JP6678396B2 - 衝突検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、ロボットなどの可動体の可動範囲内において、周辺設備との衝突を回避する技術に関するものである。

近年、アームを備えたロボットなどの可動体が移動を伴う作業を行う際に、周辺の設備機器や人などの環境との接触や衝突を素早く検知し、可動体の動作停止などの制御を行い、周辺の設備機器を破損することのないように、あるいは人に危害を加えることのないように安全対策を施すことが求められている。
可動体と周辺の設備機器との衝突を検知する方法として、例えば特許文献１には、動力部の回転動力が伝達され運動する第１回転軸の第１角速度と、動力部の回転動力を取り出す回転軸となる第２回転軸の第２角速度とに基づいて、第１回転軸と第２回転軸との間に生じる捩れ角速度を所定の範囲内に制御し、モーター、アーム、および接続部を破損させることなく、アームの動作を停止させる回転動力源の制御を行う回転動力源制御方法が開示されている。

また、特許文献２には、決定した姿勢となるようにロボットアームを駆動させた場合の当該ロボットアームの各自由軸における回転角度の組み合わせパターンと、干渉パターンンテーブルにおいて定義された組み合わせパターンとの照合に基づいて、決定した姿勢となるようにロボットアームを駆動させた場合に、ハンドアイセンサとロボットアームとが干渉するか否か判定し、干渉すると判定した場合には、適した姿勢を再決定する制御装置が開示されている。

また、特許文献３には、ワークのピッキングに適した姿勢が決定されると、当該姿勢でピッキング箇所にエンドエフェクタを位置させた場合に、ハンドアイセンサの干渉候補点が、ロボットアームのベースが設置されたステージと干渉するか否かを、ステージの所定箇所を原点とするステージ座標系における干渉候補点の座標値のうち、ステージの法線方向に延在する座標軸に関する座標値が正の値であるか否かによって判定し、干渉が判定されるとワークのピッキングに適した姿勢が新たに決定される制御装置が開示されている。

さらに、生産設備の分野では、非常停止スイッチの代替手法として、ロープスイッチが使用されている。ロープスイッチは、例えばバネなどの付勢体によって引張方向に付勢されて生産設備が設置された床面に対して略水平状態となって位置するロープ、当該ロープの引き操作などによりオンし、引き操作の解除によりオフするスイッチなどにより構成される。作業者がロープスイッチのロープを引き操作することによりスイッチがオンされ、非常停止の制御が実行される。

特開２０１３−６２３０号公報 特開２０１１−９３０１５号公報 特開２０１１−９３０１４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術では、可動体が周辺の設備機器と衝突した後に当該衝突を検知するため、アームの動作を停止させる回転動力源の制御を行う間に可動体や設備機器が破損する恐れがあるという課題があった。

また、特許文献２および特許文献３に記載された技術では、干渉パターンテーブルの設定や座標変換の設定においてユーザによる処理操作を必要とし、誤った条件が設定される、あるいは誤った情報を参照して条件が設定されるなどの人為的ミスが発生するという課題があった。さらに、ミスが発生した状態で、実際の状況と一致しない条件に基づいて照合処理や変換処理が行われると、可動体の正しい姿勢を決定することができないという課題があった。
さらに、ロープスイッチを衝突検知に適用した場合、ロープスイッチのオン／オフを検知するセンサや、ロープの端部を保持する保持部材に可動体が衝突して、ロープスイッチが破損する、あるいは可動体が破損するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、人為的ミスが発生する可能性のある設定操作を伴うことなく、監視対象物が周辺の設備機器およびセンサなどに衝突する前に当該衝突の可能性を検知することを目的とする。

この発明に係る衝突検知装置は、監視対象物の衝突を検知する衝突検知装置において、複数の保持部材と、複数の保持部材に保持された線状部材と、線状部材の変化から監視対象物の線状部材への衝突を検知する衝突検知部とを備え、線状部材は複数の保持部材に保持されて上方視において当該線状部材が交差して得られる１つの交差点を形成し、交差点を少なくとも１箇所に形成して配設され、保持部材を線状部材の端部と交差点とを結んで得られる領域外、または交差点を結んで得られる領域外に配置したものである。

この発明によれば、複雑な設定操作を必要としない容易な構成を用いて、可動体が周辺の設備機器およびセンサに衝突する前に当該衝突の可能性を検知することができる。これにより、設備機器、センサおよび可動体の破損を抑制することができる。

実施の形態１に係る衝突検知装置の構成を示す上面図である。 実施の形態１に係る衝突検知装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る衝突検知装置のロープの両端部の保持方法を示す説明図である。 実施の形態１に係る衝突検知装置の衝突検知部にロープの張力の変化から可動体のロープへの衝突を検知する構成を示す図である。 実施の形態１に係る衝突検知装置の衝突検知部にロープの移動から可動体のロープへの衝突を検知する構成を示す図である。 実施の形態１に係る衝突検知装置の衝突検知部にロープの通電状態から可動体のロープへの衝突を検知する構成を示す図である。 実施の形態２に係る衝突検知装置の複数のロープの配置例を示す図である。 実施の形態２に係る衝突検知装置のロープのその他の構成例を示す図である。 実施の形態２に係る衝突検知装置のロープに装甲部材を設ける構成を示す図である。 実施の形態２に係る衝突検知装置の複数のロープの締結方法を示す図である。 実施の形態２に係る衝突検知装置の複数のロープの設置方法を示す図である。 実施の形態３に係る衝突検知装置の構成を示す上面図である。 実施の形態４に係る衝突検知装置の構成を示す上面図である。 実施の形態４に係る衝突検知装置の構成を示す上面図である。

