JP7010374B2 - 異常検出装置及び異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、異常検出装置及び異常検出方法に関するものである。

従来においては、制動装置の制動力を検出するトルクセンサや圧力センサからの信号より制動装置の異常振動を判定し、異常振動の検出時に制動装置の圧力を緩め異常振動を抑止するという技術が開示されている。

特開２０００－３０９２５８号公報

上記技術は制動装置自体の異常を振動により検出するものであり、制動装置が設けられた機器そのものの異常を検出するものではない。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、制動装置が設けられた機器そのものの異常を検出できる異常検出装置及び異常検出方法を提供することにある。

本発明の一態様に係わる異常検出装置は、機器における可動部の動きを制動する制動装置の動作中に取得された、機器の振動に関するセンサデータに基づいて機器の異常を検出する。

本発明によれば、制動装置が設けられた機器の異常を検出できる。

図１は、実施形態の異常検出装置と検出対象である作業ロボットの構成を示す図である。 図２は、第１実施例としての異常検出装置１の動作を示すフローチャートである。 図３は、第２実施例としての異常検出装置１の動作を示すフローチャートである。 図４は、第３実施例としての異常検出装置１の動作を示すフローチャートである。 図５は、第４実施例としての異常検出装置１の動作を示すフローチャートである。 図６は、第５実施例としての異常検出装置１の動作を示すフローチャートである。 図７は、第５実施例におけるブレーキ動作のタイミングチャートである。 図８は、第６実施例としての異常検出装置１の動作を示すフローチャートである。 図９は、表示部１８に表示する演算結果の一例を示す図である。

図面を参照して、実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１は、実施形態の異常検出装置と検出対象である作業ロボットの構成を示す図である。

異常検出装置１は、機器の異常を検出するもので、例えば自動車を組み立てる多軸機械である作業ロボット２を異常検出の対象機器として、その異常を検出する。異常検出装置１と作業ロボット２は例えば生産現場内に設けられる。

作業ロボット２は、作業ロボット２の可動部を動かす動力を発生するモータ２１と、モータ２１の回転速度を減速し、モータ２１のトルクを高いトルクに変換して作業ロボット２のアーム等で荷重の大きなものを動かすための減速機２２と、モータ２１に取り付けられた電磁ブレーキ２３とを備える。モータ２１と減速機２２は、回転する部品を有するので、回転機構とも言える。

作業ロボット２は、アームの回転軸を備え、モータ２１と減速機２２と電磁ブレーキ２３は同一の回転軸に設けられる。同一の回転軸及び回転軸に設けられたモータ２１と減速機２２を総称して可動部という。

可動部は、すなわち動くことが可能な部分であり、アーム又は他の部品を含んでもよい。上記例では可動部は、回転する回転機構部であるが、回転に限らず、直線や曲線の軌跡を描くような動きをするものでもよい。以下、可動部はモータ２１と減速機２２を含むことし、回転機構部と称する。

電磁ブレーキ２３は、回転機構部の動きを制動する制動装置である。ここでは、電磁ブレーキ２３はモータ２１に設けられ、モータ２１の動きを制動する。電磁ブレーキ２３は、例えばアームの緊急停止用又はアームの脱落防止用に設けられたもので、例えば緊急時にモータ２１を制動し、これにより減速機２２を介して接続されたアームを停止させる。

または、電磁ブレーキ２３は、アームが所定時間（例えば１分）以上動かされてない場合に作動し、アームの脱落を防止する。

例えば、モータ２１が通電し、減速機２２を介してアームに制動力が印加されている場合は、アームは動かず、脱落もしない。

しかし、モータ２１への通電が停止し、自由に回転可能となった場合は、アームが自重で脱落する恐れがある。よって、アームが所定時間以上動かされてない場合は、電磁ブレーキ２３がモータ２１の回転を阻止し、これにより、アームの脱落を防止する。

なお、電磁ブレーキ２３は減速機２２に設けてもよい。これにより、電磁ブレーキ２３は減速機２２の動きを制動し、その結果アームを緊急停止でき、アームの脱落を防止できる。

減速機２２には、具体的には減速機２２の近傍には、減速機２２の振動の大きさを検出するセンサ２４（振動センサ）が設けられている。センサ２４は、センサ２４が配置された部位の例えば加速度を振動の大きさとして検出し、検出した振動の大きさを示す振動信号をリアルタイムに出力する。

なお、センサ２４としては、加速度を検出するセンサに限らず、例えば、その部位の速度又は変位を検知することによって、振動の大きさを検出するセンサを使用できる。例えば、圧電センサ、角速度センサ、ジャイロセンサなど、姿勢の変化を時系列で取得可能な種々のセンサを用いることができる。

異常検出装置１は、モータ制御部１１、センサ制御部１２、ブレーキ制御部１３、異常検出制御部１４、異常検出演算部１５、演算結果報知部１６、アラーム報知部１７及び表示部１８を備える。

異常検出装置１の内、モータ制御部１１、センサ制御部１２、ブレーキ制御部１３、異常検出制御部１４、異常検出演算部１５及び演算結果報知部１６（総称して制御部という）は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、及び入出力部を備えるマイクロコンピュータを用いて実現可能である。マイクロコンピュータを制御部として機能させるためのコンピュータプログラム（異常検出プログラム）を、マイクロコンピュータにインストールして実行する。これにより、マイクロコンピュータは、制御部が備える複数の情報処理部（１１～１６）として機能する。

なお、ここでは、ソフトウェアによって制御部を実現する例を示すが、もちろん、各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、制御部を構成することも可能である。専用のハードウェアには、実施形態に記載された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）、及び従来型の電気回路や回路部品のような装置を含む。また、制御部に含まれる複数の情報処理部（１１～１６）を個別のハードウェアにより構成してもよい。更に、制御部は、作業ロボット２の制御に用いる制御部と兼用してもよい。

