JPS5927301A - アナログ信号インタフエ−スに対する付加型の耐障害化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の対象 本発明はアナログ信号インタ７エーズに対する付加型の
耐障害化方式に閑し、特に上記のインタフェースに対し
て最低限の冗長度の付加、あるいは必要とされるインタ
フェースに対してのみ冗長度の付加を行うことにより、
インタフェースの高信頼化を図る方式に関するものであ
る。

従来技術 多くの自動化機器において、センナ出力等の外部アナロ
グ信号を計算機に入力するためには、アナログ信号イン
タフェースが必要となる。

この場合、アナログ信号インタフェースに故障が発生す
ると、系全体の動作が異常となる。したがって、系の高
信頼化を図るためには、アナログ信号インタフェースの
高信頼化が要求される。そこで、アナログ信号インタフ
ェースの一部の構成要素に故障が発生した場合でも、外
部から見る限りは正しく機能するようにすること、つま
りアナログ信号インタフェースの耐障害化を図ることが
必要となる。通常、耐障害化を行うには、系の冗長構成
と冗長な信号を処理して、故障の検出、故障の識別、故
８４１所の分離、および故障からの回復を行う故障修復
手段を結合することによって実現される。

従来より、よく知られているアナログ信号インタフェー
スの冗長化方式は、各チャネルごとに３重化する方法で
あるため、例えば７本の出力を有する場合３γ本のチャ
ネルを用意し、同−センサに対応する３本のチャネルに
対して多数決η理を用いる。したがって、出力数の３倍
のチャネルが必要であるため、インタフェースの容積が
大となり、かつコスト高となる等の欠点がある。

そこで、本発明者等は、上記欠点を改善するために、先
に一アナログ信号インタフェースの耐障害化方式」　（
特願昭５７−７６０７７号明細書針照）を提案した。こ
の方式は、第１図に示すように、センザ呂力（ｘ　ｒ　
＋　Ｘ　２・・・・・ｌ）の７本に対して（γ十２）本
のチャネルを（匂えたインタフェース１を設けて計算機
２に接続する。インタフェースｌ内の各チャネルには、
力１減算増幅器１１〜１５と、フィルタやサンプルホー
ルド回跡や、〜／Ｄ変摸回路を含む後続回路１６〜２０
が接続され、構成が冗長化される。したがって、外部ア
ナログ信号のに：゛より２イ、４多い加減算増幅器が必
要となる。

そしで、ハＩ　Ｕ−＝の構成によｘｌは、アナログ信号
インタフェースＣし耐障害化を低コストで夾現すること
ができるが、その反面、アナログ信号インクフェースの
設計を最初からやり１αす必要がある。

すなわち、新しいシステムを鮫初に設計する場合には第
１図の方式はきわめて有効であるが、次のような条件の
下にある要求に対してはきわめて不利である。すなわち
、 ０）従来の機種に対してアナログ信号インタフェースが
既に股ａされており、これに最低限の冗長度を付加する
ことによって耐障害化を図りたい場合、（２）新しい機
種に対して全部に高信頼化が必要ではなく、高信東１化
が要求される応用に対してのみ冗長度を付カーし、それ
以外の１芯用に対してはコスト低減のために冗長化しな
い等のオプション的な選択ができるようにしたい場合、
等である。

発明の目的 本発明の目的は、このような従来の問題を解決するため
、・ｒンタフェースに！没低限の冗長度を付ｉＩｑする
のみで、インタフェースの高信頼化を図ることができる
アナログ信号インタフェースに対する付加型σ）針阻ｉ
害仕方式を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によるアナログ信号イ
ンタフェースに対する耐障害化方式は、外部アナログ信
号を演算制御部に入力する上記のインタフェース部にお
いて、上記外部アナログ信号の線形結合である検査信号
を生成するチャネルを別個に設け、該チャネルに上記上
部アナレグ信号を並列に引き込み、該チャネルの処理出
力を上記演）Ｙ制？ＭＪ部に入力することに特徴を有す
る。

