特表 2024-533185 センサネットワークシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-12

(54)【発明の名称】センサネットワークシステム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20240905BHJP

   H04L 67/12 20220101ALI20240905BHJP

   E02F 9/00 20060101ALI20240905BHJP

   G08C 15/00 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

H04L67/12

E02F9/00 Z

G08C15/00 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024514060

(86)(22)【出願日】2021-09-06

(85)【翻訳文提出日】2024-03-01

(86)【国際出願番号】 EP2021074455

(87)【国際公開番号】W WO2023030659

(87)【国際公開日】2023-03-09

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517258925

【氏名又は名称】フラバ ベスローテン ヴェンノーツハップ

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＡＢＡ Ｂ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｊａｎ Ｃａｍｐｅｒｔｓｔｒａａｔ １１，６４１６ ＳＧ Ｈｅｅｒｌｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】シューベルト， トビアス

(72)【発明者】

【氏名】プリッツカウ， ディミトリ

【テーマコード（参考）】

2D015

2F073

【Ｆターム（参考）】

2D015HA03

2F073AA01

2F073AA19

2F073AA28

2F073AB01

2F073BB04

2F073BC01

2F073CC03

2F073CC14

2F073CD11

2F073DD05

2F073GG01

(57)【要約】

複数のセンサ装置（１２_１～１２_５）を有するセンサネットワークシステム（１０）において、複数のセンサ装置のそれぞれが、物理量を検出するとともに、それに対応する測定信号を提供する検出ユニット（１６、１８）と、測定信号を処理するとともに、その測定信号に基づく測定データ（Ｍ_１～Ｍ_５）を提供する計算ユニット（２０）と、出力データ（Ａ_１～Ａ_５）を読み出し可能なデータインタフェース（２２）と、を備えることが知られている。そして、効率的なセンサネットワークシステム（１０）を提供するために、本発明は中央評価装置（２４）を提供して、その中央評価装置（２４）は、複数のセンサ装置（１２）のうちの少なくとも２つのセンサ装置（１２）の測定データ（Ｍ_１～Ｍ_５）に基づいて、中央評価アルゴリズムを通して、少なくとも２つのセンサ装置（１２_１～１２_５）についての個別の出力データ（Ａ_１～Ａ_５）を決定し、決定された出力データ（Ａ_１～Ａ_５）を、センサ装置（１２_１～１２_５）のそれぞれに提供する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセンサ装置（１２_１～１２_５）を有するセンサネットワークシステム（１０）であって、前記複数のセンサ装置のそれぞれが、
物理量を検出するとともに、それに対応する測定信号を提供する検出ユニット（１６、１８）と、
前記測定信号を処理するとともに、前記測定信号に基づく測定データ（Ｍ_１～Ｍ_５）を提供する計算ユニット（２０）と、
データインタフェース（２２）であって、前記データインタフェース（２２）を介して出力データ（Ａ_１～Ａ_５）が読み出し可能なデータインタフェース（２２）と、を備え、
中央評価装置（２４）が提供され、前記中央評価装置（２４）は、
前記複数のセンサ装置（１２）のうちの少なくとも２つのセンサ装置（１２）の前記測定データ（Ｍ_１～Ｍ_５）に基づいて、中央評価アルゴリズムにより前記少なくとも２つのセンサ装置（１２_１～１２_５）についての個別の出力データ（Ａ_１～Ａ_５）を決定して、
決定した前記出力データ（Ａ_１～Ａ_５）を、それぞれの前記センサ装置（１２_１～１２_５）に提供する、センサネットワークシステム（１０）。

【請求項2】

前記中央評価装置（２４）は、前記複数のセンサ装置（１２_１～１２_５）のうちのいずれか１つの前記計算ユニット（２０）により構成される、請求項１に記載のセンサネットワークシステム（１０）。

【請求項3】

前記中央評価装置（２４）は、
前記中央評価アルゴリズムの中間値（Ｚ_１～Ｚ_５）を計算するための少なくとも２つのサブ計算コマンド（Ｔ_１～Ｔ_５）を生成して、
前記少なくとも２つのサブ計算コマンド（Ｔ_１～Ｔ_５）を、前記少なくとも２つの異なるセンサ装置（１２_１～１２_５）の前記計算ユニット（２０）に提供して、
前記少なくとも２つの異なるセンサ装置（１２_１～１２_５）の前記計算ユニット（２０）において、前記少なくとも２つのサブ計算コマンド（Ｔ_１～Ｔ_５）により計算された前記中間値（Ｚ_１～Ｚ_５）を、前記少なくとも２つの異なるセンサ装置（１２_１～１２_５）から受信または取得する、請求項１に記載のセンサネットワークシステム（１０）。

