(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
倒立移動体に設けられたセンサの故障を検知する故障検知装置であって、
第１の軸周りの第１の方向の角速度を検出して、第１検出信号を出力する第１角速度センサと、
前記第１の軸に設けられ、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第２検出信号を出力する第２角速度センサと、
第１の軸周りの第１の方向の角速度を示す第３検出信号を出力する第３角速度センサと、
第１検出信号と第２検出信号との比較結果に基づいて故障を検知し、第１検出信号、第２検出信号、及び第３検出信号を用いて、前記第１角速度センサ、第２角速度センサ、及び第３角速度センサのうち故障している角速度センサを特定する判定部と、を備えた故障検知装置。
【請求項２】
前記第２角速度センサが、前記第１角速度センサと同じ方向の角速度を検出して、検出した角速度を反転させることで、前記第２検出信号を出力している請求項１に記載の故障検知装置。
【請求項３】
前記第１角速度センサと前記第２角速度センサとが、対向配置されている請求項１に記載の故障検知装置。
【請求項４】
前記第１角速度センサからの第１検出信号、及び第２角速度センサからの第２検出信号が入力される第１プロセッサと、
前記第３角速度センサからの第３検出信号が入力され、前記第１プロセッサと相互通信可能な第２プロセッサとを有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の故障検知装置。
【請求項５】
前記第１の軸に設けられ、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第４検出信号を前記第２プロセッサに出力する第４角速度センサをさらに備える請求項４に記載の故障検知装置。
【請求項６】
前記第１の軸周りの角速度が、ピッチ角速度であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の故障検知装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の故障検知装置を備え、
前記１検出信号、第２検出信号、及び第３検出信号を用いて、姿勢を検出する倒立移動体。
【請求項８】
倒立移動体に設けられたセンサの故障を検出する故障検知方法であって、
第１角速度センサが第１の軸周りの第１の方向の角速度を検出して、第１検出信号を出力するステップと、
前記第１の軸に設けられた第２角速度センサによって、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第２検出信号を出力するステップと、
第３角速度センサによって、第１の軸周りの第１の方向の角速度を示す第３検出信号を出力するステップと、
第１検出信号と第２検出信号との比較結果に基づいて故障を検知し、第１検出信号、第２検出信号、及び第３検出信号を用いて、前記第１角速度センサ、第２角速度センサ、及び第３角速度センサのうち故障している角速度センサを特定するステップと、を備えた故障検知方法。
【請求項９】
前記第２角速度センサが、前記第１角速度センサと同じ方向の角速度を検出して、検出した角速度を反転させることで、前記第２検出信号を出力している請求項８に記載の故障検知方法。
【請求項１０】
前記第１角速度センサと前記第２角速度センサとが、対向配置されている請求項８に記載の故障検知方法。
【請求項１１】
前記第１角速度センサからの第１検出信号、及び第２角速度センサからの第２検出信号を第１プロセッサに出力し、
前記第３角速度センサからの第３検出信号を第２プロセッサに出力し、
前記第１プロセッサと第２プロセッサが相互通信することで、故障している角速度センサを特定する請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の故障検知方法。
【請求項１２】
前記第１の軸に設けられ、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第４検出信号を第４角速度センサが前記第２プロセッサに出力する請求項１１に記載の故障検知方法。
【請求項１３】
前記第１の軸周りの角速度が、ピッチ角速度であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の故障検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障検知装置、故障検知方法、及び移動体に関し、特に詳しくは、センサの故障を検知する故障検知装置、故障検知方法、及びそれを用いた倒立移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立移動体では、車体の傾斜角速度を検出するためのジャイロセンサが設けられている（特許文献１）。特許文献１では、倒立移動体において、制御構成要素の故障を識別するために、制御構成要素の故障を他の制御構成要素の出力と比較している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１７３４０号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１５１２号公報
