JP6926904B2 - ロボットの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの異常を判定する異常判定装置に関する。

従来、転がり軸受けとシール部材とを含む摺動部材のいずれかに劣化が生じていると判定した場合に、関節を回転させる際に発生する振動の周波数解析結果に基づいて、転がり軸受けとシール部材とのいずれに劣化が生じているか特定する異常判定装置がある（特許文献１参照）。

特開２０１６−５９９７０号公報

ところで、特許文献１に記載の異常判定装置では、転がり軸受けとシール部材とのいずれに劣化が生じているか特定しているものの、ロボットの衝突やノイズ等の外部要因により、劣化が生じていると誤判定することを考慮していない。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、外部要因による異常か内部要因による異常かを判定することのできるロボットの異常判定装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
複数の関節を備えるロボットの異常を判定する異常判定装置であって、
各関節を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含むトルク相関量を取得するトルク取得部と、
前記トルク取得部により取得された各関節の前記トルク相関量が、前記各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定する第１判定部と、
所定期間内に前記第１判定部により複数の関節において異常であると判定された場合に外部要因による異常であると判定し、前記所定期間内に前記第１判定部により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に内部要因による異常であると判定する第２判定部と、
を備える。

上記構成によれば、異常判定装置により、複数の関節を備えるロボットの異常が判定される。トルク取得部により、関節を回転させる際のトルク及びトルクに相関するパラメータを含むトルク相関量が取得される。なお、トルクに相関するパラメータとして、関節を駆動するモータに流れる電流、モータの回転加速度、それらと基準値との比等を採用することができる。

ここで、第１判定部によって、トルク取得部により取得された各関節のトルク相関量が、各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定される。このため、関節において摺動部材に傷が付いたことや、機械部品の間に異物が混入したこと等の内部要因によって、トルク相関量が閾値よりも大きくなった場合に、異常であると判定される。また、ロボットの衝突やノイズ等の外部要因によっても、トルク相関量が閾値よりも大きくなり、異常であると判定されることがある。これらの外部要因は、１つの関節の異常要因となるだけでなく、同時に複数の関節の異常要因となり得る。

この点、第２判定部によって、所定期間内に第１判定部により複数の関節において異常であると判定された場合に、外部要因による異常であると判定される。すなわち、所定期間内に複数の関節において異常が生じた場合は、各関節の内部要因による異常ではなく、外部要因による異常であると判定することができる。また、第２判定部によって、所定期間内に第１判定部により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に、内部要因による異常であると判定される。すなわち、所定期間内に１つの関節においてのみ異常が生じた場合は、外部要因による異常ではなく、１つの関節の内部要因による異常であると判定することができる。したがって、ロボットの異常判定装置において、外部要因による異常か内部要因による異常かを判定することができる。

具体的には、第２の手段では、前記第２判定部は、所定タイミングにおいて前記第１判定部によりいずれかの関節において異常であると判定された場合に、前記所定タイミングを含む前記所定期間内に前記異常であると判定された関節以外の関節において前記第１判定部により異常であると判定されている場合に、外部要因による異常であると判定する。こうした構成によれば、所定タイミングにおいて第１判定部によりいずれかの関節において異常であると判定された時に、その異常が外部要因による異常であるか否かの判定を開始することができる。したがって、外部要因による異常が生じたか否かの判定を、常に実行する必要がなく、いずれかの関節で異常が生じた時に実行することができる。

第３の手段では、前記ロボットは、３つ以上の前記関節を備えており、前記第２判定部は、前記所定期間内に前記第１判定部により隣り合わない複数の関節において異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定する。

ロボットの１つの関節に異常が生じた場合に、その関節と隣り合う関節にその異常の影響が及ぶ場合がある。その場合、１つの関節の内部要因による異常を、外部要因による異常であると誤判定するおそれがある。

この点、上記構成によれば、第２判定部によって、所定期間内に第１判定部により隣り合わない複数の関節において異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定される。このため、所定期間内に第１判定部により複数の関節において異常であると判定されたとしても、異常であると判定された関節が互いに隣り合う関節である場合は、外部要因による異常であると判定されない。したがって、１つの関節に生じた異常の影響が隣り合う関節に及ぶ場合であっても、外部要因による異常であると誤判定することを抑制することができる。

第４の手段は、
複数の関節を備えるロボットの異常を判定する異常判定装置であって、
各関節を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含むトルク相関量を取得するトルク取得部と、
前記トルク取得部により取得された各関節の前記トルク相関量が、前記各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定し、前記各閾値よりも小さい各判定値よりも大きく且つ前記各閾値よりも大きくない場合に準異常であると判定する第１判定部と、
所定期間内に前記第１判定部により複数の関節において異常である又は準異常であると判定された場合に外部要因による異常であると判定し、前記所定期間内に前記第１判定部により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に内部要因による異常であると判定する第２判定部と、
を備える。

