(57)【要約】  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。
2007066804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ノイズ診断装置。
【請求項２】
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ノイズ診断装置。
【請求項３】
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ノイズ診断装置。
【請求項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。
【請求項５】
前記所定センサは、力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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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）。
しかしながら、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、荷重センサから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、所定センサか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、力覚センサ（ロボットエンドエフェ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、操作ハンドルをその先端に取り付け、マニ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から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きる。
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、所定センサか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、所定センサか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。
【図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。
【図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ロ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ェースデバイスの力受容器として不可欠な力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(Fail-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）であって、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（ほぼ一致するか）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いないと判定し、一致しない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が取り付けられた力覚センサで操作力を検出する操作ハンドルに外力を加えたとする（後述する図４の２６）。すると、力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によって、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が、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、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。
＜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のトランスデューサ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によって検出することで、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。【００１９】
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ＦＳＡＳＤ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が、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が、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イズが発生した場合、或いは第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’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ＦＳＡＳＤ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いない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いる。
＜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個の力覚センサの電気信号同士、又は１個の力覚信号とその推定値の間の電圧差を出力する。
なお、通常、力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(Fail-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、Ｄ／Ａ２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か否かをそれぞれ判定し、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ＦＳＷＣ１３を含んで構成される。そして、フォトカプラ１１及びＦＳＲct１２によって、第１及び第２のＦＳＷＣ９、１０から出力されるパ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、ＦＳＲct１４及び第４のＦＳＷＣ１５を含んで構成される。
ＦＳＲct１４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ＦＳＷＣ１５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／異常をＡＮＤ演算する。【００２３】
フォトカプラ１９および２０は、第３のＦＳＷＣ１３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、フェールセイフ出力アンプ（Fail-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（フェールセイフ出力アンプ２１をオンして電力の供給を許可し）。また、パ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ったとして、電力の供給を遮断する（フェールセイフ出力アンプ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ハンドルに操作者か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Ａ／Ｄ１、Ａ／Ｄ２がＦＳＡＳＤ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Ａ／Ｄ１、Ａ／Ｄ２間の電圧差、及びセンサ出力Ａ／Ｄ１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でない電圧それぞれに一定電圧が加算され、その加算結果のい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ＦＳＲct１２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Ａ／Ｄ１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ＦＳＷＣ１３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ＦＳＷＣ１５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、単軸の力覚センサのみならず、高々６軸の力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、Ｄ／Ａ１・Ｄ／Ａ２〜Ｄ／Ａ１１・Ｄ／Ａ１２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／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のトランスデューサ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ＦＳＷＣ１３が診断実行手段を構成し、図３のＦＳＷＣ１３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のフェールセイフ出力アンプ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。【００２７】
この第２実施形態では、操作者によって操作される操作ハンドルの取り付けられた力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、操作ハンドルに加えられた操作力を力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いないと判定してセンサ出力に応じた目標トルク（操作ハンドルに加えている操作力が移動ロボットに加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）に出力すべく、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)変換器２５、力覚センサ２６、スタートスイッチ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dθ/ｄｔを検出し、その回転速度dθ/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３２、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dθ/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Ｍn、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τ^に基づいて、操作者によって操作ハンドルに加えられている操作力の推定値Ｆ^を算出し、その推定値Ｆ^をＤ／Ａ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τ^に基づいて、操作者によって操作ハンドルに加えられている操作力の推定値Ｆ^を算出し、その推定値Ｆ^、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dθref/ｄｔを算出し、その目標回転速度dθref/ｄｔを第１加減算器３２に出力する。【００３０】
Ｍr（d2θref/ｄｔ2）＋Ｄr（dθref/ｄｔ）＝ＪTＦ^  ・・・（１）
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^を算出する例を示したが、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τ^を推定してもよい。これらのいずれかによって推定されたτ^に基づいて、操作者によってコントローラに加えられている操作力の推定値Ｆ^を関係式ＪTＦ^＝τ^から算出し、これと力覚センサ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dθref/ｄｔ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dθref/ｄｔからエンコーダ２２から出力されるモータ３０の回転速度dθ/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）τを算出し、その目標トルクτを外乱オブザーバ３６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dθ/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から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】
Ｄ／Ａ変換器２５は、ＰＣ２４（第２加減算器３５）から出力される操作力の推定値Ｆ^を電気信号に変換し、その電気信号（エンコーダ２２及び力覚センサ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、力覚センサ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。
力覚センサ２６は、操作ハ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】
スタートスイッチ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、スタートスイッチ２７からハイレベルの信号が出力されており、且つ、Ｄ／Ａ変換器２５から出力される操作力の推定値Ｆ^の電気信号と力覚センサ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の電気信号とが一致する場合には当該電気信号にはノイズが含まれていないと判定し（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、ハイ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Ｆ^の電気信号と操作力Ｆの電気信号とが一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、操作者が操作ハンドルに操作力Ｆを加えたとする。すると、力覚センサ２６によって、その操作力Ｆに応じた電気信号が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dθ/ｄｔが検出され、その回転速度dθ/ｄｔ（電気信号）がＰＣ２４に出力され、ＰＣ２４（外乱オブザーバ３６）によって、その出力されたモータ３０の回転速度dθ/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^が推定され、その推定値τ^がＦＦ制御部３１に出力されるとともに、当該推定値τ^に基づいて、操作者によって操作ハンドルに加えられている操作力の推定値Ｆ^が算出され、その推定値Ｆ^がＤ／Ａ変換器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τ^に基づいて、操作者によって操作ハンドルに加えられている操作力Ｆ^が算出され、その操作力Ｆ^に基づいて、ＦＦ制御部３１によって、目標回転速度dθref/ｄｔが算出され、その目標回転速度dθref/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、その出力された目標回転速度dθref/ｄｔからエンコーダ２２から出力されるモータ３０の回転速度dθ/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τ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dθ/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τ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、Ｄ／Ａ変換器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τ^が電気信号に変換され、その電気信号がＦＳＡＳＤ回路２９に出力され、さらに、力覚センサ２６によって、操作ハ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、その電気信号が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ＦＳＡＳＤ回路２９に出力される。Ｄ／Ａ変換器２５から出力される操作力の推定値Ｆ^の電気信号と力覚センサ２６から出力される操作力Ｆの電気信号とが一致すると、ＦＳＡＳＤ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から供給電力がモータ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の力覚センサ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Ｆ^を外乱オブザーバ３６で推定し、その推定値Ｆ^の電気信号に基づいて、力覚センサ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及び力覚センサ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、力覚センサ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、力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Ｆ^を２種類の方法で算出し、それら推定値Ｆ^で自己診断を行う方法と異なり、操作ハンドルへの意図しない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、コストの観点からも極めて合理的である。
なお、本実施形態では、操作ハンドルに加えられた操作力を力覚センサ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Ｄ／Ａ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が、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で算出された力覚データの推定値Ｆ^と、力覚センサ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もよい。【００４１】
また、ＦＳＡＳＤ回路２９によって力覚センサ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いない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が、これに限られるものではない。例えば、ＦＳＡＳＤ回路２９によって力覚センサ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いないと診断された場合には力覚センサ２６から出力される電気信号をそのまま出力し、前記電気信号にノイズが含まれていると診断された場合には力覚センサ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。【００４２】
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く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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