DE102017006392A1

DE102017006392A1 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102017006392A1
Application number: DE102017006392.3A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Satou
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2037-07-07
Also published as: JP6431005B2; US20180017455A1; CN107621322B; US10724912B2; CN107621322A; JP2018009855A; DE102017006392B4

Abstract

Eine Sensorvorrichtung (10, 10A) umfasst eine Mehrzahl von Systemen (S), von denen jedes ein Sensorelement (12) und eine Berechnungseinheit (20), die dafür ausgebildet ist, einen Wert mindestens eines einer Kraft und eines Moments, die in eine vorbestimmte Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage eines von dem Sensorelement (12) detektierten Detektionssignals als einen ersten Wert zu berechnen und eine Anomaliebestimmungseinheit (22), die dafür ausgebildet ist, die von der Berechnungseinheit (20) der Mehrzahl von Systemen (S) berechneten ersten Werte miteinander zu vergleichen und zu bestimmen, dass eine Anomalie besteht, wenn eine Differenz des ersten Wertes größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, umfasst. Die Berechnungseinheit (20) mindestens eines der Systeme (S) berechnet einen Wert mindestens eines einer Kraft und eines Moments, die in die Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage einer Mehrzahl von Detektionssignalen, die von den Sensorelementen (12) der Systeme (S) detektiert werden, als einen zweiten Wert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, die dafür ausgebildet ist, mindestens eines einer äußeren Kraft und eines Moments, die auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, zu detektieren.
Beschreibung der verwandten Technik:
Als eine Einrichtung zum Detektieren einer äußeren Kraft oder eines Moments, die auf ein Detektionsziel, wie beispielsweise einen Roboter oder dergleichen, aufgebracht werden, wurden ein Sensor vom Dehnungsmesstyp und ein Sensor vom Kapazitätstyp usw. verwendet. Ein Sensor vom Kapazitätstyp ist einem Sensor vom Dehnungsmesstyp hinsichtlich der Einfachheit der Herstellung und der Kosten überlegen, wobei jedoch, da Änderungen in dem Wert der elektrostatischen Kapazität bezüglich der aufgebrachten Kraft nicht linear sind, das Problem entsteht, dass die Detektionsgenauigkeit gering ist.
Nachstehend werden Detektionsprinzipien unter Verwendung eines Sensors vom Kapazitätstyp kurz beschrieben. Auf Anwendung einer äußeren Kraft hin, die der äußeren Kraft entspricht, wird eine Verzerrung in einem Gehäuse, in dem ein Paar Elektroden (zwei Elektroden), die den Sensor vom Kapazitätstyp bilden, installiert sind, erzeugt, woraufhin sich der Abstand zwischen dem Elektrodenpaar (der Abstand zwischen den Elektroden) je nach Verzerrung ändert. Da sich der Wert der elektrostatischen Kapazität (Detektionswert) je nach dem Abstand zwischen den Elektroden ändert, ist es durch Messen des Detektionswerts möglich, eine äußere Kraft und ein Moment, die auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, zu berechnen.
In diesem Fall ist die Beziehung zwischen der äußeren Kraft und der Verzerrung des Gehäuses, in dem das Elektrodenpaar installiert ist, linear und ist die Beziehung zwischen der Verzerrung des Gehäuses, in dem das Elektrodenpaar installiert ist, und dem Abstand zwischen den Elektroden auch linear. Die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen den Elektroden und dem Detektionswert (elektrostatischen Kapazitätswert) ist jedoch nicht linear. Wenn die zwei Elektroden, die das Elektrodenpaar bilden, parallel angeordnet sind, und der Abstand zwischen den Elektroden ausreichend kleiner als die Elektrodenfläche gehalten wird, wird der Wert der elektrostatischen Kapazität umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen den Elektroden. Andererseits kann, wenn die Bedingungen eines Parallelplattenkondensators nicht erfüllt sind, wie beispielsweise in dem Fall, in dem die zwei Elektroden nicht parallel, sondern zueinander geneigt angeordnet sind, der Wert der elektrostatischen Kapazität nicht einfach durch eine umgekehrt proportionale Beziehung ausgedrückt werden.
Als ein Verfahren zum Bestimmen einer äußeren Kraft und eines Moments usw. aus gemessenen Werten ist im Allgemeinen ein Verfahren bekannt, in dem eine Modellfunktion angenommen wird, die indikativ für eine Beziehung zwischen einem detektierten Detektionswert und einer äußeren Kraft und eines Moments, die auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, ist. In diesem Fall werden unter Verwendung der Modellfunktion die externe Kraft und der Moment aus dem Detektionswert bestimmt. Eine solche Modellfunktion wird durch eine Funktion dargestellt, die einen oder mehrere unbekannte Parameter umfasst.
Nachstehend folgt eine Beschreibung als ein Beispiel einer Modellfunktion eines Polynoms erster Ordnung, das ein genereller Typ von Modellfunktion ist. Als ein spezielles Beispiel dafür kann ein Fall betrachtet werden, in dem die externen Kräfte und Momente durch sechs Sensorelemente (Sensorelemente vom Kapazitätstyp) detektiert werden und auf Grundlage von Detektionswerten von den sechs Sensorelementen externe Kräfte und Momente in sechs Achsenrichtungen bestimmt werden.
Wenn die Detektionswerte der sechs Sensorelemente durch einen sechsdimensionalen Vektor dargestellt werden, wird die folgende Gleichung (1) erlangt. Außerdem wird die folgende Gleichung (2) erlangt, wenn die zu bestimmenden äußeren Kräfte und Momente durch einen sechsdimensionalen Vektor dargestellt werden. v = [v₁, ..., v₆]^T (1) f = [f₁, ..., f₆]^T (2)
Wenn die unbekannten Parameter durch eine 6×6-Matrix dargestellt sind, wie in Gleichung (3) gezeigt, kann die Modellfunktion für die externe Kraft und den Moment durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden.
f = C·v (4 )
Um die Werte jedes der Parameter der Matrix C, die durch die numerische Formel (3) dargestellt ist, zu bestimmen, werden Kräfte und Momente einer Mehrzahl von Mustern (1, ..., N) auf das Detektionsziel aufgebracht und werden von den Sensorelementen detektierte Werte erlangt. Die erlangte Mehrzahl von Datenelementen ist durch (fi, vi) ausgedrückt, wobei i = 1, ..., N. Die Werte der entsprechenden Parameter der Matrix C werden auf Grundlage der erlangten Mehrzahl von Datenelementen (fi, vi) bestimmt. Im Allgemeinen werden die entsprechenden Parameter der Matrix C durch ein vorbestimmtes Kriterium, wie beispielsweise eine Minimierung eines quadrierten Fehlers (Methode der kleinsten Quadrate) oder dergleichen, bestimmt. Beispielsweise werden in dem Fall, in dem jeder der Parameter durch die Methode der kleinsten Quadrate bestimmt wird, die entsprechenden Parameter der Matrix C derart bestimmt, dass der Ausdruck cm in der folgenden Gleichung (5) minimiert wird. cm = Σ N / i=1(f_i – C·v_i)² (5)
In dem japanischen offengelegten Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2010-014695 ist offenbart, dass in einem Multiachsensensor vom Dehnungsmesstyp eine Detektionsgenauigkeit durch Verwendung des Mittelwertes der Detektionswerte aus doppelt angeordneten Detektionseinheiten verbessert wird. Genauer werden unter Berücksichtigung eines Störungsfehlers zwischen Achsen (Störungsfehler mit anderen Achsen) als eine Ursache der Verschlechterung der Genauigkeit und durch symmetrisches Anordnen der Sensorelemente für jede Gruppe die Störungsfehler mit anderen Achsen zwischen den Gruppen symmetrisch erzeugt und wird der Mittelwert der Detektionswerte genommen, wodurch die Störungsfehler mit anderen Achsen aufgehoben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der herkömmlichen Technik treten jedoch, da eine Grenze der Beziehung zwischen Eingaben und Ausgaben besteht, die durch eine Modellfunktion ausgedrückt werden können, Fehler zwischen den tatsächlich aufgebrachten äußeren Kräften und Momenten und den durch die Modellfunktion berechneten äußeren Kräften und Momenten auf. Insbesondere wird in dem Fall, in dem die Beziehung zwischen der äußeren Kraft und dem Detektionswert nicht linear ist, wie bei einem Sensor vom Kapazitätstyp, der Einfluss solcher Fehler groß.
