(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンマードリルのような回転式の工具（８）を有する手持ち式工具装置（Ｍ）における、工具の焼付きに伴う事故を回避するための装置であって、作動状態センサ（１）により検出した作動状態に応じて工具（８）に対する駆動モータ（７）からの動力伝達を遮断するための遮断ユニット（5, 6）を具える該事故回避装置において、
前記工具装置（Ｍ）内で前記作動状態センサ（１）に接続した演算ユニット（Ｒ）であって、前記作動状態センサ（１）から出力される計測値を、非線形信号処理によりプリセット可能な判断基準に基づいて、工具装置の作動状態を表す角変位値に変換し、事故の発生確率を推定する該演算ユニット（Ｒ）と、
前記遮断ユニット（5, 6）に接続した比較手段（14）であって、前記演算ユニット（Ｒ）により推定された事故発生確率が、予め設定可能なしきい値を超えたときに、前記遮断ユニット（5, 6）を作動させるための信号を発生する該比較手段（14）と
を具え、前記演算ユニット（Ｒ）がファジィコントローラ（３）を含み、このファジィコントローラ（３）におけるファジィ化のための言語変数を下記のとおり定義するものとしたことを特徴とする事故回避装置。
−記−
●角加速度(phidd) が小：150 rad/s2まで真理値μ＝１、150 rad2と350 rad/s2との間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角加速度において維持する。
●角加速度(phidd) が中：150 rad/s2まで真理値μ＝０、150 rad/s2と350 rad/s2との間で真理値μ＝１まで線形的に増加させて1500 rad/s2 で維持、1500 rad/s2 と2000 rad/s2 との間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角加速度において維持する。
●角加速度(phidd) が大：1500 rad/s2 まで真理値μ＝０、1500 rad/s2 と2000 rad/s2 との間で真理値μ＝１まで増加させ、その真理値μ＝１をより大きな角加速度において維持する。
●角速度（phid）が小：0.25 rad/s ・まで真理値μ＝１、0.25 rad/s ・と19.75 rad/s との間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角速度において維持する。
●角速度（phid）が中：0.25 rad/sまで真理値μ＝０、0.25 rad/sと19.75 rad/s との間で真理値μ＝１まで線形的に増加させ、その真理値μ＝１を20 rad/sまで維持、20 rad/sと29 rad/sとの間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角速度において維持する。
●角速度（phid）が大：20 rad/sまで真理値μ＝０、20 rad/sと29 rad/sとの間で真理値μ＝１まで増加させ、その真理値μ＝１をより大きな角速度において維持する。
●角変位(phi) が小：0 rad まで真理値μ＝１、0 rad と5.5 rad の間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角速度において維持する。
●角変位(phi) が大：0 rad まで真理値μ＝０、0 rad と5.5 rad の間で真理値μ＝１まで増加させ、その真理値μ=1をより大きな角速度において維持する。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記作動状態センサ（１）が角加速度センサ（１）であることを特徴とする事故回避装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、前記角加速度センサ（１）に互いにカスケード接続された２つの帯域制限積分回路（11, 12）を接続し、前記ファジィコントローラ（３）に前記角加速度センサ（１）の出力信号と前記積分回路（11, 12）の各出力信号とをそれぞれ入力信号として供給することを特徴とする事故回避装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、前記角加速度センサ（１）にバンドパスフィルター（10）と、互いにカスケード接続された２つの帯域制限積分回路（11, 12）とを接続し、前記ファジィコントローラ（３）に前記バンドパスフィルター（10）を通過した前記角加速度センサ（１）の出力信号と前記積分回路（11, 