CN110192126A - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

提供能够以优良的可靠性而检测出作业者等对自动装置的移动部进行的接近或者接触的、新构造的传感器装置。一种传感器装置(10)，其对检测对象(A)与在自动装置(12)中设置的能够移动的移动部(18)之间的接近或者接触进行检测，该传感器装置(10)具备在从移动部(18)离开的位置对检测对象(A)进行检测的第一传感器(26)，且具备在比第一传感器(26)靠近移动部(18)的位置对检测对象(A)进行检测的第二传感器及在比第一传感器(26)靠近移动部(18)的位置对检测对象(A)进行检测的第三传感器，由第二传感器和第三传感器的双方在与第一传感器(26)能够检测到的位置相比而靠近移动部(18)的位置检测检测对象(A)向移动部(18)的接近。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及对工业用机器人等自动装置的移动部与检测对象的接近或者接触进行检测的传感器装置。

背景技术

以往，例如由于工业自动化的推进，在工厂等中普遍地应用有工业用机器人、无人搬运车(AGV)等自动装置。为了执行规定的作业，上述那样的自动装置的整体或者一部分如工业用机器人的机械臂等那样，被设为能够移动的移动部。

然而，随着采用与人类作业者在同一空间内进行作业的协作机器人等自动装置的情况不断增加，通过取代安全护栏的手段来防止自动装置的移动部与作业者之间的碰撞，并实现安全性的提高，越发变得必要。例如，在工业用机器人与作业者在同一空间内进行作业的情况下，重要的是，在工业用机器人的机械臂等进行动作时，防止机械臂等与作业者自身、作业者所使用的工具等其他构件发生碰撞而引起事故，并避免接触时作业者受伤、机械臂或者工具等物品的损伤。

因此，在日本专利第5805208号公报(专利文献1)中，提出了一种安全装置，其通过基于第一传感器装置和第二传感器装置的检测结果来对操作装置的抓臂的动作进行控制，从而能够避免碰撞。该安全装置具备距操作装置的距离较小的第一传感器装置、以及与第一传感器装置相比而距操作装置的距离较大的第二传感器装置，通过在第二传感器装置有反应的情况下，使操作装置的速度比通常减小，并且在第一传感器装置有反应的情况下，使操作装置的动作停止，从而防止操作装置与作业者等之间的接触。

然而，在专利文献1的安全装置中，由于在距操作装置较近的位置处对作业者等进行检测的第一传感器装置因故障等而没有正常地工作的情况下，不能避免操作装置与作业者等之间的碰撞，因此需要进一步地提高可靠性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5805208号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明以上述情况为背景而完成，其解决的问题在于，提供能够以优良的可靠性而检测出作业者等相对于自动装置的移动部的接近或者接触的、新构造的传感器装置。

解决问题的手段

以下，对为了解决上述那样的问题而完成的本发明的方式进行记载。此外，能够尽可能地以任意的组合来采用以下所记载的各方式中所采用的构成要素。

即，本发明的第一方式，是对检测对象与在自动装置中设置的能够移动的移动部的接近或者接触进行检测的传感器装置，所述传感器装置的特征在于，所述传感器装置具备在从所述移动部离开的位置对所述检测对象进行检测的第一传感器，并且具备在比该第一传感器靠近该移动部的位置对该检测对象进行检测的第二传感器、以及在比该第一传感器靠近该移动部的位置对该检测对象进行检测的第三传感器，由该第二传感器和该第三传感器的双方在与该第一传感器能够检测到的位置相比而靠近该移动部的位置来检测该检测对象向该移动部的接近。

根据设为按照上述那样的第一方式的构造而制成的传感器装置，能够通过三个传感器并以较高的可靠性检测出检测对象相对于自动装置的移动部的接近或者接触。尤其是，在与第一传感器的检测区域的远端相比而靠近移动部的位置，形成为由第二传感器和第三传感器的双方来对检测对象的接近或者接触进行检测。由此，在检测对象与移动部之间的碰撞危险性更高的接近状态下，通过两个传感器来对检测对象进行双重地检测，从而实现可靠性更优良的检测，例如，能够更可靠地防止检测对象与移动部的碰撞，并且即使在第二传感器和第三传感器中任一者因故障等而没有进行有效地工作的情况下，也能够避免检测对象与移动部的碰撞。

进一步地，由于第一传感器的检测区域的远端设定于与第二传感器的检测区域以及第三传感器的检测区域相比而远离移动部的位置，因此能够在由第一传感器在从移动部离开的位置检测到检测对象的接近后，由第二传感器和第三传感器检测出检测对象的进一步的接近。由此，设为能够进行与移动部和检测对象的距离相应的移动部的控制等，例如，还能够进行与由第一传感器检测到的接近对应地、使移动部减速，并且与由第二传感器和第三传感器检测到的进一步的接近对应地、使移动部停止等，基于三个传感器的检测结果来进行移动部的阶段式控制。

本发明的第二方式为，在第一方式中记载的传感器装置的基础上，所述第二传感器的检测区域和所述第三传感器的检测区域的在从所述移动部离开的方向上的范围彼此不同。

根据第二方式，在与第一传感器的检测区域的远端相比而靠近移动部的位置，能够由第二传感器和第三传感器阶段式地检测出检测对象向移动部的接近。例如，在设定为第二传感器的检测区域达到与第三传感器的检测区域相比而远离移动部的位置的情况下，能够由第二传感器检测出检测对象向移动部的接近，并且能够由第三传感器检测出检测对象向移动部的进一步的接近或者接触。由此，还能够在与由第二传感器检测出检测对象对应地、使移动部进一步地减速后，进行与由第三传感器检测出检测对象对应地、使移动部停止等，基于第二传感器以及第三传感器的检测结果而进行的移动部的阶段式控制。另外，例如，还能够在通常时基于第二传感器的检测结果来控制移动部的停止，而将第三传感器设为在第二传感器发生故障时等而发挥功能的预备性传感器。