上記構成によれば、第１判定部によって、トルク取得部により取得された各トルク相関量が、各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定される。また、第１判定部によって、トルク取得部により取得された各トルク相関量が、各閾値よりも小さい各判定値よりも大きく且つ各閾値よりも大きくない場合に準異常であると判定される。このため、各トルク相関量が、各判定値よりも大きく且つ各閾値よりも大きくない場合には、異常ではないものの、異常に近い状態であるとして、準異常であると判定することができる。

そして、第２判定部によって、所定期間内に第１判定部により複数の関節において異常である又は準異常であると判定された場合に、外部要因による異常であると判定される。すなわち、所定期間内に複数の関節において異常又は準異常が生じた場合は、各関節の内部要因による異常ではなく、外部要因による異常であると判定することができる。なお、所定期間内に複数の関節において準異常が生じた場合であっても、各関節の内部要因による異常である可能性は低いため、外部要因による異常であると判定することができる。

また、第２判定部によって、所定期間内に第１判定部により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に、内部要因による異常であると判定される。すなわち、所定期間内に１つの関節においてのみ異常が生じた場合は、外部要因による異常ではなく、１つの関節の内部要因による異常であると判定することができる。したがって、ロボットの異常判定装置において、外部要因による異常か内部要因による異常かを判定することができる。

具体的には、第５の手段では、前記第２判定部は、所定タイミングにおいて前記第１判定部によりいずれかの関節において異常である又は準異常であると判定された場合に、前記所定タイミングを含む前記所定期間内に前記異常である又は準異常であると判定された関節以外の関節において前記第１判定部により異常である又は準異常であると判定されている場合に、外部要因による異常であると判定する。こうした構成によれば、所定タイミングにおいて第１判定部によりいずれかの関節において異常である又は準異常であると判定された時に、その異常が外部要因による異常であるか否かの判定を開始することができる。したがって、外部要因による異常が生じたか否かの判定を、常に実行する必要がなく、いずれかの関節で異常又は準異常が生じた時に実行することができる。

第６の手段では、前記ロボットは、３つ以上の前記関節を備えており、前記第２判定部は、前記所定期間内に前記第１判定部により隣り合わない複数の関節において異常である又は準異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定する。

上記構成によれば、第２判定部によって、所定期間内に第１判定部により隣り合わない複数の関節において異常である又は準異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定される。このため、所定期間内に第１判定部により複数の関節において異常である又は準異常であると判定されたとしても、異常である又は準異常であると判定された関節が互いに隣り合う関節である場合は、外部要因による異常であると判定されない。したがって、１つの関節に生じた異常の影響が隣り合う関節に及ぶ場合であっても、外部要因による異常であると誤判定することを抑制することができる。

第７の手段では、前記トルク取得部は、前記トルク相関量を所定周期で繰り返し取得しており、前記所定期間は、前記所定周期の１倍以上であり且つ３倍以下である。

上記構成によれば、トルク取得部により、トルク相関量が所定周期で繰り返し取得される。そして、所定期間は、所定周期の１倍以上であり且つ３倍以下である。このため、複数の関節において略同時に異常（準異常）が生じたことを判定することができ、外部要因による異常が生じたことを正確に判定することができる。

ロボットの動作状態に応じて、各関節のトルク相関量の大きさが変化する。また、ロボットが正常に動作していない時は、トルク相関量が不適切な値となるおそれがある。

この点、第８の手段では、前記閾値は、前記ロボットを正常に動作させた時の前記ロボットの動作状態に基づいて設定されている。このため、ロボットの異常判定装置は、ロボットの動作状態にかかわらず、外部要因による異常か内部要因による異常かを適切に判定することができる。

第９の手段では、前記第１判定部により異常であると判定された時の前記各関節の回転位置を取得する異常位置取得部と、前記第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、前記異常位置取得部により取得された複数の前記回転位置が互いに等しい場合に部品損傷による異常であると判定し、前記異常位置取得部により取得された複数の前記回転位置が互いに等しくない場合に異物混入による異常であると判定する第３判定部と、を備える。

上記構成によれば、異常位置取得部によって、第１判定部により異常であると判定された時の関節の回転位置が取得される。部品損傷による異常では、異常と判定される回転位置が変化しない。これに対して、異物混入による異常では、異物が移動することにより、異常と判定される回転位置が変化し得る。

