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JP2580190B2 - Abnormality detection device for industrial robots - Google Patents
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JP2580190B2 - Abnormality detection device for industrial robots - Google Patents

Abnormality detection device for industrial robots

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JP2580190B2
JP2580190B2 JP62191103A JP19110387A JP2580190B2 JP 2580190 B2 JP2580190 B2 JP 2580190B2 JP 62191103 A JP62191103 A JP 62191103A JP 19110387 A JP19110387 A JP 19110387A JP 2580190 B2 JP2580190 B2 JP 2580190B2
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load torque
servo
drive source
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正彦 渡辺
力 大前
博幸 羽根井
来爾 霜村
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ロボツトのサーボ異常検出装置に係
り、特にロボツト本体の異常動作をすみやかに検出する
のに好適なサーボ異常検出装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a servo abnormality detection apparatus for an industrial robot, and more particularly to a servo abnormality detection apparatus suitable for promptly detecting an abnormal operation of a robot main body.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

産業用ロボツトの各可動部を駆動するサーボ系の異常
はロボツト本体の異常動作を招き、暴走の原因となり大
変危険である。このため、サーボ系の動作状態から応答
よくサーボ異常を検出することが認められる。従来、こ
のようなロボツトサーボ系の異常を検出する方法として
は、特開昭62−24305号に記述されているように、各可
動部サーボ系の位置指令値と位置検出値との偏差の絶対
値が所定の偏差基準値を超えた時間を計数し、この時間
が所定の時間基準値を連続して超えたときサーボ異常を
検出する方法が知られている。
An abnormality in the servo system that drives each movable part of the industrial robot causes an abnormal operation of the robot main body and causes a runaway, which is very dangerous. For this reason, it is recognized that the servo abnormality can be detected with good response from the operation state of the servo system. Conventionally, as a method for detecting such an abnormality of the robot servo system, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 24305/1987, the absolute value of the deviation between the position command value and the position detection value of each movable part servo system is described. There is known a method of counting a time when a value exceeds a predetermined deviation reference value and detecting a servo abnormality when the time continuously exceeds a predetermined time reference value.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

このような方法では、サーボ系の位置偏差のみでサー
ボ異常を検出するため、サーボ系に異常が発生してか
ら、ロボツト可動部の位置が指令値どおりに動いていな
いことを検出するまで時間がかかり、サーボ系の異常に
ともなうロボツト本体の暴走を応答よく防止できない。
なお、特開昭61−152351号公報に記載されているよう
に、モータ電流の大きさから負荷トルクを検出し、検出
した負荷トルクの値によって異常を検出することもでき
る。しかし、モータ電流の大きさから負荷トルクを検出
する方法では、ロボットアームのように、モータの速度
を加速したり、減速したりすると、加減速時にも負荷ト
ルクが異常となり、ロボットアームが他の物体と衝突し
たときに負荷トルクが異常となるときとの区別がつかな
くなる。
In such a method, a servo error is detected only by the position deviation of the servo system.Therefore, it takes time from the occurrence of the error in the servo system to the detection of the fact that the position of the robot movable unit is not moving as instructed. As a result, runaway of the robot body due to an abnormality in the servo system cannot be prevented with good response.
As described in JP-A-61-152351, the load torque can be detected from the magnitude of the motor current, and the abnormality can be detected based on the value of the detected load torque. However, in the method of detecting the load torque from the magnitude of the motor current, if the speed of the motor is accelerated or decelerated as in the case of a robot arm, the load torque becomes abnormal even during acceleration / deceleration, and the robot arm receives another load. When the vehicle collides with an object, the load torque becomes indistinguishable.

本発明の目的は、ロボットの動作状態によらず、サー
ボ異常を負荷トルクの異常により確実に検出することが
できる産業用ロボットの異常検出装置を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide an abnormality detection device for an industrial robot that can reliably detect a servo abnormality by an abnormality in a load torque regardless of the operation state of the robot.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記目的を達成するために、本発明は、可動部を回転
駆動する駆動源と、該駆動源を前記可動部に対する動作
指令によりサーボ制御するサーボ制御手段とを備えた産
業用ロボットにおいて、前記駆動源の状態量として前記
動作指令に対応した駆動源の回転位置を検出する回転位
置検出手段と、前記駆動源の状態量として駆動源の回転
速度を検出する回転速度検出手段と、前記動作指令と前
記回転位置検出手段の検出値とから前記駆動源の駆動ト
ルクに対応する値を算出しトルク指令値として出力する
トルク指令値算出手段と、該トルク指令値から前記駆動
源に対する駆動トルクの推定値を算出する駆動トルク推
定値算出手段と、前記駆動源が出力するトルクのうち前
記可動部に加わる負荷トルクを補償する成分として算出
された負荷トルク推定値と前記駆動トルク算出手段の算
出値との偏差を積分して駆動源の回転速度を推定する速
度推定値算出手段と、前記回転速度検出手段の検出値と
前記速度推定値算出手段の算出値との誤差を演算して負
荷トルク推定値を算出しこの算出値を前記速度推定値算
出手段へ出力する負荷トルク推定値算出手段と、該負荷
トルク推定値算出手段の算出による負荷トルク推定値が
所定の基準値を超えて持続する負荷トルク推定値持続時
間を計測する時間計測手段と、該負荷トルク推定値持続
時間が所定の基準時間を超えたときサーボ異常信号を出
力するサーボ異常検出手段とを備えたことを特徴とする
産業用ロボットのサーボ異常検出装置を構成したもので
ある。
In order to achieve the above object, the present invention provides an industrial robot, comprising: a driving source that rotationally drives a movable unit; and a servo control unit that servo-controls the driving source by an operation command for the movable unit. A rotation position detection unit that detects a rotation position of the drive source corresponding to the operation command as a state amount of the source; a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of the drive source as a state amount of the drive source; Torque command value calculation means for calculating a value corresponding to the drive torque of the drive source from the detected value of the rotational position detection means and outputting it as a torque command value; and an estimated value of drive torque for the drive source from the torque command value And a load torque estimation value calculation means for calculating a load torque estimated as a component for compensating a load torque applied to the movable portion of the torque output by the drive source. Speed estimation value calculating means for estimating the rotational speed of the drive source by integrating the deviation between the value and the calculated value of the drive torque calculating means; the detected value of the rotational speed detecting means and the calculated value of the speed estimated value calculating means And a load torque estimated value calculated by the load torque estimated value calculated by the load torque estimated value calculating means. Time measurement means for measuring a load torque estimated value duration that continues beyond a predetermined reference value; and servo abnormality detection means for outputting a servo abnormality signal when the load torque estimated value duration exceeds a predetermined reference time. And a servo abnormality detecting device for an industrial robot.