12）の各出力信号とをそれぞれ入力信号として供給し、さらに、前記ファジィコントローラ（３）と、互いにカスケード接続された帯域制限積分回路とで処理された全使用周波数帯域を、0.5 Hz <ωｕ < 10 Hzの範囲内の下限周波数ωｕと、100 Hz <ωｏ < 1,000 Hz の範囲内の上限周波数ωｏとの間の周波数帯域に設定したことを特徴とする事故回避装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置において、前記角加速度センサ（１）が圧電型、電歪型またはマイクロメカニズム型の加速度センサであることを特徴とする事故回避装置。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置において、前記角加速度センサ（１）が電子マイクロメカニズム型の結合チップとして構成され、その振子が差動コンデンサーの中立電極と接続されていることを特徴とする事故回避装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置において、前記遮断ユニット（5, 6）が、前記駆動モータ（７）から前記工具（８）に至る動力伝達経路中に含まれるクラッチ（５）であることを特徴とする事故回避装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、前記ファジィコントローラ（３）がマイクロプロセッサにおける所定のプログラムとして形成されていることを特徴とする事故回避装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、前記ファジィコントローラ（３）がルック・アップテーブルとして形成されていることを特徴とする事故回避装置。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、前記ファジィコントローラ（３）がファジィプロセッサとして形成されていることを特徴とする事故回避装置。
【請求項１１】
ハンマードリルのような回転式の工具（８）を有する手持ち式工具装置における、工具の焼付きに伴う事故を回避するための方法であって、作動状態センサ（１）により検出した作動状態に応じて工具（８）に対する駆動モータ（７）からの動力伝達を遮断するための遮断ユニット（5, 6）を用いる事故回避方法において、前記作動状態センサ（１）から出力される計測値を、工具装置の作動状態を表す角変位値に変換し、かつ、演算ユニット（Ｒ）において予め設定可能な判断基準に基づいて非線形信号処理により事故の発生確率を推定し、前記演算ユニット（Ｒ）により推定した事故発生確率が予め設定可能なしきい値を超えたときに前記遮断ユニット（5, 6）を作動させ、
前記作動状態センサ（１）の出力に基づく角変位値と事故の発生確率とを論理結合する非線形信号処理を、前記演算ユニット（Ｒ）に設けられたファジィコントローラ（３）により実行し、
前記作動状態センサ（１）として角加速度センサを使用し、その出力値(phidd) を所定の時定数の下で２回積分して角速度(phid)および角変位(phi) を算出し、
前記ファジィコントローラ（３）により角加速度(phidd) 、角速度(phid)および角変位(phi) をファジィ化し、所定の言語的制御規則に基づく推論により、予測すべき事故発生の予測値を推定し、その予測値を逆ファジィ化により事故発生確率値に変換し、
ファジィ化のための言語変数を下記のとおり定義することを特徴とする事故回避方法。
−記−
●角加速度(phidd) が小：150 rad/s2まで真理値μ＝１、150 rad2と350 rad/s2との間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角加速度において維持する。
●角加速度(phidd) が中：150 rad/s2まで真理値μ＝０、150 rad/s2と350 rad/s2との間で真理値μ＝１まで線形的に増加させて1500 rad/s2 で維持、1500 rad/s2 と2000 rad/s2 との間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角加速度において維持する。
●角加速度(phidd) が大：1500 rad/s2 まで真理値μ＝０、1500 rad/s2 と2000 rad/s2 との間で真理値μ＝１まで増加させ、その真理値μ＝１をより大きな角加速度において維持する。