本发明的第三方式为，在第一方式或第二方式中记载的传感器装置的基础上，所述第二传感器的检测区域和所述第三传感器的检测区域彼此重叠。

根据第三方式，在第二传感器的检测区域和第三传感器的检测区域彼此重叠的位置，能够由第二传感器和第三传感器对检测对象进行双重检测，从而实现检测精度的提高、检测的可靠性的提高等。

本发明的第四方式为，在第一方式～第三方式中任一方式中记载的传感器装置的基础上，所述第二传感器和所述第三传感器的至少一方被设为检测所述检测对象对所述移动部的接触的接触传感器。

根据第四方式，通过将第二传感器和第三传感器的至少一方设为接触传感器，能够实现检测的可靠性的提高，并且例如若设为通过检测出检测对象和移动部的接触而使移动部停止，则能够防止移动部进行不必要的停止。

本发明的第五方式为，在第四方式中记载的传感器装置的基础上，被设为接触传感器的所述第二传感器和所述第三传感器的至少一方具有在设为能够弹性变形的电介质层的表面上固定有设为能够变形的第一电极和第二电极的各一方的构造，并被设为静电容量型传感器，所述静电容量型传感器基于静电容量值的变化来检测相对于所述第一电极和所述第二电极的间隔了该电介质层的对置部分而作用于对置方向的压力。

根据第五方式，通过将接触传感器设为具有能够变形的电介质层和电极的、柔软的静电容量型传感器，实现优良的检测精度，并且形成为易于缓和在检测对象的接触时作用于检测对象的力，从而实现安全性的进一步的提高。

本发明的第六方式为，在第一方式～第五方式中任一方式中记载的传感器装置的基础上，所述第二传感器和所述第三传感器通过彼此相同的检测原理来检测所述检测对象。

根据第六方式，通过将第二传感器和第三传感器的检测原理设为相同，能够将上述第二传感器和第三传感器的检测电路设为相同的构造，从而能够容易制造第二传感器和第三传感器的检测电路。

本发明的第七方式为，在第六方式中记载的传感器装置的基础上，所述第二传感器和所述第三传感器共用一个检测电路。

根据第七方式，通过在第二传感器和第三传感器间共用一个检测电路，能够实现构造的简化、检测电路的配设空间的节省等。

本发明的第八方式为，在第一方式～第七方式中任一方式中记载的传感器装置的基础上，所述第一传感器设为能够在与所述移动部所能够移动的危险区域相比而靠外侧处检测出所述检测对象。

根据第八方式，能够在进入可能产生与移动部的碰撞的危险区域前，通过第一传感器而检测出检测对象。另外，在如机械臂机器人那样移动部的移动被限定于规定的范围内的情况下，作为第一传感器而能够采用具有固定的检测区域的传感器，从而能够易于进行第一传感器的设置等，并且实现提高第一传感器的检测的可靠性等。

本发明的第九方式为，在第一方式～第八方式中任一方式中记载的传感器装置的基础上，在所述移动部的外侧配置有缓冲用的弹性缓冲层，所述第二传感器和所述第三传感器相对于该移动部配置在比该弹性缓冲层靠外侧处。

根据第九方式，通过弹性缓冲层的缓冲性而减少检测对象接触移动部时的作用力。而且，通过将第二传感器和第三传感器配置于比弹性缓冲层靠外侧处，从而即使第二传感器和第三传感器的至少一方是接触传感器，也能够抑制弹性缓冲层对检测精度的影响。

本发明的第十方式为，在第一方式～第九方式中任一方式中记载的传感器装置的基础上，在所述第二传感器和所述第三传感器之间配置有中间缓冲层。

根据第十方式，通过中间缓冲层的缓冲性而减少检测对象接触移动部时的作用力。进一步地，通过在第二传感器和第三传感器之间配置中间缓冲层，还能够通过中间缓冲层来调节第二传感器和第三传感器的检测灵敏度等。

本发明的第十一的方式为，在第十方式中记载的传感器装置的基础上，所述第二传感器被设为对所述检测对象的接触进行检测的接触传感器，所述中间缓冲层配置于比该第二传感器靠外侧处，并且该中间缓冲层中的向该第二传感器的重叠面被设为具备朝向该第二传感器突出的凸部的凹凸面形状。

根据第十一的方式，通过使中间缓冲层的凸部与第二传感器的检测部分重叠，例如，能够对在检测对象的接触时作用于第二传感器的检测部分的力因中间缓冲层的缓冲性而减少的情况进行抑制，从而能够灵敏度良好地实现第二传感器对接触的检测。

发明效果

根据本发明，能够通过三个传感器以较高的可靠性来对检测对象相对于自动装置的移动部的接近或者接触进行检测，尤其是，在比第一传感器的第一检测区域靠近移动部的位置，实现由两个传感器进行的可靠性优良的检测。而且，能够由第一传感器在从移动部离开的位置检测出检测对象的接近，并且由第二传感器和第三传感器检测出检测对象的进一步的接近，例如还能够基于三个传感器的检测结果来进行移动部的阶段式控制。

附图说明

图1是对具备作为本发明的第一实施方式的传感器装置的机器人进行表示的侧视图。

图2是对图1所示的机器人的机械臂的一部分进行概要性表示的剖视图。

图3是以分解状态对图2所示的第二传感器进行概要性表示的立体图。

图4是包括图2所示的第二传感器、第三传感器以及它们的检测电路在内的硬件的框图。

图5是通过图4所示的硬件所实现的主要功能的框图。

图6是包括图2所示的第二传感器、第三传感器以及它们的检测电路在内的其他方式的硬件的框图。

图7是对作为本发明的其他一个实施方式的机械臂的一部分进行概要性表示的剖视图。

图8是对作为本发明的另一个实施方式的机械臂的一部分进行概要性表示的剖视图。

图9是对构成具备作为本发明的第二实施方式的传感器装置的机器人的机械臂的一部分进行概要性表示的剖视图。

图10是对作为本发明的额外一个实施方式的机械臂的一部分进行概要性表示的剖视图。

图11是对具备作为本发明的第三实施方式的传感器装置的机器人进行表示的侧视图。

图12是对图11所示的机器人的机械臂的一部分进行概要性表示的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

