JP2018062028A - モジュールの情報を追跡するロボットシステム及び保守方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットを構成するモジュールごとに、保守情報の管理や故障予知を適切に行うことのできるロボットシステム及び保守方法を提供する。【解決手段】ロボットシステム１０は、アームを交換可能なモジュールとして備えたロボット１０１及び１０２を有し、さらに、アームの各々の稼働状態、故障予知情報、故障診断情報、及び保守履歴情報のうち、少なくとも１つを含むロボット情報を蓄積するロボット情報蓄積部と、アームの固有の識別情報を読み込む読み込み部と、読み込んだ識別情報に対応するアームに関して蓄積されたロボット情報を参照するロボット情報参照部と、ロボットのアームごとにロボット情報を出力するロボット情報出力部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットを構成するモジュールの情報を追跡し、その管理や故障予知を行うロボットシステム、及び保守方法に関する。

産業用ロボットにおいて、該ロボットを構成する機構部が、その一部をユニット（モジュール）単位で交換可能に構成されているものが知られている。これに関連する周知技術として、例えば特許文献１には、ロボット機構部又は機構ユニットの交換後の諸データ変更の作業の自動化を企図したロボット装置が開示されている。

一方、ロボットを構成する部品に関する故障診断や故障予知を行う技術が周知である（例えば特許文献２〜４）。さらに、ロボットの部品ごとにその運用情報等を取得してデータベースに蓄積する技術も周知である（例えば特許文献５〜７）。

特開２００４−１４８４３３号公報 特開２００４―２０２６２４号公報 特開２０１５―２１７４６８号公報 特開平０７−１０７７６７号公報 特開２００７―２６０８３４号公報 特開２０１４―０５０９５１号公報 特開２０１３―２１８４０８号公報

ロボット機構部をモジュール化した場合、各モジュールは、必要に応じてロボットに対して取り付けたり取り外したりして使用することができるが、従来技術では、モジュールごとに、故障の正確な予知や保守情報を収集することが困難である。例えば、モジュール化されたアーム部品において、あるロボットに取り付けられているアームを取り外して別のロボットに取り付けた場合、またはあるロボットに取り付けられているアームを取り外して別のアームを取り付けた場合は、従来の技術では新たに取り付けたアームに対して故障予知を行えない。

特許文献１に記載の技術は、ロボットの各機構部に取り付けたメモリに、Ｄ−Ｈパラメータ等のロボットの軌跡制御の計算に必要なパラメータを記憶しておくことで、機構部の一部又は全てを交換した際に、制御装置が機構部に取り付けたメモリからそれらの情報を自動で読み取り、機構のキャリブレーションなしにロボットのプログラムを交換前と同等の軌跡制御を実現するものであるが、ロボットの部品ごとに故障予知や保守情報の管理を行うものではない。

特許文献２〜４に記載の技術は、ロボットの部品の故障診断や故障予知を行うものであるが、その判断材料となる情報は、対象の部品が特定のロボットに取り付けられている期間に限られたものである。従って、ある部品は他のロボットに付け替えられたような場合は、適切な故障診断や故障予知を行うことは難しい。

また特許文献５〜７に記載の技術は、部品ごとに累積運転時間等の運転情報を蓄積し、部品交換時期の判断等に活用するものであるが、やはりその判断材料となる情報は、対象の部品が特定のロボットに取り付けられている期間に限られる。

そこで本発明は、ロボットを構成するモジュールごとに、保守情報の管理や故障予知を適切に行うことのできるロボットシステム及び保守方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、各々が固有の識別情報を備えた複数のモジュールで構成され、かつモジュール単位で交換可能なロボット機構部、及び該ロボット機構部の各軸の動作を制御するロボット制御装置を有するロボットシステムであって、前記モジュールの各々の稼働状態、故障予知情報、故障診断情報、及び保守履歴情報のうち、少なくとも１つを含むロボット情報を蓄積するロボット情報蓄積部と、前記モジュールの固有の識別情報を読み込む読み込み部と、読み込んだ前記識別情報に対応するモジュールに関して蓄積されたロボット情報を参照するロボット情報参照部と、前記ロボット機構部のモジュールごとに前記ロボット情報を出力するロボット情報出力部と、を有する、ロボットシステムを提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記ロボット情報蓄積部は、前記ロボットシステムに接続された通信ネットワークに接続されたデータベースである、ロボットシステムを提供する。