【特許文献３】特開２００４−２８６５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、特許文献２には、角速度センサの故障検出に関する方法が開示されている。特許文献２では、１つの軸にジャイロセンサを２つ配置して、それぞれの出力を比較している。特許文献２の方法では、２つの角速度センサは１８０°対向させて配置されている。そして、２つの角速度センサの加算信号を参照値と比較して、故障診断を行っている。
【０００５】
特許文献３には、多軸ジャイロセンサの故障を判断する方法が開示されている。この方法ででは、２つのジャイロセンサを設け、鉛直成分、及び水平成分毎に、第１及び第２のジャイロセンサが検出する角速度を比較している。しかしながら、これらの方法では、故障した角速度センサを特定することができないという問題点がある。
特許文献４には
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡便に故障した角速度センサを特定することができる故障検知装置、故障検知方法、及び移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様にかかる故障検知装置は、倒立移動体に設けられたセンサの故障を検知する故障検知装置であって、第１の軸周りの第１の方向の角速度を検出して、第１検出信号を出力する第１角速度センサと、前記第１の軸に設けられ、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第２検出信号を出力する第２角速度センサと、第１の軸周りの第１の方向の角速度を示す第３検出信号を出力する第３角速度センサと、第１検出信号と第２検出信号との比較結果に基づいて故障を検知し、第１検出信号、第２検出信号、及び第３検出信号を用いて、前記第１角速度センサ、第２角速度センサ、及び第３角速度センサのうち故障している角速度センサを特定する判定部と、を備えたものである。このようにすることで、簡便に、故障した角速度センサを特定することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様にかかる故障検知装置は、上記の故障検知装置であって、前記第２角速度センサが、前記第１角速度センサと同じ方向の角速度を検出して、検出した角速度を反転させることで、前記第２検出信号を出力しているのである。
【０００９】
本発明の第３の態様にかかる故障検知装置は、上記の故障検知装置であって、前記１角速度センサと前記第２角速度センサとが、対向配置されているのである。
【００１０】
本発明の第４の態様にかかる故障検知装置は、上記の故障検知装置であって、前記第１角速度センサからの第１検出信号、及び第２角速度センサからの第２検出信号が入力される第１プロセッサと、前記第３角速度センサからの第３検出信号が入力され、前記第１プロセッサと相互通信可能な第２プロセッサとを有するのである。
【００１１】
本発明の第５の態様にかかる故障検知装置は、上記の故障検知装置であって、前記第１の軸に設けられ、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第４検出信号を前記第２プロセッサに出力する第４角速度センサをさらに備えるのである。
【００１２】
本発明の第６の態様にかかる故障検知装置は、上記の故障検知装置であって、前記第１の軸周りの角独度が、ピッチ角速度であることを特徴とするのである。
【００１３】
本発明の第７の態様にかかる倒立移動体は、上記の故障検知装置を備え、前記１検出信号、第２検出信号、及び第３検出信号を用いて、姿勢を検出するものである。
【００１４】
本発明の第８の態様にかかる故障検知方法は、倒立移動体に設けられたセンサの故障を検出する故障検知方法であって、第１角速度センサが第１の軸周りの第１の方向の角速度を検出して、第１検出信号を出力するステップと、前記第１の軸に設けられた第２角速度センサによって、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第２検出信号を出力するステップと、第３角速度センサによって、第１の軸周りの第１の方向の角速度を示す第３検出信号を出力するステップと、第１検出信号と第２検出信号との比較結果に基づいて故障を検知し、第１検出信号、第２検出信号、及び第３検出信号を用いて、前記第１角速度センサ、第２角速度センサ、及び第３角速度センサのうち故障している角速度センサを特定するステップと、を備えたものである。
【００１５】
本発明の第９の態様にかかる故障検知方法は、上記の故障検知方法であって、前記第２角速度センサが、前記第１角速度センサと同じ方向の角速度を検出して、検出した角速度を反転させることで、前記第２検出信号を出力しているものである。
【００１６】
本発明の第１０の態様にかかる故障検知方法は、上記の故障検知方法であって、前記１角速度センサと前記第２角速度センサとが、対向配置されているものである。
【００１７】
