(57)【要約】【課題】周期的に位置が変化する可動部の動きの異常の有無を検出する。【解決手段】異常検出装置５０は、周期的に位置が変化するスイングミラー５の動きの異常を検出する。異常検出装置５０は、スイングミラー５の運動の状態に応じて周期的に変化するセンサ値を出力するセンサ９と、センサ値と予め定められた基準値とに基づいて評価値を算出し、算出した評価値と予め定められた判定閾値とに基づいてスイングミラー５の動きの異常を検出する異常検出部３３と、を備える。【選択図】図１
2020020584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に位置が変化する可動部の動きの異常の有無を検出する異常検出装置であって、
前記可動部の運動の状態に応じて周期的に変化するセンサ値を出力するセンサと、
前記センサから出力された前記センサ値と予め定められた基準値とに基づいて評価値を算出し、算出した前記評価値と予め定められた判定閾値とに基づいて前記可動部の動きの異常の有無を検出する異常検出部と、を備える異常検出装置。
【請求項２】
前記可動部の位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部で推定された前記可動部の位置に対応する前記基準値を選択する基準値選択部と、
を更に備え、
前記異常検出部は、前記センサ値と、前記基準値選択部で選択された前記基準値とに基づいて前記評価値を算出する、請求項１に記載の異常検出装置。
【請求項３】
前記位置推定部は、前記可動部の動作開始からの経過時間に基づいて前記可動部の位置を推定する、請求項２に記載の異常検出装置。
【請求項４】
前記異常検出部は、前記センサ値と前記基準値との差分に基づいて前記評価値を算出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出部は、前記センサ値と前記基準値との割合に基づいて前記評価値を算出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期的に位置が変化する可動部の動きの異常の有無を検出する異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ロボットに設けられた可動部の動きの異常の有無を検出することが記載されている。この装置では、種々の動作が可能なロボットに対し、予め定められた動作パターンを実行させ、動作の診断を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８８２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載された種々の動作が可能なロボット以外にも、周期的に位置が変化する可動部を備える装置がある。本技術分野においては、このような周期的に位置が変化する可動部において、動きの異常の有無を検出することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面は、周期的に位置が変化する可動部の動きの異常の有無を検出する異常検出装置であって、可動部の運動の状態に応じて周期的に変化するセンサ値を出力するセンサと、センサから出力されたセンサ値と予め定められた基準値とに基づいて評価値を算出し、算出した評価値と予め定められた判定閾値とに基づいて可動部の動きの異常の有無を検出する異常検出部と、を備える。
【０００６】
この異常検出装置においてセンサは、可動部の運動の状態に応じて周期的に変化するセンサ値を出力する。異常検出部は、周期的に変化するセンサ値を用いて評価値を算出し、算出した評価値と判定閾値とに基づいて、可動部の動きの異常の有無を検出する。このように、異常検出装置は、周期的に位置が変化する可動部の動きの異常の有無を、周期的に変化するセンサ値を用いて検出できる。
【０００７】
異常検出装置は、可動部の位置を推定する位置推定部と、位置推定部で推定された可動部の位置に対応する基準値を選択する基準値選択部と、を更に備え、異常検出部は、センサ値と、基準値選択部で選択された基準値とに基づいて評価値を算出してもよい。このように、基準値選択部は、センサ値との比較対象となる基準値を、位置推定部で推定された可動部の位置に基づいて推定する。これにより、異常検出装置は、センサ値との比較対象となる基準値として、適切な基準値を用いて可動部の動きの異常の有無を検出できる。
【０００８】
位置推定部は、可動部の動作開始からの経過時間に基づいて可動部の位置を推定してもよい。この場合、位置推定部は、周期的に位置が変化する可動部の位置を、動作開始からの経過時間に基づいて適切に推定できる。
【０００９】
異常検出部は、センサ値と基準値との差分に基づいて評価値を算出してもよい。この場合、異常検出装置は、センサ値と基準値との差分を用いて、可動部の動きの異常の有無を検出できる。
【００１０】