●角速度（phid）が小：0.25 rad/s ・まで真理値μ＝１、0.25 rad/s ・と19.75 rad/s との間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角速度において維持する。
●角速度（phid）が中：0.25 rad/sまで真理値μ＝０、0.25 rad/sと19.75 rad/s との間で真理値μ＝１まで線形的に増加させ、その真理値μ＝１を20 rad/sまで維持、20 rad/sと29 rad/sとの間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角速度において維持する。
●角速度（phid）が大：20 rad/sまで真理値μ＝０、20 rad/sと29 rad/sとの間で真理値μ＝１まで増加させ、その真理値μ＝１をより大きな角速度において維持する。
●角変位(phi) が小：0 rad まで真理値μ＝１、0 rad と5.5 rad の間で真理値μ＝０まで線形的に減少させ、その真理値μ＝０をより大きな角速度において維持する。
●角変位(phi) が大：0 rad まで真理値μ＝０、0 rad と5.5 rad の間で真理値μ＝１まで増加させ、その真理値μ=1をより大きな角速度において維持する。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、ファジィ変数の初期値を下
記のとおり定義することを特徴とする事故回避方法。
−記−
●クラッチの解放（μ0)：ファジィシングルトン＝０
●クラッチの締結（μ1）：ファジィシングルトン＝１
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、下記の言語的制御規則を適用することを特徴とする事故回避方法。
−記−
●IF  角速度（phid）が小、
THEN  クラッチ解放（μ0)
●IF角速度（phid）が中 AND  角加速度(phidd) が NOT大、
THEN  クラッチ解放（μ0)
●IF角加速度（phidd)が小、
THEN  クラッチ解放（μ0)
●IF角速度（phid）が大、
THEN  クラッチ締結（μ1)
●IF角加速度(phidd) が大 AND  角変位(phi) が大、
THEN  クラッチ締結（μ1 ）、
●IF角加速度(phidd) が中 AND角変位(phi) が大 AND角速度（phid）がNOT 小
、THEN  クラッチ締結（μ1）。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、ファジィ推論をmin ・max 推論法に基づいて実行することを特徴とする事故回避方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、逆ファジィ化を次式：
μk = μ1/ (μ0 + μ1)
に基づいて実行し、ここにμ0 ∈［0, 1］  はクラッチ解放時の真理値、μ1 ∈［0, 1］はクラッチ締結時の真理値、μk ∈［0, 1］は事故の発生確率を表すことを特徴とする事故回避方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ハンマードリルのような回転式工具を有する手持ち式工具装置において、工具の焼付きに伴う事故を回避するために作動状態センサにより検出した作動状態に応じて工具に対する駆動モータからの動力伝達を遮断する遮断ユニットを用いる事故回避方法および装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
大出力の手持ち式工具装置、特にハンマードリルにおいては、工具の不測の焼付きや、これに伴って工具装置に及ぼされる反動トルクの急上昇によりいわゆる回転事故、すなわち手首の損傷や梯子、足場等からの作業者の落下が生じることがあり、作業の安全確保の見地から問題視されている。ちなみに、このような回転事故の回避方法は、例えば特開平8-61382 号公報、特開平7-253192号公報等、多くの文献に開示されている。
【０００３】
上記の特開平8-61382 号公報には、手持ち式工具装置における回転事故を回避するための純機械的な解決手段として、工具に過負荷が及ぼされた場合に作動する適応型スリップクラッチが開示されている。このスリップクラッチは、その解放トルクが予め設定可能な制御速度に応じて決定されており、事故が生じない通常の使用条件下ではクラッチ締結状態に維持されるものである。そして、例えば、工具の焼付き等の事故等が発生して反動トルク値が急上昇すると、それまでは不作動状態に維持されており又は減圧状態で待機中のクラッチが解放されて、工具装置における駆動モータから工具に至る駆動経路を直ちに遮断する。
