JP7056418B2 - Abnormality judgment device and abnormality judgment method - Google Patents
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Description
本発明は、ロボット等の機器に設けられる減速機等の可動部に発生する異常を判定する異常判定装置及び異常判定方法に関する。 The present invention relates to an abnormality determination device and an abnormality determination method for determining an abnormality occurring in a moving part such as a speed reducer provided in a device such as a robot.
従来より、ロボットに発生する異常を検出する装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。特許文献1では、ロボットに搭載される減速機に発生する外乱トルクの平均値を算出し、算出した平均値が予め設定した閾値を上回った場合に、減速機に異常が発生しているものと判定することが開示されている。 Conventionally, as a device for detecting an abnormality generated in a robot, for example, a device disclosed in Patent Document 1 is known. In Patent Document 1, the average value of the disturbance torque generated in the speed reducer mounted on the robot is calculated, and when the calculated average value exceeds a preset threshold value, it is assumed that an abnormality has occurred in the speed reducer. The determination is disclosed.
しかしながら、減速機に生じる外乱トルク(可動部の状態に関するデータ)は、教示変更や機器の修理、交換等の保全を実施した後の過渡期間において数値が大きく変動することがある。このため、特許文献1に記載されているように異常を判定するための閾値を固定すると、過渡期間において減速機に発生する異常を高精度に判定できないという問題が発生する。 However, the disturbance torque (data on the state of the moving part) generated in the speed reducer may fluctuate greatly during the transitional period after maintenance such as teaching change, equipment repair, and replacement. Therefore, if the threshold value for determining the abnormality is fixed as described in Patent Document 1, there arises a problem that the abnormality generated in the reducer during the transient period cannot be determined with high accuracy.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、可動部の状態に関するデータが大きく変動した場合でも、機器に発生する異常を高精度に判定することが可能な異常判定装置及び異常判定方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to obtain high accuracy the abnormality generated in a device even when the data regarding the state of a moving part fluctuates greatly. It is an object of the present invention to provide an abnormality determination apparatus and an abnormality determination method capable of determining an abnormality.
上記目的を達成するため本願発明は、可動部の状態に関するデータの基準を示す基準値に基づいて、基準値が変動する過渡期間、及び基準値が安定する安定期間を識別し、過渡期間の後の安定期間における基準値に基づいて、過渡期間に検出されたデータを補正し、補正したデータに基づいて機器の異常を判定する。 In order to achieve the above object, the present invention identifies a transitional period in which the reference value fluctuates and a stable period in which the reference value stabilizes, based on a reference value indicating a reference value of data regarding the state of the moving part, and after the transitional period. Based on the reference value in the stable period of, the data detected in the transient period is corrected, and the abnormality of the device is determined based on the corrected data.
本発明によれば、可動部の状態に関するデータが大きく変動した場合でも、機器に発生する異常を高精度に判定することが可能となる。 According to the present invention, even when the data regarding the state of the movable portion fluctuates greatly, it is possible to determine the abnormality occurring in the device with high accuracy.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[第1実施形態の説明]
図1は、本発明の実施形態に係る異常判定装置、及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る異常判定装置102は、ロボット101(機器)、及びユーザインターフェース103(図では「UI」と表記)に接続されており、ロボット101の異常を判定し、判定結果をユーザインターフェース103に設けられたディスプレイ(図示省略)等に表示する。或いは、スピーカ(図示省略)より警報音を発して異常の発生をユーザに報知する。なお、「異常を判定する」とは、現在生じている異常を判定するだけでなく、将来的に発生する異常を予測することを含む概念である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Explanation of the first embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an abnormality determination device according to an embodiment of the present invention and its peripheral devices. As shown in FIG. 1, the
