JP6950632B2 - Power transmission device that supplies power wirelessly and foreign matter detection method - Google Patents

Power transmission device that supplies power wirelessly and foreign matter detection method Download PDF

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Description

本発明は、無線電力伝送において、電力の送電範囲を含む所定の検知範囲において人などの異物が進入したことを検出する装置に関する。 The present invention relates to a device for detecting the entry of a foreign substance such as a person in a predetermined detection range including a power transmission range in wireless power transmission.

無線電力伝送により対象に給電する技術において、大電力を伝送するときに、電力伝送領域内に人が進入した場合に電波が人に与える影響が懸念されている。このため、従来、無線電力伝送技術においては、人などの物体が所定の領域に進入したか否かを検出し、進入が検出されたときには、電力伝送を停止することを行っている。 In the technology of supplying power to a target by wireless power transmission, there is a concern about the influence of radio waves on a person when a person enters the power transmission area when transmitting a large amount of power. For this reason, conventionally, in wireless power transmission technology, it is detected whether or not an object such as a person has entered a predetermined area, and when the entry is detected, the power transmission is stopped.

例えば、特許文献1の電力伝送システムでは、検知範囲に電波を送信し、送信した電波の反射波を複数の受信部で受信し、複数の受信部で受信した反射波の位相差の情報を用いることで異物の存在を検出し、異物が検出されたときに電力伝送を停止している。 For example, in the power transmission system of Patent Document 1, a radio wave is transmitted to a detection range, the reflected wave of the transmitted radio wave is received by a plurality of receiving units, and information on the phase difference of the reflected wave received by the plurality of receiving units is used. As a result, the presence of foreign matter is detected, and when the foreign matter is detected, power transmission is stopped.

特開2014−207749号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-207949

特許文献1のような検出技術を例えば工場のような、動いているロボットが存在する環境に適用した場合、動いているロボットが検知範囲に進入する場合もあり、その場合にロボットを異物として誤検出してしまうという問題がある。 When the detection technology as in Patent Document 1 is applied to an environment in which a moving robot exists, such as a factory, the moving robot may enter the detection range, and in that case, the robot is mistaken as a foreign substance. There is a problem of detecting it.

本発明は、無線で電力を伝送する装置であって、ロボットなどの通常動いている物体を誤検出することなく、所定の検知範囲内に人などの異物が進入したことを検知する送電装置を提供する。 The present invention is a device that wirelessly transmits electric power, and is a power transmission device that detects that a foreign substance such as a person has entered a predetermined detection range without erroneously detecting a normally moving object such as a robot. offer.

本開示の第1の態様において、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、受電装置に対して無線で電力を供給する送電装置が提供される。送電装置は、電力を供給するための電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、所定の検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第1の環境情報と、第1の環境情報を求めた後に、アレイアンテナで受信した信号に基づき求められた検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第2の環境情報とに基づき、検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備える。第1の環境情報は、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部は、アレイアンテナで受信した信号に基づき第2の環境情報を求め、第2の環境情報を求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む第1の環境情報を取得し、第2の環境情報と、取得した第1の環境情報との比較結果に基づき検知範囲における異物の進入の有無を検出する。 In the first aspect of the present disclosure, there is provided a power transmission device that wirelessly supplies electric power to a power receiving device in an environment in which robots that move in a plurality of operation patterns are arranged. The power transmission device is an array antenna equipped with a plurality of antenna elements for transmitting radio waves for supplying power, and information indicating the state of the radio wave propagation environment within a predetermined detection range, and foreign matter is contained within the detection range. Propagation of radio waves in the detection range obtained in advance based on the signal received by the array antenna in the non-existent state and after obtaining the first environmental information and then obtained by the signal received by the array antenna. It includes a control unit that detects the intrusion of foreign matter in the detection range based on the second environmental information indicating the state of the environment. The first environmental information is obtained for each operation pattern, and includes a change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern. The control unit obtains the second environmental information based on the signal received by the array antenna, acquires the operation pattern of the robot when the second environmental information is obtained, and is constant when the robot operates according to the acquired operation pattern. Presence or absence of foreign matter in the detection range based on the result of comparison between the second environmental information and the acquired first environmental information after acquiring the first environmental information including the change in the state of the radio wave propagation environment every hour. Is detected.

本開示の第2の態様において、上記の送電装置と、送電装置から無線で電力を受ける受電装置と、を備えた無線電力伝送システムが提供される。 In the second aspect of the present disclosure, a wireless power transmission system including the above-mentioned power transmission device and a power receiving device that receives power wirelessly from the power transmission device is provided.

本開示の第3の態様において、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境で使用される無線電力システムにおける異物検出方法が提供される。異物検出方法は、複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナを介して電力を供給するための電波を送信し、制御部により、検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき第1の環境情報を予め求めておく。第1の環境情報は、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部により、第1の環境情報を求めた後に、アレイアンテナで受信した信号に基づき検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第2の環境情報を求め、第2の環境情報を求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む第1の環境情報を取得し、取得した第1の環境情報と第2の環境情報とを比較し、その比較結果に基づき検知範囲における異物の進入の有無を検出する。 In a third aspect of the present disclosure, there is provided a method for detecting foreign matter in a wireless power system used in an environment in which robots that move in a plurality of motion patterns are arranged. The foreign matter detection method is information that transmits radio waves for supplying power through an array antenna provided with a plurality of antenna elements and indicates the state of the radio wave propagation environment within the detection range by the control unit. The first environmental information is obtained in advance based on the signal received by the array antenna in a state where no foreign matter exists within the range. The first environmental information is obtained for each operation pattern, and includes a change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern. When the control unit obtains the first environmental information, then obtains the second environmental information indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range based on the signal received by the array antenna, and obtains the second environmental information. The first environmental information including the change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates according to the acquired motion pattern is acquired, and the acquired first environment information is acquired. Is compared with the second environmental information, and the presence or absence of foreign matter in the detection range is detected based on the comparison result.

本開示の第4の態様において、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、所定の検知範囲における異物の進入を検出する異物検出装置が提供される。異物検出装置は、検知範囲に電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第1の環境情報と、第1の環境情報を求めた後にアレイアンテナで受信した信号に基づき求められた検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第2の環境情報とに基づき、検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備える。第1の環境情報は、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部は、アレイアンテナで受信した信号に基づき第2の環境情報を求め、第2の環境情報を求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む第1の環境情報を取得し、取得した第1の環境情報と第2の環境情報との比較結果に基づき検知範囲における異物の進入の有無を検出する。 In a fourth aspect of the present disclosure, there is provided a foreign matter detecting device that detects the entry of foreign matter within a predetermined detection range in an environment in which robots that move in a plurality of motion patterns are arranged. The foreign matter detection device is an array antenna equipped with a plurality of antenna elements that transmit radio waves in the detection range, and information indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range, and is an array in a state where no foreign matter exists in the detection range. The first environmental information obtained in advance based on the signal received by the antenna and the state of the radio wave propagation environment in the detection range obtained based on the signal received by the array antenna after obtaining the first environmental information are shown. It is provided with a control unit that detects the entry of foreign matter in the detection range based on the environmental information of 2. The first environmental information is obtained for each operation pattern, and includes a change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern. The control unit obtains the second environmental information based on the signal received by the array antenna, acquires the operation pattern of the robot when the second environmental information is obtained, and is constant when the robot operates according to the acquired operation pattern. The first environmental information including the change in the state of the radio wave propagation environment every hour is acquired, and the presence or absence of foreign matter in the detection range is determined based on the comparison result between the acquired first environmental information and the second environmental information. To detect.

本発明によれば、異物が存在しない通常の環境状態を示す環境情報との差分に基づき、検知範囲内への、人などの異物の進入を検出する。これにより、通常の環境状態において動きのある物体があったとしてもそれを誤検出することを防止でき、精度よく検知範囲への異物の進入を検出することができる。 According to the present invention, the entry of a foreign substance such as a person into the detection range is detected based on the difference from the environmental information indicating a normal environmental state in which no foreign substance exists. As a result, even if there is a moving object in a normal environment state, it is possible to prevent erroneous detection of the moving object, and it is possible to accurately detect the entry of a foreign substance into the detection range.