実施の形態１．
図１および図２を参照しながら、実施の形態１に係る衝突検知装置の構成について説明する。
図１は実施の形態１に係る衝突検知装置の構成を示す上面図であり、図２は実施の形態１に係る衝突検知装置の構成を示す斜視図である。
衝突検知装置は、ロープ端部保持部材（保持部材）１、ロープ保持部材（保持部材）２、ロープ（線状部材）３および衝突検知部４を備えて構成され、監視対象となる可動体２０のロープ３への衝突を検知する。衝突検知装置が配置される領域には、可動体２０が可動可能な最大領域を示す可動領域Ａと、当該可動領域Ａ内において可動体２０が実際に作業を行う際に動作が許可された領域である動作制限領域Ｂが設定されている。

動作制限領域Ｂ内には、例えばロボットアームを備えたロボットである可動体２０、可動体２０が作業を行う対象である作業対象３０が配置されている。図１の例では、可動体２０がロボットアームを最大に伸ばした状態で可動する場合の領域を示したのが可動領域Ａであり、可動体２０が作業対象３０に対して実際に作業動作を行うとして領域として制限された領域が動作制限領域Ｂである。動作制限領域Ｂ外であれば、設備機器４０などを配置することが可能である。

ロープ端部保持部材１ａ，１ｂ（以下、総称する場合にはロープ端部保持部材１と称する。）は、例えば壁面、床面から立設された柱などで構成される。第１から第６のロープ保持部材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ（以下、総称する場合にはロープ保持部材２と称する。）は、例えば床面から立設された円柱状の柱などで構成される。ロープ端部保持部材１およびロープ保持部材２は、動作制限領域Ｂ外に配置される。
図１の例では、２本のロープ端部保持部材１ａ，１ｂが、動作制限領域Ｂの頂点Ｂａ近傍に配置されている。一対の第１のロープ保持部材２ａおよび第２のロープ保持部材２ｂは、動作制限領域Ｂの頂点Ｂｂの付近に配置されている。同様に、一対の第３のロープ保持部材２ｃおよび第４のロープ保持部材２ｄは動作制限領域Ｂの頂点Ｂｃの付近に配置され、一対の第５のロープ保持部材２ｅおよび第６のロープ保持部材２ｆは動作制限領域Ｂの頂点Ｂｄ近傍に配置されている。

ロープ３は、連続した１本のロープであり、一方の端部がロープ端部保持部材１ａに保持される。一方の端部が保持されたロープ３は、第１のロープ保持部材２ａに向けて延ばし、第１のロープ保持部材２ａの外周に半周程度巻き付け、さらに隣接する第２のロープ保持部材２ｂの外周に半周程度巻き付け、第３のロープ保持部材２ｃに向けて延ばす。第３のロープ保持部材２ｃに向けて延ばすロープ３は、ロープ端部保持部材１ａと第１のロープ保持部材２ａ間を結ぶロープ３と交差点Ｃで交わる。

同様にロープ３は、第３のロープ保持部材２ｃの外周に半周程度巻き付け、さらに隣接する第４のロープ保持部材２ｄの外周に半周程度巻き付け、第５のロープ保持部材２ｅに向けて延ばす。第５のロープ保持部材２ｅに向けて延ばすロープ３は、第２のロープ保持部材２ｂと第３のロープ保持部材２ｃ間を結ぶロープ３と交差点Ｄで交わる。
また、ロープ３は、第５のロープ保持部材２ｅの外周に半周程度巻き付け、さらに隣接する第６のロープ保持部材２ｆの外周に半周程度巻き付け、ロープ端部保持部材１ｂに向けて延ばす。ロープ端部保持部材１ｂに向けて延ばすロープ３は、第４のロープ保持部材２ｄと第５のロープ保持部材２ｅ間を結ぶロープ３と交差点Ｅで交わる。ロープ３の他端は、ロープ端部保持部材１ｂに保持される。

動作制限領域Ｂを上方から見た場合、上述したロープ３同士の交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、それぞれ動作制限領域Ｂの各頂点Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄと一致する。また、ロープ端部保持部材１ａから第１のロープ保持部材２ａに延びるロープ３、第２のロープ保持部材２ｂから第３のロープ保持部材２ｃに延びるロープ３、第４のロープ保持部材２ｄから第５のロープ保持部材２ｅに延びるロープ３、第６のロープ保持部材２ｆからロープ端部保持部材１ｂに延びるロープ３は、それぞれ矩形の動作制限領域Ｂの各辺と一致する。言い換えると、交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを直線で結んで得られる領域を、動作制限領域Ｂに設定することができる。

図３は、実施の形態１に係る衝突検知装置のロープ端部保持部材１ａ，１ｂのロープ３保持方法を示す説明図である。
ロープ３の端部には、ばね５などの付勢体が接続され、当該ばね５の他端がロープ端部保持部材１ａ，１ｂに固定される。これにより、ロープ３は引っ張り方向Ｘに付勢され、たわみが生じないように、ロープ保持部材２の周囲に張り回される。図３で示したばね５以外にも、ロープ３を引っ張り方向Ｘに付勢可能な手法であれば、ロープ３の端部の保持方法として種々適用可能である。

次に、衝突検知部４の構成について図４から図６を参照しながら説明する。
図４から図６は、実施の形態１に係る衝突検知装置の衝突検知部４の構成を示す図である。詳細には、図４は衝突検知部４としてロープ３の張力の変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成、図５は衝突検知部４としてロープ３の移動から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成、図６は衝突検知部４としてロープ３の通電状態から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成を適用した場合を示している。