在图1中，示出了作为自动装置的机器人12，该机器人12具备作为本发明的第一实施方式的传感器装置10。机器人12具有将作为移动部的机械臂18以能够移动的方式安装于在地板14上固定设置的支承台16而成的构造，在支承台16以及机械臂18上设置的传感器装置10设为对机械臂18与作为检测对象的作业者A之间的接近或者接触进行检测。

更详细地，由支承台16支承的机械臂18，具备设为通过关节部而相互连接且能够相对倾动的链节20a、20b、20c、20d，链节20a能够倾动地连接于支承台16，并且在链节20d上设置有把持部22作为端部执行器。

此外，在本实施方式中，虽然连接各链节20a～20d的关节部分、以及链节20a和支承台16之间的连接部分均设为能够以沿图1的纸面正交方向而延伸的转动轴24为中心而进行倾动，但是机器人12例如也能够进行以沿图1的上下方向、左右方向而延伸的转动轴为中心的倾动、以及绕链节中心轴进行的扭转等。另外，作为机械臂18的端部执行器而举例示出了把持部22，但是也能够根据机器人12所进行的作业而采用吸附手等各种公知的端部执行器。

另外，在支承台16上设置有构成传感器装置10的第一传感器26。第一传感器26是能够对距离支承台16相对较远的位置处的作业者A进行检测的传感器，例如设为是激光传感器、超声波传感器等，能够通过从支承台16朝向前方照射激光、超声波，从而在从支承台16以及机械臂18离开的位置对从前方向支承台16接近的作业者A进行检测。如在图1中以双点划线所示，第一传感器26能够检测出作业者A的第一检测区域28，从支承台16朝向前方延伸，与后述的第二检测区域38以及第三检测区域56相比而达到距机器人12更远的位置。进一步地，第一检测区域28沿图1中的纸面正交方向而以规定的宽度扩展为带状或者扇状。

在本实施方式中，第一传感器26设置于不进行移动的支承台16上，第一传感器26的第一检测区域28包括作为机械臂18所能够移动的范围的危险区域29，并扩展至危险区域29的周围。由此，第一传感器26设为能够在与图1中以单点划线所示出的危险区域29相比而靠外侧处对作业者A进行检测，从而能够在作业者A进入危险区域29之前而检测出作业者A。虽然如此，第一检测区域28例如也能够设定为伴随着机械臂18的移动而变化。

本实施方式的危险区域29设定为在规定的高度而沿水平方向延伸，如在图1中以单点划线示出那样设定于支承台16的前方。危险区域29不一定必须是因机械臂18能够移动而能够产生作业者A与机械臂18的碰撞的区域的整体，也可以是能够产生作业者A与机械臂18的碰撞的区域的一部分。具体地，危险区域29例如可以仅设定于作业者A所能够接近的、机械臂18的前方，也可以仅设定于高度方向的一部分，有时在作业者A的接近不会产生问题的机械臂18的上方不设定危险区域29。而且，通过将第一传感器26的第一检测区域28设定为扩展至比危险区域29更靠外侧，能够在作业者A和机械臂18进行接触之前由第一传感器26检测出作业者A。

此外，第一传感器26不限于设置在支承台16的激光传感器或者超声波传感器，而可以采用能够实现作为目的的第一检测区域28的各种公知的传感器。具体地，除了例如在支承台16及其周围设置光幕、光电传感器等以外，通过在位于支承台16的前侧的地板14的表面上铺设毯状的面压传感器，也能够构成对作业者A向支承台16的接近进行检测的第一传感器26等。

另外，如图2所示，在链节20的外侧，分别设置有屏蔽层30。屏蔽层30设置为用于屏蔽从在屏蔽层30的内侧配置的机械臂18向外侧放射的电磁波等，例如由铁、铜、铝合金等导电性金属而形成。例如通过使金属粉末在橡胶、合成树脂等基材中分散而制成的涂料，在由聚对苯二甲酸乙酯(PET)等形成的作为柔软并且有绝缘性的树脂膜的支承体32的表面上，通过丝网印刷等方法，而形成本实施方式的屏蔽层30。然后，通过将支承体32贴合于链节20的表面，从而将屏蔽层30配置为对链节20的外表面进行覆盖。此外，也可以由金属的薄板、筛网来形成屏蔽层30，也能够通过将使金属粉末在基材中分散而制成的涂料直接喷涂在链节20的表面上等而形成涂膜，从而获得屏蔽层30。另外，支承体32的厚度只要设为能够柔软地进行变形即可，无特别限定。

另外，在屏蔽层30的外侧，设置有弹性缓冲层34。弹性缓冲层34由橡胶、树脂弹性体等形成，优选为，设为是连续气泡或者独立气泡的发泡体、或者是混合有上述连续气泡和独立气泡的发泡体。弹性缓冲层34的形成材料虽然没有特别限定，但是能够优选采用例如半硬质的发泡聚氨酯等。虽然如此，弹性缓冲层34也可以由非发泡的橡胶、树脂弹性体来形成。

本实施方式的弹性缓冲层34的处于链节20侧的内表面35设为与有凹凸的链节20的外表面对应的形状，并且其处于与链节20相反的一侧的外表面设为平面。此外，在本实施方式中，虽然屏蔽层30以及支承体32配置于弹性缓冲层34和链节20之间，但是由于屏蔽层30以及支承体32均设为柔软并且足够薄的壁厚且沿链节20的外表面而配置，因此弹性缓冲层34实际上直接地重叠于链节20的外表面。另外，在图2中，虽然概要性地图示了链节20的外表面的凹凸，但是链节20的外表面的凹凸可以由例如机械臂18的控制电路、配线的配设、链节壳体的设计、螺纹紧固构造等而形成。