【請求項4】

前記複数のセンサ装置（１２_１～１２_５）のそれぞれは、ジャイロセンサユニット（１６）および／または加速度センサユニット（１８）を備え、
前記複数のセンサ装置（１２_１～１２_５）は、機械（１）の異なる可動部（２、３、４、５、６）にそれぞれ取り付けられており、
前記複数のセンサ装置（１２_１～１２_５）の前記出力データ（Ａ_１～Ａ_５）は、前記機械（１）のそれぞれの異なる可動部（２、３、４、５、６）の空間位置および／または向きを示している、請求項１から３までのいずれか１項に記載のセンサネットワークシステム（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のセンサ装置を有するセンサネットワークシステムに関し、それぞれのセンサ装置は、物理量を検出するととともに、それに対応する測定信号を提供する検出ユニットと、測定信号を処理するととともに、その測定信号に基づく測定データを提供する計算ユニットと、データインタフェース（２２）であって、このデータインタフェース（２２）を介して出力データ（Ａ_１～Ａ_５）が読み出し可能なデータインタフェース（２２）と、を有する。

【背景技術】

【0002】

このようなセンサネットワークシステムは、例えば、機械または産業設備の監視に使用可能であり、個々のセンサ装置は、通常、機械または産業設備の異なる部分にそれぞれ配置される。

【0003】

複数のセンサ装置を有するセンサネットワークシステムは、例えば、ＷＯ２０２１／０５２５８５Ａ１により公知であり、すべてのセンサ装置の出力データは、ベースステーションに送信され、その後、ベースステーションから外部に読み出される。センサ装置の個別の出力データは、それぞれのセンサ装置により別々に決定されるので、それぞれのセンサ装置には、相応に高性能な計算ユニットを設けることが必須である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような背景を鑑みて、効率的なセンサネットワークシステムを提供することが課題となっている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この課題は、主たる請求項１の特徴を有するセンサネットワークシステムによって解決される。

【0006】

本発明によるセンサネットワークシステムは、複数の同一のセンサ装置を備えることが好ましい。ただし、センサネットワークシステムは、原理的には、いくつかの異なる型式のセンサ装置を備えて、それらを相互接続することも可能である。複数のセンサ装置は、データ送信ネットワークにより（例えば、データバスにより）公知の方法で相互接続されることで、個別のセンサ装置と、存在し得るセンサネットワークシステムの他の参加者と、の間のデータ交換を可能にする。

【0007】

本発明の各センサ装置は、物理量を検出するととともに、それに対応する測定信号を供給する少なくとも１つの検出ユニットを備える。センサ装置は、複数の異なる物理量を検出する複数の検出ユニットを備えることがより有利である。

【0008】

本発明の各センサ装置は、少なくとも１つの測定信号を処理するととともに、その少なくとも１つの測定信号に基づく測定データを提供する計算ユニットをさらに備える。一般的には、計算ユニットは、マイクロコントローラや、いわゆるシステムオンチップ（ＳｏＣ）、ならびにデータ格納装置を含む。

【0009】

センサユニットから提供される測定信号は、アナログ信号であり得る。そして、その振幅および／または周波数から、それぞれの物理量を導出可能である。この形態では、計算ユニットは、アナログ測定信号を測定信号値のデジタルデータストリームに変換するいわゆるアナログ－デジタル変換器を備える。ただし、測定信号は、少なくとも１つの測定値を含むデジタル信号（すなわち、デジタルデータストリーム）であり得る。原則として、測定信号は、センサユニットが検出した物理量に関する情報を送信することが可能な任意の信号であり得る。

【0010】

計算ユニットから提供される測定データは、測定信号から導出されるか、または測定信号により送信されており、センサユニットにより検出された物理量を示す測定値を含むことが一般的である。しかしながら、測定データは、測定信号周波数の値、測定信号振幅の値、および／または（アナログ）測定信号の個別の測定信号の値を含むことも想定される。原則として、計算ユニットから提供される測定データは、測定信号に基づいて決定される任意の形式のデジタルデータであり得る。

