JP2024077263A - セーフティレーダーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】セーフティレーダーセンサ間の干渉を回避し、かつ最大検出速度等の設定自由度が高いセーフティレーダーシステムを提供する。
【解決手段】セーフティレーダーシステム１は、それぞれＦＭＣＷレーダーセンサ２１を有する複数のセーフティレーダーセンサ２と、複数のセーフティレーダーセンサ２とネットワークを介して接続された中央制御装置３と、を備える。それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１は、それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１の干渉リスク期間が互いに重複しないように、互いに異なる送信開始タイミングで、チャープフレームの送信を開始する。中央制御装置３は、複数のセーフティレーダーセンサ２から送信されるチャープフレームの送信開始タイミングを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は制御対象を安全に制御するためのセーフティレーダーシステムに関する。

従来、工場において、複数のレーダー装置を用いてロボットの周囲を監視し、ロボットを安全に制御することが行われている。このような環境で、異なるレーダー装置からの信号間の干渉が発生し、誤検出がなされ、ロボットが停止すると、工場の生産性が低下してしまう。

例えば、特許文献１には、複数のＦＭＣＷ方式のレーダー装置を用いて対象物を検出する方法が開示されている。この方法によれば、送信期間は、全てのレーダー装置に共通の基本時間と、それぞれのレーダー装置で異なり、基本時間より短い時間遅延との和で与えられる待機時間だけ離れている。それぞれのレーダー装置に対して、時間遅延の差は、送信時間より短いが、異なるレーダー装置からの信号間の干渉が発生し得るリスク時間の少なくとも２倍である。レーダー装置は、検出結果がレーダー装置の個数に少なくとも等しい回数連続して肯定的である場合、対象物を検出したと判定する。これにより、異なるレーダー装置からの信号間の干渉が回避される。

欧州特許出願公開第３７４２１９０号明細書

しかし、特許文献１に開示された方法では、待機時間、即ちチャープ信号の間隔を自由に設定しにくいので、最大検出速度や速度分解能の仕様を満しにくい。特に、チャープ信号の間隔がそれぞれのレーダー装置で異なるので、最大検出速度等の仕様をそれぞれのレーダー装置で統一することができない。

本発明の目的は、セーフティレーダーセンサ間の干渉を回避し、かつ最大検出速度等の設定自由度が高いセーフティレーダーシステムを提供することにある。

本発明のセーフティレーダーシステムは、それぞれＦＭＣＷレーダーセンサを有する複数のセーフティレーダーセンサと、前記複数のセーフティレーダーセンサとネットワークを介して接続された中央制御装置と、を備え、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサは、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの干渉リスク期間が互いに重複しないように、互いに異なる送信開始タイミングで、チャープフレームの送信を開始し、前記チャープフレームは一定周期で連続して送信される複数のチャープ信号で構成され、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの干渉リスク期間は、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサから送信されるチャープ信号毎に定められ、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサによるチャープ信号の送信開始から、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの所定の干渉リスク時間後までの期間であり、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの干渉リスク時間は、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサから送信されるチャープ信号が前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの所定の検出領域の最大距離の往復に要する時間以上に定められ、前記中央制御装置は、前記複数のセーフティレーダーセンサから送信されるチャープフレームの送信開始タイミングを制御する。この構成によれば、同じセーフティレーダーシステムの複数のセーフティレーダーセンサ間の干渉が回避される。また、最大検出速度等を高い自由度で設定することができる。

前記中央制御装置は、前記複数のセーフティレーダーセンサに、検出開始を指示する検出開始信号をブロードキャストし、前記セーフティレーダーセンサのＦＭＣＷレーダーセンサは、それぞれ、前記検出開始信号を受信した場合、前記送信開始タイミングを決定し、前記決定した送信開始タイミングで前記チャープフレームの送信を開始してもよい。

前記それぞれのセーフティレーダーセンサは、前記チャープフレームの複数回の連続した送信によって得られる検出データに基づいて、干渉が検出中に発生したどうかを判定する判定部をさらに備えてもよい。この構成によれば、干渉によるオブジェクトの誤検出が抑制される。

前記ＦＭＣＷレーダーセンサは、一定周期で定められた検出開始タイミングに基づいて、前記チャープフレームを連続して送信し、第１チャープフレームは第１検出開始タイミングから第１遅延時間後に送信され、前記第１チャープフレームの次の第２チャープフレームは、前記第１検出開始タイミングの次の第２検出開始タイミングから、前記第１遅延時間と異なる第２遅延時間後に送信されてもよい。この構成によれば、異なるセーフティレーダーシステムのセーフティレーダーセンサ間の干渉の頻度が低減される。