この点、第３判定部によって、第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しい場合に、部品損傷による異常であると判定される。すなわち、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しい場合は、異物混入による異常ではなく、部品損傷による異常であると判定することができる。また、第３判定部によって、第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しくない場合に、異物混入による異常であると判定される。すなわち、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しくない場合は、部品損傷による異常ではなく、異物混入による異常であると判定することができる。したがって、ロボットの異常判定装置において、内部要因による異常が、部品損傷による異常か異物混入による異常かを判定することができる。なお、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しい場合とは、複数の回転位置が互いに実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。

第１０の手段では、前記第１判定部により異常であると判定された時の前記各関節の回転位置を取得する異常位置取得部と、前記第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、前記異常位置取得部により取得された複数の前記回転位置の相違量が所定量よりも小さい場合に部品損傷による異常であると判定し、前記相違量が前記所定量よりも大きい場合に異物混入による異常であると判定する第３判定部と、を備える。

上記構成によれば、第３判定部によって、第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置の相違量が所定量よりも小さい場合に、部品損傷による異常であると判定される。すなわち、異常位置取得部により取得された複数の回転位置の相違量が所定量よりも小さい場合は、異物混入による異常ではなく、部品損傷による異常であると判定することができる。また、第３判定部によって、第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、上記相違量が上記所定量よりも大きい場合に、異物混入による異常であると判定される。すなわち、上記相違量が上記所定量よりも大きい場合は、部品損傷による異常ではなく、異物混入による異常であると判定することができる。したがって、ロボットの異常判定装置において、内部要因による異常が、部品損傷による異常か異物混入による異常かを判定することができる。

ロボット、及びコントローラの概要を示す図。 軸受けを示す斜視図。 ロボット及びコントローラの機能を示すブロック図。 第１実施形態の異常判定の手順を示すフローチャート。 第１関節について電流比の変化を示すタイムチャート。 第２関節について電流比の変化を示すタイムチャート。 第１関節について異常が生じた態様を示すタイムチャート。 第２関節について異常が生じた態様を示すタイムチャート。 第３関節について異常が生じた態様を示すタイムチャート。 第２実施形態の異常判定の手順を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、垂直多関節型ロボットの制御装置に具現化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のロボットは、例えば産業用ロボットとして機械組立工場などの組立システムにて用いられる。

はじめに、ロボット１０の概要を図１に基づいて説明する。

ロボット１０は、例えば６軸の垂直多関節型ロボットとして構成されている。ロボット１０は、ベース１１、ショルダ部１３、下アーム１５、第１上アーム１６Ａ、第２上アーム１６Ｂ、手首部１７、及びフランジ１８を備えている。ショルダ部１３（第１回転部）は、ベース１１により水平方向に回転可能に支持されている（Ｊ１軸）。下アーム１５（第２回転部）は、ショルダ部１３により上下方向に回転可能に支持されている（Ｊ２軸）。第１上アーム１６Ａ（第３回転部）は、下アーム１５により上下方向に回転可能に支持されている（Ｊ３軸）。第２上アーム１６Ｂ（第４回転部）は、第１上アーム１６Ａにより捻り回転可能に支持されている（Ｊ４軸）。手首部１７（第５回転部）は、第２上アーム１６Ｂにより上下方向に回転可能に支持されている（Ｊ５軸）。フランジ１８（第６回転部）は、手首部１７により捻り回転可能に支持されている（Ｊ６軸）。

ベース１１、ショルダ部１３、下アーム１５、第１上アーム１６Ａ、第２上アーム１６Ｂ、手首部１７及びフランジ１８は、ロボット１０のアームとして機能する。アーム先端であるフランジ１８には、図示は省略するが、エンドエフェクタ（手先）が取り付けられる。ロボット１０の各関節（各回転部）は、対応して設けられた各モータ３１（図３参照）により駆動（回転）される。

各関節には、それぞれ軸受けが設けられている。図２は、１つの軸受け２０を示している。

同図に示すように、軸受け２０（転がり軸受け）は、例えば周知のボールベアリング（玉軸受）であり、内輪２１、外輪２２、転動体２３等を備えている。内輪２１と外輪２２との間に、複数の転動体２３（玉又はころ）が設けられている。各転動体２３は、内輪２１に形成された転走面２１ａ、及び外輪２２に形成された転走面２２ａに転がり接触することで摺動する。軸受け２０としては、クロスローラベアリング等を採用することもできる。

