JPH0571886B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、種々の機械の回動部の角度を検出す
る角度センサにおいて、当該角度センサに故障が
発生したときこれを検出する角度センサの故障検
出装置に関する。

〔発明の背景〕

角度センサは種々の機械の回動部の角度を検出
するために用いられ、この角度センサの検出値に
基づいて当該機械の制御が行なわれる。例えば、
建設機械である油圧シヨベルは、ブーム、アーム
およびバケツトより成るリンク機構を有し、それ
ぞれの相対的角度を角度センサで検出し、この検
出値に基づき制御装置において所要の演算、制御
を行なうことによりバケツト先端に所望の掘削軌
跡を描かしめる制御が行なわれる。

ところで、このような角度センサの検出値に基
づく制御においては、角度センサに故障が発生す
ると所期の制御を行なうことができないのは明ら
かである。そして、所期の制御が行なわれなくな
ると、制御対象である機械に予期しない動きが生
じ極めて危険である。したがつて、一般に制御装
置には故障判断機能が備えられていて、機械が指
令と異なる動きをした場合、故障と判定して機械
を自動的に停止させるようになつている。

しかしながら、このような手段はあくまで制御
系統内に故障が発生したことを判断するにすぎ
ず、その故障が角度センサの故障であるのか、コ
ントローラの故障であるのか、又はそれ以外の個
所の故障であるのか区別をすることは不可能であ
つた。まして、上記油圧シヨベルの制御の例のよ
うに、角度センサが複数備えられた制御系統にあ
つては、どの角度センサが故障したかを判断する
のは全く不可能であつた。さらに、ある角度セン
サが故障しても、その角度センサの最終制御結果
に与える影響の度合が少なければ、機械の動きと
指令との間の差が故障と判定されない場合があ
り、この場合、不正確、不完全な動作が継続され
るというおそれがあつた。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記従来の問題点を解決
し、特に、角度センサの検出値が時間的に不連続
となるような故障の発生を確実、かつ、容易に検
出することができる角度センサの故障検出装置を
提供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、回動機
構の回転角度を検出する角度センサにおいて、こ
の角度センサの出力の単位時間当たりの変化量を
演算する演算手段と、前記回動機構が最大速度で
変位したときの前記角度センサの出力の単位時間
当たりの変化量を設定する設定手段と、前記演算
手段で演算された変化量と前記設定手段に設定さ
れた変化量とを比較する比較手段と、前記演算手
段で演算された変化量が前記設定手段に設定され
た変化量を超えるとき故障信号を出力する出力手
段とを設けたことを特徴とする。

角度センサが正常状態にある場合には、角度セ
ンサの出力の単位時間当たりの変化量（変化率）
は、回動機構が最大速度で変位したときの角度セ
ンサの出力の単位時間当たりの変化量（最大変化
率）以下となる。

これに対して、角度センサに接触不良等の故障
が生じて、検出値が時間的に不連続な状態となる
場合には、角度センサの検出値の変化率は、最大
変化率を超える値となり、これにより角度センサ
の上記故障を検出することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第１図は、本発明の実施例に係る角度センサの
故障検出装置とブロツク図である。図で、１Ａは
回動機構を構成する第１の部材、１Ｂは回動機構
を構成する第２の部材であり、第１の部材１Ａと
第２の部材１Ｂとは軸により可回動に連結されて
いる。油圧シヨベルの例においては、第１の部材
１Ａは例えばブームに相当し、第２の部材１Ｂは
アームに相当する。２は第１の部材１Ａと第２の
部材１Ｂの連結部に設けられて両者間の相対角度
を検出する角度センサである。角度センサ２は、
検出した角度に応じた信号ｓを出力する。３は角
度センサ２からの信号ｓを入力し、これに基づい
て所望の演算、制御を行なうマイクロコンピユー
タ等で構成される演算装置である。演算装置３が
所望の演算、制御を行なつた結果、角度センサ２
が故障していると判定すると演算装置３からは故
障信号ｅが出力される。４は故障信号ｅの入力に
より作動して角度センサ２の故障を警報する故障
警報装置である。