ロボット101は、例えばティーチングプレイバック型の多軸型ロボットである。ティーチングプレイバックとは、ロボットに付属するティーチングペンダントを使用して、操作者がロボットを実際に動作させ、その動作を記録、再生させてロボットを動作させる機能を示す。なお、本実施形態では、ティーチングプレイバック型のロボットを例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
The
図1に示すようにロボット101は、減速機14(可動部)と、動作制御部15と、センサ13と、外乱トルク演算部12と、通信部11を備えている。なお、減速機14及びセンサ13はロボット101に複数設けられているが、図1では1つのみを記載している。
As shown in FIG. 1, the
減速機14は、ロボットアームの関節軸を動作させるためのサーボモータ(以下、「モータ」と略す)を備えており、動作制御部15の制御により動作する。そして、減速機14を動作させることにより、例えばロボットアームの先端に搭載した溶接電極を、加工の対象となる対象物(例えば、金属製のブランク材)の所望部位に接触させて、溶接作業を実施する。また、溶接作業以外にも、ロボット101により、対象物のプレス、塗装、樹脂成形、組み立て、等の各種作業を実施することができる。
The
センサ13は、ロボット101に設置され、例えばパルスジェネレータやエンコーダ等を含み、減速機14により動作するロボットアームの位置及び角度、減速機14に設けられるモータの回転角度、回転速度、消費電力、及び電流、減速機14の回転角度等の各種の物理量を検出する。更に、センサ13は、減速機14のモータに生じるトルク値を検出する。センサ13で検出したセンサデータは、通信部11より異常判定装置102に送信される。
The
動作制御部15は、上述したティーチングにより設定された動作プログラムに従って減速機14を動作させ、ロボット101に搭載される各ロボットアーム、関節軸が所望の動作をするように制御する。更に、ロボット101を稼働させたときの稼働データを通信部11に出力する。稼働データには、ロボット101の稼働に関する各種の情報が含まれる。詳細については後述する。
The
外乱トルク演算部12は、減速機14のモータに発生する外乱トルク(可動部の状態に関するデータ)を演算する。外乱トルクとは、モータを制御する際のトルク指令値と、センサ13で検出されるトルク検出値との差分を示す。モータが正常であり減速機14が安定的に動作しているときは、トルク指令値とトルク検出値との差分はほぼ一定となるので、外乱トルクは安定した数値を示す。減速機14に異常が発生している場合には減速機14は安定的に動作せず、外乱トルクに大きな変化が発生する。また、減速機14にて保全が実施された場合には、外乱トルクに段ズレ(詳細は後述する)が発生する。なお、外乱トルクは、可動部(減速機14)の状態に関するデータの一例である。
The disturbance
通信部11は、ロボット101の稼働データ、外乱トルク演算部12で演算された外乱トルク、センサ13で検出された各種のセンサデータを異常判定装置102に送信する。
The
ロボット101が備える上記した各機能は、1又は複数の処理回路により実装され得る。処理回路は、電気回路を含む処理装置等のプログラムされた処理装置を含む。処理装置は、また、ロボット101が備える機能を実行するようにアレンジされた特定用途向け集積回路(ASIC)や従来型の回路部品のような装置を含む。
Each of the above-mentioned functions included in the
ユーザインターフェース103は、操作者が各種の操作を行う入力部、各種の情報を表示するディスプレイを備えている。例えば、操作者が入力部にて、ロボット101の保全を実施したことを示す保全データを入力した場合には、この保全データを後述する保全履歴DB32に書き込む操作を行う。ユーザインターフェース103は、タブレット端末を用いることができる。
なお、「保全」とはロボットの教示変更、グリスの更油等のメンテナンス、減速機14の交換を含む概念である。教示変更とは、ロボット101に搭載される減速機14の動作を変更することを指す。
The
Note that "maintenance" is a concept that includes changing the teaching of the robot, maintenance such as refueling of grease, and replacement of the
次に、異常判定装置102の構成について説明する。異常判定装置102は、制御部51と、各種のデータベース(DB)を備えている。制御部51は、通信部21と、異常度判定部22と、移動平均演算部23と、定常時平均演算部24と、過渡期間検出部25と、振幅成分抽出部26と、外乱トルク補正部27と、アラーム判定部28を含んでいる。データベースは、センサDB31と、保全履歴DB32と、稼働履歴DB33を含んでいる。
Next, the configuration of the
センサDB31は、センサ13で検出されたロボットアームの位置及び角度、モータの回転角度及び回転速度等のセンサデータを記憶する。更に、外乱トルク演算部12で演算された外乱トルクを記憶する。
The sensor DB 31 stores sensor data such as the position and angle of the robot arm detected by the
稼働履歴DB33は、ロボット101の稼働データを記憶する。稼働データには、ロボット101の稼働日、稼働を開始した時刻、稼働を停止した時刻、連続して稼働した時間、連続して停止した時間等の、稼働に関する各種のデータが含まれる。また、稼働データには、減速機14の運転モードが含まれる。運転モードには、通常運転モード、保全モード、停止モードが含まれる。
The
保全履歴DB32は、減速機14に異常が発生した場合や、異常の発生が予測された場合において、ロボット101に対して保全を実施した際の、保全データを記憶する。上述したように、保全データにはロボット101の教示変更が含まれる。保全データは、操作者がユーザインターフェース103の入力部(図示省略)により入力することができる。或いは、ロボット101が上述した保全モードで運転された場合に、保全が実施されているものと判定して自動で保全データを作成して記憶してもよい。
The
保全データには、保全を実施した減速機14のID番号、或いは該減速機14に搭載されるモータのID番号、保全を実施した日時、保全の内容(交換、修理、グリスの更油、教示変更等)が含まれる。更に保全データには、減速機14を教示変更した際の、教示変更に関するデータが含まれる。例えば、教示変更前の減速機14の動作量、及び教示変更後の減速機14の動作量のデータが含まれる。
The maintenance data includes the ID number of the
通信部21は、ロボット101に設けられる通信部11との間で通信を行う。通信部21は、ロボット101より送信されるロボット101の稼働データを受信し、稼働履歴DB33に出力する。また、通信部21は、ロボット101より送信される外乱トルク、センサデータを受信して、センサDB31に出力する。
The
異常度判定部22は、減速機14に搭載されるモータの過去の外乱トルクを、センサDB31から取得し、取得した外乱トルクの異常さを示す異常度を演算する。
以下、異常度の演算方法について説明する。外乱トルクがx’であるときの異常度a(x’)を、下記の(1)式で定義する。
a(x’)={(x’-m)2}/2・s2 ・・・(1)
但し、mは外乱トルクの標本平均、sは外乱トルクの標準偏差である。
そして、異常度a(x’)が一定値を超える場合には、この外乱トルクは異常であると判定する。
The abnormality
Hereinafter, the method of calculating the degree of abnormality will be described. The degree of abnormality a (x') when the disturbance torque is x'is defined by the following equation (1).
a (x') = {(x'-m) 2 } / 2 ・ s 2 ... (1)
However, m is the sample average of the disturbance torque, and s is the standard deviation of the disturbance torque.
