JP2008059087A - Area detecting apparatus - Google Patents

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Kohei Okabe
康平 岡部
Kotaro Oba
光太郎 大場
Youji Yamada
陽滋 山田
Kenichi Ohara
賢一 大原
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure reliability in area detection to be needed for functioning as a safety device etc., and to improve reliability of a measured value by an area detecting apparatus which does not depend on the measured value of only one medium. <P>SOLUTION: Rated output transmitter 7 equipped with a nondirectional antenna 6 is mounted on a material object A, while an area detecting means 8 is provided on a material object B. In the area detecting means 8, areas to be detected by antennas each different in its directional quality such as a directional antenna 9 and a nondirectional antenna 10 is multiplexed, then multiplex detecting area 11 as shown in a figure is formed. In a radio communication means, communication is carried out by an electromagnetic wave whose frequency is an order of 300 MHz, while intensity of an electric wave is measured, then the area is detected based on whether or not the intensity reaches to a value corresponding to a desired predetermined distance. In a reliability verifying means to be provided separately, the electromagnetic wave whose frequency is in the order of 300 MHz is measured, and coincidence of the intensity at the distance to which a starting means responds is checked by measuring the electromagnetic wave whose frequency is in the order of 300 MHz when the starting means is responded by a frequency of 120 kHz. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線を用いて領域を検知する領域検知装置に関する。   The present invention relates to an area detection device that detects an area using radio.

ロボット技術の進歩に伴い、人間と協調するサービスロボットの導入が期待されている。工場では産業用ロボットが作業者と空間を共有して稼動し始めており、そこで培われた経験と技術がサービスロボットの導入に反映されることが望ましい。   With the progress of robot technology, the introduction of service robots that cooperate with humans is expected. In factories, industrial robots are starting to operate with a space shared with workers, and it is desirable that the experience and technology cultivated there be reflected in the introduction of service robots.

作業者と産業用ロボットが活動空間を共有する空間共有型の工場では、JIS規格などが定める保護方策に従い安全が確保されることとなっている。この規格では、作業者の位置検知技術が現状で未熟であるため、作業者とロボットの活動空間を分離する安全防護を主に堆奨して規定している。   In a space-sharing factory where workers and industrial robots share an activity space, safety is to be ensured according to the protection measures stipulated by JIS standards and the like. In this standard, since the position detection technology of the worker is immature at present, the safety protection that separates the activity space of the worker and the robot is mainly recommended and defined.

上記のような産業用ロボットにおける安全防護策は、(1)物理的な柵を用いる方法と、(2)物理的な柵を用いない疑似的な柵を用いた方法、とに大別できる。通常、作業者とロボットが作業空間を共有しない場合は前者の方法が用いられ、空間を共有する場合は後者の方法が用いられる。   The safety protection measures in the industrial robot as described above can be broadly classified into (1) a method using a physical fence and (2) a method using a pseudo fence without using a physical fence. Usually, when the worker and the robot do not share the work space, the former method is used, and when the space is shared, the latter method is used.

前者の例として、産業用マニピュレータが挙げられる。産業用マニピュレータでは、生産性を最大限に得るために、本質的安全設計による速度や稼動範囲などの制限を可能な限り避け、安全防護物を用いて作業空間を隔離する。通常は物理的な柵が用いられるが、作業空間を隔離できない場合や共有する必要がある場合は、後述の擬似的な柵も併用し、作業空間を時分割で隔離する。すなわち、時分割で共存する。   An example of the former is an industrial manipulator. In industrial manipulators, in order to maximize productivity, the speed and operating range of intrinsically safe designs are avoided as much as possible, and the work space is isolated using safeguards. Normally, a physical fence is used, but when the work space cannot be isolated or shared, a pseudo fence described later is also used to isolate the work space by time division. That is, they coexist in a time division manner.

後者の例としては、移動ロボットが挙げられる。移動ロボットは工場空間内を移動するため、物理的な柵を設けることが困難である。そこで、移動ロボットからの一定範囲を検知器で監視し、監視範囲内に作業員が存在する場合にロボットを停止させる擬以的な柵を設置して防護する。擬似的な柵での防護は物理的な柵の防護に比べ安全性が低い。そのため、本質的安全設計の一環で移動速度などの機能をある程度に制限しておく必要がある。   An example of the latter is a mobile robot. Since the mobile robot moves in the factory space, it is difficult to provide a physical fence. Therefore, a certain range from the mobile robot is monitored by a detector, and when a worker exists within the monitoring range, a pseudo fence that stops the robot is installed for protection. Protection with a pseudo fence is less safe than protection with a physical fence. Therefore, it is necessary to limit functions such as moving speed to some extent as part of the intrinsic safety design.

ロボットの機能制限を緩和するには、擬以的な柵の信頼性を物理的な柵の信頼性と同等、あるいは、それ以上に向上させることが前提となる。しかし、ロボットに装備する検知器のみの保護方策では、検知器の故障が被害に直結する危険性が高く、充分な安全性の確保は困難である。   In order to relax the functional restrictions of the robot, it is assumed that the reliability of the pseudo fence is equal to or higher than that of the physical fence. However, with the protection measures only for the detectors installed in the robot, there is a high risk that the failure of the detectors will directly cause damage, and it is difficult to ensure sufficient safety.

擬似的な柵の信頼性の向上、つまり機能制限を緩和するためには、ロボットの装備する検知器だけでなく、作業者の携帯する検知器や、環境に設置された検知器などが連携する多重系によって擬似的な柵の安全性を補填することが望ましい。   In order to improve the reliability of the pseudo fence, that is, to ease functional restrictions, not only detectors equipped with robots but also detectors carried by workers and detectors installed in the environment cooperate. It is desirable to supplement the safety of the pseudo fence with multiple systems.

多重系を構築する保護装置としては、環境に設置したカメラでの侵入検知や、作業者と移動ロボット間における通信による侵入検知装置などがある。これらには各々に欠点があり、互いに欠点を補完しあうのが望ましい。   As protection devices for constructing a multiplex system, there are intrusion detection with a camera installed in the environment, and an intrusion detection device by communication between an operator and a mobile robot. Each of these has drawbacks and it is desirable to complement each other.

そこで、これらの保護装置を統合する基盤として、無線センサネットワーク技術を活用することが考えられている。無線センサネットワーク(WSN:Wireless Sensor Network)は、無線通信技術を活用するセンサネットワークの総称である。無線センサネットワークは、ネットワーク横成の動的な変化を許容するセンサネットワークの構築を一つの目標とし、ノード単体の独立性、稼動性、汎用性に重点を置いている。   Therefore, it is considered to use wireless sensor network technology as a base for integrating these protection devices. Wireless sensor network (WSN) is a general term for sensor networks that utilize wireless communication technology. A wireless sensor network has a goal of building a sensor network that allows dynamic changes in the network, and focuses on independence, operability, and versatility of a single node.

保護装置として無線センサネットワークを利用する例を図5に示す。危険源を中心に安全防護領域を設定し、作業者の侵入を検知する。環境に設置したノードと通信することで、検知情報を監視システムへも通知できる。無線センサネットワークを構成する利点として、下記が期待できる。
・自律分散系の構築が容易
・通信距離を利用した擬似的な柵の設置が容易
・ネットワーク内での情報共有が可能
一方、保護装置として機能するには
・領域検知機能
・故障検出機能
が求められる。領域検知機能は図5に示す安全防護領域の確保に必要である。故障検出機能は、ノード自身の故障が信頼性を損なうことから不可欠である。
An example in which a wireless sensor network is used as a protection device is shown in FIG. Establish safeguarding areas centering on hazards and detect operator intrusions. By communicating with the nodes installed in the environment, the detection information can also be notified to the monitoring system. The following can be expected as advantages of configuring the wireless sensor network.
・ Easy to construct an autonomous distributed system ・ Easy to install a pseudo fence using communication distance ・ Can share information within the network On the other hand, to function as a protection device ・ Area detection function ・ Fault detection function
Is required. The area detection function is necessary to secure the safe protection area shown in FIG. The failure detection function is indispensable because a failure of the node itself impairs reliability.

