JP6856921B2 - 自動ドア、及び自動ドアの制御方法 - Google Patents
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Description
従来、自動ドアの制御手段は開動作中に扉の動きが妨げられると、扉が通行人や周囲の人や障害物に衝突したと判断し、特に人に対する危害を小さくするため扉の駆動をすぐに停止させるか、扉の駆動を停止させた後にさらに逆方向に移動させる等の対応をしており、自動ドアが施錠されていたことにより扉の動きが開動作開始直後に妨げられた場合も同様の対応をしていた。
自動ドアが施錠状態で開動作を行なっても、扉が全く動かなければ、通行人が怪我をするほどの大きな危険は生じない。しかし、一般的に自動ドアの扉の駆動手段は扉の上方に設置される一方で、施錠手段は扉の下方に配置されており、また、レール上を走行可能に支持されている扉はレールから上方に浮き上るように変位可能である。従って、施錠状態で開動作が行なわれた場合、施錠手段により開き方向の動きが妨げられた扉の下部は殆ど閉じたまま、駆動手段のタイミングベルト等と連結されている扉の上部が少し開きつつ戸先部が上方に変位するため、扉は斜めに傾いた状態となる。
そして、隙間に指が入っているときに自動ドアの制御手段が扉の動きが妨げられたことを認識して、従来どおり扉の駆動をすぐに停止するために扉を駆動するモータの電流をすぐにゼロにしてしまうと、扉の上部に開方向の駆動力を与えて扉を斜めに傾けていた駆動手段のタイミングベルトの張力が急に開放され、これに伴って上方に変位させられていた扉がその自重等で元のレール上に急に戻るのと同時に両扉の間の隙間が閉じて無くなるため、その際に両扉で通行人の指を過大な力で挟んでしまい骨折等の大きな怪我をさせる恐れがあった。
また、請求項5に記載の発明の自動ドアは、請求項1ないし3のいずれかに記載の発明に対し、前記所定の時間は、2秒以上5秒以下であることを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明によれば、モータの開方向の駆動電流を2秒以上かけて徐々に低減するので、扉の上部にできた隙間をさらにゆっくり閉じることができ、通行人が隙間の閉鎖中に指をさらに退避しやすくなり、例え指を挟まれても衝撃力はさらに小さくなるため、指挟みによる怪我をより確実に防止することができ、また5秒以内にはモータへの開方向への駆動電流の供給が終了するので、モータにかかる負荷をさらに低減することができ、加熱をさらに防止することができる。
また、請求項8に記載の発明の自動ドアは、請求項7に記載の発明に対し、前記施錠手段は、前記扉の下端部から突出する突出部を含むことを特徴とする。
また、請求項10に記載の発明の自動ドアは、請求項9に記載の発明に対し、前記制御手段は、前記モータに供給する開方向への駆動電流をすぐに略ゼロにした後、更にブレーキをかけて前記モータを停止させることを特徴とする。
また、請求項10に記載の発明によれば、さらに、制御手段は扉の動きが妨げられたときの扉の速度が速いとき等に、モータの開方向の駆動電流をすぐに略ゼロにした後、更にモータにショートブレーキをかける等により、扉を急停止させて通行人への衝撃をさらに和らげることができる。
請求項12に記載の発明の自動ドアは、請求項1ないし11のいずれかに記載の発明に対し、前記モータは、PWM駆動され、前記制御手段は、駆動電流のPWMのデューティー比を変化させることにより、駆動電流を制御することを特徴とする。
また、請求項12に記載の発明によれば、駆動電流のPWMのデューティー比を変化させることでモータの駆動電流を容易に制御することができ、扉の開き方向の駆動力を略ゼロになるまで所定の時間をかけて徐々に低減させる制御も容易に実現することができる。
ロになるまで所定の時間をかけて徐々に低減させて前記扉が停止した後、前記扉を閉完了の位置まで移動するように閉方向への駆動電流を供給することを特徴とする。
すなわち本発明の自動ドアは、管理者の施錠・開錠時の操作の誤りによって扉の開閉動作に異常が生じた場合でも、通行人の安全を確保できる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態1の自動ドア1の概要を例示するブロック図である。モータ4には図示省略した減速機を介して駆動プーリ5が取り付けられ、従動プーリ6との間にベルト7が張られている。扉2A、2Bは、その上部に設けたベルト掴み8A、8Bを介してベルト7に接続され、モータ4の正転により開き方向に、逆転により閉じ方向に移動する。モータ4、駆動プーリ5、従動プーリ6、ベルト7等からなる自動ドアの駆動手段9は、扉2A,2Bの上方に配置されている。