図３は、ロボット１０、及びコントローラ７０の機能を示すブロック図である。

コントローラ７０（ロボットの異常判定装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動回路、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。そして、コントローラ７０は、トルク取得部７１、第１判定部７２、及び第２判定部７３の機能を実現する。なお、同図では、１つの関節に対応する構成を記載しているが、モータ３１、位置検出部３４及び電流検出部３５は、各関節に設けられている。

コントローラ７０には、各関節に設けられたモータ３１が接続されている。これらのモータ３１は、コントローラ７０からの制御信号に基づいて駆動される。

コントローラ７０には、関節の回転位置を検出する位置検出部３４（例えばエンコーダ）が接続されている。コントローラ７０には、各位置検出部３４から各関節の回転位置情報が入力される。コントローラ７０には、モータ３１に流れる電流値を検出する電流検出部３５が接続されている。コントローラ７０には、各電流検出部３５から各モータ３１の電流値が入力される。コントローラ７０は、位置検出部３４から入力される回転位置情報、及び電流検出部３５から入力される電流値に基づいて、各モータ３１の回転位置をフィードバック制御する。

トルク取得部７１は、電流検出部３５から入力される電流値に基づいて、各関節を回転させる際のトルクに相関するパラメータとして、各モータ３１の電流比（トルク相関量）を算出（取得）する。詳しくは、トルク取得部７１は、入力されるモータ３１の電流値を、予め設定されたモータ３１の定格電流で割ることで、モータ３１の電流比［％］を算出する。

第１判定部７２は、トルク取得部７１により算出された各関節の電流比が、各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定する。ロボット１０の動作状態に応じて、モータ３１に流れる電流の大きさ、ひいては電流比の大きさが変化する。また、ロボット１０が正常に動作していない時は、電流比が不適切な値となるおそれがある。そこで、上記各閾値は、ロボット１０を正常に動作させた時のロボット１０の動作状態、詳しくは各モータ３１の電流指令値に基づいて設定されている。各閾値は、各モータ３１の電流指令値が小さいほど、小さい値に設定されている。

ここで、関節において軸受け２０の転走面２１ａ，２２ａに傷が付いたことや、内輪２１（外輪２２）と転動体２３との間に異物が混入したこと等の内部要因によって、上記電流比が閾値よりも大きくなった場合に、異常であると判定される。また、ロボット１０が設備や作業者に衝突したり、信号にノイズが乗ったりする等の外部要因によっても、電流比が閾値よりも大きくなり、異常であると判定されることがある。これらの外部要因は、１つの関節の異常要因となるだけでなく、同時に複数の関節の異常要因となり得る。

これに対して、本実施形態では、第２判定部７３は、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により複数の関節において異常であると判定された場合に外部要因による異常であると判定し、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に内部要因による異常であると判定する。具体的には、コントローラ７０は、図４に示す異常判定を一定期間毎（例えば数秒毎）に実行する。

まず、一定期間における各関節の電流比を算出する（Ｓ１１）。例えば、図５にＪ１軸について示すように、各瞬間において電流検出部３５により検出された電流値を定格電流で割って、一定期間において各瞬間の電流比を算出する。図６に示すように、Ｊ２軸〜Ｊ６軸についても、同様に電流比を算出する。

続いて、一定期間中に、電流比＞閾値となっている関節があるか否か判定する（Ｓ１２）。この閾値は、ロボット１０を正常に動作させた時のロボット１０の動作状態、詳しくは各モータ３１の電流指令値に基づいて設定されている。そして、電流比＞閾値となっている場合に異常であると判定する。この判定において、一定期間中に、電流比＞閾値となっている関節がないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１２の判定において、一定期間中に、電流比＞閾値となっている関節があると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、他の関節でも略同時に、電流比＞閾値となっているか否か判定する（Ｓ１３）。略同時とみなす期間（所定期間Ｔｅ）は、電流検出部３５が各瞬間の電流値を検出する所定周期、すなわちトルク取得部７１が各瞬間の電流比を算出する所定周期において、電流比＞閾値となった周期（所定タイミング）の前後１周期まで（合計３周期）としている。この所定周期は、例えば数ｍｓ〜数十ｍｓである。

Ｓ１３の判定において、他の関節でも略同時に、電流比＞閾値となっていると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、外部要因による異常であると判定する（Ｓ１４）。そして、外部要因による異常が発生したことを報知する（Ｓ１５）。この報知は、表示装置による表示、音声による告知、警告灯の点灯等により実行することができる。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

また、Ｓ１３の判定において、他の関節で略同時に、電流比＞閾値となっていないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、内部要因による異常であると判定する（Ｓ１６）。そして、内部要因による異常が発生した関節を報知する（Ｓ１７）。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ１１の処理がトルク取得部７１としての処理に相当し、Ｓ１２の処理が第１判定部７２としての処理に相当し、Ｓ１２〜Ｓ１４及びＳ１６の処理が第２判定部７３としての処理に相当する。