第３の発明は、第１の発明において、前記ロボット情報蓄積部は、前記ロボット制御装置に設けられたデータベースである、ロボットシステムを提供する。

第４の発明は、第１の発明において、前記ロボット情報蓄積部は、前記ロボット機構部のモジュールごとに備えられた不揮発性メモリに設けられたデータベースである、ロボットシステムを提供する。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つにおいて、前記ロボット機構部のモジュールごとに提供される前記ロボット情報は、前記モジュールが現在及び過去に取り付けられたことのある全てのロボットにおいて前記モジュールに対して蓄積された情報である、ロボットシステムを提供する。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つにおいて、前記ロボット情報出力部は、前記ロボット制御装置に具備又は接続された表示装置である、ロボットシステムを提供する。

また第７の発明は、各々が固有の識別情報を備えた複数のモジュールで構成され、かつモジュール単位で交換可能なロボット機構部、及び該ロボット機構部の各軸の動作を制御するロボット制御装置を有するロボットシステムの保守方法であって、前記モジュールの各々の稼働状態、故障予知情報、故障診断情報、及び保守履歴情報のうち、少なくとも１つを含むロボット情報を蓄積するステップと、前記モジュールの固有の識別情報を読み込むステップと、読み込んだ前記識別情報に対応するモジュールに関して蓄積されたロボット情報を参照するステップと、前記ロボット機構部のモジュールごとに前記ロボット情報を出力するステップと、を含む、保守方法を提供する。

本発明によれば、モジュール単位で交換可能なロボット機構部のモジュールごとに故障予知や保守情報の管理を行うことができ、モジュール化された部品をロボットに自由に付け外しできるという利点を最大限に生かしつつ、生産稼働率も高めることができる。

本発明の好適な実施形態に係るロボットシステムの概略構成を示す図である。 図１におけるロボット制御装置の機能ブロック図である。 図１におけるデータベースの機能ブロック図である。 図１のロボットシステムにおける処理の一例を示すフローチャートである。 図１のロボットシステムにおいて、一部のモジュール（アーム）を付け替えた例を示す図である。 データベースを含むロボット制御装置の機能ブロック図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。なお以下の実施例では、ロボット機構部が有する交換可能なモジュールの例として、アーム部品（ロボットアーム）を説明する。但しモジュールの例としては、アーム部品以外にも、減速機やモータ等、交換可能であるとともに、それらの稼働状態、故障予知情報、故障診断情報、及び保守履歴情報のうちの少なくとも１つ（以下、ロボット情報とも称する）を取得可能な全ての部品、又はそのような部品の組み合わせ（ユニット部品）が挙げられる。

（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例に係るロボットシステム１０の概略構成を示す図である。ロボットシステム１０は、少なくとも１つ、好ましくは複数（図示例では２つ）のロボット機構部（以下、ロボットと略称する）１０１及び１０２、並びにロボット１０１及び１０２の各軸の動作をそれぞれ制御するロボット制御装置２０１及び２０２を有し、ロボット制御装置２０１及び２０２は、ロボットシステム１０に接続された、インターネットに代表される通信ネットワーク４０２を介して、互いに接続され、かつデータベース４０１にも接続されている。

図２は、ロボット制御装置２０１（又は２０２）の機能ブロック図である。ロボット制御装置２０１（２０２）は、ロボット１０１（１０２）の各軸の動作を制御する軸制御部５０１と、ロボット情報を出力するロボット情報出力部５０２と、通信ネットワーク４０２を介してロボット情報を送受信する第１のロボット情報送受信部５０３と、モジュールごとに固有の識別情報を読み込む識別情報読み込み部５０４とを備える。なお識別情報読み込み部５０４は、ロボット制御装置ではなく、データベース４０１に接続された計算機等の他の装置（図示せず）が備えていてもよいし、ロボット制御装置及び該計算機の両方が備えていてもよい。

なお軸制御部５０１、第１のロボット情報送受信部５０３、及び識別情報読み込み部５０４としては、例えば演算処理装置（ＣＰＵ）、通信モジュール、メモリ及び各種センサ、又はこれらの組み合わせ等が使用可能である。また情報出力部５０２としては例えば、ロボット情報を画面表示して作業者に提示するモニタ等の表示部の他、ロボット情報を音声で作業者に知らせる手段や、作業者がアクセス可能な他の装置（図示せず）にロボット情報をデータとして通信する手段等、作業者にロボット情報を提供できる手段が使用可能である。なお図２に示すように、表示部（情報出力部）５０２は、ロボット制御装置に具備されるか、ロボット制御装置に接続された表示装置であることが好ましい。

