JPH08164807A - 衝突回避装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】移動接近部材間の衝突及び衝突に伴い発生する
衝撃を実時間で計測又は予測し、衝突回避もしくは緩和
を可能にする操作支援装置を与える。 【構成】移動接近する部材に接触力を検出する力検出器
と力積演算装置を設けるか、または、接近速度の検出器
と部材の質量情報記憶装置と力積を予測演算する装置を
設け、力積値により接触時の衝撃の大きさを求める手段
と衝撃の大きさを表示する手段と衝撃を回避させる手段
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一方の部材に対して他方
の部材を移動接近させる際の衝突もしくは衝突を緩和さ
せることができる衝突回避装置に係り、特に、マスタス
レーブ形のマニピュレータ，車両等の衝突回避もしくは
緩和を可能にすることができる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一方の部材に対して他方の部材を移動接
近させるものとして、例えば遠隔地にある対象物を操作
するスレーブマニピュレータをマスタマニピュレータに
よって制御するものがある。このような遠隔操作アーム
における衝突防止及び接触時の操作性向上を目的とした
従来技術として、例えば、特開平3−287394 号公報に記
載されているアームの動作シミュレーションを行ってハ
ンドリング時のアームと対象物との衝突を回避する方法
がある。また、特開平4−146088 号公報に記載されてい
る、力制御手段からの指令値とマスタ運動検出器の検出
値よりマスタマニピュレータの予測運動値を推定し、こ
の推定値よりスレーブマニピュレータを制御してマニピ
ュレータの位相追従遅れを補償する方法や、特開平3−1
61289 号公報に記載されているインピーダンスとして求
めた作業対象物の動特性によりマスタマニピュレータの
操作感覚を変更する手法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】マスタスレーブマニピ
ュレータを用いた作業に当たって、操作者は、スレーブ
マニピュレータと対象物との接触状況を監視しながらマ
スタマニピュレータの操作を行う必要がある。この監視
が不十分でスレーブマニピュレータと対象物に過大な衝
撃力を与えるような操作を行った場合、スレーブマニピ
ュレータ先端部のエンドエフェクタや対象物を損傷する
など、安全性，作業性に問題が生じる。

【０００４】従来技術において、特開平3−287394 号公
報に記載の方法は、作業環境とマニピュレータモデルの
幾何学的関係を視覚を通じて操作者へ提示して操作支援
を行うものであり、操作中に作業対象物とスレーブマニ
ピュレータの間に発生する力の情報を操作者へ伝達する
ことができない。また、特開平4-146088号公報に記載の
方法は、マスタマニピュレータの予測運動値をスレーブ
マニピュレータへ伝達して制御するため、操作者の予測
に反してスレーブマニピュレータと作業対象物の間の接
触状態が変化するような場合に対応できない。さらに、
特開平3-161289号公報の手法では、インピーダンスを求
めるために正確なマニピュレータ動特性のモデルが必要
であり、またマニピュレータを制御するために与える目
標インピーダンスの設定基準が明確でない。

【０００５】本発明は、このような状況を踏まえて、ス
レーブマニピュレータと作業対象物の間に発生する接触
時の力を計測もしくは予測し、計測した場合と予測した
場合の双方に共通の判断基準によりマニピュレータの移
動制御を行える操作支援装置を与えることを目的とす
る。さらにスレーブマニピュレータと対象物を操作する
場合と類似の状況である車両等の移動接近に対して、移
動接近部材間の衝突及び衝突に伴って発生する衝撃を作
業中に実時間で計測または予測し、その結果に基づいて
移動制御特性を修正し、また、衝突に係る予測状況を操
作者へ提示して、衝突回避もしくは緩和を可能にする操
作支援装置を与えることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、図１に示すように、移動接触する一方の
部材と他方の部材の相対速度を検出する検出器と、両部
材の質量等のデータを記憶しておく記憶装置と、前記速
度検出器から検出した速度と前記記憶装置から抽出した
質量とに基づいて両部材の接触時に発生する力積を予測
演算する演算装置と、予測演算した力積値に基づいて部
材の移動を制御する制御手段を備えてなることを特徴と
する。さらに、前記予測演算した力積値に基づいて接触
時の衝撃の大きさを求める演算手段と、衝撃の大きさを
表示する表示装置を備えてなることを特徴とする。

【０００７】また本発明は、図２に示すように、移動接
触する部材の一方に他方の部材との接触力を検出する力
検出器と、力検出器で検出した力に基づいて力積を演算
する演算装置と、演算した力積値に基づいて部材の移動
を制御する制御手段を備えてなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、力検出器で検出した力と、
力を検出している時間との積によって部材の接触時に発
生する力積を計測できる。この力積値を衝突の微小時間
で割ったものが衝突時の衝撃力であり、予め部材の限界
衝撃力から求めた力積値と計測した力積値を比較して、
衝撃の大きさが判定できる。