なお、電磁波などを用いた無線の距離計測によって領域を検知する方法が特開平9?500226などで提案されており、安全装置への利用も特開2002?293498、特開平9?62968、特開平10?237906などで提案されている。
特開平9?500226号公報 特開2002?293498号公報 特開平9?62968号公報 特開平10?237906号公報
A method for detecting an area by wireless distance measurement using electromagnetic waves or the like has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-500226 and the like, and its use for a safety device is also disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-293498, Japanese Patent Laid-Open No. 9-62968, and Japanese Patent Laid-Open No. 10-237906.
JP-A-9-500226 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-293498 JP-A-9-62968 JP-A-10-237906

前記のような無線により領域を検出する方法においては、電磁波の電波強度のみを基に測定する方法など、単一の測定方法だけでは充分な信頼性を得ることが難しい。例えば、電磁波の利用ではマルチパスなどの影響により、測定値に大きな誤差が生じるだけでなく、時には通信そのものが確立しない。音波や光を用いた測量にもそれぞれに難点がある。そのため、単一媒体による無線の距離計測は高度の信頼性を要する安全装置などへの利用には問題がある。   In the method of detecting a region by radio as described above, it is difficult to obtain sufficient reliability only by a single measurement method such as a method of measuring based only on the radio wave intensity of electromagnetic waves. For example, the use of electromagnetic waves not only causes large errors in measurement values due to the effects of multipath, but sometimes communication itself is not established. Surveying using sound waves and light also has its own difficulties. Therefore, wireless distance measurement using a single medium has a problem in use for a safety device that requires a high degree of reliability.

上述の問題に対して、例えば、電磁波での測量では、ダイバシティアンテナなどのマルチアンテナや大型アンテナの利用、或は、多地点での計測などにより、距離測定の精度を向上させる方法などがある。しかし、それでは形態が肥大し、人が携帯する場合には特に不向きとなる。また、マルチパスの影響は本質として残る。   In response to the above problems, for example, in the survey using electromagnetic waves, there is a method of improving the accuracy of distance measurement by using a multi-antenna such as a diversity antenna or a large antenna, or measuring at multiple points. However, the form is enlarged and it is not particularly suitable when a person carries it. In addition, the effect of multipath remains as an essence.

本発明は、かかる技術的背景のもとに提案されたものであり、一媒体だけの測定値に依存しない領域検知装置とその装置の利用方法により、安全装置等として機能する為に必要な領域検知の信頼性を確保し、さらに、測定値の信頼度を向上させることを目的とするものである。   The present invention has been proposed based on such a technical background, and an area necessary for functioning as a safety device or the like by an area detecting device that does not depend on a measured value of only one medium and a method of using the area detecting device. The object is to ensure the reliability of detection and further improve the reliability of the measured value.

本発明は上記課題を解決するため、無線における電波強度や電磁誘導など、より簡便に利用できる異質の通信手段を併用し、各通信状態を参照、比較などの検証に活用することで外乱対策や精度向上がなされる通信機能を有する領域検知装置を用い、その装置を特定の距離や範囲のみにて通信が成立するように限定する。それらの特性を活用して装置間の領域や距離などを特定し、更に装置の配置や位置関係を規定することで、より詳細な領域を算出することができるようにする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a different kind of communication means that can be used more easily, such as radio field intensity and electromagnetic induction in radio, and uses each communication state for verification such as reference and comparison. An area detection apparatus having a communication function that improves accuracy is used, and the apparatus is limited so that communication can be established only at a specific distance or range. By utilizing these characteristics, areas and distances between apparatuses are specified, and further, by defining the arrangement and positional relationship of apparatuses, a more detailed area can be calculated.

本発明の領域検知装置は、より具体的には次のような手法を採用する。即ち本発明の領域検知装置は前記課題を解決するため、無線通信手段と、定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理的手段で限定する反応制限手段と、前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段とを備え、特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知するようにしたことを特徴とする。   More specifically, the area detection apparatus of the present invention employs the following method. That is, in order to solve the above-described problem, the area detection apparatus of the present invention is a wireless communication means, an activation means that operates by obtaining an electromotive force from a communication wave output at a rating, and a state or an area in which the activation means reacts and operates. Reaction limiting means for limiting the conditions in advance by physical means, and reaction adjusting means for adjusting the reaction operation separately from the reaction limiting means, and proximity to a specific point, distance, range, or constant distance It is characterized in that a specific area is detected passively by reacting with.

また、本発明の他の領域検知装置は、前記領域検知装置において、前記起動手段を起動する、定格で通信波を出力する定格出力発信機を別体に設けたことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, in the area detection device, a rated output transmitter that outputs the communication wave at a rated value that activates the activation unit is provided separately.

また、本発明の他の領域検知装置は、無線通信手段を具備し、少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う領域検知手段を複数備え、各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする。   In addition, another area detection apparatus of the present invention includes a plurality of area detection means that include wireless communication means and perform at least one kind of area detection including area detection based on distance measurement, and refer to each detection result. It is used for comparison or compensation, and is provided with a reliability verification means for obtaining the reliability of area detection alone.

また、本発明の他の領域検知装置は、無線通信手段と、定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理構成で限定する反応制限手段と、前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段と、少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う複数の領域検知手段とを備え、特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知し、且つ各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする。   Further, another area detection device of the present invention includes a wireless communication means, an activation means that operates by obtaining an electromotive force from a communication wave that is output at a rating, and a state or an area condition in which the activation means reacts and operates. A plurality of regions for detecting different types of regions independently, including a reaction limiting unit previously limited by a physical configuration, a reaction adjusting unit for adjusting a reaction operation separately from the reaction limiting unit, and at least a region detection based on distance measurement Detecting means, and by detecting a specific area passively by reacting at a specific point, distance, range, or close proximity, and using each detection result for reference, comparison, or compensation, It is characterized by comprising a reliability verification means for obtaining the reliability of area detection alone.