異常検出部は、センサ値と基準値との割合に基づいて評価値を算出してもよい。この場合、異常検出装置は、センサ値と基準値との割合を用いて、可動部の動きの異常の有無を検出できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一側面によれば、周期的に位置が変化する可動部の動きの異常の有無を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るレーザレーダの概略構成を示す図である。
【図２】周期的に変化するセンサ値波形及び基準値波形を示すグラフである。
【図３】図１の制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】基準値波形を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、センサ値及び基準値の差分Ｅｗと判定閾値Ａとの関係を示すグラフである。
【図６】停止決定部が物体の検出処理を停止させる処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】センサから出力されたセンサ値に基づいて行われるスイングミラーの動きの異常の有無を検出する処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る異常検出装置を備えるレーザレーダの実施形態について図面を参照しながら説明する。すなわち、本実施形態において、異常検出装置は、レーザレーダに設けられた可動部の動きの異常の有無を検出する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１に示されるレーザレーダ１は、物体検出を行う検出対象領域内の複数の位置にレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を受光する。レーザレーダ１は、ライダー（Lidar：Light  Detection  and  Ranging）、又はLaser  Range  Finderとも称される。レーザレーダ１は、検出対象の物体として、例えば、道路上を移動する人及び車両等を検出する。
【００１５】
レーザレーダ１は、地上に設置された支柱等の支持部材、又は建物の壁等に固定されている。レーザレーダ１は、地上に設置されていればよい。レーザレーダ１は、道路上を移動する車両等を上方から見下ろすことができるように設置されている。レーザレーダ１は、上方の位置から道路の路面に向けてレーザ光を複数照射し、物体で反射した反射光を受光する。
【００１６】
レーザレーダ１は、発光モジュール２、ポリゴンミラー３、スイングミラー（可動部）５、及び受光モジュール６を備えている。発光モジュール２は、レーザ光を発生させる発光素子を備えている。発光モジュール２は、レーザ光を予め定められた照射周期で照射する。発光モジュール２から照射されたレーザ光は、ポリゴンミラー３及びスイングミラー５を介して、検出対象領域に向けて照射される。発光モジュール２から照射されたレーザ光は、レンズＬ１によって平行光に変換されてもよい。検出対象領域に向けて照射されたレーザ光の反射光は、スイングミラー５及びポリゴンミラー３を介して、受光モジュール６によって受光される。受光モジュール６によって受光される反射光は、レンズＬ２によって集光されてもよい。レーザレーダ１は、受光モジュール６で受光された反射光に基づいて、周知の方法によって物体を検出する。
【００１７】
さらに、レーザレーダ１は、モーター４、モーター７、エンコーダ８、センサ９、及び制御部１０を備えている。モーター４は、ポリゴンミラー３を予め定められた一定の回転速度で回転させる。これにより、ポリゴンミラー３は、レーザ光の照射方向を変化させることができる。本実施形態において、ポリゴンミラー３は、例えば、レーザレーダ１から照射されるレーザ光の水平方向の照射位置を変化させる。
【００１８】
モーター７の駆動軸７ａは、スイングミラー５に連結されている。なお、駆動軸７ａは、ギヤ等の動力伝達部材を介してスイングミラー５に連結されていてもよい。モーター７は、予め定められた一定の周期Ｔでスイングミラー５を揺動させる。すなわち、スイングミラー５は、周期Ｔで周期的に位置（向き）が変化する。この揺動によりスイングミラー５は、レーザ光の照射方向を変化させることができる。本実施形態において、スイングミラー５は、例えば、レーザレーダ１から照射されるレーザ光の鉛直方向の照射位置を変化させる。
【００１９】
エンコーダ８は、モーター７に取り付けられ、モーター７の回転状態を検出する。エンコーダ８は、モーター７によるスイングミラー５の揺動の開始とともに検出を開始する。
【００２０】