発明の実施例 第２図は、本発明の実施例を示すアナログ信号インタフ
ェースの全体ブロック図である。

センサ等からの入力信号Ｘｓ　＋　Ｘ２　＋　Ｘａ　　
が既存のアナログ信号インクフェース部１′に入力され
、ここでＡ／Ｄ変換されてその出力信号７１１　Ｖ！　
ｌ　ｙ３を計算機（演算制御部）２に出力する。本発明
は、上記既存のインタフェース部１′に対して検査信号
生成チャネル３を付加するもので、入力信号Ｘ　ｌ　＋
Ｘ　ｉ　、　Ｘ　ｓを並列に引き込み、チャネル３で入
力信号の線形結合である検査信号を生成してその結果Ｖ
　４　＋１５　　を計算機２に出力する。

第３図は、本発明が適用されるロボットの位置制御系の
ブロック図であり、第４図は１ｇ３図の既存インタフェ
ース部１′の内Ｍ；ブロック図である。

ｆ＄３図では、既存のインタフェースＭｌ’に入力され
るセンサ部の例として３自由度の円筒ｍ標型ロボッ）３
０が示されている。

ロボッ）３０の変位としては、（ａ）本体３ｏの上下鑓
動、（ｂ）アームの回転連動、（０）アームの前後運動
の３つがあり、それぞれボテンシ日メータ３１．　　・
３２．３３をセンサとして計測する。計測された各変位
はＸ、、　ｘ２．　ｘ３　　としてト存のアナログ信号
インタフェース１′に入力され、Ａ／Ｄ変換された出カ
フ１　＋　７２　＋　７３　　が計算機２に入力される
と、計算機２は目標レジスタ４がら入力される目標値と
比較して制御針を計算し、制御信号ＣＴをロボッ）３０
の駆動装置ｄｃ図示省略）に送出する。第３図の既存の
インタフェース部１′は、第４図に示すように３１固の
センサｔｈカを計算機２に取り込むため、３チヤネルの
アナログ信号インタフェース１０１〜１０３を内蔵して
いる。ここで、各インタフエース１０１〜１０３は、そ
れぞれ信号増幅器、フィルタ、サンプル・ホールド回路
およびＡ／Ｄ変換器等から構成される。

第５図は、本発明の実地例を示すインタフェースの耐障
害化方式の構成図である。

既存の・インタフェース部１′に対して、第５図に示す
検査信号午成チャネル３を付加する。入カ信％　Ｘｓ　
、　ｘ２ｒχ、を既存のインタフェース部１′と並列に
取り込み、加減算増幅器３１０，３２０に接続し、ざら
に後続回路３０１．．３０２を経由して出力）’４＋ｙ
６を計算機２に送る。

既存インタフェース１′の出カフ１　ｒ　’ｉ２　＋　
３’）　、付加チャネ／ｌ／　３り出カフ４１７！ど入
力信号Ｘ、、　Ｘ２．　Ｘ３との間の入墨力繭係は、加
減算増幅ｃｇの外付は抵抗の髄から次式で与えられるこ
とが分る。

ずなわら、上記の入出力関係は、次式の）の特別な場合
になっている。

ｙ　−Ｈｚ　＋　Ｃ・・・・・■ ただし、Ｔ　−（７１＋　７１・・・・・ｙｎ）　　・
出力信号Ｘ＝（ｚ　　ｘ　・・・・・ｘｒ）　　ｓ人カ
信号１　　２ Ｃ−（Ｃ，、Ｃ，・・・・・Ｃ力）１　レベル・シフト
ここでＨ，Ｃは、値が既知の行列およびベクトルである
。

弐のではＣ−０となっている。さらに次の条件を満足し
ている。

（１）チャネルの数ｎ≧センサ出カ数＋２（１）係数行
列ＨのＩｌ＃数−ｒ したがって、先に出願された発明（特願昭５７−７６０
７７号）に示した故障修復方法と併用することにより、
アナ田グ信号インタフェースの耐障害化を実現すること
ができる。