図７は、第１関節（Ｊ１軸）について、異常が生じた態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、タイミングｔ１において、電流比が第１閾値よりも大きくなっており、異常であると判定される。また、タイミングｔ２において、電流比が第２閾値よりも大きくなっており、異常であると判定される。第１閾値及び第２閾値は、モータ３１の電流指令値が小さいほど、小さい値に設定されているため、互いに大きさが異なっている。

図８は、第２関節（Ｊ２軸）について、異常が生じた態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、タイミングｔ１においては、電流比が第３閾値よりも大きくなっていないため、異常であると判定されない。また、タイミングｔ２において、電流比が第４閾値よりも大きくなっており、異常であると判定される。

図９は、第３関節（Ｊ３軸）について、異常が生じた態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、タイミングｔ１においては、電流比が第５閾値よりも大きくなっていないため、異常であると判定されない。また、タイミングｔ２において、電流比が第６閾値よりも大きくなっており、異常であると判定される。

したがって、タイミングｔ１では、第１関節においてのみ異常であると判定され、内部要因による異常が第１関節に発生したと判定される。タイミングｔ２では、第１，第２，第３関節において異常であると判定され、外部要因による異常が発生したと判定される。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・第１判定部７２によって、トルク取得部７１により取得された各関節の電流比が、各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定される。このため、関節において摺動部材に傷が付いたことや、機械部品の間に異物が混入したこと等の内部要因によって、電流比が閾値よりも大きくなった場合は、異常であると判定することができる。また、ロボット１０の衝突やノイズ等の外部要因によっても、電流比が閾値よりも大きくなり、異常であると判定されることがある。これらの外部要因は、１つの関節の異常要因となるだけでなく、同時に複数の関節の異常要因となり得る。

・第２判定部７３によって、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により複数の関節において異常であると判定された場合に、外部要因による異常であると判定される（タイミングｔ２）。すなわち、所定期間Ｔｅ内に複数の関節において異常が生じた場合は、各関節の内部要因による異常ではなく、外部要因による異常であると判定することができる。また、第２判定部７３によって、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に、内部要因による異常であると判定される（タイミングｔ１）。すなわち、所定期間Ｔｅ内に１つの関節においてのみ異常が生じた場合は、外部要因による異常ではなく、１つの関節の内部要因による異常であると判定することができる。したがって、コントローラ７０は、外部要因による異常か内部要因による異常かを判定することができる。

・第２判定部７３は、タイミングｔ２において第１判定部７２によりいずれかの関節において異常であると判定された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）に、タイミングｔ２を含む所定期間Ｔｅ内に異常であると判定された関節以外の関節において第１判定部７２により異常であると判定されている場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）に、外部要因による異常であると判定する（Ｓ１４）。こうした構成によれば、タイミングｔ２において第１判定部７２によりいずれかの関節において異常であると判定された時に、その異常が外部要因による異常であるか否かの判定を開始することができる。したがって、外部要因による異常が生じたか否かの判定を、常に実行する必要がなく（Ｓ１２：ＮＯ）、いずれかの関節で異常が生じた時に実行することができる。

・トルク取得部７１により、電流比が所定周期（数ｍｓ〜数十ｍｓ）で繰り返し取得される。そして、所定期間Ｔｅは、所定周期の３倍である。このため、複数の関節において略同時に異常が生じたことを判定することができ、外部要因による異常が生じたことを正確に判定することができる。さらに、略同時とみなす期間（所定期間Ｔｅ）は、トルク取得部７１が各瞬間の電流比を算出する所定周期において、電流比＞閾値となった周期（所定タイミング）の前後１周期までとしている。

・異常を判定する第１閾値，第２閾値は、ロボット１０を正常に動作させた時のロボット１０の動作状態に基づいて設定されている。このため、コントローラ７０は、ロボット１０の動作状態にかかわらず、外部要因による異常か内部要因による異常かを適切に判定することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・ロボット１０の１つの関節に異常が生じた場合に、その関節と隣り合う関節にその異常の影響が及ぶ場合がある。その場合、１つの関節の内部要因による異常を、外部要因による異常であると誤判定するおそれがある。