Then, when the degree of abnormality a (x') exceeds a certain value, it is determined that this disturbance torque is abnormal.
また、上記以外にも、異常度を演算する方法として、カーネル密度推定や密度比推定等を用いることができる。更に、異常度を演算する他の方法として、外乱トルクと所定のトルク閾値との差分を演算し、更に、この差分の時間経過に対する変化率を演算する。そして、演算した変化率が所定の変化率閾値を上回った場合に外乱トルクは異常であると判定することもできる。上記のトルク閾値は、例えば、1年前の同月の外乱トルクの平均値を用いることができる。 In addition to the above, kernel density estimation, density ratio estimation, and the like can be used as a method for calculating the degree of abnormality. Further, as another method for calculating the degree of abnormality, the difference between the disturbance torque and the predetermined torque threshold value is calculated, and further, the rate of change of this difference with respect to the passage of time is calculated. Then, when the calculated rate of change exceeds a predetermined rate of change threshold, it can be determined that the disturbance torque is abnormal. For the above torque threshold value, for example, the average value of the disturbance torque of the same month one year ago can be used.
更に、異常度判定部22は、外乱トルクの異常を判定した場合には保全履歴DB32を参照し、異常判定時よりも前に実施された保全データに基づき、異常が発生した原因が保全によるものか、或いは保全以外によるものかを判断し、異常を示すデータにラベルを付して稼働履歴DB33に記憶する。例えば、異常判定から過去1週間以内に減速機14に対して保全が実施されている場合には、異常を示すデータに「保全実施」を示すラベルを付する。一方、過去1週間以内に保全が実施されていなければ「保全未実施」のラベルを付する。
更に、異常度判定部22は、後述する外乱トルク補正部27で補正された過渡期間中の外乱トルクに基づいて、上記と同様の手法により異常度を演算し、異常の発生を判定する。
Further, when the abnormality
Further, the abnormality
移動平均演算部23は、減速機14にて検出された外乱トルクの移動平均を演算する。「移動平均」とは、一定期間の外乱トルクの平均である。図3は、外乱トルクQ1の移動平均を示す説明図であり、現在が時刻t1である場合には、時刻t1から所定の期間だけ遡った期間Tx1の外乱トルクの平均Av1が移動平均として演算される。即ち、時刻t1における移動平均はAv1である。その後の時刻t2では、この時刻t2から所定の期間だけ遡った期間Tx2の外乱トルクの平均Av2が移動平均として演算される。同様に、時刻t3では期間Tx3の外乱トルクの平均Av3が移動平均として演算される。このように、移動平均は時間が経過して新たなデータが得られる毎に、最も古いデータを破棄して演算する平均値を示し、時間経過と共に新たな数値に更新されていく。
The moving
定常時平均演算部24は、稼働履歴DB33に記憶されているロボット101の稼働データに基づき、減速機14にて教示変更が行われ、その後、長時間が経過した定常時における一定の期間である安定期間の外乱トルクの平均値を演算する。演算した平均値を定常時平均とする。具体的には、後述する図4に示す時刻t12(過渡期間が終了した時刻)の後における外乱トルクの平均値を定常時平均とする。
Based on the operation data of the
過渡期間検出部25は、保全履歴DB32に記憶されている減速機14にて実施された保全データ、及びこの減速機14に発生した外乱トルクに基づいて、保全が実施された後に、外乱トルクの平均値が変動する期間である過渡期間を検出する。外乱トルクの平均値は、「可動部の状態に関するデータ」の基準を示す基準値の一例である。平均値以外にも、基準値として外乱トルクの振幅の中央値(最大振幅と最小振幅の中央の数値)を用いてもよい。
The transition
過渡期間の検出の具体例として、移動平均演算部23で演算された、教示変更実施後の移動平均を取得し、移動平均の時間経過に対する傾きが第1の閾値よりも大きい場合に過渡期間が存在するものと判断する。例えば、図4に示す時刻t11で教示変更が実施された場合には、その後における移動平均の傾きd1(この例では負の傾き)が第1の閾値よりも大きい場合に過渡期間が存在するものと判断する。
或いは移動平均と上述した定常時平均との差分が第2の閾値よりも大きい場合に、過渡期間が存在するものと判定する。例えば、図4に示す時刻t11における移動平均と定常時平均P3との差分g1が第2の閾値よりも大きい場合に過渡期間が存在するものと判断する。
As a specific example of detecting the transient period, the moving average calculated by the moving
Alternatively, when the difference between the moving average and the above-mentioned steady-time average is larger than the second threshold value, it is determined that a transient period exists. For example, when the difference g1 between the moving average and the steady time average P3 at time t11 shown in FIG. 4 is larger than the second threshold value, it is determined that a transient period exists.