制御部は、機器（２）に設けられた振動センサ（２４）から取得した機器（２）の振動に関するセンサデータに基づいて機器（２）の異常を検出する。具体的には、制御部は、制動装置（２３）の動作中に取得されたセンサデータに基づいて機器（２）の異常を検出する。

モータ制御部１１は、モータ２１の動作開始、動作停止及び回転速度の増減を行う。モータ２１はモータ制御部１１の制御により、減速機２２を介してアームを所定の位置まで動かす。これにより、アームによる作業が可能となる。

センサ制御部１２は、センサ２４を制御し、センサ２４から出力される振動信号を取得し、振動信号を異常検出演算部１５に出力する。

ブレーキ制御部１３は、電磁ブレーキ２３の動作開始、動作停止及び制動力の増減を行う。ブレーキ制御部１３は、上記のように緊急時に電磁ブレーキ２３を動作させ、アームを停止させる。また、ブレーキ制御部１３は、アームが所定時間以上動かされてない場合に電磁ブレーキ２３を動作させ、アームの脱落を防止する。

ブレーキ制御部１３は、電磁ブレーキ２３を動作させている間、例えば、電磁ブレーキ２３に対し一定の周波数（例えば、５０Ｈｚ～１００Ｈｚであり、以下、動作周波数という）を有するブレーキ制御信号を与える。

電磁ブレーキ２３は、例えば有接点リレー、有接点リレーにより通電されるコイル、及びコイルから生じた磁気により可動する金属部材を備え、動作周波数で有接点リレーのオンとオフをくり返す。これにより、金属部材が動作周波数で運動を繰り返す。その結果、電磁ブレーキ２３は、減速機２２に対し動作周波数と同じ振動周波数の振動を与える。つまり、電磁ブレーキ２３は振動を印加する手段として機能する。実施形態では、このように異常検出に必要な振動を発生させるために、電磁ブレーキ２３を意図的に制御し動作させることが可能である。

１つの使い方としては、例えば、減速機２２は複数の部品からなり、部品間の間隙は摩耗又は齧り（かじり）が原因で広くなり、摩擦力が小さくなり、特定の周波数帯の振動（固有振動）を最も吸収する（振幅を低下させる）。よって、減速機２２の摩耗又は齧りは固有振動の周波数に最も反映されるので、この周波数を動作周波数とするのが好ましい。
同様に、各部品の固定部のボルトやナットが緩んだ場合も、外部からの振動を吸収や共振をするので、各部のサイズや材質、緩み量などによって、所定の周波数を特定して動作周波数とするのが好ましい。

また、１つの減速機２２について固有振動の周波数が２以上ある場合は、いずれかの周波数を動作周波数とするのが好ましい。例えば、減速機２２に含まれる部分（部分２２Ａという）に対応する固有振動の周波数（周波数ｆＡという）と、減速機２２に含まれる別の部分（部分２２Ｂという）に対応する固有振動の周波数（周波数ｆＢという）が互いに異なる場合がある。この場合、部分２２Ａの異常検出の際は、周波数ｆＡを動作周波数とし、部分２２Ｂの異常検出の際は、周波数ｆＢを動作周波数とするのが好ましい。

固有振動の周波数又は周波数帯は計算によって求まる。例えば、周波数帯は、減速機２２のサイズ又はギヤの数を含む仕様値と、動作時の回転速度とを用いて計算される。

ブレーキ制御部１３は、ブレーキ制御信号の動作周波数を、固有振動の周波数に一致させ、これにより、振動が最も低下するように電磁ブレーキ２３を振動させることができる。勿論、動作周波数は固有振動の周波数に一致させなくてもよく。例えば、固有振動のサイドバンドの周波数帯や、可動部や減速機によらず、動作周波数を一定としてもよい。

異常検出制御部１４は、減速機２２の異常を検出するために、モータ制御部１１、センサ制御部１２、ブレーキ制御部１３に命令を行い、モータ２１と減速機２２と電磁ブレーキ２３の状態を制御する。また、異常検出制御部１４は、モータ制御部１１、センサ制御部１２、ブレーキ制御部１３を介して、モータ２１と減速機２２と電磁ブレーキ２３の状態を取得する。

異常検出演算部１５は、電磁ブレーキ２３の動作中に、異常検出制御部１４、モータ制御部１１、センサ制御部１２、ブレーキ制御部１３から情報を取得する。例えば、センサ２４が出力する振動信号をセンサ制御部１２から取得する。そして、取得した振動信号により得られるセンサデータに基づいて機器の異常を検出する。

例えば、振動信号が示す振動の大きさ（振幅）、すなわちセンサデータが所定の閾値より小さい場合は、減速機における部品の間隙が摩耗又は齧りが原因で広くなり、摩擦力が小さくなり、振動を吸収したと考えられる。よって、この場合は異常と判定する。

一方、振動の振幅（センサデータ）が閾値以上の場合は、間隙は狭く、振動が吸収されないために振動が大きくなっていると考えられる。よって、この場合は正常と判定する。

演算結果報知部１６は、異常検出演算部１５で演算した結果をアラーム報知部１７又は表示部１８を介して作業者に報知する。

アラーム報知部１７は、作業ロボット２の回転機構部が異常と判定された場合、回転灯又はブザー又はその他の装置を用いて、生産現場の作業員又は監視員又は作業ロボット２の保全を行う保全員（総称して作業員という）に異常を報知する（アラームを報知する）ものである。