次に、演算装置３における角度センサ２の故障
判定の原理を第２図に示すグラフに基づいて説明
する。第２図では、横軸に角度センサ２の入力軸
の回転角速度θ・が、又、縦軸に角度センサ２の単
位時間ΔTあたりの出力値の変化の値Δsがとられ
ている。以下、角度センサ２はその入力軸の回転
角に比例した値を出力するものとして説明をすす
める。第１の部材１Ａおよび第２の部材１Ｂとも
その回動はそれらが属する回動機構の駆動装置に
よつてなされる。したがつて、第１の部材１Ａお
よび第２の部材１Ｂの回転角速度の最大値は当該
駆動装置の容量により定まり、当然ながら第１の
部材１Ａと第２の部材１Ｂとの相対的な最大回転
角速度θ・_naxも当該駆動装置の容量により定まる。
これを前記油圧シヨベルの例について述べると、
その搭載されたエンジンの回転数と、このエンジ
ンにより回転される油圧ポンプの１回転あたりの
圧油の吐出量とに基づいてブームシリンダおよび
アームシリンダの最大駆動速度が定まり、この最
大駆動速度および第１の部材１Ａ、第２の部材１
Ｂの各種寸法に基づいてそれぞれの最大回転角速
度が定まり、したがつて相対的な最大回転角速度
θ・_naxも定まることになる。

さきに述べたように、角度センサ２の出力は、
その入力軸の回転角に比例した値となるので、角
度センサ２の出力の単位時間ΔTあたりの出力の
変化の値Δsと当該入力軸の回転角速度θ・とは比
例し、両者の関係は第２図に示すように直線とな
る。そして、最大回転角速度θ・_naxに対応する値
Δs（この値をＰで表わす）も定まる。換言する
と、第１の部材１Ａと第２の部材１Ｂとがどのよ
うな動きをしても、角度センサ２の出力ｓの変化
の値Δsは最大値Ｐを超えることはない。

ところで、今、角度センサ２に故障が発生する
と、入力軸の回転角と出力ｓとが比例しなくな
り、この結果、値Δsが最大値Ｐを超えることと
なる場合が生じる。例えば、角度センサ２がポテ
ンシヨンメータで構成されており、このポテンシ
ヨンメータにおける抵抗とこれに接触する摺動子
との間に接触不良が生じているとい故障の場合、
入力軸が回転して摺動子が移動しても、角度セン
サ２からは断続して飛躍した値が出力されること
になり、信号ｓの単位時間ΔTあたりの変化の値
Δsは最大値Ｐを超える事態を生じる。本実施例
は、上記のように、検出値が時間的に不連続とな
るような故障を検出しようとするものであり、値
Δsと最大値Ｐとの差を常に監視し、値Δsが最大
値Ｐ以上であるとき故障信号ｅを出力して故障を
警報する構成となつている。

次に、本実施例の動作を第３図に示すフローチ
ヤートを参照しながら説明する。装置の始動時、
まず、演算装置３には角度センサ２の出力信号ｓ
が取入れられる。この値を符号ｓ１で表わす。同
時に、演算装置３に内蔵されているタイマＴが０
にリセツトされる（手順S₁）。次いで、再び角度
センサ２の出力信号ｓが取入れられる（手順S₂）。
この値は符号ｓ２で表わされる。次に、符号ｓ２
の値から符号ｓ１の値を演算してその偏差Δsを
得る（手順S₃）。この場合、手順S₁の処理値直ち
に手順S₂を実行しているので、両者の値はほぼ等
しく、値Δsはほぼ０である。この値Δsは上記の
最大値Ｐと比較され（手順S₄）、Δs＜Ｐであるの
で、手順S₅に移る。手順S₅では符号ｓ２の値に対
してその符号を符号ｓ１に変更する。次に、タイ
マＴの値が上記の単位時間ΔTに達したか否かを
判断し（手順S₆）、単位時間ΔTに達したとき、
このタイマＴの値を０にリセツトし（手順S₇）、
再び手順S₂に戻つて角度センサ２から信号ｓを取
入れる。このとき取入れられた信号ｓは、前回の
手順S₂を実行してから単位時間ΔTを経過した後
の値である。この値に符号ｓ２を付し（手順S₂）、
次いで手順S₃を実行して値Δsを得る。この値Δs
は単位時間ΔTあたりの出力値ｓの変化、即ち変
化率となる。以後、手順S₂〜手順S₇が繰返され、
手順S₄において、値Δsが最大値Ｐ以上であると
判断されると故障信号ｅが出力される（手順S₈）。
故障信号ｅの出力により故障警報装置４が作動
し、角度センサ２の故障が警報される。