まず、図４に基づいて、衝突検知部４としてロープ３の張力の変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成を適用した場合について説明する。
図４（ａ）はロープ３の端部においてロープ３にかかる張力の変化を検出し、当該張力の変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成を示し、図４（ｂ）から図４（ｄ）はロープ３の中間点においてロープ３にかかる張力の変化を検出し、当該張力の変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成を示している。
図４（ａ）では図３と同様に、ロープ３の端部にばね５などの付勢体を接続し、当該ばね５の他端がロープ端部保持部材１に固定される。衝突検知部４は、床面あるいは基台などに固定した近接センサ４ａと、当該近接センサ４ａを反応させるためにロープ３端部に設けたドグ４ｂとで構成される。ロープ３の張力に変化がない場合、近接センサ４ａとドグ４ｂは近接しており、近接センサ４ａがＯＮ状態となっている。近接センサ４ａがＯＮ状態でロープ３に可動体２０が接触した場合、ロープ３が矢印Ｙ方向に引っ張られることによりばね５が変位し、ドグ４ｂが近接センサ４ａから矢印Ｙ方向に遠ざかる。ドグ４ｂが近接センサ４ａから離れることにより、近接センサ４ａがＯＦＦ状態となり、ロープ３の張力に変化が生じたことを検知する。

図４（ｂ）から図４（ｄ）では、６本のロープ保持部材２のうちのいずれか少なくとも１本のロープ保持部材２の外周にベアリング４ｃを配置し、当該ベアリング４ｃの外周にロープ３を張り回す。
図４（ｂ）の例では、ベアリング４ｃを設けたロープ保持部材２の任意の箇所に壁あるいは柱に一端が固定されたばね５などの付勢体の他端を固定する。衝突検知部４は、ベアリング４ｃと、当該ベアリング４ｃに接続され、ベアリング４ｃの動きに基づいてスイッチの切り替えを行うスイッチ切替部４ｄとで構成される。ロープ３の張力に変化がない場合、スイッチ切替部４ｄのスイッチはＯＮ状態となっている。スイッチがＯＮ状態でロープ３に可動体２０が接触した場合、ロープ３が矢印Ｚａ方向あるいは矢印Ｚｂ方向に引っ張られることによりばね５が変位し、ベアリング４ｃが矢印Ｚｃ方向に移動する。ベアリング４ｃが移動することにより、スイッチ切替部４ｄにおいてスイッチがＯＦＦ状態に切り替えられ、ロープ３の張力に変化が生じたことが検出される。

図４（ｃ）の例では、ベアリング４ｃの周囲に圧力センサ４ｅを貼り付け、圧力センサ４ｅ上にロープ３を張り回す。ロープ３に可動体２０が接触し、ロープ３が引っ張られると圧力センサ４ｅに圧力が加わる。圧力センサ検出回路４ｆが、圧力センサ４ｅに加えられた圧力を検出することにより、ロープ３の張力に変化が生じたことを検出する。
図４（ｄ）の例では、ロープ保持部材２の周囲にひずみセンサ４ｇを貼り付ける。ロープ３に可動体２０が接触し、ロープ３が引っ張られるとロープ保持部材２がひずむ。ひずみセンサ検知部４ｈが、ロープ保持部材２のひずみを検出することにより、ロープ３の張力に変化が生じたことを検知する。

図４（ａ）および図４（ｂ）の構成では、ロープ３よりも大きな弾性を有するばね５などの付勢体を介して配置することにより、ロープ３に張力がかかった場合に当該張力を大きい変位として捉えることができ、衝突検知部４においてロープ３の張力の変化を検知する感度が向上する。これにより、可動体２０のロープ３への衝突検知の感度を向上させることができる。図４（ａ）および図４（ｂ）では、付勢体としてばね５を用いる例を示したが、ロープ３よりも大きな弾性を有するものであれば種々適用可能である。

次に、図５に基づいて、衝突検知部４としてロープ３の移動から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成について説明する。
図５（ａ）はロープ３に接触した状態でロープ３の移動を検出する構成を示し、図５（ｂ）はロープ３に非接触の状態でロープ３の移動を検出する構成を示している。
図５（ａ）では図４（ｂ）および図４（ｃ）と同様に、６本のロープ保持部材２のうちのいずれか少なくとも１本のロープ保持部材２の外周にベアリング４ｃを配置し、当該ベアリング４ｃの外周にロープ３を張り回す。ロープ保持部材２は固定部材４ｉを介して壁あるいは柱などに固定される。衝突検知部４は、ベアリング４ｃと、当該ベアリング４ｃに接続され、ベアリング４ｃの回転を検出する回転検出器４ｊとで構成される。ロープ３に可動体２０が接触した場合、ロープ３が矢印Ｚａ方向あるいは矢印Ｚｂ方向に移動すると共に、ベアリング４ｃが矢印Ｚｄあるいは矢印Ｚｅ方向に回転する。当該ベアリング４ｃの矢印Ｚｄあるいは矢印Ｚｅ方向への回転を回転検出器４ｊが検出し、ロープ３の移動を検出する。

図５（ｂ）では、ロープ３の近傍、且つロープ３を撮像可能な位置に複数の撮像素子４ｋを配置している。衝突検知部４は、撮像素子４ｋと撮像素子４ｋが連続的に取得した画像データの画像処理を行ってロープ３の移動を検知する移動検知部４ｌとで構成される。ロープ３に可動体２０が接触した場合、ロープ３が矢印Ｚｆ方向あるいは矢印Ｚｇ方向に移動する。撮像素子４ｋは当該移動を含む連続的な画像データを取得し、移動検知部４ｌは当該画像データの画像処理を行い輝度値の変化に基づいて、ロープ３が移動したことを検出する。撮像素子４ｋとしては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサなどが挙げられる。