表示部１８は、回転機構部が異常か否かの結果を含め、異常検出演算部１５で演算した結果をリアルタイムに表示するもので、例えば、液晶ディスプレイである。

（第１実施例）
次に、第１実施例としての異常検出装置１の動作を図２のフローチャートに沿って説明する。異常検出装置１は図２に示すように異常検出方法を実行する。

第１実施例では、電磁ブレーキ２３が動作しているか否かを判定し、動作している場合に異常検出を行う。

まず、異常検出制御部１４は、ブレーキ制御部１３から、電磁ブレーキ２３の状態を取得し、これを基に、電磁ブレーキ２３が動作しているか否かを判定する（Ｓ１）。

異常検出制御部１４は、電磁ブレーキ２３が動作していると判定した場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、電磁ブレーキ２３がモータ２１に振動を印加しているので、センサ制御部１２を介して、センサ２４を動作させ、異常検出演算部１５は、センサ２４が出力する振動信号を取得する（Ｓ３）。

なお、異常検出制御部１４は、電磁ブレーキ２３が動作する場合はセンサ２４を動作させるように予めセンサ制御部１２に指示し、その上で異常検出演算部１５は、センサ２４が出力する振動信号を取得してもよい（Ｓ３）。

次に、異常検出演算部１５は、取得した振動信号が示す振動の振幅、つまり減速機２２から発生する振動の振幅（センサデータ）が所定の閾値以上か否かを判定する（Ｓ５）。

異常検出演算部１５は、振動の振幅が閾値より小さい場合は（Ｓ５：ＮＯ）、減速機２２が異常（機器が異常）であると判断する。そして、これを作業員に報知すべく、演算結果報知部１６がアラーム報知部１７を制御してアラームを報知させる（Ｓ７）。

一方、振動の振幅が閾値以上の場合は（Ｓ５：ＹＥＳ）、減速機２２が正常（機器が正常）であると判断する。

ステップＳ７の実行後、又は、減速機２２が正常の場合は（Ｓ５：ＹＥＳ）、ステップＳ９に進む。

演算結果報知部１６は、ステップＳ９では、ステップＳ５の判定結果（異常検出の結果）を含む演算結果を表示部１８に表示させる（Ｓ９）。例えば、ステップＳ５で異常と判定された場合は、「異常」の文字が表示され、正常と判定された場合は「正常」の文字が表示される。また、センサ２４が配置された部位（異常の検出対象）を示す表示を行ってもよい。

ステップＳ１で電磁ブレーキ２３が動作していないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、又は、ステップＳ９の実行後、異常検出装置１に対して、作業員が異常検出終了の操作（例えば押しボタンの操作）を行ったか否かを判定する（Ｓ１１）。操作が行われてない場合は、ステップＳ１に戻り、操作が行われた場合は処理を終了する。

なお、第１実施例では、作業ロボット２の異常を、振動の振幅と閾値を比較することにより検出したが、固有振動周波数を解析するハンマリング試験と同様な判定方法、例えば伝達関数の大きさと位相とからモード解析する方法などにより異常を検出してもよい。

また、第１実施例では、電磁ブレーキ２３が動作しているときの振動信号を用いて、作業ロボット２の異常を検出したが、電磁ブレーキ２３の動作が解除されるときにも振動が発生する。そのため、異常検出演算部１５は、解除のときの振動信号を、センサ制御部１２を介して取得し、その振動信号を用いて、作業ロボット２の異常を検出してもよい。また、電磁ブレーキ２３が動作しているときの振動信号と解除時の振動信号の両方で異常を検出してもよい。

また、制御部は、センサデータ（上記例では振幅）が所定の大きさ以上となるように制動装置（２３）を動作させるのが好ましい。これにより、センサデータに含まれる誤差が相対的に低減し、機器の異常を高精度に検出できる。

以上のように、第１実施例では、異常検出装置１は、機器（２）に設けられた振動センサ（２４）から取得した機器の振動に関するセンサデータに基づいて機器の異常を検出する制御部を備える。機器は、動くことが可能な可動部（作業ロボット２の可動部、モータ２１、減速機２２）と、可動部の動きを制動する制動装置（２３）とを備える。そして制御部は、制動装置の動作中に取得されたセンサデータに基づいて機器の異常を検出する。よって、制動装置が機器に振動を与え、振動がセンサデータに反映され、もって制動装置が設けられた機器の異常を検出できる。また、機器に振動を加える装置を別途設ける必要がないという効果も得られる。

なお、第１実施例では、作業ロボット２が作業中であっても異常検出を行うことで、作業を中断することなく作業ロボット２の異常を検出することができる。

また、制御部は、センサデータが所定の大きさ以上となるように制動装置を動作させることで、センサデータを大きくでき、これにより誤差が相対的に低減し、機器の異常を高精度に検出できる。

また、機器（２）は可動部を動かす動力を発生するモータ２１と、モータ２１の回転速度を減速する減速機２２とを備え、振動センサ（２４）は減速機２２に設けられ、制御部は、センサデータに基づいて減速機２２の異常を検出する。よって、減速機２２の振動がセンサデータに反映され、減速機２２の異常を検出できる。

なお、振動センサ（２４）をモータ２１に設け、制御部は、センサデータに基づいてモータ２１の異常を検出してもよい。これにより、モータの振動がセンサデータに反映され、モータの異常を検出できる。

すなわち、回転機構としてのモータ２１と減速機２２のいずれか、又は両方の異常を高精度に検出できる。

（第２実施例）
次に、第２実施例としての異常検出装置１の動作を図３のフローチャートに沿って説明する。異常検出装置１は図３に示すように異常検出方法を実行する。

第２実施例では、異常検出制御部１４がブレーキ制御部１３に対し、電磁ブレーキ２３を動作させるように指示して、作業ロボット２の異常を検出する。

まず、異常検出制御部１４は、異常検出を行ってよいか否かを判定する（Ｓ２１）。例えば、異常検出を行った場合に作業ロボット２の作業に影響が有るか否かを判定する（Ｓ２１）。異常検出制御部１４は、作業ロボット２の休止時間中である場合は、作業ロボット２の作業に影響がないので異常検出を行ってよいと判定する（Ｓ２１：ＹＥＳ）。具体的には、異常検出制御部１４は、モータ制御部１１からモータ２１の動作状態を取得し、モータ２１が動作していない場合は、異常検出を行ってよいと判定する（Ｓ２１：ＹＥＳ）。