センサ９は、スイングミラー５の運動の状態に応じて周期的に変化するセンサ値を出力する。ここでは、センサ９は、スイングミラー５の運動の状態として、スイングミラー５の揺動の位置に応じて周期的に変化するセンサ値を出力する。センサ９は、モーター７によるスイングミラー５の揺動の開始とともに検出を開始する。本実施形態では、センサ９として、一例として、超音波を用いて対象物との距離を検出する超音波センサが用いられる。センサ９は、例えば、揺動するスイングミラー５の反射面とセンサ９との距離を検出してもよい。この場合、センサ９から出力されるセンサ値は、例えば、図２に示されるセンサ値波形Ｗｎのように、スイングミラー５の揺動の周期Ｔで周期的に変化する。
【００２１】
制御部１０は、レーザレーダ１の各部の制御を行う。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、及びＲＡＭ[Random  Access  Memory]等を有する電子制御ユニットである。制御部１０は、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。制御部１０は、複数の電子制御ユニットによって構成されていてもよい。
【００２２】
図３に示されるように、制御部１０は、機能的には、駆動制御部２０、及び可動部異常検出部３０を備えている。駆動制御部２０は、ポリゴンミラー３を回転させるモーター４の動作を制御する。また、駆動制御部２０は、スイングミラー５を揺動させるモーター７の動作を制御する。なお、スイングミラー５の初期位置及び揺動の開始の向きは予め定められている。すなわち、モーター７は、レーザレーダ１による物体検出の開始時に、初期位置から予め定められた揺動の開始の向きでスイングミラー５を揺動させる。
【００２３】
可動部異常検出部３０は、エンコーダ８及びセンサ９の検出結果に基づいて、スイングミラー５の動きの異常の有無を検出する。そして、可動部異常検出部３０は、異常の有無の検出結果に基づいて、レーザレーダ１における物体の検出処理を停止させる。より詳細には、可動部異常検出部３０は、位置推定部３１、基準値選択部３２、異常検出部３３、及び停止決定部３４を備えている。
【００２４】
位置推定部３１は、スイングミラー５の揺動の位置を推定する。上述したように、スイングミラー５の初期位置は予め定められている。また、スイングミラー５は、周期Ｔで周期的に揺動の位置が変化する。このため、位置推定部３１は、スイングミラー５の揺動開始（動作開始）からの経過時間に基づいて、スイングミラー５の揺動の位置を推定できる。位置推定部３１は、スイングミラー５の揺動の開始タイミングを、駆動制御部２０から取得することができる。なお、位置推定部３１は、スイングミラー５の揺動の位置を常時推定する。
【００２５】
基準値選択部３２は、位置推定部３１で推定されたスイングミラー５の揺動の位置に対応する基準値を選択する。この基準値は、異常検出部３３がスイングミラー５の動きの異常の有無を検出する際に用いられる。また、この基準値は、スイングミラー５の動きが正常である場合にセンサ９から出力されるセンサ値に基づいて予め設定されていてもよい。例えば、基準値選択部３２は、図４に示されるように、スイングミラー５が１周期分揺動したときの基準値の変化を示す基準値波形Ｗｓを予め記憶している。基準値選択部３２は、記憶している基準値波形Ｗｓと、推定されたスイングミラー５の揺動の位置とに基づいて、推定されたスイングミラー５の揺動の位置に対応する基準値を選択することができる。なお、基準値選択部３２は、位置推定部３１においてスイングミラー５の揺動の位置が推定されることに伴って、推定されたスイングミラー５の揺動の位置に対応する基準値を常時選択する。
【００２６】
異常検出部３３は、エンコーダ８の出力値が異常である場合、スイングミラー５の動きが異常であると検出する。例えば、異常検出部３３は、エンコーダ８の出力値が予め定められた範囲外である場合、スイングミラー５の動きが異常であると検出する。
【００２７】
さらに、異常検出部３３は、センサ９から出力されたセンサ値に基づいて、スイングミラー５の動きの異常の有無を検出する。具体的には、異常検出部３３は、センサ９から出力されたセンサ値と予め定められた基準値とに基づいて評価値を算出する。異常検出部３３は、算出した評価値と予め定められた判定閾値とに基づいて、スイングミラー５の動きの異常の有無を検出する。
【００２８】
本実施形態において、異常検出部３３は、予め定められた基準値として、基準値選択部３２で選択された基準値を用いる。なお、ここでの基準値とは、評価値を算出するために用いられるセンサ値が出力された時点において、スイングミラー５が位置していると推定される揺動の位置に対応する基準値である。また、異常検出部３３は、評価値として、センサ値と基準値との差分を用いる。
【００２９】
図２及び図５（ａ）に示されるように、異常検出部３３は、センサ値と基準値との差分Ｅｗを算出する。この差分Ｅｗとは、センサ値と基準値との差分の絶対値とする。差分Ｅｗが判定閾値Ａを超えていない場合、異常検出部３３は、スイングミラー５の動きが異常でないと検出する。図５（ｂ）に示されるように、差分Ｅｗが判定閾値Ａを超えた場合、異常検出部３３は、スイングミラー５の動きが異常であると検出する。
【００３０】