进一步地，在弹性缓冲层34的外侧，重叠有第二传感器36。第二传感器36是对作为作业者A对机械臂18的最接近状态的接触进行检测的接触传感器，在本实施方式中采用静电容量型的面状压敏传感器。虽然如此，第二传感器36能够采用各种公知的接触传感器，例如，使用压电陶瓷的冲击传感器、电阻膜方式、红外线方式、表面弹性波方式等的触摸传感器、对接触时的弹性层的变形所引起的空气的流动进行检测的流量传感器、膜片开关等均可以被采用。进一步地，可以利用内置于机器人12中的传感器作为第二传感器36，例如，可以采用内置于机器人12中的力传感器、扭矩传感器、编码器传感器等作为第二传感器36。此外，如在图1、图2中以双点划线所示，由第二传感器36能够检测出作业者A的第二检测区域38设定于与第一传感器26的第一检测区域28相比而靠近机械臂18的位置。

如图3所示，本实施方式的第二传感器36具有相对于电介质层40的两面重叠并固定第一电极片44以及第二电极片48的各一方而成的构造，第一电极片44并列地具备多个第一电极42，第二电极片48并列地具备多个第二电极46。

电介质层40是由橡胶、树脂弹性体而形成的能够弹性变形的片状的电绝缘体，优选为，由基本不发生体积变化的非发泡的橡胶而形成。此外，电介质层40能够与后述的第一电极片44以及第二电极片48一体形成。

第一电极片44具有相对于具有电绝缘性且设为片状的基体50而并列地形成多个具有导电性的带状的第一电极42而成的构造。第一电极42通过在橡胶等弹性材料中混合碳填料、金属粉等导电材料而形成，从而形成为能够伸缩变形。此外，第一电极42能够相对于基体50地通过丝网印刷等而形成。

与第一电极片44同样地，第二电极片48具有相对于具有电绝缘性且设为片状的基体50而并列地形成多个有导电性且能够伸缩变形的带状的第二电极46的构造。第二电极46的形成材料、在基体50上的形成方法等，与第一电极42相同。

然后，将第一电极片44和第二电极片48相对于电介质层40而从厚度方向的各一侧进行重叠，并通过粘结、焊接等方法而相互固定，由此形成第二传感器36。在上述电介质层40与第一电极片44和第二电极片48的重叠状态下，第一电极42的长度方向和第二电极46的长度方向设为互不相同的方向，从而上述第一电极42和第二电极46经由电介质层40而相互交叉地对置。由此，在第一电极42和第二电极46的交叉对置部分，分别形成有基于静电容量的变化而对作用于对置方向的压力进行检测的压力检测部52(参照图2)。因此，具有分散地配置有多个压力检测部52的构造的第二传感器36，形成为基于静电容量的变化而检测作用于表面的压力的静电容量型的面压传感器。此外，在图3中，示出了矩形片状的第二传感器36，但是第二传感器36的具体形状可以根据链节20a～链节20d的形状等而适当地设定。另外，第一电极42和第二电极46不限于带状，例如可以设为分别独立的多个点状，并配置为分别对置。

更进一步，在第二传感器36的外侧，重叠有第三传感器54。第三传感器54设为是与第二传感器36相同的接触传感器，由于具有与第二传感器36实际上相同的构造，因此通过在图中标注相同的附图标记而省略详细的说明。另外，由第三传感器54能够检测出作业者A的第三检测区域56，设定为与第一传感器26的第一检测区域28相比而靠近机械臂18的位置。此外，第三传感器54的第三检测区域56设为与第二传感器36的第二检测区域38相同，并设定于彼此重叠的位置，在本实施方式中由于第二传感器36和第三传感器54是接触传感器，因此如图1、图2中以双点划线所示，第二检测区域38和第三检测区域56设定于第三传感器54的表面。

另外，如主要的硬件的框图在图4中所表示的那样，在第二传感器36和第三传感器54上，分别连接有检测电路58a、58b。本实施方式的第二传感器36和第三传感器54均设为是静电容量型传感器，由于是基于静电容量的变化、这样的彼此相同的检测原理而检测作业者A，因此连接于第二传感器36的检测电路58a和连接于第三传感器54的检测电路58b设为是彼此相同的构造。以下，对检测电路58a进行说明，而对于检测电路58b的具体构成，通过在图中标注与检测电路58a相同的附图标记而省略说明。

检测电路58a具有在印刷基板59上安装有各种集成电路、连接器等的构造，在安装于印刷基板59的模拟输入部60上而连接于第二传感器36的第一电极42和第二电极46。另外，检测电路58a具备将第二传感器36的静电容量的检测信号转换为对应的电压的C-V转换电路62，并且具备与C-V转换电路62连接的微型计算机64。该微型计算机64具备对第二传感器36的多个压力检测部52扫描式地流通检测用电流从而分别检测作用于各压力检测部52的压力等、控制第二传感器36所进行的压力的检测的功能。进一步地，微型计算机64具备将从第二传感器36的静电容量的检测信号转换而成的电压信号在通过过滤并降噪后、转换为数字信号的功能。此外，在设置于检测电路58a的电源输入部66上连接有外部的未图示的电源装置，电源装置的直流电流以通过DC-DC转换器68调节电压后的状态，经由电压监视部70供给至微型计算机64。

此外，也可以设为，连接于第二传感器36的检测电路58a的微型计算机64、与连接于第三传感器54的检测电路58b的微型计算机64，通过对第二传感器36的检测结果和第三传感器54的检测结果进行相互比较参照等、而对第二传感器36和第三传感器54是否正常地工作进行相互监视。

