WO2007066804A1 - ノイズ診断装置、及び故障自己診断機能を有する検出システム - Google Patents

ノイズ診断装置、及び故障自己診断機能を有する検出システム Download PDF

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WO2007066804A1
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sensor
signal
output
predetermined sensor
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PCT/JP2006/324696
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Inventor
Yoji Yamada
Suwoong Lee
Osamu Matsumoto
Original Assignee
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a detection system having a device and a fault cutting function provided with the device. Since then, for example, 3 sensors with different weights of are distributed, the signals output from each of these 3 sensors are compared to, and when these signals match, the signal output from the load sensor is There is a sensor location that diagnoses it as normal (eg 5 264375).
  • it is a device that cuts off the state of the signal output from a predetermined sensor, detects the physics that is the object of the sensor, converts it into a signal, and outputs the signal from that amount.
  • the sensor in order to solve the above problem, in the detection system with a clear cutoff function, the sensor and If the noise is judged by the stage that the signal output from the sensor does not contain noise, the signal output from the sensor is used as it is, and Based on the safety path that allows the power to be supplied, and if the stage diagnoses that the signal output from the sensor contains noise, the path is closed. It is characterized by having a signal stage that shuts off the power supply.
  • the obstacles that can be self-sustaining are, for example, intermittent disturbances due to noise injection and sensor pathways.
  • the sensor acts on the sensor (bottom doctor part).
  • the physical quantity of the electric signal differs from the physical quantity that is the detection target in the predetermined sensor diagnostic sensor, so the output from the predetermined sensor diagnostic sensor is different.
  • the noise components contained in each of the signals are different from each other. Therefore, it is possible to block the noise injection by the same noise source by detecting the signals different from each other.
  • the detection system having the clear disconnection function can cope with the disconnection of the sensor path.
  • predetermined arithmetic processing for example, when the same noise occurs in the atmosphere of the predetermined sensor, the result of the diagnostic sensor is processed in stages, so that the noise component included in the signal output from the predetermined sensor is reduced. And the noise component included in the result of the above arithmetic processing are different from each other. Therefore, it is possible to block the noise injection by the same noise source by detecting the signals different from each other.
  • a bright noise a noise device that cuts off the noise state of the signal output from a predetermined sensor, that is, a sensor that detects another physical object that is different from the physical object of the sensor, and the physics detected by that sensor Then, the noise state of the signal output from the sensor is estimated based on the stage that estimates the physics of the sensor and converts it into a signal, and the signal converted from the stage and the signal output from the sensor. It is characterized by having a step for disconnecting.
  • the result of the diagnostic sensor is calculated in stages, and therefore the noise component included in the signal output from the predetermined sensor is calculated. And the noise component included in the result of the above arithmetic processing are different from each other. Therefore, it is possible to block the noise injection by the same noise source by detecting the signals with different.
  • Fig. 10 is a block diagram showing the configuration of a bright noise position.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the noise composition of the present embodiment. As shown in this figure, the noise is composed of the trans-de 2 of 2, the trans-de 3 of 2, the amp 4 of, the amp 5 of 2, and S S (a Anaog gna Dagnos s) 6.
  • 001 Transde 2 is a strain gauge transde
  • the external force applied to (for example, the botton) is detected and converted into an electric signal, which is then used as the fourth amplifier 4.
  • Transducer 3 of 2 is a transformer of electrostatic quantity (transducer in which the force of the electric signal differs from that of the first one (distortion gauge)), and detects the external force that is the target of Transde 2 of 2 and outputs it to the electric signal. Convert and convert the signal to the second amplifier 5.
  • the amplifier 4 of 001 4 amplifies the electric signal output from the transformer 2 of 1 at a fixed rate and converts it into S S 6.
  • the amplifier 5 of 2 amplifies the electric signal output from the transformer 3 of 2 at a fixed rate, and when the deviation of the electric signal output from the transformer 3 of (2) does not include noise, Amplify the result of the electric signal output from the transformer 3 of 2) so that it matches with the electric signal amplified by the first amplifier 4) to form SS6.
  • 015 SS 6 judges that the electric signal output from the amplifier 4 of and the electric signal output from the second amplifier 5 match (substantially match). And match If so, it is determined that the above item does not contain noise, and if they do not match, it is determined that the above item contains noise.
  • each of the signals output from the transformer 3 of the transformer 2 2 contains noise, but the transformer 3 of the transformer 2 2 has a change in converting an external force into an electric signal.
  • the trans 2 The same noise component is included in each of the signals output from De3.However, since the amplifier 5 of the amplifier 4 2 and the amplifier 5 of 2 respectively amplify each, the amplification by the amplifier 5 of the amplifier 4 2 is different from that of Become. Therefore, SS 6 determines that the signal contains noise.
  • the transformer 3 of the transistor 2 2 in which the electric power and the electric signal have different processes from each other is used, but the present invention is not limited to this.
  • the transformer 2 for directly outputting the external force applied to the target and converting it into an electric signal the transformer 2 for
  • a transformer 2 that detects an external force that is an elephant, converts it to an electric signal, and divides the ment represented by the converted electric signal into SS 6 by the ment am to indirectly detect the external force.
  • a resistor may be equipped with a base 2 transformer 3. In this way, for example, if the same noise occurs in the transformer 2 2 of the transformer 2 3 and if the common mode noise is mixed in the signals output from the transformer 2 2 of the transformer 2 3 Since the trans-decode of 3 is processed by SS 6,
  • the noise component contained in the signal output from 2 and the noise component contained in the result of the above calculation process are different from each other. Therefore, it is possible to cut off the noise injection by the same noise source by detecting the signals different from each other by S S 6.
  • SS 6 if the sensors with the same force match, it is determined that noise is not mixed in the sensor force, the sensor force is used as it is, and a safe route ( Allow power to be applied (if it is in motion), otherwise use a safe route ( Cut off the power supply (making the road inactive). In other words, in this state, the judgment based on the disconnection of the signal is realized so that the electricity (sensor) containing the noise is not output.
  • S S 6 is composed of between 5 as shown in 3. 002, including the edge 78, and S S
  • the SW of 3 determines whether or not each of the flowed sows is a normal one, and if it is a normal one, outputs the sous signal.