本発明に係る物体検出装置の技術を無線電力伝送システムに適用した例を示す図The figure which shows the example which applied the technique of the object detection apparatus which concerns on this invention to a wireless power transmission system. 本発明の実施の形態1における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present invention. 基準伝搬環境データの測定方法を説明した図Diagram explaining the measurement method of reference propagation environment data 検知範囲に人がいないときの伝搬環境データ(基準伝搬環境データ)と、検知範囲に人が進入したときの伝搬環境データとを示した図A diagram showing propagation environment data (reference propagation environment data) when there is no person in the detection range and propagation environment data when a person enters the detection range. 伝搬環境テーブルの例を示す図Diagram showing an example of a propagation environment table 無線電力伝送システムにおける伝搬環境データの測定を説明した図Diagram explaining the measurement of propagation environment data in a wireless power transmission system 実施の形態1の無線電力伝送システムにおける基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャートA flowchart showing a measurement operation of reference propagation environment data in the wireless power transmission system of the first embodiment. 実施の形態1の無線電力伝送システムにおける異物検出動作を示すフローチャートA flowchart showing a foreign matter detection operation in the wireless power transmission system of the first embodiment. 本発明の実施の形態2における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration of a wireless power transmission system according to a second embodiment of the present invention. 実施の形態2の無線電力伝送システムにおける基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャートA flowchart showing a measurement operation of reference propagation environment data in the wireless power transmission system of the second embodiment. 実施の形態2の無線電力伝送システムにおける異物検出動作を示すフローチャートA flowchart showing a foreign matter detection operation in the wireless power transmission system of the second embodiment.

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

(適用例)
まず、本開示に係る異物検出装置が適用される場面の一例を説明する。本開示に係る異物検出装置は、例えば、製造工場において無線で電力伝送を行うで用いられる無線電力伝送システムに適用することができる。
(Application example)
First, an example of a situation in which the foreign matter detection device according to the present disclosure is applied will be described. The foreign matter detection device according to the present disclosure can be applied to, for example, a wireless power transmission system used for wireless power transmission in a manufacturing factory.

図1は、本開示に係る異物検出装置を無線電力伝送システムに適用した例を示す図である。無線電力伝送システム10は、無線により給電対象の装置に電力を送電するシステムである。無線電力伝送システム10は送電装置100と受電装置200とで構成される。送電装置100は例えばマイクロ波により受電装置200に電力を供給する。受電装置200は、送電装置100からマイクロ波を受け、受けたマイクロ波の電力で稼働する。受電装置200は例えば、製造工場内に配置されるセンサである。送電装置100は電力送信のためにアレイアンテナ110を備える。アレイアンテナ110は、複数のアンテナ素子112を備え、指向性を有した電波の送信及び受信が可能である。 FIG. 1 is a diagram showing an example in which the foreign matter detection device according to the present disclosure is applied to a wireless power transmission system. The wireless power transmission system 10 is a system that wirelessly transmits electric power to a device to be supplied with power. The wireless power transmission system 10 includes a power transmission device 100 and a power receiving device 200. The power transmission device 100 supplies electric power to the power receiving device 200 by, for example, microwaves. The power receiving device 200 receives microwaves from the power transmitting device 100 and operates on the power of the received microwaves. The power receiving device 200 is, for example, a sensor arranged in a manufacturing factory. The power transmission device 100 includes an array antenna 110 for power transmission. The array antenna 110 includes a plurality of antenna elements 112, and is capable of transmitting and receiving directional radio waves.

この無線電力伝送システム10によれば、送電装置100がアレイアンテナ110から電波(マイクロ波)を送信することで、所定の給電範囲P内にある複数の受電装置200に対して電力を伝送する。さらに、送電装置100は、アレイアンテナ110で、給電範囲Pを含む所定の検知範囲S(詳細は後述)内にある物体からの反射波を受信し、受信した電波に基づき、そのときの検知範囲S内の空間における電波の伝搬環境を検出する。そして、送電装置100は、検出した伝搬環境に基づき、検知範囲S内に異物が進入したか否かを検出する。ここで、異物とは、無線電力伝送システム10の動作中に検知範囲S内において本来配置されない又は存在しない物体であり、例えば、人、動物または移動機械である。 According to the wireless power transmission system 10, the power transmission device 100 transmits radio waves (microwaves) from the array antenna 110 to transmit power to a plurality of power receiving devices 200 within a predetermined power supply range P. Further, the power transmission device 100 receives the reflected wave from an object within a predetermined detection range S (details will be described later) including the power supply range P by the array antenna 110, and based on the received radio wave, the detection range at that time. Detects the radio wave propagation environment in the space inside S. Then, the power transmission device 100 detects whether or not a foreign substance has entered the detection range S based on the detected propagation environment. Here, the foreign matter is an object that is not originally arranged or does not exist in the detection range S during the operation of the wireless power transmission system 10, and is, for example, a person, an animal, or a moving machine.

送電装置100は、人420などの異物の進入を検出したときは、受電装置200に対する給電を停止するか、または、伝送する電力の値を人体に影響のないレベルまでに低減させるような処理を行う。これにより、人体や機械に対する、電力伝送のための電波の影響を低減することができる。 When the power transmission device 100 detects the intrusion of a foreign substance such as a person 420, the power transmission device 100 either stops supplying power to the power receiving device 200 or performs a process of reducing the value of the transmitted power to a level that does not affect the human body. conduct. This makes it possible to reduce the influence of radio waves for power transmission on the human body and machines.

検知範囲S内に、人420などの異物が存在するときと、存在しないときとでは、検知範囲S内の空間における電波の伝搬環境が変化する。そこで、送電装置100は、人420などの異物が存在するときと、存在しないときとでの伝搬環境の差異を利用して、検知範囲S内への人420などの異物の進入を検出する。このように、検知範囲S内に人420などの異物が存在するときと、存在しないときとでの伝搬環境の差異を利用することで、検知範囲S内にロボット400のような動く物体が存在する場合であっても、精度よく、検知範囲S内への異物の進入を検出することが可能となる。 The propagation environment of radio waves in the space within the detection range S changes depending on whether a foreign substance such as a person 420 is present in the detection range S or not. Therefore, the power transmission device 100 detects the entry of foreign matter such as human 420 into the detection range S by utilizing the difference in the propagation environment between the presence and absence of foreign matter such as human 420. In this way, by utilizing the difference in the propagation environment between when a foreign object such as a person 420 exists in the detection range S and when it does not exist, a moving object such as a robot 400 exists in the detection range S. Even in this case, it is possible to accurately detect the entry of foreign matter into the detection range S.

(実施の形態1)
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る無線電力伝送システム及び異物検出装置の実施の形態を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the wireless power transmission system and the foreign matter detection device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

1.構成
図2は、本開示の実施の形態1における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。実施の形態1における無線電力伝送システム10は、電力を無線で伝送する送電装置100と、送電装置100から伝送された電力を受ける受電装置200とで構成される。
1. 1. Configuration Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the wireless power transmission system according to the first embodiment of the present disclosure. The wireless power transmission system 10 according to the first embodiment includes a power transmission device 100 that wirelessly transmits power, and a power receiving device 200 that receives power transmitted from the power transmission device 100.

送電装置100は、指向性を有するアレイアンテナ110と、アレイアンテナの指向性を制御する指向性制御部120と、電力を伝送するための給電信号を生成する給電信号生成部130と、アレイアンテナ110を介して伝搬環境を示す電波を受信する受信部140と、送電装置100の動作を制御する制御部150と、基準となる伝搬環境データを示す伝搬環境テーブルを格納するメモリ160と、を備える。 The power transmission device 100 includes an array antenna 110 having directivity, a directional control unit 120 that controls the directivity of the array antenna, a power supply signal generation unit 130 that generates a power supply signal for transmitting power, and an array antenna 110. It includes a receiving unit 140 that receives radio waves indicating the propagation environment via the antenna, a control unit 150 that controls the operation of the power transmission device 100, and a memory 160 that stores a propagation environment table that indicates reference propagation environment data.

アレイアンテナ110は複数のアンテナ素子112を含み、所望の放射指向性を実現できる。例えば、アレイアンテナ110において、N個(Nは2以上の自然数)のアンテナ素子112を適宜配列し、その全部あるいは一部を励振し、励振電流(電圧)の振幅と位相を制御することで、所望の放射指向性(放射パターン)を得ることができる。 The array antenna 110 includes a plurality of antenna elements 112, and can realize desired radiation directivity. For example, in the array antenna 110, N antenna elements 112 (N is a natural number of 2 or more) are appropriately arranged, all or part of them are excited, and the amplitude and phase of the excitation current (voltage) are controlled. The desired radiation directivity (radiation pattern) can be obtained.