また、扉2A、2Bの下部には、シリンダー錠からなる施錠手段3A、3Bが組み込まれて、扉2A、2Bの施錠・開錠が可能とされている。
図2(a)は、モータ4が3相ブラシレスDCモータの場合の駆動回路の構成の一例を示している。モータ4のステータに巻かれたコイルの結線パターンは、例えば図示のようなスター結線であり、この場合U相、V相、W相のうち2つのコイルに常に電流を流す3相全波(バイポーラ)駆動方式を採用している。Hu、Hv、Hwは、3個のホール素子であり、図示省略した例えば2極の永久磁石を含むロータの位置を検出し、ロータの位置に合わせて所定のコイルに電流を流すために用いられ、電流の流し方によりモータ4を正回転もしくは逆回転させることができる。なお、ホール素子の回路構成等の説明は省略する。またコイルの結線パターンは、スター結線でなく、デルタ結線等でもよい。
図2(c)の上図は、オン・オフ合わせて100%のうち、オン状態が70%のデューティー比70%の例を、下図は、オン状態が30%のデューティー比30%の例を示す。このようにすることで常時オンの場合に比べて、モータ4にかかる平均電圧がそれぞれ70%と30%の状態を容易に作りだすことができる。
PWMのデューティー比は、0〜90%程度の範囲で使用されることが多いが、これには限られない。また、デューティー比は0.1%単位での細かい設定も可能である他、デューティー比を時間ごとに変化させることも容易である。
このようにPWM制御を利用することによりモータ4にかかる駆動電圧もしくは駆動電流を制御することが可能であり、更にはモータ4の速度の制御も可能となる。
また、以上の説明は2極3スロット3相ブラシレスDCモータを例に説明したが、これには限られない。4極3スロット、4極6スロット、16極12スロットなどの異なる構成の3相ブラシレスDCモータ等であってもよい。
また、モータ4は、ブラシ付きDCモータでもよい。ブラシ付きDCモータは小型、低コストで制御性も優れており、正回転・逆回転は駆動電圧の極性を反転するだけで容易に切換えができる。また、速度制御は電圧制御でもよいが、PWM制御も可能である。なお、ブラシ付きDCモータはホール素子を内蔵していないものが多いが、回転検出手段10は、従動プーリ6もしくは駆動プーリ5等の回転をフォトセンサ等により検出するものでもよい。
なお、モータの種類は何でもよいが、小型で制御性に優れるDCモータを用いるとよい。
加速区間においては開方向のモータ駆動電流に対応するPWM制御のデューティー比を徐々に増加させることで扉を徐々に加速させている。高速区間においてはデューティー比を略一定として扉の速度を略一定に保持し、減速区間においてはディーティー比を徐々に減少させることで扉の速度を徐々に減速させている。また開完了区間においては所定の比較的小さいデューティー比で開完了動作をさせている。
デューティー比は、扉の位置に対応して予め設定されたものが使用され、例えば高速区間におけるデューティー比は90%前後、開完了区間におけるデューティー比は10%前後であるが、これには限定されない。なお、開動作時間に対応して予め設定されたデューティー比を使用してもよい。また、デューティー比は必要に応じて適宜設定や調整がされてもよい。また、目標の扉速度に合わせるようなフィードバック制御を併用してもよい。
加速区間においては閉方向のモータ駆動電流に対応するPWM制御のデューティー比を徐々に増加させることで扉を徐々に加速させている。また、高速区間においてはデューティー比を略一定の例えば90%前後として扉の速度を略一定に保持し、減速区間においてはディーティー比を徐々に減少させることで扉の速度を徐々に減速させている。また、閉完了区間においては所定の比較的小さい例えば10%前後のデューティー比で閉完了動作をさせている。デューティー比の数値はこれには限定されず適宜設定や調整がされてもよいが、閉完了区間におけるモータの閉方向の駆動電流は高速区間や減速区間と比較して小さく設定される。
自動ドア1は、制御ブロック14により制御されるモータ4の正転・逆転によりベルト7が正逆方向に回動すると、ベルト掴み8A、8Bを介して戸車18A〜18Dがレール17上を走行しながら扉2A、2Bが開閉動作を行なう。
扉2A、2Bの下部にはシリンダー錠を含む施錠手段3A、3Bが取付けられており、管理者は屋内側からはサムターン、屋外側からはキー操作により自動ドア1を施錠もしくは開錠することができる。この施錠手段3A、3Bは機械錠で自動ドア1の制御手段12とは連携していないため、自動ドアの管理者による施錠の操作は扉が閉完了の位置にあるときに自動ドアの電源をオフにしてから行ない、その後の開錠の操作は自動ドアの電源をオンにする前に行なう必要があるが、ヒューマンエラーによる誤操作を完全に防ぐのは難しい。すなわち施錠したまま自動ドアの電源をオンにしてしまう、もしくは自動ドアの電源をオンにしたまま施錠して電源をオフにするのを忘れることが稀に起きてしまう。後者のケースは建物の内部からは自動で開くが外部からは自動で開かない自動ドアを外部からキーで施錠するような場合等に起きやすい。