然后，检测电路58a、58b的各微型计算机64所生成的数字信号从检测电路58a、58b的数字输出部72、72向外部输出。从检测电路58a、58b输出的数字信号，例如发送至安全装置74、报告装置76等。能够设为：基于从该第二传感器36和第三传感器54的检测信号生成的数字信号，安全装置74执行机械臂18的减速、停止，或者监视器、扬声器等报告装置76例如显示对朝向机械臂18的接近的警报、再启动停止的机械臂18所需要的操作步骤等。

在图5中，示出了通过包括微型计算机64在内的硬件所实现的主要的功能的框图。即，首先，在步骤(以下，称为S)1中，向第二传感器36和第三传感器54的各压力检测部52进行扫描式地供电，并测定各压力检测部52的静电容量。接下来，在S2中，基于第二传感器36和第三传感器54的各压力检测部52的静电容量值来获取作用于各压力检测部52上的压力的值。再接下来，在S3中，将获取的作用压力值与预先输入设定的阈值进行比较，从而对有无作业者A对机械臂18的接触进行判定。在S3中在判定为存在人体的接触的情况下，在S4中，考虑接触的方位、检测出的压力的大小等而输出与接触方位对应的机械臂18的运动速度的抑制信号。基于该速度的抑制信号，安全装置74控制机械臂18的动作(例如，使机械臂18减速或者停止)，并且报告装置76根据需要而执行危险报告警报的发布等。

另外，用于实现图4所示的硬件框构成、与图5所示的功能框构成的具体的硬件的电气元件的电路构造被设计为相同。例如，不仅是图4的模拟输入部60、C-V转换电路62、电压监视部70、数字输出部72、以及输入输出部(I/O)，微型计算机64也可以通过DIP、SIP、PGA、SOJ等各种形式而采用相同的封装。此外，作为微型计算机64，可以利用外部的存储元件，但是也可以是例如具备实现CPU、RAM、ROM等的功能作为目的的逻辑电路的封装件。而且，例如还能够根据需要而仅使设定于微型计算机64的阈值的设定值不同地进行使用。

另外，如图6所示，第二传感器36和第三传感器54也可以连接于一个检测电路77。即，例如微型计算机64具备第二传感器36用的输入输出通道和第三传感器54用的输入输出通道，检测电路77能够并行地执行第二传感器36和第三传感器54的检测工作的控制、检测信号的处理等。在本实施方式中，由于第二传感器36和第三传感器54设为具有基于静电容量的变化而对接触进行检测的相同检测原理的传感器，因此形成为能够在第二传感器36和第三传感器54之间共用一个检测电路77。

本实施方式的传感器装置10构成为包括第一传感器26、第二传感器36以及第三传感器54、第一传感器26的未图示的检测电路、第二传感器36和第三传感器54的检测电路58a、58b、屏蔽层30以及支承体32、弹性缓冲层34，并安装于机器人12的支承台16以及机械臂18上。虽然如此，也能够通过在传感器装置10的基础上进一步地设置其他传感器，从而实现作业者A的检测精度的提高、检测的多阶段化等。

如图1所示，若作为检测对象的作业者A相对于具备设为上述那样的构造的传感器装置10的机器人12而进行接近，则作业者A首先在距机械臂18较远的位置处被第一传感器26检测到。若第一传感器26检测到作业者A，则第一传感器26的检测信号被未图示的检测电路转换为数字信号，并发送至安全装置74、报告装置76等。由此，通过安全装置74来降低机械臂18的移动速度，并且通过报告装置76对作业者A进行警告以使其从机械臂18离开。此外，安全装置74、报告装置76能够容纳于支承台16、链节20中。进一步地，第一传感器26的未图示的检测电路、第二传感器36和第三传感器54的检测电路58a、58b等，也能够容纳于支承台16、链节20中。

减速后的机械臂18的移动速度可以根据由第一传感器26检测到的作业者A距机械臂18的距离等而进行适当设定，例如，通过使其减速至250mm/sec以下，并通过在由第二传感器36以及第三传感器54检测到作业者A对机械臂18的接触的情况下使机械臂18停止，能够使作用于作业者A的力充分变小。

接下来，若作业者A相对于机械臂18而进一步地接近，从而作业者A接触于机械臂18，则作业者A在与第一传感器26的第一检测区域28的远端(前端)相比而靠近机械臂18的位置被第二传感器36和第三传感器54的双方检测到。然后，由第二传感器36和第三传感器54检测出作业者A对机械臂18的接触，并通过将由检测电路58a、58b转换为数字信号的第二传感器36及第三传感器54的检测信号例如发送至安全装置74、报告装置76等，从而安全装置74停止机械臂18的动作，另一方面，报告装置76对作业者A进行警告以使其从机械臂18离开，并且报告装置76显示再启动机械臂18所需要的步骤等。

这样，根据具备本实施方式中的传感器装置10的机器人12，具备在距机械臂18远距离处对作业者A进行检测的第一传感器26、在距机械臂18近距离处对作业者A进行检测的第二传感器36以及第三传感器54这三个传感器。因此，能够基于上述三个传感器26、36、54的各检测结果，而以较高的可靠性来检测作业者A的接近和接触。

而且，在作业者A接触于机械臂18之前，通过设为由第一传感器26检测出作业者A的接近，并使机械臂18减速，从而能够在检测到作业者A对机械臂18的接触的情况下，使机械臂18迅速地停止。因此，因机械臂18的接触而作用于作业者A的力会充分变小，从而能够避免作业者A因接触而感到疼痛、或者机械臂18发生损伤等问题。

进一步地，在比第一传感器26靠近机械臂18的位置，形成为由第二传感器36和第三传感器54的双方来对作业者A进行检测。由此，在作业者A和机械臂18发生接触时，能够以更优良的可靠性来执行机械臂18的停止，并通过减轻作用于作业者A和机械臂18之间的力来实现安全性的提高。