給電信号生成部130は、制御部150からの制御にしたがい、電力を搬送するマイクロ波を生成するための給電信号を生成する回路である。給電信号生成部130は、例えば、ガンダイオード等の半導体発振器、又はマグネトロン等のマイクロ波発振器である。 The power supply signal generation unit 130 is a circuit that generates a power supply signal for generating microwaves that carry electric power according to the control from the control unit 150. The power feeding signal generation unit 130 is, for example, a semiconductor oscillator such as a Gunn diode or a microwave oscillator such as a magnetron.

指向性制御部120は、制御部150からの制御にしたがい、アレイアンテナ110から放射する信号の指向性を制御する回路であり、給電信号生成部130からの給電信号に基づき各アンテナ素子112に給電する信号を生成する。 The directivity control unit 120 is a circuit that controls the directivity of the signal radiated from the array antenna 110 according to the control from the control unit 150, and supplies power to each antenna element 112 based on the power supply signal from the power supply signal generation unit 130. Generate a signal to do.

具体的には、指向性制御部120は、給電信号生成部130によって生成された給電信号をN個の給電信号(マイクロ波)に分配する。さらに、指向性制御部120は、N個の給電信号のそれぞれの位相を個別に調整する。指向性制御部120のこの機能は、例えば、移相器で実現できる。さらに、指向性制御部120は、N個のマイクロ波の振幅を個別に調整する。指向性制御部120のこの機能は、例えば、可変利得増幅器等の電力増幅器で実現できる。 Specifically, the directional control unit 120 distributes the power supply signal generated by the power supply signal generation unit 130 to N power supply signals (microwaves). Further, the directivity control unit 120 individually adjusts the phase of each of the N feed signals. This function of the directivity control unit 120 can be realized by, for example, a phase shifter. Further, the directivity control unit 120 individually adjusts the amplitudes of N microwaves. This function of the directional control unit 120 can be realized by, for example, a power amplifier such as a variable gain amplifier.

受信部140は、アレイアンテナ110を介して受信した電波を電気信号として取り出す回路である。 The receiving unit 140 is a circuit that takes out a radio wave received via the array antenna 110 as an electric signal.

制御部150は、送電装置100の動作全体の制御を司り、例えば、プログラムを実行することで所定の機能を実現する。制御部150は、CPU、RAM及びROM等を含む。制御部150は、CPUに変えて、他の種類の汎用プロセッサ、例えばMPUを備えてもよい。または、CPUに変えて、所定の機能を実現するように専用に設計されたプロセッサを用いてもよい。すなわち、制御部150はCPU、MPU、GPU、DSP、FPGA、ASIC等、種々のプロセッサを含むことができる。 The control unit 150 controls the entire operation of the power transmission device 100, and realizes a predetermined function by executing a program, for example. The control unit 150 includes a CPU, RAM, ROM, and the like. The control unit 150 may include another type of general-purpose processor, for example, an MPU, instead of the CPU. Alternatively, instead of a CPU, a processor specially designed to realize a predetermined function may be used. That is, the control unit 150 can include various processors such as a CPU, MPU, GPU, DSP, FPGA, and ASIC.

メモリ160は情報を記録する記録媒体であり、例えば、フラッシュメモリである。メモリ160は不揮発性の記録媒体であれば、他の種類の記録媒体(例えば、ハードディスク、SSD)でもよい。特に、メモリ160は、検知範囲Sにおいて人等の異物が存在しない環境で測定された伝搬環境データを予め格納している(詳細は後述)。 The memory 160 is a recording medium for recording information, for example, a flash memory. The memory 160 may be another type of recording medium (for example, a hard disk, SSD) as long as it is a non-volatile recording medium. In particular, the memory 160 stores in advance the propagation environment data measured in an environment where no foreign matter such as a person exists in the detection range S (details will be described later).

受電装置200は、送電装置100から電力を受け、受けた電力で駆動する。受電装置200は、例えば、センサである。受電装置200は、給電信号を示す電波を受信するアンテナ210と、アンテナ210で受けた電波を処理する受信部220と、受電装置200の動作を制御する制御部230とを備える。受信部220は、アンテナ210で受けた給電信号から電力を生成するための回路を含む。制御部230は受電装置200の機能を実現する制御回路を含む。 The power receiving device 200 receives electric power from the power transmitting device 100 and is driven by the received electric power. The power receiving device 200 is, for example, a sensor. The power receiving device 200 includes an antenna 210 that receives radio waves indicating a power feeding signal, a receiving unit 220 that processes radio waves received by the antenna 210, and a control unit 230 that controls the operation of the power receiving device 200. The receiving unit 220 includes a circuit for generating electric power from the power feeding signal received by the antenna 210. The control unit 230 includes a control circuit that realizes the function of the power receiving device 200.

また、送電装置100は、他の機器と通信を行うためのインタフェース回路(図示せず)を介して、ロボット400を制御する制御装置300に接続される。 Further, the power transmission device 100 is connected to the control device 300 that controls the robot 400 via an interface circuit (not shown) for communicating with other devices.

2.動作
以上のような構成を有する無線電力伝送システム10における動作を以下に説明する。特に、以下では、無線電力伝送システム10における異物検出動作について説明する。
2. Operation The operation of the wireless power transmission system 10 having the above configuration will be described below. In particular, the foreign matter detection operation in the wireless power transmission system 10 will be described below.

無線電力伝送システム10において、送電装置100は電力伝送中、検知範囲Sの空間における電波の伝搬環境を監視し、電波の伝搬環境の状態に基づいて検知範囲内に人等の異物が進入したか否かを検出する。ここで、所定の検知範囲Sは、アレイアンテナ110が電波を受信できる範囲である。検知範囲Sは、アレイアンテナ110の感度や指向性を調整することで制御できる。検知範囲Sは、例えば、給電範囲Pと同じ範囲に設定してもよいし、それよりも大きい範囲に設定してもよい。 In the wireless power transmission system 10, the power transmission device 100 monitors the radio wave propagation environment in the space of the detection range S during power transmission, and whether a foreign substance such as a person has entered the detection range based on the state of the radio wave propagation environment. Detect whether or not. Here, the predetermined detection range S is a range in which the array antenna 110 can receive radio waves. The detection range S can be controlled by adjusting the sensitivity and directivity of the array antenna 110. The detection range S may be set to, for example, the same range as the power supply range P, or may be set to a range larger than that.

このため、本実施の形態の無線電力伝送システム10では、予め、人等の異物がない状態においてロボット400を通常に動作させた状態で、検知範囲Sの空間における電波の伝搬環境を測定する。以下、電波の伝搬環境を示す情報を「伝搬環境データ」という。本実施の形態では、伝搬環境データの例として、ドップラー効果を示す情報を採用している。 Therefore, in the wireless power transmission system 10 of the present embodiment, the propagation environment of radio waves in the space of the detection range S is measured in advance in a state where the robot 400 is normally operated in a state where there is no foreign matter such as a person. Hereinafter, information indicating the propagation environment of radio waves is referred to as "propagation environment data". In this embodiment, information indicating the Doppler effect is adopted as an example of the propagation environment data.

具体的には、予め、図3に示すように、検知範囲Sにおいて人等の異物がない環境において、ロボット400を通常に動作させ、かつ、受電装置200(例えば、センサ)に給電した状態(以下「基準状態」という)で、アレイアンテナ110により、周囲の環境から電波を受信する。このとき受信される電波は、電力伝送のためにアレイアンテナ110から送信されたマイクロ波が、検知範囲Sの空間内にあるロボット400や受電装置200等により反射された反射波である。ロボット400は動いているため、この反射波も時間とともに変化する。図4は、アレイアンテナ110により受信された反射波の変化の例を示す図である。図4の実線Aは、基準状態でアレイアンテナ110により受信された反射波の波形を示している。 Specifically, as shown in FIG. 3, a state in which the robot 400 is normally operated and power is supplied to the power receiving device 200 (for example, a sensor) in an environment where there is no foreign matter such as a person in the detection range S (for example). In the "reference state"), the array antenna 110 receives radio waves from the surrounding environment. The radio wave received at this time is a reflected wave in which microwaves transmitted from the array antenna 110 for power transmission are reflected by a robot 400, a power receiving device 200, or the like in the space of the detection range S. Since the robot 400 is moving, this reflected wave also changes with time. FIG. 4 is a diagram showing an example of a change in the reflected wave received by the array antenna 110. The solid line A in FIG. 4 shows the waveform of the reflected wave received by the array antenna 110 in the reference state.

以上のようにして基準状態で求められた伝搬環境データ(以下「基準伝搬環境データ」という)は、伝搬環境テーブルとして、メモリ160に格納される。 The propagation environment data (hereinafter referred to as "reference propagation environment data") obtained in the reference state as described above is stored in the memory 160 as a propagation environment table.