〔作用〕[Action]

前記した手段によれば、駆動源の回転位置と動作指令
とから駆動トルク指令(電流指令値)が生成され、この
駆動トルク指令から駆動トルクの推定値が算出される。
駆動源の回転速度を基に負荷トルクを補償する成分とし
て推定された負荷トルク推定値と駆動トルクの推定値と
の偏差が駆動源を加速する成分として求められ、この成
分が積分されることで駆動源の速度が推定される。そし
て、駆動源の速度推定値と駆動源の回転速度との誤差が
演算されると、この値が可動部に作用する負荷トルクの
推定値として得られる。この負荷トルク推定値が所定の
基準を超えて持続する持続時間が計測され、この計測値
が所定の基準時間を超えたときにサーボ系の異常として
サーボ異常信号が出力される。このため、ロボットの動
作状態によらず、真の負荷トルクを検出することがで
き、負荷トルクの異常によりサーボ異常を確実に検出す
ることができる。
According to the above-described means, a drive torque command (current command value) is generated from the rotational position of the drive source and the operation command, and an estimated value of the drive torque is calculated from the drive torque command.
The difference between the estimated load torque and the estimated drive torque as a component that compensates for the load torque based on the rotational speed of the drive source is determined as a component that accelerates the drive source, and this component is integrated. The speed of the driving source is estimated. Then, when an error between the estimated speed of the drive source and the rotational speed of the drive source is calculated, this value is obtained as an estimated value of the load torque acting on the movable part. The duration during which the estimated load torque value exceeds a predetermined reference is measured, and when the measured value exceeds the predetermined reference time, a servo abnormality signal is output as a servo system abnormality. Therefore, the true load torque can be detected irrespective of the operation state of the robot, and the servo abnormality can be reliably detected based on the abnormality of the load torque.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の第1実施例を第1図により説明する。第1図
は産業用ロボツトの各駆動源サーボ系のブロツク線図を
示す。第1図の1は、各駆動源サーボ系のソフトウエア
処理を示すブロツク線図であり、後述するマイクロコン
ピユータのソフトウエアプログラムとして所定のサンプ
リング周期毎に実行される。なお本発明の構成要件たる
各種手段はマイクロコンピユーターに含まれるものであ
る。2はデイジタルサーボ処理の演算結果をアナログ量
に変換するためのD/A(Digital to Analog)変換器であ
り、トルク指令値である電流指令値を出力する。3は電
流指令値に従つて、駆動源であるモータ5に駆動電流を
供給するためのサーボアンプであり、モータ電流を検出
するための電流検出器4の出力を用いて電流制御を実行
している。6は駆動源であるモータ5により駆動される
可動部であり、実際にはこの可動部が連結されて産業用
ロボツト本体を構成している。モータ5の回転軸にはそ
の位置と速度を検出するためのロータリエンコーダ7が
取付けられており、その検出パルスをカウンタ8で計数
することによりモータ回転位置を検出し、その位置の差
分としてモータ速度を演算する。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of each drive source servo system of an industrial robot. 1 in FIG. 1 is a block diagram showing software processing of each drive source servo system, which is executed at a predetermined sampling cycle as a software program of a micro computer described later. Note that various means as constituent elements of the present invention are included in the microcomputer. Reference numeral 2 denotes a D / A (Digital to Analog) converter for converting a calculation result of the digital servo processing into an analog amount, and outputs a current command value which is a torque command value. Reference numeral 3 denotes a servo amplifier for supplying a drive current to a motor 5 which is a drive source in accordance with a current command value, and executes a current control using an output of a current detector 4 for detecting the motor current. I have. Numeral 6 denotes a movable portion driven by the motor 5 as a drive source, and the movable portion is actually connected to form an industrial robot main body. A rotary encoder 7 for detecting the position and speed of the motor 5 is attached to the rotating shaft of the motor 5. The counter 8 detects the motor rotation position by counting the number of detection pulses. Is calculated.