而且，通过将第二传感器36和第三传感器54均设为具有能够变形的电介质层40和电极42、46的柔软的静电容量型传感器，实现优良的检测精度，并且在作业者A和机械臂18发生接触时更为缓和了作用于作业者A的力，从而还实现安全性的进一步的提高。

尤其是在本实施方式中，第二传感器36和第三传感器54均设为是接触传感器，由于第二传感器36的第二检测区域38和第三传感器54的第三检测区域56彼此重叠，因此由第二传感器36和第三传感器54的双方来对作业者A相对于机械臂18的接触进行检测。因此，由于基于机械臂18和作业者A的接触的检测而以更优良的可靠性来执行机械臂18的停止，由此使得在机械臂18和作业者A发生接触时作用的力更可靠地减小，从而实现安全性的进一步的提高。

另外，在本实施方式中，由于第二传感器36和第三传感器54均配置于比弹性缓冲层34靠外侧处，因此能够防止第二传感器36和第三传感器54对作业者A的接触的检测精度因弹性缓冲层34的缓冲性而降低。因此，在机械臂18和作业者A发生接触时，能够在通过弹性缓冲层34的缓冲性减小作用于作业者A的力的同时，通过第二传感器36和第三传感器54而有效地检测出作业者A的接触。

另外，在近距离处对作业者A进行检测的第二传感器36和第三传感器54，均设为基于静电容量的变化而对作业者A的接触进行检测的静电容量型传感器。这样，通过将第二传感器36和第三传感器54设为具有相同检测原理的传感器，形成为能够使用彼此相同的检测电路58a、58b，并因检测电路58a、58b的构造的共通化而使检测电路58a、58b的制造、管理等变得容易。

而且，如图6所示，通过将第二传感器36和第三传感器54的双方连接于一个检测电路77，还能够使第二传感器36和第三传感器54共用检测电路77，从而能够实现构造的简化、节省用于配设检测电路77的空间等。

另外，在本实施方式中，第一传感器26的第一检测区域28固定地设定为包括机械臂18所能够移动的危险区域29的周围。由此，在作业者A进入与机械臂18能够碰撞的危险区域29之前，由第一传感器26在从机械臂18充分远离的位置而检测出作业者A，从而能够在作业者A对机械臂18进行接触之前而充分地使机械臂18减速。

此外，如图7所示，在第二传感器36和第三传感器54之间可以设置中间缓冲层78。该中间缓冲层78例如由与设置于第二传感器36和屏蔽层30之间的弹性缓冲层34相同的弹性材料而形成，并设为大致平板形状。根据具备上述那样的中间缓冲层78的构造，能够使作业者A接触于机械臂18时的缓冲性进一步地提高，并且能够通过中间缓冲层78而分别调节设为是接触传感器的第二传感器36和第三传感器54的检测灵敏度，例如，易于将第二传感器36的检测灵敏度设定为比第三传感器54的检测灵敏度低。

另外，如图8所示，还能够在第二传感器36和第三传感器54之间设置中间缓冲层80，该中间缓冲层80对于第二传感器36的重叠面形成为凹凸面形状。该中间缓冲层80配置于第二传感器36的外侧，并具备朝向第二传感器36而突出的多个凸部82，上述多个凸部82设置于与第二传感器36的多个压力检测部52分别对应的部分，并接触于第二传感器36的压力检测部52。根据以上，在作业者A接触于机械臂18之时，能够一边高效地减小作用于作业者A的力，一边在作为第二传感器36的检测部分的各压力检测部52上，使接触所导致的压力通过凸部82而集中地发生作用，从而以优良的灵敏度而检测出作业者A对机械臂18的接触。此外，与压力检测部52对应的凸部82的方式，只要是能够向压力检测部52高效地传达接触压力即可，例如，除了仅在与凸部82大致相同位置设置压力检测部52外，还可以如图示那样，是设置至少一部分位于压力检测部52上的凸部82等方式。

另外，在图9中，示出了作为自动装置的机器人92的一部分，该机器人92具备作为本发明的第二实施方式的传感器装置90。本实施方式的机器人92具有在链节20的外侧装配有传感器装置90的构造。在以下的说明中，对与第一实施方式实际上相同的构件以及部位，通过在图中标注相同附图标记而省略说明。此外，机器人92的整体与第一实施方式的机器人12相同，在支承机械臂18的未图示的支承台上，设置有与第一实施方式相同的未图示的第一传感器。另外，在图9和后述的图10中，为了方便观看而省略第二传感器36和第三传感器54的电极、电介质层地进行表示，但是上述第二传感器36和第三传感器54的具体的构造与第一实施方式相同。

更详细地，在链节20的外表面上，固定有弹性缓冲层34。弹性缓冲层34的位于链节20侧的内表面35设为与链节20的表面的凹凸对应的面形状，并且弹性缓冲层34的位于与链节20相反的一侧的外表面设为由多个平面而构成。

在弹性缓冲层34的外侧，配置有屏蔽层30和第二传感器36。本实施方式的屏蔽层30印刷于第二传感器36的第二电极片48的表面，屏蔽层30配置于第二传感器36和弹性缓冲层34之间。

进一步地，在第二传感器36的外侧，配置有第三传感器54，第三传感器54的外侧被表皮94覆盖。表皮94由包括皮革、布、乙烯树脂片、橡胶片在内的弹性体片等柔软的材料而形成，其防止污物附着于第三传感器54等。

在具备按照上述那样的本实施方式的构造而制成的传感器装置90的机器人92中，也能够与第一实施方式同样地，通过在从机械臂18离开的较远的位置对检测对象进行检测的未图示的第一传感器、对检测对象相对于机械臂18的接触进行检测的第二传感器36以及第三传感器54，防止机械臂18碰撞作业者等检测对象。