本発明の第１１の態様にかかる故障検知方法は、上記の故障検知方法であって、前記第１角速度センサからの第１検出信号、及び第２角速度センサからの第２検出信号を第１プロセッサに出力し、前記第３角速度センサからの第３検出信号を第２プロセッサに出力し、
前記第１プロセッサと第２プロセッサが相互通信することで、故障している角速度センサを特定するものである。
【００１８】
本発明の第１２の態様にかかる故障検知方法は、上記の故障検知方法であって、前記第１の軸に設けられ、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第４検出信号を第４角速度センサが前記第２プロセッサに出力するものである。
【００１９】
本発明の第１３の態様にかかる故障検知方法は、上記の故障検知方法であって、前記第１の軸周りの角独度が、ピッチ角速度であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、故障したセンサを簡便に特定することができる故障検知装置、故障検知方法、及び倒立移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】故障検知装置の基本的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】故障検知装置における第１及び第２のピッチセンサの配置を示す図である。
【図３】故障検知装置における第１及び第２のピッチセンサの具体的配置例を示す図である。
【図４】故障検知装置における第１及び第２のピッチセンサの具体的配置例を示す図である。
【図５】センサの別の配置例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１にかかる故障検知装置の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態１にかかる故障検知装置のセンサの具体的構成を示す図である。
【図８】実施の形態１にかかる故障検知装置のセンサの具体的配置例を示す図である。
【図９】センサで検出した角速度の信号波形を示す図である。
【図１０】センサで検出した角速度の信号波形を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態２にかかる故障検知装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態３にかかる故障検知装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施形態４にかかる故障検知装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】故障検知装置を搭載する倒立移動体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る移動体の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２３】
（基本システム）
本実施の形態にかかる故障検知装置の基本システムに付いて、図１を用いて説明する。図１は、故障検知装置の基本構成を示すブロック図である。図１に示すように、故障検知装置のシステム１００は、センサユニット１１０と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２１と、モータ１２２とを備えている。センサユニット１１０には、ジャイロセンサであり、第１のピッチセンサ１１１と、第２のピッチセンサ１１２と、ロールセンサ１１３と、ヨーセンサ１１４とが設けられている。
【００２４】
故障検知装置は、倒立制御によって移動する倒立移動体に取り付けられている。故障検知装置は、センサユニット１１０に設けられた第１のピッチセンサ１１１、及び第２のピッチセンサ１１２の故障を検知する。なお、センサユニット１１０は、ピッチ角速度、ロール角速度、及びヨー角速度を測定して、倒立移動体の姿勢等を検出するために設けられたジャイロセンサである。従って、故障検知装置のシステム１００は、ジャイロセンサを含んでいる。そして、ＣＰＵ１２１が倒立移動体の姿勢を制御するため、モータ１２２を制御する。
【００２５】
第１のピッチセンサ１１１と、第２のピッチセンサ１１２は、Ｙ軸周りの角速度、すなわち、ピッチ角速度を検出する。ロールセンサ１１３は、Ｘ軸周りの角速度、すなわち、ロール角速度を検出する。ヨーセンサ１１４は、Ｚ軸周りの角速度、すなわち、ヨー角速度を検出する。なお、各軸周りの角速度センサとしては、例えば振動型ジャイロを用いることができる。
【００２６】
センサユニット１１０からの検出信号は、ＣＰＵ１２１に入力される。ＣＰＵ１２１は、センサユニット１１０からの検出信号や、ユーザの操作による操作信号を用いて、モータ１２２に指令値を出力する。モータ１２２は指令値に応じて、回転する。そして、モータ１２２が駆動されることによって、移動体の車輪や関節等が回転する。これにより、移動体が倒立制御されて、移動する。なお、移動体には、車輪や関節等に応じた数のモータ１２２が設けられている。例えば、同軸２輪の倒立車輪型移動体の場合、車輪用のモータ１２２が２つ設けられている。