Außerdem sind sämtliche Fehler, die in von Sensoren detektierten Detektionswerten auftreten, nicht notwendigerweise symmetrisch unter den Gruppen verteilt, wie vorstehend erörtert, und ist es somit mit der Technik des japanischen offengelegten Patents mit der Veröffentlichungsnummer 2010-014695 nicht möglich, effektiv mit Fehlern umzugehen, die asymmetrisch auftreten. Insbesondere verschlechtert sich in dem Fall von Sensorelementen vom Kapazitätstyp, da nicht gewährleistet werden kann, dass Fehler aufgrund von Nichtlinearität symmetrisch zwischen Gruppen erzeugt werden, die Genauigkeit weiter, wenn Sensorelemente vom Kapazitätstyp verwendet werden.
Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, in der Fehler zwischen tatsächlich aufgebrachten äußeren Kräften und Momenten und Kräften und Momenten, die auf Grundlage von Detektionswerten bestimmt werden, die von Sensorelementen detektiert werden, reduziert werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch eine Sensorvorrichtung gekennzeichnet, die eine Mehrzahl von Systemen umfasst, von denen jedes ein Sensorelement, das dafür ausgebildet ist, mindestens eines einer äußeren Kraft und eines Moments zu detektieren, die auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, und eine Berechnungseinheit, die dafür ausgebildet ist, einen Wert mindestens eines einer äußeren Kraft und eines Moments, die in eine vorbestimmte Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage eines von dem Sensorelement detektierten Detektionssignals als einen ersten Wert zu berechnen, und eine Anomaliebestimmungseinheit, die dafür ausgebildet ist, den ersten von der Berechnungseinheit jeder der Mehrzahl von Systemen berechneten Wert miteinander zu vergleichen und zu bestimmen, dass eine Anomalie besteht, wenn eine Differenz des ersten Wertes größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, umfasst, wobei die Berechnungseinheit mindestens eines Systems der Mehrzahl von Systemen einen Wert mindestens eines einer äußeren Kraft und eines Moments, die in Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage einer Mehrzahl von Detektionssignalen, die von den entsprechenden Sensorelementen der Mehrzahl von Systemen detektiert werden, als einen zweiten Wert berechnet.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird mindestens eines einer Kraft und eines Moments, die in eine Achsenrichtung auf das Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage von von den Sensorelementen einer Mehrzahl von Systemen detektierten Detektionssignalen als ein zweiter Wert berechnet und wird somit die Detektionsgenauigkeit der Sensorvorrichtung verbessert. Anders gesagt ist es möglich, Fehler zwischen tatsächlich aufgebrachten externen Kräften und Momenten und externen Kräften und Momenten, die auf Grundlage der von den Sensorelementen detektierten Detektionssignale bestimmt werden, zu reduzieren. Zusätzlich ist es möglich, genau zu bestimmen, ob die Sensorvorrichtung normal arbeitet.
In der Sensorvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jedes der Mehrzahl von Systemen eine Mehrzahl von Sensorelementen umfassen und kann die Berechnungseinheit jeder der Mehrzahl von Systemen Werte mindestens eines einer Kraft und eines Moments in eine Mehrzahl von Achsenrichtungen berechnen. Gemäß diesem Merkmal kann die Berechnungseinheit die ersten Werte und die zweiten Werte in eine Mehrzahl von Achsenrichtungen erlangen. Dementsprechend ist die Sensorvorrichtung in der Lage, mindestens Kräfte oder Momente in eine Mehrzahl von Achsenrichtungen zu berechnen.
In der Sensorvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Berechnungseinheit jedes der Mehrzahl von Systemen ein erstes Speichermedium umfassen, in dem eine erste Umwandlungseigenschaftsinformation zum Umwandeln des von dem Sensorelement ihres eigenen Systems detektierten Detektionssignals in den ersten Wert gespeichert ist, und kann die Berechnungseinheit mindestens eines Systems der Mehrzahl von Systemen ferner ein zweites Speichermedium umfassen, in dem eine zweite Umwandlungseigenschaftsinformation zum Umwandeln der von den Sensorelementen der Mehrzahl von Systemen detektierten Detektionssignale in den zweiten Wert gespeichert ist. Gemäß diesem Merkmal können die Berechnungseinheiten die ersten Werte und die zweiten Werte mit hoher Genauigkeit berechnen.
In der Sensorvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Berechnungseinheit jedes der Mehrzahl von Systemen in der Lage, gegenseitig miteinander zu kommunizieren, und das von dem Sensorelement des anderen Systems detektierte Detektionssignal von der Berechnungseinheit eines anderen der Systeme zu empfangen. Gemäß diesem Merkmal sind die Berechnungseinheiten der entsprechenden Systeme jeweils in der Lage, ein Detektionssignal zu erlangen, das von dem Sensorelement eines anderen Systems detektiert wurde, und dies zur Berechnung des zweiten Wertes zu verwenden.
In der Sensorvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jedes der Mehrzahl von Systemen einen Wandler umfassen, der dafür ausgebildet ist, das von dem Sensorelement detektierte Detektionssignal in ein digitales Signal umzuwandeln, und kann der Wandler jedes der Mehrzahl von Systemen das Detektionssignal, das in ein digitales Signal umgewandelt wurde, an die Berechnungseinheiten der Mehrzahl von Systemen ausgeben. Gemäß diesem Merkmal sind die Berechnungseinheiten der entsprechenden Systeme jeweils in der Lage, ein von dem Sensorelement detektiertes Detektionssignal eines anderen Systems zu erlangen und es zur Berechnung des zweiten Wertes zu verwenden.
In der Sensorvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Anomaliebestimmungseinheit eine Mehrzahl von Anomaliebestimmungseinheiten umfassen, die entsprechend der Mehrzahl von Systemen bereitgestellt werden. Gemäß diesem Merkmal ist es möglich, zu bestimmen, ob die Sensorvorrichtung für jedes der Systeme normal arbeitet oder nicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mindestens eines einer Kraft und eines Moments, die in eine Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage von von den Sensorelementen einer Mehrzahl von Systemen detektierten Detektionssignalen als ein zweiter Wert berechnet, wodurch die Detektionsgenauigkeit der Sensorvorrichtung verbessert wird. Anders gesagt ist es möglich, Fehler zwischen tatsächlich aufgebrachten externen Kräften und Momenten und externen Kräften und Momenten, die auf Grundlage der von dem Sensorelement detektierten Detektionssignale bestimmt werden, zu reduzieren. Außerdem ist es möglich, genau zu bestimmen, ob die Sensorvorrichtung normal arbeitet oder nicht.