【0011】

本発明のそれぞれのセンサ装置は、少なくとも１つのデータインタフェースをさらに備え、このデータインタフェースを介して、測定データに基づいて決定される出力データを読み出し可能である。センサ装置は、無線データインタフェースを備えることが好ましい。特に、遠隔データ処理ユニットとのデータ交換を行うモバイル無線インタフェース、ならびにセンサネットワークシステムの他の参加者とのデータ交換を行う有線データインタフェースを備えることがより好ましい。

【0012】

本発明において、センサネットワークシステムは、少なくとも２つのセンサ装置からの、好ましくは、全てのセンサ装置からの測定データの提供を受ける中央評価装置を備える。そのため、各センサ装置は、測定データを中央評価装置に能動的に送信するように構成され得、および／または中央評価装置は、各センサ装置から測定データを取得するように構成され得る。中央評価アルゴリズムは、通常、実行可能な計算プログラムの形態で中央評価装置に格納され、センサ装置からの測定データを入力として受信して、個別のセンサ装置向けに個別の出力データを出力として提供する。したがって、中央評価装置は、少なくとも２つのセンサ装置の測定データに基づいた少なくとも２つのセンサ装置からの個別の出力データを、中央評価アルゴリズムにより決定するように構成される。このように、それぞれのセンサ装置に特有の個別の出力データが、これらのセンサ装置のそれぞれについて決定される。本発明では、中央評価装置はさらに、決定された出力データをそれぞれのセンサ装置に提供するように構成されているので、出力データは、個々のセンサ装置のそれぞれのデータインタフェースをから読み出し可能である。

【0013】

中央評価装置は、本発明によるセンサネットワークシステムの複数のセンサ装置のうちの少なくとも２つについて、好ましくは本発明によるセンサネットワークシステムの全てのセンサ装置について、測定データの中央評価を実行するように構成される。その結果、中央評価装置は、各センサ装置に相応に高性能な計算ユニットを配置しなくても、比較的複雑な評価アルゴリズムの実行が可能である。これにより、効率的なセンサネットワークシステムが提供される。

【0014】

中央評価装置は、センサ装置のうちの１つの計算ユニットによって構成されることが好適であり、それにより、センサネットワークシステム内に中央評価装置用の別個の装置を設ける必要がなくなる。それぞれの計算ユニットは、中央評価アルゴリズムを実行するために比較高性能なマイクロコントローラを備えることが一般的である。基本的には、複数のセンサ装置の計算ユニットが中央評価装置を構成するように設定され、これらが交代で機能を引き継ぐことも想到し得る。これにより、特に効率的で汎用的なセンサネットワークシステムが提供される。

【0015】

中央評価装置は、中央評価アルゴリズムの中間値を計算するための少なくとも２つのサブ計算コマンドを生成して、少なくとも２つのサブ計算コマンドを少なくとも２つの異なるセンサ装置の計算ユニットに提供して、少なくとも２つの異なるセンサ装置の計算ユニットにおいて、少なくとも２つのサブ計算コマンドにより計算された中間値を少なくとも２つの異なるセンサ装置から受信または取得するように構成されることがより有利である。サブ計算コマンドは、あらゆる複雑さも有し得、中央評価アルゴリズムの２つ以上の中間値を決定するように設計することも可能である。中央評価装置は、それぞれのサブ計算コマンドを異なる計算ユニットに提供するように構成されることが好ましい。中央評価アルゴリズムを複数のサブ計算コマンドに分割して、これらのサブ計算コマンドを複数のセンサ装置の計算ユニットで実行することにより、比較的複雑な評価アルゴリズムの実行が可能になるから、そのために特別に高性能な計算ユニットを設ける必要はない。これにより、特に汎用的なセンサネットワークシステムを提供する。

【0016】

各センサ装置は、ジャイロセンサユニットおよび／または加速度センサユニットを備え、各センサ装置は、機械の異なる可動部に取り付けられ、センサ装置の出力データは、機械のそれぞれの取り付け部分の空間位置および／または向きを示すことが好ましい。中央評価アルゴリズムを有する中央評価装置により、全ての機械部品の測定データを中央評価アルゴリズムで使用可能であるため、それぞれの機械部品の位置および／または位置合わせを特に正確に決定し得る。ジャイロセンサユニットおよび／または加速度センサユニットを有するセンサ装置は、たとえば角速度センサ、ジャイロ装置、加速度計、加速度センサ、加速計、周期振動センサ、震動センサ、Ｇセンサ、Ｂメータ、または慣性測定ユニットとも称される。機械は、ブームの空間位置および向きの検出を可能にするためにセンサ装置をブームの異なる部分に配置された建設機械、特に掘削機またはクレーンであることが、より好ましい。