另外，如本实施方式所示，屏蔽层30只要配置于与第二传感器36以及第三传感器54相比而靠近链节20的内侧即可，也能够配置于比弹性缓冲层34靠外侧处。而且，在本实施方式中，通过将屏蔽层30固定于第二传感器36的第二电极片48，而不再需要用于支承屏蔽层30的支承体，从而实现构造的简化、部件件数的削减。

此外，在图9中，示出了将弹性缓冲层34的外表面设为由多个平面组成的大致矩形箱状的例子，这是为了容易理解而进行简化后的例子，作为弹性缓冲层34的外表面的形状，可以优选采用与链节20的表面相比而更容易设计第二传感器36和第三传感器54以及屏蔽层30的任意的面形状。进一步地，例如还能够将弹性缓冲层34的外表面形状设定为构成特定设计的至少一部分。更进一步，被弹性缓冲层34覆盖的链节20的表面形状无特别限定。

另外，如图10所示，配设有支承罩96以对链节20进行覆盖，并且也采用相对于支承罩96的表面而设置屏蔽层30、弹性缓冲层34、第二传感器36和第三传感器54、以及表皮94的构造。本实施方式的支承罩96设为空心箱状，并配置为通过使内部的容纳空间98容纳链节20而包围链节20的外侧。这样，通过由支承罩96覆盖链节20的表面，从而不限于链节20的表面的凹凸地、容易地在链节20的外侧设置屏蔽层30、弹性缓冲层34、第二传感器36和第三传感器54、以及表皮94。

进一步地，在图10中，设为能够在容纳空间98中的支承罩96和链节20之间容纳第二传感器36和第三传感器54的检测电路77等。此外，在图10中，举例示出检测电路77被以固定于支承罩96的状态而配置于容纳空间98的构造，但是例如也可以将配置于容纳空间98的检测电路77等固定于链节20上。

另外，在图11中，表示作为自动装置的机器人102，该机器人102具备作为本发明的第三实施方式的传感器装置100。在本实施方式中，设置于机器人102的机械臂18上的第三传感器106(参照图12)，设为是能够非接触地对处于从机械臂18离开的位置上的作业者A进行检测的接近传感器。

第三传感器106能够采用各种公知的接近传感器，但是优选采用例如对导体或者电介质相对于电极的接近进行检测的静电容量型传感器、光幕或激光传感器等光传感器、超声波传感器等。如图12所示，本实施方式的第三传感器106设为是具有在基体50的上表面印刷形成电极107的构造的静电容量型传感器，形成为将人体等导体(在此为作业者A)向电极107的接近，作为由电极107和导体构成的电容器的静电容量的变化而进行检测。另外，如图11、图12中以双点划线所示，由第三传感器106所能够检测出作业者A的第三检测区域108，设定于与第一传感器26的第一检测区域28相比而靠近机器人12的位置，并且与第二传感器36的第二检测区域38相比而扩展至距机器人12较远的位置。

本实施方式的第三传感器106，设为是能够通过非接触和接触的双方来对作业者A进行检测的传感器。具体地，例如通过采用对人体等导体的接近所引起的静电容量的变化进行非接触地检测的接近检测型的静电容量型传感器来作为第三传感器106，从而在作业者A对机械臂18的非接触状态和接触状态的任一者中，都能够通过第三传感器106而检测出作业者A。由此，第三传感器106的第三检测区域108，与第二传感器36的第二检测区域38相比而扩展至距机械臂18较远的位置，并且与第二检测区域38相同而包括第二传感器36的表面。因此，第三检测区域108设定为一部分与第二检测区域38重叠，并且在相对于机械臂18的离开方向与第二检测区域38不同的范围。

具备设为按照上述那样的本实施方式的构造而制成的传感器装置100的机器人102，由第一传感器26和第三传感器106对作业者A朝向机械臂18的接近进行阶段式地检测，并且由第二传感器36和第三传感器106的双方对作业者A朝向机械臂18的接触进行检测。

即，若作业者A进一步地向与第一传感器26的第一检测区域28的远端相比而靠近机械臂18侧接近，从而作业者A进入第三传感器106的第三检测区域108，则在作业者A和机械臂18接触之前，作业者A被第三传感器106非接触地检测到。然后，若由第三传感器106检测到作业者A对机械臂18的接近，则通过将由检测电路58b转换为数字信号的第三传感器106的检测信号发送至对机械臂18的动作进行控制的未图示的安全装置、进行基于检测结果的显示或发声等的报告装置等，从而安全装置使机械臂18的动作进一步地减速，并且报告装置对作业者A进行警报以使其从机械臂18离开。

由此，在本实施方式中，设为能够在作业者A和机械臂18发生接触前，通过由第一传感器26和第三传感器106检测出作业者A，从而例如阶段式地减小机械臂18的移动速度，并能够在与机械臂18进行接触时使作用于作业者A的力变得更小。此外，可以设为通过由第三传感器106检测出作业者A，并停止机械臂18的移动，在该情况下，在第三传感器106例如发生故障等而不能正确地检测出检测对象的情况下，还能够使第二传感器36作为故障保险(fail safe)而发挥功能。

另外，在本实施方式中，由于第三传感器106设为不仅能够检测出作业者A对机械臂18的接近还能检测出接触，因此虽然形成为由第二传感器36和第三传感器106的双方来检测作业者A对机械臂18的接触，但是第三传感器106也可以设为能够仅以非接触状态而对作业者A向机械臂18的接近进行检测。

在本实施方式中，由于第二传感器36和第三传感器106均设为是静电容量型传感器，因此也能够如第一实施方式的检测电路58a、58b那样采用共通构造的检测电路。进一步地，例如，在第二传感器36和第三传感器106的检测电路58a、58b中，通过使在C-V转换电路62进行信号转换时的系数等彼此不同，或者对第三传感器106的检测信号进行放大，也能够调节第二传感器36和第三传感器106的检测灵敏度。