Die vorstehend beschriebenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klarer ersichtlich werden, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch ein darstellendes Beispiel gezeigt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Modifizierung (Modifizierung 1) der Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich dargestellt und beschrieben.
1 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Sensorvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Sensorvorrichtung 10 ist mit zwei Systemen S versehen, die jeweils eine Mehrzahl von (N einzelnen) Sensorelementen 12, einen Wandler 14 und eine Steuereinheit 16 haben. Die mehreren Sensorelemente 12 jedes der Sensoren S bilden einen Mehrfachachsensensor 18. Die Sensorelemente 12 können Sensorelemente vom Kapazitätstyp oder Sensorelemente vom Dehnungsmesstyp sein oder können andere Typen von Sensorelementen außer diesen sein.
Zur Unterscheidung der Sensorelemente 12, der Wandler 14 und der Steuereinheiten 16 der beiden Systeme S voneinander werden die Sensorelemente 12, der Wandler 14, und die Steuereinheit 16 eines der Systeme (erstes System) S1 mit 12a, 14a und 16a bezeichnet, wohingegen die Sensorelemente 12, der Wandler 14 und die Steuereinheit 16 des anderen der Systeme (zweites System) S2 mit 12b, 14b und 16b bezeichnet werden. Ferner ist der Mehrfachachsensensor 18 des ersten Systems S1 mit 18a bezeichnet, wohingegen der Mehrfachachsensensor 18 des zweiten Systems S2 mit 18b bezeichnet ist.
Der Mehrfachachsensensor 18a (gebildet aus einer Mehrzahl von (N einzelnen) Sensorelementen 12a) des ersten Systems S1 und der Mehrfachachsensensor 18b (gebildet aus einer Mehrzahl von (N einzelnen) Sensorelementen 12b) des zweiten Systems S2 sind Sensorelemente zum Zweck der Detektion von äußeren Kräften und Momenten einer vorbestimmten Mehrzahl von Achsenrichtungen, die gegenseitig auf die gleiche Stelle (nachstehend als ein „Detektionsziel” bezeichnet) eines Roboters aufgebracht werden.
Jeder der Wandler 14 (14a, 14b) der entsprechenden Systeme S (S1, S2) ist elektrisch durch Verbindungsleitungen mit der Mehrzahl von Sensorelementen 12 (12a, 12b) und mit der Steuereinheit 16 (16a, 16b) seines eigenen Systems S (S1, S2) verbunden. Anders gesagt, ist der Wandler 14a elektrisch mit der Mehrzahl von Sensorelementen 12a und der Steuereinheit 16a verbunden, wohingegen der Wandler 14b elektrisch mit der Mehrzahl von Sensorelementen 12b und der Steuereinheit 16b verbunden ist.
Zur Vereinfachung und Erleichterung der Beschreibung wird angenommen, dass in der Sensorvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung die Anzahl N von Sensorelementen 12a des ersten Systems S1 und die Anzahl N von Sensorelementen 12b des zweiten Systems S2 sechs beträgt und die sechs entsprechenden Sensorelemente 12a, 12b jedes Systems zur Bestimmung von äußeren Kräften und Momenten in sechs Achsenrichtungen verwendet werden. Die Kräfte und Momente der sechs Achsenrichtungen sind als eine Kraft in eine X-Achsen-Richtung, eine Kraft in eine Y-Achsen-Richtung, eine Kraft in eine Z-Achsen-Richtung, ein Moment um die X-Achse, ein Moment um die Y-Achse und ein Moment um die Z-Achse definiert. Die Anzahl von Sensorelementen 12 jedes der Systeme S und die Anzahl von Achsen, für die Kräfte und Momente bestimmt werden, sind nicht notwendigerweise gleich.
Eine Mehrzahl (N = 6) von von dem Mehrfachachsensensor 18a des ersten Systems S1, das aus der Mehrzahl (N = 6) von Sensorelementen 12a gebildet ist, detektierten Detektionssignalen (Detektionswerten), werden an den Wandler 14a des ersten Systems S1 ausgegeben. Der Wandler 14a wandelt die Mehrzahl (N = 6) der von dem Mehrfachachsensensor 18a detektierten Detektionssignale in digitale Signale um. Es wird angenommen, dass u₁, ..., u₆ die Mehrzahl (N = 6) von Detektionssignalen (Detektionswerten) ist, die von dem Wandler 14a in digitale Signale umgewandelt werden. Der Wandler 14a gibt die Detektionssignale u₁, ..., u₆ der umgewandelten Mehrzahl (N = 6) von digitalen Signalen an die Steuereinheit 16a des ersten Systems S1 aus. Angenommen, dass die Mehrzahl (N = 6) von Detektionssignalen (digitalen Signalen) u₁, ..., u₆ die von dem Mehrfachachsensensor 18a detektiert werden, durch einen sechs(= N)-dimensionalen Vektor U dargestellt werden, wird die folgende Gleichung (6) erlangt. U = [u₁, ... u_N]^T = [u₁, u₂, u₃, u₄, u₅, u₆]^T (6)
Auf ähnliche Weise wird eine Mehrzahl (N = 6) von Detektionssignalen (Detektionswerten), die von dem Mehrfachachsensensor 18b des zweiten Systems S2, der aus der Mehrzahl (N = 6) von Sensorelementen 12b gebildet ist, detektiert werden, an den Wandler 14b das zweiten Systems S2 ausgegeben. Der Wandler 14b wandelt die Mehrzahl (N = 6) von von dem Mehrfachachsensensor 18b detektierten Detektionssignalen in digitale Signale um. Es wird angenommen, dass v₁, ..., v₆ die Mehrzahl (N = 6) von Detektionssignalen (Detektionswerten) ist, die von dem Wandler 14b in digitale Signale umgewandelt werden. Der Wandler 14b gibt die Detektionssignale v₁, ..., v₆ der umgewandelten Mehrzahl (N = 6) von digitalen Signalen an die Steuereinheit 16b des zweiten Systems S2 aus. Angenommen, dass die Mehrzahl (N = 6) von von dem Mehrfachachsensensor 18b detektierten Detektionssignalen (digitalen Signalen) v₁, ..., v₆, durch einen sechs(= N)dimensionalen Vektor V dargestellt wird, wird die folgende Gleichung (7) erlangt. V = [v₁, ..., v_N]^T = [v₁, v₂, v₃, v₄, v₅, v₆]^T (7)
Jede der Steuereinheiten 16 (16a, 16b) der Systeme S (S1, S2) umfasst einen Prozessor, wie beispielsweise eine CPU oder dergleichen, und ein Speichermedium, in dem ein Programm gespeichert ist, und durch die Ausführung der Programme durch die Prozessoren dienen die Prozessoren als die Steuereinheiten 16 (16a, 16b) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Jede der Steuereinheiten 16 des Systems S umfasst eine Berechnungseinheit 20 und eine Anomaliebestimmungseinheit 22. Um die Berechnungseinheiten 20 und die Anomaliebestimmungseinheiten 22 der beiden Systeme S voneinander zu unterscheiden, sind die Berechnungseinheit 20 und die Anomaliebestimmungseinheit 22 des ersten Systems S1 mit 20a und 22a bezeichnet, wohingegen die Berechnungseinheit 20 und die Anomaliebestimmungseinheit 22 des zweiten Systems S2 mit 20b und 22b bezeichnet sind. Die Steuereinheit 16a des ersten Systems S1 und die Steuereinheit 16b das zweiten Systems S2 können gegenseitig miteinander kommunizieren. Die Steuereinheiten 16a, 16b können Kommunikation drahtlos ausführen oder die Steuereinheit 16a und die Steuereinheit 16b können durch eine Kommunikationsleitung (über Kabel) verbunden sein und Kommunikation dazwischen kann über die Kommunikationsleitung ausgeführt werden.