【０００４】
他方、特開平7-253192号公報には、手持ち式工具装置における回転事故を回避するためのメカトロニクス的な解決手段が開示されている。この場合には、角加速度センサにより検出した工具の角加速度に基づいて角変位の予測値を算出する。この予測値が事前に設定されている最大角変位値を超えると、最大角変位値に到達する以前に遮断ユニット、例えば電源スイッチと組合わせ得る電磁クラッチを解放させて、工具装置における駆動モータから工具に至る駆動経路を遮断する。なお、角加速度センサの出力は、所定の時定数の下で2回積分して角変位予測値に変換するものである。
【０００５】
上述した特開平8-61382 号公報に係る機械的解決手段は、工具装置の所望の作動条件下、例えば不均質な組成のコンクリートを対象とする通常の作動条件下でハンマードリルを使用している間にも、誤作動によるスリップクラッチの解放が生じる場合があり得る。これは、回転センサおよびアクチュエータを一体ユニットとして構成したことと相俟って、センサにより検出した加速度信号をもっぱら受動的に評価する純機械的原理に基づくためである。
【０００６】
さらに、特開平7-253192号公報に係るメカトロニクス的な解決手段は、検出した角加速度から算出した角変位の瞬時値と、角速度および角加速度の各予測値とに基づいて所定時間の経過後の角変位値を予測するものであって、プロセスモデルにおける同定困難なシステムパラメータを、もっぱら試行錯誤に基づいて経験的に設定しなければならない。すなわち、この場合には、プロセスモデルを変更し又は異なる工具装置に適合させるのが困難である。さらに、この解決手段は、プロセスモデルを一旦設定した後は、所要に応じて異なるアルゴリズムに基づく演算処理を実行させるのが困難である。さらに、入力値の１つ（例えば角加速度等）だけが増大したに過ぎず、現実には事故発生の可能性が低い場合であっても、遮断ユニットが誤作動する場合があり得る。
【０００７】
【発明の課題】
したがって、本発明の解決すべき課題は、前述した形式の手持ち式工具装置を改善し、使用者にとって許容し得る反動トルクと、回転事故につながる危険反動トルクとの相違をより良好に区別して工具装置における作業安全性を一層向上可能とすることにある。
【０００８】
【課題の解決手段】
本発明は、ハンマードリルのような回転式の工具を有する手持ち式工具装置における、工具の焼付きに伴う事故を回避するための装置を提案するものである。そして、上述した特定の課題を解決するため、本発明による事故回避装置は、作動状態センサにより検出した作動状態に応じて工具に対する駆動モータからの動力伝達を遮断するための遮断ユニットと、作動状態センサから出力される計測値を、工具装置の作動状態を表す角変位値に変換し、かつ、予め設定された判断基準に基づく非線形信号処理により事故の発生確率と論理結合するための演算ユニットとを具え、前記遮断ユニットに比較手段を接続し、演算ユニットにより判定された事故発生確率が予め設定可能なしきい値を超えたときに、遮断ユニットを作動させるための信号を前記比較手段により発生する構成としたことを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、前述した特開平7-253192号公報に係る解決手段と同様に、工具装置の将来の作動状態を予測することにより、工具装置に過大な衝撃トルクが及ぼされて回転事故を回避不能と判断したときに、所要の対応措置として遮断ユニットを作動させるのである。この場合、特開平7-253192号公報に係る解決手段においては、回転センサの出力信号から一定時間後における工具装置の角変位予測値を算出する電子的評価ユニットが設けられ、その予測値が所定の最大角変位値を超えたときに比較器により遮断ユニットを作動させる構成とされている。これとは対照的に、本発明は、工具装置における角変位予測値の算出に止まらず、作動状態センサからの出力信号を演算ユニットにより非線形信号処理することにより、回転事故の発生確率を推定するものである。すなわち、工具装置における角加速度、角速度および所定の時間空間における角変位を相互に関連させ、かつ個別的にも評価し、所定の制御規則に基づいて回転事故の発生確率を予測する。本発明を実施するに当たり、演算ユニットはファジィコントローラとして構成するのが有利である。作動状態センサは、極めて高速の応答性を有するマイクロメカニズム型の角加速度センサとして構成し、その出力信号を所定の時定数の下で2回積分して角速度および角変位に換算するのが好適である。この場合、事故発生確率のファジィコントローラによる判定の基礎をなす入力信号は、センサにより測定された角加速度信号と、これから得られた角速度信号および角変位信号とすることができる。