図３は、データベース４０１の機能ブロック図である。データベース４０１は、第１のロボット情報送受信部５０３と通信可能な第２のロボット情報送受信部６０１と、読み込まれた識別情報に紐付けられた（関連付けられた）ロボット情報を参照するロボット情報参照部６０２と、第２のロボット情報送受信部６０１が受信したロボット情報を記憶・蓄積するロボット情報蓄積部６０３とを備える。なお第２のロボット情報送受信部６０１、ロボット情報参照部６０２、及びロボット情報蓄積部６０３としては、例えば演算処理装置（ＣＰＵ）、通信モジュール、及びメモリ、又はこれらの組み合わせ等が使用可能である。

以下、図４のフローチャートを参照しつつ、ロボットシステム１０における処理（保守方法）について説明する。先ずステップＳ１において、ロボット１０１に交換可能なモジュールを取り付け、同様に、ロボット１０２に交換可能なモジュールを取り付ける。なお第１の実施例では、図１に示すように、ロボット１０１は、交換可能なモジュールとしてアーム３０１、アーム３０２及びアーム３０３を有する多関節ロボットであり、一方ロボット１０２は、交換可能なモジュールとしてアーム３１１、アーム３１２及びアーム３１３を有する多関節ロボットである。

次のステップＳ２では、各モジュールの識別情報の読み取りを行う。例えば、ロボット１０１（１０２）に取り付けられたアームの表面に印字されている文字列からなる識別番号が、視覚センサや作業者の操作によってロボット制御装置２０１（２０２）に入力されることで、識別情報読み込み部５０４によって読み取られる。

なお識別番号の形態としては、上述のような文字列に限られず、例えばアームに付加された識別番号を表すバーコードや二次元コードをアームの表面に貼付したり、予め識別番号が電子的に記憶されている不揮発性メモリをアームに内蔵したりしてもよい。なお各モジュールの識別番号は後述するように、各モジュールとデータベース４０１に蓄積されている情報を紐付けるためのものでる。

次のステップＳ３では、読み取った識別情報を用いて、該識別情報に対応する各モジュールの過去の故障予知や保守履歴情報をデータベース４０１から参照し、次にステップＳ４において、データベース４０１に各モジュールの状態（稼働実績等）を蓄積していく。この場合、ロボット制御装置２０１はアーム３０１、アーム３０２及びアーム３０３のロボット情報を、第１のロボット情報送受信部５０３を用いてデータベース４０１に送信し、同様にロボット制御装置２０２はアーム３１１、アーム３１２及びアーム３１３のロボット情報を、第１のロボット情報送受信部５０３を用いてデータベース４０１に送信する。データベース４０１のロボット情報蓄積部６０３は、受信したロボット情報を、モジュール（の識別情報）ごとに紐づけして蓄積していく。なおステップＳ３とＳ４の順序は逆でもよい。

次にステップＳ５において、データベース４０１に蓄積された各アーム（モジュール）の情報を用いて、アームそれぞれに対して、ロボット情報の出力（作業者への提供）を行う。ロボット情報の提供（出力）は、例えばロボット制御装置が備える表示部において、モジュールごとのロボット情報を表示することによって行うことができるが、上述のような音声による通知や、他の装置へのデータ通信によっても行うことができる。表１は、ロボット制御装置２０１における表示内容を表形式で表した場合の一例である。なおモジュールごとに出力されるロボット情報は、各モジュールが現在及び過去に取り付けられたことのある全てのロボットにおいて、当該モジュールに対して蓄積された情報であることが好ましい。

次のステップＳ６では、提供されたロボット情報に基づいて作業者が、各モジュールの使用を続行してもよいか、或いはいずれかのモジュールを取り外す（交換する）べきか等を判断する。例えば表１において、あるアームの故障予知情報が「１日以内に故障」であったり、故障診断情報（すなわち現時点の状態）が「異常」であったりした場合は、そのアームを直ちに取り外して他のアームに交換する必要があると考えられる。