図5は、基準伝搬環境データを含む伝搬環境テーブルの例を示した図である。ロボット400は複数の動作パターンで動作可能である。伝搬環境テーブルは、ロボット400の動作パターンと、その動作パターンの動作期間(開始時刻から終了時刻)と、その動作パターンの動作中に測定された基準伝搬環境データとを含む。伝搬環境データは、ドップラー効果を示す情報を数値化したデータである。このように基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボット400が各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a propagation environment table including reference propagation environment data. The robot 400 can operate in a plurality of operation patterns. The propagation environment table includes the operation pattern of the robot 400, the operation period (from the start time to the end time) of the operation pattern, and the reference propagation environment data measured during the operation of the operation pattern. The propagation environment data is data in which information indicating the Doppler effect is quantified. As described above, the reference propagation environment data is obtained for each operation pattern, and includes changes in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot 400 operates in each operation pattern.

送電装置100は、通常の送電動作中において、アレイアンテナ110を介して周囲の環境からの反射波を受信する。送電装置100は、受信した反射波から伝搬環境データを求める。 The power transmission device 100 receives reflected waves from the surrounding environment via the array antenna 110 during normal power transmission operation. The power transmission device 100 obtains propagation environment data from the received reflected wave.

例えば、図6に示すように、人420が検知範囲S内に進入した場合、アレイアンテナ110は、人420からの反射波を受信する。このため、アレイアンテナ110を介して受信される電波は、人420がいない基準状態で測定されたものとは異なるものになる。よって、例えば、図4において、基準状態で求めた波形が実線Aで示す波形であるのに対して、人420がいる場合は、破線Bで示すような波形となり、両者は異なる。 For example, as shown in FIG. 6, when the person 420 enters the detection range S, the array antenna 110 receives the reflected wave from the person 420. Therefore, the radio wave received through the array antenna 110 is different from that measured in the reference state without the person 420. Therefore, for example, in FIG. 4, the waveform obtained in the reference state is the waveform shown by the solid line A, whereas when there is a person 420, the waveform is as shown by the broken line B, and both are different.

そこで、送電装置100は、通常の送電動作中に求めた伝搬環境データと、人等の異物がいない基準状態で予め求めていた基準伝搬環境データとを比較し、その差異を検出することで、人等の異物が検知範囲S内に進入したか否かを検出する。 Therefore, the power transmission device 100 compares the propagation environment data obtained during normal power transmission operation with the reference propagation environment data obtained in advance in a reference state free of foreign matter such as humans, and detects the difference. Detects whether or not a foreign object such as a person has entered the detection range S.

以下、本実施の形態の無線電力伝送システム10の送電装置100における基準伝搬環境データの測定動作と、異物検出動作を伴う電力伝送動作とを説明する。 Hereinafter, the measurement operation of the reference propagation environment data in the power transmission device 100 of the wireless power transmission system 10 of the present embodiment and the power transmission operation accompanied by the foreign matter detection operation will be described.

2.1 基準伝搬環境データの測定
図7は、無線電力伝送システム10の送電装置100における基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャートである。図7に示す処理は、無線電力伝送システム10が設置された環境において、通常の送電動作の開始前に予め実施される。また、無線電力伝送システム10が設置された環境において、検知範囲S内においてロボット400が配置されているとする。
2.1 Measurement of reference propagation environment data FIG. 7 is a flowchart showing a measurement operation of reference propagation environment data in the power transmission device 100 of the wireless power transmission system 10. The process shown in FIG. 7 is performed in advance in the environment in which the wireless power transmission system 10 is installed before the start of the normal power transmission operation. Further, it is assumed that the robot 400 is arranged within the detection range S in the environment where the wireless power transmission system 10 is installed.

送電装置100の制御部150はまず、受電装置200に対して給電動作を開始する(S10)。このために、制御部150は、アレイアンテナ110の各アンテナ素子(i)112に入力する電力Pout_iと位相θout_iと周波数foutとを示す制御信号を給電信号生成部130と指向性制御部120とに送信する。給電信号生成部130は周波数foutのマイクロ波による給電信号を生成する。指向性制御部120は、給電信号生成部130からの給電信号を変調し、アンテナ素子(i)112毎に、電力Pout_i、位相θout_i、周波数foutとなる給電信号を生成し、各アンテナ素子(i)112に送信する。これにより、アレイアンテナ110から所望の指向性を持った電波(給電信号)が送信される。 First, the control unit 150 of the power transmission device 100 starts a power supply operation to the power reception device 200 (S10). For this purpose, the control unit 150 sends a control signal indicating the power Pout_i, the phase θout_i, and the frequency fout to be input to each antenna element (i) 112 of the array antenna 110 to the power supply signal generation unit 130 and the directivity control unit 120. Send. The power supply signal generation unit 130 generates a power supply signal by microwaves having a frequency fout. The directivity control unit 120 modulates the power supply signal from the power supply signal generation unit 130, generates a power supply signal having power Pout_i, phase θout_i, and frequency fout for each antenna element (i) 112, and generates each antenna element (i). ) Send to 112. As a result, a radio wave (feeding signal) having a desired directivity is transmitted from the array antenna 110.

次に、制御部150は制御変数Nを1に設定する(S11)。次に制御部150は、ロボット400を制御する制御装置300に対して、N番目の動作パターンでロボット400を動作させるように指示を行う(S12)。これにより、ロボット400はN番目の動作パターンで動作する。 Next, the control unit 150 sets the control variable N to 1 (S11). Next, the control unit 150 instructs the control device 300 that controls the robot 400 to operate the robot 400 in the Nth operation pattern (S12). As a result, the robot 400 operates in the Nth operation pattern.

送電装置100はアレイアンテナ110の各アンテナ素子112を介して環境から電波を受信する(S13)。 The power transmission device 100 receives radio waves from the environment via each antenna element 112 of the array antenna 110 (S13).

制御部150は、アレイアンテナ110の各アンテナ素子112により受信した信号に基づきドップラー効果情報を算出する(S14)。具体的には、まず、受信部140は、各アンテナ素子112により受信した信号から、送信周波数foutと同じ周波数成分を除去し、環境により変動した成分(例えば、ロボット400からの反射波)のみを含む信号を生成する。そして、制御部150は、この環境による変動成分を含む信号をフーリエ変換して、複数のドップラー周波数とその強度(振幅)を得る。そして、ドップラー周波数とその強度(振幅)の情報をドップラー効果情報とする。なお、ドップラー効果情報については例えば特開2017-211348号に開示されている。 The control unit 150 calculates Doppler effect information based on the signal received by each antenna element 112 of the array antenna 110 (S14). Specifically, first, the receiving unit 140 removes the same frequency component as the transmission frequency fout from the signal received by each antenna element 112, and removes only the component varied depending on the environment (for example, the reflected wave from the robot 400). Generate a signal that contains. Then, the control unit 150 Fourier transforms the signal including the fluctuation component due to this environment to obtain a plurality of Doppler frequencies and their intensities (amplitudes). Then, the information of the Doppler frequency and its intensity (amplitude) is used as the Doppler effect information. The Doppler effect information is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-211348.

各動作パターンに対するドップラー効果情報の算出(S12〜S14)をロボット400が有する全ての動作パターンに対して実行する(S15、S17)。全ての動作パターンについて上記の処理(S12〜S14)が実行されると、制御部150は、算出したドップラー効果情報(ドップラー周波数とその強度(振幅)の情報)に基づき、図5に示すような基準伝搬環境データを生成し、メモリ160内の伝搬環境テーブルに登録する(S16)。 Calculation of Doppler effect information (S12 to S14) for each motion pattern is executed for all motion patterns of the robot 400 (S15, S17). When the above processing (S12 to S14) is executed for all the operation patterns, the control unit 150 is as shown in FIG. 5 based on the calculated Doppler effect information (information on the Doppler frequency and its intensity (amplitude)). The reference propagation environment data is generated and registered in the propagation environment table in the memory 160 (S16).

以上のようにして、ドップラー効果に関する基準伝搬環境データを求めることができる。 As described above, the reference propagation environment data regarding the Doppler effect can be obtained.