一方、作業ロボット２の作業に影響がある場合（Ｓ２１：ＮＯ）、異常検出装置１に対して、作業員が異常検出終了の操作（例えば押しボタンの操作）を行ったか否かを判定する（Ｓ１１）。操作が行われてない場合は、ステップＳ２１に戻り、操作が行われた場合は処理を終了する。

ステップＳ２１でＹＥＳと判定された場合は、図示しないが、異常検出の開始操作があるまで異常検出の待ち状態を継続する。

例えば、作業員が異常検出を希望して、異常検出開始の操作（例えば押しボタンの操作）を行うと、異常検出制御部１４は、ブレーキ制御部１３に対し、異常検出のために、電磁ブレーキ２３を動作させる命令を行う。

ブレーキ制御部１３は命令に従い、電磁ブレーキ２３にブレーキ制御信号を送信し、電磁ブレーキ２３を動作させる（Ｓ２３）。

以降は、第１実施例のステップＳ３以降と同様なので説明を省略する。

以上のように、第２実施例によれば、作業ロボット２の休止時間中のような、回転機構部（可動部）が動作してないときに制動装置を動作させることで、回転機構部（可動部）の動作による振動を除外でき、作業中に異常を検出する場合よりも確実且つ高精度に機器の異常を検出できる。

また、異常検出の開始操作があった場合、つまり、明示的に異常検出が指示された場合に機器の異常を検出するので、所望のタイミングで異常検出を指示して機器の異常を検出できる。

（第３実施例）
次に、第３実施例としての異常検出装置１の動作を図４のフローチャートに沿って説明する。異常検出装置１は図４に示すように異常検出方法を実行する。

第３実施例では、１台の作業ロボットがに複数の回転機構部（可動部）を備え、各可動部はモータ２１と減速機２２を含み、且つ電磁ブレーキ２３とセンサ２４が設けられている。そして異常検出装置１は、異常検出の対象となる回転機構部、電磁ブレーキ２３が動作する時間の長さ（以下、ブレーキ動作時間長という）、及び振動周波数を指定して異常を検出する。

まず、第２実施例と同様に作業ロボット２の作業に影響がないことを確認した上で、異常検出制御部１４は、対象の回転機構部が指定される対象指定情報を取得する（Ｓ３１）。対象指定情報は例えば、異常検出プログラムに含まれ、異常検出プログラムから取得する。例えば、異常検出制御部１４は、対象指定情報内の対象の回転機構部を示す名称「Ｊ３軸」を取得する。

次に、異常検出制御部１４は、対象指定情報に対象の回転機構部が指定されているか否かを判定する（Ｓ３３）。

対象の回転機構部が指定されていない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、異常検出装置１に対して、作業員が異常検出終了の操作（例えば押しボタンの操作）を行ったか否かを判定する（Ｓ１１）。操作が行われてない場合は、ステップＳ３１に戻り、操作が行われた場合は処理を終了する。よって、異常検出の対象が指定されるまで待機状態となる。

一方、対象の回転機構部が指定されている場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、異常検出制御部１４は、例えば異常検出プログラムにおいて対象の回転機構部とともに指定されたブレーキ動作時間長と振動周波数を取得する（Ｓ３５）。例えば、異常検出制御部１４は、Ｊ３軸について設定されたブレーキ動作時間長「３秒」及び振動周波数「４０Ｈｚ」を取得する。

次に、異常検出制御部１４は、ブレーキ制御部１３に対し、対象の回転機構部とブレーキ動作時間長と振動周波数とを指定して、ブレーキ開始の命令を行う。なお、異常検出プログラムにおいて予め異常検出のタイミング（例えば日時）を回転機構部とブレーキ動作時間長と振動周波数とともに設定し、異常検出プログラムから異常検出のタイミングを取得し、そのタイミングにブレーキ開始の命令を行ってもよい。

命令により、ブレーキ制御部１３は、対象の回転機構部に設けられた電磁ブレーキ２３に対し、振動周波数と同じ動作周波数のブレーキ制御信号を、ブレーキ動作時間長と同じ時間の間、送信し、電磁ブレーキ２３を振動させる（Ｓ３７）。

これにより、電磁ブレーキ２３は、ブレーキ動作時間長と同じ時間の間、動作周波数と同じ振動周波数の振動を発生し、振動をモータ２１に印加する。そして、電磁ブレーキ２３は、ブレーキ動作時間長と同じ時間の長さが経過したとき、動作（振動の印加）を終了する。

以降は、第１実施例のステップＳ３以降と同様なので説明を省略する。

なお、第３実施例では、振動を印加する時間の長さ（ブレーキ動作時間長）を指定したが、ブレーキ動作時間長には、振動開始から振動周波数が安定するまでの時間の長さが含まれるので、この時間を除いた時間の長さ（振動周波数が安定している時間の長さ）を指定してもよい。また、電磁ブレーキ２３が解除されても、振動は瞬時に消滅しないので、解除時から振動が消滅するまでの時間の長さをブレーキ動作時間長に含めて指定してもよい。つまり、振動周波数が安定している時間の長さをブレーキ動作時間長としてもよいし、その前後の過渡期の時間の長さをブレーキ動作時間長含めてもよい。

また、第３実施例では、各回転機構部にセンサ２４を設けたが、複数の回転機構部に対して１つのセンサ２４を設けてもよい。また、複数のセンサ２４で、そのセンサ２４の数よりも多い数の回転機構部の振動を検出してもよい。すなわち、センサ２４は、そのセンサ２４を設けた回転機構部とは異なる回転機構部の振動検出に使用してもよい。