ここで、ロボットに取り付けられているモジュールを取り外し、別のロボットに付け替えることを考える。具体的には図５に示すように、ロボット１０１からアーム３０２を取り外し、またロボット１０２からアーム３１２を取り外し、その後、ロボット１０１にアーム３１２を取り付け、ロボット１０２にアーム３０２を取り付けるものとする。

この場合、ステップＳ２及びＳ３に関して説明したように、ロボット１０１に新たに取り付けられたアーム３１２の識別番号がロボット制御装置２０１に読み取られ、データベース４０１からアーム３１２の過去の故障予知や保守の情報が参照される。ロボット１０２に新たに取り付けられたアーム３０２においても同様にデータベース４０１から情報が参照される。

以降、ロボット制御装置２０１はアーム３０２の代わりにアーム３１２のロボット情報（故障予知や保守情報を含む様々な情報）をデータベース４０１に蓄積していき、ロボット制御装置２０２はアーム３１２の代わりにアーム３０２のロボット情報をデータベース４０１に蓄積していく。このようにしてデータベース４０１に蓄積された各モジュールの情報を用いたロボット情報の提供（出力）は、データベース４０１に接続されたロボット制御装置から行うこともできるし、データベース４０１に接続された図示しない計算機によって行うこともできる。

実施例１でのアーム３０２とアーム３１２のように、モジュールの取り付け対象（ロボット）が変更された場合でも、稼働状況に合わせた情報がデータベース４０１に蓄積され続けるので、ロボット情報参照部６０２により任意のモジュールの情報を参照することで、ロボット情報の提供ができる。ロボット制御装置２０１において提供するロボット情報の内容を表形式で表した場合の一例を表２に示す。同表のように、ロボット１０１に取り付けられていたアーム３０２がアーム３１２に交換されたことに伴い、表示の内容が変化する。

（実施例２）
上述の第１の実施例では、データベース４０１は、ロボット制御装置２０１又は２０２と独立した装置として設置されていたが、第２の実施例では、図６に示すようにロボット制御装置２０１及び２０２の少なくとも一方に設けられ（例えば内蔵され）、換言すれば、ロボット制御装置がデータベース４０１としての機能も有する。第２の実施例の他の部分については、特に言及がない限り第１の実施例と同様でよいので、詳細な説明は省略する。

第２の実施例でも、第１の実施例と同様に、アーム３０２がロボット１０１から取り外され、その後ロボット１０２に取り付けられた場合、アーム３０２がロボット１０２に取り付けられた以後のロボット情報は、ロボット制御装置２０２に内蔵されたデータベースに蓄積されていくが、取り付けられる以前のロボット情報が必要になった際には次のようにして取得する。

先ず、ロボット制御装置２０２はアーム３０２の識別情報を読み込む。次に通信ネットワーク越しに接続されている全てのロボット制御装置に内蔵されているデータベースから、読み込んだ識別情報と紐づけられたロボット情報を参照する。実施例２の場合はロボット制御装置２０１に内蔵されたデータベースから、アーム３０２がロボット１０２に取り付けられる以前にロボット１０１に取り付けられていた時期のアーム３０２のロボット情報を参照できる。このようにして、アーム３０２がロボット１０２に取り付けられる以前のロボット情報を入手できる。従って、ロボットを構成するモジュールごとのロボット情報は、取り付け対象のロボットが変更された場合であっても追跡可能であり、必要に応じて適時、作業者に提供可能である。

（実施例３）
以下に述べる第３の実施例では、上述の第１及び第２の実施例と異なり、個々のモジュールが不揮発性メモリを内蔵し、その不揮発性メモリがデータベース４０１（としての機能）を有する。すなわち第３の実施例では、図１の例で言えば、アーム３０１、アーム３０２、アーム３０３、アーム３１１、アーム３１２及びアーム３１３の各々が不揮発性メモリを内蔵し、それぞれがデータベースを備える。第３の実施例の他の部分については、特に言及がない限り第１又は第２の実施例と同様でよいので、詳細な説明は省略する。

実施例３では、ロボット制御装置を通信ネットワークに接続する必要がない。また各不揮発性メモリのデータベースは、自信を内蔵しているモジュール（アーム）のロボット情報のみを蓄積し続ける。従って、データベースにおいて蓄積した情報を、モジュールの識別番号と紐づけする必要もない。