Auf Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b des ersten Systems S1 detektiert werden, berechnet die Berechnungseinheit 20a Werte (nachstehend auch als erste Werte bezeichnet) der Kräfte und Momente der vorbestimmten Mehrzahl (N = 6) von Achsenrichtungen, die auf das Detektionsziel aufgebracht werden. In diesem Fall werden f^U ₁, ..., f^U ₆ genommen, um die Werte der Kräfte und Momente der Mehrzahl (N = 6) von Achsenrichtungen darzustellen, die von der Berechnungseinheit 20a berechnet werden. Unter der Annahme, dass die Mehrzahl (N = 6) der ersten Werte f^U ₁, ..., f^U ₆ die von der Berechnungseinheit 20a verarbeitet (berechnet) werden, durch einen sechs(= N)dimensionalen Vektor F^U dargestellt werden, kann der Vektor F^U durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt werden. F^U = [f U / 1, ...f U / N]^T = [f U / 1, f U / 2, f U / 3, f U / 4, f U / 5, f U / 6]^T (8)
Auf ähnliche Weise werden von der Berechnungseinheit 20b auf Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b des zweiten Systems S2 detektiert werden, Werte (nachstehend auch als erste Werte bezeichnet) der Kräfte und Momente der vorbestimmten Mehrzahl (N = 6) von Achsenrichtungen berechnet, die auf das Detektionsziel aufgebracht werden. In diesem Fall werden f^V ₁, ..., f^V ₆ genommen, um die Werte der Kräfte und Momente der Mehrzahl (N = 6) von Achsenrichtungen darzustellen, die von der Berechnungseinheit 20b berechnet werden. Unter der Annahme, dass die Mehrzahl (N = 6) der ersten Werte f^V ₁, ... f^V ₆, die von der Berechnungseinheit 20b verarbeitet (berechnet) werden, durch einen sechs(= N)dimensionalen Vektor F^V dargestellt werden, kann der Vektor F^V durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt werden. F^V = [f V / 1, ...f V / N]^T = [f V / 1, f V / 2, f V / 3, f V / 4, f V / 5, f V / 6]^T (9)
Gemäß der vorliegenden Erfindung geben f^U ₁ und f^V ₁ Kräfte in die X-Achsen-Richtung an, geben f^U ₂ und f^V ₂ Kräfte in die Y-Achsen-Richtung an und geben f^U ₃ und f^V ₃ Kräfte in die Z-Achsen-Richtung an. Ferner geben f^U ₄ und f^V ₄ Momente um die X-Achse an, geben f^U ₅ und f^V ₅ Momente um die Y-Achse an und geben f^U ₆ und f^V ₆ Momente um die Z-Achse an.
Wenn die Mehrzahl von Parametern (erste Umwandlungseigenschaftsinformation) c^U zum Erlangen des Vektors F^U aus dem Vektor U in der Form einer N×N-Matrix (Konversionsmatrix) C^U (wobei N = 6) ausgedrückt werden, wie durch die folgende Gleichung (10) angegeben, können F^U, C^U und U durch einen Beziehungsausdruck (Modellfunktion) dargestellt werden, wie durch die folgende Gleichung (11) angegeben.
Auf ähnliche Weise können, wenn die Mehrzahl von Parametern (erste Umwandlungseigenschaftsinformation) c^V zum Erlangen des Vektors F^V aus dem Vektor V in der Form einer N×N-Matrix (Konversionsmatrix) C^V (wobei N = 6) ausgedrückt werden, wie durch die folgende Gleichung (12) angegeben, können F^V, C^V und V durch einen Beziehungsausdruck (Modellfunktion) dargestellt werden, wie durch die folgende Gleichung (13) angegeben.
Dementsprechend ist die Berechnungseinheit 20a unter Verwendung von Gleichungen (6), (8), (10) und (11) in der Lage, die Mehrzahl von ersten Werten f^U ₁, ..., f^U ₆ auf Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18a (Mehrzahl von Sensorelementen 12a) detektiert werden, zu bestimmen. Auf ähnliche Weise ist unter Verwendung von Gleichungen (7), (9), (12) und (13) die Berechnungseinheit 20b in der Lage, die Mehrzahl von ersten Werten f^V ₁, ..., f^V ₆ auf Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b (Mehrzahl von Sensorelementen 12b) detektiert werden, zu bestimmen.
Die Mehrzahl von Parametern C^U der Matrix C^U werden in dem Speichermedium (erstes Speichermedium) 24 der Berechnungseinheit 20a des ersten Systems S1 gespeichert und die Mehrzahl von Parametern c^V der Matrix C^V werden in dem Speichermedium (erstes Speichermedium) 24 der Berechnungseinheit 20b des zweiten Systems S2 gespeichert. Auch in diesem Fall wird zur Unterscheidung der Speichermedien 24 der zwei Systeme S voneinander das Speichermedium 24 des ersten Systems S1 mit 24a bezeichnet, wohingegen das Speichermedium 24 des zweiten Systems S2 mit 24b bezeichnet wird.
Die Berechnungseinheit 20a gibt die berechneten ersten Werte f^U ₁, ..., f^U ₆ an die Anomaliebestimmungseinheit 22a ihres eigenen Systems (erstes System) S1 aus, und überträgt zusammen damit die berechneten ersten Werte f^U ₁, ..., f^U ₆ an die Anomaliebestimmungseinheit 22b des anderen Systems (zweites System) S2. Die Berechnungseinheit 20b gibt die berechneten ersten Werte f^V ₁, ..., f^V ₆ an die Anomaliebestimmungseinheit 22b ihres eigenen Systems aus (zweites System) S2 und überträgt zusammen damit die berechneten ersten Werte f^V ₁, ..., f^V ₆ an die Anomaliebestimmungseinheit 22a des anderen Systems (erstes System) S1. Außerdem überträgt die Berechnungseinheit 20a die Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18a ihres eigenen Systems (erstes System) S1 detektiert werden, an die Berechnungseinheit 20b des anderen Systems (zweites System) S2 aus. Ferner überträgt die Berechnungseinheit 20b die Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b ihres eigenen Systems (zweites System) S2 detektiert werden, an die Berechnungseinheit 20a des anderen Systems (erstes System) S₁.
Auf Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18a ihres eigenen Systems (erstes System) S1 detektiert werden und der Mehrzahl von Detektionssignalen v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b des anderen Systems (zweites System) S2 detektiert werden, berechnet die Berechnungseinheit 20a ferner Werte (nachstehend auch als zweite Werte bezeichnet) der Kräfte und Momente der vorbestimmten Mehrzahl (N = 6) von Achsenrichtungen, die auf das Detektionsziel aufgebracht werden. Auf ähnliche Weise berechnet die Berechnungseinheit 20b auf Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b ihres eigenen Systems (zweites System S2) detektiert werden, und der Mehrzahl von Detektionssignalen u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18a des anderen Systems (erstes System S1) detektiert werden, ferner die zweiten Werte (N = 6). In diesem Fall werden f^W ₁, ..., f^W ₆ genommen, um die Mehrzahl von zweiten Werten darzustellen, die von jeder der Berechnungseinheit 20a und der Berechnungseinheit 20b berechnet werden. Unter der Annahme, dass die Mehrzahl (N = 6) von zweiten Werten f^W ₁, ..., f^W ₆ durch einen sechs(N = 6)dimensionalen Vektor F^W dargestellt wird, kann der Vektor F^W durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt werden. F^W = [f W / 1, ...f W / N]^T = [f W / 1, f W / 2, f W / 3, f W / 4, f W / 5, f W / 6]^T (14)
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt f^W ₁ eine Kraft in die X-Achsen-Richtung, f^W ₂ eine Kraft in die Y-Achsen-Richtung, f^W ₃ eine Kraft in die Z-Achsen-Richtung an. Ferner gibt f^W ₄ ein Moment um die X-Achse, f^W ₅ ein Moment um die Y-Achse und f^W ₆ ein Moment um die Z-Achse an.