本発明によれば、セーフティレーダーセンサ間の干渉を回避し、かつ最大検出速度等の設定自由度が高いセーフティレーダーシステムが得られる。

図１は本発明の実施形態に係るセーフティレーダーシステム１の概念図である。 図２は本発明の実施形態に係るセーフティレーダーシステム１のブロック図である。 図３は幾つかのセーフティレーダーセンサ２の送信波を例示するタイミングチャートである。 図４は幾つかのセーフティレーダーセンサ２の送信波を例示するタイミングチャートである。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）、及び図５（Ｃ）は、セーフティレーダーセンサ２＿ｉと、別のレーダー装置との間の干渉を説明するためのタイミングチャートである。 図６は本発明の実施形態の変形例に係る幾つかのセーフティレーダーセンサ２の送信波を例示するタイミングチャートである。 図７は判定部２２の判定処理のフローチャートである。

図１は本発明の実施形態に係るセーフティレーダーシステム１の概念図である。セーフティレーダーシステム１はＮ個のセーフティレーダーセンサ２及び中央制御装置３を備える。Ｎは２以上の整数である。それぞれのセーフティレーダーセンサ２は、そのセーフティレーダーセンサ２に設定された検出領域５１内に存在するオブジェクト５２を検出する。中央制御装置３は、セーフティレーダーセンサ２とネットワークを介して接続され、セーフティレーダーセンサ２を制御する。さらに、中央制御装置３は、Ｍ個の制御対象５３に接続され、セーフティレーダーセンサ２による検出データを用いて制御対象５３を安全に制御する。Ｍは１以上の整数である。中央制御装置３は、ＣＰＵ、メモリ、周辺回路等で構成され、プログラムを実行することで所定の処理を行う。制御対象５３は、例えば、機械、ロボット、又は他の装置である。

検出領域５１の最大距離Ｒｍａｘは、セーフティレーダーセンサ２の位置から、セーフティレーダーセンサ２の位置から最も遠い検出領域５１内の位置までの距離である。最大距離Ｒｍａｘは、それぞれのセーフティレーダーセンサ２で、同じでもよいし、異なってもよい。

例えば、制御対象５３は産業用ロボットであり、検出領域５１は防護領域を覆うように設定される。防護領域は、産業用ロボットの周りに設定された人にとって危険な領域である。中央制御装置３は、セーフティレーダーセンサ２による検出データに基づいて、人が防護領域内にいるかどうか判定する。それから、中央制御装置３は、人が防護領域内にいないと判定した場合にロボットを作動状態におき、人が防護領域内にいると判定した場合にロボットを停止状態におく。これにより、セーフティレーダーシステム１はロボットを安全に制御する。

なお、セーフティレーダーセンサの符号は、上記のように簡単に２と記載することも、それぞれのセーフティレーダーセンサを区別して２＿１，２＿２，…のように記載することもある。同様に、制御対象の符号は、上記のように簡単に５３と記載することも、それぞれの制御対象を区別して５３＿１，５３＿２，…のように記載することもある。

図２は本発明の実施形態に係るセーフティレーダーシステム１のブロック図である。それぞれのセーフティレーダーセンサ２は、ＦＭＣＷレーダーセンサ２１、判定部２２、及び外部通信装置２３を備える。ＦＭＣＷレーダーセンサ２１は、周波数連続変調方式のレーダーであり、検出領域に向けて送信波を放射し、その反射波を受け取り、反射波の信号に信号処理を施すことで、オブジェクト５２の位置及び相対速度データを取得する。位置データは位置の強度スペクトル及び位置の検出値を含む。相対速度データは相対速度の強度スペクトル及び相対速度の検出値を含む。判定部２２は、位置及び相対速度データを含む検出データに基づいて、干渉が検出中に発生したどうかを判定する。それから、判定部２２は、判定結果並びに位置及び相対速度データを含む検出データを中央制御装置３に送信する。

なお、セーフティレーダーセンサ２による検出データは、中央制御装置３による制御に必須ではないデータを含まなくてもよい。

判定部２２は、セーフティレーダーセンサ２ではなく、中央制御装置３に設けられてもよい。この場合、セーフティレーダーセンサ２はＦＭＣＷレーダーセンサ２１による検出データを中央制御装置３に送信する。