サーボ系のソフトウエア処理を示すブロツク線図1に
おいて、103はモータ(駆動源)5の状態量として位置
指令に対応したモータ5の回転位置を検出する回転位置
検出手段とモータ5の回転速度を検出する回転速度検出
手段とを構成し、カウンタ8の計数値を用いてモータ5
の位置θと速度ωとを演算する部分を示す。一方、
モータに対する位置指令値θmrは所定のサンプリング周
期毎に取込まれ、この位置指令値θmrと位置、速度の検
出値θmとを用いて、駆動源であるモータ5の位置
サーボ処理が実行される。まず、位置指令値θmrと位置
検出値θとの偏差を演算し、それに対し位置制御系に
おける補償要素101を施し、この結果として速度指令値
ωmrが得られる。この補償要素Cp(S)としては通常比
例ゲインが用いられるが、位置系のオフセツトを除くた
め位相遅れ補償なども併用される。すなわち、 のように選択される。ここで、kpは位置制御系の比例ゲ
イン、T1,T2は位相遅れ要素の時定数である。また、S
はラプラス演算子であり、補償要素Gp(S)を連続系に
おける伝達関数として記述している。マイクロコンピユ
ータのデイジタル処理で実行する場合は、そのサンプリ
ング周期を考慮に入れて離散時間系の処理アルゴリズム
に変換すればよく、例えば、木村著「デイジタル信号処
理と制御」(昭晃堂、昭和57年)に詳述されている。
In the block diagram showing the software processing of the servo system, in FIG. 1, reference numeral 103 denotes a rotational position detecting means for detecting the rotational position of the motor 5 corresponding to the position command and the rotational speed of the motor 5 as the state quantity of the motor (drive source) 5. And a rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the motor 5 using the count value of the counter 8.
A part for calculating the position θ m and the speed ω m of FIG. on the other hand,
The position command value θ mr for the motor is fetched at every predetermined sampling period, and using the position command value θ mr and the position and speed detection values θ m and ω m , the position servo of the motor 5 as the drive source is performed. The processing is executed. First, a deviation between the position command value θ mr and the position detection value θ m is calculated, and a compensation element 101 in the position control system is applied thereto. As a result, a speed command value ω mr is obtained. Normally, a proportional gain is used as the compensation element C p (S), but phase lag compensation or the like is also used in order to remove the offset of the position system. That is, Is selected as follows. Here, kp is a proportional gain of the position control system, and T 1 and T 2 are time constants of a phase delay element. Also, S
Is a Laplace operator, and describes the compensation element Gp (S) as a transfer function in a continuous system. In the case of executing by digital processing of a micro computer, it is sufficient to convert to a processing algorithm of a discrete time system in consideration of the sampling period. For example, "Digital signal processing and control" by Kimura (Showaido, 1982 ).

次に、位置制御系の補償要素の出力ωmrは、モータの
速度検出ωより減算され、速度制御系における補償要
素102が施される。この補償要素Gs(S)としては、通
常、比例積分補償が用いられ、 のように選ばれる。ここで、Ksは速度制御系の比例ゲイ
ン、TIは積分時定数である。この補償演算は、位置制御
系の場合と同様に離散時間系の処理アルゴリズムに変換
でき、これをマイクロコンピユータのソフトウエア処理
により実行する。
Next, the output ω mr of the compensation element of the position control system is subtracted from the speed detection ω m of the motor, and the compensation element 102 in the speed control system is applied. As the compensation element Gs (S), proportional integral compensation is usually used. Is chosen as Here, Ks is a proportional gain of the speed control system, and T I is an integration time constant. This compensation operation can be converted into a processing algorithm of a discrete time system as in the case of the position control system, and this is executed by software processing of a micro computer.