なお、図５（ａ）および図５（ｂ）の構成では、ロープ３の移動から可動体２０のロープ３への衝突を検知する場合を示したが、ロープ３の移動量を算出し、算出した移動量があらかじめ設定した閾値を超える場合にロープ３に可動体２０が衝突したと判断する構成としてもよい。
図５（ａ）および図５（ｂ）の構成では、ロープ３の張力変化の影響を受けにくく、張力変化について誤認識を抑制することができる。また、図５（ｂ）で示した非接触の状態でロープ３の移動から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成では、撮像素子４ｋをロープ３に近接した任意の箇所に配置することが可能であり、衝突検知部４の配置の自由度が高まる。なお、撮像素子４ｋは動作制限領域Ｂよりも外に配置する。

最後に、図６に基づいて、衝突検知部４としてロープ３の通電状態から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成について説明する。
図６では、複数のロープ３を、締結部材４ｍを介して締結し、１本のロープ３を構成している。ロープ３は導電性材料で構成され、電源４ｎにより電圧が印加されている。衝突検知部４は、ロープ３に電圧を印加する電源４ｎと、ロープ３への通電状態を検知する通電検知部４ｏとで構成される。ロープ３の張力に変化がない場合、全ての締結部材４ｍが締結され、通電検知部４ｏにおいて通電状態が検出されている。通電状態でロープ３に可動体２０が接触していずれかの締結部材４ｍの締結が解除されると、通電検知部４ｏが通電遮断状態を検知する。

図６で示した締結部材４ｍとして、例えば磁石、静電力、締め付け冶具およびマジックテープ（登録商標／以下、記載を省略する。）などを適用可能である。また、上述した以外にも、可動体２０のロープ３への接触により締結が解除される材料であれば、適宜適用可能である。締結部材４ｍによるロープ３の締結状態に応じて、通電検知部４ｏが通電状態または通電遮断状態を検知するので、当該衝突検知部４を非常停止回路など、可動体２０の運転を停止させるための回路に直接接続することができる。

図４から図６で示したいずれかの構成を有する衝突検知部４が検知したロープ３の変化を報知信号として外部装置の警報装置あるいは非常停止回路などに出力することにより、警報装置であれば可動体２０が動作制限領域Ｂから出たことを警告する警告音を出力する、非常停止回路であれば可動体２０の運転を停止させる制御を行うことができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、可動体２０の周囲を囲むロープ３と、可動体２０の動作制限領域Ｂ外に配置したロープ３を保持するロープ端部保持部材１およびロープ保持部材２と、ロープ３の変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する衝突検知部４とを備え、動作制限領域Ｂを上方から見た場合に、ロープ３同士が交差する各交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを結んだ領域と、可動体２０の動作制限領域Ｂとが一致するように、すなわち、交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを直線で結んで得られる領域を動作制限領域Ｂに設定するように構成したので、動作制限領域Ｂと一致する領域がロープ３と当該ロープ３の交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのみによって構成され、可動体２０の衝突により衝突検知部４、ロープ端部保持部材１およびロープ保持部材２が破損するのを抑制することができる。

また、この実施の形態１によれば、ロープ３の端部に当該ロープ３よりも大きな弾性を有するばね５を接続して当該ばね５をロープ端部保持部材１に固定し、ばね５の変位を検知する衝突検知部４を近接センサ４ａおよびドグ４ｂで構成したので、ロープに係る張力を大きな変化として捉えることができ、衝突検知部４の検知感度を向上させることができる。

また、この実施の形態１によれば、衝突検知部４をロープ３の中間部分を外周に張り回したベアリング４ｃと、当該ベアリング４ｃが設けられたロープ保持部材２に接続されたばね５を壁部などの構成部材に固定し、ベアリング４ｃの移動によりスイッチ動作が行われるスイッチ切替部４ｄで構成したので、ロープに係る張力を大きな変化として得ることができ、衝突検知部４の検知感度を向上させることができる。

また、この実施の形態１によれば、衝突検知部４をロープ３の中間部分を外周に張り回したベアリング４ｃと、当該ベアリング４ｃの回転を検出する回転検出器４ｊで構成したので、ロープの張力の変化の影響を受けることなく、可動体のロープへの衝突を検知することができる。これにより、安定して衝突検知を行うことができる。

また、この実施の形態１によれば、衝突検知部４をロープ３の近傍に配置したロープ３を撮像する撮像素子４ｋと、撮像素子４ｋの撮像画像を解析することによりロープ３の移動を検知する移動検知部４ｌとを備えるように構成したので、ロープの張力の変化の影響を受けることなく、安定して可動体のロープへの衝突を検知することができる。また、撮像素子４ｋをロープ３の近傍の任意の箇所に配置することができる。

また、この実施の形態１によれば、ロープ３に導電性のロープを適用し、当該ロープ３への通電状態を監視し、通電遮断状態を検知する通電検知部４ｏを備えるように構成したので、ロープ３自体の切断を検知することができ、通電検知部４ｏに可動体の非常停止回路などを直接接続することができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、１本のロープ３あるいは締結部材４ｍを介して締結した１本のロープ３をロープ保持部材２の外周に張り回す構成を示した。この実施の形態２では、当該ロープ３の種別およびロープ３の張り回し方について種々の構成例を示す。まず、図７を参照しながらロープ３を複数本張り回す構成を示す。