過渡期間の演算方法として、定常時平均演算部24で演算された定常時平均を取得し、教示変更後における外乱トルクの移動平均と定常時平均との差分を演算し、この差分が予め設定した第3の閾値(ゼロまたはゼロに近い数値)以下となるまでの期間を過渡期間として検出する。以下、図4を参照して詳細に説明する。
As a method for calculating the transient period, the steady-time average calculated by the steady-time
図4は、減速機14に発生する外乱トルクの、時間経過に対する変化を示す波形図であり、時刻t11においてロボット101の教示変更(保全)が実施された場合を示している。図4に示すように、時刻t11にてロボット101の教示変更が実施されることにより、外乱トルクに大きな変化(以下、「段ズレ」という)が発生している。更に、時刻t11で教示変更が実施された後、外乱トルクがオーバーシュートし、その後徐々に低下して定常時の外乱トルクTgに収束している。また、オーバーシュート後の外乱トルクの移動平均の傾きd1が前述した第1の閾値よりも大きい場合に、過渡期間が有るものと判定される。更に、時刻t12において、外乱トルクは定常時平均とほぼ一致し、上述した第3の閾値以下となる。従って、時刻t11から時刻t12までを過渡期間Tcとして設定する。
FIG. 4 is a waveform diagram showing changes in the disturbance torque generated in the
また、過渡期間を設定する他の方法として、移動平均の時間経過に対する変化率(傾き)が、所定値以下となるまでの期間を過渡期間として設定することも可能である。更に、教示変更による減速機14の動作量に応じて過渡期間を設定することも可能である。具体的には、教示変更が実施される前の減速機14の動作量と、教示変更が実施された後の減速機14の動作量の差分を演算し、差分が大きいほど過渡期間を長く設定してもよい。
Further, as another method for setting the transition period, it is also possible to set the period until the rate of change (slope) of the moving average with respect to the passage of time becomes equal to or less than a predetermined value as the transition period. Further, it is also possible to set the transient period according to the operating amount of the
振幅成分抽出部26は、外乱トルクからスパイク(突発的な変動成分)を除去し、更に、移動平均演算部23で演算した移動平均とスパイク除去後の外乱トルクとの差分を演算して、外乱トルクの振幅成分を抽出する。「振幅成分」とは、移動平均を基準として上下方向に変位する成分を指す。また、「スパイク」とは、減速機14の異常とは無関係に突発的に発生する外乱トルクのノイズ成分である。
The amplitude
例えば、減速機14を長時間停止させた後に稼働を開始した場合には、稼働開始から長期間に亘ってスパイクが発生し、且つスパイクの発生頻度が高まる。同様に、減速機14が駆動する負荷の大きさが変更された場合や、減速機14の温度が低い場合には、スパイクの発生頻度が高まる。スパイクの発生頻度が高まることが予測される場合には、外乱トルクに含まれる多くのスパイクが重畳しているものと判断してスパイクを除去する演算を実施する。スパイクを除去することにより、ノイズ成分を除去した振幅成分を抽出できる。
For example, when the
なお、減速機14の温度は、減速機14が設置される工場内の温度やネットワーク等を介して得られる地域の気温を用いることもできる。また、減速機14の温度、減速機14の稼働データとスパイクとの関係を示すマップを予め用意しておき、減速機14の温度、及び稼働データが取得された際にこれらのデータをマップに当てはめることにより、スパイクを除去することもできる。
As the temperature of the
また、スパイクを除去する他の方法として、教示変更が実施された後に、外乱トルクの移動平均を演算し、移動平均に対して所定の割合以上(例えば、±20%以上)変化する外乱トルクの波形が存在する場合にこれをスパイク判断して、移動平均値に置き換えることでスパイクを除去することもできる。
即ち、減速機14の運転状態、減速機14の温度、及び減速機14に対する保全の有無のうちの少なくとも一つに応じて、スパイクを検出する条件を変更する。
In addition, as another method for removing spikes, a moving average of the disturbance torque is calculated after the teaching change is performed, and the disturbance torque that changes by a predetermined ratio or more (for example, ± 20% or more) with respect to the moving average. If a waveform exists, it can be judged as a spike and replaced with a moving average value to remove the spike.