これにより、駆動トルク指令に対応した電流指令値im
rが生成される。この電流指令値imrはサーボ異常判別処
理部104に入力されている。このサーボ異常判別処理部1
04は、負荷トルク推定およびサーボ異常検出器を備え、
駆動部が、可動部に加わっている負荷に対して出力する
負荷トルクを用いてサーボ異常判別を実行するようにな
っている。そして、速度制御処理により演算された電流
指令値imrは、105において係数と乗算されモータに
対する駆動トルクの推定値 となる。ここで、はモータトルク定数の推測値であ
る。この に状態推定器の補正項を加えた値を106において積分す
ることによりモータの速度推定値 を得る。ここで、106の伝達関数は1/(eS)のように
記述され、Jeはモータ軸換算の駆動系慣性モーメントの
推測値、Sはラプラス演算子を表わす。このようにして
得られたモータ速度推定値 とモータ速度検出値ωとの誤差を計算し、これに107,
108の補償を施した結果として前述した状態推定器の補
正値が演算される。ここで、107の伝速関数はK1/S,108
はk2であり、k1,k2は状態推定器の出力 を実プラントの出力(モータ速度検出値ω)に一致さ
せるための状態推定ゲインであり、Sはラプラス演算子
である。このとき、負荷トルクの推定値 の偏差に107の補償を実行した値として求めることがで
きる。即ち、105はモータ5に対する駆動トルクを推定
する駆動トルク推定値算出手段として、106はモータ5
の速度を推定する速度推定値算出手段として、107、108
は、モータ5の負荷トルクを補償する成分を推定する負
荷トルク推定値算出手段として構成されている。これら
負荷トルク推定のアルゴリズムをまとめると、次式のよ
うに記述できる。
As a result, the current command value im corresponding to the drive torque command
r is generated. This current command value imr is input to the servo abnormality determination processing unit 104. This servo abnormality determination processing unit 1
04 is equipped with load torque estimation and servo abnormality detector,
The drive unit performs the servo abnormality determination using the load torque output for the load applied to the movable unit. The current command value imr calculated by the speed control process is multiplied by a coefficient T at 105, and the estimated value of the driving torque for the motor is obtained. Becomes Here, T is an estimated value of the motor torque constant. this Motor speed estimated value by integrating the value obtained by adding the correction term of the state estimator to Get. Here, the transfer function of 106 is described as 1 / (eS), Je is the estimated value of the drive system inertia moment in terms of the motor shaft, and S is the Laplace operator. Motor speed estimate obtained in this way And the error between the motor speed detection value ω m and 107,
As a result of performing the compensation of 108, the above-described correction value of the state estimator is calculated. Here, the transmission function of 107 is K 1 / S, 108
Is k 2 , and k 1 and k 2 are the outputs of the state estimator Is the state estimation gain for matching the output of the actual plant (the detected motor speed value ω m ), and S is a Laplace operator. At this time, the estimated value of the load torque Can be obtained as a value obtained by executing the compensation of 107 for the deviation. That is, 105 is a drive torque estimated value calculating means for estimating the drive torque for the motor 5, and 106 is
107, 108 as speed estimation value calculating means for estimating the speed of
Are configured as load torque estimated value calculation means for estimating a component for compensating the load torque of the motor 5. A summary of these load torque estimation algorithms can be described as follows.

なお、上記(5)式は、(4)式に示すk2が十分に小
さい(108の出力が十分小さい)としたときの負荷トル
ク推定値、即ち、負荷トルクを補償する成分を示してい
る。
Note that the above equation (5) indicates a load torque estimated value when k 2 shown in the equation (4) is sufficiently small (the output of 108 is sufficiently small), that is, a component for compensating the load torque. .

このような積分を含む演算は、前述したサーボ系の場
合と同様に離散時間系の処理アルゴリズムに変換され、
マイクロコンピユータのソフトウエア処理により実行さ
れる。このようにして得られた負荷トルク推定値 を109において判別処理することにより、サーボ系の異
常の有無を検出できる。
The operation including such integration is converted into a processing algorithm of a discrete time system as in the case of the servo system described above,
It is executed by software processing of a micro computer. The estimated load torque obtained in this way In step 109, the presence or absence of an abnormality in the servo system can be detected.

なお、この実施例では、モータを含めた駆動系のモデ
ルとして慣性モーメントeのみを考慮に入れた場合を
示したが、摩擦トルクの影響が大きい駆動系の場合は、
106の要素に摩擦係数の項を付け加えることにより同様
に負荷トルク推定器を構成できる。また、3に示すパワ
ーアンプにおいて電流制御系の遅れの影響を考慮に入れ
る場合は、105の要素に1次遅れ特性を持たせることで
同様に実現できる。
In this embodiment, the case where only the moment of inertia e is taken into account as a model of the drive system including the motor is shown. However, in the case of a drive system in which the influence of the friction torque is large,
A load torque estimator can be similarly constructed by adding a friction coefficient term to the 106 elements. In the case where the influence of the delay of the current control system is taken into account in the power amplifier shown in FIG. 3, it can be similarly realized by giving the element 105 a first-order delay characteristic.

次に、第1実施例のハードウエア構成を第2図に示
す。ここで、1〜8までの手段は第1図で説明したもの
と同じであり、そのうちマイクロコンピユータ1のソフ
トウエア処理により、前述した基本サーボ処理および負
荷トルク推定アルゴリズムを実行する。また、9はマイ
クロコンピユータ1に対し一定周期毎に割込信号INTを
与えるためのタイマーであり、この信号に基づいてサー
ボ処理のサンプリング周期が決定される。
Next, FIG. 2 shows a hardware configuration of the first embodiment. Here, the means 1 to 8 are the same as those described with reference to FIG. 1. Among them, the basic servo processing and the load torque estimation algorithm described above are executed by the software processing of the micro computer 1. Reference numeral 9 denotes a timer for giving the microcomputer 1 an interrupt signal INT at regular intervals, and the sampling cycle of the servo processing is determined based on this signal.