【００２７】
ここで、センサユニット１１０に設けられている第１のピッチセンサ１１１と第２のピッチセンサとは、図２に示すように、Ｙ軸周りにおいて、反対方向の角速度を検出する。すなわち、第１のピッチセンサ１１１で検出される角速度と、第２のピッチセンサ１１２で検出される角速度は、絶対値が同じで、符号が異なっている。ここで、第１のピッチセンサ１１１から出力される信号を第１ピッチ信号とし、第２のピッチセンサ１１２から出力される信号を第２ピッチ信号とする。第１ピッチ信号は、Ｙ軸周りの一方の方向の角速度を示し、第２ピッチ信号は、Ｙ軸周りでその反対方向の角速度を示している。
【００２８】
具体的には、図３に示すように、第１のピッチセンサ１１１と第２のピッチセンサ１１２が背中合わせとなるように、対向配置する。すなわち、第１のピッチセンサ１１１と、第２のピッチセンサ１１２を１８０°反転して配置する。こうすることで、第２ピッチ信号は、第１ピッチ信号を反転した信号となる。
【００２９】
ＣＰＵ１２１は、第１ピッチ信号と第２ピッチ信号とを比較する。そして、センサユニット１１０が故障しているか否かを判定する。正常時には、第１ピッチ信号と第２ピッチ信号の合算値は０になり、故障発生時には、第１ピッチ信号と第２ピッチ信号の合算値が発散する。このため、合算値としきい値を比較する。あるいは、合算値を積算していき、積算値をしきい値と比較する。この比較結果によって、故障か否かを判別することができる。
【００３０】
そして、センサユニット１１０が故障している場合、倒立移動体の動作を停止する。故障した場合でも、搭乗者が速やかに降車することができる。さらに、搭乗中に故障した場合でも、より安全に降車することができる。
【００３１】
なお、上記の説明では、第１のピッチセンサ１１１と第２のピッチセンサ１１２を背中合わせに配置したが、センサの配置はこれに限られるものではない。第１のピッチセンサ１１１からの第１ピッチ信号と、第２のピッチセンサ１１２からの第２ピッチ信号とが正負反転した信号であればよい。従って、一方のピッチ信号を電気的に反転させることも可能である。この場合、図４に示すように、第１のピッチセンサ１１１と第２のピッチセンサ１１２とが同じ向きで配置される。そして、第１のピッチセンサ１１１、及び第２のピッチセンサ１１２からの一方の出力に、反転器を設ける。こうすることで、第２のピッチセンサ１１２が第１のピッチセンサ１１１からの第１ピッチ信号と反転した第２ピッチ信号を出力する。
さらに、別のセンサの配置例について、図５を用いて説明する。図５は、センサの配置を模式的に示す上面図である。図５では、２つのピッチセンサと２つのロールセンサが同一平面上に配置されている。基板２３０の実装面には、第１のピッチセンサ１１１、及び第２のピッチセンサ１１２のセンサチップが配置されている。同様に、第１のロールセンサ１１３と第２のロールセンサ１１６のセンサチップが基板２３０の実装面に配置されている。
第１のピッチセンサ１１１と第２のピッチセンサ１１２は、同一タイプのセンサチップであり、実装面上において、１８０°反転した状態で配置されている。従って、図５では、第１ピッチセンサ１１１の一番ピン（説明のため、図５中の白丸で図示）の位置が左上となり、第２ピッチセンサ１１２の一番ピンの位置が右下となっている。第１ピッチセンサ１１１と第２ピッチセンサ１１２が反転したピッチ角速度ωｘを検出し、出力される検出信号は、正負反転した値となる。第１ピッチセンサ１１１と第２ピッチセンサ１１２から出力される検出信号を合算することによって、故障を検知することができる。
同様に、第１のロールセンサ１１３と第２のロールセンサ１１６は、同一タイプのセンサチップであり、実装面上において、１８０°反転した状態で配置されている。これにより、第１ロールセンサ１１３と第２ロールセンサ１１６が反転したロール角速度ωｙを検出し、出力される検出信号は、正負反転した値となる。第１ロールセンサ１１３と第２ロールセンサ１１６から出力される検出信号を合算することによって、故障を検知することができる。
【００３２】
実施の形態１．
本実施の形態にかかる故障検知装置について、図６を用いて説明する。図６は、故障検知装置の全体構成を示すブロック図である。なお、上記の基本システムで説明した内容と重複する内容については、説明を適宜省略する。故障検知装置は、第１のシステム１００と、第２のシステム２００とを備えている。そして、第１のシステム１００には、第１のピッチセンサ１１１と、第２のピッチセンサ１１２と、ロールセンサ１１３と、ＣＰＵ１２１と、モータ１２２と、が設けられている。第２のシステム２００には、第３のピッチセンサ２１１と、第４のピッチセンサ２１２と、ヨーセンサ２１４と、ＣＰＵ２２１と、モータ２２２と、が設けられている。第１のシステム１００は、図１で示したシステム１００から、ヨーセンサ１１４が取り除かれた構成となっている。また、第２のシステム２００は、図１で示したシステム１００から、ロールセンサ１１３が取り除かれた構成となっている。このように、それぞれのシステムのセンサユニットには、３つの角速度センサが設けられている。
【００３３】