  • S c 4 rectifies the signal output from SW of 3 to SWC 5 of 4.
  • the 002 auto couplers 9 and 2 convert the voltage of the SW from 3 and the sudden stop signal and the restart signal, and transmit them to the self 8.
  • the 4 SWs between 4 allow the Tadry to be supplied based on the signal output from the 3 SW and the signal output from the 8th.
  • the SW of 3 between 3 stops the power of signal S.
  • the SW of 4 between 4 stops the supply of Tadley upon the stop of that signal.
  • the vector of the 6 components from the sensor is multiplied by the compliance sequence, and for example, the sensor data of 3 direction data 3 is digital.
  • the sensor data of 3 direction data 3 is digital.
  • it is input to SS 6 as 6 pairs of sensor signals like 2 to 2 and is judged to be normal by 6 SS 6 as well.
  • the sensor described in the box 2 of Transde 2 and 2 is configured, and the transde 3 and 3 sensors of 2 2 are configured as follows and SS 6 of 3 SW 3 of 3 constitutes a step, SW 3 of 3 constitutes a final step of the safe road, and SA 2 of 3 constitutes a safe path.
  • 23 is configured by including 3 subtraction 32 and speed control 33, 34, 235 in the control block shown in 5.
  • Oza 36 shown in 5 is calculated by PC23.
  • Oza 36 is the target speed output from the speed control 33 and the rotation speed d of the motor 3 output from the under 22 as shown in 6. (Rear), mobile bot (stem) ,,
  • Oza 36 is the constant value of the driving torque. Based on the above, the constant value added to the band by the operator is calculated, and the constant value is set in the converter 25.
  • the target rolling speed d may be calculated according to the above equation () based on the value.
  • Subtraction 32 subtracts the target speed d output from 3 and the speed d of the target 3 output from the under 22, and the result of the calculation (
  • Degree control 33 has a difference based on the speed difference output from subtraction 32. Calculate and save. To Oza 3 6 2 35.
  • 003 34 calculates the torque acting on the wheel of the moving bot based on the rotation speed d of the ta 3 output from the under 22 and sets the torque to 2 35.
  • Subtraction 35 is the target torque output from speed control 33. To the output from 34 and add the result (tok) to ta3.
  • the 003 converter 25 converts the constant value electric signal output from the PC24 (2 subtraction 35) into the constant value electric signal, and when the deviation of the electric signal output from the under sensor 22 sensor 26 also contains no noise, The electricity corresponding to the number 26) to SAS 6.
  • the sensor 26 detects that it is being applied to the operating hand and converts it into an electrical signal, which is converted into S S 29.
  • the statistic 27 changes the signal to SS29.
  • SS 29 is configured to include noise 29a and power supply 29b.
  • the noise 29a is output from the static 27 to the signal, and it is determined whether or not the signal from the constant value signal sensor 26 output from the converter 25 matches. And Lee If the signal No. is output and the signal No. and the signal No. match, it is judged that the signal does not contain noise (it is judged that the system is normal, and the signal No. 29 is output from the power supply 29b. , If the signal No. of the event is not output, if the signal No. of the operation and the signal No. of the operation do not match, it is judged that the signal contains noise (it is judged that the system is abnormal, and the signal No. Switch to power supply 29b.
  • 003 29b determines whether or not the signal of noise is output from noise 29a. If the Ive signal is output, the power supplied from the power supply 28 is supplied to the ta 3 (29b to allow the power supply, and the Ive signal is output. In such a case, disconnect the power supply 28 from the power supply 3 (29b to cut off the power supply).
  • the target 3 drives the wheel of the mobile bot to the target torque according to the electric power supplied from S S 29.
  • the underspeed 22 of the moving bot's ta 3 is detected by the under 22 and its overrun speed dd () is output to the PC 24, which is output by the PC 24 (observer 36).
  • the constant value of the torque given to the wheel of the moving bot is estimated.
  • the constant value is output to 3 and the constant value. Is added to the converter 25, and the constant value is output to the converter 25.
  • the torque acting on the wheel of the moving bot is generated based on the rotation speed d of the rotor 3 output from the under 22, and the torque is output to the 2 subtraction 35, and 2 The subtracted 35, the added target torque. To 34 are added, and the calculation result (to is output to TA3.
  • the pressure of the wheel 3 is output so that the wheel torque matches the target torque output from PCZ4 (2 subtraction 35).
  • Power supply is output to S S 29.
  • SS 29 determines that the signal does not contain noise, and the power supply 28 supplies It is output to the target robot 3 and the target robot 3 is driven to drive the wheels of the mobile bot.
  • the senor 26 of 4 constitutes the sensor described in the request box
  • the sensor 22 of 4 composes the sensor
  • the operator 36 of PC 24 5 composes the stage as follows.
  • SS 29 of 4 constitutes a step
  • 29b of 4 constitutes a safe path.
  • a constant value based on the rotation speed of the motor 3 detected by the under 22 is estimated by the ozar 36, and detected by the sensor 26 based on the signal of the constant value. I tried to cut off the noise condition of the signal. Therefore, if the same noise occurs in the atmosphere of the sensor 22 and sensor 26, the result of the sensor 22 is processed by the external oscillator 36, and the noise component contained in the signal output from the sensor 26 is The noise component included in the result of the above arithmetic processing is different from that of the noise component. Therefore, by detecting different signals with S S 29, it is possible to interrupt the noise injection by the same noise source.
  • the force sensor 26 detects the force applied to the operating hand and converts it into an electric signal, while the external force 36 is estimated and converted into an electric signal by the converter 25.
  • SS 29 based on (Analog)
  • (S S) may be provided, and the noise state may be cut off based on the constant value of the data output by the PC24 and the value obtained by converting the electric signal detected by the sensor 26.
  • SS 29 When SS 29 detects that the signal detected by the sensor 26 does not contain noise, it supplies the target 3 with the electric power to match the wheel torque to the target torque.
  • the present invention is not limited to this, although it was applied to a system that cuts off the supply of the data when it is diagnosed that the above item contains noise.