なお、異常検出部３３は、センサ９から出力されたセンサ値と基準値選択部３２で選択された基準値との差分Ｅｗを常時算出し、差分Ｅｗと判定閾値Ａとを常時比較する。異常検出部３３は、常時算出する差分Ｅｗが判定閾値Ａを超えた場合、スイングミラー５の動きが異常であると検出する。
【００３１】
なお、判定閾値Ａは、例えば、スイングミラー５の動きに異常がない場合におけるセンサ９のセンサ値波形の振幅の１／１０程度であってもよい。但し、判定閾値Ａは、他の方法によって設定されてもよい。判定閾値Ａは、異常検出部３３に予め設定されている。判定閾値Ａは、スイングミラー５の揺動の速度に応じて変更されてもよい。例えば、スイングミラー５の揺動の速度が速い場合、揺動の速度が遅い場合に比べて判定閾値Ａの値が大きく設定されてもよい。
【００３２】
異常検出部３３は、エンコーダ８の出力値を用いた異常の検出処理と、センサ９のセンサ値を用いた異常の検出処理とを並行して常時行う。
【００３３】
停止決定部３４は、異常検出部３３で検出されたスイングミラー５の動きの異常の有無に基づいて、レーザレーダ１における物体の検出処理を停止させる。具体的には、停止決定部３４は、異常検出部３３がエンコーダ８の出力値に基づいてスイングミラー５の動きが異常であると検出した場合、駆動制御部２０等に対して物体検出の停止を指示し、物体の検出処理を停止させる。また、停止決定部３４は、異常検出部３３がエンコーダ８の出力値に基づいてスイングミラー５の動きが異常であると検出していない場合であっても、センサ９のセンサ値に基づいてスイングミラー５の動きが異常であると検出したときには、駆動制御部２０等に対して物体検出の停止を指示し、物体の検出処理を停止させる。
【００３４】
なお、制御部１０は、上述した駆動制御部２０及び可動部異常検出部３０以外にも、発光モジュール２におけるレーザ光の照射を制御する照射制御部、及び受光モジュール６で受光された反射光に基づいて検出対象の物体等を検出する物体検出部等を備えている。
【００３５】
以上のように、スイングミラー５の動きの異常の有無を検出する異常検出装置５０は、上述したセンサ９、位置推定部３１、基準値選択部３２、及び異常検出部３３によって構成される。
【００３６】
次に、エンコーダ８の出力値を用いた異常の検出結果とセンサ９のセンサ値を用いた異常の検出結果とに基づいて、停止決定部３４が物体の検出処理を停止させる処理の流れについて説明する。なお、図６に示される処理は、レーザレーダ１による物体の検出処理の開始とともに開始される。また、図６に示される処理は、処理がエンドに至った後、所定時間経過後に再びスタートから開始される。
【００３７】
図６に示されるように、停止決定部３４は、異常検出部３３がエンコーダ８の出力値に基づいてスイングミラー５の動きが異常であると検出しているか否かを判定する（Ｓ１０１）。スイングミラー５の動きの異常が検出されている場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、停止決定部３４は、駆動制御部２０等に対して物体検出の停止を指示する（Ｓ１０２）。
【００３８】
一方、エンコーダ８の出力値に基づいてスイングミラー５の動きの異常が検出されていない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、停止決定部３４は、異常検出部３３がセンサ９のセンサ値に基づいてスイングミラー５の動きが異常であると検出しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。スイングミラー５の動きの異常が検出されている場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、停止決定部３４は、駆動制御部２０等に対して物体検出の停止を指示する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０３において、スイングミラー５の動きの異常が検出されていない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、停止決定部３４は、所定時間経過後に再びスタートから処理を開始する。
【００３９】
例えば、エンコーダ８の出力値が異常でないにも関わらず、スイングミラー５の動きに異常が生じている場合がある。このような場合であっても、停止決定部３４は、さらにセンサ９のセンサ値を用いた異常の検出結果を用いることで、スイングミラー５の動きの異常の有無をより正確に判定し、物体の検出処理を停止させることができる。
【００４０】
次に、センサ９から出力されたセンサ値に基づいて行われるスイングミラー５の動きの異常の有無を検出する処理の流れについて説明する。なお、図７に示される処理は、レーザレーダ１による物体の検出処理の開始とともに開始される。また、図７に示される処理は、処理がエンドに至った後、所定時間経過後に再びスタートから開始される。
【００４１】