また、本発明の他の領域検知装置は、前記領域検知装置において、直進性或いは回折性が異なる異質な指向性で通信する冗長な通信手段を備えることにより、領域検知や通信の確実性を高める多重通信手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、電磁結合方式、電磁誘導方式、または電磁電波方式の異なる伝送方式で通信する手段を備え、各通信の状態に応じて処理することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、RFIDを用いた認識手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記無線通信手段における無線通信の成立要件を、前記の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記無線通信手段に指向性のアンテナを備え、前記アンテナによる受信により、反応する領域を特定する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記無線通信手段には、ほぼ真円、或は真球の指向性を持つ、無指向性のアンテナを備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知装置を人が装着、或は、携帯することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、検出した距離或いは位置に基づき安全性を確保する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知装置を危険源に装備することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、領域検知或いは無線通信の信頼度を、請求項3記載の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記信頼度またはRFIDによる識別認証、或はノイズ監視に基づく通信障害の検知機能を有し、障害の検知に基づき警報発信などの処理を行う手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知手段が反応した、或は無反応の装置の総数または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、請求項2記載の起動信号を送信する装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする請求項16記載の領域検知装置。
また、前記領域検知装置において、自身で異常を検知する故障診断機能を有し、診断結果を基に処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、無線通信の経過を記録する手段を備え、該記録から通信の異常を検知して処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、イネーブル装置の機能を具備する、或はイネーブル装置と連動して動作することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、インターロックガードの装置と連動して動作することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、リミットスイッチ或いはメカニカルストッパの動作制限装置と連動して動作することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知装置、或は、特定の距離、または範囲、或いは一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、または平面上、或は立体上に規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置を用いた装置において、前記領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する領域検知装置を、直線上、または平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記配置を自動で算出する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記配置が備える信頼性或いは安全性を算出する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記の信頼度、或は前記の領域検知装置における通信障害の監視に基づく通信障害の検知機能を有し、警報発信などの処理をする手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記領域検知装置に通信経過を記録する手段を有し、該通信記録を基に警報を含む処理をする手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記領域検知手段が反応した、或は無反応の前記装置の総数、または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記の起動信号を発信した装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする。
In addition, another area detection device of the present invention includes the redundant communication means that communicates with different directivities having different linearity or diffraction characteristics in the area detection device, thereby improving the reliability of the area detection and communication. A multiplex communication means is provided.
Further, the region detection device includes means for communicating by a transmission method different from an electromagnetic coupling method, an electromagnetic induction method, or an electromagnetic wave method, and performs processing according to the state of each communication.
Further, the area detection device includes a recognition unit using RFID.
The area detection device further includes means for determining the establishment requirements of wireless communication in the wireless communication means based on the detection results.
In the area detection device, the wireless communication means may include a directional antenna, and a means for specifying a reaction area by reception by the antenna may be provided.
In the area detection device, the wireless communication unit includes an omnidirectional antenna having a directivity of a substantially perfect circle or a perfect sphere.
Further, in the area detection device, a person wears or carries the area detection device.
Further, the area detection device includes means for ensuring safety based on the detected distance or position.
In the area detection device, the area detection device is provided as a danger source.
Further, the area detection device includes means for determining the reliability of area detection or wireless communication based on each detection result according to claim 3.
Further, the area detection device includes a communication failure detection function based on the reliability or RFID identification / authentication or noise monitoring, and includes means for performing processing such as issuing an alarm based on the failure detection. And
Further, the area detection device further comprises means for processing according to the total number, position, or state of the apparatus that the area detection means has reacted or has not reacted.
The area detection apparatus according to claim 16, further comprising means for measuring a distance or a position to the apparatus that transmits the activation signal according to claim 2.
Further, the area detection device has a failure diagnosis function for detecting an abnormality by itself and includes means for processing based on a diagnosis result.
Further, the area detecting device includes means for recording the progress of wireless communication, and means for detecting and processing a communication abnormality from the record.
Further, the area detection device has a function of an enable device or operates in conjunction with the enable device.
The area detecting device operates in conjunction with an interlock guard device.
In the region detection device, the region detection device operates in conjunction with a limit switch or a mechanical stopper operation limiting device.
Further, in the region detection device, the region detection device, or a device that detects a region by providing means for reacting only at a specific distance, range, or proximity to a certain distance, on a straight line or on a plane Or, it is arranged in a positional relationship with regularity on a three-dimensional object, and has a means for measuring a distance based on the arrangement.
Further, in the apparatus using the region detection device, the region detection device, or the region detection device that detects the region by including a means that reacts only by approaching a specific distance or range or a certain distance, on a straight line, Or, it is provided with a positional relationship with regularity such as equidistant intervals on a plane or a solid, and a means for measuring a distance based on the arrangement is provided.
The apparatus is characterized by further comprising means for automatically calculating the arrangement.
The apparatus may further include means for calculating reliability or safety included in the arrangement.
Further, the apparatus is characterized by having a communication failure detection function based on the reliability or monitoring of the communication failure in the area detection device, and means for processing such as alarm transmission.
The apparatus further comprises means for recording a communication progress in the area detection apparatus, and means for processing including an alarm based on the communication record.
The apparatus further comprises means for processing according to the total number, position, or state of the apparatus in which the region detecting means has reacted or has not reacted.
The apparatus further comprises means for measuring a distance or a position to the apparatus that has transmitted the activation signal.

本発明は上記のように構成したので、下記のような種々の効果を奏することができる。
1.電波強度などの単一の測定手段だけでなく、電磁誘導などの異質の媒体と併用して測定することで装置単体の信頼性が向上する。
2.無線通信の経過を記録し参照することで信頼性が向上する。
3.無線機本体に故障診断機能をそなえることで信頼性が向上する。
4.無線機の配置を規定することで距離が測定され、測定値の信頼度が向上する。
Since this invention was comprised as mentioned above, there can exist the following various effects.
1. The reliability of the device itself is improved by using not only a single measuring means such as radio wave intensity but also using a different medium such as electromagnetic induction.
2. Reliability is improved by recording and referring to the progress of wireless communication.
3. Reliability can be improved by providing the radio unit with a fault diagnosis function.
4). By defining the arrangement of the radios, the distance is measured, and the reliability of the measured value is improved.

本発明は、一媒体だけの測定値に依存しない領域検知装置とその装置の利用方法により、安全装置などの一端として機能する為に必要な領域検知の信頼性を確保し、さらに、測定値の信頼度を向上させる、という課題を、無線通信手段と、定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理的手段で限定する反応制限手段と、前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段とを備え、特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知することによって実現する。   The present invention secures the reliability of area detection necessary for functioning as one end of a safety device, etc. by using the area detection apparatus that does not depend on the measurement value of only one medium and the method of using the apparatus. The problem of improving the reliability is that the wireless communication means, the starting means that operates by obtaining an electromotive force from the communication wave output at the rated value, and the condition of the state or region in which the starting means reacts and operates in advance Reaction limiting means limited by physical means, and reaction adjusting means for adjusting the reaction operation separately from the reaction limiting means, and by reacting at a specific point, distance, range, or close to a certain distance Realized by passively detecting specific areas.

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図1は本発明の基本構成を示し、同図において領域検知手段1において、起動信号を送信する発信機からの、例えば周波数120kHz台の電磁波を無線通信手段2で受信する。このときの発信器からの送信出力は、例えば3mの距離で電界強度400μV/mを定格とし、電圧低下などで定格出力できない場合は出力を止め、ブザーなどで警告する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention. In the figure, the area detecting means 1 receives, for example, an electromagnetic wave having a frequency of about 120 kHz from a transmitter that transmits an activation signal by the wireless communication means 2. At this time, the transmission output from the transmitter is rated at an electric field strength of 400 μV / m at a distance of 3 m, for example, and when the rated output cannot be performed due to a voltage drop or the like, the output is stopped and a warning is given by a buzzer.

起動信号を受信する受信機において、起動手段3では、例えばコイルアンテナを用いて受信波から誘導起電力を得て起動する。また反応制限手段4は、例えば指向性アンテナや遮蔽板を備え、或いは起電力を得る回路に可変抵抗などを加えることにより、発信機からの起動信号を受信する距離や方向を物理構造にて明確に制限することができるようにする。反応調整手段5は所望の仕様を満たすように、反応制限手段4の抵抗値や起動手段の反応条件を微調整する。   In the receiver that receives the activation signal, the activation means 3 is activated by obtaining an induced electromotive force from the received wave using, for example, a coil antenna. The reaction limiting means 4 is provided with a directional antenna, a shielding plate, or a variable resistance is added to a circuit for obtaining an electromotive force so that the distance and direction for receiving the activation signal from the transmitter are clarified in the physical structure. To be able to limit. The reaction adjusting means 5 finely adjusts the resistance value of the reaction limiting means 4 and the reaction conditions of the starting means so as to satisfy a desired specification.

上記のような本発明の領域検知手段を多重領域検知に用いるときには、例えば図2に示すようにして実施することができる。即ち、物体Aに無指向性アンテナ6を装備した定格出力発信機7を設け、また物体Bに領域検知手段8を設ける。領域検知手段8においては、例えば図示するような指向性アンテナ9と無指向性アンテナ10等の、指向性の異なるアンテナによって検知する領域を多重化し、図示するような多重検知領域11を形成する。   When the region detection means of the present invention as described above is used for multi-region detection, for example, it can be implemented as shown in FIG. That is, the rated output transmitter 7 equipped with the omnidirectional antenna 6 is provided on the object A, and the area detecting means 8 is provided on the object B. In the area detection means 8, for example, areas to be detected by antennas having different directivities, such as a directional antenna 9 and an omnidirectional antenna 10 as shown, are multiplexed to form a multiple detection area 11 as shown.