  • the electric signal output from the sensor 26 is directly applied, and it is diagnosed that the signal contains noise. It may also be applied to a system that prohibits the force of the signal output from the sensor 26.
  • the detection system having a clear noise function and a disconnection function is not limited to the above-mentioned state, but can be within a range not deviating from the purpose.

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Abstract

　第１のトランスデューサ２と第２のトランスデューサ３とでは検出対象である物理量から電気信号への変換原理を異なるものとした。そのため、第１のトランスデューサ２及び第２のトランスデューサ３の雰囲気に同じ電磁ノイズが発生した場合、第１のトランスデューサ２と第２のトランスデューサ３とから出力される信号それぞれに含まれるノイズ成分の波形は互いに異なったものとなり、その結果、波形が異なる信号を検出することで、同じノイズ源によるノイズ混入を診断することができる。

Description

明 細 書
ノイズ診断装置、及び故障自己診断機能を有する検出システム 技術分野
[0001] 本発明は、所定センサカゝら出力される信号のノイズ混入状態を診断するノイズ診断 装置、及び当該ノイズ診断装置を備えた故障自己診断機能を有する検出システムに 関する。
背景技術
[0002] 従来、例えば、 1つの荷重が分散して加わる 3つの同じ荷重センサを備え、それら 3 つの荷重センサそれぞれから出力される信号を互いに比較し、それら信号が一致す る場合に、荷重センサから出力される信号が正常であると診断する荷重センサの故 障診断装置がある (例えば、特開平 5— 264375号公報参照)。
し力しながら、このような故障診断装置にあっては、例えば、 3つの荷重センサから 出力される信号それぞれに同一源のノイズが混入し、センサ出力に誤差が現れるよう な間欠故障が発生した場合には、荷重センサ力 出力される信号が正常であると誤 診断される恐れがあった。
[0003] 本発明は、上記従来技術の未解決の課題を解決することを目的とするものであって 、同じノイズ源によるノイズ混入を診断可能なノイズ診断装置、及び当該ノイズ診断装 置を備えた故障自己診断機能を有する検出システムを提供することを課題とする。 発明の開示
[0004] 上記課題を解決するために、本発明のノイズ診断装置は、所定センサカゝら出力され る信号のノイズ混入状態を診断するノイズ診断装置であって、前記所定センサの検 出対象である物理量を検出して信号に変換し、且つ、その物理量から信号への変換 原理が前記所定センサと異なる診断用センサと、その診断用センサで変換された信 号と前記所定センサから出力される信号とに基づいて、前記所定センサから出力さ れる信号のノイズ混入状態を診断する診断実行手段と、を備えたことを特徴とする。
[0005] 一方、上記課題を解決するため、本発明の故障自己診断機能を有する検出システ ムにあっては、前記所定センサと、前記請求項 1から 3のいずれか 1項に記載のノイズ 診断装置とを備え、前記ノイズ診断装置は、前記診断実行手段によって前記所定セ ンサから出力される信号にノイズが含まれていないと診断された場合には前記所定 センサから出力される信号をそのまま利用しつつ、前記診断結果に基づいてモータ への電力供給をコントロールする安全関連制御回路をオンして電力の供給を許可し 、前記診断実行手段によって前記所定センサから出力される信号にノイズが含まれ ていると診断された場合には前記安全関連制御回路をオフして電力の供給を遮断 する信号出力手段を備えることを特徴とする。
[0006] なお、自己診断の対象となる故障としては、例えば、ノイズ混入による間欠故障、セ ンサ回路の断線等による永久故障等が挙げられる。
また、前記所定センサは、カ覚センサ（ロボットエンドェフエクタ部に作用する単軸 又は多軸の力、或いはさらにモーメントを検出する目的でロボットのリスト部に設けら れたり、人間の操作力をロボットに伝えて、直接教示やパワーアシストの目的で利用 するために、操作ノヽンドルをその先端に取り付け、マ-プレータのリスト部や移動ロボ ットの一部に装着したりして利用されるセンサ）であってもよい。
[0007] このような構成によれば、例えば、所定センサ及び診断用センサの雰囲気に同じ電 磁ノイズが発生した場合、所定センサと診断用センサとでは検出対象である物理量 力も電気信号への変換原理が異なるので、所定センサと診断用センサとから出力さ れる信号それぞれに含まれるノイズ成分の波形は互いに異なったものとなる。そのた め、波形が異なる信号を検出することで、同じノイズ源によるノイズ混入を診断するこ とがでさる。
また、本発明の故障自己診断機能を有する検出システムによれば、センサ回路の 断線等による故障の自己診断にも対応することができる。
[0008] さらに、本発明のノイズ診断装置は、所定センサカゝら出力される信号のノイズ混入 状態を診断するノイズ診断装置であって、前記所定センサの検出対象である物理量 に起因する他の物理量を検出して信号に変換する診断用センサと、その診断用セン サで変換された信号に前記検出対象である物理量を算出する所定演算処理を施し たものと前記所定センサから出力される信号とに基づいて、前記所定センサから出力 される信号のノイズ混入状態を診断する診断実行手段と、を備えたことを特徴とする [0009] このような構成によれば、例えば、所定センサ及び診断用センサの雰囲気に同じ電 磁ノイズが発生した場合、診断用センサの検出結果を診断実行手段によって演算処 理するので、所定センサから出力される信号に含まれるノイズ成分の波形と前記演算 処理の結果に含まれるノイズ成分の波形とは互いに異なったものとなる。そのため、 波形が異なる信号を検出することで、同じノイズ源によるノイズ混入を診断することが できる。