上記演算装置の機能を第４図に示す。第４図
で、２は第１図の示すものと同じ角度センサ、４
は第１図に示すものと同じ故障警報装置である。
３１は単位時間ΔT毎に角度センサ２から検出角
度を入力してその変化量を演算する演算手段、３
２は第１の部材１Ａと第２の部材１Ｂとが最大速
度で変位したときの正常の角度センサの単位時間
の変化量を設定する設定手段であり、演算手段３
１で演算された変化量と設定手段３２に設定され
ている変化量とが比較手段３３で比較される。こ
の比較の結果、演算手段３１で演算された変化量
が設定手段３２に設定されている変化量を超えて
いるとき、出力手段３４から故障警報装置４に対
して故障信号が出力される。

ところで、通常、従来の各種センサの故障検出
は、センサの動作範囲を規定し、センサの検出値
が当該動作範囲の上限値又は下限値を超えたと
き、センサが異常であると判断するようになつて
いる。しかし、このような手段では、センサの動
作範囲内における故障、例えばポテンシヨメータ
を用いたセンサにおいては接触不良等の故障は検
出できず、センサの動作範囲であつても誤つた検
出値が出力されることになり、当該センサの検出
値に基づいて駆動制御される機械、装置に危険が
生じるおそれがある。

これに対して、本実施例では、上記のように回
動機構によつて定まる角度センサの入力軸の回転
角速度の最大値に対応する角度センサの出力の最
大変化率と、角度センサの出力から得られる変化
率とを比較し、後者が前者以上のとき故障信号を
出力して故障警報装置を作動させ、警報を発する
ようにしたので、たとえ角度センサが上記動作範
囲内において検出を行なつていても、検出値が時
間的に不連続となるような角度センサの故障を確
実、かつ、容易に検出することができ、ひいては
機械の正確な動作とその安全を確保することがで
きる。

なお、上記実施例の説明では、角度センサの入
力軸の回転角と出力とが比例する例について説明
したが、必ずしもこのような角度センサに限るこ
とはなく、比例しない角度センサであつても、そ
の特性において出力変化率が最大の部分について
最大値(P)を求めることにより適用可能である。
又、故障検出対象となる角度センサは１個でなく
複数個であつても、順次それらの検出値を演算装
置に取り入れることにより、故障検出可能であ
る。さらに、故障警報装置に代えて、故障表示装
置又は非常停止装置を用いることができ、あるい
は、これらの装置のうちの任意のものを併用する
ことができる。さらに又、故障表示装置を用い、
複数の角度センサの故障を１個所で集中監視する
こともできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、回動機構によ
つて定まる角度センサの出力の最大変化率を定
め、角度センサの出力の変化率が上記最大変化率
以上となつたとき故障信号を出力するようにした
ので、たとえ角度センサが正常な動作範囲内にお
いて検出を行なつていても、検出値が時間的に不
連続となるような角度センサの故障を確実、か
つ、容易に検出することができ、ひいては機械の
正確な動作とその安全を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る角度センサの故
障検出装置のブロツク図、第２図は角度センサの
入力軸回転角速度に対する出力変化率の特性図、
第３図は第１図に示す演算装置の動作を説明する
フローチヤート、第４図は第１図に示す演算装置
の機能を示すブロツク図である。 １Ａ……第１の部材、１Ｂ……第２の部材、２
……角度センサ、３……演算装置、４……故障警
報装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回動機構の回転角度を検出する角度センサに
   おいて、この角度センサの出力の単位時間当たり
   の変化量を演算する演算手段と、前記回動機構が
   最大速度で変位したときの前記角度センサの出力
   の単位時間当たりの変化量を設定する設定手段
   と、前記演算手段で演算された変化量と前記設定
   手段に設定された変化量とを比較する比較手段
   と、前記演算手段で演算された変化量が前記設定
   手段に設定された変化量を超えるとき故障信号を
   出力する出力手段とを設けたことを特徴とする角
   度センサの故障検出装置。