図７は、実施の形態２に係る衝突検知装置の複数のロープ３の配置例を示す図である。
図７（ａ）は、可動体２０の側方の高さ方向に複数本のロープ３を並設している。言い換えると、ロープ保持部材２が立設された床面から上方に向けて、ロープ保持部材２の外周に一定間隔を空けて３本のロープ３ａ，３ｂ，３ｃを並行に張り回した場合を示している。なお、各ロープ３ａ，３ｂ，３ｃのロープ保持部材２への張り回し方法は実施の形態１と同様である。ロープ保持部材２の下方から上方にかけて複数のロープ３を張り回すことにより、可動体２０の側方を覆う仮想的な衝突検知面６ａ，６ｂが形成される。当該仮想的な衝突検知面６ａ，６ｂにより、可動体２０の動作制限領域Ｂについて高さ方向も考慮した面を設定することができる。３本のロープ３ａ，３ｂ，３ｃの変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する場合、１つの衝突検知部４で検知する構成としてもよいし、各ロープ３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ独立して衝突検知部４を接続して構成してもよい。

図７（ｂ）は、可動体２０の側方の高さ方向に複数のロープ３を並設し、且つ可動体２０の上方に複数のロープ３を並設し、可動体２０の側面および上面を囲むように複数のロープ３を格子状に配置した場合を示している。図７（ｂ）では図示の都合上、４つの側面のうち２つの側面におけるロープ３の記載を省略している。また、図７（ｂ）ではロープ保持部材２の図示を省略しているが、可動体２０の上方を囲むようにロープ３を配設可能な位置、例えば壁や天井にロープ保持部材２を配置する。可動体２０の側方を覆う仮想的な衝突検知面６ａ，６ｂに加え、可動体２０の上方を覆う仮想的な衝突検知面６ｃが形成されることにより、可動体２０の動作制限領域Ｂを３次元空間で設定することができる。

図７（ｂ）において、１つの衝突検知部４が全てのロープ３の変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成としてもよいし、各ロープ３にそれぞれ独立して衝突検知部４を接続して構成してもよい。なお、図７（ｂ）の例では、可動体２０の側面および上面を囲むロープ３の配置を示したが、当該配置に限定されることなく、４側面および上面を全て囲むロープ３の配置としてもよい。また、図７（ｂ）では可動体２０の４つの側面および上面をロープ３で囲む例を示したが、図７（ｂ）の構成に限定されるものではない。例えば可動体２０の側面を６つの面で囲み、且つ上面を２つの面で囲むようにロープ３を配置する構成としてもよい。

図８は、実施の形態２に係る衝突検知装置のロープ３のその他の適用例を示す図である。
図８では、例えば５ｃｍあるいは１０ｃｍ程度の線幅を有する幅広のロープ３ｄを用いる例を示し、ロープ保持部材２を介して可動体２０の周囲に張り回す場合を示している。ロープ３ｄのロープ保持部材２への張り回し方法は実施の形態１と同様である。ただし、ロープ３ｄが一定の線幅を有することから、ロープ３ｄとロープ３ｄが重なる交差点では、一方のロープ３ｄをロープ保持部材２の上下方向のいずれかにずらしてロープ３ｄ同士を交差させる。

図９は、実施の形態２に係る衝突検知装置のロープ３に装甲部材７を設ける構成を示す図である。
図９の例では、２本のロープ３ａ，３ｂにまたがるように装甲部材７を配置している。装甲部材７の形状は、当該装甲部材７に可動体２０が衝突した際の衝突力をロープ３に伝達可能な形状であれば、任意に構成することが可能である。図９の例では、装甲部材７の一方の面を凹ませた形状を示している。この場合、当該凹ませた面を可動体２０側に向けて配置する。装甲部材７の素材としては、ゴムおよび樹脂などが用いられる。装甲部材７は、例えば可動体２０が衝突すると推定される箇所など、任意の箇所に配置する。また、図９では図示していないが、装甲部材７を所定の間隔を空けて複数配置してもよい。
装甲部材７を設けることにより、可動体２０が当該装甲部材７に衝突した際の力をロープ３に伝達することができる。さらに、装甲部材７の衝突面の形状を、面や特殊形状などの任意の形状で構成することにより、可動体２０の衝突力を効率よくロープ３に伝達することができる。

図１０は、実施の形態２に係る衝突検知装置の複数のロープ３の締結方法を示す図である。
図１０は、衝突検知装置を上方から見た図であり、ロープ端部保持部材１ａから第１から第６のロープ保持部材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを介してロープ端部保持部材１ｂまでロープ３を張り回す際に、ロープ３の中間の４か所に設けた締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄでロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを締結する場合を示している。ロープ３ａとロープ３ｂは締結部材８ａを介して締結され、ロープ３ｂとロープ３ｃは締結部材８ｂを介して締結され、ロープ３ｃとロープ３ｄは締結部材８ｃを介して締結され、ロープ３ｄとロープ３ｅは締結部材８ｄを介して締結されている。なお、ロープ３ａとロープ３ｅは衝突検知部４ｐにより変化が検知され、ロープ３ｂとロープ３ｃは衝突検知部４ｑにより変化が検知され、ロープ３ｄは衝突検知部４ｒにより変化が検知される。

締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、例えば磁石、静電力、締め付け冶具およびマジックテープなどを適用して構成する。締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに電磁石あるいは静電力を適用する場合には、電力を制御して締結力を調整する。また、締結部材に永久磁石を適用する場合には、無電力で締結可能である。締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに締め付け冶具を適用する場合、機械的な締め付け力で締結するため無電力で締結可能であり、電磁気の影響を受けにくい。また、締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄにマジックテープを適用する場合、安価な構成で、且つ無電力で締結可能であり、電磁気の影響を受けにくい。