このようなソフトウエア処理のタイミング図を第3図
に示す。ここでINTはマイクロコンピユータに対する割
込信号であり、その周期をTIとしている。マイクロコン
ピユータの割込処理ではすでに説明したようなサーボ処
理を実行する。ここで、位置制御処理と速度制御処理の
サンプリング周期は速度制御系を短い周期で、位置制御
系はそれに対し数倍の周期で処理しても安定で応答のよ
いサーボ処理を実行できる。第3図は1台のマイクロコ
ンピユータでロボツトの複数軸のサーボ処理を実行する
場合の処理タイミングを示しており、その軸数をnとす
れば、速度制御は1回の割込みに対して全軸(n軸)、
位置制御はn軸のうち1軸ずつ順次実行すれば、その特
定のサーボ軸に対するサンプリング周期は、速度制御周
期が割込周期と等しくTI,位置制御周期はnTIのように設
定できる。ここで、第4図で斜線を施した部分がn軸の
サーボ処理のうち特定の1軸を処理するタイミングを示
す。
FIG. 3 shows a timing chart of such software processing. Where INT is the interrupt signal for the microcomputer, and the period between T I. In the interrupt processing of the microcomputer, the servo processing as described above is executed. Here, the sampling cycle of the position control process and the speed control process is a short cycle of the speed control system, and the position control system can execute a stable and responsive servo process even if the position control system processes the cycle several times the cycle. FIG. 3 shows the processing timing when a single microcomputer executes servo processing of a plurality of robot axes. If the number of axes is n, the speed control is performed for all axes in response to one interrupt. (N axis),
If the position control is sequentially executed one by one of the n axes, the sampling cycle for that particular servo axis can be set such that the speed control cycle is equal to the interrupt cycle, T I , and the position control cycle is nT I. Here, the hatched portions in FIG. 4 indicate the timing of processing one specific axis of the n-axis servo processing.

次に、このようなタイミングで処理されるサーボアル
ゴリズムのフローチヤートを第4図に示す。ここで、位
置制御処理と速度制御処理は、それぞれ異なつたサンプ
リング周期で実行される。まず、位置制御処理ではS11
において位置指令値θmrを取込み、S12で位置検出値θ
を検出する。S13で両者の偏差を演算し、S14で位置制
御系の補償演算を実行し、その結果としてS15で速度指
令値ωmrを出力する。一方、速度制御処理では、S21で
位置制御系で演算したWmrを取込み、S22で速度検出値ω
を検出する。S23で両者の偏差を演算し、S24で速度制
御系の補償演算を実行する。この結果としてS25で電流
指令値imrを出力する。一方、このimrと速度検出値ω
を用いS26において負荷トルク推定処理を実行し、負荷
トルク推定値 を演算する。この値を用いてS27でサーボ異常検出処理
を実行する。
Next, a flowchart of the servo algorithm processed at such timing is shown in FIG. Here, the position control process and the speed control process are executed at different sampling periods. First, in the position control process, S11
Captures the position command value theta m r at position detection value at S12 theta
m is detected. In S13, a deviation between the two is calculated, and in S14, a compensation calculation of the position control system is performed. As a result, the speed command value ω mr is output in S15. On the other hand, in the speed control process, the W mr calculated by the position control system is fetched in S21, and the detected speed value ω is
m is detected. In S23, a deviation between the two is calculated, and in S24, a compensation calculation of the speed control system is executed. As a result, a current command value imr is output in S25. On the other hand, this imr and the speed detection value ω m
The load torque estimation process is executed in S26 using the Is calculated. Using this value, a servo abnormality detection process is executed in S27.

次に、負荷トルクの推定値 が得られてからサーボ異常判定を実行するまでのフロー
チヤートを第5図に示す。この処理は の演算毎に実行される。まず、S101でモータへの電流指
令値imrとモータ速度検出値ωとから負荷トルクの推
定値 を演算する。次に、S102でその絶対値 と、あらかじめ設定される負荷トルク基準値τdnとの大
きさを比較し、負荷トルク推定値の大きさが基準値内に
あればザーボ異常ではないと判断しS103に移る。ここで
は、負荷トルクの推定値の大きさ が基準値τdnより大きかつた回数をサンプリング周期毎
に計数するための変数Naを零にクリアする。次にS104で
この処理をリターンする。一方、 のときは、S105において変数Naを1だけ増加させ、 となつている時間(サンプリング周期XNa)を計数す
る。次に、S106でその計数値Naがあらかじめ設定される
基準値Nanを超えていないか判別し、基準値以内であれ
ばS107でリターンする。一方、連続して となる回数が基準値Nan以上になつたとき、サーボ異常
と判断し、S108でサーボ異常検出時の処理を実行する。
このあと、直ちに非常停止処理を実行し、S110でリター
ンする。
Next, the estimated value of the load torque FIG. 5 shows a flow chart from the time when is obtained until the servo abnormality determination is executed. This process Is executed for each calculation of. First, the estimated value of the load torque from the current command value imr and the motor speed detected value omega m of the motor in S101 Is calculated. Next, in S102, the absolute value If, by comparing the magnitude of the load torque reference value tau dn to be preset, the process proceeds to determine the magnitude of the load torque estimate is not Zabo abnormal if within the reference value S103. Here, the magnitude of the estimated value of the load torque There is cleared to zero a variable Na for counting the size Katsuta number than the reference value tau dn at every sampling period. Next, this processing is returned in S104. on the other hand, In the case of, the variable Na is increased by 1 in S105, Is counted (sampling cycle XNa). Then, the count value Na is determined whether does not exceed the reference value N an, which is set in advance in S106, returns at S107 if it is within the reference value. On the other hand, When the number of times a has decreased to or larger than the reference value N an,, determines that the servo abnormality, performs the processing of the servo abnormality detected in S108.
Thereafter, the emergency stop process is immediately executed, and the process returns in S110.