ＦＭＣＷレーダーセンサ２１は、電波発信制御部２２１、送信部２２２、受信部２２３、ミキサー２２４、及び信号処理部２２５を有する。電波発信制御部２２１は中央制御装置３の命令に従って送信信号を生成する。送信信号は送信部２２２とミキサー２２４に分配される。送信部２２２は、アンテナ、電力増幅器、Ｄ／Ａ変換器等を有し、送信信号を送信波に変換し、その送信波を検出領域に向けて放射する。受信部２２３は、アンテナ、低雑音増幅器、Ａ／Ｄ変換器等を有し、反射波を受け取り、その反射波を受信信号に変換する。ミキサー２２４は送信信号と受信信号を乗算して中間周波数信号を生成する。信号処理部２２５は、中間周波数信号から、負の周波数を有する成分、及び干渉リスク周波数ｆｉｒより高い周波数を有する成分を除去する。干渉リスク周波数ｆｉｒはＳ×Ｔｉｒに等しい。Ｓは送信波のチャープ信号のチャープスロープ（周波数の変化率）である。Ｔｉｒは後述の干渉リスク時間である。それから、信号処理部２２５は、除去処理を施した中間周波数信号に、距離ＦＦＴ（ｒａｎｇｅ－ＦＦＴ）、速度ＦＦＴ（Ｄｏｐｐｌｅｒ－ＦＦＴ）、及び角度ＦＦＴを施すことで、位置の強度スペクトル、相対速度の強度スペクトル、位置の検出値、及び相対速度の検出値を算出する。電波発信制御部２２１、ミキサー２２４、及び信号処理部２２５は、ＣＰＵ、メモリ、周辺回路等で構成され、ＣＰＵによるプログラムの実行によって実現される。

なお、信号処理部２２５は、高速フーリエ変換に代えて、別の離散フーリエ変換のアルゴリズムを実行してもよい。

中央制御装置３は、制御部３１、安全出力部３２、及び外部通信装置３３を備える。制御部３１はセーフティレーダーセンサ２及び制御対象５３を制御する。より具体的に、制御部３１は、セーフティレーダーセンサ２に、検出領域５１内に存在するオブジェクト５２の検出を命令する。また、制御部３１は、セーフティレーダーセンサ２による検出データを用いて、安全出力部３２を介して、制御対象５３を安全に制御する。

外部通信装置２３と外部通信装置３３は、ネットワークを介して接続され、セーフティレーダーセンサ２と中央制御装置３の間の通信を担う。

図３及び図４は幾つかのセーフティレーダーセンサ２の送信波を例示するタイミングチャートである。図４では、図３のタイミングチャートの一部、より具体的に検出を開始するタイミング付近を拡大している。

送信波は連続して送信されるチャープフレーム６１で構成される。チャープフレーム６１は一定周期で連続して送信されるＮｃ個のチャープ信号６２で構成される。チャープ信号６２は、周波数が時間と共に増加又は減少する線形チャープ信号である。それぞれのチャープ信号６２は同じ開始周波数ｆｃ及びチャープスロープＳを有する。

図３において、チャープ時間Ｔｃは１つのチャープ信号６２の持続時間である。アイドル時間Ｔｉは、チャープフレーム６１内におけるチャープ信号６２の送信停止から次のチャープ信号６２の送信開始までの時間である。チャープ周期Ｔｔｃはチャープフレーム６１内におけるチャープ信号６２の送信の周期である。フレーム時間Ｔｆは、１つのチャープフレーム６１の持続時間であり、Ｔｔｃ×Ｎｃに等しい。検出周期Ｔｍは検出の周期であり、フレーム時間Ｔｆより長い。

本実施形態において、チャープ時間Ｔｃ、アイドル時間Ｔｉ、及びチャープ数Ｎｃはそれぞれのセーフティレーダーセンサ２で等しい。しかし、変形例として、チャープ時間Ｔｃ、アイドル時間Ｔｉ、及びチャープ数Ｎｃはそれぞれのセーフティレーダーセンサ２で異なってもよい。

検出開始タイミングｔｍ＿ｊは、ｊ番目の検出を開始するタイミングであり、全てのセーフティレーダーセンサ２に共通である。送信開始タイミングｔｆ＿ｉｊはセーフティレーダーセンサ２＿ｉのｊ番目のチャープフレーム６１の送信を開始するタイミングである。

図４において、遅延時間Ｔｄ＿ｉｊは検出開始タイミングｔｍ＿ｊから送信開始タイミングｔｆ＿ｉｊまでの時間である。送信開始タイミングｔｃ＿ｉｊｋは、セーフティレーダーセンサ２＿ｉのｊ番目のチャープフレーム６１のｋ番目のチャープ信号６２を送信するタイミングである。干渉リスク期間Ｉｉｒ＿ｉｊｋは、チャープ信号６２の送信開始タイミングｔｃ＿ｉｊｋから干渉リスク時間Ｔｉｒ後までの期間である。以下で詳述するように、このような干渉リスク期間Ｉｉｒ＿ｉｊｋ内に、セーフティレーダーセンサ２＿ｉに、別のレーダー装置の信号が到達した場合、干渉リスク期間Ｉｉｒ＿ｉｊｋを定められたチャープ信号６２と、該別のレーダー装置の信号との間の干渉が発生するおそれがある。干渉リスク時間Ｔｉｒは、最大の信号伝搬時間Ｔｍａｘ以上に、好ましくは最大の信号伝搬時間Ｔｍａｘに等しく又はそれより僅かに大きく設定される。最大の信号伝搬時間Ｔｍａｘは、セーフティレーダーセンサ２から送信されるチャープ信号６２がそのセーフティレーダーセンサ２の検出領域５１の最大距離Ｒｍａｘ（図１参照）の往復に要する時間である。