例えば、可動体２０がロープ３ａに衝突すると、当該衝突による締結部材８ａの締結が解除され、衝突検知部４ｐがロープ３ａの変化を検知する。複数のロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを介して締結した場合、可動体２０の衝突によるロープ３が破損するのを抑制することができる。さらに、安全を確認した後再度締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを締結し直すのみで可動体２０の運転を再開することができる。また、可動体２０の衝突によりロープ３が破損した場合にも、破損したロープ３部分のみを交換すればよい。このように、ロープ３の締結解除と締結とを繰り返し行うことができ、ロープ３の長さの調整やロープ３の痛みのある箇所の交換、可動体２０との衝突からの衝突検知装置の復帰が容易となる。

図１１は、実施の形態２に係る衝突検知装置の複数のロープ３の設置方法を示す図である。
図１１は衝突検知装置を上方から見た図であり、４本のロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの各端部を壁に固定し、ロープ３ａとロープ３ｂを交差点Ｆで交差させ、ロープ３ａとロープ３ｃを交差点Ｃで交差させ、ロープ３ｃとロープ３ｄを交差点Ｄで交差させ、ロープ３ｂとロープ３ｄを交差点Ｅで交差させている。実施の形態１と同様に、動作制限領域Ｂを上方から見た場合、上述したロープ３同士の交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、それぞれ動作制限領域Ｂの各頂点Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄと一致する。また、ロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの一部は、矩形の動作制限領域Ｂの各辺と一致する。なお、ロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの各端部を固定した壁は、動作制限領域Ｂ外に位置する。
言い換えると、交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを直線で結んで得られる領域を、動作制限領域Ｂに設定することができる。

さらに、ロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを壁に固定する際に、ばね５などの付勢体を介して固定することにより、たわみが生じないようにロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配設することができる。また、図１１の例では、２つの衝突検知部４を配置し、２本のロープの変化から可動体２０のロープ３への衝突を検知する構成を示している。なお、衝突検知部４の配置数は変更可能である。

以上のように、この実施の形態２によれば、複数本のロープ３を可動体２０の側方の高さ方向に並設するように構成したので、可動体のロープへの衝突をより広い範囲で検知することができる。

また、この実施の形態２によれば、複数本のロープ３の屈曲方向を任意の角度に設定可能とし、可動体２０の側方の高さ方向に加えて、可動体２０の上方に並設するように構成したので、任意の多面体形状の動作制限領域を設定することができる。

また、この実施の形態２によれば、一定の線幅を有するロープ３ｄを配置するように構成しての、ロープの配置数を抑制した状態で、面による衝突検知を行うことができる。

また、この実施の形態２によれば、ロープ３に装甲部材７を設けるように構成したので、可動体の装甲部材への衝突をロープに確実に伝達することができる。

また、この実施の形態２によれば、複数本の短いロープ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを締結部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを介して締結し、当該締結したロープ３を可動体２０の周囲に配設し、可動体２０が当該ロープ３に衝突することによりロープ３の締結が解除されるように構成したので、ロープ同士の締結や締結解除を繰り返し行うことができ、ロープの長さ調整、劣化したロープの交換、可動体との衝突からの復元が容易となる。

なお、上述した実施の形態１および実施の形態２では、ロープ３を配置する構成を示したが、ロープ３以外にもワイヤなどの線状部材を適用することが可能である。また、ロープ保持部材２を円柱で構成する場合を例に示したが、壁や天井に固定した滑車などを適用して構成することも可能である。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２で示したロープ端部保持部材１、ロープ保持部材２、ロープ３、衝突検知部４に換えて、光センサ９および光軸屈曲部１０を適用して衝突検知装置を実現する構成を示す。
図１２は、実施の形態３に係る衝突検知装置の構成を示す上面図である。
衝突検知装置は、光センサ９および第１から第６の光軸屈曲部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ（以下、総称する場合には光軸屈曲部１０と称する）を備えて構成され、監視対象となる可動体２０が光センサ９から出力される光の光軸を遮断したか否かにより、当該可動体２０が動作制限領域Ｂ外に出たか否かを検知する。
実施の形態１と同様に、衝突検知装置が配置される領域には可動領域Ａと、動作制限領域Ｂが設定されている。動作制限領域Ｂ内には、可動体２０、作業対象３０が配置されている。

光センサ９は、光を出射する光源９ａと、光源９ａから出射された光を受光する受光部９ｂで構成される。光源９ａは、例えば発光ダイオードやレーザ光源である。当該光センサ９の光源９ａは実施の形態１で示したロープ端部保持部材１ａに相当し、受光部９ｂは実施の形態１で示したロープ端部保持部材１ｂおよび衝突検知部４に相当する。光源９ａから出射された光は、６か所に設けた第１から第６の光軸屈曲部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆにより順次光軸が屈曲され、受光部９ｂに導かれる。第１から第６の光軸屈曲部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、実施の形態１で示した第１から第６のロープ保持部材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆに相当する。
光センサ９および光軸屈曲部１０は全て動作制限領域Ｂ外に配置される。

図１２の例では、光センサ９が、動作制限領域Ｂの頂点Ｂａ近傍に配置されている。一対の第１の光軸屈曲部１０ａおよび第２の光軸屈曲部１０ｂは、動作制限領域Ｂの頂点Ｂｂの付近に配置されている。同様に、一対の第３の光軸屈曲部１０ｃおよび第４の光軸屈曲部１０ｄは動作制限領域Ｂの頂点Ｂｃの付近に配置され、一対の第５の光軸屈曲部１０ｅおよび第６の光軸屈曲部１０ｆは動作制限領域Ｂの頂点Ｂｄ近傍に配置されている。なお、光センサ９および光軸屈曲部１０は、可動体２０が設置された床面から任意の高さに設置されるものとする。