In diesem Fall wird unter der Annahme, dass die Mehrzahl (N = 6) von Detektionssignalen (digitalen Signalen) u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18a detektiert werden, und die Mehrzahl (N = 6) von Detektionssignalen (digitalen Signalen) v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b detektiert werden, durch einen zwölf(= 2·N)dimensionalen Vektor W dargestellt werden, die folgende Gleichung (15) erlangt. W = [u₁, u₂, u₃, u₄, u₅, u₆, v₁, v₂, v₃, v₄, v₅, v₆]^T (15)
Wenn die Mehrzahl von Parametern (zweite Umwandlungseigenschaftsinformation) c^W zum Erlangen des Vektors F^W aus dem Vektor W in der Form einer N×(2·N)-Matrix (Konversionsmatrix) C^W ausgedrückt wird, wie durch die folgende Gleichung (16) angegeben, können F^W, C^W und W durch einen Beziehungsausdruck (Modellfunktion) dargestellt werden, wie durch die folgende Gleichung (17) angegeben. Auch in diesem Fall wird angenommen, dass N = 6.
Dementsprechend ist, unter Verwendung von Gleichungen (14) bis (17), jede der Berechnungseinheit 20a und der Berechnungseinheit 20b in der Lage, die Mehrzahl von zweiten Werten f^W ₁, ..., f^W ₆ auf Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18a (Mehrzahl von Sensorelementen 12a) detektiert werden, und der Mehrzahl von Detektionssignalen (digitalen Signalen) v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b (Mehrzahl von Sensorelementen 12b) detektiert werden, zu bestimmen. Die Mehrzahl von Parametern c^W der Matrix C^W sind in dem Speichermedium (zweites Speichermedium) 26 der Berechnungseinheit 20 jedes der Systeme S gespeichert. Auch in diesem Fall wird zur Unterscheidung des Speichermediums 26 der beiden Systeme S voneinander das Speichermedium 26 des ersten Systems S1 mit 26a bezeichnet, wohingegen das Speichermedium 26 des zweiten Systems S2 mit 26b bezeichnet wird.
Die entsprechenden Parameter c^U, c^V, c^W der Matrizes C^U, C^V, C^W können durch Minimierung eines quadrierten Fehlers (Methode der kleinsten Quadrate), wie im technischen Hintergrund der vorliegenden Spezifikation beschrieben, bestimmt werden oder können durch ein anderes Verfahren bestimmt werden. Im Grunde können die entsprechenden Parameter c^U, c^V, c^W derart bestimmt werden, dass jegliche Fehler zwischen der äußeren Kraft und des Moments, die auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, und der externen Kraft und eines Moments, die auf Grundlage der von den Sensorelementen 12 detektierten Detektionssignale zu der Zeit berechnet werden, minimiert werden.
Auf diese Weise werden die entsprechenden Parameter c^W der Matrix C^W derart bestimmt, dass Fehler minimiert werden, und ist es durch Bestimmung der zweiten Werte f^W ₁, ... f^W ₆ unter Verwendung der Gleichungen (14) bis (17) möglich, jegliche Fehler zwischen den tatsächlich aufgebrachten äußeren Kräften und Momenten und den auf Grundlage der von den Sensorelementen detektierten Detektionswerten detektierten äußeren Kräften und Momenten zu reduzieren. Genauer ist es möglich, Fehler im Vergleich zu den ersten Werten f^U ₁, ... f^U ₆, den ersten Werten f^V ₁, ... f^V ₆ oder den gemittelten Werten der ersten Werte f^U ₁, ... f^U ₆ und der ersten Werte f^V ₁, ..., f^V ₆ zu unterdrücken.
Aus diesem Grund überträgt mindestens eine der Steuereinheit 16a (Berechnungseinheit 20a) und der Steuereinheit 16b (Berechnungseinheit 20b) die berechnete Mehrzahl von zweiten Werten f^W ₁, ... f^W ₆ an eine externe Vorrichtung. Die Steuereinheit 16a und die Steuereinheit 16b sind in der Lage, drahtlos oder verdrahtet mit der externen Vorrichtung zu kommunizieren. Die externe Vorrichtung führt auf Grundlage der Mehrzahl von an diese übertragenen zweiten Werten f^W ₁, ... f^W ₆ eine vorbestimmte Steuerung aus (beispielsweise zum Steuern eines Roboters oder dergleichen).
Wenn ein Mittelwert der Werte der ersten Werte f^U ₁, ..., f^U ₆ und der ersten Werte f^V ₁, ..., f^V ₆ genommen wird, kann der Mittelwert davon durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt werden. Wie in Gleichung (18) gezeigt, sind diese Modellfunktionen (Beziehungsausdrücke) in einem Bereich der Modellfunktion (Beziehungsausdruck) enthalten, die in Gleichung (17) gezeigt ist; da jedoch die entsprechenden Parameter der Matrix (Konversionsmatrix) C^UV nicht derart bestimmt werden, dass Fehler darin minimiert werden, sind die Fehler im Fall der Verwendung von Gleichung (18) im Vergleich zu dem Fall der Verwendung von Gleichung (17) größer.
Die Anomaliebestimmungseinheit 22 (22a, 22b) jedes der Systeme S (S1, S2) vergleicht die Mehrzahl von ersten Werten f^U ₁, ... f^U ₆, die von der Berechnungseinheit 20a des ersten Systems S1 übertragen wurden, jeweils mit der Mehrzahl von ersten Werten f^W ₁, ... f^W ₆, die von der Berechnungseinheit 20b des zweiten Systems 52 übertragen wurden, und bestimmt die (den Absolutwert der) Differenzen |f^U ₁ – f^V ₁|, ..., |f^U ₆ – f^V ₆| zwischen solchen Werten entsprechend. Diese Differenzen werden durch Vergleich der ersten Werte, die beide die gleiche Achsenrichtung haben, miteinander und das Erlangen (des Absolutwerts der) Differenz zwischen solchen Werten erlangt. Zusätzlich bestimmt die Anomaliebestimmungseinheit 22 (22a, 22b) jedes der Systeme 5, ob mindestens eine der berechneten Differenzen |f^U ₁ – f^V ₁|, |f^U ₆ – f^V ₆| größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, und wenn bestimmt wird, dass die Differenz größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist, wird bestimmt, dass es eine Art von Anomalie in der Sensorvorrichtung 10 gibt. Es kann auch bestimmt werden, ob das Quadrat der Differenz größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, und wenn das Quadrat der Differenz größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist, dann kann die Existenz einer Anomalie bestimmt werden.