2.2 異物検出動作を伴う電力伝送
次に、無線電力伝送システム10の異物検出動作を伴う電力伝送動作を説明する。図8は、無線電力伝送システム10の送電装置100における物体検知動作を伴う電力伝送動作を示すフローチャートである。図8に示す処理は所定時間間隔で定期的に実行される。
2.2 Power transmission with foreign matter detection operation Next, the power transmission operation with foreign matter detection operation of the wireless power transmission system 10 will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a power transmission operation accompanied by an object detection operation in the power transmission device 100 of the wireless power transmission system 10. The process shown in FIG. 8 is periodically executed at predetermined time intervals.

送電装置100の制御部150は、ロボット400を制御する制御装置300から、稼働中のロボット400の動作パターンを示す動作パターン番号を取得する(S21)。制御部150は、取得した動作パターン番号に基づき、メモリ160に格納された伝搬環境テーブルを参照して、現在のロボットの動作パターンに対応する基準伝搬環境データを取得する(S22)。 The control unit 150 of the power transmission device 100 acquires an operation pattern number indicating an operation pattern of the operating robot 400 from the control device 300 that controls the robot 400 (S21). Based on the acquired operation pattern number, the control unit 150 refers to the propagation environment table stored in the memory 160 and acquires the reference propagation environment data corresponding to the current operation pattern of the robot (S22).

制御部150は、アレイアンテナ110で受信した電波に基づき、現在の伝搬環境データを測定する(S23)。具体的には、送電装置100が送電を行っている場合、受信部140は、アレイアンテナ110の各アンテナ素子112により受信した信号から、送信周波数foutと同じ周波数成分を除去し、環境により変動した成分(例えば、ロボット400からの反射波)のみを抽出し、制御部150に送信する。一方、送電装置100が送電を行っていない場合は、送電装置100は非常に短い間送電し、アレイアンテナ110の各アンテナ素子112により受信した信号から、送信周波数foutと同じ周波数成分を除去し、環境により変動した成分のみを抽出し、制御部150に送信する。制御部150は、受信部140から受信した信号を用いてドップラー効果情報(ドップラー周波数と強度)を算出して、伝搬環境データの測定値を得る。 The control unit 150 measures the current propagation environment data based on the radio waves received by the array antenna 110 (S23). Specifically, when the power transmission device 100 is transmitting power, the receiving unit 140 removes the same frequency component as the transmission frequency fout from the signal received by each antenna element 112 of the array antenna 110, and fluctuates depending on the environment. Only the components (for example, the reflected wave from the robot 400) are extracted and transmitted to the control unit 150. On the other hand, when the power transmission device 100 does not transmit power, the power transmission device 100 transmits power for a very short period of time, and removes the same frequency component as the transmission frequency fout from the signal received by each antenna element 112 of the array antenna 110. Only the components that have changed depending on the environment are extracted and transmitted to the control unit 150. The control unit 150 calculates Doppler effect information (Doppler frequency and intensity) using the signal received from the reception unit 140, and obtains a measured value of propagation environment data.

制御部150は、メモリ160に格納された基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとを比較する(S24)。 The control unit 150 compares the reference propagation environment data stored in the memory 160 with the current propagation environment data obtained by the measurement (S24).

両者が一致している場合(S24でYES)、制御部150は、給電が実施されていないときは、給電を開始し、既に給電されているときは、給電を継続する(S25)。この場合は、電波の電伝搬環境状態は、基準状態と変わっていないと判断でき、検知範囲Sに人等の異物が進入していないと考えられるため、給電を停止する必要がない。なお、一致とは、基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとが完全に一致する場合と、それらの差分が所定の許容範囲内にある場合との双方を含む。 When both are in agreement (YES in S24), the control unit 150 starts the power supply when the power supply is not performed, and continues the power supply when the power supply has already been performed (S25). In this case, it can be determined that the radio wave propagation environment state has not changed from the reference state, and it is considered that no foreign matter such as a person has entered the detection range S, so that it is not necessary to stop the power supply. The match includes both the case where the reference propagation environment data and the current propagation environment data obtained by the measurement completely match, and the case where the difference between them is within a predetermined allowable range.

一方、両者が一致していない場合(S24でNO)、制御部150は給電を停止する(S26)。この場合、検知範囲Sに人等の異物が進入していると考えられるため、給電を停止する必要がある。なお、給電を停止せずに、人等の物体に対して影響のないレベルまで、伝送する電力の大きさを低減した状態で給電を継続させてもよい。 On the other hand, when the two do not match (NO in S24), the control unit 150 stops the power supply (S26). In this case, it is considered that a foreign substance such as a person has entered the detection range S, so it is necessary to stop the power supply. It should be noted that the power supply may be continued in a state where the magnitude of the transmitted power is reduced to a level that does not affect an object such as a person without stopping the power supply.

3.まとめ
以上のように本実施の形態の無線電力伝送システム10は、送電装置100、複数の動作パターンで可動するロボット400が配置された環境において、受電装置200に対して無線で電力を供給する。送電装置100は、電力を供給するための電波を送信する複数のアンテナ素子112を備えたアレイアンテナ110と、検知範囲S内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲S内に異物が存在しない状態(基準状態)においてアレイアンテナ110で受信した信号に基づき予め求められた基準伝搬環境データ(第1の環境情報の一例)と、基準伝搬環境データを求めた後に、アレイアンテナ110で受信した信号に基づき求められた検知範囲Sにおける電波の伝搬環境の状態を示す伝搬環境データ(第2の環境情報の一例)とに基づき、検知範囲Sにおける異物の進入を検出する制御部150と、を備える。基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部150は、アレイアンテナ110で受信した信号に基づき伝搬環境データ(第2の環境情報の一例)を求め、伝搬環境データを求めた時のロボット400の動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボット400が動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む基準伝搬環境データを取得し、求めた伝搬環境データと、取得した基準伝搬環境データとの比較結果に基づき検知範囲Sにおける異物の進入の有無を検出する。
3. 3. Summary As described above, the wireless power transmission system 10 of the present embodiment wirelessly supplies electric power to the power receiving device 200 in an environment in which the power transmission device 100 and the robot 400 that can move in a plurality of operation patterns are arranged. The power transmission device 100 is information indicating a state of an array antenna 110 including a plurality of antenna elements 112 for transmitting radio waves for supplying power and a state of a radio wave propagation environment within the detection range S, and is within the detection range S. After obtaining the reference propagation environment data (an example of the first environment information) obtained in advance based on the signal received by the array antenna 110 in the state where no foreign matter is present (reference state) and the reference propagation environment data, the array antenna A control unit that detects the entry of foreign matter in the detection range S based on the propagation environment data (an example of the second environmental information) indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range S obtained based on the signal received in 110. 150 and. The reference propagation environment data is obtained for each operation pattern, and includes changes in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern. The control unit 150 obtains the propagation environment data (an example of the second environment information) based on the signal received by the array antenna 110, acquires the operation pattern of the robot 400 when the propagation environment data is obtained, and acquires the operation pattern. The reference propagation environment data including the change in the state of the propagation environment of the radio wave at regular intervals when the robot 400 is operated is acquired, and the detection is performed based on the comparison result between the obtained propagation environment data and the acquired reference propagation environment data. The presence or absence of foreign matter invading in the range S is detected.

以上のように、本実施の形態の無線電力伝送システム10では、異物検出時にアレイアンテナ110で受信した信号に基づき求めた伝搬環境データと、基準状態で予め測定した基準伝搬環境データとの差分に基づき検知範囲Sにおける異物の進入の有無を検出する。これにより、通常の動作環境において検知範囲S内にロボットのような動く物体がある場合でも、誤検出することなく、アレイアンテナ110で受信した信号に基づき精度よく異物を検出することができる。 As described above, in the wireless power transmission system 10 of the present embodiment, the difference between the propagation environment data obtained based on the signal received by the array antenna 110 at the time of detecting a foreign object and the reference propagation environment data measured in advance in the reference state is used. Based on this, the presence or absence of foreign matter entering in the detection range S is detected. As a result, even if there is a moving object such as a robot within the detection range S in a normal operating environment, foreign matter can be detected accurately based on the signal received by the array antenna 110 without erroneous detection.