制御手段12の開動作妨害検出手段は、少なくとも図6(b)に示す状態の時点までに、扉2A、2Bの動きが妨げられたことを検出することができる。
このように自動ドアが施錠されていたために扉の開動作が開始直後に妨げられた場合、扉の下端部の開き量は略ゼロに近く、扉の上端部のみが少し開いた状態となるが、そのときのベルト掴み部の位置が閉完了のときの位置から所定の範囲内にある場合に、扉の位置が閉完了の位置から所定の範囲内にあるものとして施錠状態と判定することができる。
本実施形態の自動ドア1の扉位置検出手段11は、モータ4の回転検出手段10の出力から扉の位置を検出するように構成されている。従って、自動ドア1が施錠状態のときの開動作のように、モータ4が回転しても扉2A、2Bの下端部が殆ど移動しない場合でも、扉2A、2Bの上部がベルト7とベルト掴み8A、8Bを介して開方向に少しでも移動すれば、扉全体が傾くような動きをする場合でも、ベルト掴み8A、8B付近の移動に対応するモータ4の回転量を扉の位置の変化として検出し、位置情報として検出できる。ベルト掴み8A、8B付近の移動量は扉2A、2Bの最上部の移動量と同等もしくはそれよりも若干大きいと考えられるため、指挟みによる怪我を防止する制御を行う範囲を決める場合はそれらを考慮してもよい。
自動ドア1の施錠手段3A,3Bは、自動ドア1の管理者が手動で操作するもので、施錠状態を表す信号が自動ドア1の制御手段12に送られることはなく、制御手段12は扉の施錠手段3A,3Bによる施錠状態を直接認識する手段を持たない。従って、自動ドア1が閉完了の状態(STEP1)では施錠手段3A、3Bの状態にかかわらず、人検知手段15が通行人を検出し制御手段12が人検知信号を受信する(STEP2)と、開動作を開始する(STEP3)。
すなわち、前記扉の位置が閉完了から所定の範囲内において、前記扉の開動作が妨げられたことが前記開動作妨害検出手段によって検出された場合には、異常検出時指挟み怪我回避シーケンス(点線の枠内)に移行し、扉の位置が閉完了位置から所定の範囲外において、前記扉の開動作が妨げられたことが前記開動作妨害検出手段によって検出された場合には、異常検出時通常シーケンスに移行する。
一例として、扉の開動作に異常があることをモータ4の回転に関連する回転関連値の異常により検出する。具体的には、例えば回転検出手段10が、所定期間に渡りモータ4の回転が停止したことを検出したときや、モータ4の回転数が所定の値よりも低下したことを検出したときや、所定期間におけるモータ4の回転量が所定の値より低下したことを検出したとき等に制御手段12の開動作妨害検出手段は、扉の開動作の異常を検出する。
しかし、モータ4の回転関連値に基づく扉の開動作の異常検出の具体的方法はこれに限られず、例えば、加速区間におけるモータ4の角加速度もしくは扉の加速度等も含め、モータ4の回転に関連する回転関連値に基づく検出方法であれば方法は問わない。
例えば、モータ4の回転を検出する回転検出手段10ではなく、駆動プーリ5、従動プーリ6、ベルト7の回転や動きを検出する検出手段の検出結果に基づいて扉の開動作が妨げられたことを検出するものでもよく、扉の位置を直接検出するセンサ等の扉位置検知手段の検知結果に基づいて扉の開動作が妨げられたことを検出するものでもよい。
なお、本実施形態の扉位置検出手段11についても、扉の位置の検出方法は、何ら限定されるものではなく、モータの回転を検出する回転検出手段10からの信号を用いても良いし、その他の検出手段の検出信号を用いてもよく、また、扉の位置を直接検出するセンサ等の検知手段であってもよい。
扉が施錠された状態での開動作で扉が閉完了位置から移動できる範囲は、例えば、戸車の脱輪防止部材とそのストッパ部との隙間等で決まる扉の傾き限界量、モータ4のトルクと扉2A、2Bの重量や摩擦力等のバランス、扉2A、2Bの大きさなど多様な要因で決まる。また施錠時の開動作における異常検出位置は、これらに加えて制御手段12の開動作妨害検出手段が異常を検出する方法やタイミング等にも影響を受けることがある。
しかし、異常検出位置が少なくとも扉の閉完了位置から20mmの範囲では、指挟み怪我回避シーケンスに移行すべきである。この範囲で扉の移動が妨げられた場合、扉の仕様や個体差によらず施錠状態である可能性が極めて高いため、指挟み怪我回避シーケンスで扉をゆっくりと閉じることにより、通行人の指挟みによる大怪我を回避することができる。