また、無線通信手段において、周波数300MHz台の電磁波で通信するとともに、電波強度を測定し、強度が所望する特定の距離に対応する値に達するかどうかで領域を検知する。別途設けられる信頼性検証手段では、周波数120kHzによって起動手段が反応した際に、周波数300MHz台の電磁波を測定し、起動手段が反応した距離での強度と合致するか確認する。   Further, the wireless communication means communicates with electromagnetic waves having a frequency of about 300 MHz, measures the radio wave intensity, and detects a region depending on whether the intensity reaches a value corresponding to a desired specific distance. In the separately provided reliability verification means, when the activation means reacts at a frequency of 120 kHz, an electromagnetic wave having a frequency of about 300 MHz is measured, and it is confirmed whether or not it matches the intensity at the distance that the activation means has reacted.

上記のような領域検知手法を安全防護のために用いた利用例を図3に示す。同図の例においては、例えば発信機を作業者Aに、受信機をロボットなどの危険源Bへ装備する。次に、上述の設定に加え、起動手段が発信機との距離2mで反応するように反応制限手段や反応調節手段を設定する。このとき、搬送波の変調や起動信号の符号化などでノイズ対策を行うことが好ましい。   FIG. 3 shows an example of use in which the region detection method as described above is used for safety protection. In the example shown in the figure, for example, a transmitter is mounted on the worker A and a receiver is mounted on the danger source B such as a robot. Next, in addition to the above settings, reaction limiting means and reaction adjusting means are set so that the starting means reacts at a distance of 2 m from the transmitter. At this time, it is preferable to take noise countermeasures by modulating the carrier wave or encoding the start signal.

この状態で受信機が反応した場合はロボットを停止させるなどの作動を行わせる。また、無線通信手段においては電波強度を測定し、発信機と受信機との間隔が3mでの強度にまで達した場合は、受信機は警告情報を発信機に発信する。更に、間隔が2mでの強度にまで達した場合はロボトを停止させるなどの作動を行う。前記信頼性検証手段では、周波数300MHz台の電磁波の電波強度が2mでの値にまだ達しているにも拘らず起動手段が反応していない場合は、誤作動や不作動の故障として注意喚起する。   When the receiver reacts in this state, an operation such as stopping the robot is performed. The radio communication means measures the radio field intensity, and when the distance between the transmitter and the receiver reaches 3 m, the receiver transmits warning information to the transmitter. Further, when the distance reaches 2 m, the robot is stopped. In the reliability verification means, if the activation means does not react even though the radio wave intensity of the electromagnetic wave having a frequency in the range of 300 MHz has yet reached the value at 2 m, it is alerted as a malfunction or malfunction. .

本発明による領域測定手法を用いて配置測定等に利用する例を図4に示す。同図における配置測定では、例えば発信機を測定対象Aに、領域検知手段をロボットや壁などに20cm間隔で直線上に配置する。発信機からの起動信号で反応した装置の総数から、発信機までの距離をヘロンの公式を用いて算定する。更に、反応している本発明装置の位置から、発信機の領域や位置を特定する。また、両脇の受信機が反応しているにも拘らず、反応していない受信機があれば、不作動として警告表示などを行う。   FIG. 4 shows an example in which the region measurement method according to the present invention is used for arrangement measurement or the like. In the arrangement measurement in the figure, for example, a transmitter is arranged on a measurement object A, and an area detection unit is arranged on a straight line at intervals of 20 cm on a robot or a wall. From the total number of devices that responded with the activation signal from the transmitter, the distance to the transmitter is calculated using Heron's formula. Furthermore, the area | region and position of a transmitter are specified from the position of this invention apparatus which is reacting. In addition, if there are receivers that are not responding even though the receivers on both sides are reacting, a warning is displayed as inoperative.

本発明は前記のような実施例のほか種々の態様で実施することができ、例えば無線通信手段で通信を行い、起動信号を発生させる手段としては電磁波のほか音波でも実施可能であり、また信頼性検証手段では、通信手段で直進性や回折性などが異なる異質な指向性で通信する冗長な通信手段を備えることにより、領域検知の信頼性を単体で得る。また心信頼性検証手段では、領域検知結果を参照、比較、或いは補償などに活用することにより、領域検知の信頼性を単体で得るようにもできる。   The present invention can be carried out in various modes in addition to the above-described embodiment. For example, as a means for performing communication by wireless communication means and generating a start signal, it can be implemented by sound waves in addition to electromagnetic waves, and reliable. The property verification means includes redundant communication means for communicating with different directivities such as straightness and diffractiveness that are different from each other in the communication means, so that the reliability of area detection is obtained alone. Further, the cardiac reliability verification means can obtain the reliability of the area detection alone by using the area detection result for reference, comparison, compensation or the like.

また通信手段では、電磁結合方式、電磁誘導方式、電磁電波方式などの異なる伝送方式で通信する手段を備え、各通信の状態に応じて種々の処理を行うようにしても良い。また、RFID(Radio Frequency Identification)を用いた認識手段を備えてもよく、この認識手段やノイズ監視などに基づく通信障害の検知機能を有し、障害の検知に基づき警報発信などの処理をする手段を備えても良い。また、電源電圧の監視など、自身で異常を検知する故障診断機能を有し、診断結果を基に処理する手段を備えるように構成しても良い。   In addition, the communication means may include means for communicating by different transmission methods such as an electromagnetic coupling method, an electromagnetic induction method, and an electromagnetic wave method, and various processes may be performed according to the state of each communication. Also, a recognition means using RFID (Radio Frequency Identification) may be provided, a means for detecting a communication failure based on this recognition means and noise monitoring, and processing for issuing an alarm based on the detection of the failure May be provided. Further, it may be configured to have a failure diagnosis function for detecting an abnormality by itself, such as monitoring of a power supply voltage, and to have means for processing based on the diagnosis result.

更に、無線通信の経過を記録する手段を設け、記録から通信の異常を検知して警報を発信するなど、通信記録を基に処理する手段を備えるようにしても良く、また、イネーブル装置の機能を具備し、或はイネーブル装置と連動して動作するようにしても良い。また、インターロックガードの装置と連動して動作させてもよく、また、リミットスイッチやメカニカルストッパなどの動作制限装置と連動して動作させても良い。   Furthermore, a means for recording the progress of wireless communication may be provided, and a means for processing based on the communication record, such as detecting a communication abnormality from the record and issuing an alarm, may be provided. Or may operate in conjunction with an enabling device. Further, it may be operated in conjunction with an interlock guard device, or may be operated in conjunction with an operation limiting device such as a limit switch or a mechanical stopper.

また、前記領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えても良い。更に前記領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えても良い。また前記の配置を自動で算出する手段を備えるようにしても良い。また、前記の配置が備える信頼性や安全性を算出する手段を備えることもできる。   In addition, the region detection device or the device for detecting the region by providing means for reacting only by approaching a specific distance or range or a fixed distance is equally spaced on a straight line, a plane, or a solid body. It is also possible to provide a means for measuring the distance based on the arrangement based on the positional relationship with the regularity. Furthermore, the above-mentioned region detection device or a device for detecting a region by providing means for reacting only at a specific distance, range, or proximity to a certain distance can be arranged on a straight line, on a plane, or on a solid body, etc. There may be provided means for deploying in a positional relationship with regularity and measuring the distance based on the arrangement. Further, a means for automatically calculating the arrangement may be provided. In addition, it is possible to provide means for calculating the reliability and safety of the arrangement.

更に、前記の信頼度、或は前記の装置における通信障害の監視などに基づく通信障害の検知機能を有し、警報発信などの処理を行う手段を備えるようにしても良く、前記の装置における通信経過を記録する手段を有し、記録から通信の異常を検知して警報を発信するなど、通信記録を基に処理する手段を備えるようにしても良い。また、領域検知手段が反応した、或は、無反応の前記装置の総数や位置や状態に応じて処理する手段を備えるようにしても良い。また、前記起動信号を発信した装置までの距離や位置を測定する手段を備えるようにしても良い。   Further, a communication failure detection function based on the reliability or the communication failure monitoring in the device may be provided, and a means for performing processing such as alarm transmission may be provided. A means for recording the progress may be provided, and a means for processing based on the communication record, such as detecting an abnormality in communication from the record and issuing an alarm, may be provided. Further, a means for processing may be provided according to the total number, position, and state of the devices that have reacted or have not reacted by the area detecting means. Further, it may be provided with means for measuring the distance and position to the device that has transmitted the activation signal.