Wenn mindestens eine der Anomaliebestimmungseinheit 22a (Steuereinheit 16a) des ersten Systems S1 und der Anomaliebestimmungseinheit 22b (Steuereinheit 16b) des zweiten Systems S2 die Existenz einer Anomalie bestimmt, wird ein Signal, das die Anomalie angibt, von dieser an die externe Vorrichtung übertragen. Wenn das Signal, das die Anomalie angibt, an diese übertragen wird, benachrichtigt die externe Vorrichtung die Bedienungsperson, dass eine Anomalie in der Sensorvorrichtung 10 besteht. Als Verfahren zur Bereitstellung einer solchen Benachrichtigung kann die Existenz einer Anomalie in der Sensorvorrichtung 10 auf einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt), wie beispielsweise einer Flüssigkeitsanzeigevorrichtung oder dergleichen, angezeigt werden, oder kann ein Alarmton von einem Lautsprecher (nicht gezeigt) ausgegeben werden.
[Modifikationen]
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann auf folgende Weisen modifiziert werden.
(Modifikation 1) 2 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Sensorvorrichtung 10A gemäß einer ersten Modifikation zeigt, die nachstehend als Modifikation 1 bezeichnet ist. Komponenten oder Funktionen, die die gleichen sind wie die der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden nur Teile davon beschrieben, die sich unterscheiden.
Die Sensorvorrichtung 10A umfasst eine Sensoreinheit 50 und einen Controller 52. Die Sensoreinheit 50 ist mit zwei Systemen S ausgestattet, die jeweils eine Mehrzahl (N = 6) von Sensorelementen 12, einen Wandler 14 und eine Steuereinheit 54 haben. Auch in der Modifikation 1 werden zur Unterscheidung zwischen den Bestandteilen (einschließlich deren Funktionen), die dem ersten System S1 entsprechen, und den Bestandteilen (einschließlich deren Funktionen), die dem zweiten System S2 entsprechen, Beschreibungen gegeben, in denen Bestandteile des erstes System S1 mit dem Suffix „a” bezeichnet sind, das den Bezugszahlen dafür hinzugefügt ist, und Bestandteile des zweiten System S2 mit dem Suffix „b” bezeichnet sind, das den Bezugszahlen dafür hinzugefügt ist. Dementsprechend gibt es beispielsweise Fälle, in denen die Sensorelemente 12, der Wandler 14 und die Steuereinheit 54 des ersten Systems S1 mit 12a, 14a und 54a bezeichnet sind, und die Sensorelemente 12, der Wandler 14 und die Steuereinheit 54 des zweiten Systems S2 mit 12b, 14b und 54b bezeichnet sind. Eine Mehrzahl (N = 6) von Sensorelementen 12a bildet einen Mehrfachachsensensor 18a (18) des ersten Systems S1 und eine Mehrzahl (N = 6) von Sensorelementen 12b bildet einen Mehrfachachsensensor 18b (18) des zweiten Systems S2.
Jede der Steuereinheiten 54 (54a, 54b) der entsprechenden Systeme S (S1, S2) umfasst einen Prozessor, wie beispielsweise eine CPU oder dergleichen, und ein Speichermedium, in dem ein Programm gespeichert ist, und durch Ausführung der Programme durch die Prozessoren dienen die Prozessoren als die Steuereinheiten 54 (54a, 54b) gemäß der vorliegenden Modifikation 1. Die Steuereinheiten 54 (54a, 54b) umfassen entsprechende Berechnungseinheiten 20 (20a, 20b).
In Modifikation 1 gibt der Wandler 14a die Mehrzahl von Detektionssignalen (digitale Signale) u₁, ..., u₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18a (Mehrzahl von Sensorelementen 12a) detektiert werden, an die Berechnungseinheit 20a seines eigenen Systems (erstes System) S1 aus und gibt zusammen damit die Detektionssignale u₁, ..., u₆ an die Berechnungseinheit 20b des anderen Systems (zweites System) S2 aus. Genauer ist der Wandler 14a elektrisch durch eine Verbindungsleitung mit der Berechnungseinheit 20a verbunden und elektrisch durch eine Verbindungsleitung mit der Berechnungseinheit 20b verbunden.
Außerdem gibt der Wandler 14b die Mehrzahl von Detektionssignalen (digitale Signale) v₁, ..., v₆, die von dem Mehrfachachsensensor 18b (Mehrzahl von Sensorelementen 12b) detektiert werden, an die Berechnungseinheit 20b seines eigenen Systems (zweites System) S2 aus und gibt zusammen damit die Detektionssignale v₁, ..., v₆ an die Berechnungseinheit 20a des anderen Systems (erstes System) S1 aus. Genauer ist der Wandler 14b elektrisch durch eine Verbindungsleitung mit der Berechnungseinheit 20b verbunden und elektrisch durch eine Verbindungsleitung mit der Berechnungseinheit 20a verbunden.
Wie bezüglich der vorstehend beschriebenen Ausführungsform angemerkt wurde, berechnet die Berechnungseinheit 20a die Mehrzahl von ersten Werten f^U ₁, ..., f^U ₆ auf der Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen u₁, ..., u₆, und berechnet zusammen damit die Mehrzahl von zweiten Werten f^W ₁, ..., f^W ₆ auf der Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen u₁, ..., u₆ und der Mehrzahl von Detektionssignalen v₁, ..., v₆. Die Berechnungseinheit 20b berechnet die Mehrzahl von ersten Werten f^V ₁, ..., f^V ₆ auf der Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen v₁, ..., v₆ und berechnet zusammen damit die Mehrzahl von zweiten Werten f^W ₁, ..., f^W ₆ auf der Grundlage der Mehrzahl von Detektionssignalen v₁, ..., v₆ und der Mehrzahl von Detektionssignalen u₁, ..., u₆.
Mindestens eine der Steuereinheit 20a (Berechnungseinheit 54a) und der Steuereinheit 20b (Berechnungseinheit 54b) überträgt die berechnete Mehrzahl von zweiten Werten f^W ₁, ..., f^W ₆ an eine externe Vorrichtung. Die Steuereinheit 54a und die Steuereinheit 54b sind in der Lage, mit der externen Vorrichtung drahtlos oder verdrahtet zu kommunizieren. Die externe Vorrichtung führt eine vorbestimmte Steuerung (beispielsweise zum Steuern eines Roboters oder dergleichen) auf Grundlage der Mehrzahl von an diese übertragenen zweiten Werten f^W ₁, ..., f^W ₆ aus. Außerdem können die Berechnungseinheiten 20a, 20b (Steuereinheiten 54a, 54b) die Mehrzahl von zweiten Werten f^W ₁, ..., f^W ₆ an die externe Vorrichtung über den Controller 52 übertragen.
Der Controller 52 ist mit zwei Steuereinheiten 60 (60a, 60b) versehen, die den beiden Systemen S (S1, S2) entsprechen. Jede der beiden Steuereinheiten 60 (60a, 60b) umfasst einen Prozessor, wie beispielsweise eine CPU oder dergleichen, und ein Speichermedium, in dem ein Programm gespeichert ist, und durch Ausführung der Programme durch die Prozessoren dienen die Prozessoren als die Steuereinheiten 60 (60a, 60b) gemäß der vorliegenden Modifikation 1. Die Steuereinheiten 60 (60a, 60b) umfassen entsprechende Anomaliebestimmungseinheiten 22 (22a, 22b).
Die Berechnungseinheit 20a (Steuereinheit 54a) und die Anomaliebestimmungseinheit 22a (Steuereinheit 60a) sind in der Lage, gegenseitig miteinander drahtlos oder verdrahtet zu kommunizieren, und die Berechnungseinheit 20b (Steuereinheit 54b) und die Anomaliebestimmungseinheit 22b (Steuereinheit 60b) sind in der Lage, gegenseitig miteinander drahtlos oder verdrahtet zu kommunizieren. Außerdem sind die Anomaliebestimmungseinheit 22a (Steuereinheit 60a) und die Anomaliebestimmungseinheit 22b (Steuereinheit 60b) in der Lage, gegenseitig miteinander drahtlos oder verdrahtet zu kommunizieren.