また、本実施の形態は、複数の動作パターンで可動するロボット400が配置された環境で使用される無線電力伝送システム10における異物検出方法を開示する。異物検出方法は、複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナ110を介して電力を供給するための電波を送信し、制御部150により、検知範囲S内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき基準伝搬環境データを予め求める。基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部150により、基準伝搬環境データを求めた後、アレイアンテナ110で受信した信号に基づき検知範囲Sにおける電波の伝搬環境の状態を示す伝搬環境データを求め、伝搬環境データを求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む基準伝搬環境データを取得する。さらに、制御部150により、求めた伝搬環境データと、取得した基準伝搬環境データを比較し、その比較結果に基づき検知範囲Sにおける異物の進入の有無を検出する。 Further, the present embodiment discloses a foreign matter detection method in the wireless power transmission system 10 used in an environment in which a robot 400 that can move in a plurality of operation patterns is arranged. The foreign matter detection method is information that transmits radio waves for supplying power via an array antenna 110 provided with a plurality of antenna elements, and the control unit 150 indicates the state of the radio wave propagation environment within the detection range S. Therefore, the reference propagation environment data is obtained in advance based on the signal received by the array antenna in a state where no foreign matter is present in the detection range. The reference propagation environment data is obtained for each operation pattern, and includes changes in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern. After obtaining the reference propagation environment data by the control unit 150, the propagation environment data indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range S is obtained based on the signal received by the array antenna 110, and the robot when the propagation environment data is obtained. The motion pattern of is acquired, and the reference propagation environment data including the change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates according to the acquired motion pattern is acquired. Further, the control unit 150 compares the obtained propagation environment data with the acquired reference propagation environment data, and detects the presence or absence of foreign matter in the detection range S based on the comparison result.

また、本実施の形態は、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、検知範囲Sにおける異物の進入を検出する異物検出装置の思想を開示する。異物検出装置は、検知範囲Sに電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナ110と、検知範囲Sにおける電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナ110で受信した信号に基づき予め求められた基準伝搬環境データと、基準伝搬環境データを求めた後にアレイアンテナ110で受信した信号に基づき求められた検知範囲Sにおける電波の伝搬環境の状態を示す伝搬環境データとに基づき、検知範囲Sにおける異物の進入を検出する制御部150と、を備える。基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部150は、アレイアンテナ110で受信した信号に基づき伝搬環境データを求め、伝搬環境データを求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む基準伝搬環境データを取得し、取得した基準伝搬環境データと、求めた伝搬環境データとの比較結果に基づき検知範囲Sにおける異物の進入の有無を検出する。 Further, the present embodiment discloses the concept of a foreign matter detecting device that detects the intrusion of foreign matter in the detection range S in an environment in which robots that move in a plurality of motion patterns are arranged. The foreign matter detection device is information indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range S and the array antenna 110 having a plurality of antenna elements that transmit radio waves in the detection range S, and there is no foreign matter in the detection range. In the state, the reference propagation environment data obtained in advance based on the signal received by the array antenna 110 and the radio wave propagation environment in the detection range S obtained based on the signal received by the array antenna 110 after obtaining the reference propagation environment data. A control unit 150 that detects the entry of foreign matter in the detection range S based on the propagation environment data indicating the state is provided. The reference propagation environment data is obtained for each operation pattern, and includes changes in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern. The control unit 150 obtains the propagation environment data based on the signal received by the array antenna 110, acquires the motion pattern of the robot when the propagation environment data is obtained, and at regular time intervals when the robot operates according to the acquired motion pattern. The reference propagation environment data including the change in the state of the propagation environment of the radio wave is acquired, and the presence or absence of foreign matter in the detection range S is detected based on the comparison result between the acquired reference propagation environment data and the obtained propagation environment data. ..

(実施の形態2)
実施の形態1では、電波の伝搬環境データとして、ドップラー効果情報を採用した。これに対して、本実施の形態では、電波の伝搬環境データとして伝搬係数を採用する。以下、本実施の形態の無線電力伝送システムについて説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, Doppler effect information is adopted as the radio wave propagation environment data. On the other hand, in the present embodiment, the propagation coefficient is adopted as the propagation environment data of the radio wave. Hereinafter, the wireless power transmission system of the present embodiment will be described.

図9は、本発明の実施の形態2における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線電力伝送システム10bでは、送電装置100bにおいて、受電装置200bに対してビーコン信号の送信要求を出力する送信部170をさらに備えている点が実施の形態1のものと異なる。受電装置200bは、ビーコン信号を生成しアンテナ210を介して送信するビーコン送信部240を備えている点が実施の形態1のものと異なる。ビーコン信号は、例えば受電装置200bのシリアル番号などの固有情報を含む非常に短いRF信号である。 FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a wireless power transmission system according to a second embodiment of the present invention. The wireless power transmission system 10b of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that the power transmission device 100b further includes a transmission unit 170 that outputs a transmission request for a beacon signal to the power reception device 200b. The power receiving device 200b is different from that of the first embodiment in that the power receiving device 200b includes a beacon transmitting unit 240 that generates a beacon signal and transmits it via the antenna 210. The beacon signal is a very short RF signal containing unique information such as the serial number of the power receiving device 200b.

本実施の形態では、送電装置100bは、受電装置200bから受信したビーコン信号の状態に基づき基準状態の伝搬環境との差異を検出し、検出結果にしたがい検知範囲S内への異物の進入を検知する。すなわち、異物がない基準状態のときに受電装置200bから受信したビーコン信号に対して、電力伝送動作中に受電装置200bから受信したビーコン信号に変動があるか否かを検出する。そして、変動が検出された場合に、検知範囲S内への人等の異物の進入があったことを検出する。受電装置200bから送信されたビーコン信号は、アレイアンテナ110により受信されるまでに、検知範囲S内への異物の進入により変調される。よって、アレイアンテナ110により受信されたビーコン信号を観察することによっても、検知範囲S内への異物の進入を検出することができる。 In the present embodiment, the power transmission device 100b detects a difference from the propagation environment of the reference state based on the state of the beacon signal received from the power reception device 200b, and detects the entry of foreign matter into the detection range S according to the detection result. do. That is, with respect to the beacon signal received from the power receiving device 200b in the reference state where there is no foreign matter, it is detected whether or not the beacon signal received from the power receiving device 200b fluctuates during the power transmission operation. Then, when the fluctuation is detected, it is detected that a foreign substance such as a person has entered the detection range S. The beacon signal transmitted from the power receiving device 200b is modulated by the entry of foreign matter into the detection range S by the time it is received by the array antenna 110. Therefore, the entry of foreign matter into the detection range S can also be detected by observing the beacon signal received by the array antenna 110.

図10は、実施の形態2の無線電力伝送システム10bにおける基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャートである。図10に示す処理は、無線電力伝送システム10bが設置された環境において、通常の送電動作の開始前に予め実施される。また、無線電力伝送システム10bが設置された環境において、検知範囲S内においてロボット400が配置されているとする。 FIG. 10 is a flowchart showing a measurement operation of reference propagation environment data in the wireless power transmission system 10b of the second embodiment. The process shown in FIG. 10 is performed in advance in the environment in which the wireless power transmission system 10b is installed, before the start of the normal power transmission operation. Further, it is assumed that the robot 400 is arranged within the detection range S in the environment where the wireless power transmission system 10b is installed.

送電装置100bの制御部150はまず、受電装置200bに対して給電動作を開始する(S40)。次に、送電装置100は、受電装置200bに対してビーコン信号の送信を要求する(S41)。このため、制御部150は、送信部170に対して、ビーコン信号の送信要求を送信するよう指示する。送信部170は、アレイアンテナ110を介して、ビーコン信号の送信要求を送信する。受電装置200bは、送電装置100bからのビーコン信号の送信要求を受信すると、ビーコン送信部240によりビーコン信号の送信を開始する。 First, the control unit 150 of the power transmission device 100b starts a power supply operation for the power reception device 200b (S40). Next, the power transmission device 100 requests the power reception device 200b to transmit a beacon signal (S41). Therefore, the control unit 150 instructs the transmission unit 170 to transmit the transmission request of the beacon signal. The transmission unit 170 transmits a transmission request for the beacon signal via the array antenna 110. When the power receiving device 200b receives the beacon signal transmission request from the power transmission device 100b, the beacon transmitting unit 240 starts transmitting the beacon signal.

送電装置100bの制御部150は制御変数Nを1に設定する(S42)。制御部150は、ロボット400を制御する制御装置300に対して、N番目の動作パターンでロボット400を動作させるように指示を行う(S43)。これにより、ロボット400はN番目の動作パターンで動作する。 The control unit 150 of the power transmission device 100b sets the control variable N to 1 (S42). The control unit 150 instructs the control device 300 that controls the robot 400 to operate the robot 400 in the Nth operation pattern (S43). As a result, the robot 400 operates in the Nth operation pattern.

送電装置100bの受信部140は、アレイアンテナ110の各アンテナ素子112を介して受電装置200bからのビーコン信号を受信する(S44)。 The receiving unit 140 of the power transmitting device 100b receives the beacon signal from the power receiving device 200b via each antenna element 112 of the array antenna 110 (S44).