いま、上記α）式の系に対するパリティ検査行列を求め
ると、次のようになる。

・・・・・■ これは、上記先願発明、つまり第１図に示すインタフェ
ース１に対するパリティ検査行列と同一である。

第６図は、本発明の実施例を示す故障修復方法の処＠７
シーチヤートである。

計算機２は、先ずステップ３１で既存のインタフェース
１′の出力ｙ１〜ｙ３　と検査信号生成チャネル３の出
カフ４　＋　７５を入力する。一方、計１１ａ２は前準
備として、上記（３１式で示すパリティ検査行列■を生
成しておき、インタフェース１′とチャネル３から出力
ｙを入力すると、ステップ３２でシンドロームＳを計算
する。すなわち、出力ｙに対して、次式でシンドローム
Ｓの計算を行う。

５−Ｖ（ｙ−ｃ）　　　　　　　　　　　　・・・・・
←）ステップ３３では、故障の発生を検出するため、あ
らかじめ設定された正数γとシンドロームＳの長さを比
較して、正数γを越えていればアナログ信号インタフェ
ースＩＩに故障が発生したと判定するＯ 第７図は、本発明の実施例を示す故障検知・識別方法の
原理説明図である。

パリティ検査行列Ｖの各列ベクトルＹ１＋マ３．マ。

・・・・・マロは、２次元平面（維音空ｒＩｊｊ）にお
いて、第７図に示す大きさと方向を持つ。この平面にお
いて、マｊ　を含む直線を第ｊ番目のチャネルに対する
特性軸と呼ぶ。

本発明による故障検知・故障識別の原理は、２次元平面
において、シンドロームＳが原点を中心として設定され
たＩＩＩｇｉγを半径とする円の外に出れば故障発生と
判定する。このとき、シンドロームＳに最も近い特性軸
に対応したチャネルを故障と判断すれば、畿何学的に矛
盾なく表現することができる。第７図の場合、シンドロ
ームＳはｒを半径とする円の外に出ており、かつＳに最
も近い特性軸に対応したチャネルＣｈ２が故障と判定す
る。

各チャネルに対する特性軸は、原点以外に交点を持たな
いから、単一チャネルの故障修復が可能である。

第６図のフローチャートに戻り、ステップ３３ではシン
ドロームＳの平面上の長さと正数ｒの二乗ｒ″　とを比
較し、＜ｓ、　ｓ＞＜ｒ”が成立して、正常動作である
ことを判別したときには、直ちにステップ４０に移り、
次式により入力信号を再現する。

ｘ−Ａ（ｙ−Ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　・・
・・・（５）ただし、人は行列Ｈの凝似逆行列であり、
Ａ−（ＨＨＣＨ・・・・・（５γ で計算される。

比較の結果、＜Ｓ、　Ｓ＞＞γ２が成立する場合には、
ステップ３４に進み、故障発生を検出する。ステップ３
５では、故障チャネルを識別するため、前述の第７暗の
Ｖ理にｙづいて故障チャネルな識別する。すなわち、シ
ンドロームに最も近い特性軸を求め、その特性軸に対応
するチャネルを故障とする。具体的には、パリティ検査
行列■のｎ本の列ベクトルをｖｌ、　Ｙ２・°°・−Ｖ
Ｊ・・・−・Ｖ　として、シンドロームＳの各ｖｊ　　
への射影の長さ１＜８．ｖｊ：＞ｌ　／　ｌ　ｖｊ、　
ｖｊｌ　　　　　　　・・”・（６）すべてのベクトル
Ｔｊ　　について、上記（６）式を語尊し、最大値を与
える番号ｋを求める。

ステップ３０では、ｋ番目のチャネルが異常であること
を判定する。

次ｌま、故障修復の過程であり、ステップ３７〜３９で
は、以下の処理を行う。

すなわち、ｋ番目のチャネルが故障と判定された場合、
故障箇所の分離および故障からの復帰を行う。

３’　−（７１＋　７２　＋　７１・・・・・ｙｋ−１
１ｙｋ＋１・・・・・ｙ　ゾ・・・・・（７） 上記（７）　（８）式のように、ｋ１７）要素を取り除
いてマトリクスを形成し、次式により入力信号Ｘを計算
する。