以上のように、第３実施例によれば、制動装置（２３）を所定の周波数で所定の時間の間、動作させることで、特定の周波数の振動を特定の時間の間、機器に与えられ、機器の異常を高精度に検出できる。

例えば、制動装置（２３）を、固有振動の周波数で動作（振動）させることで、異常が振動に顕著に反映され、機器の異常を高精度に検出できる。また、制動装置を設けた機器の部分（減速機２２など）が持つ固有振動の周波数で制動装置を動作（振動）させることで、機器の特定の部分（減速機２２など）の異常を検出できる。また、制動装置を設けた機器の部分（減速機２２など）の中でも特に異常を検出したい機械部品が持つ固有振動の周波数で制動装置を動作（振動）させることで、特定の機械部品の異常を検出できる。

（第４実施例）
次に、第４実施例としての異常検出装置１の動作を図５のフローチャートに沿って説明する。異常検出装置１は図５に示すように異常検出方法を実行する。

第４実施例では、振動の振幅以外に、振動信号に基づいて得られる振動のパワースペクトルの積和値、振動信号の位相と機器が正常のときの振動信号の位相との位相差を用いて異常を検出する。

第４実施例では、第１～第３実施例のステップＳ５、Ｓ７に代えて、図５のフローチャートに示す処理を行う。

まず、異常検出演算部１５は、ステップＳ３で取得した振動信号が示す振動の振幅、つまり減速機２２又はモータ２１から発生する振動（以下、単に振動という）の振幅が所定の閾値以上か否かを判定する（Ｓ４１）。

また、異常検出演算部１５は、ステップＳ３で取得した振動信号に基づいて、振動における所定の周波数域のパワースペクトルの積和値を求め、積和値が所定の閾値以上か否かを判定する（Ｓ４３）。パワースペクトルの積和値は、例えば振幅信号を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）し、例えば100kHzから1000kHzまでの周波数域のパワースペクトルを積算（積分）することにより得られる。

また、異常検出演算部１５は、ステップＳ３で取得した振動信号の位相と機器（２）が正常のときの振動信号の位相との位相差（位相のズレ）が所定の閾値以下か否かを判定する（Ｓ４５）。例えば、作業ロボット２が生産現場に設置された当初のすなわち正常時の位相を記憶しておき、この位相に対する異常検出の際の位相の差（位相差）を上記の位相のズレとして計算する。すなわち、正常時の振動信号の波形の形状と異常検出時の振動信号の波形の形状とを比較して位相のズレを求める。

異常検出演算部１５は、振動の振幅が閾値より小さい場合（Ｓ４１：ＮＯ）、又は、パワースペクトルの積和値が閾値より小さい場合（Ｓ４３：ＮＯ）、又は、位相のズレ（位相差）が閾値より大きい場合（Ｓ４５：ＮＯ）、作業ロボット２が異常である（回転機構部が異常である）と判断する。そして、これを作業員に報知すべく、アラーム報知部１７を制御してアラームを報知させる（Ｓ７）。

ステップＳ７の実行後、又は、振動の振幅が閾値以上の場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、又は、パワースペクトルの積和値が閾値以上の場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、又は、位相のズレ（位相差）が閾値以下の場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９以降は、第１実施例と同様なので説明を省略する。

第４実施例では、振動の振幅と同様に、振動のパワースペクトルの積和値が閾値より小さい場合は、回転機構部における機械部分の間隙が摩耗又は齧りが原因で広くなり、摩擦力が小さくなって、パワースペクトルを吸収したと考える。一方、パワースペクトルの積和値が閾値以上の場合は、機械部分の間隙は狭く、振動が吸収されないためにパワースペクトルの積和値が大きくなっていると考える。よって、パワースペクトルの積和値が閾値より小さい場合は異常と判定する。

一方、振動の振幅とは逆に、位相のズレは、回転機構部における機械部分の摩耗又は齧りが原因で大きくなる。よって、位相のズレが閾値より大きい場合は異常と判定する。

なお、上記のようにステップＳ４１、４３、４５の中の１ステップ又は２ステップ又は３ステップでＮＯと判定された場合に作業ロボット２が異常であると判定するのでなく、２ステップ以上でＮＯと判定された場合に作業ロボット２が異常であると判定してもよい。又は、振幅、積和値、及び位相差の１つ又は２つを使用せずに異常を検出してもよい。

以上のように、第４実施例によれば、振動センサ（２４）が出力する振動信号の振幅、振動のパワースペクトルの積和値、及び振動信号の位相と機器が正常のときの振動信号の位相との位相差の少なくとも１つをセンサデータとして機器の異常を検出するので、振動信号における複数の特性の少なくとも１つを用いる。よって、機器の異常を高精度に検出できる。例えば、振幅と積和値と位相差の中の２つ以上を組み合わせることで、機器の異常を高精度に検出できる。

（第５実施例）
次に、第５実施例としての異常検出装置１の動作を図６のフローチャートに沿って説明する。異常検出装置１は図６に示すように異常検出方法を実行する。

第５実施例では、１台の作業ロボット２が複数の回転機構部（可動部）を備え、各可動部はモータ２１と減速機２２を含み、且つ電磁ブレーキ２３とセンサ２４が設けられている。そして、制御部は、１回の異常検出の動作で、複数、例えば全部の回転機構部の異常を検出する。その際、制御部は、制動装置（２３）を個別に（例えば順次に）動作させ、動作中の制動装置に対応する振動センサ（２４）から取得したセンサデータに基づいて、動作中の制動装置が設けられた可動部の異常を検出する。

図６のフローチャートは、１台の作業ロボット２が回転機構部Ｊ１、Ｊ２及びＪ３を備え、全ての回転機構部が検出の対象として設定されている場合のものである。

まず、第２実施例と同様に、異常検出制御部１４は、異常検出を行ってよいか否かを判定する（Ｓ２１）。

異常検出を行ってよい場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、異常検出制御部１４は、回転機構部Ｊ１の異常検出が完了しているか否かを判定する（Ｓ５１）。