なお、検出開始タイミングｔｍ＿ｊ、送信開始タイミングｔｆ＿ｉｊ、送信開始タイミングｔｃ＿ｉｊｋ、遅延時間Ｔｄ＿ｉｊ、及び干渉リスク期間Ｉｉｒ＿ｉｊｋは、それぞれ、簡単に、検出開始タイミングｔｍ、送信開始タイミングｔｆ、送信開始タイミングｔｃ、遅延時間Ｔｄ、及び干渉リスク期間Ｉｉｒと記載することもある。

本実施形態において、干渉リスク時間Ｔｉｒはそれぞれのセーフティレーダーセンサ２で等しい。しかし、変形例として、干渉リスク時間Ｔｉｒはそれぞれのセーフティレーダーセンサ２で異なってもよい。

セーフティレーダーセンサ２は、一定周期で定められた検出開始タイミングｔｍが到来する度に、１つのチャープフレーム６１を送信する。それぞれの遅延時間Ｔｄは、異なるランダム変数をとり、それぞれのセーフティレーダーセンサ２の干渉リスク期間Ｉｉｒが互いに重複しない条件で、ゼロ以上最大遅延時間Ｔｄｍａｘ以下の範囲でランダムに決定される。ここで、セーフティレーダーセンサ２＿ｉの干渉リスク期間Ｉｉｒは、干渉リスク期間Ｉｉｒ＿ｉ１１，Ｉｉｒ＿ｉ１２，…，Ｉｉｒ＿ｉ２１，Ｉｉｒ＿ｉ２２…で構成される期間である。最大遅延時間ＴｄｍａｘはＴｍ－Ｔｆより短く設定される。

なお、本実施形態において、チャープフレーム６１のチャープ周期Ｔｔｃはそれぞれのセーフティレーダーセンサ２で等しい。このため、それぞれのセーフティレーダーセンサ２のチャープフレーム６１の１番目の干渉リスク期間Ｉｉｒが互いに重複しなければ、それぞれのセーフティレーダーセンサ２のチャープフレーム６１の以後の干渉リスク期間Ｉｉｒも互いに重複しない。

このように、ＦＭＣＷレーダーセンサ２１は、一定周期で定められた検出開始タイミングｔｍに基づいて、チャープフレーム６１を連続して送信する。

それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１は、それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１の干渉リスク期間Ｉｉｒが互いに重複しないように、互いに異なる送信開始タイミングｔｆで、チャープフレーム６１の送信を開始する。

それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１の干渉リスク期間Ｉｉｒは、それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１から送信されるチャープ信号６２毎に定められ、それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１によるチャープ信号６２の送信開始から、それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１の所定の干渉リスク時間Ｔｉｒ後までの期間である。

それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１の干渉リスク時間Ｔｉｒは、それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１から送信されるチャープ信号６２がそれぞれのＦＭＣＷレーダーセンサ２１の所定の検出領域５１の最大距離Ｒｍａｘ（図１参照）の往復に要する時間以上に定められる。

ｊ番目のチャープフレーム６１は検出開始タイミングｔｍ＿ｊから遅延時間Ｔｄ＿ｉｊ後に送信される。次のｊ＋１番目のチャープフレーム６１は、遅延時間Ｔｄ＿ｉｊと遅延時間Ｔｄ＿ｉｊ＋１が偶然に一致する場合を除いて、次の検出開始タイミングｔｍ＿ｊから、遅延時間Ｔｄ＿ｉｊと異なる遅延時間Ｔｄ＿ｉｊ＋１後に送信される。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）、及び図５（Ｃ）は、セーフティレーダーセンサ２＿ｉと、別のレーダー装置との間の干渉を説明するためのタイミングチャートである。チャープ信号６３１は、送信開始タイミングｔｃにセーフティレーダーセンサ２＿ｉから送信された信号を示す。チャープ信号６３２は、送信開始タイミングｔｃから干渉リスク時間Ｔｉｒ後にセーフティレーダーセンサ２＿ｉに到達し、セーフティレーダーセンサ２＿ｉによって受信された信号を示す。チャープ信号６３２はチャープ信号６３１と同じ開始周波数及びチャープスロープを有する。チャープ信号６３３は、送信開始タイミングｔｃにセーフティレーダーセンサ２＿ｉから送信され、検出領域５１内のオブジェクト５２（図１参照）によって反射されて、セーフティレーダーセンサ２＿ｉに戻ってきた信号を示す。上記のように、干渉リスク時間Ｔｉｒは最大の信号伝搬時間Ｔｍａｘ以上に設定される。このため、チャープ信号６３３はセーフティレーダーセンサ２＿ｉの干渉リスク期間Ｉｉｒ内にセーフティレーダーセンサ２＿ｉに到達する。それ故、チャープ信号６３３に起因する中間周波数信号の周波数成分は干渉リスク周波数ｆｉｒより低い周波数を有する。