Die Berechnungseinheit 20a (Steuereinheit 54a) überträgt die berechnete Mehrzahl von ersten Werten f^U ₁, ..., f^U ₆ an die Anomaliebestimmungseinheit 22a (Steuereinheit 60a). Die Anomaliebestimmungseinheit 22a (Steuereinheit 60a) überträgt die Mehrzahl von ersten Werten f^U ₁, ..., f^U ₆, die von der Berechnungseinheit 20a (Steuereinheit 54a) an diese übertragen wurden, an die Anomaliebestimmungseinheit 22b (Steuereinheit 60b). Die Berechnungseinheit 20b (Steuereinheit 54b) überträgt die berechnete Mehrzahl von ersten Werten f^V ₁, ..., f^V ₆ an die Anomaliebestimmungseinheit 22b (Steuereinheit 60b). Die Anomaliebestimmungseinheit 22b (Steuereinheit 60b) überträgt die erste Mehrzahl von ersten Werten f^V ₁, ..., f^V ₆, die von der Berechnungseinheit 20b (Steuereinheit 54b) an diese übertragen wurde, an die Anomaliebestimmungseinheit 22a (Steuereinheit 60a).
Jede der Anomaliebestimmungseinheit 22a und der Anomaliebestimmungseinheit 22b vergleicht die Mehrzahl von ersten Werten f^U ₁, ..., f^U ₆ jeweils mit der Mehrzahl von ersten Werten f^V ₁, ..., f^V ₆ und bestimmt (den Absolutwert der) Differenzen |f^U ₁ – f^V ₁|, ..., |f^U ₆ – f^V ₆| zwischen solchen Werten entsprechend. Zusätzlich bestimmen die Anomaliebestimmungseinheit 22a und die Anomaliebestimmungseinheit 22b, ob mindestens eine der entsprechend berechneten Differenzen |f^U ₁ – f^V ₁|, ..., |f^U ₆ – f^V ₆| größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, und wenn bestimmt wird, dass die Differenz größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist, wird bestimmt, dass es eine Art von Anomalie in der Sensorvorrichtung 10A gibt. Es kann auch bestimmt werden, ob das Quadrat der Differenz größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, und wenn das Quadrat der Differenz größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist, dann kann die Existenz einer Anomalie bestimmt werden.
Wenn mindestens eine der Anomaliebestimmungseinheit 22a (Steuereinheit 60a) des ersten Systems S1 und der Anomaliebestimmungseinheit 22b (Steuereinheit 60b) des zweiten Systems S2 die Existenz einer Anomalie bestimmt, wird ein Signal, das die Anomalie angibt, von dieser an die externe Vorrichtung übertragen. Wenn das Signal, das die Anomalie angibt, dahin übertragen wird, benachrichtigt die externe Vorrichtung die Bedienungsperson, dass eine Anomalie in der Sensorvorrichtung 10A besteht. Als Verfahren zur Bereitstellung einer solchen Benachrichtigung kann die Existenz einer Anomalie in der Sensorvorrichtung 10A auf einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt), wie beispielsweise einer Flüssigkeitsanzeigevorrichtung oder dergleichen angezeigt werden, oder kann ein Alarmton von einem Lautsprecher (nicht gezeigt) ausgegeben werden.
(Modifikation 2) Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und Modifikation 1 berechnen die Berechnungseinheit 20a des ersten Systems S1 und die Berechnungseinheit 20b des zweiten Systems S2 beide die zweiten Werte f^W ₁, ..., f^W ₆. Jedoch kann auch nur eine der Berechnungseinheiten 20a oder 20b zur Berechnung der zweiten Werte f^W ₁, ..., f^W ₆ verwendet werden. Ferner bestimmen sowohl die Anomaliebestimmungseinheit 22a des ersten Systems S1 als auch die Anomaliebestimmungseinheit 22b des zweiten Systems S2, ob eine Anomalie besteht oder nicht. Es kann jedoch auch nur eine der Anomaliebestimmungseinheiten 22a, 22b die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Anomalie bestimmen.
(Modifikation 3) Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Anomaliebestimmungseinheiten 22 entsprechend jeweils für die Systeme S vorgesehen. Die Anomaliebestimmungseinheit 22 kann jedoch auch in nur einem der Systeme S vorgesehen sein. Ferner sind gemäß der vorstehend beschriebenen Modifikation 1 zwei Steuereinheiten 60a, 60b (Anomaliebestimmungseinheiten 22a, 22b) in dem Controller 52 vorgesehen, die jeweils den Systemen S entsprechen. Es kann jedoch auch nur eine Steuereinheit 60 (eine Anomaliebestimmungseinheit 22) in dem Controller 52 vorgesehen sein. In diesem Fall übertragen die Berechnungseinheiten 20a, 20b beide die berechneten ersten Werte f^U ₁, ..., f^U ₆, f^V ₁, ..., f^V6 an die eine Steuereinheit 60 (Anomaliebestimmungseinheit 22).
(Modifikation 4) Die Sensorvorrichtungen 10, 10A können drei oder mehr Systeme S umfassen.
(Modifikation 5) Die Anzahl von Sensorelementen 12 kann in jedem der Systeme S der Sensorvorrichtungen 10, 10A eins sein. Ferner müssen die Berechnungseinheiten 20 der Sensorvorrichtungen 10, 10A nicht Kräfte und Momente in eine Mehrzahl von Achsenrichtungen bestimmen, sondern können auch eine Kraft oder einen Moment in eine vorbestimmte Achsenrichtung bestimmen.
(Modifikation 6) Die Berechnungseinheiten 20 der Sensorvorrichtungen 10, 10A können auch nur eines einer Kraft und eines Moments bestimmen.
(Modifikation 7) Die vorstehend beschriebenen Modifikationen 1–6 können auf verschiedene Weisen beliebig kombiniert werden, sofern keine Diskrepanzen in den entstehenden Kombinationen entstehen.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Sensorvorrichtungen 10, 10A, die vorstehend in Verbindung mit jeglicher der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und Modifikationen 1–3 beschrieben wurden, jeweils mit einer Mehrzahl von Systemen S versehen, die jeweils Sensorelemente 12, die dafür ausgebildet sind, mindestens eines einer äußeren Kraft und eines Moments, die auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, zu detektieren, und eine Berechnungseinheit 20, die dafür ausgebildet ist, als einen ersten Wert einen Wert mindestens eines von einer Kraft und eines Moments, die in eine vorbestimmte Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage eines von den Sensorelementen 12 detektierten Detektionssignals zu berechnen, und eine Anomaliebestimmungseinheit 22, die dafür ausgebildet ist, die ersten von der Berechnungseinheit 20 jeder der Mehrzahl von Systemen S berechneten Werte miteinander zu vergleichen und zu bestimmen, dass eine Anomalie besteht, wenn eine Differenz zwischen den ersten Werten größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, umfasst. Die Berechnungseinheit 20 mindestens eines Systems S der Mehrzahl von Systemen berechnet als einen zweiten Wert einen Wert mindestens eines einer äußeren Kraft und eines Moments, die in die Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage einer Mehrzahl von Detektionssignalen, die von den entsprechenden Sensorelementen 12 der Mehrzahl von Systemen S detektiert werden.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration berechnet die Berechnungseinheit 20 als einen zweiten Wert die Kraft und den Moment, die in eine Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage von von den Sensorelementen 12 einer Mehrzahl von Systemen S detektierten Detektionssignalen und wird die Detektionsgenauigkeit der Sensorvorrichtungen 10, 10A somit verbessert. Anders gesagt ist es möglich, Fehler zwischen tatsächlich aufgebrachten externen Kräften und Momenten und externen Kräften und Momenten, die auf Grundlage der von den Sensorelementen 12 detektierten Detektionssignalen bestimmt werden, zu reduzieren. Ferner vergleicht die Anomaliebestimmungseinheit 22 die ersten von den entsprechenden Systemen S berechneten Werte und bestimmt, dass eine Anomalie besteht, wenn die Differenz zwischen den ersten Werten größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist. Somit ist es möglich, mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, ob die Sensorvorrichtung 10, 10A normal arbeitet.