また、本発明のノイズ診断装置は、所定センサカゝら出力される信号のノイズ混入状 態を診断するノイズ診断装置であって、前記所定センサの検出対象である物理量と 異なる他の物理量を検出する診断用センサと、その診断用センサで検出された物理 量に基づき、前記所定センサの検出対象である物理量を推定して信号に変換する 診断用推定手段と、その診断用推定手段で変換された信号と前記所定センサから 出力される信号とに基づいて、前記所定センサから出力される信号のノイズ混入状 態を診断する診断実行手段と、を備えたことを特徴とする。
[0010] このような構成によれば、例えば、所定センサ及び診断用センサの雰囲気に同じ電 磁ノイズが発生した場合、診断用センサの検出結果を診断用推定手段によって演算 処理するので、所定センサから出力される信号に含まれるノイズ成分の波形と前記演 算処理の結果に含まれるノイズ成分の波形とは互いに異なったものとなる。そのため 、波形が異なる信号を検出することで、同じノイズ源によるノイズ混入を診断すること ができる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明のノイズ診断装置の第 1実施形態の概略構成を示すブロック図である。
[図 2]本発明のノイズ診断装置の変形例を説明するための説明図である。
[図 3]本発明のノイズ診断装置を用いたシステムの概略構成を示すブロック図である 圆 4]本発明のノイズ診断装置の第 2実施形態の概略構成を示すブロック図である, 圆 5]図 4の機械制御部及び PCの動作を説明するための説明図である。
[図 6]図 5の外乱オブザーバを説明するための説明図である。 発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、本発明のノイズ診断装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
このノイズ診断装置は、人間と共存して種々のサービスを提供する次世代産業用口 ボット及びサービスロボットの力制御のためのセンサ、或いはヒューマンインターフエ ースデバイスの力受容器として不可欠なカ覚センサのノイズ混入状態を診断するも のである。
<第 1実施形態 >
<ノイズ診断装置の構成 >
図 1は、本実施形態のノイズ診断装置の概略構成を示すブロック図である。この図 1 に示すように、ノイズ診断装置 1は、第 1のトランスデューサ 2、第 2のトランスデューサ 3、第 1のアンプ 4、第 2のアンプ 5、及び FSASD(Fan- Safe Analog Signal Diagnosis) 回路 6を含んで構成される。
[0013] 第 1のトランスデューサ 2は、ひずみゲージのトランスデューサであって、所定対象 物（例えば、ロボットハンド）に加わる外力を検出して電気信号に変換し、その電気信 号を第 1のアンプ 4に出力する。
第 2のトランスデューサ 3は、静電容量のトランスデューサ (外力から電気信号への 変換原理が第 1のトランスデューサ 2 (ひずみゲージ）と異なるトランスデューサ）であ つて、第 1のトランスデューサ 2の検出対象である外力を検出して電気信号に変換し、 その電気信号を第 2のアンプ 5に出力する。
[0014] 第 1のアンプ 4は、第 1のトランスデューサ 2から出力される電気信号を固定倍率で 増幅して FSASD回路 6に出力する。
第 2のアンプ 5は、第 2のトランスデューサ 3から出力される電気信号を固定倍率で 増幅して (第 1のトランスデューサ 2及び第 2のトランスデューサ 3から出力される電気 信号のいずれにもノイズが含まれてない場合に、第 2のトランスデューサ 3から出力さ れる電気信号の増幅結果が第 1のアンプ 4で増幅された電気信号と一致するような倍 率で増幅して) FSASD回路 6に出力する。
[0015] FSASD回路 6は、第 1のアンプ 4から出力される電気信号と第 2のアンプ 5から出 力される電気信号とが一致するか（ほぼ一致する力 否かを判定する。そして、一致 する場合には前記電気信号にはノイズが含まれて ヽな ヽと判定し、一致しな 、場合 には前記電気信号にはノイズが含まれていると判定する。
<ノイズ診断装置の動作 >
次に、本実施形態のノイズ診断装置 1の動作を具体的状況に基づいて説明する。
[0016] まず、ノイズ診断装置 1が取り付けられたカ覚センサで操作力を検出する操作ノヽン ドルに外力を加えたとする（後述する図 4の 26)。すると、カ覚センサに備えられた第 1のトランスデューサ 2及び第 2のトランスデューサ 3によって、その外力に応じた信号 (互いに異なる信号)が第 1のアンプ 4及び第 2のアンプ 5のそれぞれに出力され、第 1のアンプ 4及び第 2のアンプ 5によって、それら出力された信号がそれぞれ増幅され て同じ信号とされた後、 FSASD回路 6に出力される。そして、 FSASD回路 6によつ て、その入力された 2つの信号が互いに比較診断される。
[0017] ここで、第 1のトランスデューサ 2及び第 2のトランスデューサ 3の雰囲気に同じ電磁 ノイズ Aが発生したとする。すると、第 1のトランスデューサ 2と第 2のトランスデューサ 3 とから出力される信号それぞれにノイズ成分が含まれることになる力 第 1のトランス デューサ 2と第 2のトランスデューサ 3とでは外力を電気信号に変換する際の変換原 理が異なるので、それらノイズ成分の波形は互いに異なったものとなり、第 1のアンプ 4及び第 2のアンプ 5による増幅結果も互いに異なったものとなる。そのため、 FSAS D回路 6によって、前記電気信号にノイズが含まれていると判定される。
<ノイズ診断装置の作用 ·効果 >
(1)このように、本実施形態のノイズ診断装置 1にあっては、第 2のトランスデューサ 3 として、検出対象である物理量 (外力）から電気信号への変換原理が第 1のトランスデ ユーサ 2と異なるものを用いた。そのため、第 1のトランスデューサ 2及び第 2のトランス デューサ 3の雰囲気に同じ電磁ノイズ Aが発生した場合、第 1のトランスデューサ 2と 第 2のトランスデューサ 3とから出力される信号それぞれに含まれるノイズ成分の波形 は互いに異なったものとなり、その結果、波形が異なる信号を FSASD回路 6によつ て検出することで、同じノイズ源によるノイズ混入を容易に診断することができる。