例えばアーム３０２がロボット１０１から取り外されても、アーム３０２に内蔵されているデータベースに蓄積された情報は失われない。その後アーム３０２がロボット１０２に取り付けられた際に、アーム３０２に内蔵されているデータベースには、これまでに蓄積されたロボット情報に加え、ロボット１０２に取り付けられた以後のロボット情報が蓄積される。

そのため、アーム３０２に内蔵されているデータベースには、アーム３０２が製造された以後の全てのロボット情報が蓄積されている。ロボット制御装置２０２は蓄積されたロボット情報を参照することで、アーム３０２のロボット情報を提供可能である。従ってロボット制御装置は、接続されているロボットに現在取り付けられているモジュールに内蔵されているデータベース内のロボット情報を参照することで、モジュールごとのロボット情報を追跡可能であり、必要に応じて適時、作業者に提供可能である。

上述の実施例では、モジュール単位で交換可能に構成されたロボット機構部の各モジュールの個体識別を行い、各モジュールの固体識別情報を利用することで、取り付け対象のロボットが変更された場合も、そのモジュールの稼働状態や、そのモジュールが他のモジュールの稼働状態により受ける影響、故障予知情報、故障診断情報、及び保守履歴情報のうち、少なくともいずれか１つを含むロボット情報をデータベースに蓄積し続けることができる。そしてデータベースに蓄積されたモジュールの過去の情報（履歴）を参照することで、当該モジュールのロボット情報を容易に作業者に提供でき、作業者は、提供された情報に基づいて各モジュールを交換すべきか等の判断を適切に行うことができる。従って本実施例では、モジュール化されたロボットを含むシステム全体としての生産効率や稼働率を大幅に改善することができる。

１０ ロボットシステム
１０１、１０２ ロボット
２０１、２０２ ロボット制御装置
３０１、３０２、３０３、３１１、３１２、３１３ アーム
４０１ データベース
５０１ 軸制御部
５０２ ロボット情報出力部
５０３ 第１のロボット情報送受信部
５０４ 識別情報読み込み部
６０１ 第２のロボット情報送受信部
６０２ ロボット情報参照部
６０３ ロボット情報蓄積部

Claims (7)

1. 各々が固有の識別情報を備えた複数のモジュールで構成され、かつモジュール単位で交換可能なロボット機構部、及び該ロボット機構部の各軸の動作を制御するロボット制御装置を有するロボットシステムであって、
   前記モジュールの各々の稼働状態、故障予知情報、故障診断情報、及び保守履歴情報のうち、少なくとも１つを含むロボット情報を蓄積するロボット情報蓄積部と、
   前記モジュールの固有の識別情報を読み込む読み込み部と、
   読み込んだ前記識別情報に対応するモジュールに関して蓄積されたロボット情報を参照するロボット情報参照部と、
   前記ロボット機構部のモジュールごとに前記ロボット情報を出力するロボット情報出力部と、
   を有する、ロボットシステム。
2. 前記ロボット情報蓄積部は、前記ロボットシステムに接続された通信ネットワークに接続されたデータベースである、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記ロボット情報蓄積部は、前記ロボット制御装置に設けられたデータベースである、請求項１に記載のロボットシステム。
4. 前記ロボット情報蓄積部は、前記ロボット機構部のモジュールごとに備えられた不揮発性メモリに設けられたデータベースである、請求項１に記載のロボットシステム。
5. 前記ロボット機構部のモジュールごとに提供される前記ロボット情報は、前記モジュールが現在及び過去に取り付けられたことのある全てのロボットにおいて前記モジュールに対して蓄積された情報である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
6. 前記ロボット情報出力部は、前記ロボット制御装置に具備又は接続された表示装置である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
7. 各々が固有の識別情報を備えた複数のモジュールで構成され、かつモジュール単位で交換可能なロボット機構部、及び該ロボット機構部の各軸の動作を制御するロボット制御装置を有するロボットシステムの保守方法であって、
   前記モジュールの各々の稼働状態、故障予知情報、故障診断情報、及び保守履歴情報のうち、少なくとも１つを含むロボット情報を蓄積するステップと、
   前記モジュールの固有の識別情報を読み込むステップと、
   読み込んだ前記識別情報に対応するモジュールに関して蓄積されたロボット情報を参照するステップと、
   前記ロボット機構部のモジュールごとに前記ロボット情報を出力するステップと、
   を含む、保守方法。

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