【0017】

以下、本発明に係るセンサネットワークシステムの実施形態を、添付図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明によるセンサネットワークシステムの掘削機への配置を示す概略図である。

【図2】図２は、図１のセンサネットワークシステムのセンサ装置の概略図である。

【図3】図３は、図１のセンサネットワークシステムにおいて、出力データを決定する際のセンサ装置間のデータ交換の概要を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に、下部走行体２と、下部走行体２に旋回可能に支持された上部旋回体３と、上部旋回体３に旋回可能に取り付けられたブーム４と、ブーム４に旋回可能に取り付けられたアーム５と、アーム５に旋回可能に取り付けられたバケット６と、を有する掘削機１を示す。

【0020】

図１は、本発明によるセンサネットワークシステム１０も概略的に示しており、このセンサネットワークシステム１０は、掘削機１の空間位置および向き、ならびに掘削機１のそれぞれの可動部である、下部走行体２、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６の空間位置および向きを検出するように掘削機１に配置されている。

【0021】

センサネットワークシステム１０は、データ送信ネットワーク１４により相互接続された５つのセンサ装置１２_１～１２_５を備える。第１センサ装置１２_１は上部旋回体３に配置され、第２センサ装置１２_２は下部走行体２に配置され、第３センサ装置１２_３はブーム４に配置され、第４センサ装置１２_４はアーム５に配置され、第５センサ装置１２_５はバケット６に配置されている。

【0022】

本実施形態では、５つのセンサ装置１２_１～１２_５は、実質的に同一のもので構成される。したがって、図２および以下の説明において、センサ装置１２_１～１２_５の全部について述べるとき、またはセンサ装置１２_１～１２_５のうちの任意の１つについて述べるときは、インデックス_１～_５を伴わない包括的な参照番号を使用して簡略化する。

【0023】

本実施形態では、各センサ装置１２は、２つの検出ユニット１６、１８を備える。第１検出ユニット１６は、３つの空間軸に沿った旋回速度を検出し、それらをデジタル旋回速度測定信号として提供するように構成された３軸ジャイロスコープセンサユニットである。第２検出ユニット１８は、３つの空間軸に沿った加速度を検出し、それらをデジタル加速度測定信号として提供するように構成された３軸加速度センサユニットである。

【0024】

各センサ装置１２は、第１検出ユニット１６および第２検出ユニット１８の両方に接続され、旋回速度測定信号および加速度測定信号を受け取る計算ユニット２０を更に備える。計算ユニット２０は、旋回速度測定信号および加速度測定信号を処理するととともに、これらに基づく測定データＭを提供するように構成される。測定データＭは、ジャイロセンサユニットの３つの空間軸の旋回速度測定値と、加速度センサユニットの３つの空間軸の加速測定値とを含む。

【0025】

各センサ装置１２は、データインタフェース２２をさらに備え、決定された出力データＡは、このデータインタフェース２２によりセンサ装置１２から読み出し可能である。本実施形態では、データインタフェース２２は、データ送信ネットワーク１４との接続にも使用される。ただし、センサネットワークシステム１０をデータ送信ネットワーク１４に接続するため、および出力データＡの読み出すために、異なるデータインタフェースが提供され得る。

【0026】

センサネットワークシステム１０は、本実施形態では第１センサ装置１２_１の計算ユニット２０で構成される中央評価装置２４を備える。中央評価装置２４は、第２センサ装置１２_２の測定データＭ_２、第３センサ装置１２_３の測定データＭ_３、第４センサ装置１２_４の測定データＭ_４、および第５センサ装置１２_５の測定データＭ_５を、データ送信ネットワーク１４から取得するように構成される。中央評価装置２４は、第１センサ装置１２_１の測定データＭ_１も取得する。

【0027】

中央評価装置２４は、複数のセンサ装置１２_１～１２_５の測定データＭ_１～Ｍ_５に基づいて各センサ装置１２_１～１２_５の個別の出力データＡ_１～Ａ_５を決定するように設計された中央評価アルゴリズムを備える。本実施形態では、５つの決定された出力データＡ_１～Ａ_５は、少なくとも、それぞれのセンサ装置１２の傾斜、つまり、掘削機１のそれぞれの部分である、下部走行体２、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６の傾斜を示す。

【0028】

本実施形態では、中央評価装置２４は、少なくとも２つのサブ計算コマンドＴを生成するように構成される。それぞれの中央評価装置２４は、中央評価アルゴリズムの中間値Ｚを決定して、それぞれのサブ計算コマンドＴを複数のセンサ装置１２_１～１２_５のうちの１つのセンサ装置の計算ユニット２０に提供するように設計される。