[0018] また、第 1のトランスデューサ 2と第 2のトランスデューサ 3とから出力される信号それ ぞれに同相ノイズ Bが混入したとする。すると、第 1のトランスデューサ 2と第 2のトラン スデューサ 3とから出力される信号それぞれに同じノイズ成分が含まれることになるが 、第 1のアンプ 4と第 2のアンプ 5とでは増幅率がそれぞれ異なるので、第 1のアンプ 4 及び第 2のアンプ 5による増幅結果は互いに異なったものとなる。そのため、 FSASD 回路 6によって、前記電気信号にノイズが含まれていると判定される。
なお、第 1のアンプ 4と FSASD回路 6との間の信号線、及び第 2のアンプ 5と FSAS D回路 6との間の信号線からの同相ノイズ Bの混入も考えられる力 それらの間の信 号線の引き回しを極端に短くすることにより前記混入を防止することができる。
(2)また、本実施形態では、外力から電気信号への変換原理が互いに異なる第 1のト ランスデューサ 2及び第 2のトランスデューサ 3を用いる例を示した力 これに限られる ものではない。例えば、図 2に示すように、対象物に加わる外力 Fを直接検出して電 気信号に変換する第 1のトランスデューサ 2'と、第 1のトランスデューサ 2'の検出対 象である外力 Fによるモーメントを検出して電気信号に変換し、その変換された電気 信号が示すモーメントを FSASD回路 6にモーメントアームの長さ Lで除算させて外力 を間接的に検出する、第 1のトランスデューサ 2 'と同じ変換原理 (例えば、抵抗型）に 基づく第 2のトランスデューサ 3'と、を備えるようにしてもよい。そのようにすれば、例 えば、第 1のトランスデューサ 2'及び第 2のトランスデューサ 3'の雰囲気に同じ電磁ノ ィズが発生した場合、或 ヽは第 1のトランスデューサ 2 '及び第 2のトランスデューサ 3， カゝら出力される信号それぞれに同相ノイズ Bが混入した場合、第 2のトランスデューサ 3'の検出結果を FSASD回路 6によって演算処理するので、第 1のトランスデューサ 2'から出力される信号に含まれるノイズ成分の波形と前記演算処理の結果に含まれ るノイズ成分の波形とは互いに異なったものとなる。そのため、波形が異なる信号を F SASD回路 6によって検出することで、同じノイズ源によるノイズ混入を診断すること ができる。
<ノイズ診断装置による安全関連制御回路の開閉 >
以上の FSASD回路 6によって、同じ外力によるセンサ出力それぞれが一致する場 合には、センサ出力にはノイズが混入されて ヽな 、と判定してセンサ出力をそのまま 利用しつつ、安全関連制御回路をオンして (安全関連制御回路を動作状態として） 電力の供給を許可し、そうでない場合には安全関連制御回路をオフして (安全関連 制御回路を非動作状態として)電力の供給を遮断する。すなわち、この実施形態で は、ノイズが混入している電気信号 (センサ出力）が出力されないように信号の比較 診断による判定を実現して 、る。
< FSASD回路の構成 >
具体的には、 FSASD回路 6は、図 3に示すように、 5つの区間で構成されている。
[0020] 第 1の区間は、ブリッジ回路 7及び抵抗 8を含んで構成され、これらにより FSASD 回路 6への入力である 2個のカ覚センサの電気信号同士、又は 1個のカ覚信号とそ の推定値の間の電圧差を出力する。
なお、通常、カ覚センサからの原信号データに対しては、低域通過フィルタ（LPF) 処理が施される。
第 2の区間は、 FSAD(Fail-Safe Adder)8及び第 1及び第 2の FSWC9、 10を含ん で構成される。そして、 FSAD8によって、第 1の区間から出力される電圧差それぞれ に一定電圧 (第 1及び第 2の FSWC(Fai卜 Safe Window Comparator) 9, 10が機能可 能な電圧)を加算する。
[0021] また、第 1及び第 2の FSWC9、 10によって、前記加算結果に基づいて、 D/A1, DZA2に入力され、それぞれローパスフィルタ LPF1、 LPF2で処理されたセンサ出 力が互いに一致する力否力をそれぞれ判定し、一致する場合にはパルス信号を出 力する。
第 3の区間は、フォトカプラ 11、 FSRct(Fail-Safe Rectifier) 12及び第 3の FSWC 13 を含んで構成される。そして、フォト力ブラ 11及び FSRctl2によって、第 1及び第 2の FSWC9、 10から出力されるノ ルス信号をそれぞれ整流する。
[0022] また、第 3の FSWC13によって、前記整流されたパルス信号それぞれが正常なパ ルス信号であるか否かを判定し、正常なパルス信号である場合にはパルス信号を出 力する。
第 4の区間は、 FSRct 14及び第 4の FSWC 15を含んで構成される。
FSRctl4は、第 3の FSWC13から出力されたパルス信号を整流して第 4の FSWC 15に入力する。
第 4の FSWC15は、緊急停止ボタン 16が押された後、第 3の FSWC13からの正常 信号を再度確認し、操作者が再起動ボタン 17を押した場合にオンとなる自己保持回 路 18の出力とセンサ信号の正常 Z異常を AND演算する。
[0023] フォトカプラ 19および 20は、第 3の FSWC 13からの正常パルス信号、および緊急 停止信号、再起動信号を電圧変換して自己保持回路 18に伝送する。
第 5の区間は、フェールセィフ出力アンプ（Fan-Safe Output Amplifier) 21で構成さ れる。これにより、第 4の FSWC15からパルス信号が出力されているか否かを判定し 、パルス信号が出力されている場合には、モータドライバへの電力供給を許可する（ フェールセィフ出力アンプ 21をオンして電力の供給を許可し)。また、ノ ルス信号が 出力されていない場合には、センサ信号に異常があつたとして、電力の供給を遮断 する（フェールセィフ出力アンプ 21をオフして電力の供給を遮断する）。
< FSASD回路の動作 >
次に、本実施形態のノイズ診断装置 1の動作を具体的状況に基づいて説明する。
[0024] まず、ノイズ診断装置 1が取り付けられた操作ノヽンドルに操作者力ゝらの操作力が加 わり、 2組のトランスデューサの処理回路から 2つのセンサ出力 AZD1、 AZD2が F SASD回路 6に出力されたとする。すると、第 1の区間のブリッジ回路 7によって、セン サ出力 AZD1、 AZD2間の電圧差、及びセンサ出力 AZD1そのものの電圧がそ れぞれ出力される。