Jedes der Mehrzahl von Systemen S kann eine Mehrzahl von Sensorelementen 12 umfassen und jede der Berechnungseinheiten 20 der Mehrzahl von Systemen S kann Werte mindestens eines einer Kraft und eines Moments in eine vorbestimmte Mehrzahl von Achsenrichtungen berechnen. Gemäß diesem Merkmal kann die Berechnungseinheit 20 die ersten Werte und die zweiten Werte in eine Mehrzahl von Achsenrichtungen erlangen. Dementsprechend sind die Sensorvorrichtungen 10, 10A in der Lage, mindestens eines von Kräften oder Momenten in eine Mehrzahl von Achsenrichtungen zu detektieren.
Jede der Berechnungseinheiten 20 der Mehrzahl von Systeme S umfasst das Speichermedium 24, in dem die Parameter c (erste Umwandlungseigenschaftsinformation) zum Umwandeln des Detektionssignals, das von den Sensorelementen 12 ihres eigenen Systems S detektiert wird, in erste Werte gespeichert sind. Die Berechnungseinheit 20 mindestens eines Systems S der Mehrzahl von Systemen S umfasst ferner das Speichermedium 26, in dem die Parameter c (zweite Umwandlungseigenschaftsinformation) zum Umwandeln des Detektionssignals, das von den Sensorelementen 12 jedes der Mehrzahl von Systemen S detektiert wird, in zweite Werte gespeichert sind. Gemäß diesem Merkmal können die Berechnungseinheiten 20 die ersten Werte und die zweiten Werte mit hoher Genauigkeit berechnen.
Die entsprechenden Berechnungseinheiten 20 der Mehrzahl von Systemen S sind in der Lage, gegenseitig miteinander zu kommunizieren und die von den Sensorelementen 12 eines anderen Systems S detektierten Detektionssignale von der Berechnungseinheit 20 des anderen Systems S zu empfangen. Gemäß diesem Merkmal sind die Berechnungseinheiten 20 der jeweiligen Systeme S jeweils in der Lage, die von den Sensorelementen 12 des anderen Systems S detektierten Detektionssignale zu erlangen und diese zur Berechnung der zweiten Werte zu verwenden.
Jedes der Mehrzahl von Systemen S kann einen Wandler 14 umfassen, der dafür ausgebildet ist, die von den Sensorelementen 12 detektierten Detektionssignale in digitale Signale umzuwandeln, und jeder der Wandler 14 der Mehrzahl von Systemen S kann die Detektionssignale, die in digitale Signale umgewandelt wurden, an die Berechnungseinheiten 20 der Mehrzahl von Systemen ausgeben. Gemäß diesem Merkmal sind die Berechnungseinheiten 20 der entsprechenden Systeme S jeweils in der Lage, die von dem Sensorelement detektierten Detektionssignale des anderen Systems S zu erlangen und diese zur Berechnung der zweiten Werte zu verwenden.
Die Anomaliebestimmungseinheiten 22 können jeweils der Mehrzahl von Systemen S entsprechend vorgesehen sein. Gemäß diesem Merkmal ist es möglich, für jedes der Systeme S zu bestimmen, ob die Sensorvorrichtung 10, 10A normal arbeitet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-014695 [0010, 0012]

Claims

Sensorvorrichtung (10, 10A), die umfasst: eine Mehrzahl von Systemen (S), von denen jedes ein Sensorelement (12), das dafür ausgebildet ist, mindestens eines einer Kraft und eines Moments zu detektieren, die auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, und eine Berechnungseinheit (20), die dafür ausgebildet ist, einen Wert mindestens eines einer äußeren Kraft und eines Moments, die in eine vorbestimmte Achsenrichtung auf ein Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage eines von dem Sensorelement (12) detektierten Detektionssignals als einen ersten Wert zu berechnen; und eine Anomaliebestimmungseinheit (22), die dafür ausgebildet ist, den von der Berechnungseinheit (20) jeder der Mehrzahl von Systemen (S) berechneten ersten Wert miteinander zu vergleichen und zu bestimmen, dass eine Anomalie besteht, wenn eine Differenz des ersten Wertes größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, wobei die Berechnungseinheit (20) mindestens eines Systems (S) der Mehrzahl von Systemen (S) einen Wert mindestens eines einer Kraft und eines Moments, die in die Achsenrichtung auf das Detektionsziel aufgebracht werden, auf Grundlage einer Mehrzahl von Detektionssignalen, die von den entsprechenden Sensorelementen (12) der Mehrzahl von Systemen (S) detektiert werden, als einen zweiten Wert berechnet.
Sensorvorrichtung (10, 10A) nach Anspruch 1, wobei: jedes der Mehrzahl von Systemen (S) eine Mehrzahl von Sensorelementen (12) umfasst; und die Berechnungseinheit (20) jeder der Mehrzahl von Systemen (S) Werte mindestens eines einer Kraft und eines Moments in eine Mehrzahl von Achsenrichtungen berechnet.
Sensorvorrichtung (10, 10A) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Berechnungseinheit (20) jedes der Mehrzahl von Systemen (S) ein erstes Speichermedium (24) umfasst, in dem eine erste Umwandlungseigenschaftsinformation zum Umwandeln des von dem Sensorelement (12) ihres eigenen Systems (S) detektierten Detektionssignals in den ersten Wert gespeichert ist, und die Berechnungseinheit (20) mindestens eines Systems (5) der Mehrzahl von Systemen (S) ferner ein zweites Speichermedium (26) umfasst, in dem eine zweite Umwandlungseigenschaftsinformation zum Umwandeln der von den entsprechenden Sensorelementen (12) der Mehrzahl von Systemen (S) detektierten Detektionssignale in den zweiten Wert gespeichert ist.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Berechnungseinheit (20) jedes der Mehrzahl von Systemen (S) in der Lage ist, gegenseitig miteinander zu kommunizieren, und das von dem Sensorelement (12) des anderen Systems (S) detektierte Detektionssignal von der Berechnungseinheit (20) eines anderen der Mehrzahl von Systemen (S) empfängt.
Sensorvorrichtung (10A) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: jedes der Mehrzahl von Systemen (S) einen Wandler (14) umfasst, der dafür ausgebildet ist, das von dem Sensorelement (12) detektierte Detektionssignal in ein digitales Signal umzuwandeln; und der Wandler (14) jedes der Mehrzahl von Systemen (S) das Detektionssignal, das in ein digitales Signal umgewandelt wurde, an die Berechnungseinheiten (20) der Mehrzahl von Systemen (S) ausgibt.
Sensorvorrichtung (10, 10A) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anomaliebestimmungseinheit (22) eine Mehrzahl von Anomaliebestimmungseinheiten umfasst, die entsprechend der Mehrzahl von Systemen (S) bereitgestellt werden.