図５（Ａ）において、チャープ信号６３４は、セーフティレーダーセンサ２＿ｉとは別のレーダー装置から送信され、セーフティレーダーセンサ２＿ｉの干渉リスク期間Ｉｉｒ経過後にセーフティレーダーセンサ２＿ｉに到達し、セーフティレーダーセンサ２＿ｉによって受信された信号を示す。チャープ信号６３４はチャープ信号６３１と同じ開始周波数及びチャープスロープを有する。このため、チャープ信号６３４に起因する中間周波数信号の周波数成分は干渉リスク周波数ｆｉｒより高い周波数を有する。それ故、チャープ信号６３３とチャープ信号６３４とは識別することができる。その結果、チャープ信号６３３とチャープ信号６３４と間の干渉、従ってオブジェクトの誤検出は回避することができる。

図５（Ｂ）において、チャープ信号６３５は、セーフティレーダーセンサ２＿ｉとは別のレーダー装置から送信され、セーフティレーダーセンサ２＿ｉの干渉リスク期間Ｉｉｒ内にセーフティレーダーセンサ２＿ｉに到達し、セーフティレーダーセンサ２＿ｉによって受信された信号を示す。チャープ信号６３５はチャープ信号６３１と同じ開始周波数及びチャープスロープを有する。このため、チャープ信号６３５に起因する中間周波数信号の周波数成分は干渉リスク周波数ｆｉｒより低い周波数を有する。それ故、チャープ信号６３３とチャープ信号６３５とを識別することはできない。その結果、チャープ信号６３３とチャープ信号６３５との間の干渉が発生し、オブジェクトが誤検出されるおそれがある。

図５（Ｂ）に示すように、セーフティレーダーセンサ２＿ｉから送信されるチャープ信号と同じチャープスロープを有し、セーフティレーダーセンサ２＿ｉとは別のレーダー装置から送信され、セーフティレーダーセンサ２＿ｉによって受信されたチャープ信号に対応する斜めの線分が平行四辺形の領域（ドットでハッチングされた領域）内に入ると、干渉が発生する。

図５（Ｃ）において、チャープ信号６３６は、セーフティレーダーセンサ２＿ｉとは別のレーダー装置から送信され、セーフティレーダーセンサ２＿ｉによって受信された信号を示す。チャープ信号６３６は、チャープ信号６３１と異なるチャープスロープを有し、中間周波数信号のノイズレベルを上昇させるが、中間周波数信号に特定の周波数成分をもたらさない。このため、チャープ信号６３６はオブジェクトの誤検出を引き起こさない。

なお、チャープ信号６３３の信号強度が低い場合、チャープ信号６３３による中間周波数信号の周波数成分がチャープ信号６３６によるノイズに埋もれて消えてしまうことがある。しかし、オブジェクトはチャープフレームのＮｃ個のチャープ信号を用いて検出される。このため、中間周波数信号のノイズレベルの上昇がチャープフレームに含まれるチャープ信号のごく一部に対して発生したとしても、オブジェクトの検出漏れは回避される。一方、中間周波数信号のノイズレベルの上昇がチャープフレームに含まれるチャープ信号の多くに対して発生した場合、例えば、干渉又は異常が発生したと判定し、それに応じた処理を行えばよい。

次に、同じセーフティレーダーシステム１のＮ個のセーフティレーダーセンサ２間の干渉について説明する。

上記のように、セーフティレーダーセンサ２＿ｉから送信されたチャープ信号６２は、検出領域５１内のオブジェクト５２（図１参照）によって反射されると、そのチャープ信号６２の干渉リスク期間Ｉｉｒ内にセーフティレーダーセンサ２＿ｉに戻ってくる。一方、それぞれのセーフティレーダーセンサ２の干渉リスク期間Ｉｉｒは互いに重複しない。その結果、セーフティレーダーセンサ２＿ｉ以外のセーフティレーダーセンサ２から送信されたチャープ信号６２は、セーフティレーダーセンサ２＿ｉの干渉リスク期間Ｉｉｒ内にセーフティレーダーセンサ２＿ｉに到達しない。それ故、セーフティレーダーセンサ２＿ｉ以外のセーフティレーダーセンサ２のチャープ信号６２はセーフティレーダーセンサ２＿ｉのチャープ信号６２と識別される。