前記のような本発明についてのより具体的な実施例を以下に示す。なお、本発明は下記のような実験による実施例に限らず、種々の態様で実施することができるのは当然である。本発明に至るまで種々の実験を行ったが、最初に無線センサネットワークとして用いる空間機態モジュール(UFAM:Ubiquitous Functions Activation Module)を開発した。この空間機能モジュールは機能を最小限に抑制することで省電力を実現しており、その仕様を表1に示す。空間機能モジュールでは、ユーザインターフェイスとして、スイッチを一つ装備する。   More specific examples of the present invention as described above will be shown below. Note that the present invention is not limited to the experimental examples described below, and can naturally be implemented in various modes. Various experiments were conducted up to the present invention, and a space function module (UFAM: Ubiquitous Functions Activation Module) used as a wireless sensor network was first developed. This spatial function module achieves power saving by minimizing functions, and the specifications are shown in Table 1. The spatial function module is equipped with one switch as a user interface.

また、モジュールの状態を提示するLEDを装備する。制御CPUにはPIC(プログラマブルIC)を用いており、動作処理の変更が可能とした。また、通信のために省電力かつ送受信機能を有するICを別に装備する。アンテナにはへリカルアンテナを採用し、アンテナの伸びる方向に対して垂直平面はほぼ円形の指向性を持つ。通信間隔はソフトウェアによって可変であり、通信間隔を広げることで消費電力を抑制し、動作時間を延長できる。通信プロトコルでは、通信に対する外乱対策として符号化通信を行い、データの整合性をとる。これにより、通信データの信頼性を確保した。   In addition, an LED for presenting the module status is equipped. A PIC (programmable IC) is used as the control CPU, and the operation process can be changed. In addition, an IC having power saving and transmission / reception functions is separately provided for communication. A helical antenna is used as the antenna, and the vertical plane has a substantially circular directivity with respect to the direction in which the antenna extends. The communication interval can be changed by software, and the power consumption can be suppressed and the operation time can be extended by widening the communication interval. In the communication protocol, encoded communication is performed as a countermeasure against disturbance to the communication to ensure data consistency. Thereby, the reliability of communication data was secured.

上記の空間機能モジュールを保護装置として利用するためには、一定距離を安全防護領域とする擬似的な柵を設けるための距離計測機能が不可欠となる。空間機能モジュールの有用性を調査するために、距離計測に関する先行実験を行った。実験環境の主な特徴を下記に示す。
・7.5×9.0×3(m)の実験室
・壁は金属製
・他の計測装置が稼動
In order to use the spatial function module as a protection device, a distance measuring function for providing a pseudo fence with a certain distance as a safe protection area is indispensable. In order to investigate the usefulness of the spatial function module, a preliminary experiment on distance measurement was conducted. The main features of the experimental environment are shown below.
・ 7.5 × 9.0 × 3 (m) laboratory ・ Wall is made of metal ・ Other measuring devices are in operation

空間機能モジュールには、距離計測機能は付加されていないため、通信の確立する範囲について調査を行った。なお実験では、UFMを送信機と受信機に分け、受信機は部屋の壁の近くに設置し、送信機の位置を変化させた。上記実験の結果、送信機と受信機の間の通信は実験室のほとんどの場所において確立した。   Since the spatial function module does not have a distance measurement function, we investigated the range of communication establishment. In the experiment, the UFM was divided into a transmitter and a receiver, and the receiver was installed near the wall of the room to change the position of the transmitter. As a result of the above experiments, communication between the transmitter and the receiver was established in most places in the laboratory.

上記のような保護装置としての空間機能モジュールについて検討すると、空間機能モジュールの広範囲な通信は、作業者の存在をロボットに伝達するうえで利点である。しかしながら、空間機能モジュールは要求する距離計測の機能を充分には満たしていないため、ロボットとの相対的な位置関係を特定することができない。また、マルチパスフェ?ジングにより、通信が確立しない場合がある。このような不安定な通信は、保護装置としての信頼性の低下につながる。以上の点で、空間機能モジュールの機能は保護装置として改良の余地はある。   Considering the spatial function module as the protective device as described above, wide-range communication of the spatial function module is advantageous in transmitting the presence of the worker to the robot. However, since the spatial function module does not sufficiently satisfy the required distance measurement function, the relative positional relationship with the robot cannot be specified. In addition, communication may not be established due to multipath fading. Such unstable communication leads to a decrease in reliability as a protection device. In view of the above, the function of the spatial function module has room for improvement as a protection device.

上記の実験結果をふまえて本発明者等は、前記のような空間機能モジュールの利点を損なわずに安全防護の機能を追加した安全機能モジテール(SFAM:Safety Functions Activation Module)を新たに開発した。その安全機能モジュールでは前記空間機能モジュールの機能に対して、電波強度測定機能と電源電圧測定機能が追加された。さらに、新たな通信手段として、125kHzによる通信機能が付加された。125kHzによる通信は、電磁誘導によって行われる。そのため、安全機能モジュールは送信機と受信機に分けられ、受信機は送信機からの誘導起電力を受け、一定電圧以上になると回路が動作するようにしている。   Based on the above experimental results, the present inventors have newly developed a safety function activation module (SFAM) in which a safety protection function is added without impairing the advantages of the spatial function module as described above. In the safety function module, a radio field intensity measurement function and a power supply voltage measurement function are added to the functions of the spatial function module. Furthermore, a communication function at 125 kHz has been added as a new communication means. Communication at 125 kHz is performed by electromagnetic induction. Therefore, the safety function module is divided into a transmitter and a receiver, and the receiver receives an induced electromotive force from the transmitter, and the circuit operates when the voltage exceeds a certain voltage.

この125kHzの通信では、データ通信は行われない。送信機のアンテナは三次元ダイバーシティアンテナを利用することで無指向性にし、送信機を中心とした半径一定の球内で反応する。125kHzの電波は波長が長く、マルチパスによる位相変化の影響をほとんど受けないため一定の反応範囲が補償される。送信機では受信機に電力を供給するため、受信機に比べて多くの電力を消費する。125kHzを用いた通信では送信機と受信機に役割が分けられるが、303.2MHzを用いた通信では双方向のデータ通信が可能である。   In this 125 kHz communication, data communication is not performed. The transmitter antenna is made omnidirectional by using a three-dimensional diversity antenna and reacts in a sphere with a constant radius centered on the transmitter. A 125 kHz radio wave has a long wavelength and is hardly affected by a phase change due to multipath, so that a certain reaction range is compensated. Since the transmitter supplies power to the receiver, it consumes more power than the receiver. In communication using 125 kHz, roles are divided between a transmitter and a receiver, but in communication using 303.2 MHz, bidirectional data communication is possible.

上記のような安全機能モジュールの利用により、下記の問題に対応可能である。
・領域検知
・電源電圧低下による不具合の防止
By using the safety function module as described above, the following problems can be addressed.
・ Detection of area ・ Prevents malfunctions due to power supply voltage drop

電波を用いた距離計測手法の一つとして、電波強度を用いた手法が以前より提案されている。電波強度は無線通信時に得られる情報であるために、測定は容易である。安全機能モジュールではこの利点を考慮に入れ、電波強度測定機能を追加した。しかし、屋内環境における電波強度による距離データは、マルチパスの影響を受けるため、対策が必要である。   As one of distance measuring methods using radio waves, a method using radio wave intensity has been proposed. Since the radio wave intensity is information obtained at the time of wireless communication, measurement is easy. The safety function module takes this advantage into account and added a radio field strength measurement function. However, since distance data based on radio field intensity in an indoor environment is affected by multipath, countermeasures are necessary.