That is, the conditions for detecting spikes are changed according to at least one of the operating state of the
外乱トルク補正部27は、過渡期間検出部25で検出された過渡期間Tcにおける外乱トルクを補正する。上述した過渡期間Tcにおいて、移動平均演算部23で算出された移動平均の波形(これを「第1基準波形P1」とする)を設定する。その結果、図5(a)に示すように、過渡期間Tcにおける外乱トルクから上述した振幅成分が除去された第1基準波形P1が生成される。
The disturbance
更に、外乱トルク補正部27は、過渡期間Tcにおける第1基準波形P1が定常時平均P3と一致するように、該第1基準波形P1をシフトさせる。具体的には、図5(b)に示すように、第1基準波形P1を定常時平均P3と一致するようにシフトさせる。シフト後の波形を第2基準波形P2とする。
Further, the disturbance
その後、外乱トルク補正部27は、過渡期間Tcにおける第2基準波形P2に、振幅成分抽出部26で抽出した振幅成分を重畳し、過渡期間Tcにおける外乱トルクを生成する。その結果、図5(c)に示すように、過渡期間Tcにおいて、移動平均が定常時平均P3とほぼ一致する波形の外乱トルクが得られることになる。
After that, the disturbance
アラーム判定部28は、外乱トルク補正部27で補正された外乱トルクに基づいて、異常度判定部22で異常であると判定された場合に、異常を知らせるためのアラームを出力するか否かを判定し、アラームを出力すると判定した場合には、アラーム出力指令をユーザインターフェース103に出力する。
The
ここで、異常判定装置102は、図2に示すようにCPU41(中央処理装置)、メモリ42、及び各データベース(センサDB31、保全履歴DB32、稼働履歴DB33)を備えるコンピュータを用いて実現することもできる。コンピュータを異常判定装置102として機能させるためのコンピュータプログラム(異常判定プログラム)を、コンピュータにインストールして実行する。これにより、CPU41は、異常判定装置102が備える複数の情報処理回路、即ち、通信部21、異常度判定部22、移動平均演算部23、定常時平均演算部24、過渡期間検出部25、外乱トルク補正部27、及びアラーム判定部28として機能する。
Here, the
異常判定装置102が備える上記した各機能は、1又は複数の処理回路により実装することができる。処理回路は、電気回路を含む処理装置等のプログラムされた処理装置を含む。処理装置は、また、異常判定装置102が備える機能を実行するようにアレンジされた特定用途向け集積回路(ASIC)や従来型の回路部品のような装置を含む。
Each of the above-mentioned functions included in the
[第1実施形態の動作の説明]
次に、本実施形態に係る異常判定装置の処理手順を、図6に示すフローチャートを参照して説明する。図6に示す処理は、減速機14に異常が発生してから暫くの時間が経過した後に実行する例について説明する。但し、リアルタイムで実行することも可能である。
[Explanation of operation of the first embodiment]
Next, the processing procedure of the abnormality determination device according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. An example in which the process shown in FIG. 6 is executed after a while has passed since the abnormality occurred in the
初めに、ステップS11において、異常度判定部22は、センサDB31に記憶されている減速機14の外乱トルクに基づいて、該減速機14の異常度を演算する。異常度は前述した(1)式を用いて演算することができる。
First, in step S11, the abnormality
ステップS12において、異常度判定部22は、減速機14に異常が発生しているか否かを判定する。ステップS11の処理で演算した異常度が一定値を上回っている場合に減速機14に異常が発生しているものと判定し(ステップS12でYES)、ステップS13に移行する。
In step S12, the abnormality
ステップS13において、異常度判定部22は、稼働履歴DB33に記憶されている異常を示すデータを取得する。前述したように、稼働履歴DB33には、異常を示すデータが記憶され、更に「保全実施」、「保全未実施」のラベルが付されている。このラベルに基づいて、減速機14に発生した異常が、保全実施により発生した異常であるか、或いは保全以外の原因により発生した異常であるかを認識する。
In step S13, the abnormality
ステップS14において、「保全実施」のラベルが付されているか否かを判定する。「保全実施」のラベルが付されている場合には、異常の発生が検出された時点から遡って所定期間(例えば、1週間)以内に、減速機14の保全(例えば、教示変更)が実施されているものと認識される。 In step S14, it is determined whether or not the label "maintenance is carried out" is attached. When the label of "maintenance is carried out", the maintenance of the speed reducer 14 (for example, change of teaching) is carried out within a predetermined period (for example, one week) from the time when the occurrence of the abnormality is detected. It is recognized that it has been done.
保全が実施されていない場合には(ステップS14でNO)、異常が検出された原因が保全の実施ではないものと判断して、ステップS15において、その他の要因分析処理に移行する。 If maintenance has not been performed (NO in step S14), it is determined that the cause of the abnormality detected is not maintenance, and the process proceeds to other factor analysis processing in step S15.