以上，对本发明的实施方式进行了详述，但是本发明不限于该具体的记载。例如，第二传感器和第三传感器除了组合地采用能够非接触地检测处于从机械臂离开的位置上的检测对象的接近传感器、以及能够对检测对象向机械臂的接触进行检测的接触传感器之外，也可以是双方均为接近传感器，还可以是双方均为接触传感器。

进一步地，第二传感器的第二检测区域和第三传感器的第三检测区域，并非一定要设定为一部分或者全部重叠，也能够设定于没有重叠的部分的不同的范围。在上述那样的情况下，也能够在与第一传感器的第一检测区域的远端相比而靠近机械臂侧，由第二传感器和第三传感器的双方来对检测对象进行检测，并执行机械臂的减速和停止。

另外，第二传感器和第三传感器不限于静电容量型传感器，而能够采用电阻型传感器、激光传感器、超声波传感器等各种公知的接近传感器或者接触传感器。进一步地，作为第二传感器和第三传感器，能够使用对驱动机械臂的关节部的马达的电流进行检测的传感器、对作用于机械臂的关节部的扭矩进行检测的传感器等、内置于自动装置中的传感器。此外，虽然第二传感器和第三传感器优选设为是柔软的传感器，但是只要确保接触时的安全性，也可以是硬质的传感器。

进而，第二传感器和第三传感器也能够如例如静电容量型传感器和电阻型传感器那样，组合地采用基于不同的检测原理而对检测对象进行检测的传感器。根据以上，容易避免第二传感器和第三传感器因特定的条件(大负载的输入、温度环境等)而同时发生故障，从而能够实现可靠性的提高等。

第一传感器除了如上述实施方式那样设置于偏离机械臂等移动部的支承台，对检测对象进入固定地设定的区域进行检测的传感器之外，第一传感器也能够采用设置于移动部、对检测对象进入设定为伴随着移动部的移动而变化的区域进行检测的传感器。

进一步地，第一传感器只要使第一检测区域达到与第二传感器的第二检测区域以及第三传感器的第三检测区域相比而更靠远方的位置即可，例如，也能够采用第二传感器和第三传感器均设为是接触传感器，并且第一传感器设为是在距机械臂较近的位置对检测对象的接近进行检测的静电容量型传感器等接近传感器的构造。

在上述实施方式中，举例示出了作业者A作为由第一传感器～第三传感器进行检测的检测对象，但是检测对象不限于人，也可以是物体。另外，为了减小在检测对象的接触时作用的力，优选的是，配置弹性缓冲层、中间缓冲层那样的缓冲件，但是弹性缓冲层、中间缓冲层并非是必须的。

另外，装配有本发明所涉及的传感器装置的自动装置，不限于上述实施方式示出的工业用机器人，例如，还能够应用于医疗用或者护理用机器人、无人搬运车(AGV)等。此外，在上述实施方式中，举例示出了将自动装置的一部分设为移动部的构造，但是在例如自动装置是AGV的情况下，而将自动装置的整体设为移动部。

附图标记说明

10、90、100：传感器装置；12、92、102：机器人(自动装置)；18：机械臂(移动部)；26：第一传感器；28：第一检测区域；29：危险区域；34：弹性缓冲层；36：第二传感器；38：第二检测区域；40：电介质层；42：第一电极；46：第二电极；54、106：第三传感器；56、108：第三检测区域；58、77：检测电路；78、80：中间缓冲层；82：凸部。

Claims (11)

1.一种传感器装置，是对检测对象与在自动装置中设置的能够移动的移动部的接近或者接触进行检测的传感器装置，所述传感器装置的特征在于，

所述传感器装置具备在从所述移动部离开的位置对所述检测对象进行检测的第一传感器，并且具备在比该第一传感器靠近该移动部的位置对该检测对象进行检测的第二传感器、以及在比该第一传感器靠近该移动部的位置对该检测对象进行检测的第三传感器，

由该第二传感器和该第三传感器的双方在与该第一传感器能够检测到的位置相比而靠近该移动部的位置来检测该检测对象向该移动部的接近。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第二传感器的检测区域和所述第三传感器的检测区域的在从所述移动部离开的方向上的范围彼此不同。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，所述第二传感器的检测区域和所述第三传感器的检测区域彼此重叠。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述第二传感器和所述第三传感器的至少一方被设为检测所述检测对象对所述移动部的接触的接触传感器。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于，被设为接触传感器的所述第二传感器和所述第三传感器的至少一方具有在设为能够弹性变形的电介质层的表面上固定有设为能够变形的第一电极和第二电极的各一方的构造，并被设为静电容量型传感器，所述静电容量型传感器基于静电容量值的变化来检测相对于所述第一电极和所述第二电极的间隔了该电介质层的对置部分而作用于对置方向的压力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述第二传感器和所述第三传感器通过彼此相同的检测原理来检测所述检测对象。

7.根据权利要求6所述的传感器装置，其特征在于，所述第二传感器和所述第三传感器共用一个检测电路。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述第一传感器设为能够在与所述移动部所能够移动的危险区域相比而靠外侧处检测出所述检测对象。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置，其特征在于，在所述移动部的外侧配置有缓冲用的弹性缓冲层，所述第二传感器和所述第三传感器相对于该移动部配置在比该弹性缓冲层靠外侧处。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器装置，其特征在于，在所述第二传感器和所述第三传感器之间配置有中间缓冲层。

11.根据权利要求10所述的传感器装置，其特征在于，所述第二传感器被设为对所述检测对象的接触进行检测的接触传感器，所述中间缓冲层配置于比该第二传感器靠外侧处，并且该中间缓冲层中的向该第二传感器的重叠面被设为具备朝向该第二传感器突出的凸部的凹凸面形状。