【００１０】
本発明においては、ファジィコントローラに対する低周波および高周波ノイズの悪影響を排除するために使用周波数帯域を制限するものとし、特に、0.5 〜 10 Hzの下限周波数と、100 〜 1,000 Hz オーダーの上限周波数との間の周波数帯域に設定するのが望ましい。
【００１１】
前述した特開平7-253192号公報におけると同様に、駆動モータのロータからの運動エネルギーが焼付き状態の工具に衝撃的に伝達されるのを遮断するための遮断ユニットとしては、例えば摩擦クラッチ、多板クラッチ、噛合クラッチ等の電磁クラッチを使用することができる。発明者が鋭意遂行した多くの実験結果から、所望の遮断を行うためには、クラッチの形式にもよるが、5 〜20 ms の解放時間で実用的に十分であることを確認した。クラッチの解放と同時に駆動モータに対する給電も遮断する構成とするのが望ましい。比較的軽量のロータを有する小型工具装置の場合には、クラッチの代わりに即動型のブレーキを使用しても良い。この場合でも、角度加速度センサの出力信号又はこれに由来する信号に基づいてファジィコントローラが高い事故発生確率を判定したときに、ブレーキの作動と同時に駆動モータに対する給電を遮断する構成とするのが望ましい。
【００１２】
ファジィコントローラは、即時の動力伝達遮断を実行できるものであれば既知のいかなる形式のものであっても良く、例えば、マイクロプロセッサにおけるプログラム、ファジィプロセッサまたはルックアップテーブル等として構成することが可能である。
【００１３】
本発明は、前述した特定の課題の解決手段として、ハンマードリルのような回転式の工具を有する手持ち式工具装置における、工具の焼付きに伴う事故を回避するための方法を提案するものである。すなわち、本発明による事故回避方法は、作動状態センサにより検出した作動状態に応じて工具に対する駆動モータからの動力伝達を遮断するための遮断ユニットを用いる方法において、作動状態センサから出力される計測値を、工具装置の作動状態を表す角変位値に変換し、かつ、演算ユニットにおいて予め設定された判断基準に基づいて非線形信号処理により事故の発生確率と論理結合し、演算ユニットにより判定された事故発生確率が予め設定可能なしきい値を超えたときに前記遮断ユニットを作動させることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明による事故回避方法において、作動状態センサから出力される計測値を変換して得られた角変位値についての非線形信号処理は、ファジィコントローラにより実行するのが有利である。
【００１５】
本発明による事故回避方法において、作動状態センサとしては角加速度センサを使用し、その出力信号を所定の時定数の下で２回積分して角速度および角変位に換算し、ファジィコントローラにより角加速度、角速度および角変位をファジィ化し、所定の言語的制御規則に基づいてファジィ推論を行って事故の発生確率を推定し、その推定結果について逆ファジィ化を行って事故の発生確率値に換算する構成とするのが有利である。
【００１６】
本発明によれば、ファジィコントローラを使用することにより、センサ出力信号の複雑なフィルター処理や積分定数の困難な決定が不要となり、これはファジィ論理が不正確な記述的または定性的情報に基づいて推論を行うものであり、複数の緩い規則の積み重ねに基づいて事故発生についての確度の高い推論を行うからである。なお、推論規則は実験的に容易に決定可能であり、パラメータの変更、例えば別形式の工具装置への適合も迅速かつ柔軟に実行可能である。
【００１７】
【好適な実施形態】
以下、ハンマードリルのような手持ち式工具装置において、回転式工具の不測の焼付きに伴う事故を回避するための本発明による事故回避装置と、これに関連するファジィアルゴリズムに基づいて作動するファジィコントローラの好適な実施形態について、図面を参照しつつ本発明を更に詳述する。
【００１８】