保全が実施されている場合には(ステップS14でYES)、ステップS16において移動平均演算部23は、保全実施後の移動平均を演算する。即ち、保全が実施されている場合には、図4に示したように保全の実施により外乱トルクに段ズレが発生している可能性が高いので、段ズレ発生後に過渡期間が発生しているか否かを判定するために、移動平均を演算する。例えば、段ズレが発生した後の一定の期間において、移動平均を演算する。移動平均の演算方法は、図3で説明した通りである。この演算により、図4に示したように、段ズレが発生した時刻t11から一定期間が経過するまでの間の移動平均が求められる。
When the maintenance is carried out (YES in step S14), the moving
ステップS17において、過渡期間検出部25は、ステップS16の処理で演算された移動平均に基づいて、保全の実施後に過渡期間が存在するか否かを判定する。具体的には前述したように、保全を実施した後の外乱トルクの移動平均の傾き(図4に示すd1)、或いは過渡期間の移動平均と定常時平均との差分(図4に示すg1)に基づいて過渡期間が存在するか否かを判定する。過渡期間が存在すると判定された場合にはステップS18に移行し、過渡期間が存在すると判定されない場合にはステップS22に移行する。
In step S17, the transient
ステップS18において、過渡期間検出部25は、過渡期間の長さを設定する。前述したように、移動平均と定常時平均との差分が第3の閾値(ゼロまたはゼロに近い数値)に達するまでの期間を過渡期間として設定する。具体的には、図4に示すように、保全が実施されて外乱トルクTgに段ズレが発生した時刻t11から、外乱トルクTgの移動平均が定常時平均P3とほぼ一致する時刻t12までの期間を過渡期間Tcとして設定する。また、前述したように教示変更による減速機14の動作量の変化に応じて過渡期間を設定してもよい。
In step S18, the transient
ステップS19において、振幅成分抽出部26は、過渡期間Tcにおける外乱トルクの振幅成分を抽出し、更に、外乱トルクに含まれるスパイクを除去する。外乱トルクに含まれる振幅成分のうち突発的な変動成分をスパイクと見なして除去する。前述したように、振幅成分抽出部26は、稼働履歴DB33よりロボット101の稼働履歴を参照して、減速機14の停止時間、稼働時間、負荷の状態を参照してスパイクを除去する。或いは、減速機14の温度データを取得し、減速機14の温度、或いは減速機14の周囲温度を参照してスパイクを除去する。
In step S19, the amplitude
ステップS20において、外乱トルク補正部27は、過渡期間Tcでの移動平均に基づいて、図5(a)に示す第1基準波形P1を生成し、該第1基準波形P1を定常時平均P3にシフトする。その結果、図5(b)に示す第2基準波形P2が得られる。
In step S20, the disturbance
ステップS21において、外乱トルク補正部27は、第2基準波形P2に、外乱トルクの振幅成分を重畳する。その結果、図5(c)に示すように過渡期間Tcにおいて移動平均が定常時平均P3と一致する外乱トルクが得られる。
In step S21, the disturbance
ステップS22において、異常度判定部22は、ステップS21の処理で生成された外乱トルクに基づいて異常を判定する。異常なしと判定された場合にはステップS11に処理を戻し、異常有りと判定された場合にはステップS23に移行する。
In step S22, the abnormality
ステップS23において、アラーム判定部28は、アラームを出力するか否かを判定し、アラームを出力すると判定した場合には、ステップS24において、アラーム信号を出力する。その結果、図1に示すユーザインターフェース103に設けられるディスプレイ等に異常の発生が報知される。
In step S23, the
ステップS25において、異常度判定部22は、減速機14に異常が発生したことを稼働履歴DB33に記憶する。こうして、減速機14に発生する異常を検出し、ユーザに通知することができるのである。
In step S25, the abnormality
なお、上述した実施形態では、図6のステップS18で過渡期間を設定する処理を実施する例について説明したが、過渡期間を一定の期間に設定する場合には、ステップS18の処理は不要となる。 In the above-described embodiment, an example of performing the process of setting the transition period in step S18 of FIG. 6 has been described, but when the transition period is set to a certain period, the process of step S18 becomes unnecessary. ..
このようにして、本実施形態に係る異常判定装置では、以下に示す効果を得ることができる。
(1)
本実施形態に係る異常判定装置102では、減速機14の外乱トルクの平均値(可動部の状態に関するデータの基準値)が変動した場合、即ち、図4の時刻t11に示すように外乱トルクに段ズレが発生した場合には、段ズレが発生してから外乱トルクの平均値が定常状態になるまでの期間(過渡期間)と、基準値が定常状態となった後の期間を期間(安定期間)を識別する。そして、安定期間における外乱トルクの基準値(例えば、平均値)に基づいて、過渡期間の外乱トルクを補正する。補正後の外乱トルクに基づいて、減速機14の異常を判定する。従って、教示変更の実施等に起因して外乱トルクに段ズレが発生した場合でも、減速機14の異常を高精度に検出することが可能となる。
特に保全データはリアルタイムではなく、実際の保全作業が終わった後に入力されることがあり得るため、時間が経過した後に異常判断をすることで最新の保全データを用いることができ、より正確な異常判定を行うことが可能となる。
In this way, the abnormality determination device according to the present embodiment can obtain the following effects.
(1)
In the
In particular, maintenance data is not real-time and may be input after the actual maintenance work is completed, so the latest maintenance data can be used by making an abnormality judgment after a lapse of time, and more accurate abnormalities can be used. It becomes possible to make a judgment.
(2)
外乱トルクの基準値を平均値または振幅の中央値とすることにより、上下に変動する外乱トルクの振幅のほぼ中心を基準値とすることができ、高精度な異常検出が可能となる。
(2)
By setting the reference value of the disturbance torque as the average value or the median of the amplitude, the reference value can be approximately the center of the amplitude of the disturbance torque that fluctuates up and down, and highly accurate abnormality detection becomes possible.
(3)
過渡期間における外乱トルクの移動平均を演算し、演算した移動平均が安定期間の平均値と一致するように、過渡期間における外乱トルクを補正するので、過渡期間における外乱トルクの変動量を相殺でき、より高精度な異常検出が可能となる。
(3)
Since the moving average of the disturbance torque in the transition period is calculated and the disturbance torque in the transition period is corrected so that the calculated moving average matches the average value in the stable period, the fluctuation amount of the disturbance torque in the transition period can be offset. More accurate abnormality detection is possible.