また、異常検出位置が扉の閉完了位置から100mmの範囲でも、指挟み怪我回避シーケンスに移行することが更に好ましい。この範囲で扉の移動が妨げられた場合も、扉のサイズ等によっては扉が施錠状態である可能性があり、通行人の指挟みによる怪我が発生する可能性が否定できないためである。指挟みは骨折等の大きな怪我になる可能性があるため、少しでもその可能性がある範囲では従来の制御方法を採用する場合と比較して、リスクは低く抑えられる。
以上より、閉完了位置からの所定の範囲は、扉の閉完了位置から少なくとも20mm以上に設定する必要があり、状況に応じて、20〜100mmの間で適宜設定することが好ましい。
このとき、扉2A、2Bの下部は施錠手段3A、3Bにより開方向の動きが規制されて殆ど開かない一方、扉2A、2Bの上部はベルト掴み8A,8Bを介してベルト7から開方向の駆動力を受けて戸先側の戸車18A、18Bがレール17から浮き上りながら開き方向に少しは動けるため、扉2A、2Bは反対方向に傾けられ、戸先同士の上部には隙間が生じる。
たとえば、モータの温度上昇が許容される範囲で、所定の時間は更に長く、例えば2.5秒〜5秒程度としてもよく、怪我を防止する観点ではより好ましい。
また長すぎても通行人から見て隙間が閉じていることを認識しづらかったり、モータ4の温度上昇の問題が生じたりすることがあるため、10秒以下もしくは5秒以下としてもよい。
従来、通常の開動作中に扉2A、2Bの動きが妨げられたときに人検知信号を検出していた場合、通行人に扉が当たらないように扉2A、2Bはその位置で停止させ、閉方向には移動させていない。しかし、施錠された自動ドア1の開動作中に扉2A、2Bの動きが妨げられたとき人検知信号を検出していた場合、そのままの位置で扉を停止するためにはモータ4に開方向の駆動電流を流し続ける必要があり、モータ4の温度上昇から破壊につながる恐れがある。一方で施錠された自動ドア1の開動作中に扉の動きが妨げられたとき、扉2A、2Bは上部が少し開いて隙間ができた状態であり、閉方向に移動することで通行人に扉が衝突する危険はなく、注意すべきことは通行人の指を挟んで大きな怪我をさせることである。
従って、STEP2〜STEP7の処理の間通行人が扉2A、2Bの前に立ち続け、人検知信号を検出し続けていても、指挟み怪我回避処理(STEP7)により扉を閉方向に移動させてもよい。
なお、指挟み怪我回避処理が1回でも行なわれたときは施錠されている可能性が高いため、Nを1として1回目で異常停止させてもよい。また、指挟み怪我回避処理後に異常停止させるときの扉の位置も、異常検出位置や、指挟み怪我回避処理終了位置ではなく、閉完了の位置とするとよい。その後に自動ドア1の管理者が施錠したままであったことに気付いて開錠する際に、早く正常な状態に復帰させることができる。
なお、低い閉方向電流で閉動作を行なっている(STEP25)際に人検知信号が出力された場合、低い開方向電流で開動作を行なうようにしてもよい。
実施形態2は、実施形態1と図7で示した異常検出時指挟み回避シーケンスの一部のみが異なるため、その異なる構成のみを説明し、他の構成については実施形態1と同じ構成であるため説明を省略する。
なお、STEP33では、扉の停止位置が異常検出位置から所定の範囲内か否かを判断するようにしてもよい。その際、他のSTEPは同様でよい。
実施形態3も、実施形態1と図7で示した異常検出時指挟み回避シーケンスの一部のみが異なるため、その異なる構成のみを説明し、他の構成については実施形態1と同じ構成であるため説明を省略する。
2 :扉
3 :施錠手段
3 :モータ
5 :駆動プーリ
6 :従動プーリ
7 :ベルト
8 :ベルト掴み
9 :駆動手段
10 :回転検出手段
11 :扉位置検出手段
12 :制御手段
13 :モータ駆動回路
14 :制御ブロック
15 :人検知手段
16 :ベース台板
17 :レール
18 :戸車
19 :振れ止
20 :下レール
21 :デッドボルト
Claims (16)
- モータを含み扉を開閉する駆動手段と、前記扉の開閉を制御する制御手段と、前記扉の位置を検出する扉位置検出手段とを有し、
前記制御手段は、前記扉の開動作が妨げられたことを検出する開動作妨害検出手段を有し、
前記扉位置検出手段により検出された前記扉の位置情報に基づいて、前記扉の位置が閉完了から所定の範囲内であるか否かを判定し、前記扉の位置が閉完了から所定の範囲内において、前記扉の開動作が妨げられたことが前記開動作妨害検出手段によって検出された場合には、前記駆動手段の前記モータに供給する開方向への駆動電流を略ゼロになるまで所定の時間をかけて徐々に低減させる