安全機能モジュールでは上述の電波強度を用いた領域検知とは別に、電磁誘導を用いた領域検知を行う。新たに追加した125kHzの反応領域を用い、安全機能モジュールの送信機を中心とした半径一定の球内で受信機が反応する。受信機はないため一定の反応範囲が補償される。送信機では受信機に電力を供給するため、受信機に比べて多くの電力を消費する。125kHzを用いた通信では送信機と受信機に役割が分けられるが、303.2MHzを用いた通信では双方向のデータ通信が可能である。   The safety function module performs area detection using electromagnetic induction separately from the area detection using the above-described radio wave intensity. Using the newly added 125 kHz reaction region, the receiver reacts in a sphere with a constant radius centered on the transmitter of the safety function module. Since there is no receiver, a certain reaction range is compensated. Since the transmitter supplies power to the receiver, it consumes more power than the receiver. In communication using 125 kHz, roles are divided between a transmitter and a receiver, but in communication using 303.2 MHz, bidirectional data communication is possible.

新たに追加した125kHzの反応領域を用い、安全機能モジュールの送信機を中心とした半径一定の球内で受信機が反応する。受信機は起電力が閾値を超えると回路が動作するため、ONかOFFかの無線スイッチとして機能する。さらに送信機を複数用いることにより、受信機の位置を特定することも可能である。電波強度と、電磁誘導の両方を活用することにより、信頼性向上が期待できる。安全機能モジュールの電源電圧の低下は、通信を不安定にするため、信頼性が低下する。そこで、故障検出機能として電源電圧測定機能を追加した。機能の詳細は後述する。   Using the newly added 125 kHz reaction region, the receiver reacts in a sphere with a constant radius centered on the transmitter of the safety function module. Since the circuit operates when the electromotive force exceeds the threshold value, the receiver functions as a wireless switch that is ON or OFF. Furthermore, the position of the receiver can be specified by using a plurality of transmitters. Reliability improvement can be expected by using both radio wave intensity and electromagnetic induction. The reduction of the power supply voltage of the safety function module makes communication unstable, and thus the reliability is lowered. Therefore, a power supply voltage measurement function was added as a failure detection function. Details of the function will be described later.

次に、安全機能モジュールを用いた安全防護手法について述べる。安全機能モジュールでは、125kHzの通信が半径2mの範囲で、303.2MHzの通信が10m以上の範囲において確立する仕様である。この二つの反応範囲を用いた安全防護領域の設定例を図6に示す。ロボットを危険源とし、ロボットに装備した安全機能モジュールを中心に下記の安全防護領域を設ける。
領域A:両方の周波数で通信が確立しない
領域B:303.2MHzの通信のみ確立する
領域C:両方の周波数で通信が確立する。
上記領域Aは安全防護領域外である。領域Bは安全防護領域外であるが、安全防護領域に近い領域である。また領域Cは安全防護領域である。この防護手法は、これらの各領域ごとの危険度に応じて、防護内容を変更することを特徴としている。
Next, the safeguarding method using the safety function module is described. In the safety function module, 125 kHz communication is established within a radius of 2 m, and 303.2 MHz communication is established within a range of 10 m or more. FIG. 6 shows an example of setting the safe protection area using these two reaction ranges. The following safeguarding areas are provided centering on the safety function module installed in the robot, with the robot as a danger source.
Area A: Communication is not established at both frequencies Area B: Only communication at 303.2 MHz is established Area C: Communication is established at both frequencies.
Area A is outside the safeguarded area. Area B is outside the safeguarded area but is close to the safeguarded area. Area C is a safeguarded area. This protection technique is characterized in that the protection content is changed according to the risk level of each of these areas.

安全機能モジュールは単体で送受信可能であり、図6の領域はロボットだけでなく、作業者にも適用できる。次に、安全機能モジュールの用途から、送信機と受信機に分けて検討した。   The safety function module can be transmitted and received by itself, and the area of FIG. 6 can be applied not only to the robot but also to the operator. Next, based on the use of the safety function module, we examined the transmitter and receiver separately.

送信機は、125kHzと303.2MHzの双方の周波数で通信する。受信機は送信機からのデータを受信することで、送信機の領域を判断する。送信機と受信機間の通信の流れを図7に示す。受信機は領域情報を送信機と共有するために、受信確認メッセージを送信する。よって、送信機と受信機の双方でそれぞれに安全防護対策を立てることができる。送信機と受信機の関係は図7の一通りだけでなく作業者やロボットの数で変化する。そこで下記の四条件について検討した。なお、下記の条件分けでは、前者は送信機の、後者は受信機の数である。
Casel:一対一
Case2:一対多
Case3:多対一
Case4:多対多
The transmitter communicates at both 125 kHz and 303.2 MHz frequencies. The receiver determines the area of the transmitter by receiving data from the transmitter. FIG. 7 shows a communication flow between the transmitter and the receiver. The receiver transmits an acknowledgment message in order to share the area information with the transmitter. Therefore, safeguarding measures can be taken for both the transmitter and the receiver. The relationship between the transmitter and the receiver varies depending on the number of workers and robots as well as the one shown in FIG. Therefore, the following four conditions were examined. In the following condition classification, the former is the number of transmitters and the latter is the number of receivers.
Casel: One to one
Case2: One-to-many
Case3: Many-to-one
Case4: Many-to-many

さらに、作業者が送信機を携帯する場合とロボットが送信機を装備する場合でも条件が異なる。数的関係と送信機の所有者による条件分けを図8の表に示す。問題なく図7の関係が成り立つ場合は○、図7の関係が完全には成り立たないものの、制御方策により安全防護上ある程度は許容できる場合は△、図7の関係が完全に成り立たず、さらに安全防護上で問題のある場合は×で示している。   Furthermore, the conditions are different between when the operator carries the transmitter and when the robot is equipped with the transmitter. The table of FIG. 8 shows the numerical relationship and the condition classification by the owner of the transmitter. 7 if the relationship shown in FIG. 7 is satisfied without any problem, and the relationship shown in FIG. 7 is not fully established. However, if the control strategy allows a certain degree of safety protection, the relationship shown in FIG. If there is a problem in protection, it is indicated by a cross.

上記のようなシステムにおいて、作業者が送信機を携帯し、受信機をロボットが装備する場合を考えると、数的関係がCase1の場合は、図7の通信関係が成り立つ。しかし、それ以外の場合では、125kHzの通信は確立するものの、303.2MHzの通信が衝突する可能性がある。そのため、図7の関係は常に成立しない。しかし、ロボットに対する領域Cへの侵入情報は伝達されるため、ロボットを停止させることが可能となる。双方向通信は成り立たないものの、ロボットを停止できるため表1では、△である。   In the system as described above, considering the case where the operator carries the transmitter and the robot is equipped with the receiver, when the numerical relationship is Case 1, the communication relationship of FIG. 7 is established. However, in other cases, communication at 125 kHz is established, but communication at 303.2 MHz may collide. Therefore, the relationship of FIG. 7 does not always hold. However, since the intrusion information to the area C with respect to the robot is transmitted, the robot can be stopped. Although two-way communication does not hold, the robot can be stopped, so it is Δ in Table 1.

データ送信を作業者から行う場合、安全機能モジュールの消費電力が増大し、稼働時間の減少につながる。その結果、作業効率も低下する恐れがある。作業者が送信機を持つ場合は消費電力への対策は不可欠である。   When data transmission is performed from an operator, the power consumption of the safety function module increases, leading to a reduction in operating time. As a result, there is a risk that work efficiency may also be reduced. When workers have transmitters, measures against power consumption are indispensable.

ロボットが送信機を装備し、作業者が受信機を携帯する場合においては、作業者とロボットが一対一の関係であれば、通信が衝突することなく、図7の関係が容易に成り立つ。しかし、それ以外の場合、双方向での領域認識が困難になる。その結果、送信機を装備するロボットにおいて、作業者の領域情報を取得できず、停止することができない。よって、作業者に対する安全性が低下する。   When the robot is equipped with a transmitter and the worker carries the receiver, if the worker and the robot are in a one-to-one relationship, the relationship shown in FIG. However, in other cases, it is difficult to recognize the area in both directions. As a result, in the robot equipped with the transmitter, the operator's area information cannot be acquired and cannot be stopped. Therefore, the safety for the operator is reduced.