そこで、第２判定部７３は、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により隣り合わない複数の関節において異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定してもよい。すなわち、図４のＳ１３の処理に代えて、隣り合わない他の関節でも略同時に、電流比＞閾値となっているか否か判定してもよい。こうした構成によれば、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により複数の関節において異常であると判定されたとしても、異常であると判定された関節が互いに隣り合う関節である場合は、外部要因による異常であると判定されない。したがって、１つの関節に生じた異常の影響が隣り合う関節に及ぶ場合であっても、外部要因による異常であると誤判定することを抑制することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、コントローラ７０は、図４の異常判定に代えて、図１０の異常判定を実行する。その他の点は、第１実施形態と同一である。

コントローラ７０は、図１０に示す異常判定を一定期間毎（例えば数秒毎）に実行する。

Ｓ２０〜Ｓ２４の処理は、図４のＳ１１〜Ｓ１５の処理と同一である。

Ｓ２１の判定において、一定期間中に、電流比＞閾値となっている関節がないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、一定期間中に、電流比＞判定値となっている関節があるか否か判定する（Ｓ２５）。この判定値は、上記閾値よりも小さい値に設定されており、異常ではないものの、異常に近い状態（準異常）であることを判定することのできる値に設定されている。判定値は、ロボット１０を正常に動作させた時のロボット１０の動作状態、詳しくは各モータ３１の電流指令値に基づいて設定されている。そして、電流比＞判定値となっている場合に準異常であると判定する。

Ｓ２５の判定において、一定期間中に、電流比＞判定値となっている関節がないと判定した場合（Ｓ２５：ＮＯ）、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ２５の判定において、一定期間中に、電流比＞判定値となっている関節があると判定した場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、他の関節でも略同時に、電流比＞判定値となっているか否か判定する（Ｓ２６）。略同時とみなす期間（所定期間Ｔｅ）は、第１実施形態と同一である。

Ｓ２６の判定において、他の関節でも略同時に、電流比＞判定値となっていると判定した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、外部要因による異常であると判定する（Ｓ２３）。一方、Ｓ２６の判定において、他の関節で略同時に、電流比＞判定値となっていないと判定した場合（Ｓ２６：ＮＯ）、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

また、Ｓ２２の判定において、他の関節で略同時に、電流比＞閾値となっていないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、他の関節でも略同時に、電流比＞判定値となっているか否か判定する（Ｓ２７）。Ｓ２７の処理は、Ｓ２６の処理と同一である。

Ｓ２７の判定において、他の関節でも略同時に、電流比＞判定値となっていると判定した場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、外部要因による異常であると判定する（Ｓ２３）。一方、Ｓ２７の判定において、他の関節で略同時に、電流比＞判定値となっていないと判定した場合（Ｓ２７：ＮＯ）、内部要因による異常であると判定する（Ｓ２８）。Ｓ２８、Ｓ２９の処理は、図４のＳ１６，Ｓ１７の処理と同一である。

なお、Ｓ２０の処理がトルク取得部７１としての処理に相当し、Ｓ２１，Ｓ２５の処理が第１判定部７２としての処理に相当し、Ｓ２１〜Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ２８の処理が第２判定部７３としての処理に相当する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。ここでは、第１実施形態と異なる利点のみを述べる。

・第１判定部７２によって、トルク取得部７１により取得された各電流比が、各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定される。また、第１判定部７２によって、トルク取得部７１により取得された各電流比が、各閾値よりも小さい各判定値よりも大きく且つ各閾値よりも大きくない場合に準異常であると判定される。このため、各電流比が、各判定値よりも大きく且つ各閾値よりも大きくない場合には、異常ではないものの、異常に近い状態であるとして、準異常であると判定することができる。

・第２判定部７３によって、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により複数の関節において異常である又は準異常であると判定された場合に、外部要因による異常であると判定される。すなわち、所定期間Ｔｅ内に複数の関節において異常又は準異常が生じた場合は、各関節の内部要因による異常ではなく、外部要因による異常であると判定することができる。所定期間Ｔｅ内に複数の関節において準異常が生じた場合であっても、各関節の内部要因による異常である可能性は低いため、外部要因による異常であると判定することができる。

・第２判定部７３によって、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に、内部要因による異常であると判定される。すなわち、所定期間Ｔｅ内に１つの関節においてのみ異常が生じた場合は、外部要因による異常ではなく、１つの関節の内部要因による異常であると判定することができる。したがって、コントローラ７０は、外部要因による異常か内部要因による異常かを判定することができる。