ＣＰＵ１２１とＣＰＵ２２１は、図１で示した故障検知置と同様に、故障検知を行う。具体的には、ＣＰＵ１２１は、第１のピッチセンサ１１１からの第１ピッチ信号と、第２のピッチセンサ１１２から第２ピッチ信号とに基づいて、故障検知を行う。これにより、第１のピッチセンサ１１１、又は第２のピッチセンサ１１２が故障したか否かが判定される。ＣＰＵ２２１は、第３のピッチセンサ２１１からの第３ピッチ信号と、第４のピッチセンサ２１２から第４ピッチ信号とに基づいて、故障検知を行う。これにより、第３のピッチセンサ２１１、又は第４のピッチセンサ２１２が故障したか否かが判定される。
【００３４】
さらに、ＣＰＵ１２１とＣＰＵ２２１間で相互通信している。このため、第１のピッチセンサ１１１〜第４のピッチセンサ２１２のいずれが故障したかを特定することができる。すなわち、故障したシステムのうちのいずれのピッチセンサが故障したかを検出することができる。例えば、第１ピッチ信号と第２ピッチ信号の合算値に基づいて、ＣＰＵ１２１が第１のピッチセンサ１１１、又は第２のピッチセンサ１１２が故障したことを検知する。この場合、正常な第３ピッチ信号、第４ピッチ信号と、第１ピッチ信号、第２ピッチ信号を比較する。こうすることで、第１ピッチ信号、及び第２ピッチ信号のいずれが異常なピッチ角速度を示しているかを判定することができる。これにより、故障したピッチセンサを簡便に特定することができる。ジャイロセンサの信頼性を向上することができる。さらに、故障したセンサが特定されているため、部品の故障、交換を速やかに行うことができる。また、故障時であっても、正常なピッチセンサからのピッチ角速度のみを制御に用いることができる。このため、故障が発生した場合でも、姿勢制御を停止する必要がなくなる。よって、姿勢制御を継続することができ、利便性を向上することができる。
【００３５】
なお、ロール角速度と、ヨー角速度は、ＣＰＵ１２１とＣＰＵ２２１間で相互通信している。これにより、ＣＰＵ１２１、及びＣＰＵ２２１のそれぞれに、３軸周りの角速度が入力される。すなわち、ＣＰＵ１２１には、ヨーセンサ２１４からのヨー信号が入力され、ＣＰＵ２２１には、ロールセンサ１１３からのロール信号が入力される。よって、ＣＰＵ１２１、及びＣＰＵ２２１のそれぞれが倒立移動体の３軸の姿勢を検出することができる。ＣＰＵ１２１、及びＣＰＵ２２１は、姿勢に応じた指令値をモータ１２２、及びモータ２２２に出力する。
【００３６】
次に、実際のジャイロセンサユニットについて、図７を用いて説明する。図７に示すように、例えば、基板２３０などに６つの角速度センサを取り付ける。基板２３０に、第１のピッチセンサ１１１、第２のピッチセンサ１１２、ロールセンサ１１３、第１のピッチセンサ２１１、第２のピッチセンサ２１２、ヨーセンサ２１４が搭載される。このとき、図８に示すように、第１のピッチセンサ１１１、及び第３のピッチセンサ２１１は、同じ向きで取り付ける。第２のピッチセンサ１１２、第２のピッチセンサ２１２は、第１のピッチセンサ１１１、及び第３のピッチセンサ２１１に対して、反対向きに取り付ける。これにより、第１のピッチセンサ１１１、及び第３のピッチセンサ２１１は、Ｙ軸周りの正転方向の角速度を検出し、第２のピッチセンサ１１２、及び第４のピッチセンサ２１２は、Ｙ軸周りの反転方向の角速度を検出する。これにより、簡便にＹ軸周りの両方向の角速度を検出することができる。もちろん、全てのピッチセンサを同じ向きに配置して、電気的に第２検出信号、及び第４検出信号を反転させてもよい。
【００３７】
次に、センサユニットから出力される検出信号の波形に付いて、図９、及び図１０を用いて説明する。図９は、第１のシステム１００における検出信号の波形を示す図であり、図１０は、第２のシステム２００における検出信号の波形を示す図である。ここでは、第１ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ１と第３ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ３が正になるような回転を与えたときの測定結果を示している。正常時には、図９に示すように、第１ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ１と、第２ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ２とが反転した波形となる。同様に、正常時には、図１０に示すように、第３ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ３と、第４ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ４とが反転した波形となる。異常時には、この関係がくずれる。すなわち、第１のシステム１００側に故障が発生した場合、第１ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ１と、第２ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ２の反転波形がくずれる。一方、第２のシステム２００側に故障が発生した場合、第３ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ３と、第４ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ４の反転波形がくずれる。