実施の形態１のロープ３に相当する光センサ９が出射する光の光軸１１ａは、光源９ａから出射されて第１の光軸屈曲部１０ａおよび第２の光軸屈曲部１０ｂにより伝搬方向が変えられ、第３の光軸屈曲部１０ｃに向かって進む。光源９ａから第１の光軸屈曲部１０ａに延びる光軸１１ａと、第２の光軸屈曲部１０ｂから第３の光軸屈曲部１０ｃに延びる光軸１１ｂとが交差点Ｃで交わる。
同様に、第２の光軸屈曲部１０ｂから延びる光軸１１ｂは、第３の光軸屈曲部１０ｃおよび第４の光軸屈曲部１０ｄにより伝搬方向が変えられ、第５の光軸屈曲部１０ｅに向かって進む。第２の光軸屈曲部１０ｂから第３の光軸屈曲部１０ｃに延びる光軸１１ｂと、第４の光軸屈曲部１０ｄから第５の光軸屈曲部１０ｅに延びる光軸１１ｃとが交差点Ｄで交わる。
また、第４の光軸屈曲部１０ｄから延びる光軸１１ｃは、第５の光軸屈曲部１０ｅおよび第６の光軸屈曲部１０ｆにより伝搬方向が変えられ、受光部９ｂに向かって進む。第４の光軸屈曲部１０ｄから第５の光軸屈曲部１０ｅに延びる光軸１１ｃと、第６の光軸屈曲部１０ｆから受光部９ｂに延びる光軸１１ｄとが交差点Ｆで交わる。光軸１１ｄを進んだ光は受光部９ｂで受光される。

動作制限領域Ｂを上方から見た場合、上述した光軸同士の交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、それぞれ動作制限領域Ｂの各頂点Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄと一致する。また、光源９ａから第１の光軸屈曲部１０ａに延びる光軸１１ａ、第２の光軸屈曲部１０ｂから第３の光軸屈曲部１０ｃに延びる光軸１１ｂ、第４の光軸屈曲部１０ｄから第５の光軸屈曲部１０ｅに延びる光軸１１ｃ、第６の光軸屈曲部１０ｆから受光部９ｂに延びる光軸１１ｄは、それぞれ矩形の動作制限領域Ｂの各辺と一致する。言い換えると、交差点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを直線で結んで得られる領域を、動作制限領域Ｂに設定することができる。

監視対象となる可動体２０が光源９ａから出射される光の光軸を遮断し、受光部９ｂに光が入射されない場合には可動体２０が動作制限領域Ｂ外に出たことを検知する。

以上のように、この実施の形態３によれば、可動体２０の動作制限領域Ｂ外に光センサ９および光軸屈曲部１０を配置し、光センサ９は、光を出射する光源９ａおよび当該光を受信すると共に、光の光軸の遮断を検知する受光部９ｂを備え、衝突検知装置を上方から見た場合に、光軸により囲まれる領域が、可動体２０の動作制限領域Ｂと一致するように、すなわち光軸により囲まれる領域を動作制限領域Ｂに設定するように構成したので、光軸の遮断により可動体が動作制限領域外に出たことを検知することができる。また、検知速度が速い。また、ロープ３をロープ保持部材２を介して張り回す場合と比較して、たわみや弾性がなく、どの領域においても可動体２０の動作制限領域Ｂ外への飛び出しを検知することができる。

なお、上述した実施の形態３では、光センサ９を一つ配置する構成を示したが、光センサ９を複数配置し、図７（ａ）あるいは図７（ｂ）に示した構成に相当するように、光軸により囲まれる領域を複数形成するように構成してもよい。また、図８に示した構成に相当するように、光軸に所定の幅を持たせるように構成してもよい。

実施の形態４．
上述した実施の形態１から実施の形態３では、動作制限領域Ｂが四角形である場合を例に示したが、四角形に限定されるものではない。少なくとも１点の交差点が存在すれば可動体２０の動作領域を制限することができる。この実施の形態４では、１つの交差点でロープ３または光軸１１で交わる構成を示す。
図１３は、実施の形態４に係る衝突検知装置の構成を示す上面図であり、ロープへの衝突を検知する構成を示す。
実施の形態４の衝突検知装置は、実施の形態１で示した衝突検知装置と同様にロープ端部保持部材（保持部材）１、ロープ保持部材（保持部材）２、ロープ（線状部材）３および衝突検知部４を備えて構成されている。また、可動体２０が可動可能な最大領域を示す可動領域Ａが設定され、当該可動領域Ａ内において可動体２０が実際に作業を行う際にロープ３が張り回された方向への動作が制限される。図１３の構成では、可動体２０は、可動領域Ａ１および可動領域Ａ２での動作が制限される。

ロープ端部保持部材１ａ，１ｂ、一対の第１のロープ保持部材２ａおよび第２のロープ保持部材２ｂが配置される。ロープ端部保持部材１ａ，１ｂは、可動領域Ａ外に配置される。ロープ３は、連続した１本のロープであり、一方の端部がロープ端部保持部材１ａに保持される。一方の端部が保持されたロープ３は、第１のロープ保持部材２ａに向けて延ばし、第１のロープ保持部材２ａの外周に半周程度巻き付け、さらに隣接する第２のロープ保持部材２ｂの外周に半周程度巻き付け、ロープ端部保持部材１ｂに向けて延ばす。ロープ端部保持部材１ｂに向けて延ばすロープ３は、ロープ端部保持部材１ａと第１のロープ保持部材２ａ間を結ぶロープ３と交差点Ｃで交わる。ロープ３の他端は、ロープ端部保持部材１ｂに保持される。