図１に示すように、手持ち式工具装置Ｍの作動状態は、少なくとも１個の作動状態センサ、すなわち回転センサによって監視する。この回転センサは、特に、マイクロマシン型加速度計よりなる角加速度センサ、１個または複数個の直線加速度センサ、角速度センサ、ストロークセンサ（変位量センサ）、またはトルクセンサ等で構成することができる。回転センサの配置例を、図１では参照数字 1a, 1b, ... 1n で表す。回転センサからの出力信号は、ディジタル信号を形成するための入力インターフェース２およびＡ／Ｄ変換器等を経てファジィコントローラ３に入力する。ファジィコントローラ３は、所定のプログラムおよび記憶装置を具えるマイクロプロセッサ、ファジィプロセッサまたはルックアップテーブルによって実現することが可能であり、回転センサ 1a, 1b, ... 1n からの出力信号に応じて手持ち式装置における事故発生確率を予測する。以下、言語変数、言語的制御規則、逆ファジィ化のアルゴリズム、ファジィコントローラ３で予測される事故発生確率の定義の一例について更に詳述する。
【００１９】
本例においては、予測した事故発生確率が所定のしきい値を超えたときに、比較器14により少なくとも１個のアククエーター５を作動させる。アククエーター５は、例えば、駆動モータ７と工具ホルダーまたは工具シャフトとの間の駆動経路を遮断するクラッチ5a、電源スイッチ5b及び／またはブレーキ5m等で構成することが可能である。これらのアククエーター５により、予測される事故、特に回転事故等の発生を防止する。手持ち式工具装置Ｍが作業にとって安全な状態に復帰すると、作業者の要求に応じて作業を直ちに再開する配置とすることが可能である。
【００２０】
図２に示す実施例において、増幅器およびアンチエイリアシング・フィルターＡＡを含む慣性角加速度センサ１に、Ａ／Ｄ変換器兼ディジタルインターフェース２と、ファジィコントローラ３としてのプログラム可能なマイクロプロセッサと、Ｄ／Ａ変換器４とを含む演算ユニットＲや、半導体電源スイッチ６、電磁クラッチ５等を接続する。この実施例に対応するハードウェアのブロック図を、図３に示す。なお、図示を簡略化するため、演算ユニットＲについては本発明の理解に不可欠なユニットのみを示した。
【００２１】
手持ち式工具装置Ｍの作動中に工具８の不測の焼付きにより高い反動トルクが生じ、手持ち式工具装置Ｍが軸線９を中心として危険な回転状態を呈する恐れがある。本発明によるファジィコントローラを使用すれば、このような反動トルクを作業者にとって安全な低い反動トルク値に制限することが可能である。
【００２２】
そのために、軸線９を中心とする角加速度をセンサ１で検出し、その際にセンサ１の固有動特性は設定課題に応じて十分に高速の応答性を実現可能なものとする。角加速度センサ１の振動周期は、典型的には１ms以下でなければならない。このような角加速度センサ１としては、特に、マイクロメカニズム型のものが市販されている。角加速度センサ１の出力信号を増幅した後、演算ユニットＲのＡ／Ｄインターフェースを経てマイクロプロセッサ３に供給する。ディジタル化された出力データを一次および二次積分により角速度と角変位値に変換する。プログラムメモリーおよびデータメモリーを有するマイクロプロセッサ３において、測定および変換された角変位値を、後述するファジィアルゴリズムに基づいて更に処理する。ファジィコントローラとしてのマイクロプロセッサ３により予測された事故確率予測値に応じて、インターフェース出力としてのＤ／Ａ変換器４からの出力信号を、アクチュエーターとしてのクラッチ５と、電圧遮断器としてのパルス幅変調器６（ＰＷＭ）に供給する。パルス幅変調器６は、一般的には、モータ回転速度を制御して手持ち式工具装置Ｍの作動を停止するものである。
【００２３】
図４は、角加速度センサ１の出力信号を、手持ち式工具装置Ｍの作動状態を特徴づける角運動値に変換する態様を示すものである。すなわち、角加速度センサ１の出力信号をバンドパスフィルター10を経て積分回路11, 12に供給する。ファジィコントローラには、フィルター10を通した角加速度phidd と、フィルター10の後段側に配置された積分回路11からの角速度phidと、積分回路11の後段側に配置された積分回路12からの角変位値phi が入力される。バンドパスフィルターとしての入力フィルター10により高周波障害が低減され、不所望の制御偏差、すなわちオフセットを回避するものである。
【００２４】
次に、本発明において使用するファジィアルゴリズムにつき、図６にその定義を例示した言語変数と、図５に示したブロック図に基づいて原理的に説明する。このファジィアルゴリズムは、対応するセンサからの出力信号に応じて、手持ち式工具装置Ｍにおける事故の発生確率値を予測するものである。この場合、システムの言語変数として、手持ち式工具装置Ｍの作動状態を特徴づける角加速度phidd 、角速度phidおよび角変位値phi を使用する。図６に例示した言語変数の定義について具体的に詳述すれば、下記のとおりである。
【００２５】
●角加速度phidd が小：