【００３８】
このため、第１ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ１と、第２ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ２を比較して、第１システム１００の異常を検知する。同様に、第３ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ３と、第４ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ４を比較して、第２システム２００の異常を検知する。これにより、故障を速やかに検知することができる。さらに、故障を検知した場合、第１のシステム１００と第２のシステム２００が相互通信を行い、故障したシステムのピッチセンサからのピッチ信号と、故障していないシステムのピッチセンサからのピッチ信号を比較する。こうすることで、故障したピッチセンサを特定することができる。例えば、第１ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ１と、第３ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ３を比較し、第２ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ２と、第４ピッチ信号Ｐｉｔｃｈ４を比較する。このように、第１ピッチ信号〜第４ピッチ信号を用いることで、故障したピッチセンサを特定することができる。
【００３９】
本実施の形態では、少ない素子で、倒立制御に最も重要なピッチセンサの故障を特定することができる。これにより、簡便な構成で、安全性をより向上することができる。すなわち、１つのピッチセンサが故障した場合もで、そのピッチセンサを特定することができる。よって、その他のピッチセンサを用いれば、安全を確保するための特別な制御が不要となる。もちろん、ロールセンサ、及びヨーセンサを複数設け、故障したセンサを特定するようにしてもよい。これにより、信頼性を向上することができる。
【００４０】
実施の形態２．
本実施の形態にかかる故障検知システムについて、図１１を用いて説明する。図１１に示すように、第１のシステム１００、及び第２のシステム２００のそれぞれが３つのピッチセンサを有している。第１のシステム１００に設けられた３つのピッチセンサを、第１のピッチセンサ１１１と第２のピッチセンサ１１２と第５のピッチセンサ１１５とする。同様に、第２のシステム２００に設けられた３つのピッチセンサを、第３のピッチセンサ２１１と、第４のピッチセンサ２１２と、第６のピッチセンサ２１５とする。各システムに３つのピッチセンサを設けることで、ＣＰＵ１２１とＣＰＵ２２１のそれぞれが、センサ故障を検出することができる。換言すると、ＣＰＵ１２１とＣＰＵ２２１の相互通信なしで、故障したピッチセンサを特定することができる。また、それぞれのシステムで、故障したピッチセンサを特定することができるため、信頼性を向上することができる。
【００４１】
例えば、第１のピッチセンサ１１１、第２のピッチセンサ１１２のうちの一方のピッチ信号を電気的に反転して、２つのピッチ信号の合算値を求める。同様に、第２のピッチセンサ１１２、第５のピッチセンサ１１５のうちの一方のピッチ信号を電気的に反転して、２つのピッチ信号の合算値を求める。さらに、第５のピッチセンサ１１５、第１のピッチセンサ１１１のうちの一方のピッチ信号を電気的に反転して、２つのピッチ信号の合算値を求める。１つのピッチセンサが故障した場合、３つの合算値のうち、２つの合算値が発散する。ＣＰＵ１２１は、発散した２つの合算値に共通するピッチセンサが故障していると判定する。換言すると、発散していない合算値に対応する２つのピッチセンサが正常なピッチセンサとなり、それ以外のピッチセンサが故障していると特定される。このように、第１のシステム１００に３つのピッチセンサを設置することで、ＣＰＵ１２１が故障したピッチセンサを特定することができる。同様に、ＣＰＵ２２１も３つのピッチ信号から、故障したピッチセンサを特定することができる。このように、３つのピッチセンサからのピッチ信号をそれぞれ比較することで、故障したピッチセンサを特定することができる。もちろん、本実施の形態においても、ジャイロセンサユニットにロールセンサ、及びヨーセンサを設けてもよい。
【００４２】
実施の形態３．
本実施の形態にかかる故障検知装置について、図１２を用いて説明する。本実施の形態にかかる故障検知装置では、実施の形態２で示した第１のシステム１００と同様に、３つのピッチセンサを有する第１のシステム１００が設けられている。ここで、３つのピッチセンサを実施の形態２の第１のシステム１００と同様に、第１のピッチセンサ１１１、第２のピッチセンサ１１２、第５のピッチセンサ１１５とする。さらに、本実施形態では、実施の形態２で示した第１のシステム１００に加えて、ＣＰＵ１３１とモータ１３２が設けられている。ＣＰＵ１２１は、モータ１２２に指令値を出力し、ＣＰＵ１３１はモータ１３２に指令値を出力する。すなわち、本実施の形態では、１つのシステムにおいて、２つのモータ１２２、１３２に指令値を出力する構成に、故障検知装置を適用したものである。なお、上記の説明を重複する内容については、適宜説明を省略する。