回転機構部Ｊ１の異常検出が完了していない場合（Ｓ５１：ＮＯ）、異常検出制御部１４は、ブレーキ制御部１３に対し、回転機構部Ｊ１とブレーキ動作時間長と振動周波数とを指定して、ブレーキ開始の命令を行う。命令により、ブレーキ制御部１３は、回転機構部Ｊ１に設けられた電磁ブレーキ２３に対し、振動周波数と同じ動作周波数のブレーキ制御信号を、ブレーキ動作時間長と同じ時間の間、送信し、電磁ブレーキ２３を動作させる（Ｓ５２）。

例えば、異常検出プログラムに回転機構部Ｊ１と、回転機構部Ｊ１の減速機２２が持つ固有振動の周波数（振動周波数）と、回転機構部Ｊ１の電磁ブレーキ２３が動作する時間の長さ（ブレーキ動作時間長）とが指定され、異常検出制御部１４は、この指定に基づき、ブレーキ開始の命令を行う。

また、異常検出制御部１４は、センサ制御部１２を介して、回転機構部Ｊ１のセンサ２４を動作させる。そして、異常検出演算部１５は、センサ２４が出力する振動信号を取得し（Ｓ５３）、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４、Ｓ５５、Ｓ５６については、第１実施例のステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９と同様であり、説明を省略する。なお、ステップＳ５５では回転機構部Ｊ１が異常であることを示すアラームを報知する。

さて、ステップＳ５６の実行後、又は、回転機構部Ｊ１の異常検出が完了している場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、異常検出制御部１４は、回転機構部Ｊ２の異常検出が完了しているか否かを判定する（Ｓ６１）。

回転機構部Ｊ２の異常検出が完了していない場合（Ｓ６１：ＮＯ）、異常検出制御部１４は、ブレーキ制御部１３に対し、回転機構部Ｊ２とブレーキ動作時間長と振動周波数とを指定して、ブレーキ開始の命令を行う。命令により、ブレーキ制御部１３は、回転機構部Ｊ２に設けられた電磁ブレーキ２３に対し、振動周波数と同じ動作周波数のブレーキ制御信号を、ブレーキ動作時間長と同じ時間の間、送信し、電磁ブレーキ２３を動作させる（Ｓ６２）。

例えば、回転機構部Ｊ１と同様に、異常検出プログラムには、対象の回転機構部と振動周波数とブレーキ動作時間長とが指定され、異常検出制御部１４は、この指定に基づき、ブレーキ開始の命令を行う。

また、異常検出制御部１４は、センサ制御部１２を介して、回転機構部Ｊ２のセンサ２４を動作させる。そして、異常検出演算部１５は、センサ２４が出力する振動信号を取得し（Ｓ６３）、ステップＳ６４に進む。

ステップＳ６４、Ｓ６５、Ｓ６６については、第１実施例のステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９と同様であり、説明を省略する。なお、ステップＳ６５では回転機構部Ｊ２が異常であることを示すアラームを報知する。

ステップＳ６６の実行後、又は、回転機構部Ｊ２の異常検出が完了している場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、異常検出制御部１４は、回転機構部Ｊ３の異常検出が完了しているか否かを判定する（Ｓ７１）。

回転機構部Ｊ３の異常検出が完了していない場合（Ｓ７１：ＮＯ）、異常検出制御部１４は、ブレーキ制御部１３に対し、回転機構部Ｊ３とブレーキ動作時間長と振動周波数とを指定して、ブレーキ開始の命令を行う。命令により、ブレーキ制御部１３は、回転機構部Ｊ３に設けられた電磁ブレーキ２３に対し、振動周波数と同じ動作周波数のブレーキ制御信号を、ブレーキ動作時間長と同じ時間の間、送信し、電磁ブレーキ２３を動作させる（Ｓ７２）。

例えば、回転機構部Ｊ１と同様に、異常検出プログラムには、対象の回転機構部と振動周波数とブレーキ動作時間長とが指定され、異常検出制御部１４は、この指定に基づき、ブレーキ開始の命令を行う。

また、異常検出制御部１４は、センサ制御部１２を介して、回転機構部Ｊ３のセンサ２４を動作させる。そして、異常検出演算部１５は、センサ２４が出力する振動信号を取得し（Ｓ７３）、ステップＳ７４に進む。

ステップＳ７４、Ｓ７５、Ｓ７６については、第１実施例のステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９と同様であり、説明を省略する。なお、ステップＳ７５では回転機構部Ｊ３が異常であることを示すアラームを報知する。

ステップＳ７６の実行後、又は、回転機構部Ｊ３の異常検出が完了している場合（Ｓ７１：ＹＥＳ）、又は、異常検出を行ってはいけないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、異常検出装置１に対して、作業員が異常検出終了の操作（例えば押しボタンの操作）を行ったか否かを判定する（Ｓ１１）。操作が行われてない場合は、ステップＳ２１に戻り、操作が行われた場合は処理を終了する。

図７に示すように、異常検出中において、回転機構部Ｊ１の電磁ブレーキ２３が動作しているときは、回転機構部Ｊ２、Ｊ３の電磁ブレーキ２３は動作していない。回転機構部Ｊ１の異常検出の完了後、回転機構部Ｊ２の電磁ブレーキ２３が動作するが、そのときは、回転機構部Ｊ１、Ｊ３の電磁ブレーキ２３は動作していない。回転機構部Ｊ２の異常検出の完了後、回転機構部Ｊ３の電磁ブレーキ２３が動作するが、そのときは、回転機構部Ｊ１、Ｊ２の電磁ブレーキ２３は動作していない。つまり、回転機構部Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３の電磁ブレーキ２３は重複して動作しない。よって、他の回転機構部の電磁ブレーキ２３による影響がなく、目的の回転機構部の異常検出の精度を高めることができる。