【０００９】また、力積は接触に伴う部材の運動量の変
化と同等である。即ち、部材Ａの質量をｍ１，衝突前の
速度をｖ１，衝突後の速度をｖ１′，力積をＩ、また衝
突前後で質量が変化しないとすれば、

【００１０】

【数１】Ｉ＝ｍ１ｖ１′−ｍ１ｖ１ である。ここで、部材Ｂの質量をｍ２，衝突前の速度を
ｖ２，衝突後の速度をｖ２′，部材Ａと部材Ｂの間のは
ねかえり係数をｅとし、衝突前後で両部材の質量が変化
しないとすれば、運動量保存則より次式が成立する。

【００１１】

【数２】ｍ１ｖ１＋ｍ２ｖ２＝ｍ１ｖ１′＋ｍ２ｖ２′ また、はねかえり係数は次式のように衝突前後の速度差
の比で表される。

【００１２】

【数３】ｅ＝−(ｖ１′−ｖ２′)／(ｖ１−ｖ２） したがって、数２と数３より部材Ａの衝突後の速度をｖ
１′は次式のように定まる。

【００１３】

【数４】ｖ１′＝(ｍ１−ｅｍ２)ｖ１／(ｍ１＋ｍ２) ＋ｍ２(１＋ｅ)ｖ２／(ｍ１＋ｍ２） ゆえに、数１と数４より力積Ｉは、部材Ａと部材Ｂの、
衝突前の相対速度Ｖｓを用いて

【００１４】

【数５】 Ｉ＝ｍ１ｍ２(１＋ｅ)(ｖ２−ｖ１)／(ｍ１＋ｍ２） ＝ｍ１ｍ２(１＋ｅ)Ｖｓ／(ｍ１＋ｍ２) として求めることができる。あるいは、０≦ｅ≦１であ
るから最大力積として

【００１５】

【数６】Ｉmax＝２ｍ１ｍ２Ｖｓ／（ｍ１＋ｍ２） と見積もることができる。したがって、上記構成によれ
ば、両部材間の相対速度検出器で検出した相対速度と記
憶装置に記憶させた両部材の質量および両部材間のはね
かえり係数によって、衝突時の力積を予測演算できる。
そして、この予測した力積値を判定基準に用いて衝撃の
大きさを求めることができる。

【００１６】このようにして得た衝撃の大きさに応じ
て、その結果を表示装置を通じて操作者へ伝達する、あ
るいは、衝撃を回避もしくは緩和するように移動制御の
制御パラメータを変えるなどの手段を取ることで、操作
の安全性，作業性の向上が図れる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１８】（実施例１）本発明をバイラテラル操作を
行うマスタスレーブマニピュレータの制御装置へ適用し
た実施例について説明する。

【００１９】図３は本発明によりバイラテラル制御の力
帰還定数を修正する係数演算回路を備えたマスタスレー
ブマニピュレータ装置の構成図である。図３において、
101はマスタマニピュレータ、１０２はマスタマニピュ
レータ１０１を駆動するアクチュエータ、１０３はアク
チュエータ１０２の駆動回路、１０４はアクチュエータ
１０２の位置検出器、１０５はマスタマニピュレータ１
０１の先端に操作者が加えた力Ｆｍを検出する力検出
器、１０６は操作者が握るグリッパ、１０７はスレーブ
マニピュレータ、１０８はスレーブマニピュレータ１０
７を駆動するアクチュエータ、１０９はアクチュエータ
１０８の駆動回路、１１０はアクチュエータ１０８の位
置検出器、１１１はスレーブマニピュレータの先端に作
業対象物から加わる力Ｆｓを検出する力検出器、１１２
はエンドエフェクタ、１１３と114は力帰還比を定める
係数器、１１５は力積情報によって１１４の力帰還係数
を修正する係数演算器、１１６は操作者が加える力Ｆｍ
とスレーブマニピュレータに加わる対象物からの力Ｆｓ
を係数器１１３と１１４で定まる力帰還比で合成した力
Ｆに基づいてマスタマニピュレータとスレーブマニピュ
レータへの動作指令値を生成する演算部、１１７は作業
対象物である。また図４は、図３中の係数演算器１１５
の詳細ブロックを示したものである。

【００２０】係数器１１３の定める力帰還係数をＧｍ，
係数器１１４の定める力帰還係数をＧｓとすると、力帰
還比はＧｓ／Ｇｍであって、この力帰還比をある一定値
となるように定めることで一定の力帰還感覚を得る。こ
こで、Ｇｓ／Ｇｍが大きければ対象物からの力に鋭敏に
反応するが発振しやすくなり、Ｇｓ／Ｇｍが小さければ
対象物からの力に拘束されずにマスタマニピュレータを
動かせるが、スレーブマニピュレータのエンドエフェク
タと対象物との接触感覚がよくわからないという問題が
ある。そこで、作業開始前に作業対象物に応じて安定し
た操作ができるように定めたＧｓ／Ｇｍに対して、作業
対象物との接触後に、係数演算器１１５で力帰還係数を
修正演算する。係数演算器１１５は図４のブロック図に
示したように、まず、スレーブマニピュレータの力検出
器１１１で検出した力Ｆｓを一定時間ｔの間積算して、
力積値Ｉを求める。その力積値Ｉを、あらかじめ定めて
ある力積最大値Ｉmax と比較して、Ｉ＞Ｉmax のとき
は、スレーブマニピュレータの力帰還係数Ｇｓを次式の
ように修正する。