以上、産業用ロボツトの各可動部のサーボ系の1軸に
ついて、負荷トルクの推定およびその推定値を用いたサ
ーボ異常検出方法について実施例を説明したが、この処
理は各サーボ軸毎に実行されるのは言うまでもない。こ
のとき、サーボ異常を検出するための負荷トルク基準値
τdnおよび時間基準値Nanは各サーボ系毎に最適な値と
して設定される。ここで、Naはサンプリング周期毎に負
荷トルク異常状態の計数値であるので、これをサーボ異
常判定の時間基準値とした。
As described above, the embodiment has been described with respect to the estimation of the load torque and the servo abnormality detection method using the estimated value for one axis of the servo system of each movable part of the industrial robot. This process is executed for each servo axis. Needless to say, At this time, the load torque reference value tau dn and time reference value N an, for detecting servo abnormality is set as the optimum value for each servo system. Here, since Na is a count value of the abnormal state of the load torque in each sampling cycle, it is used as a time reference value for servo abnormality determination.

以上詳述したように、第1実施例によれば、産業用ロ
ボツトの各可動部を駆動するモータに対する電流指令値
のうち、モータの加速に用いられる成分と負荷トルクを
補償する成分とに分離して検出できるので、モータに対
する加速状態によらず応答よくサーボ系に作用する外乱
トルクの異常を検出できる。ここで、モータの加速に用
いられる成分とは、モータの発生するトルク(モータに
対する電流指令値imrに比例)のうち、摩擦トルクや重
力トルクなどの負荷トルク成分を除いた成分で、第1図
の106に入力される成分(105の出力から107の出力と108
の出力とをそれぞれ減算して得られた成分)を示す。こ
の値に応じてモータ速度、即ち、ロボットアームの回転
速度が変化する。そして、この値が大きいときには、大
きい加速度でモータ速度が変化し、逆にこの値が小さい
ときには、小さい加速度でモータ速度が変化する。
As described above in detail, according to the first embodiment, of the current command values for the motors that drive the movable parts of the industrial robot, the components used for accelerating the motor and the components for compensating for the load torque are separated. Therefore, the abnormality of the disturbance torque acting on the servo system can be detected with good response regardless of the acceleration state of the motor. Here, the component used for accelerating the motor is a component of the torque generated by the motor (proportional to the current command value imr for the motor) excluding load torque components such as friction torque and gravity torque. The components input to 106 (outputs from 105 to 107 and 108
And the components obtained by subtracting the outputs of The motor speed, that is, the rotation speed of the robot arm changes according to this value. When this value is large, the motor speed changes at a large acceleration. Conversely, when this value is small, the motor speed changes at a small acceleration.

一方、負荷トルクを補償する成分とは、モータの発生
するトルクのうち、摩擦トルクや重力トルクなどの負荷
トルクに打ち勝つのに用いられる成分で、第1図の107
と出力と108の出力とを加算した成分である。ここで、
通常、108の出力は十分小さいので、この値を無視する
と、107の出力が負荷トルクを補償する成分に対応す
る。そして、モータの発生するトルクから負荷トルクを
補償する成分を除いた値がモータを加速、あるいは減速
するのに用いられる。このように、モータ駆動トルクに
対応する105の出力から負荷トルクに対応する107の出力
を減算した結果がモータの加速、減速に用いられる成分
(加減速トルク)に対応する。
On the other hand, the component for compensating the load torque is a component used to overcome load torque such as friction torque and gravitational torque out of the torque generated by the motor.
, And the output and the output of 108. here,
Usually, the output of 108 is sufficiently small, and if this value is ignored, the output of 107 corresponds to the component that compensates for the load torque. Then, a value obtained by removing the component for compensating the load torque from the torque generated by the motor is used to accelerate or decelerate the motor. Thus, the result obtained by subtracting the output of 107 corresponding to the load torque from the output of 105 corresponding to the motor drive torque corresponds to the component (acceleration / deceleration torque) used for acceleration and deceleration of the motor.

これらの関係をまとめると、モータ駆動トルク−負荷
トルク=加減速トルクとなる。これより、モータ駆動ト
ルク−加減速トルク=負荷トルクとなる。そして、モー
タ駆動トルクから加減速トルクを除いたものが負荷トル
クに対応することから、ロボットアームに作用する負荷
トルクを電流指令値とモータ速度検出値を基に検出し、
この検出値の大きさによって、サーボ系の異常の有無を
検出することとしている。このような異常検出は、ロボ
ツトが作業環境の障害物などに接触あるいは衝突して動
作しているような危険状態をすみやかに検出する手段と
して重要な機能である。
Summarizing these relationships, motor drive torque-load torque = acceleration / deceleration torque. Thus, motor driving torque−acceleration / deceleration torque = load torque. Then, since the value obtained by removing the acceleration / deceleration torque from the motor drive torque corresponds to the load torque, the load torque acting on the robot arm is detected based on the current command value and the motor speed detection value,
The presence or absence of an abnormality in the servo system is detected based on the magnitude of the detection value. Such abnormality detection is an important function as a means for promptly detecting a dangerous state in which the robot is operating by contacting or colliding with an obstacle in the work environment.