図７に示されるように、位置推定部３１は、スイングミラー５の揺動の位置を推定する（Ｓ２０１）。基準値選択部３２は、位置推定部３１で推定されたスイングミラー５の揺動の位置に対応する基準値を選択する（Ｓ２０２）。異常検出部３３は、センサ値と基準値との差分Ｅｗを算出する（Ｓ２０３）。
【００４２】
異常検出部３３は、差分Ｅｗが判定閾値Ａを超えているか否かを判定する（Ｓ２０４）。差分Ｅｗが判定閾値Ａを超えている場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、異常検出部３３は、スイングミラー５の動きが異常であると検出する（Ｓ２０５）。一方、差分Ｅｗが判定閾値Ａを超えていない場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、異常検出部３３は、スイングミラー５の動きが異常ではないと検出する（Ｓ２０６）。Ｓ２０５又はＳ２０６での検出の後、可動部異常検出部３０は、所定時間経過後に再びスタートから処理を開始する。
【００４３】
以上のように、異常検出装置５０のセンサ９は、スイングミラー５の揺動の位置に応じて、周期的に変化するセンサ値を出力する。異常検出部３３は、周期的に変化するセンサ値を用いて、センサ値と基準値との差分Ｅｗを算出し、算出した差分と判定閾値Ａとに基づいて、スイングミラー５の動きの異常の有無を検出する。このように、異常検出装置５０は、周期的に位置が変化するスイングミラー５の動きの異常の有無を、周期的に変化するセンサ値を用いて検出できる。
【００４４】
基準値選択部３２は、センサ値との比較対象となる基準値を、位置推定部３１で推定されたスイングミラー５の揺動の位置に基づいて推定する。これにより、異常検出装置５０は、センサ値との比較対象となる基準値として、適切な基準値を用いてスイングミラー５の動きの異常の有無を検出できる。
【００４５】
位置推定部３１は、スイングミラー５の動作開始からの経過時間に基づいてスイングミラー５の揺動の位置を推定する。この場合、位置推定部３１は、周期的に位置が変化するスイングミラー５の位置を、動作開始からの経過時間に基づいて適切に推定できる。
【００４６】
異常検出部３３は、判定閾値Ａと比較する評価値として、センサ値と基準値との差分を用いる。この場合、異常検出装置５０は、センサ値と基準値との差分を用いて、スイングミラー５の動きの異常の有無を検出できる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、基準値選択部３２は、センサ９から出力されるセンサ値のうち、スイングミラー５の動作開始時の最初の１周期分のセンサ値を、基準値波形Ｗｓとして設定してもよい。センサ値に基づいて基準値波形Ｗｓを設定する場合、例えば、可動部異常検出部３０は、１周期分のセンサ値が取得されて基準値波形Ｗｓが設定された後に、図７に示される処理を開始してもよい。
【００４８】
判定閾値Ａと比較される評価値は、センサ値と基準値との差分Ｅｗであることに限定されない。例えば、評価値は、センサ値と基準値との差分Ｅｗに基づいて算出されていてもよい。また、評価値は、センサ値と基準値との割合であってもよい。さらに、評価値は、センサ値と基準値との割合に基づいて算出されていてもよい。このように、異常検出装置５０は、センサ値と基準値との割合に基づいても、スイングミラー５の動きの異常の有無を検出できる。
【００４９】
センサ９は、スイングミラー５の運動の状態に応じて周期的に変化するセンサ値を出力できれば、超音波センサ以外のセンサが用いられてもよい。また、センサ９は、揺動するスイングミラー５の反射面とセンサ９との距離を検出することに限定されない。例えば、センサ９は、スイングミラー５の運動の状態として、揺動の角度、揺動の角速度、揺動の角加速度等を検出してもよい。例えば、センサ９として、加速度センサ、ジャイロセンサ等が用いられてもよい。
【００５０】
また、センサ９は、スイングミラー５以外の可動部を、検出対象としてもよい。例えば、センサ９は、ポリゴンミラー（可動部）３の運動の状態（回転の位置）に応じて周期的に変化するセンサ値を出力してもよい。また、異常検出装置５０は、周期的に位置が変化する可動部を備えていれば、レーザレーダ１以外の装置に設けられた可動部の動きの異常を検出してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
５  スイングミラー（可動部）
９  センサ
３１  位置推定部
３２  基準値選択部
３３  異常検出部
５０  異常検出装置
【図１】
2020020584.tif 000003
【図２】
2020020584.tif 000004
【図３】
2020020584.tif 000005
【図４】
2020020584.tif 000006
【図５】
2020020584.tif 000007
【図６】
2020020584.tif 000008
【図７】
2020020584.tif 000009