- ∞ < phidd≦150 rad/s2：真理値μ＝１
150 rad/s2<phidd≦ 350 rad/s2 ：真理値μ＝1.75 - 1/200・phid d・s2/r    ad
350 rad/s2<phidd < +∞：真理値μ＝０
●角加速度phidd が中：
- ∞ <phidd ≦ 150 rad/s2 ：真理値μ＝０、
150 rad/s2<phidd≦350 rad/s2：真理値μ＝1/200・phidd ・s2/rad-0.75
350 rad/s2<phidd≦ 1500 rad/s2：真理値μ＝１
1500 rad/s2<phidd ≦2000 rad/s2 ：真理値μ＝4・1/500 phidd ・s2/rad-3
2000 rad/s2<phidd < + ∞：真理値μ＝１
●角加速度phidd が大：
- ∞ < phidd≦ 1500 rad/s2：真理値μ＝０
1500 rad/s2<phidd ≦ 2000 rad/s2：真理値μ＝1/500 phidd ・s2/rad-3
2000 rad/s2<phidd < + ∞：真理値μ＝１
●角速度phidが小：
- ∞ < phid ≦ 0.25 rad/s ：真理値μ＝１
0.25 rad/s < phid ≦ 19.75 rad/s：真理値μ＝ 79/78-2/39 ・phid・s/ra    d  19.75 rad/s < phid < + ∞：真理値μ＝０
●角速度phidが中：
- ∞ < phid ≦ 0.25 rad/s ：真理値μ＝０
0.25 rad/s≦ phid ≦19.75 rad/s ：真理値μ＝2/39・phid・s/rad-1/78
19.75 rad/s ≦ phid ≦ 20 rad/s ：真理値μ＝１
20 rad/s≦ phid ≦ 29 rad/s：真理値μ＝29/9 - 1/9・phid・s/rad
29 rad/s < phid < + ∞：真理値μ＝０
●角速度phidが大：
- ∞ < phid ≦ 20 rad/s ：真理値μ＝０
20 rad/s≦ phid ≦ 29 rad/s ：真理値μ＝1/9・phid・s/rad - 20/9
29 rad/s < phid < + ∞：真理値μ＝１
●角変位phi が小：
- ∞ < phi < 0 rad：真理値μ＝１
0 rad ≦ phi≦ 5.5 rad：真理値μ＝1 - 2/11・phi ・1/rad
5.5 rad < phi < + ∞：真理値μ＝０
●角変位phi が大：
- ∞ < phi < 0 rad：真理値μ＝０
0 rad ≦ phi≦ 5.5 rad：真理値μ＝2/11・phi ・1/rad
5.5 rad < phi < + ∞：真理値μ＝１
【００２６】
本発明においては、上記の言語変数を使用するファジィアルゴリズムに基づいて入力値をファジィ化する。次に、言語的制御規則に従って事故予測値を判定し、その予測値を逆ファジィ化によって所定の事故発生確率値に変換する。その言語的制御規則の一例は、下記のとおりである。
【００２７】
●IF  角速度 phid が小、
THEN  クラッチ解放（μ0)
●IF  角速度 phid が中 AND  角加速度 phiddが NOT大、
THEN  クラッチ解放（μ0)
●IF  角加速度 phiddが小、
THEN  クラッチ解放（μ0)
●IF  角速度 phid が大、
THEN  クラッチ締結（μ1)
●IF  角加速度 phiddが大 AND  角変位 phiが大、
THEN  クラッチ締結（μ1)
●IF  角加速度 phidd  が中 AND  角変位 phiが大 AND  角速度 phid が NOT小、THEN  クラッチ締結（μ1)
【００２８】
ここに、ファジィ変数の初期値を下記のとおり定義する。
●クラッチの「解放」（μ0)：ファジィシングルトン＝０
●クラッチの「締結」（μ1)：ファジィシングルトン＝１
【００２９】
上述した言語的制御規則とファジィ変数の初期値を使用するファジィ推論は、推論ユニット13によるmin ・max 推論として実行する。論理演算 AND及び NOTを行うために最大化（1-μ）を行い、ここにμは無視すべき数値の真理値を表す。推論ユニット13により各言語的制御規則に基づいてクラッチの「解放」および「締結」の予測値を発生し、それぞれが最大値を示す場合に逆ファジィ化を行って事故確率を算定する。逆ファジィ化は次式：μk = μ1/ (μ0 + μ1)に基づいて実行する。ここに、μ0 ∈［0, 1］はクラッチ解放時の真理値、μ1 ∈［0, 1］はクラッチ締結時の真理値、μk ∈［0, 1］は事故の発生確率を表す