・第２判定部７３は、所定タイミング（タイミングｔ２）において第１判定部７２によりいずれかの関節において異常である又は準異常であると判定された場合（Ｓ２１：ＹＥＳ、又はＳ２５：ＹＥＳ）に、所定タイミングを含む所定期間Ｔｅ内に異常である又は準異常であると判定された関節以外の関節において第１判定部７２により異常である又は準異常であると判定されている場合（Ｓ２２：ＹＥＳ、Ｓ２６：ＹＥＳ、及びＳ２７：ＹＥＳのいずれか）に、外部要因による異常であると判定する。こうした構成によれば、所定タイミグにおいて第１判定部７２によりいずれかの関節において異常である又は準異常であると判定された時に、その異常が外部要因による異常であるか否かの判定を開始することができる。したがって、外部要因による異常が生じたか否かの判定を、常に実行する必要がなく（Ｓ２１：ＮＯ、且つＳ２５：ＮＯ）、いずれかの関節で異常又は準異常が生じた時に実行することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記各実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・第２判定部７３は、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により隣り合わない複数の関節において異常である又は準異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定してもよい。上記構成によれば、所定期間Ｔｅ内に第１判定部７２により複数の関節において異常である又は準異常であると判定されたとしても、異常である又は準異常であると判定された関節が互いに隣り合う関節である場合は、外部要因による異常であると判定されない。したがって、１つの関節に生じた異常の影響が隣り合う関節に及ぶ場合であっても、外部要因による異常であると誤判定することを抑制することができる。

また、上記各実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記各実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・所定期間Ｔｅを、トルク取得部７１が各瞬間の電流比を算出する所定周期（数ｍｓ〜数十ｍｓ）の１倍以上且つ３倍以下や、所定周期の１倍以上且つ５倍以下等に設定してもよい。

・コントローラ７０は、図４，１０に示す異常判定を、上記所定周期の３倍毎や、５倍毎に実行することもできる。

・異常を判定する閾値を、ロボット１０の動作状態にかかわらず、一定値とすることもできる。ただし、閾値は、各関節（各モータ３１）に対応して設定する。

・コントローラ７０は、第２判定部７３により内部要因による異常であると判定された場合に、その内部要因による異常が、部品損傷（摺動部材や歯車の損傷）による異常であるか異物混入（機械部品の間に異物混入）による異常であるかを判定してもよい。すなわち、コントローラ７０は、第１判定部７２により異常であると判定された時の各関節の回転位置を取得する異常位置取得部と、第２判定部７３により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しい場合に部品損傷による異常であると判定し、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しくない場合に異物混入による異常であると判定する第３判定部と、を備えてもよい。

上記構成によれば、異常位置取得部によって、第１判定部７２により異常であると判定された時の各関節の回転位置が取得される。部品損傷による異常では、異常と判定される回転位置が変化しない。これに対して、異物混入による異常では、異物が移動することにより、異常と判定される回転位置が変化し得る。

この点、第３判定部によって、第２判定部７３により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しい場合に、部品損傷による異常であると判定される。すなわち、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しい場合は、異物混入による異常ではなく、部品損傷による異常であると判定することができる。また、第３判定部によって、第２判定部７３により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しくない場合に、異物混入による異常であると判定される。すなわち、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しくない場合は、部品損傷による異常ではなく、異物混入による異常であると判定することができる。したがって、コントローラ７０は、内部要因による異常が、部品損傷による異常か異物混入による異常かを判定することができる。なお、異常位置取得部により取得された複数の回転位置が互いに等しい場合とは、複数の回転位置が互いに実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。

・コントローラ７０は、第２判定部７３により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置の相違量が所定量よりも小さい場合に部品損傷による異常であると判定し、相違量が所定量よりも大きい場合に異物混入による異常であると判定する第３判定部を備えてもよい。

上記構成によれば、第３判定部によって、第２判定部７３により内部要因による異常であると判定された関節において、異常位置取得部により取得された複数の回転位置の相違量が所定量よりも小さい場合に、部品損傷による異常であると判定される。すなわち、異常位置取得部により取得された複数の回転位置の相違量が所定量よりも小さい場合は、異物混入による異常ではなく、部品損傷による異常であると判定することができる。また、第３判定部によって、第２判定部７３により内部要因による異常であると判定された関節において、上記相違量が上記所定量よりも大きい場合に、異物混入による異常であると判定される。すなわち、上記相違量が上記所定量よりも大きい場合は、部品損傷による異常ではなく、異物混入による異常であると判定することができる。したがって、コントローラ７０は、内部要因による異常が、部品損傷による異常か異物混入による異常かを判定することができる。

・電流検出部３５により検出された電流値に代えて、コントローラ７０による電流の指令値（トルク相関量）を用いることもできる。また、電流比と閾値とを比較して異常を判定することに代えて、モータ３１の電流値（トルク相関量）と、電流値に対応する閾値とを比較して異常を判定することもできる。同様に、モータ３１の回転加速度（トルク相関量）とそれに対応する閾値、モータ３１のトルクとそれに対応する閾値、関節のトルクとそれに対応する閾値、これらを比較して異常を判定することもできる。