即ち、セーフティレーダーセンサ２＿ｉで生成される中間周波数信号における、セーフティレーダーセンサ２＿ｉ以外のセーフティレーダーセンサ２のチャープ信号６２に起因する周波数成分は、負の周波数又は干渉リスク周波数ｆｉｒより高い周波数を有する。このため、該周波数成分は信号処理によって除去される。

従って、同じセーフティレーダーシステム１のＮ個のセーフティレーダーセンサ２間の干渉が回避される。

次に、異なるセーフティレーダーシステム１のセーフティレーダーセンサ２間の干渉について説明する。

なお、セーフティレーダーシステムの符号は、異なるセーフティレーダーシステムを区別して１＿１，１＿２と記載する。

セーフティレーダーシステム１＿１，１＿２のセーフティレーダーセンサ２は、図３及び図４に例示するような同じパターンの送信波を放射する。

また、セーフティレーダーシステム１＿１のセーフティレーダーセンサ２から送信されるチャープフレーム６１の干渉リスク期間Ｉｉｒがセーフティレーダーシステム１＿２のセーフティレーダーセンサ２から送信されるチャープフレーム６１の干渉リスク期間Ｉｉｒと重複し、セーフティレーダーシステム１＿１のセーフティレーダーセンサ２から送信されるチャープフレーム６１がセーフティレーダーシステム１＿２のセーフティレーダーセンサ２から送信されるチャープフレーム６１と干渉したとする。ここで、セーフティレーダーセンサ２＿ｉから送信されるｊ番目のチャープフレーム６１の干渉リスク期間Ｉｉｒは、Ｉｉｒ＿ｉｊ１，Ｉｉｒ＿ｉｊ２，…，Ｉｉｒ＿ｉｊＮｃで構成される期間である。

上記のように、それぞれの遅延時間Ｔｄは異なるランダム変数をとる。このため、セーフティレーダーシステム１＿１のセーフティレーダーセンサ２から送信される以後のチャープフレーム６１の干渉リスク期間Ｉｉｒがセーフティレーダーシステム１＿２のセーフティレーダーセンサ２から送信される以後のチャープフレーム６１の干渉リスク期間Ｉｉｒと重複する可能性は低くなる。それ故、セーフティレーダーシステム１＿１のセーフティレーダーセンサ２から送信される以後のチャープフレーム６１がセーフティレーダーシステム１＿２のセーフティレーダーセンサ２から送信される以後のチャープフレーム６１と干渉する可能性は低くなる。

従って、セーフティレーダーシステム１＿１のセーフティレーダーセンサ２と別のセーフティレーダーシステム１＿２のセーフティレーダーセンサ２の間の干渉の頻度が低減される。

図６は本発明の実施形態の変形例に係る幾つかのセーフティレーダーセンサ２の送信波を例示するタイミングチャートである。本変形例において、遅延時間Ｔｄ＿ｉｊは、固定値をとる固定遅延時間Ｔｄｆ＿ｉと、ランダムに決定されるランダム遅延時間Ｔｄｒ＿ｊの和に等しい。固定遅延時間Ｔｄｆ＿ｉはＴｃｏｎｓｔ×（ｉ－１）に設定される。Ｔｃｏｎｓｔは干渉リスク時間Ｔｉｒより大きい一定値である。

なお、固定遅延時間Ｔｄｆ＿ｉ及びランダム遅延時間Ｔｄｒ＿ｊは、それぞれ、簡単に、固定遅延時間Ｔｄｆ及びランダム遅延時間Ｔｄｒと記載することもある。

固定遅延時間Ｔｄｆは、それぞれのセーフティレーダーセンサ２で異なる値をとるが、同じセーフティレーダーセンサ２のそれぞれのチャープフレーム６１で同じ値をとる。ランダム遅延時間Ｔｄｒは、それぞれのセーフティレーダーセンサ２で同じランダム変数をとるが、同じセーフティレーダーセンサ２のそれぞれのチャープフレーム６１で異なるランダム変数をとる。

本変形例においても、同じセーフティレーダーシステム１のＮ個のセーフティレーダーセンサ２間の干渉が回避される。また、異なるセーフティレーダーシステム１のセーフティレーダーセンサ２間の干渉の頻度が低減される。