また、第 2の区間の FSAD8によって、第 1の区間から出力される電圧差及び 0でな V、電圧それぞれに一定電圧が加算され、その加算結果の 、ずれにも異常なセンサ 出力が含まれていないとすると、第 1及び第 2の FSWC9、 10によって、パルス信号 が出力される。
[0025] さらに、第 3の区間のフォトカプラ 11及び FSRctl2によって、その出力されたパル ス信号それぞれが整流され、その整流結果それぞれが正常なパルス信号であるとす ると、第 4の区間の第 3の FSWC13によって、パルス信号が出力される。
また、第 4の区間の第 4の FSWC15によって、第 3の FSWC13から出力されたパル ス信号及び自己保持回路 18からの正常起動信号に基づき、モータドライバへの電 力供給が許可される。
[0026] ここで、センサ出力 AZD1が異常値になったとする。すると、第 2の区間の第 1及び 第 2の FSWC9、 10によって、パルス信号の出力が停止される。
また、第 3の区間の第 3の FSWC 13によって、パルス信号の出力が停止される。さ らに、第 4の区間の第 4の FSWC 15によって、そのパルス信号の出力停止に基づき 、モータドライバへの電力供給が遮断される。
なお、単軸のカ覚センサのみならず、高々 6軸のカ覚センサについても、センサか らの高々 6個の成分をもつ出力信号ベクトルにコンプライアンス行列を乗じて、例え ば、 3軸方向の力データ及び 3軸回りのモーメントデータがディジタルのセンサ信号 ベクトルとして得られた場合には、 DZA1 ' DZA2〜DZA11 ' DZA12のように、 6 対のセンサ信号として FSASD回路 6にそれぞれ入力され、 6個の FSASD回路 6に よって同様に正常 Z異常が判定される。
<請求の範囲との対応 >
以上、本実施形態にあっては、図 1及び図 2の第 1のトランスデューサ 2、 2 'が請求 の範囲に記載の所定センサを構成し、以下同様に、図 1及び図 2の第 2のトランスデ ユーサ 3、 3'が診断用センサを構成し、図 1及び図 3の FSASD回路 6、図 3の第 3の FSWC 13が診断実行手段を構成し、図 3の FSWC 13が安全関連制御回路への判 定結果の信号出力手段を構成し、図 3のフェールセィフ出力アンプ 21が安全関連制 御回路を構成する。
<第 2実施形態 >
次に、本発明のノイズ診断装置の第 2実施形態を図面に基づいて説明する。
この第 2実施形態では、操作者によって操作される操作ノヽンドルの取り付けられた カ覚センサに加えられた操作力に応じて動作する 4車輪の移動ロボットを備える。 そして、操作ノ、ンドルに加えられた操作力をカ覚センサで検出するとともに、当該 外力を外乱オブザーバで推定し、それら外力の検出結果 (推定結果)を FSASD回 路に出力する。また、 FSASD回路によって、それら出力結果が一致する場合には、 センサ出力にはノイズが混入されて ヽな 、と判定してセンサ出力に応じた目標トルク (操作ノ、ンドルにカ卩えている操作力が移動ロボットにカ卩えられているときの移動ロボッ トの動きを実現する電気信号)を移動ロボットのモータ (移動ロボットの車輪に駆動ト ルクを付与するモータ）に出力すベぐ安全関連制御系への電力供給を許可する。ま た、ノイズが混入された場合にはモータに供給される電力が遮断される。
<ノイズ診断装置の構成 >
具体的には、ノイズ診断装置は、図 4に示すように、エンコーダ 22、機械制御部 23 、 PC(Personal Computer)24、 D/A(Digital Analog)変^^ 25、カ覚センサ 26、スタ 一トスイッチ 27、電源 28、 FSASD回路 29、及びモータ 30を含んで構成される。
[0028] エンコーダ 22は、移動ロボットの車輪に駆動トルクを付与するモータ 30の回転速度 d Θ /dtを検出し、その回転速度 d Θ /dt (電気信号)を PC24に出力する。
機械制御部 23は、図 5に示す制御ブロックの中で、 FF制御部 31、第 1加減算器 3 2、速度制御部 33、摩擦補償器 34、及び第 2加算器 35を含んで構成される。
図 5に示す外乱オブザーバ 36は、 PC23で計算される。
外乱オブザーバ 36は、図 6に示すように、エンコーダ 22から出力されるモータ 30の 回転速度 d Θ /dt、速度制御部 33から出力される目標トルク τ (後述）、移動ロボット（ 機械システム）のノミナル慣性行列 Μη、及びフィルタゲイン grに基づいて、移動ロボ ットの車輪に付与されている駆動トルクの推定値 τ 'を算出し、その推定値 τ 'を FF制 御部 31に出力する。
[0029] また、外乱オブザーバ 36は、駆動トルクの推定値て Ίこ基づ 、て、操作者によって 操作ノヽンドルに加えられて ヽる操作力の推定値 を算出し、その推定値 を DZA 変換器 25に出力する。
FF制御部 31は、外乱オブザーバ 36から出力される駆動トルクの推定値て Ίこ基づ いて、操作者によって操作ノヽンドルに加えられている操作力の推定値 を算出し、そ の推定値 、移動ロボットの仮想的な慣性行列 Mr、移動ロボットの仮想的な粘性行 列 Drに基づき、下記（1)式に従って目標回転速度 d 0 /dtを算出し、その目標回転
ref
速度 d Θ /dtを第 1加減算器 32に出力する。
ref
[0030] M (d2 9 /dt2) +D (ά θ /dt) =JTF~ · ' · (1)
r ref r ref
なお、本実施形態では、外乱オブザーバ 36で算出される駆動トルクの推定値 τ ^ 算出する例を示した力 これに限られるものではない。例えば、モータに流れる電流 i を検出して、そのトルクて 'を推定してもよい。これらのいずれかによつて推定されたて Ίこ基づいて、操作者によってコントローラにカ卩えられている操作力の推定値 を関 係 ~= τ 'から算出し、これとカ覚センサ 26で検出される操作力 Fとを比較し、こ れらがほぼ等しければ、その値に基づき、前記（1)式に従って目標回転速度 d Θ /d rer tを算出してもよい。