衝突検知部４は、可動体２０のロープ３への衝突を検知する。衝突検知部４は実施の形態１の図４から図６で示した構成を適用することができる。また、図１３で示した衝突検知装置の構成に実施の形態２の構成を適用することも可能である。

図１４は、実施の形態４に係る衝突検知装置の構成を示す上面図であり、光軸の遮断を検知する構成を示す。
実施の形態４の衝突検知装置は、実施の形態３で示した衝突検知装置と同様に光センサ９および第１の光軸屈曲部１０ａおよび第２の光軸屈曲部１０ｂを備えて構成され、監視対象となる可動体２０が光センサ９から出力される光の光軸を遮断したか否かにより、当該可動体２０が動作制限領域Ｂ外に出たか否かを検知する。可動領域Ａが設定され、当該可動領域Ａ内において可動体２０が実際に作業を行う際に光軸が形成された方向への動作が制限される。図１４の構成では、可動体２０は、可動領域Ａ１および可動領域Ａ２での動作が制限される。

光センサ９は、光を出射する光源９ａと、光源９ａから出射された光を受光する受光部９ｂで構成される。光源９ａから出射された光は、第１の光軸屈曲部１０ａおよび第２の光軸屈曲部１０ｂにより光軸が屈曲され、受光部９ｂに導かれる。光源９ａおよび受光部９ｂは可動領域Ａ外に配置される。光センサ９が出射する光の光軸１１ａは、光源９ａから出射されて第１の光軸屈曲部１０ａおよび第２の光軸屈曲部１０ｂにより伝搬方向が変えられ、受光部９ｂに向かって進む。光源９ａから第１の光軸屈曲部１０ａに延びる光軸１１ａと、第２の光軸屈曲部１０ｂから受光部９ｂに延びる光軸１１ｂとが交差点Ｃで交わる。光軸１１ｂを進んだ光は受光部９ｂで受光される。監視対象となる可動体２０が光源９ａから出射される光の光軸を遮断し、受光部９ｂに光が入射されない場合には可動体２０が可動領域Ａ１または可動領域Ａ２に出たことを検知する。

上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１，１ａ，１ｂ ロープ端部保持部材
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ ロープ保持部材
３，３ａ，３ｂ，３ｃ ロープ
４，４ｐ，４ｑ，４ｒ 衝突検知部
４ａ 近接センサ
４ｂ ドグ
４ｃ ベアリング
４ｄ スイッチ切替部
４ｅ 圧力センサ
４ｆ 圧力センサ検出回路
４ｇ ひずみセンサ
４ｈ ひずみセンサ検出回路
４ｉ 固定部材
４ｊ 回転検出器
４ｋ 撮像素子
４ｌ 移動検知部
４ｍ，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 締結部材
４ｎ 電源
４ｏ 通電検知部
５ 付勢体
６ａ，６ｂ，６ｃ 仮想的な衝突検知面
７ 装甲部材
９ 光センサ
９ａ 光源
９ｂ 受光部
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ 光軸屈曲部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 光軸
２０ 可動体
３０ 作業対象
４０ 設備機器
Ａ，Ａ１，Ａ２ 可動領域
Ｂ 動作制限領域

Claims (10)

1. 監視対象物の衝突を検知する衝突検知装置において、
   複数の保持部材と、
   前記複数の保持部材に保持された線状部材と、
   前記線状部材の変化から前記監視対象物の前記線状部材への衝突を検知する衝突検知部とを備え、
   前記線状部材は、前記複数の保持部材に保持されて上方視において当該線状部材が交差して得られる１つの交差点を形成し、前記交差点を少なくとも１箇所に形成して配設され、
   前記複数の保持部材は、前記線状部材の端部と前記交差点とを結んで得られる領域外、または前記交差点を結んで得られる領域外に配置することを特徴とする衝突検知装置。
2. 前記線状部材を、複数並行に配設したことを特徴とする請求項１記載の衝突検知装置。
3. 前記線状部材は、側方視において当該線状部材が交差して得られる交差点を少なくとも３箇所に形成して配設されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の衝突検知装置。
4. 前記線状部材は、所定の線幅を有することを特徴とする請求項１記から請求項３のうちのいずれか１項記載の衝突検知装置。
5. 前記線状部材に装甲を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の衝突検知装置。
6. 前記線状部材は、締結部材を介して締結したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の衝突検知装置。
7. 前記衝突検知部は、前記線状部材の張力の変化から前記監視対象物の前記線状部材への衝突を検知することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の衝突検知装置。
8. 前記衝突検知部は、前記線状部材の移動から前記監視対象物の前記線状部材への衝突を検知することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の衝突検知装置。
9. 前記線状部材は、締結部材を介して締結された伝導性材料で構成され、
   前記衝突検知部は、前記線状部材の通電状態から前記監視対象物の前記線状部材への衝突を検知することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の衝突検知装置。
10. 監視対象物の衝突を検知する衝突検知装置において、
    光源と、前記光源から出射された光の光軸を屈曲させる複数の光軸屈曲部と、前記複数の光軸屈曲部で光軸が屈曲された光を受光すると共に、前記光の遮断を検知する受光部とを備え、
    前記光軸は、前記複数の光軸屈曲部に屈曲された光の光軸が交差して得られる１つの交差点を形成し、前記交差点を少なくとも１箇所に形成し、
    前記光源と前記交差点と前記受光部とを結んで得られる領域、または前記交差点を結んで得られる領域を、前記監視対象物の動作が許可された領域に設定し、
    前記複数の光軸屈曲部は、前記監視対象物の動作が許可された領域外に配置することを特徴とする衝突検知装置。

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