安全性を確保するためには、通信の衝突を回避する必要がある。そのために、時分割方式などで通信の同期を取る必要がある。   In order to ensure safety, it is necessary to avoid communication collisions. For this purpose, it is necessary to synchronize communication by a time division method or the like.

一方、消費電力に注目すると、安全機能モジュールでは、125MHzにおける通信において多くの電力を消費する。よって、作業者が携帯することに比べて、ロボットは多くの電源を装備しているため、ロボットに送信機を装備することが利点であるといえる。   On the other hand, paying attention to power consumption, the safety function module consumes a lot of power in communication at 125 MHz. Therefore, it can be said that it is advantageous to equip the robot with a transmitter because the robot is equipped with many power sources compared to the case where the operator carries it.

上記のような安全機能モジュールを用いた保護装置でも、誤作動と不作動が問題となる。誤作動は必要のない状況で装置が動作する現象を指し、不作動は必要な状況で装置が動作しない現象を指す。誤作動はロボットを停止するため安全性は確保されるが、不作動はロボットの停止が困難なため、安全性が確保されず、多重の検出方法が求められる。   Even in the protection device using the safety function module as described above, malfunction and non-operation are problematic. Malfunction refers to a phenomenon in which the device operates in a situation where it is not necessary, and malfunction refers to a phenomenon in which the device does not operate in a necessary situation. The malfunction stops the robot, so safety is ensured. However, the malfunction does not ensure the safety of the robot, so safety is not ensured, and multiple detection methods are required.

誤作動の要因として、主に通信ノイズと電源電圧の低下が考えられる。安全機能モジュールではノイズ対策として、303.2MHzの通信において信号を符号化している。さらに、電源電圧の低下による誤作動を防ぐために、安全機能モジュールでは常に電源電圧を確認し、電圧が一定値以下の場合は、作業者に警告する。電源電圧の低下は、誤作動だけでなく不作動に対する原因にもなるため、作業領域に入る段階からの動作確認が不可欠である。   Possible causes of malfunctions are mainly communication noise and a decrease in power supply voltage. In the safety function module, as a noise countermeasure, a signal is encoded in communication at 303.2 MHz. Furthermore, in order to prevent malfunction due to a drop in the power supply voltage, the safety function module always checks the power supply voltage, and warns the operator if the voltage is below a certain value. Since the drop in the power supply voltage causes not only malfunction but also malfunction, it is indispensable to confirm the operation from the stage of entering the work area.

また、不作動要因としては、電源電圧の低下や安全機能モジュールの故障などが考えられる。不作動要因への対策を以下に示す。
対策(i):電源電圧の監視
対策(ii):通信情報の記録
対策(iii):環境からの通信の監視
前記対策(i)では、常に電源電圧を確認し、電圧が一定値以下の場合は、作業者に警告する。また対策(ii)では、送信機、受信機の双方で一定期間の通信確立時間や電波強度などの情報を記録し、異常の検知に利用する。以上を検知した時点でロボットを停止する。更に対策(iii)では、環境に監視モジュールとなる安全機能モジュールを新たに設置し、対策(ii)と組み合わせる。上述の誤作動、不作動への対策により、安全機能モジュールの保護装置としての信頼性が向上する。
In addition, as the inoperative factor, a decrease in power supply voltage, a failure of the safety function module, and the like are considered. The countermeasures against the malfunction factor are shown below.
Countermeasure (i): Monitoring of power supply voltage Countermeasure (ii): Recording communication information Countermeasure (iii): Monitoring of communication from the environment In the above countermeasure (i), the power supply voltage is always checked and the voltage is below a certain value. Warn the operator. In the measure (ii), information such as communication establishment time and radio wave intensity for a certain period is recorded at both the transmitter and the receiver, and used for abnormality detection. When the above is detected, the robot is stopped. Furthermore, in measure (iii), a safety function module to be a monitoring module is newly installed in the environment and combined with measure (ii). By taking measures against malfunctions and malfunctions described above, the reliability of the safety function module as a protective device is improved.

上記のようなシステムについて、安全機能モジュールの性能評価を行い、保護装置としての有効性を検討した。安全機能モジュールを保護装置として利用するためには、図6に示す安全防護領域を構築しなくてはならない。実験では、送信機の位置を回転テーブルの中心に固定し、受信機が反応する距離を計測した。回転テーブルを10度毎に回転し、合計36方位の反応距離を計測する。これをS回繰り返す。受信機の向きは変更しない。その実験結果、要求仕様の2mに対して、約80%の確率で反応し、1940mmにおいて90%以上の確率で反応することがわかり、本発明の有用性が証明された。   With respect to the above system, the performance of the safety function module was evaluated and the effectiveness as a protective device was examined. In order to use the safety function module as a protection device, the safety protection area shown in FIG. 6 must be constructed. In the experiment, the position of the transmitter was fixed at the center of the rotary table, and the distance to which the receiver reacted was measured. The rotary table is rotated every 10 degrees, and the reaction distance of 36 directions in total is measured. Repeat this S times. Do not change the orientation of the receiver. As a result of the experiment, it was found that it responded with a probability of about 80% with respect to 2 m of the required specification, and with a probability of 90% or more at 1940 mm, and the usefulness of the present invention was proved.

上記のような本発明による領域検知装置は、一般的な領域の検知のほか、安全装置、距離計測、位置計測、安全作業支援等に利用することができる。   The region detection apparatus according to the present invention as described above can be used for safety devices, distance measurement, position measurement, safety work support, and the like in addition to general region detection.

本発明の実施例の基本構成図である。It is a basic block diagram of the Example of this invention. 本発明の実施例における領域検知例を示す図である。It is a figure which shows the example of an area | region detection in the Example of this invention. 本発明の実施例における安全防護例を示す図である。It is a figure which shows the example of safe protection in the Example of this invention. 本発明の実施例における配置測定例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning measurement in the Example of this invention. 無線センサネットワークによる安全システムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the safety system by a wireless sensor network. 安全領域区画の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a safe area division. 本発明による安全機能モジュールの領域探知の説明図である。It is explanatory drawing of the area | region detection of the safety function module by this invention. 本発明における送信機及び受信機の数と送信機保持者の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of the transmitters and receivers in this invention, and a transmitter holder.

符号の説明Explanation of symbols

1 領域検知手段
2 無線通信手段
3 起動手段
4 反応制限手段
5 反応調整手段
6 無指向性アンテナ
7 定格出力発信機
8 領域検知手段
9 指向性アンテナ
10無指向性アンテナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Area | region detection means 2 Wireless communication means 3 Starting means 4 Reaction limiting means 5 Reaction adjustment means 6 Non-directional antenna 7 Rated output transmitter 8 Area | region detection means 9 Directional antenna 10 Non-directional antenna

Claims (30)