制御部150は、アレイアンテナ110の各アンテナ素子112により受信したビーコン信号に基づき伝搬係数を算出する(S45)。伝搬係数は、下記に示すチャンネル行列Hの要素である。
y=Hx+w (1)
ここで、yはアレイアンテナ110の各アンテナ素子112で受信した受信信号の強度、xは送信信号の強度、wはアレイアンテナの各アンテナ素子で受信されたノイズである(特開2008-086003号等参照)。
The control unit 150 calculates the propagation coefficient based on the beacon signal received by each antenna element 112 of the array antenna 110 (S45). The propagation coefficient is an element of the channel matrix H shown below.
y = Hx + w (1)
Here, y is the strength of the received signal received by each antenna element 112 of the array antenna 110, x is the strength of the transmitted signal, and w is the noise received by each antenna element of the array antenna (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-086003). Etc.).

具体的には、まず、受信部140は、各アンテナ素子(i)112により受信したビーコン信号から、ビーコン信号の電力Piと位相θiを算出する。制御部150は、ビーコン信号の電力Piと位相θiに基づき伝搬係数(Hの各要素)を算出する。 Specifically, first, the receiving unit 140 calculates the power Pi and the phase θi of the beacon signal from the beacon signal received by each antenna element (i) 112. The control unit 150 calculates the propagation coefficient (each element of H) based on the power Pi and the phase θi of the beacon signal.

各動作パターンに対する伝搬係数の算出処理(S43〜S45)をロボット400が有する全ての動作パターンに対して実行する(S46、S48)。全ての動作パターンについて上記の処理(S43〜S45)が実行されると(S46でYES)、制御部150は、算出した伝搬係数に基づき、図5に示すような基準伝搬環境データを生成し、メモリ160内の伝搬環境テーブルに登録する(S47)。 The calculation processing of the propagation coefficient for each operation pattern (S43 to S45) is executed for all the operation patterns of the robot 400 (S46, S48). When the above processing (S43 to S45) is executed for all the operation patterns (YES in S46), the control unit 150 generates the reference propagation environment data as shown in FIG. 5 based on the calculated propagation coefficient. Register in the propagation environment table in the memory 160 (S47).

以上のようにして、伝搬係数に関する基準伝搬環境データを求めることができる。 As described above, the reference propagation environment data regarding the propagation coefficient can be obtained.

次に、無線電力伝送システム10bの物体検知動作を伴う電力伝送動作を説明する。図11は、無線電力伝送システム10bの送電装置100bにおける物体検知動作を伴う電力伝送動作を示すフローチャートである。図11に示す処理は所定時間間隔で定期的に実行される。 Next, a power transmission operation accompanied by an object detection operation of the wireless power transmission system 10b will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a power transmission operation accompanied by an object detection operation in the power transmission device 100b of the wireless power transmission system 10b. The process shown in FIG. 11 is periodically executed at predetermined time intervals.

送電装置100bの制御部150はまず、受電装置200bに対してビーコン信号の送信要求を送信する(S50)。受電装置200は、ビーコン信号の送信要求を受けると、ビーコン信号の送信を開始する。 First, the control unit 150 of the power transmission device 100b transmits a transmission request for the beacon signal to the power reception device 200b (S50). Upon receiving the request for transmitting the beacon signal, the power receiving device 200 starts transmitting the beacon signal.

制御部150は、ロボット400を制御する制御装置300から、稼働中のロボット400の現在の動作パターンを示す動作パターン番号を取得する(S51)。制御部150は、取得した動作パターン番号に基づき、メモリ160に格納された伝搬環境テーブルを参照して、現在のロボットの動作パターンに対応する基準伝搬環境データを取得する(S52)。 The control unit 150 acquires an operation pattern number indicating the current operation pattern of the operating robot 400 from the control device 300 that controls the robot 400 (S51). Based on the acquired operation pattern number, the control unit 150 refers to the propagation environment table stored in the memory 160 and acquires the reference propagation environment data corresponding to the current operation pattern of the robot (S52).

制御部150は、アレイアンテナ110で受信したビーコン信号に基づき、現在の伝搬環境データを測定する(S53)。具体的には、制御部150は、ビーコン信号の電力Piと位相θiに基づき伝搬係数を算出する。 The control unit 150 measures the current propagation environment data based on the beacon signal received by the array antenna 110 (S53). Specifically, the control unit 150 calculates the propagation coefficient based on the power Pi and the phase θi of the beacon signal.

制御部150は、メモリ160に格納された基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとを比較する(S54)。 The control unit 150 compares the reference propagation environment data stored in the memory 160 with the current propagation environment data obtained by the measurement (S54).

両者が一致している場合(S54でYES)、制御部150は、現在給電を実施していないときは、給電を開始し、既に給電しているときは、給電を継続する(S55)。この場合は、電波の伝搬環境状態は、基準状態と変わっていないと判断でき、検知範囲Sに人等の異物が進入していないと考えられるため、給電を停止する必要がない。なお、一致とは、基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとが完全に一致する場合と、それらの差分が所定の許容範囲内にある場合との双方を含む。 When both are in agreement (YES in S54), the control unit 150 starts the power supply when the power supply is not currently performed, and continues the power supply when the power supply has already been performed (S55). In this case, it can be determined that the radio wave propagation environment state has not changed from the reference state, and it is considered that no foreign matter such as a person has entered the detection range S, so that it is not necessary to stop the power supply. The match includes both the case where the reference propagation environment data and the current propagation environment data obtained by the measurement completely match, and the case where the difference between them is within a predetermined allowable range.

一方、両者が一致していない場合(S54でNO)、制御部150は給電を停止する(S56)。この場合、検知範囲Sに人等の異物が進入していると考えられるため、給電を停止する必要がある。なお、給電を停止せずに、人または移動機械等に対して影響のないレベルまで、伝送する電力の大きさを低減した上で給電を継続させてもよい。 On the other hand, when the two do not match (NO in S54), the control unit 150 stops the power supply (S56). In this case, it is considered that a foreign substance such as a person has entered the detection range S, so it is necessary to stop the power supply. It should be noted that the power supply may be continued after reducing the magnitude of the transmitted power to a level that does not affect people, mobile machines, or the like without stopping the power supply.

以上のように、電波の伝搬環境を示す指標として、電力伝送環境における電波の伝搬係数を用いても良い。 As described above, the radio wave propagation coefficient in the power transmission environment may be used as an index indicating the radio wave propagation environment.

(他の実施の形態)
上記の実施の形態では、本開示の物体検出装置を無線電力伝送システムに適用した例を説明したが、本開示の物体検出装置は他の装置やシステムに適用してもよい。すなわち、本開示の物体検出装置は、所定信号をアレイアンテナを介して送信するとともに、そのアレイアンテナにより信号を受信できる任意の装置またはシステムに対して適用することができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, an example in which the object detection device of the present disclosure is applied to a wireless power transmission system has been described, but the object detection device of the present disclosure may be applied to another device or system. That is, the object detection device of the present disclosure can be applied to any device or system capable of transmitting a predetermined signal via an array antenna and receiving a signal by the array antenna.

上記の実施の形態では、電波の伝搬環境データとして、ドップラー効果情報及び伝搬係数を採用したが、他の種類の情報を採用してもよい。すなわち、異物を検出する範囲(例えば、検知範囲S)の空間における電波の伝搬特性を示す情報であれば、任意の情報を採用することができる。 In the above embodiment, the Doppler effect information and the propagation coefficient are adopted as the radio wave propagation environment data, but other types of information may be adopted. That is, any information can be adopted as long as it is information indicating the propagation characteristics of radio waves in the space of the range for detecting foreign matter (for example, the detection range S).

上記の実施の形態では、基準伝搬環境データは送電装置100、100bに内蔵されるメモリ160内に格納されたが、基準伝搬環境データは送電装置100、100bの外部の装置または記録媒体に格納されてもよい。送電装置100、100bは、外部の装置から基準伝搬環境データを取得するようにしてもよい。例えば、送電装置100、100bは基準伝搬環境データを、ネットワークを介して外部のサーバから取得するようにしてもよい。 In the above embodiment, the reference propagation environment data is stored in the memory 160 built in the power transmission devices 100 and 100b, but the reference propagation environment data is stored in an external device or recording medium of the power transmission devices 100 and 100b. You may. The power transmission devices 100 and 100b may acquire reference propagation environment data from an external device. For example, the power transmission devices 100 and 100b may acquire the reference propagation environment data from an external server via the network.

