基準波形としてのシミュレーションデータと比較して
各動作データの波形の特徴量を抽出する（Ｓ８）。この
サブルーチンの内容は、動作データの種類に応じて図５
〜図７に示す通りである。

【００１９】図５は動作データが速度波形のときのフロ
ーチャートである。この場合には、波形特徴抽出部１８
は、まず、図８（Ａ）に示すように、速度指令（点線）
に対する速度フィードバック信号（実線）の遅れ量、た
とえば、クロススタート点ａ、目標速度到達点ｂ、クロ
スエンド点ｃなどの量を取り出し（Ｓ１５）、それか
ら、図８（Ａ）に示すように、定速時のフィードバック
波形の特徴量、たとえば、ピーク−ピークの大きさ（平
均値と最大値）ｄ、振動の中央位置ｅ、振動周期（平均
値）ｆなどの量を取り出す（Ｓ１６）。

【００２０】また、図６は動作波形が電流波形のときの
フローチャートである。この場合には、波形特徴抽出部
１８は、まず、図９（Ａ）に示すように、最小２乗法を
用いて立上り時の波形ｇを二次式で近似して各係数を取
り出した後（Ｓ１７）、順に、図９（Ｂ）に示すよう
に、最大電流の値ｈとそれまでの所要時間ｉの取出し
（Ｓ１８）、定速時の電流値ｊの取出し（Ｓ１９）、減
速時の電流値ｋの取出し（Ｓ２０）、定常状態での電流
値ｍの取出し（Ｓ２１）を行う。

【００２１】さらに、図７は動作データが位置波形のと
きのフローチャートである。この場合には、波形特徴抽
出部１８は、図１０に示すように、まず、最小２乗法を
用いて立上り時（加速時）の波形ｐを二次式で近似して
各係数を取り出し（Ｓ２２）、それから、同じく最小２
乗法を用いて減速時の波形ｑを二次式で近似して各係数
を取り出す（Ｓ２３）。

【００２２】こうして実機１の各動作データの波形の特
徴量が抽出されると、ワークステーション１０内の標準
データ作成部１９は、シミュレーションデータに前記特
徴量を加えて、モデル化された標準データを作成する
（Ｓ９）。具体的には、シミュレーション用のブロック
線図のパラメータを変更して、実機１の動作データの波
形を再現させることによって、標準データを作成する。
たとえば、速度フィードバック信号の立上り時の遅れが
大きい場合には、静摩擦抵抗を大きくすべくパラメータ
の値を変更する。

【００２３】これに対し、初期標準データの作成モード
でない場合には、すでに標準データが作成されており、
実機１の特性の経年変化が問題となる。そこで、この場
合には、波形特徴抽出部１８は、すでに作成されている
標準データを基準波形として、取り込んだ実機１のデー
タをその基準波形としての標準データと比較して各動作
データの経年変化を抽出し（Ｓ１０）、それから、その
標準データに抽出した経年変化を加えて、標準データの
内容を更新する（Ｓ１１）。経年変化の抽出は、具体的
には、ステップ８と同様、取り込んだ各動作データの波
形の特徴量を抽出することによって行われるので、ステ
ップ１０とステップ１１の内容は、基準波形としてシミ
ュレーションデータを用いるか標準データを用いるかの
違いを除いてステップ８とステップ９と同じであり、し
たがって、その詳細な説明は省略する。

【００２４】標準データが新規に作成され、または更新
されると、ワークステーション１０内の標準データ調整
部２０は、これから波形診断を行う実機１の動作データ
のうち、たとえば速度指令を基準にして、前記標準デー
タの各種波形を、基準とした速度指令の波形のスケール
に合わせるべく調整を行う（Ｓ１２）。具体的には、た
とえば、まず、速度波形を基準にして時間軸方向の差ｒ
をとり、この差ｒを基に標準データを定数倍した後、今
度は最大値の差ｓをとり、この差ｓを基に標準データを
定数倍する（図１１参照）。それから、電流波形などに
ついても、前記差ｒ、ｓの値を用いて調整する。図１２
には、調整前の標準データ（点線）と調整後の標準デー
タ（一点鎖線）を示してある。

【００２５】こうして標準データに対して実データに合
わせた調整が行われると、ワークステーション１０内の
波形診断部２１は、実機１の動作データとこれに合わせ
てスケール調整された標準データとを比較して、コメン
トテーブル２１ａ（図３参照）をルックアップしながら
実機１の動作データの波形診断を行い、波形の状態の善
し悪し、さらにはどの部分がどの原因でどう問題なのか
といったデータに対するコメントを付す（Ｓ１３）。前
記比較は、ステップ８またはステップ１０で抽出された
各種特徴量を標準データを比較することによって行われ
る。

【００２６】波形診断が終了すると、入出力インタフェ
ース１４内の表示用インタフェースを介して、図１２に
示すように、実機１の動作データ（実線）と調整後の標
準データ（一点鎖線）とがコメント付きでディスプレイ
装置１３の画面に表示される（Ｓ１４）。

【００２７】したがって、本実施例にあっては、コント
ローラ２にワークステーション１０を接続したので、ロ
ボット本体１の各軸の動作データをデータ通信によりワ
ークステーション１０内のデータファイル１６ａに蓄積
することができる。また、それらのデータから標準デー
タを作成し、この標準データと実データとを自動的に比
較するようにしたので、実際の動作データの波形を自動
的に診断しその結果を表示することが可能となり、波形
診断の専門家の知識が共有化されるようになり、ロボッ
トの動作波形の診断作業の効率が飛躍的に向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ロボ
ット本体の実際の動作データの波形を自動的に診断しそ
の結果を表示できるようになるので、ロボットの動作波
形の診断作業の効率が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の概略構成図

【図２】 図１の要部システム構成図

【図３】 コメントテーブルの一例を示す図

【図４】 同実施例の動作フローチャート

【図５】 図４のサブルーチンの内容を示すフローチャ
ート

【図６】 同じく図４のサブルーチンの内容を示すフロ
ーチャート

【図７】 同じく図４のサブルーチンの内容を示すフロ
ーチャート

【図８】 図５の説明に供する波形図

【図９】 図６の説明に供する波形図

【図１０】 図７の説明に供する波形図

【図１１】 標準データの調整方法の説明に供する図

【図１２】 本実施例による表示例を示す図である

【図１３】 従来のロボットシステムの一例を示す概略
構成図

【図１４】 動作データの表示例を示す図

【符号の説明】

１…ロボット本体 ２…コントローラ ３…アンプ １０…ワークステーション １３…ディスプレイ装置（表示手段） １６ａ…波形データ履歴用データファイル（記憶手段） １８…波形特徴抽出部（動作波形特徴抽出手段） １９…標準データ作成部（標準データ作成手段） ２０…標準データ調整部（標準データ調整手段） ２１…波形診断部（波形診断手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の作業を行うロボット本体と、 当該ロボット本体を制御するコントローラと、 当該コントローラと通信して前記ロボット本体の動作デ
   ータの履歴を記憶する記憶手段と、 基準波形と比較して前記動作データの波形の特徴量を抽
   出する動作波形特徴抽出手段と、 前記基準波形と前記特徴量とに基づいてモデル化された
   標準データを作成する標準データ作成手段と、 前記標準データを前記動作データに合わせて調整する標
   準データ調整手段と、 調整された前記標準データと前記動作データとを比較し
   てあらかじめ設定された波形診断用コメントテーブルを
   ルックアップしながら前記動作データの波形診断を行う
   波形診断手段と、 前記波形診断の結果を表示する表示手段と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの波形診断装
   置。