(4)
過渡期間において、外乱トルクに含まれるスパイク(突発的な変動成分)を除去し、スパイク除去後の外乱トルクに基づいて移動平均を演算するので、スパイクによる影響を回避でき、移動平均を高精度に演算することができる。ひいては、高精度な異常検出が可能となる。
(4)
During the transition period, spikes (sudden fluctuation components) contained in the disturbance torque are removed, and the moving average is calculated based on the disturbance torque after the spikes are removed, so the influence of spikes can be avoided and the moving average can be made highly accurate. Can be calculated. As a result, highly accurate abnormality detection becomes possible.
(5)
減速機14の運転状態、減速機14の温度、或いは減速機14での保全の有無に応じてスパイクを検出する条件を変更するので、減速機14の状況に適したスパイク除去が可能となる。
(5)
Since the conditions for detecting spikes are changed according to the operating state of the
(6)
減速機14の運転状態として、減速機14の停止時間、稼働時間、負荷の大きさに応じてスパイクを検出する条件を変更する。具体的には、減速機14を長時間停止させた後に稼働を開始した場合には、稼働開始から長期間に亘ってスパイクが発生し、且つスパイクの発生頻度が高まる。同様に、減速機14により駆動する負荷の大きさが変化した場合にはスパイクの発生頻度が高まる。従って、外乱トルクに多くのスパイクが存在することを前提としてスパイクを検出するので、スパイクの除去精度を向上させることができる。
(6)
As the operating state of the
(7)
減速機14の温度として、該減速機14の周囲温度を用いるので、簡単な方法で減速機14の温度を取得できる。また、減速機14の温度が低いほどスパイクの発生頻度が高まるので、減速機14の温度に応じてスパイクを除去することにより、スパイクの除去精度を向上させることができる。
(7)
Since the ambient temperature of the
(8)
教示変更等の保全の実施に起因して減速機14の外乱トルクに段ズレが発生した場合には、保全の実施後の外乱トルクの移動平均の変化率(図4に示す傾きd1)を演算し、変化率が所定値以下となるまでの期間を過渡期間として設定する。具体的には、図4に示す時刻t11~t12までを過渡期間Tcとして設定する。従って、過渡期間を高精度に設定することができる。このため、過渡期間における異常検出を高精度に実施することが可能となる。
(8)
When the disturbance torque of the
なお、上述した実施形態では、教示変更等の保全を実施した後に発生する外乱トルクの段ズレ(外乱トルクの基準値の変動)が発生した場合を例に挙げて説明したが、本発明は保全の実施後に発生する段ズレに限定されず、その他の原因で外乱トルクに段ズレが発生した場合についても適用することができる。 In the above-described embodiment, the case where the disturbance torque step deviation (variation of the reference value of the disturbance torque) occurs after the maintenance such as the instruction change is performed has been described as an example, but the present invention has been described as an example. It is not limited to the step deviation that occurs after the implementation of the above, and it can also be applied to the case where the step deviation occurs in the disturbance torque due to other causes.
また、上述した実施形態では、図4に示したように、教示変更の実施により外乱トルクが上昇する方向(図中、上方向)に段ズレする例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、下降する方向(図中、下方向)に段ズレする場合においても適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 4, an example in which the disturbance torque is shifted in the direction of increase (upward in the figure) due to the implementation of the teaching change has been described, but the present invention is limited to this. It can be applied even when the step is shifted in the descending direction (downward in the figure).
[変形例の説明]
次に、上述した実施形態に係る異常判定装置の変形例について説明する。変形例では、減速機14に対して教示変更を行う場合に、教示変更前の減速機14の動作量と、教示変更後の減速機14の動作量の差分を演算し、演算した差分に応じて過渡期間の長さを設定する。具体的には、差分が大きいほど、過渡期間を長く設定する。
[Explanation of modified example]
Next, a modified example of the abnormality determination device according to the above-described embodiment will be described. In the modified example, when the teaching change is performed for the
即ち、減速機14の回転角度、稼働領域等の動作量が大きくなる教示変更をした場合には、外乱トルクの変化量が大きくなり、定常状態となるまでに長時間を要する。このため、過渡期間を長く設定する。
そして、設定した過渡期間において外乱トルクを補正することにより、より高精度な異常検出が可能となる。
That is, when the teaching change is made to increase the operating amount of the
Then, by correcting the disturbance torque in the set transient period, more accurate abnormality detection becomes possible.
ここで、上述した実施形態では、ロボット101の異常を判定する例について説明したが、異常を判定する対象の機器はロボット101に限定されるものでない。例えば、モータの代わりに自動車のエンジン、減速機14の代わりにトランスミッションを用いてもよい。また、移動体の回転機構、遊園地の遊具などの移動体、3次元プリンターなどの工作機械、すなわち回転機構とそれを伝達する機構を有する全ての機器も対象にすることができる。また、その他の種類の機器を対象としてもよい。
Here, in the above-described embodiment, an example of determining an abnormality of the
また、異常判定装置を遠隔地に配置し、必要な信号やデータを通信回線を介して送受信して、機器の異常を判定してもよい。また、複数の機器の異常を1台の異常判定装置で診断してもよい。また、複数の機器は互いに異なる場所に配置されていてもよい。 Further, the abnormality determination device may be arranged at a remote location, and necessary signals and data may be transmitted and received via a communication line to determine the abnormality of the device. Further, the abnormality of a plurality of devices may be diagnosed by one abnormality determination device. Further, the plurality of devices may be arranged in different places from each other.