ｘ　−（ＨＴＨＴ　’　ＨＴ（ｙ−Ｃ）　　　　　　　
　　・・・・・（９）ただし、Ｃ−（ｏ、、ｏ□、・・
・・・ｃ　Ｏ・・・・Ｃ）Ｔｋ−１’に＋１１ｎ である。

ステップ４０．４１は、入力信号の再現化処理であって
、Ｘは再現値である。

このように、第７図のパリティ空間における各チャネル
の特性軸の配置は、第１図に示す先願発明のインタフェ
ースの場合と全く同一であるため、単一・チャネルの故
障修復が可能であり、その性能も先願発明の方式と変ら
ない。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、計算機のアナログ
信号インタフェースの耐障害化を、既存のインタフェー
スに対する検査信号生成チャネルを追加するのみで実現
できるので、従来機種に対して簡単に適用が可能となる
１、シかも、故障修復についての性能、および耐障害化
に要するコストの低減は先願の発明に比べて劣ることな
く、加減算増幅器の設置数はさらに減少させることがで
きる）

【図面の簡単な説明】

第１図は先願発明によるアナログ信号インク７エースの
耐障害化方式の概略図、第２図は本発明の実施例を示す
アナログ信号インタフェースの全体ブロック図、第３図
は本発明が適用されるロボットの位置制御系のブロック
図、第４図は第５図の既存インタフェース部の内部ブロ
ック図、第５図は本発明の実施例を示すインタフェース
の耐障害化方式の構成図、第６図は本発明の実施例を示
す故障修復方法の処理フローチャート、第７図は本発明
の実施例を示す故障検知・識別方法の原理説明図である
。 １：先願発明方式のインタフェース部、１１：既存のイ
ンタフェース部、２：計削れ３：検査信号生成チャネル
、４：目標値レジスタ、１１〜１５゜３１０．３２０：
加減算増幅器、１６〜２０，１０１〜１０３．３０１．
３０２　：インタフエースの後続回路、３０：ロボット
、３１〜３３：ポテンショメータ。 特許出願人　　　株式会社日本ビジネスコンサルタント
代　　理　　人　　　弁理士　　　　磯　　村　　雅　
　佼第　　　　１　　　　図 第　　　２　　　図 第　　　　３　　　　図 第　　　４　　　図 一１′ Ｌ、　　−−１ 第　　　　　５　　　　　図 第　　　６　　　図 第　　　７　　　図 手続補正書（自発） 昭和５７年１０月２５日 ｑ５許庁長官　ｌ′ｉ　杉　和　夫殿 １　事件の表示 昭和５７年特　許　願第１３５５３６号アナログ信号イ
ンタフェースに ２、　　発１９１　（’）　名称　　　　対・する付加
型の耐障害ｒヒ方式３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 住所　　　　　束取都新宿区西新宿１丁目１８番１５号
５も　補正により増加する発明の数　　　な　　し６、
砧補正の対象 明細書「発明の詳細な脱ｍＪの欄 別徹０とおり　°（ｉ−１気／ （１）明細書第１頁１６行目〜１８行目に［Ｍ：低限の
冗長度の付加、あるいは・・・・・の付加を行うことに
より、」とあるのを、「最低限の冗長度の付加を行うこ
とにより、」と補正する。 ■明細書簡５頁６行目に「上記上部アナログ信号」とあ
るのを、「上記外部アナログ信号」と補正する。 （３）明細椹第９頁１７行目にｒ　Ｓ　−Ｖ　（ｙ−ｃ
）Ｊとあるのを、［５−Ｖ（ｙ−０月と補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外部アナログ信号を演算制御部に入力するインタフェー
   ス部において、上記外部アナログ信号を上記インタフェ
   ース部と並列にσ］き込み、該外部アナログ信号の線形
   結合である検査信号を生成して、Ｌ記演算制御部に出力
   するためのチャネルを付加することを特徴とするアナロ
   グ信号インタフェースに対する付加型の耐障害化方式。