無線通信手段と、
定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、
前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理的手段で限定する反応制限手段と、
前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段とを備え、
特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知するようにしたことを特徴とする領域検知装置。
Wireless communication means;
Starting means that operates by obtaining electromotive force from the communication wave output at the rated value,
Reaction limiting means for limiting the condition of the state or region in which the activation means reacts and operates in advance with physical means; and
A reaction adjusting means for adjusting a reaction operation separately from the reaction limiting means,
An area detection apparatus characterized in that a specific area is passively detected by reacting at a specific point, distance, range, or close proximity.
前記起動手段を起動する、定格で通信波を出力する定格出力発信機を別体に設けたことを特徴とする請求項1記載の領域検知装置。   2. The region detection device according to claim 1, wherein a rated output transmitter that outputs the communication wave at a rated value that activates the activation means is provided separately. 無線通信手段を具備し、
少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う領域検知手段を複数備え、
各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする領域検知装置。
Comprising wireless communication means,
Including at least area detection based on distance measurement, it has multiple area detection means to detect different types of areas alone,
An area detection apparatus comprising a reliability verification unit that uses each detection result for reference, comparison, or compensation, and obtains reliability of area detection alone.
無線通信手段と、
定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、
前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理構成で限定する反応制限手段と、
前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段と、
少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う複数の領域検知手段とを備え、
特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知し、
且つ各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする領域検知装置。
Wireless communication means;
Starting means that operates by obtaining electromotive force from the communication wave output at the rated value,
Reaction limiting means for limiting the condition of the state or region in which the activation means reacts and operates in advance with a physical configuration; and
Reaction adjusting means for adjusting reaction operation separately from the reaction limiting means;
Including a plurality of area detecting means for detecting different areas independently, including at least area detection based on distance measurement,
Detect specific areas passively by reacting at a specific point, distance, range, or proximity to a certain distance,
An area detection apparatus comprising: a reliability verification unit that uses each detection result for reference, comparison, or compensation and obtains the reliability of area detection alone.
直進性或いは回折性が異なる異質な指向性で通信する冗長な通信手段を備えることにより、領域検知や通信の確実性を高める多重通信手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の領域検知装置。   The multiplex communication means which improves the reliability of area | region detection and communication by providing the redundant communication means which communicates in the different directivity from which straightness or diffraction property differs is any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The area | region detection apparatus as described in. 電磁結合方式、電磁誘導方式、または電磁電波方式の異なる伝送方式で通信する手段を備え、各通信の状態に応じて処理することを特徴とする請求項5記載の領域検知装置。   6. The area detection apparatus according to claim 5, further comprising means for communicating by a transmission method different from an electromagnetic coupling method, an electromagnetic induction method, or an electromagnetic wave method, and performs processing according to a state of each communication. RFIDを用いた認識手段を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の領域検知装置。   The region detection apparatus according to claim 1, further comprising a recognition unit using RFID. 前記無線通信手段における無線通信の成立要件を、請求項3記載の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載の領域検知装置。   The area detection device according to any one of claims 3 to 7, further comprising means for determining establishment requirements of wireless communication in the wireless communication means based on each detection result according to claim 3. 前記無線通信手段に指向性のアンテナを備え、
前記アンテナによる受信により、反応する領域を特定する手段を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の領域検知装置。
The wireless communication means includes a directional antenna,
9. The area detection apparatus according to claim 1, further comprising means for specifying an area that reacts with reception by the antenna.
前記無線通信手段には、ほぼ真円、或は真球の指向性を持つ、無指向性のアンテナを備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の領域検知装置。   The area detecting device according to claim 1, wherein the wireless communication unit includes an omnidirectional antenna having a directivity of a substantially perfect circle or a true sphere. 前記領域検知装置を人が装着、或は、携帯することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の領域検知装置。   The region detection device according to claim 1, wherein a person wears or carries the region detection device. 検出した距離或いは位置に基づき安全性を確保する手段を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の領域検知装置。   The region detection device according to claim 1, further comprising means for ensuring safety based on the detected distance or position. 前記領域検知装置を危険源に装備することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の領域検知装置。   The region detection device according to any one of claims 1 to 12, wherein the region detection device is provided in a danger source. 領域検知或いは無線通信の信頼度を、請求項3記載の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする請求項3〜13のいずれかに記載の領域検知装置。   The area detection apparatus according to claim 3, further comprising means for determining reliability of area detection or wireless communication based on each detection result according to claim 3. 請求項14記載の信頼度またはRFIDによる識別認証、或はノイズ監視に基づく通信障害の検知機能を有し、障害の検知に基づき警報発信などの処理を行う手段を備えることを特徴とする請求項14に記載の領域検知装置。   15. A communication failure detection function based on reliability or RFID identification or authentication according to claim 14 or noise monitoring, and means for performing processing such as alarm transmission based on failure detection. 14. The area detection device according to 14. 前記領域検知手段が反応した、或は無反応の装置の総数または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の領域検知装置。   16. The area detection apparatus according to claim 1, further comprising means for processing according to the total number, position, or state of the apparatus in which the area detection means has reacted or has not reacted. 請求項2記載の起動信号を送信する装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする請求項16記載の領域検知装置。   The area detecting device according to claim 16, further comprising means for measuring a distance or a position to the device that transmits the activation signal according to claim 2. 自身で異常を検知する故障診断機能を有し、診断結果を基に処理する手段を備えることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の領域検知装置。   The region detection device according to claim 1, further comprising a failure diagnosis function for detecting an abnormality by itself, and means for processing based on a diagnosis result. 無線通信の経過を記録する手段を備え、該記録から通信の異常を検知して処理する手段を備えることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 18, further comprising means for recording a progress of wireless communication, and means for detecting and processing a communication abnormality from the record. イネーブル装置の機能を具備する、或はイネーブル装置と連動して動作することを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の領域検知装置。   20. The area detection device according to claim 1, wherein the region detection device has a function of an enable device or operates in conjunction with the enable device. インターロックガードの装置と連動して動作することを特徴とする請求項1〜20のいずれかに記載の領域検知装置。   21. The region detection device according to claim 1, wherein the region detection device operates in conjunction with an interlock guard device. リミットスイッチ或いはメカニカルストッパの動作制限装置と連動して動作することを特徴とする請求項1〜21のいずれかに記載の領域検知装置。   The region detection device according to any one of claims 1 to 21, wherein the region detection device operates in conjunction with a limit switch or an operation restriction device for a mechanical stopper. 請求項1〜22のいずれかに記載の領域検知装置、或は、特定の距離、または範囲、或いは一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、または平面上、或は立体上に規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の領域検知装置。   An area detection apparatus according to any one of claims 1 to 22, or an apparatus for detecting an area by providing means for reacting only at a specific distance, range, or proximity to a certain distance, on a straight line, or The area detecting device according to any one of claims 1 to 22, further comprising means for measuring a distance on the basis of the arrangement in a positional relationship with regularity on a plane or a solid. 請求項1〜23のいずれかに記載の領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する領域検知装置を、直線上、または平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする装置。   An area detection apparatus according to any one of claims 1 to 23, or an area detection apparatus that detects an area by providing means that reacts only by proximity to a specific distance, range, or fixed distance, on a straight line or on a plane An apparatus comprising: a unit arranged in a positional relationship with regularity such as an equal interval on a top or a solid, and a unit for measuring a distance based on the arrangement. 請求項23または24記載の配置を、自動で算出する手段を備えることを特徴とする装置。   An apparatus comprising: means for automatically calculating the arrangement according to claim 23 or 24. 請求項23または24記載の配置が備える信頼性,或いは,安全性を算出する手段を備えることを特徴とする装置。   An apparatus comprising: means for calculating reliability or safety provided in the arrangement according to claim 23 or 24. 請求項14記載の信頼度、或は請求項1〜24のいずれかに記載の領域検知装置における通信障害の監視に基づく通信障害の検知機能を有し、警報発信などの処理をする手段を備えることを特徴とする装置。   A communication failure detection function based on monitoring of a communication failure in the reliability according to claim 14 or the region detection device according to any one of claims 1 to 24, and means for processing such as alarm transmission A device characterized by that. 請求項1〜24のいずれかに記載の領域検知装置に通信経過を記録する手段を有し、該通信記録を基に警報を含む処理をする手段を備えることを特徴とする装置。   An apparatus comprising: means for recording a communication progress in the area detection apparatus according to any one of claims 1 to 24; and means for performing processing including an alarm based on the communication record. 前記領域検知手段が反応した、或は無反応の請求項1〜24のいずれかに記載の領域検知装置の総数、または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする装置。   25. An apparatus comprising: means for processing according to the total number, position, or state of the area detection apparatus according to any one of claims 1 to 24, wherein the area detection means has reacted or has not reacted. 請求項2記載の起動信号を発信した装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする請求項29記載の装置。   30. The apparatus according to claim 29, further comprising means for measuring a distance or a position to the apparatus that has transmitted the activation signal according to claim 2.
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