また、第1実施例では、負荷トルク推定のためモータ
駆動部のモデルを設け、モータに対する電流指令(すな
わち駆動トルク指令)に対応したモータ速度を推定し、
その速度推定値と速度検出値とから負荷トルクを推定す
る方法を用いている。このため、サーボ系の前向き要素
(例えば、D/A変換器など)が故障してソフトウエアで
は正しい電流指令を出しているにもかかわらず、異常な
モータ電流が流れたような場合には、負荷トルク推定の
部分の速度推定値とモータ速度検出値が大きくずれるこ
とにより、等価的に負荷トルク推定値の異常として検出
できる。従来のサーボ異常検出方法では、D/A変換器の
故障のような場合では、まず、サーボ系が暴走し、その
結果として位置偏差が大きくなることによりサーボ異常
を検出する。これに対して本発明の方法によれば、より
応答よくサーボ系の前向き要素の異常を検出できるの
で、ロボツト本体の暴走を未然に防ぐことができるとい
う効果もある。
Further, in the first embodiment, a model of a motor drive unit is provided for load torque estimation, and a motor speed corresponding to a current command (ie, drive torque command) for the motor is estimated.
A method of estimating the load torque from the estimated speed value and the detected speed value is used. For this reason, if an abnormal motor current flows even though a forward-facing element of the servo system (for example, a D / A converter, etc.) fails and software issues a correct current command, When the speed estimation value in the load torque estimation portion largely deviates from the motor speed detection value, it can be equivalently detected as an abnormality in the load torque estimation value. In the conventional servo error detection method, in the case of a failure of the D / A converter, first, the servo system goes out of control, and as a result, the position error increases, thereby detecting the servo error. On the other hand, according to the method of the present invention, since the abnormality of the forward element of the servo system can be detected more responsively, there is an effect that runaway of the robot body can be prevented.