別の変形例において、それぞれの遅延時間Ｔｄは、ランダム変数を含まず、互いに異なるように予め設定された固定値をとってもよい。

図７は判定部２２の判定処理のフローチャートである。まず、判定部２２はＦＭＣＷレーダーセンサ２１から連続したＮｄ回の検出データを受け取る（ｓ１）。Ｎｄは、２以上の整数、例えば３である。Ｎｄ回の検出の全てにおいて、相対速度が検出された場合（ｓ２：Ｙｅｓ）、干渉は検出中に発生しなかったと判定する。それ以外の場合（ｓ２：Ｎｏ）、干渉が検出中に発生したと判定する（ｓ４）。即ち、チャープフレームの複数回の連続した送信によって得られる検出データに基づいて、干渉が検出中に発生したどうかを判定する。次に、判定結果並びに位置及び相対速度データを含む検出データを中央制御装置３に送信する（ｓ４）。判定部２２は、セーフティレーダーシステム１の動作中、上記の判定処理を反復する。

なお、判定部２２は、検出対象に応じて、位置データに基づいて、又は位置データと相対速度データの両方に基づいて、判定を行ってもよい。

次に、図２を参照しながら、セーフティレーダーシステム１の動作の一例について説明する。

中央制御装置３は、Ｎ個のセーフティレーダーセンサ２に、検出開始を指示する検出開始信号を送信する。検出開始信号はＮ個のセーフティレーダーセンサ２にブロードキャストで一斉に送信されてもよい。あるいは、検出開始信号はＮ個のセーフティレーダーセンサ２に個別に送信されてもよい。

それぞれのセーフティレーダーセンサ２は、検出開始信号を受信した場合、遅延時間Ｔｄを決定する。それから、それぞれのセーフティレーダーセンサ２は、検出開始タイミングｔｍから遅延時間Ｔｄ後にチャープフレームを送信する。検出開始タイミングｔｍは検出開始信号の受信時刻に実質的に一致する。即ち、セーフティレーダーセンサ２のＦＭＣＷレーダーセンサ２１は、それぞれ、検出開始信号を受信した場合、送信開始タイミングｔｆを決定し、決定した送信開始タイミングｔｆでチャープフレームの送信を開始する。遅延時間Ｔｄはそれぞれのセーフティレーダーセンサ２によって検出開始信号の受信時に中央制御装置３から取得されてもよい。あるいは、遅延時間Ｔｄはそれぞれのセーフティレーダーセンサ２に予め与えられてもよい。

即ち、中央制御装置３は、複数のセーフティレーダーセンサ２から送信されるチャープフレームの送信開始タイミングｔｆを制御する。

それぞれのセーフティレーダーセンサ２は受信信号に信号処理を施すことで位置データ及び相対速度データを取得する。

中央制御装置３及びセーフティレーダーセンサ２は検出開始信号の送信から位置データ及び相対速度データの取得までをＮｄ回反復する。

セーフティレーダーセンサ２は、連続したＮｄ回の相対速度データに基づいて、干渉が検出中に発生したかどうかを判定し、判定結果並びに位置及び相対速度データを含む検出データを中央制御装置３に送信する。

中央制御装置３は、それぞれのセーフティレーダーセンサ２の検出領域において、相対速度が正常に検出され、かつＮｄ回の相対速度の検出値が所定の数値範囲内にある場合、検出対象がその検出領域内に存在すると判定する。中央制御装置３は、それ以外の場合、検出対象がその検出領域内に存在しないと判定する。中央制御装置３は、何れかのセーフティレーダーセンサ２の検出領域内に検出対象が存在すると判定した場合、制御対象５３を停止状態におく。中央制御装置３は、どのセーフティレーダーセンサ２の検出領域内にも検出対象が存在しないと判定した場合、制御対象５３を作動状態におく。

中央制御装置３は、セーフティレーダーシステム１の動作中、検出開始信号の送信からセーフティレーダーセンサ２による検出データに基づく制御対象５３の制御までを反復する。

なお、セーフティレーダーセンサ２は、１回の検出開始信号の送信に対して１回の検出を行う代わりに、１回の検出開始信号の送信に対してＮｄ回の検出を行ってもよい。この場合、Ｎｄ回の検出における最初の検出開始タイミングｔｍが検出開始信号の受信時刻に実質的に一致する。

また、変形例として、中央制御装置３は、例えば、セーフティレーダーセンサ２＿１，２＿２による検出データに基づいて制御対象５３＿１を制御し、セーフティレーダーセンサ２＿３，２＿４による検出データに基づいて制御対象５３＿２を制御してもよい。

本実施形態によれば、それぞれの遅延時間Ｔｄは、それぞれのセーフティレーダーセンサ２の干渉リスク期間Ｉｉｒが互いに重複しないように決定される。このため、同じセーフティレーダーシステム１のＮ個のセーフティレーダーセンサ２間の干渉が回避される。

また、遅延時間Ｔｄは同じセーフティレーダーセンサ２のそれぞれのチャープフレームで異なるランダム変数をとる。このため、異なるセーフティレーダーシステム１のセーフティレーダーセンサ２間の干渉の頻度が低減される。