ことを特徴とする自動ドア。 - 前記駆動手段は、前記モータの駆動力を前記扉に伝えるための駆動プーリ、従動プーリ及びベルトを更に有し、
前記扉位置検出手段は、前記駆動手段の前記モータもしくは前記従動プーリの回転から、前記扉の位置を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の自動ドア。 - 前記所定の範囲は、前記扉の閉完了の位置から20ないし100mmの範囲である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の自動ドア。 - 前記所定の時間は、1秒以上10秒以下である
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記所定の時間は、2秒以上5秒以下である
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記駆動手段は、前記扉の上部のみに接続されて、前記扉を開閉する
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記扉が閉じた状態で前記扉を施錠もしくは開錠するための施錠手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記施錠手段は、前記扉の下端部から突出する突出部を含む
ことを特徴とする請求項7に記載の自動ドア。 - 前記制御手段は、前記扉の位置が閉完了から所定の範囲外において、前記扉の開動作が妨げられたことが前記開動作妨害検出手段によって検出された場合には、前記駆動手段の前記モータに供給する開方向への駆動電流をすぐに略ゼロにする
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記制御手段は、前記モータに供給する開方向への駆動電流をすぐに略ゼロにした後、
更にブレーキをかけて前記モータを停止させる
ことを特徴とする請求項9に記載の自動ドア。 - 前記モータは、ブラシレスDCモータもしくはブラシ付きDCモータである
ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記モータは、PWM駆動され、
前記制御手段は、駆動電流のPWMのデューティー比を変化させることにより、駆動電流を制御する
ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記制御手段は、前記駆動手段の前記モータに供給する開方向への駆動電流を略ゼロになるまで所定の時間をかけて徐々に低減させて前記扉が停止した後、前記扉を閉完了の位置まで移動するように閉方向への駆動電流を供給する
ことを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の自動ドア。 - 前記制御手段は、前記扉の開動作が妨げられたことが前記開動作妨害検出手段によって所定の回数続けて検出されると、前記扉の開閉制御を停止させる
ことを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載の自動ドア。 - モータを含み扉を開閉する駆動手段と、前記扉の開閉を制御する制御手段と、前記扉の位置を検出する扉位置検出手段と、人を検知する人検知手段を有し、
前記制御手段は、前記扉の開動作が妨げられたことを検出する開動作妨害検出手段を有しており、
前記人検知手段が人を検知した場合に前記駆動手段の前記モータに対して前記扉の開方向への駆動電流を供給するとともに、
前記扉位置検出手段により検出された前記扉の位置情報に基づいて、前記扉の位置が閉完了から所定の範囲内であるか否かを判定し、前記扉の位置が閉完了から所定の範囲内において、前記扉の開動作が妨げられたことが前記開動作妨害検出手段によって検出された場合には、前記人検知手段が人を検知していても、前記駆動手段の前記モータに供給する開方向への駆動電流を略ゼロになるまで所定の時間をかけて徐々に低減させる
ことを特徴とする自動ドア。 - 扉の開動作が妨げられたことを検出するステップと、
前記扉の位置を検出するステップと、
検出した前記扉の位置情報に基づいて、前記扉の開動作が妨げられたときの前記扉の位置が、前記扉の閉完了の位置から所定の範囲内であるか否かを判定するステップと、
前記扉の開動作が妨げられたときの前記扉の位置が前記扉の閉完了の位置から所定の範囲内であると判定されたときに、前記扉の開動作を行う駆動電流の供給を略ゼロになるまで所定の時間をかけて徐々に低減させるステップを備える
ことを特徴とする自動ドアの制御方法。
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