【００４３】
第１のピッチセンサ１１１、及び第２のピッチセンサ１１２からのピッチ信号は、ＣＰＵ１２１に入力される。第５のピッチセンサ１１５からのピッチ信号は、ＣＰＵ１３１に入力される。第１のピッチセンサ１１１からの第１ピッチ信号は、第２のピッチセンサ１１２から第２ピッチ信号に対して、反転している。従って、第１のピッチセンサ１１１と第２のピッチセンサ１１２の故障を検知することができる。さらに、ＣＰＵ１２１とＣＰＵ１３１は相互通信している。よって、ＣＰＵ１２１、及びＣＰＵ１３２の少なくとも一方は、第５のピッチセンサ１１５からの第５ピッチ信号を第１ピッチ信号、及び第２ピッチ信号と比較している。よって、故障したピッチセンサを特定することができる。すなわち、３つのピッチセンサからのピッチ信号を用いることで、故障したピッチセンサを特定することができる。
【００４４】
例えば、第１ピッチ信号と第２ピッチ信号の合算値が発散すると、第１のピッチセンサ１１１、又は第２のピッチセンサ１１２の故障が検知される。第１ピッチ信号、及び第２ピッチ信号のそれぞれを、正常な第５のピッチセンサ１１５からの第５ピッチ信号と比較する。こうすることで、第１のピッチセンサ１１１、及び第２のピッチセンサ１１２のいずれが故障したかを特定することができる。第１ピッチ信号と第２ピッチ信号の合算値が発散していない場合、第５ピッチ信号を第１ピッチ信号、及び第２ピッチ信号のそれぞれと比較する。これにより、第５ピッチ信号が正常か否かを判定することができる。そして、第５ピッチ信号の異常が検知されると、第５のピッチセンサ１１５が故障したと判定される。このように、３つのピッチセンサからのピッチ信号をそれぞれ比較することで、故障したピッチセンサを特定することができる。よって、ピッチセンサの数を少なくすることができる。
【００４５】
実施の形態４．
本実施の形態にかかる故障検知装置について、図１３を用いて説明する。本実施の形態にかかる故障検知装置では、第１のシステム１００と第２のシステム２００が設けられている。そして、第１のシステム１００、及び第２のシステム２００のそれぞれに６つのセンサが設けられている。すなわち、第１のシステム１００、及び第２のシステム２００のそれぞれに、各軸のセンサが２個ずつ設けられている。そして、各軸周りのセンサの故障を検知するとともに、故障したセンサを特定する。なお、上記の説明を重複する内容については、適宜説明を省略する。
【００４６】
第１のシステム１００には、第１のピッチセンサ１１１と、第２のピッチセンサ１１２と、第１のロールセンサ１１３と、第２のロールセンサ１１６と、第１ヨーセンサ１１４と、第２ヨーセンサ１１７が設けられている。第２のシステム２００には、第３のピッチセンサ２１１と、第４のピッチセンサ２１２と、第３のロールセンサ２１３と、第４のロールセンサ２１６と、第３のヨーセンサ２１４と、第４のヨーセンサ２１７が設けられている。従って、実施の形態１の構成に対して、第２のロールセンサ１１６と、第１のヨーセンサ１１４と、第２のヨーセンサ１１７と、第３のロールセンサ２１３と第４のロールセンサ２１６と、第４のヨーセンサ２１７が追加された構成になっている。
【００４７】
このように、第１のシステム１００が各軸に対して２個の角速度センサを有している。これにより、各軸の各速度センサの故障を検知することができる。すなわち、上記のように、２つのピッチ信号のうちの一方を反転して、合算することによって、ピッチセンサの故障を検知することができる。同様に、第１のロールセンサ１１３と第２のロールセンサ１１６の一方からのロール信号を反転して、合算することによって、ロールセンサの故障を検知することができる。さらに、第１のヨーセンサ１１４と第２のヨーセンサ１１７の一方からのヨー信号を反転して、合算することによって、ヨーセンサの故障を検知することができる。同様に、第２のシステム２００においても、故障検知が行われる。
【００４８】
さらに、第１のシステム１００のＣＰＵ１２１と第２のシステム２００のＣＰＵ２２１が相互通信を行う。こうすることで、故障したセンサを特定することができる。上記のように、第１のシステム１００におけるピッチ信号と、第２のシステム２００におけるピッチ信号を比較することで、故障したピッチセンサを特定することができる。同様に、第１のシステム１００におけるロール信号と、第２のシステム２００におけるロール信号を比較することで、故障したピッチセンサを特定することができ、第１のシステム１００におけるヨー信号と、第２のシステム２００におけるヨー信号を比較することで、故障したヨーセンサを特定することができる。
【００４９】
このように、各システムに６個のセンサを配置することで、それぞれの軸に対して、センサの故障を検知することができる。さらに、２つのシステムが相互通信することで、３軸のそれぞれに対して、故障したセンサを特定することができる。