また、概して、干渉が連続した複数回の検出で発生する可能性は低い。本実施形態によれば、複数回の検出の全てにおいて、相対速度が検出された場合、干渉は検出中に発生しなかったと判定する。それ以外の場合、干渉が検出中に発生したと判定する。これにより、オブジェクトの誤検出が抑制される。

また、チャープフレームを送信し、速度ＦＦＴを実行して相対速度を検出する場合、最大検出速度はチャープ周期Ｔｔｃに反比例し、速度分解能はフレーム時間Ｔｆに反比例する。本実施形態によれば、異なる遅延時間Ｔｄでチャープフレームを送信することで、干渉を抑制する。このため、遅延時間Ｔｄとほぼ無関係に、チャープ周期Ｔｔｃ及びフレーム時間Ｔｆを設定することができる。それ故、最大検出速度及び速度分解能を高い自由度で設定することができる。特に、チャープ周期Ｔｔｃ及びフレーム時間Ｔｆをそれぞれのセーフティレーダーセンサ２で同じ値に設定することができる。それ故、最大検出速度及び速度分解能をそれぞれのセーフティレーダーセンサ２で統一することができる。

さらに、それ故に、セーフティレーダーセンサ２は、相対速度の検出、従って動体の検出に適している。特に、セーフティレーダーセンサ２は人の検出に適しており、セーフティレーダーシステム１は上記の防護領域を設定されたロボットの制御に適している。

別の実施形態において、例えば、セーフティレーダーシステム１と干渉するおそれのある別のセーフティレーダーシステム１がない場合、同じセーフティレーダーセンサ２のそれぞれのチャープフレーム６１の遅延時間Ｔｄは同じでもよい。

同様に、例えば、セーフティレーダーシステム１と干渉するおそれのある別のセーフティレーダーシステム１がない場合、判定部２２は設けられなくてもよい。この場合、セーフティレーダーセンサ２はＦＭＣＷレーダーセンサ２１による検出データを中央制御装置３に送信する。

１…セーフティレーダーシステム
２…セーフティレーダーセンサ
３…中央制御装置
２１…ＦＭＣＷレーダーセンサ
２２…判定部
２３…外部通信装置
３１…制御部
３２…安全出力部
３３…外部通信装置
５１…検出領域
５２…オブジェクト
５３…制御対象
６１…チャープフレーム
６２，６３１，６３２，６３３，６３４，６３５，６３６…チャープ信号
２２１…電波発信制御部
２２２…送信部
２２３…受信部
２２４…ミキサー
２２５…信号処理部

Claims (4)

1. それぞれＦＭＣＷレーダーセンサを有する複数のセーフティレーダーセンサと、
   前記複数のセーフティレーダーセンサとネットワークを介して接続された中央制御装置と、を備え、
   前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサは、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの干渉リスク期間が互いに重複しないように、互いに異なる送信開始タイミングで、チャープフレームの送信を開始し、
   前記チャープフレームは一定周期で連続して送信される複数のチャープ信号で構成され、
   前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの干渉リスク期間は、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサから送信されるチャープ信号毎に定められ、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサによるチャープ信号の送信開始から、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの所定の干渉リスク時間後までの期間であり、
   前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの干渉リスク時間は、前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサから送信されるチャープ信号が前記それぞれのＦＭＣＷレーダーセンサの所定の検出領域の最大距離の往復に要する時間以上に定められ、
   前記中央制御装置は、前記複数のセーフティレーダーセンサから送信されるチャープフレームの送信開始タイミングを制御する、セーフティレーダーシステム。
2. 前記中央制御装置は、前記複数のセーフティレーダーセンサに、検出開始を指示する検出開始信号をブロードキャストし、
   前記セーフティレーダーセンサのＦＭＣＷレーダーセンサは、それぞれ、前記検出開始信号を受信した場合、前記送信開始タイミングを決定し、前記決定した送信開始タイミングで前記チャープフレームの送信を開始する、請求項１に記載のセーフティレーダーシステム。
3. 前記それぞれのセーフティレーダーセンサは、前記チャープフレームの複数回の連続した送信によって得られる検出データに基づいて、干渉が検出中に発生したどうかを判定する判定部をさらに備える、請求項１又は２に記載のセーフティレーダーシステム。
4. 前記ＦＭＣＷレーダーセンサは、一定周期で定められた検出開始タイミングに基づいて、前記チャープフレームを連続して送信し、
   第１チャープフレームは第１検出開始タイミングから第１遅延時間後に送信され、
   前記第１チャープフレームの次の第２チャープフレームは、前記第１検出開始タイミングの次の第２検出開始タイミングから、前記第１遅延時間と異なる第２遅延時間後に送信される、請求項１又は２に記載のセーフティレーダーシステム。

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