以上のように、第５実施例では、制御部は、制動装置（２３）を個別に動作させ、動作中の制動装置に対応する振動センサ（２４）から取得したセンサデータに基づいて、動作中の制動装置（２３）が設けられた可動部の異常を検出する。よって、各可動部に個別に振動を与えられ、各可動部の異常を個別に検出できる。

なお、第５実施例では、振動の振幅に基づいて異常を検出したが、第４実施例のように、振動のパワースペクトルの積和値又は振動信号の位相差に基づいて異常を検出してもよい。第１～第３実施例についても同様である。

（第６実施例）
次に、第６実施例としての異常検出装置１の動作を図８のフローチャートに沿って説明する。異常検出装置１は図８に示すように異常検出方法を実行する。

第６実施例では、制御部が、減速機２２を構成するギヤ類のバックラッシュ解析を行う。第１実施例と同様に、機器（２）は、可動部を動かす動力を発生するモータ２１と、モータの回転速度を減速する減速機２２と、モータを制動する制動装置（２３）とを備えることとする。また、第１実施例と同様に、振動センサ（２４）は減速機２２に設けられていることとする。また、バックラッシュ解析を行う対象の減速機を含む回転機構部（対象の回転機構部）が指定されていることとする。

まず、異常検出演算部１５は、ブレーキ制御部１３から、対象の回転機構部の電磁ブレーキ２３の状態に関する情報を取得し、情報を基に、バックラッシュ解析を行う対象の回転機構部の電磁ブレーキ２３が動作しているか否かを判定する（Ｓ８１）。

次に、異常検出演算部１５は、ブレーキ制御部１３から、対象の回転機構部の電磁ブレーキ２３が動作を開始した時刻（以下、ブレーキ動作開始時刻Ｔｂという）、及び、対象の電磁ブレーキ２３の回転速度（以下、回転速度Ｖｂという）を取得する（Ｓ８３）。

次に、異常検出演算部１５は、センサ制御部１２から、対象の回転機構部のセンサ２４が出力した振動信号の振幅が最初にピークに達した時刻（以下、振動ピーク時刻Ｔｐという）を取得する（Ｓ８５）。なお、異常検出演算部１５は、振動信号から振動ピーク時刻Ｔｐを検出してもよい。

次に、異常検出演算部１５は、ブレーキ動作開始時刻Ｔｂと振動ピーク時刻Ｔｐとの時間差に基づいて、対象の回転機構部に含まれる減速機を構成するギヤ類のバックラッシュの大きさを示すバックラッシュ量Ｂを計算する。例えば、バックラッシュ量Ｂを次の式により計算する（Ｓ８７）。

Ｂ＝Ｖｂ／（Ｔｐ－Ｔｂ）
バックラッシュ量Ｂは、例えばバックラッシュの角度（単位は例えば「度」）又はバックラッシュで生じる間隙の長さ（単位は例えば「ｍｍ」）とすべく、所定の係数を乗じて計算してもよい。

次に、異常検出演算部１５は、バックラッシュ量Ｂが所定の閾値未満か否かを判定する（Ｓ８９）。

異常検出演算部１５は、バックラッシュ量Ｂが閾値以上の場合は（Ｓ８９：ＮＯ）、これを作業員に報知すべく、演算結果報知部１６がアラーム報知部１７を制御してアラームを報知させる（Ｓ９１）。

ステップＳ９１の実行後、又は、減速機が正常の場合は（Ｓ８９：ＹＥＳ）、ステップＳ９３に進む。

演算結果報知部１６は、ステップＳ９３では、ステップＳ８９の判定結果（バックラッシュ量Ｂが閾値以上か否かの判定結果）を含む演算結果を表示部１８に表示させる（Ｓ９３）。バックラッシュ量Ｂを表示させてもよい。

ステップＳ８１で電磁ブレーキ２３が動作していないと判定した場合（Ｓ８１：ＮＯ）、又は、ステップＳ９３の実行後、異常検出装置１に対して、作業員が異常検出終了の操作を行ったか否かを判定する（Ｓ１１）。操作が行われてない場合は、ステップＳ８１に戻り、操作が行われた場合は処理を終了する。

以上のように、第６実施例によれば、制御部は、制動装置が動作を開始した時刻とセンサデータがピークを示した時刻との時間差に基づいて、減速機のバックラッシュ量を計算するので、制動装置の動作を異常検出だけに利用することなく、バックラッシュ量を計算できる。また、バックラッシュの状態を解析できるので、機器の異常を高精度に検出できる。

図９は、表示部１８に表示する演算結果の一例を示す図である。

表示部１８の画面には、例えば、作業ロボット２の名前１００、異常検出の対象となった回転機構部の位置を示す画像１０１、異常検出の対象となった回転機構部（可動部）の名前を示す画像１０２が表示される。また、画面には、各回転機構部の異常検出を行ったときの電磁ブレーキ２３の振動周波数を示す画像１０３、各回転機構部の振動振幅が機械部分の摩擦力低下により低下した割合（振動減衰率）を示す画像１０４が表示される。また、画面には、各回転機構部が異常か否かの判定結果を示す画像１０５が表示される。

画像１０１は、回転機構部の名前との関係が一目でわかるように、回転機構部の名前から回転機構部の位置に延びる矢印を含んでいる。

画像１０３は、対象の回転機構部に対して電磁ブレーキ２３により印加した振動の振動周波数を示している。画像１０３は、動作中の制動装置の状態を示すものであり、振動周波数以外に、例えば動作している時間の長さなどを示すものでもよい。