以上、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの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の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 Although embodiments of the present invention have been described above, the statements and drawings that form part of this disclosure should not be understood to limit the invention. This disclosure will reveal to those skilled in the art various alternative embodiments, examples and operational techniques.
11 通信部
12 外乱トルク演算部
13 センサ
14 減速機(可動部)
15 動作制御部
21 通信部
22 異常度判定部
23 移動平均演算部
24 定常時平均演算部
25 過渡期間検出部
26 振幅成分抽出部
27 外乱トルク補正部
28 アラーム判定部
31 センサDB
32 保全履歴DB
33 稼働履歴DB
51 制御部
101 ロボット(機器)
102 異常判定装置
103 ユーザインターフェース
11
15
32 Maintenance history DB
33 Operation history DB
51
102
Claims (10)
前記制御部は、
前記データの基準を示す基準値に基づいて、前記基準値が変動する過渡期間、及び前記基準値が安定する安定期間を識別し、
前記過渡期間の後の前記安定期間における前記基準値に基づいて、前記過渡期間における前記データを補正し、
前記補正したデータに基づいて前記機器の異常を判定すること
を特徴とする異常判定装置。 An abnormality determination device including a control unit for determining an abnormality of the device based on data related to the state of the movable portion acquired from a sensor installed in the device having the movable portion.
The control unit
Based on the reference value indicating the reference value of the data, the transient period in which the reference value fluctuates and the stable period in which the reference value stabilizes are identified.
The data in the transient period is corrected based on the reference value in the stable period after the transient period.
An abnormality determination device for determining an abnormality of the device based on the corrected data.
を特徴とする請求項1に記載の異常判定装置。 The abnormality determination device according to claim 1, wherein the reference value is an average value of the data or a median value of the amplitude of the data.
前記制御部は、
前記過渡期間における前記データの平均値として、前記データの移動平均を演算し、
前記移動平均が前記安定期間における平均値と一致するように、前記過渡期間における前記データを補正すること
を特徴とする請求項2に記載の異常判定装置。 The reference value is an average value of the data, and is
The control unit
The moving average of the data is calculated as the average value of the data in the transient period.
The abnormality determination device according to claim 2, wherein the data is corrected so that the moving average matches the average value in the stable period.
前記過渡期間における前記データに含まれる突発的な変動成分を検出し、
検出した前記突発的な変動成分を前記データから除去した後、前記移動平均を演算すること
を特徴とする請求項3に記載の異常判定装置。 The control unit
Sudden fluctuation components contained in the data during the transient period are detected.
The abnormality determination device according to claim 3, further comprising calculating the moving average after removing the detected sudden fluctuation component from the data.
を特徴とする請求項4に記載の異常判定装置。 The control unit may change the conditions for detecting the sudden fluctuation component according to at least one of the operating state of the movable portion, the temperature of the movable portion, and the presence or absence of maintenance of the movable portion. The abnormality determination device according to claim 4.
を特徴とする請求項5に記載の異常判定装置。 The fifth aspect of the present invention is characterized in that the operating state of the movable portion is at least one of the stop time of the movable portion, the operating time of the movable portion, and the magnitude of the load applied to the movable portion. The above-mentioned abnormality determination device.
を特徴とする請求項5に記載の異常判定装置。 The abnormality determination device according to claim 5, wherein the temperature of the movable portion is the temperature around the movable portion.
を特徴とする請求項3~7のいずれか1項に記載の異常判定装置。 The control unit calculates the rate of change of the moving average with respect to the passage of time, and sets the period from the occurrence of the fluctuation of the moving average to the decrease of the rate of change to a predetermined value or less as a transient period. The abnormality determination device according to any one of claims 3 to 7.
前記制御部は、前記教示変更前における前記可動部の動作量と、前記教示変更後における前記可動部の動作量と、の差分に応じて、前記過渡期間を設定すること
を特徴とする請求項5に記載の異常判定装置。 Maintenance for the movable part is a teaching change that changes the operation of the movable part.
The claim is characterized in that the control unit sets the transient period according to the difference between the amount of movement of the movable part before the change of teaching and the amount of movement of the movable part after the change of teaching. The abnormality determination device according to 5 .
前記データの基準を示す基準値に基づいて、前記基準値が変動する過渡期間、及び前記基準値が安定する安定期間を識別し、
前記過渡期間の後の安定期間における前記基準値に基づいて、前記過渡期間における前記データを補正し、補正したデータに基づいて前記機器の異常を判定すること
を特徴とする異常判定方法。 It is an abnormality determination method for determining an abnormality of the device based on data related to the state of the movable part acquired from a sensor installed in the device having the movable part.
Based on the reference value indicating the reference value of the data, the transient period in which the reference value fluctuates and the stable period in which the reference value stabilizes are identified.
An abnormality determination method, characterized in that the data in the transition period is corrected based on the reference value in the stable period after the transition period, and the abnormality of the device is determined based on the corrected data.
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