【００３０】
すなわち、逆ファジィ化の結果は区間［0, 1］から生じる実数であり、その真理値は現状が等級「ドリル焼付き」にどの程度まで一致するかを表すものである。言うまでもなく、真理値が１に近接するほど、ドリルに焼付きが生じる可能性が高まる。
【００３１】
しかし、クラッチが二値的状態「解放」および「締結」だけを呈するため、逆ファジィ化の結果は、しきい値を調整可能とした比較器14に伝達する。これにより、駆動モータから工具に至る駆動経路を開放するための作動クラッチを、比較器14の出力に基づいて制御するものである。
【００３２】
図７は、比較器14の前段で角変位値 phiを一定値1.5 °とした場合におけるファジィアルゴリズムの特性面を示す。同図においては、1.5 °の一定角変位値phi について、Ｘ軸上では 0〜40 rad/sの角速度が、Ｙ軸上では 0〜2500 rad/s2 の角加速度が、Ｚ軸上では事故の発生確率μk が示されている。図７では、ファジィ化、ファジィ推論および逆ファジィ化により得られたファジィアルゴリズムの複合的特性面が表されている。上記３ステップのうち、少なくとも１ステップを変化させ、例えば異なる定義の言語変数、異なる法則に基づくファジィ推論、または異なる定義の逆ファジィ化を採用することにより、ファジィコントローラを別の工具装置または異なる使用条件に容易に適合させることが可能である。さらに、工具装置Ｍの作動中に既存のパラメータ群を手動で切り替えて所望の使用条件に適合させることも可能である。
【００３３】
事故の発生確率値μk を比較器14に伝達し、比較器14のしきい値を例えば0.5 にセットしておく。この場合、比較器14は、任意の入力信号μk ≦ 0.5について出力値を０とし、任意の入力信号μk ＞ 0.5について出力値を１とする。比較器14によりパルス幅変調器６およびクラッチ５を制御し、比較器14の出力値が１であるときに駆動経路を開放してモータの作用を中断する。
【００３４】
以上詳述したところから明らかなとおり、本発明によれば、所定のファジィアルゴリズムに基づいて事故の発生を効果的に事前回避することが可能である。前述した特開平7-253192号公報に開示されている基本的配置においては、検出された角加速度から角速度および角変位の各瞬時値を算出し、所定時間経過後における焼付き発生の有無を予測するが、本発明によるファジィコントローラは、所定の言語的制御規則に基づいて複数の状態値を非線形結合してシステム全体の作動状態を予測するものである。本発明に基づくファジィコントローラは、システムにおける状態変数の瞬時値と所定時間経過後におけるシステムの作動状態との間における任意の相関関係を予測し得るものである。また、本発明の基礎をなすファジィアルゴリズムは、システムを更に改良し又は異なる作動条件に適合させて事故の発生を予測可能とするに当たり、所要の物理的相関関係に基づく判断過程を意志決定プロセスに容易に付加し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の基本原理を説明するためのブロック図である。
【図２】図２は、本発明による事故回避装置を具える手持ち式装置の一例としてのハンマードリルを示す側面図である。
【図３】図３は、図２に示すハンマードリルのブロック図である。
【図４】図４は、作動状態センサとして加速度センサを使用したときの信号処理の一例を示す機能ブロック図である。
【図５】図５は、ファジィアルゴリズムの一例を示す機能ブロック図である。
【図６】図６は、状態値のファジィ化の基礎となる言語変数の定義の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、図５および図６に示すファジィアルゴリズムの特性の一例として、図５に示す比較器14の前段における特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  作動状態センサ
３  ファジィコントローラ
5, 6  遮断ユニット
７  駆動モータ
８  工具
10  バンドパスフィルター
11, 12  積分回路
14  比較器
Ｍ  工具装置
Ｒ  演算ユニット
【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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【図７】
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