振動減衰率は、例えば以下のように計算される。つまり、作業ロボット２が生産現場に設置された当初の振動の振幅又は振動のパワースペクトルの積分値（以下、観測値という）をＡ０（正常値）とし、異常検出の際の観測値をＡｎ（検出値）とすると、振動減衰率ＤはＤ＝｛１－（Ａｎ／Ａ０）｝×１００［％］と計算される。

振動減衰率Ｄが大きくなり、つまり振動が小さくなると、回転機構部における機械部分の間隙が摩耗又は齧りが原因で広くなり、摩擦力が小さくなり、振動を吸収したと考えられるため、異常と判定される。

一方、振動減衰率Ｄが小さく、つまり振動が大きいと、回転機構部における機械部分の間隙が狭く、摩擦力が大きく、振動を吸収しないと考えられるため、正常と判定される。

なお、前述のように、ハンマリング試験と同様な判定方法、例えば伝達関数の大きさと位相とからモード解析する方法などにより異常を検出してもよい。

このような方法で得られた異常の判定結果が回転機構部ごとに表示される。

作業員は、表示された演算結果を見ることで、異常検出の内容と結果を理解でき、異常検出装置１への信頼性を高めることができる。また、機器が異常の場合に発するアラームが誤報でないことを、演算結果を見ることで確認でき、アラームに対する信頼性が向上する。また、異常の場合に迅速な保全を行うことができる。

このように、制御部は、可動部の名前（１０２）、動作中の制動装置の状態（１０３）、可動部の振動が過去の時点に比べて低下した割合を示す振動減衰率（１０４）、及び可動部が異常か否かを示す判定結果（１０５）が画面に表示されるように制御する。なお、これらの１つ以上が画面に表示されるように制御してもよい。これにより、表示される内容を作業員が見て理解でき、その結果、機器が異常の場合に発するアラームに対する信頼性が向上する。

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。

なお、異常を検出する対象の機器は作業ロボット２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、移動体の可動部、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、すなわち可動部を有する全ての機器も対象にすることができる。

また、異常検出装置１による異常の検出は、故障の予知、予測にも使用できる。例えば、異常の発生から故障までの時間が既知である場合は、異常の検出は故障の予知、予測と言うことができる。

１ 異常検出装置
２ 作業ロボット（機器）
１１ モータ制御部
１２ センサ制御部
１３ ブレーキ制御部
１４ 異常検出制御部
１５ 異常検出演算部
１６ 演算結果報知部
１７ アラーム報知部
１８ 表示部
２１ モータ
２２ 減速機
２３ 電磁ブレーキ（制動装置）
２４ センサ（振動センサ）
Ｂ バックラッシュ量
Ｔｂ ブレーキ動作開始時刻
Ｔｐ 振動ピーク時刻
Ｖｂ 回転速度

Claims (11)

1. 機器に設けられた振動センサから取得した前記機器の振動に関するセンサデータに基づいて前記機器の異常を検出する制御部を備える異常検出装置であって、
   前記機器は、動くことが可能な可動部と、前記可動部の動きを制動する制動装置とを備え、
   前記制御部は、前記制動装置の動作中に取得された前記センサデータに基づいて前記機器の前記制動装置以外の異常を検出することを特徴とする異常検出装置。
2. 前記制御部は、異常を検出する指示信号を受け付けたことに基づいて、前記制動装置を動作させて前記可動部の動きを制動し、前記制動装置の動作中に取得された前記センサデータに基づいて前記機器の異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記制御部は、前記センサデータが所定の大きさ以上となるように前記制動装置を動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載の異常検出装置。
4. 前記制御部は、前記制動装置を所定の周波数で所定の時間の間、動作させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の異常検出装置。
5. 前記制御部は、前記可動部が動作してないときに前記制動装置を動作させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の異常検出装置。
6. 前記機器は前記可動部を動かす動力を発生するモータと、前記モータの回転速度を減速する減速機とを備え、
   前記振動センサは前記モータ又は前記減速機に設けられ、
   前記制御部は、前記センサデータに基づいて前記モータ又は前記減速機の異常を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の異常検出装置。
7. 前記制御部は、前記振動センサが出力する振動信号の振幅、前記振動信号に基づいて得られる前記振動のパワースペクトルの積和値、及び前記振動信号の位相と前記機器が正常のときの前記振動信号の位相との位相差の少なくとも１つを前記センサデータとして前記機器の異常を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の異常検出装置。
8. 前記機器は複数の前記可動部を備え、
   前記各可動部に前記制動装置及び前記振動センサがそれぞれ設けられ、
   前記制御部は、前記各可動部に設けられた各制動装置を異なるタイミングで動作させ、動作中の前記制動装置に対応する前記振動センサから取得した前記センサデータに基づいて、前記動作中の制動装置が設けられた前記可動部の異常を検出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の異常検出装置。
9. 前記機器は前記可動部を動かす動力を発生するモータと、前記モータの回転速度を減速する減速機と、前記モータを制動する前記制動装置とを備え、
   前記振動センサは前記減速機に設けられ、
   前記制御部は、前記制動装置が動作を開始した時刻と前記センサデータがピークを示した時刻との時間差に基づいて、前記減速機のバックラッシュ量を計算することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の異常検出装置。
10. 前記制御部は、前記可動部の名前、動作中の前記制動装置の状態、前記可動部の振動が過去の時点に比べて低下した割合を示す振動減衰率、及び前記可動部が異常か否かを示す判定結果の１つ以上が画面に表示されるように制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の異常検出装置。
11. 機器に設けられた振動センサから取得した前記機器の振動に関するセンサデータに基づいて前記機器の異常を検出する異常検出方法であって、
    前記機器は、動くことが可能な可動部と、前記可動部の動きを制動する制動装置とを備え、
    前記制動装置の動作中に取得された前記センサデータに基づいて前記機器の前記制動装置以外の異常を検出することを特徴とする異常検出方法。

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