【００５０】
上記のように、本発明の実施形態にかかる故障検知装置は、倒立移動体に設けられたジャイロセンサの故障を検出するものである。そして、故障検知装置は、第１の軸周りに
第１の軸周りの第１の方向の角速度を検出して、第１検出信号を出力する第１角速度センサと、前記第１の軸に設けられ、前記第１の軸周りの第１の方向と反対の第２の方向の角速度を示す第２検出信号を出力する第２角速度センサと、第１の軸周りの第１の方向の角速度を示す第３検出信号を出力する第３角速度センサと、を備えている。そして、故障検知装置は、第１検出信号と第２検出信号との比較結果に基づいて故障を検知し、第１検出信号、第２検出信号、及び第３検出信号を用いて、前記第１角速度センサ、第２角速度センサ、及び第３角速度センサのうち故障している角速度センサを特定する判定部を備えている。判定部は、ＣＰＵ等のプロセッサとすることができる。
【００５１】
故障検知装置において、２つピッチセンサを対称配置して、正側のピッチ信号と、負側のピッチ信号を出力するようにしてもよい。あるいは、ピッチ信号を電気的に反転して、正側のピッチ信号と、負側のピッチ信号を出力するようにしてもよい。さらには、これらを組み合わせて、正側のピッチ信号と、負側のピッチ信号を出力するようにしてもよい。
【００５２】
本実施形態にかかる故障検知装置は、倒立移動体、特には、搭乗型移動体に好適である。例えば、倒立移動体において、異常が発生した場合でも、安全に搭乗者が降車できるようにすることが好ましい。倒立移動体の場合、その機構上の不安定性から、ジャイロセンサの故障を速やかに検知する必要がある。上記の故障検知装置を用いることで、速やかに故障を検知することができる。さらに、本実施の形態では、故障したピッチセンサを特定している。よって、１つのピッチセンサが故障した場合でも、他のピッチセンサからのピッチ信号を用いることで、動作を安定させることができる。なお、上記の説明ではピッチセンサの故障を検出する構成としてが、ロールセンサのみ、あるいは、ヨーセンサのみの故障を検知するようにしてもよい。あるいは、３軸のうち、全軸のセンサ、あるいは２軸のセンサの故障を検知するようにしても良い。
【００５３】
図１４は、故障検知装置を有する倒立移動体を示す図である。図１に示すように、倒立移動体３００は、ホイール３０１、プラットホーム３０２、ハンドル３０３、グリップ３０４から構成され、ユーザ３０５を搬送する。このような２輪倒立ロボットは倒立移動体の典型である。ユーザ３０５がハンドル３０３を操作することによって、加速、又は減速する。そして、プラットホーム３０２には、ジャイロセンサの故障を検知する故障検知装置３０６が収納されている。
【００５４】
例えば、実施の形態１にかかる故障検知装置がプラットホーム３０２に搭載されている。そして、ピッチセンサ１１１、ピッチセンサ１１２、ピッチセンサ２１１、ピッチセンサ２１２によって、ピッチ角速度を検出する。これにより、プラットホーム３０２の傾斜角度を検出することができ、姿勢を検出することができる。そして、左右のホイール３０１を制御するために、モータ１２２、及びモータ２２２を駆動する。これにより、モータ１２２、及びモータ２２２の駆動力がホイール３０１に与えられる。よって、左右のホイール３０１が回転して、倒立移動体３００が倒立制御される。ユーザ３０５のハンドル操作に応じて、倒立移動体３００が移動する。もちろん、ロール角速度、ヨー角速度を用いて姿勢を検出して、その姿勢に応じて制御を行っても良い。さらには、故障検知装置を搭載する移動体の構成は、特に限られるものではない。例えば、ユーザが座る搭乗席を有る移動体でもよい。さらには、車輪型の移動体にかぎらず、脚式の移動体であってもよい。
【００５５】
上記の実施の形態１〜４は、適宜組み合わせて用いても良い。以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を本発明の範囲において容易に変更、追加、返還することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  第１のシステム
１１１  ピッチセンサ
１１２  ピッチセンサ
１１３  ロールセンサ
１１４  ヨーセンサ
１１５  ピッチセンサ
１１６  ロールセンサ
１１７  ヨーセンサ
１２１  ＣＰＵ
１２２  モータ
２００  第１のシステム
２１１  ピッチセンサ
２１２  ピッチセンサ
２１３  ロールセンサ
２１４  ヨーセンサ
２１５  ピッチセンサ
２１６  ロールセンサ
２１７  ヨーセンサ
２２１  ＣＰＵ
２２２  モータ
３００  倒立移動体
３０１  ホイール
３０２  プラットホーム
３０３  ハンドル
３０４  グリップ
３０５  ユーザ
３０６  故障検知装置
【図１】
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【図２】
0005549503.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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