・コントローラ７０に接続されたパーソナルコンピュータ等の端末装置により、ロボット１０の異常判定を実行することもできる。その場合は、コントローラ７０が、電流検出部３５により検出された電流値を記憶しておき、記憶した電流値を端末装置に送信すればよい。そして、端末装置（ロボットの異常判定装置）が、トルク取得部７１、第１判定部７２、及び第２判定部７３の機能を実現すればよい。

・ロボット１０は、垂直多関節型ロボットに限らず、水平多関節型ロボット等であってもよい。

１０…ロボット、３１…モータ、３５…電流検出部、７０…コントローラ、７１…トルク取得部、７２…第１判定部、７３…第２判定部。

Claims (10)

1. 複数の関節を備えるロボットの異常を判定する異常判定装置であって、
   各関節を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含むトルク相関量を取得するトルク取得部と、
   前記トルク取得部により取得された各関節の前記トルク相関量が、前記各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定する第１判定部と、
   所定期間内に前記第１判定部により複数の関節において異常であると判定された場合に外部要因による異常であると判定し、前記所定期間内に前記第１判定部により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に内部要因による異常であると判定する第２判定部と、
   を備えるロボットの異常判定装置。
2. 前記第２判定部は、所定タイミングにおいて前記第１判定部によりいずれかの関節において異常であると判定された場合に、前記所定タイミングを含む前記所定期間内に前記異常であると判定された関節以外の関節において前記第１判定部により異常であると判定されている場合に、外部要因による異常であると判定する、請求項１に記載のロボットの異常判定装置。
3. 前記ロボットは、３つ以上の前記関節を備えており、
   前記第２判定部は、前記所定期間内に前記第１判定部により隣り合わない複数の関節において異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定する、請求項１に記載のロボットの異常判定装置。
4. 複数の関節を備えるロボットの異常を判定する異常判定装置であって、
   各関節を回転させる際のトルク及び前記トルクに相関するパラメータを含むトルク相関量を取得するトルク取得部と、
   前記トルク取得部により取得された各関節の前記トルク相関量が、前記各関節に対応する各閾値よりも大きい場合に異常であると判定し、前記各閾値よりも小さい各判定値よりも大きく且つ前記各閾値よりも大きくない場合に準異常であると判定する第１判定部と、
   所定期間内に前記第１判定部により複数の関節において異常である又は準異常であると判定された場合に外部要因による異常であると判定し、前記所定期間内に前記第１判定部により１つの関節においてのみ異常であると判定された場合に内部要因による異常であると判定する第２判定部と、
   を備えるロボットの異常判定装置。
5. 前記第２判定部は、所定タイミングにおいて前記第１判定部によりいずれかの関節において異常である又は準異常であると判定された場合に、前記所定タイミングを含む前記所定期間内に前記異常である又は準異常であると判定された関節以外の関節において前記第１判定部により異常である又は準異常であると判定されている場合に、外部要因による異常であると判定する、請求項４に記載のロボットの異常判定装置。
6. 前記ロボットは、３つ以上の前記関節を備えており、
   前記第２判定部は、前記所定期間内に前記第１判定部により隣り合わない複数の関節において異常である又は準異常であると判定されたことを条件として、外部要因による異常であると判定する、請求項４に記載のロボットの異常判定装置。
7. 前記トルク取得部は、前記トルク相関量を所定周期で繰り返し取得しており、
   前記所定期間は、前記所定周期の１倍以上であり且つ３倍以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボットの異常判定装置。
8. 前記閾値は、前記ロボットを正常に動作させた時の前記ロボットの動作状態に基づいて設定されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボットの異常判定装置。
9. 前記第１判定部により異常であると判定された時の前記各関節の回転位置を取得する異常位置取得部と、
   前記第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、前記異常位置取得部により取得された複数の前記回転位置が互いに等しい場合に部品損傷による異常であると判定し、前記異常位置取得部により取得された複数の前記回転位置が互いに等しくない場合に異物混入による異常であると判定する第３判定部と、
   を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボットの異常判定装置。
10. 前記第１判定部により異常であると判定された時の前記各関節の回転位置を取得する異常位置取得部と、
    前記第２判定部により内部要因による異常であると判定された関節において、前記異常位置取得部により取得された複数の前記回転位置の相違量が所定量よりも小さい場合に部品損傷による異常であると判定し、前記相違量が前記所定量よりも大きい場合に異物混入による異常であると判定する第３判定部と、
    を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボットの異常判定装置。

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