[0031] 第 1加減算器 32は、 FF制御部 31から出力される目標回転速度 d 0 /dt力もェンコ ref
ーダ 22から出力されるモータ 30の回転速度 d Θ /dtを減算し、その減算結果 (速度 偏差)を速度制御部 33に出力する。
速度制御部 33は、第 1加減算器 32から出力される速度偏差に基づいて当該速度 偏差を 0とするトルク（目標トルク）てを算出し、その目標トルクてを外乱オブザーバ 3 6及び第 2加算器 35に出力する。
[0032] 摩擦補償器 34は、エンコーダ 22から出力されるモータ 30の回転速度 d Θ /dtに基 づいて移動ロボットの車輪に作用する摩擦トルクを算出し、その摩擦トルクを第 2加算 器 35に出力する。
第 2加減算器 35は、速度制御部 33から出力される目標トルク τに摩擦補償器 34 力 出力される摩擦トルクを加算し、その加算結果 (補正後目標トルク) uをモータ 30 に出力する。
[0033] DZA変翻 25は、 PC24 (第 2加減算器 35)から出力される操作力の推定値 を 電気信号に変換し、その電気信号 (エンコーダ 22及びカ覚センサ 26から出力される 電気信号のいずれにもノイズが含まれてない場合に、カ覚センサ 26の電気信号に 一致する電気信号)を FSASD回路 6に出力する。
カ覚センサ 26は、操作ノヽンドルに加えられている操作力 Fを検出して電気信号に 変換し、その電気信号を FSASD回路 29に出力する。
[0034] スタートスィッチ 27は、操作者によって移動ロボットの制御開始或いは緊急停止後 の再開操作が行われると、ハイレベルの信号を FSASD回路 29に出力する。
電源 28は、モータ 30へ電力を供給する。
FSASD回路 29は、ノイズ診断部 29a及び電源制御部 29bを含んで構成される。 ノイズ診断部 29aは、スタートスィッチ 27からハイレベルの信号が出力されており、 且つ、 DZA変 25から出力される操作力の推定値!^の電気信号とカ覚センサ 2 6から出力される操作力 Fの電気信号とが一致するか否かを判定する。そして、ハイ レベルの信号が出力されており且つ操作力の推定値 F~の電気信号と操作力 Fの電 気信号とがー致する場合には当該電気信号にはノイズが含まれて ヽな ヽと判定し（ システムが正常であると判定し）、ハイレベルの信号を電源制御部 29bへ出力し、ノヽ ィレベルの信号が出力されていない場合又は操作力の推定値 の電気信号と操作 力 Fの電気信号とがー致しない場合には当該電気信号にはノイズが含まれていると 判定し (システムに異常が生じたと判定し）、ローレベルの信号を電源制御部 29bに 出力する。
[0035] 電源制御部 29bは、ノイズ診断部 29aからハイレベルの信号が出力されている力否 かを判定する。そして、ノ、ィレベルの信号が出力されている場合には、電源 28から出 力される供給電力をモータ 30に供給し (電源制御部 29bをオンして電力の供給を許 可し）、ハイレベルの信号が出力されていない場合には、電源 28をモータ 30から電 気的に遮断する（電源制御部 29bをオフして電力の供給を遮断する)。
モータ 30は、 FSASD回路 29から供給が許可される電力に応じて目標トルクに従 い、移動ロボットの車輪を駆動する。
<ノイズ診断装置の動作 >
次に、本実施形態のノイズ診断装置 1の動作を具体的状況に基づいて説明する。
[0036] まず、操作者が移動ロボットの制御開始操作を行った後、操作者が操作ノヽンドルに 操作力 Fを加えたとする。すると、カ覚センサ 26によって、その操作力 Fに応じた電 気信号力FSASD回路 29に出力される。
また、同時に、エンコーダ 22によって、移動ロボットのモータ 30の回転速度 d Θ /dt が検出され、その回転速度 d Θ /dt (電気信号）が PC24に出力され、 PC24 (外乱ォ ブザーバ 36)によって、その出力されたモータ 30の回転速度 d Θ /dtに基づいて、移 動ロボットの車輪に付与されている駆動トルクの推定値 τ，推定され、その推定値 て 'が FF制御部 31に出力されるとともに、当該推定値て Ίこ基づいて、操作者によつ て操作ノヽンドルに加えられて ヽる操作力の推定値 F~が算出され、その推定値 が D ZA変 25に出力される。
[0037] また、外乱オブザーバ 36から出力された駆動トルクの推定値て Ίこ基づ 、て、操作 者によって操作ノヽンドルに加えられている操作力 が算出され、その操作力 こ基 づいて、 FF制御部 31によって、目標回転速度 d Θ /dtが算出され、その目標回転
ref
速度 d Θ /dtが第 1加減算器 32に出力される。また、第 1加減算器 32によって、その ref
出力された目標回転速度 d Θ /dt力もエンコーダ 22から出力されるモータ 30の回転
ref
速度 d Θ /dtが減算され、その減算結果 (速度偏差)が速度制御部 33に出力され、速 度制御部 33によって、その出力された速度偏差に基づいて当該速度偏差を 0とする ための目標トルクてが算出され、その算出結果が外乱オブザーバ 36及び第 2加減 算器 35に出力される。
[0038] さらに、摩擦補償器 34によって、エンコーダ 22から出力されるモータ 30の回転速 度 d Θ /dtに基づいて移動ロボットの車輪に作用する摩擦トルクが算出され、その摩 擦トルクが第 2加減算器 35に出力され、第 2加減算器 35によって、その出力された 目標トルクてに摩擦補償器 34から出力される摩擦トルクが加算され、その加算結果（ 補正後目標トルク) uがモータ 30に出力される。
また、 DZA変翻 25によって、 PC24 (外乱オブザーバ 36)から出力される操作 力の推定値て 'が電気信号に変換され、その電気信号力FSASD回路 29に出力さ れ、さらに、カ覚センサ 26によって、操作ノヽンドルに加えられている操作力 Fが検出 されて電気信号に変換され、その電気信号力FSASD回路 29に出力される。
[0039] さらに、 PC24 (第 2加減算器 35)から出力された目標トルク uに車輪の駆動トルクが 一致するようにモータ 30への制御電圧が算出される。電源 28からは供給電力が FS ASD回路 29に出力される。 DZA変 25から出力される操作力の推定値 の電 気信号とカ覚センサ 26から出力される操作力 Fの電気信号とが一致すると、 FSAS D回路 29によって、前記電気信号にはノイズが含まれていないと判定され、電源 28 力も供給電力がモータ 30に出力され、目標トルク uの与えられたモータ 30によって移 動ロボットの車輪が駆動される。