【0029】

図３に示す例では、中央評価装置２４が、５つのサブ計算コマンドＴ_１～Ｔ_５を生成する。第１サブ計算コマンドＴ_１は、中央評価装置２４を形成する第１センサ装置１２_１の計算ユニット２０で実行される。第２サブ計算コマンドＴ_２は、中央評価装置２４からデータ送信ネットワーク１４を経由して第２センサ装置１２_２の計算ユニット２０に提供されて、そこで実行される。第３サブ計算コマンドＴ_３は、中央評価装置２４からデータ送信ネットワーク１４を経由して第３センサ装置１２_３の計算ユニット２０に提供されて、そこで実行される。第４サブ計算コマンドＴ_４は、中央評価装置２４からデータ送信ネットワーク１４を経由して第４センサ装置１２_４の計算ユニット２０に提供されて、そこで実行される。そして、第５サブ計算コマンドＴ_５は、中央評価装置２４からデータ送信ネットワーク１４を経由して第５センサ装置１２_５の計算ユニット２０に提供されて、そこで実行される。

【0030】

さらに、本実施形態では、中央評価装置２４は、それぞれのセンサ装置１２の計算ユニット２０においてサブ計算コマンドＴが計算した中間値Ｚを、それぞれのセンサ装置１２から取得するように構成される。

【0031】

図３に示す例では、第２センサ装置１２_２の計算ユニット２０において第２サブ計算コマンドＴ_２が計算した第２中間値Ｚ_２、第３センサ装置１２_３の計算ユニット２０において第３サブ計算コマンドＴ_３が計算した第３中間値Ｚ_３、第４センサ装置１２_４の計算ユニット２０において第４サブ計算コマンドＴ_４が計算した第４中間値Ｚ_４、および第５センサ装置１２_５の計算ユニット２０において第５サブ計算コマンドＴ_５が計算した第５中間値Ｚ_５を、中央評価装置２４が、それぞれのセンサ装置１２からデータ送信ネットワーク１４を経由して取得する。中央評価装置２４は、第１センサ装置１２_１の計算ユニット２０で計算された第１中間値Ｚ_１も取得する。

【0032】

計算されたすべての中間値Ｚ_１～Ｚ_５は、中央評価アルゴリズムに提供されて、中央評価アルゴリズムは、それに基づいて５つのセンサ装置１２_１～１２_５の５つの個別の出力データＡ_１～Ａ_５を決定する。

【0033】

中央評価装置２４はさらに、決定された出力データＡ_１～Ａ_５をそれぞれのセンサ装置１２に提供するように構成される。特に、中央評価装置２４は、決定された第２出力データＡ_２をデータ送信ネットワーク１４により第２センサ装置１２_２に送信して、決定された第３出力データＡ_３をデータ送信ネットワーク１４により第３センサ装置１２_３に送信して、決定された第４出力データＡ_４をデータ送信ネットワーク１４により第４センサ装置１２_４に送信して、そして、決定された第５出力データＡ_５を、データ送信ネットワーク１４により第５センサ装置１２_５に送信するように構成される。決定された第１出力データＡ_１は、第１センサ装置１２_１に格納され、その計算ユニット２０は、中央評価装置２４を構成する。

【0034】

出力データＡ_１～Ａ_５は、それぞれのセンサ装置１２のデータインタフェース２２から読み出される。特に、第１出力データＡ_１は、第１センサ装置１２_１のデータインタフェース２２から読み出し可能であり、第２出力データＡ_２は、第２センサ装置１２_２のデータインタフェース２２から読み出し可能であり、第３出力データＡ_３は、第３センサ装置１２_３のデータインタフェース２２から読み出し可能であり、第４出力データＡ_４は、第４センサ装置１２_４のデータインタフェース２２から読み出し可能であり、そして、第５出力データＡ_５は、第５センサ装置１２_５のデータインタフェース２２から読み出し可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ 掘削機
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
１０ センサネットワークシステム
１２ センサ装置
１４ データ送信ネットワーク
１６ 第１検出ユニット（ジャイロセンサユニット）
１８ 第２検出ユニット（加速度センサユニット）
２０ 計算ユニット
２２ データインタフェース
２４ 中央評価装置
Ａ 出力データ
Ｍ 測定データ
Ｔ サブ計算コマンド
Ｚ 中間値

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】