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公開番号2024087822
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-02
出願番号2022202692
出願日2022-12-20
発明の名称異常検知装置及び異常検知方法
出願人アズビル株式会社
代理人弁理士法人山王内外特許事務所
主分類B25J 19/06 20060101AFI20240625BHJP(手工具;可搬型動力工具;手工具用の柄;作業場設備;マニプレータ)
要約【課題】トルク補償処理におけるトルク外乱成分の低減性能の劣化を検知可能とする。
【解決手段】関節角度計測値又は関節角速度計測値のうちの少なくとも一方、トルク計測値、並びに、当該トルク計測値に対して減速機の回転機構に由来するトルク外乱による誤差を補償した補償後トルク値を取得する入力部301と、入力部301による取得結果に基づいて、トルク計測値からトルク外乱成分を抽出するとともに、補償後トルク値からトルク外乱成分を抽出するトルク外乱成分抽出部302と、トルク外乱成分抽出部302による抽出結果に基づいて、補償後トルク値の異常有無を判別する異常判別部303とを備えた。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
関節角度計測値又は関節角速度計測値のうちの少なくとも一方、トルク計測値、並びに、当該トルク計測値に対して減速機の回転機構に由来するトルク外乱による誤差を補償した補償後トルク値を取得する入力部と、
前記入力部による取得結果に基づいて、トルク計測値からトルク外乱成分を抽出するとともに、補償後トルク値からトルク外乱成分を抽出するトルク外乱成分抽出部と、
前記トルク外乱成分抽出部による抽出結果に基づいて、補償後トルク値の異常有無を判別する異常判別部と
を備えた異常検知装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記トルク外乱成分抽出部は、デジタルフィルタを用い、トルク計測値からトルク外乱の周波数帯域の成分を抽出するとともに、補償後トルク値からトルク外乱の周波数帯域の成分を抽出する
ことを特徴とする請求項１記載の異常検知装置。
【請求項３】
前記トルク外乱成分抽出部は、関節角速度計測値又は関節角度計測値から計算された関節角速度に比例して、抽出対象とするトルク外乱の周波数帯域を動的に変化させる
ことを特徴とする請求項２記載の異常検知装置。
【請求項４】
前記トルク外乱成分抽出部は、
トルクの計測値から、負荷トルクと相関のある負荷トルクの指標値を推定する負荷トルク指標値推定部と、
前記負荷トルク指標値推定部により推定された負荷トルクの指標値を説明変数として、回帰推論により、負荷トルクによるトルク外乱の周期の変動量を推定するトルク外乱周期変動量推定部と、
前記トルク外乱周期変動量推定部により推定されたトルク外乱の周期の変動量に応じて、抽出対象とするトルク外乱の周波数帯域の中心周波数をシフトさせる周波数帯域設定部とを有する
ことを特徴とする請求項２記載の異常検知装置。
【請求項５】
前記トルク外乱成分抽出部は、
トルクの計測値から、負荷トルクと相関のある負荷トルクの指標値を推定する負荷トルク指標値推定部と、
前記負荷トルク指標値推定部により推定された負荷トルクの指標値を説明変数として、回帰推論により、負荷トルクによるトルク外乱の周期の変動量を推定するトルク外乱周期変動量推定部と、
前記トルク外乱周期変動量推定部により推定されたトルク外乱の周期の変動量に応じて、抽出対象とするトルク外乱の周波数帯域の中心周波数をシフトさせる周波数帯域設定部とを有する
ことを特徴とする請求項３記載の異常検知装置。
【請求項６】
前記異常判別部は、
前記トルク外乱成分抽出部により抽出されたトルク計測値におけるトルク外乱成分の振幅の代表値と、当該トルク外乱成分抽出部により抽出された補償後トルク値におけるトルク外乱成分の振幅の代表値とを比較し、当該トルク計測値におけるトルク外乱成分の振幅の代表値に対し、当該補償後トルク値におけるトルク外乱成分の振幅の代表値の方が大きいと判定した場合に、当該補償後トルク値に異常が有ると判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの何れか１項記載の異常検知装置。
【請求項７】
入力部が、関節角度計測値又は関節角速度計測値のうちの少なくとも一方、トルク計測値、並びに、当該トルク計測値に対して減速機の回転機構に由来するトルク外乱による誤差を補償した補償後トルク値を取得するステップと、
トルク外乱成分抽出部が、前記入力部による取得結果に基づいて、トルク計測値からトルク外乱成分を抽出するとともに、補償後トルク値からトルク外乱成分を抽出するステップと、
異常判別部が、前記トルク外乱成分抽出部による抽出結果に基づいて、補償後トルク値の異常有無を判別するステップと
を有する異常検知方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ロボットアームに取付けられたトルクセンサにより計測されたトルクに対し、当該ロボットアームが有する減速機の回転機構に由来するトルク外乱による誤差の補償を行うトルク補償処理に対して異常検知を行う異常検知装置及び異常検知方法に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、各関節にトルクセンサが取付けられ、このトルクセンサにより計測されたトルク、又は、当該トルクから推定したアーム先端における力を制御するロボットアームが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、ロボットアームが減速機を用いている場合、トルクセンサにより計測されたトルクには、減速機の機械的変化がトルク外乱となって含まれることがある。このトルク外乱は、減速機が歯車のような回転機構を持つことに起因しており、例えばロボットアームで使われることが多い波動歯車を持つ減速機でも起こり得る誤差である。
ここでは、以下、単にトルク外乱と記述した場合は、減速機の回転機構に由来するトルク外乱を指すものとする。
【０００４】
このトルク外乱は、ロボットアームの関節角度に対して周期的な外乱であり、ロボットアームの関節角が僅かに変わっても大きく変わることがあり、トルク制御及び力制御の性能を劣化させる。
【０００５】
これに対し、トルク外乱を抑制する機械的な機構を設計することは可能である。しかしながら、この場合、機構が複雑になり、また、コストも上昇する。
【０００６】
そのため、トルク外乱による誤差をソフトウェアで補償するトルク補償処理が行われる。トルク補償処理は、トルクセンサにより計測されたトルクからトルク外乱の推定値を減算することで、補償後トルク値を求める処理である。
なお、トルク外乱の推定値の推定方法としては、例えば、トルク外乱の推定値を回帰モデルで推論する方式がある（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６－０００９５５号公報
特開２０２１－１０９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、回帰モデルの特性上、回帰パラメータの学習に用いた条件に対し、異なる条件でトルク外乱を推定すると誤差は大きくなる。上記回帰パラメータの学習に用いた条件としては、例えば、各説明変数の値域の組み合わせ、又は、所定条件で精度が良くなるよう設定した重みが挙げられる。
【０００９】
また、ユーザ又はエンジニアのヒューマンエラーにより、運用条件と異なる条件で学習した回帰パラメータをトルク補償装置に設定してしまい、トルク外乱の推定誤差が大きくなる場合もある。
【００１０】
トルク外乱の推定誤差が大きいと、トルク補償処理の性能の劣化を招くだけでなく、トルク補償処理によりトルク外乱成分を低減するどころか却ってトルク外乱成分を強調しかねない。
（【００１１】以降は省略されています）

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