<請求の範囲との対応 >
以上、本実施形態では、図 4のカ覚センサ 26が請求の範囲に記載の所定センサを 構成し、以下同様に、図 1のエンコーダ 22が診断用センサを構成し、図 4の PC24、 図 5の外乱オブザーバ 36が診断用推定手段を構成し、図 4の FSASD回路 29が診 断実行手段を構成し、図 4の電源制御部 29bが安全関連制御回路を構成する。 <ノイズ診断装置の作用 ·効果 >
(1)このように、本実施形態のノイズ診断装置 1にあっては、エンコーダ 22で検出され るモータ 30の回転速度に基づいて操作力の推定値 を外乱オブザーバ 36で推定 し、その推定値 の電気信号に基づいて、カ覚センサ 26で検出される操作力 Fの電 気信号のノイズ混入状態を診断するようにした。そのため、エンコーダ 22及びカ覚セ ンサ 26の雰囲気に同じ電磁ノイズが発生した場合、エンコーダ 22の検出結果を外乱 オブザーバ 36によって演算処理するので、カ覚センサ 26から出力される信号に含ま れるノイズ成分の波形と前記演算処理の結果に含まれるノイズ成分の波形とは互い に異なったものとなる。そのため、波形が異なる信号を FSASD回路 29によって検出 することで、同じノイズ源によるノイズ混入を診断することができる。
[0040] また、カ覚センシングのチャンネルを 1つも持たず、 2種類の外乱オブザーバ 36に より操作力の推定値 を 2種類の方法で算出し、それら推定値 で自己診断を行う 方法と異なり、操作ノヽンドルへの意図しな 、外力やノイズも操作力として推定されてし まい、パワーアシスト機器 (移動ロボット）が誤った動作に陥ってしてしまうことを防止 できるので、機能安全性を満足し、コストの観点力もも極めて合理的である。
なお、本実施形態では、操作ノヽンドルに加えられた操作力をカ覚センサ 26で検出 して電気信号に変換するとともに、当該外力を外乱オブザーバ 36で推定して DZA 変換器 25で電気信号に変換し、それら電気信号 (アナログ値）に基づいてノイズ混入 状態を FSASD回路 29で診断する例を示した力 これに限られるものではない。例え ば、 FSASD回路 29として、自己診断機能付きのフェイルセーフなディジタル信号診 断回路 (FSDSD回路)を備え、 PC24で算出されたカ覚データの推定値！ ^と、カ覚 センサ 26で検出された電気信号を A/D変換した値とに基づいてノイズ混入状態を 診断してちょい。
[0041] また、 FSASD回路 29によってカ覚センサ 26で検出される操作力 Fの電気信号に ノイズが含まれて 、な 、と診断された場合には目標トルク uに車輪の駆動トルクを一 致させる電力をモータ 30に供給することを許可し、前記電気信号にノイズが含まれて いると診断された場合にはモータ 30への電力供給を遮断するシステムに適用した例 を示した力 これに限られるものではない。例えば、 FSASD回路 29によってカ覚セ ンサ 26で検出される操作力 Fの電気信号にノイズが含まれて ヽな 、と診断された場 合にはカ覚センサ 26から出力される電気信号をそのまま出力し、前記電気信号にノ ィズが含まれていると診断された場合にはカ覚センサ 26から出力される信号の出力 を禁止するシステムに適用してもよい。
なお、本発明のノイズ診断装置、及び故障自己診断機能を有する検出システムは 、上記実施の形態の内容に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範 囲で適宜変更可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 所定センサカゝら出力される信号のノイズ混入状態を診断するノイズ診断装置であつ て、
前記所定センサの検出対象である物理量を検出して信号に変換し、且つ、その物 理量から信号への変換原理が前記所定センサと異なる診断用センサと、その診断用 センサで変換された信号と前記所定センサ力 出力される信号とに基づいて、前記 所定センサカゝら出力される信号のノイズ混入状態を診断する診断実行手段と、を備 えたことを特徴とするノイズ診断装置。
[2] 所定センサカゝら出力される信号のノイズ混入状態を診断するノイズ診断装置であつ て、
前記所定センサの検出対象である物理量に起因する他の物理量を検出して信号 に変換する診断用センサと、その診断用センサで変換された信号に前記検出対象で ある物理量を算出する所定演算処理を施したものと前記所定センサから出力される 信号とに基づいて、前記所定センサから出力される信号のノイズ混入状態を診断す る診断実行手段と、を備えたことを特徴とするノイズ診断装置。
[3] 所定センサカゝら出力される信号のノイズ混入状態を診断するノイズ診断装置であつ て、
前記所定センサの検出対象である物理量と異なる他の物理量を検出する診断用セ ンサと、その診断用センサで検出された物理量に基づき、前記所定センサの検出対 象である物理量を推定して信号に変換する診断用推定手段と、その診断用推定手 段で変換された信号と前記所定センサから出力される信号とに基づいて、前記所定 センサカゝら出力される信号のノイズ混入状態を診断する診断実行手段と、を備えたこ とを特徴とするノイズ診断装置。
[4] 前記所定センサと、前記請求項 1から 3のいずれか 1項に記載のノイズ診断装置と を備え、
前記ノイズ診断装置は、前記診断実行手段によって前記所定センサから出力され る信号にノイズが含まれていないと診断された場合には前記所定センサから出力さ れる信号をそのまま利用しつつ、前記診断結果に基づいてモータへの電力供給をコ ントロールする安全関連制御回路をオンして電力の供給を許可し、前記診断実行手 段によって前記所定センサから出力される信号にノイズが含まれていると診断された 場合には前記安全関連制御回路をオフして電力の供給を遮断する信号出力手段を 備えることを特徴とする故障自己診断機能を有する検出システム。
前記所定センサは、カ覚センサであることを特徴とする請求項 4に記載の故障自己 診断機能を有する検出システム。
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