次に、本発明の第2実施例を第6図に示す。産業用ロ
ボツトはその動作モードがいくつかに分類される。すな
わち、電源投入時の停止状態と、ロボツトに動作を教示
するための手動運転状態、およびプレイバツク時の自動
運転状態とである。このような各動作モードは産業用ロ
ボツトの操作部によつて選択できるようになつている。
このとき、前記停止状態は駆動源を駆動するためのパワ
ー回路に通電した状態でモータに対し起動や停止の指令
が送付されていないときのモータの停止状態であり、手
動およい自動運転時における停止指令による停止状態と
は基本的に異なるものである。したがつて、ロボツトの
動作モードに応じてサーボ異常を検出するための基準値
(負荷トルク基準値および時間基準値)を操作部からの
指令に応じて設定することにより、最適な検出レベルで
サーボ異常状態を判別できる。この実施例によれば、作
業者の安全性が必要な手動運転時は、サーボ異常検出レ
ベルを小さくしておくことにより、より安全な制御を実
現できる。
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. Industrial robots are classified into several modes of operation. That is, there are a stop state at power-on, a manual operation state for teaching the robot to operate, and an automatic operation state at the time of playback. Each of these operation modes can be selected by the operation unit of the industrial robot.
At this time, the stop state is a stop state of the motor when a start or stop command is not sent to the motor in a state where power is supplied to the power circuit for driving the drive source. This is basically different from the stop state by the stop command. Therefore, by setting the reference values (load torque reference value and time reference value) for detecting the servo abnormality according to the operation mode of the robot according to the command from the operation unit, the servo can be set at the optimum detection level. An abnormal state can be determined. According to this embodiment, at the time of manual operation requiring the safety of the operator, safer control can be realized by reducing the servo abnormality detection level.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、駆動源の回転位置と動作指令とから
駆動トルク指令値を生成し、この駆動トルク指令値から
駆動源に対する駆動トルクの推定値を算出し、駆動源の
回転速度を基に負荷トルクを補償する成分として推定さ
れた負荷トルク推定値と駆動トルクの推定値との偏差を
積分して駆動源の速度を推定し、駆動源の速度推定値と
駆動源の回転速度との誤差を演算して負荷トルクの推定
値を算出し、この負荷トルク推定値が所定の基準を超え
て持続する持続時間を計測し、この計測値が所定の基準
時間を超えたときにサーボ系の異常としているので、ロ
ボットの動作状態によらず、真の負荷トルクを検出する
ことができ、負荷トルクの異常によりサーボ異常を確実
に検出することができる。
According to the present invention, a drive torque command value is generated from the rotational position of the drive source and the operation command, an estimated value of the drive torque for the drive source is calculated from the drive torque command value, and the rotational speed of the drive source is calculated. The difference between the estimated load torque and the estimated drive torque as a component to compensate for the load torque is integrated to estimate the speed of the drive source, and the error between the estimated speed of the drive source and the rotational speed of the drive source is calculated. Is calculated to calculate an estimated value of the load torque, and the duration of the estimated load torque value exceeding a predetermined reference is measured. When the measured value exceeds the predetermined reference time, a servo system abnormality is detected. Therefore, the true load torque can be detected irrespective of the operation state of the robot, and the servo abnormality can be reliably detected by the abnormality of the load torque.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1実施例のサーボ処理を説明するた
めの構成図、第2図は第1実施例のハードウエア構成
図、第3図はサーボ処理のタイミング図、第4図はサー
ボ処理のフローチャート、第5図はサーボ異常検出のフ
ローチャート、第6図は本発明の第2実施例におけるサ
ーボ異常検出の基準値の設定方法を示す説明図である。 1……マイクロコンピユータ、2……A/D変換器、3…
…パワーアンプ、4……電流検出器、5……モータ、6
……ロボツト可動部、7……エンコーダ、8……カウン
タ、101……位置制御補償、102……速度制御補償、103
……位置,速度検出処理、104……負荷トルク推定処
理。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a servo process according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the first embodiment, FIG. 3 is a timing diagram of the servo process, and FIG. FIG. 5 is a flowchart of servo processing, FIG. 5 is a flowchart of servo abnormality detection, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method of setting a reference value for servo abnormality detection in the second embodiment of the present invention. 1 ... microcomputer, 2 ... A / D converter, 3 ...
... power amplifier, 4 ... current detector, 5 ... motor, 6
... Robot movable part, 7 ... Encoder, 8 ... Counter, 101 ... Position control compensation, 102 ... Speed control compensation, 103
...... Position and speed detection processing, 104 ... Load torque estimation processing.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽根井 博幸 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 霜村 来爾 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献 特開 昭61−152351(JP,A) 特開 昭57−160380(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiroyuki Hanei 7-1-1 Higashi Narashino Plant, Narashino City, Chiba Prefecture Inside the Hitachi, Ltd. Narashino Plant (72) Inventor Raji Shimomura 7-1-1 Higashi Narashino City, Narashino City, Chiba Prefecture No. 1 Inside the Narashino Plant of Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-61-152351 (JP, A) JP-A-57-160380 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】可動部を回転駆動する駆動源と、該駆動源
を前記可動部に対する動作指令によりサーボ制御するサ
ーボ制御手段とを備えた産業用ロボットにおいて、前記
駆動源の状態量として前記動作指令に対応した駆動源の
回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記駆動源の
状態量として駆動源の回転速度を検出する回転速度検出
手段と、前記動作指令と前記回転位置検出手段の検出値
とから前記駆動源の駆動トルクに対応する値を算出しト
ルク指令値として出力するトルク指令値算出手段と、該
トルク指令値から前記駆動源に対する駆動トルクの推定
値を算出する駆動トルク推定値算出手段と、前記駆動源
が出力するトルクのうち前記可動部に加わる負荷トルク
を補償する成分として算出された負荷トルク推定値と前
記駆動トルク算出手段の算出値との偏差を積分して駆動
源の回転速度を推定する速度推定値算出手段と、前記回
転速度検出手段の検出値と前記速度推定値算出手段の算
出値との誤差を演算して負荷トルク推定値を算出しこの
算出値を前記速度推定値算出手段へ出力する負荷トルク
推定値算出手段と、該負荷トルク推定値算出手段の算出
による負荷トルク推定値が所定の基準値を超えて持続す
る負荷トルク推定値持続時間を計測する時間計測手段
と、該負荷トルク推定値持続時間が所定の基準時間を超
えたときサーボ異常信号を出力するサーボ異常検出手段
とを備えたことを特徴とする産業用ロボットのサーボ異
常検出装置。
1. An industrial robot comprising: a drive source for rotatingly driving a movable portion; and servo control means for servo-controlling the drive source in accordance with an operation command for the movable portion. Rotation position detection means for detecting the rotation position of the drive source corresponding to the command, rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the drive source as the state quantity of the drive source, detection of the operation command and the rotation position detection means And a torque command value calculating means for calculating a value corresponding to the drive torque of the drive source from the value and outputting as a torque command value, and a drive torque estimated value for calculating an estimated value of the drive torque for the drive source from the torque command value Calculating means for calculating a load torque estimated value calculated as a component for compensating a load torque applied to the movable portion of the torque output by the drive source, and calculating the drive torque Speed estimation value calculating means for estimating the rotational speed of the drive source by integrating the deviation from the calculated value of the step, and calculating an error between the detected value of the rotational speed detecting means and the calculated value of the speed estimated value calculating means. Load torque estimated value calculating means for calculating the load torque estimated value and outputting the calculated value to the speed estimated value calculating means; and the load torque estimated value calculated by the load torque estimated value calculating means exceeds a predetermined reference value. Measuring means for measuring the duration of the estimated load torque value that lasts, and servo abnormality detection means for outputting a servo abnormality signal when the duration of the estimated load torque value exceeds a predetermined reference time. Industrial robot servo abnormality detection device.
【請求項2】前記所定の基準値および所定の基準時間を
産業用ロボットの動作モードに応じてそれぞれ設定する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の産業用ロ
ボットのサーボ異常検出装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the predetermined reference value and the predetermined reference time are set according to an operation mode of the industrial robot. .
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