上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Since the above-described embodiment is for exemplifying the technique in the present disclosure, various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of claims or the equivalent thereof.

10、10b 無線電力伝送システム
100、100b 送電装置
110 アレイアンテナ
112 アンテナ素子
120 指向性制御部
130 給電信号生成部
140 受信部
150 制御部
160 メモリ
170 送信部
200、200b 受電装置(例えば、センサ)
210 アンテナ
300 制御装置
400 ロボット
420 人
P 給電範囲
S 検知範囲
10, 10b Wireless power transmission system 100, 100b Transmission device 110 Array antenna 112 Antenna element 120 Directional control unit 130 Power supply signal generation unit 140 Reception unit 150 Control unit 160 Memory 170 Transmission unit 200, 200b Power receiving device (for example, sensor)
210 Antenna 300 Control device 400 Robot 420 Person P Power supply range S Detection range

Claims (10)

複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、受電装置に対して無線で電力を供給する送電装置であって、
電力を供給するための電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、
所定の検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、前記検知範囲内に異物が存在しない状態において前記アレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第1の環境情報と、前記第1の環境情報を求めた後に、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき求められた前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第2の環境情報とに基づき、前記検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備え、
前記第1の環境情報は、前記動作パターン毎に求められ、前記ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含み、前記制御部は、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき前記第2の環境情報を求め、前記第2の環境情報を求めた時の前記ロボットの動作パターンを取得し、前記取得した動作パターンで前記ロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む前記第1の環境情報を取得し、前記取得した第1の環境情報と前記第2の環境情報との比較結果に基づき前記検知範囲における異物の進入の有無を検出する、
送電装置。
A power transmission device that wirelessly supplies power to a power receiving device in an environment in which robots that move in multiple motion patterns are arranged.
An array antenna equipped with multiple antenna elements that transmit radio waves to supply power,
Information indicating the state of the propagation environment of radio waves within a predetermined detection range, the first environmental information obtained in advance based on the signal received by the array antenna in a state where no foreign matter exists within the detection range, and After obtaining the first environmental information, the foreign matter in the detection range is based on the second environmental information indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range obtained based on the signal received by the array antenna. Equipped with a control unit that detects intrusion,
The first environmental information is obtained for each operation pattern, includes a change in the state of the radio wave propagation environment at regular time intervals when the robot operates in each operation pattern, and the control unit uses the array antenna. The second environmental information is obtained based on the signal received in, the operation pattern of the robot when the second environmental information is obtained is acquired, and a certain period of time when the robot operates with the acquired operation pattern. The first environmental information including the change in the state of the propagation environment of each radio wave is acquired, and the entry of foreign matter in the detection range is based on the comparison result between the acquired first environmental information and the second environmental information. Detects the presence or absence of
Power transmission device.
前記第1及び第2の環境情報は、前記アレイアンテナで受信した電波のドップラー効果を示す情報を含む、請求項1に記載の送電装置。 The power transmission device according to claim 1, wherein the first and second environmental information includes information indicating the Doppler effect of radio waves received by the array antenna. 前記1及び第2の環境情報は、前記アレイアンテナで受信した電波の伝搬係数を示す情報を含む、請求項1に記載の送電装置。 The power transmission device according to claim 1, wherein the first and second environmental information includes information indicating a propagation coefficient of radio waves received by the array antenna. 前記受電装置からビーコン信号を受信する受信部をさらに備え、
前記制御部は、受信したビーコン信号から前記第1及び第2の環境情報を生成する、
請求項3に記載の送電装置。
It further includes a receiving unit that receives a beacon signal from the power receiving device.
The control unit generates the first and second environmental information from the received beacon signal.
The power transmission device according to claim 3.
前記第1の環境情報を予め格納した記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部から前記第1の環境情報を取得する、
請求項1に記載の送電装置。
A storage unit that stores the first environmental information in advance is further provided.
The control unit acquires the first environmental information from the storage unit.
The power transmission device according to claim 1.
前記制御部は、前記第1の環境情報を前記送電装置の外部から取得する、
請求項1に記載の送電装置。
The control unit acquires the first environmental information from the outside of the power transmission device.
The power transmission device according to claim 1.
前記制御部は、前記検知範囲における異物の進入を検出した場合、前記受電装置への電力伝送の停止または前記受電装置へ伝送する電力の低減を行う、請求項1に記載の送電装置。 The power transmission device according to claim 1, wherein the control unit stops power transmission to the power receiving device or reduces the power transmitted to the power receiving device when it detects the intrusion of foreign matter in the detection range. 請求項1から7のいずれかに記載の送電装置と、
前記送電装置から無線で電力を受ける受電装置と、
を備えた無線電力伝送システム。
The power transmission device according to any one of claims 1 to 7.
A power receiving device that receives power wirelessly from the power transmitting device, and
Wireless power transmission system with.
複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境で使用される無線電力伝送システムにおける異物検出方法であって、
複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナを介して電力を供給するための電波を送信し、 制御部により、検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、前記検知範囲内に異物が存在しない状態において前記アレイアンテナで受信した信号に基づき第1の環境情報を予め求めておき、
前記第1の環境情報は、前記動作パターン毎に求められ、前記ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含み、
前記制御部により、前記第1の環境情報を求めた後に、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第2の環境情報を求め、 前記制御部により、前記第2の環境情報を求めた時の前記ロボットの動作パターンを取得し、
前記制御部により、前記取得した動作パターンで前記ロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む前記第1の環境情報を取得し、
前記制御部により、前記取得した第1の環境情報と、前記第2の環境情報とを比較し、その比較結果に基づき前記検知範囲における異物の進入の有無を検出する、
異物検出方法。
A foreign matter detection method in a wireless power transmission system used in an environment where robots that move in multiple motion patterns are arranged.
Information for transmitting radio waves for supplying power via an array antenna provided with a plurality of antenna elements and indicating the state of the radio wave propagation environment within the detection range by the control unit, which is foreign matter within the detection range. First environmental information is obtained in advance based on the signal received by the array antenna in the absence of
The first environmental information is obtained for each of the operation patterns, and includes a change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern.
After obtaining the first environmental information by the control unit, the second environmental information indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range is obtained based on the signal received by the array antenna, and the control unit obtains the second environmental information. The operation pattern of the robot when the second environmental information is obtained is acquired, and the operation pattern is acquired.
The control unit acquires the first environmental information including the change in the state of the radio wave propagation environment at regular time intervals when the robot operates in the acquired operation pattern.
The control unit compares the acquired first environmental information with the second environmental information, and detects the presence or absence of foreign matter in the detection range based on the comparison result.
Foreign matter detection method.
複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、所定の検知範囲における異物の進入を検出する異物検出装置であって、
前記検知範囲に電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、
前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、前記検知範囲内に異物が存在しない状態において前記アレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第1の環境情報と、前記第1の環境情報を求めた後に、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき求められた前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第2の環境情報とに基づき、前記検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備え、
前記第1の環境情報は、前記動作パターン毎に求められ、前記ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含み、
前記制御部は、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき前記第2の環境情報を求め、前記第2の環境情報を求めた時の前記ロボットの動作パターンを取得し、前記取得した動作パターンで前記ロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む前記第1の環境情報を取得し、取得した前記第1の環境情報と前記第2の環境情報との比較結果に基づき前記検知範囲における異物の進入の有無を検出する、
異物検出装置。
A foreign matter detection device that detects the entry of foreign matter within a predetermined detection range in an environment in which robots that move in a plurality of motion patterns are arranged.
An array antenna equipped with a plurality of antenna elements that transmit radio waves within the detection range, and
Information indicating the state of the radio wave propagation environment in the detection range, the first environmental information obtained in advance based on the signal received by the array antenna in a state where no foreign matter exists in the detection range, and the first environment information. After obtaining the environmental information of 1, the entry of foreign matter in the detection range is performed based on the second environmental information indicating the state of the propagation environment of the radio wave in the detection range obtained based on the signal received by the array antenna. Equipped with a control unit to detect
The first environmental information is obtained for each of the operation patterns, and includes a change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates in each operation pattern.
The control unit obtains the second environmental information based on the signal received by the array antenna, acquires the operation pattern of the robot when the second environmental information is obtained, and uses the acquired operation pattern to obtain the operation pattern. The first environmental information including the change in the state of the radio wave propagation environment at regular intervals when the robot operates is acquired, and the result of comparison between the acquired first environmental information and the second environmental information is obtained. Based on this, the presence or absence of foreign matter entering in the detection range is detected.
Foreign matter detection device.
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