【００２１】

【数７】Ｇｓ′＝(Ｉ／Ｉmax)Ｇｓ このように修正すると、力帰還比Ｇｓ′／Ｇｍで合成さ
れる力は次式のようになる。

【００２２】

【数８】Ｆ′＝ＦｍＧｍ−ＦｓＧｓ′ これは、次の式で表される元の力帰還比Ｇｓ／Ｇｍで合
成された力

【００２３】

【数９】Ｆ＝ＦｍＧｍ−ＦｓＧｓ に対してＦ′＜Ｆとなり、合成力に基づいて演算される
マスタマニピュレータとスレーブマニピュレータへの動
作指令値が小さくなる。したがって、操作者が、エンド
エフェクタ部に許容最大力積値を超える力積値を発生さ
せる操作を行った場合、同じ操作力に対する作業対象物
からの抗力が大きくなり、エンドエフェクタ部に対する
危険領域に入ったことがわかる。ここで、例えば操作力
を弱める操作を行えば、元の力帰還比Ｇｓ／Ｇｍでの操
作領域に戻り、設定した力帰還での作業を続行できる。

【００２４】図３では、力積情報よりスレーブマニピュ
レータの力帰還係数を修正する構成を示したが、例え
ば、マスタマニピュレータの力帰還係数を修正する、あ
るいは、動作指令値演算部１１６内で力帰還感覚を定め
る定数の変更演算を行うことも可能である。

【００２５】（実施例２）本発明をユニラテラル操作を
行うマスタスレーブマニピュレータの制御装置へ適用し
た実施例について説明する。

【００２６】図５は本発明によりマニピュレータの動作
指令値を修正する制御回路を用いてユニラテラル操作を
行うマスタスレーブマニピュレータ装置のブロック図。
図５において、１１６ａはマスタマニピュレータの先端
に操作者が加えた力Ｆｍからマスタマニピュレータへの
位置指令値を生成する演算部、１１６ｂはマスタマニピ
ュレータの位置からスレーブマニピュレータへの位置指
令値を生成する演算部、１１６ｃはスレーブマニピュレ
ータへの位置指令値からマスタマニピュレータへの位置
指令値を生成する演算部、１１８はスレーブマニピュレ
ータ先端で検出した力Ｆｓより力積を演算してマスタマ
ニピュレータとスレーブマニピュレータへの位置指令値
を修正する演算器である。また、ｓｗ１は演算器１１８
の結果に応じてスレーブマニピュレータへの位置指令値
を切り替えるスイッチ回路部、ｓｗ２はスイッチ回路部
ｓｗ１と連動してマスタマニピュレータへの位置指令値
を切り替えるスイッチ回路部である。また図６は、図５
中の演算器１１８の詳細ブロックを示したものである。

【００２７】スレーブマニピュレータは、マスタマニピ
ュレータの位置から生成された位置指令値Ｘsrefと位置
検出器１１０で検出した現在値Ｘｓの位置サーボで駆動
される。修正演算器１１８は、図６に示したブロック図
に従ってスレーブマニピュレータの力検出器１１１で検
出した力Ｆｓから位置指令値ＸsrefをＸsref′へ修正す
る。まず、力Ｆｓを一定時間ｔの間積算して、力積値Ｉ
を求める。その力積値Ｉを、あらかじめ定めてある力積
最大値Ｉmax と比較する。ＩとＩmax の偏差をΔＩとし
て、ΔＩ＞０、即ち、ＩがＩmax を超えたときは，ΔＩ
を補償するようにエンドエフェクタ部を動作させるため
に次の補償演算を行う。エンドエフェクタ部の集中質量
をＭｓ、エンドエフェクタ部の速度をＶｓとして、運動
量と力積の関係から次式を満たすようなＶｓ′を求め
る。

【００２８】

【数１０】ΔＩ＝ＭｓＶｓ−ＭｓＶｓ′

【００２９】

【数１１】∴Ｖｓ′＝ΔＩ／Ｍｓ＋Ｖｓ そして、このＶｓ′を積分して求めた位置

【００３０】

【数１２】Ｘsref′＝∫Ｖｓ′ｄｔ をＸsrefに代わる新たな位置指令値として位置サーボを
かける。それと同時に、マスタマニピュレータへの位置
指令値ＸmrefをＸsref′から位置指令値生成演算部１１
６ｃを経て生成される位置指令値Ｘmref′へ切り替え、
マスタマニピュレータの位置を、マスタマニピュレータ
の操作によるエンドエフェクタの位置が許容力積値の範
囲になるところまで、自動的に補正する。補正後は、再
び操作者が加えた力Ｆｍから生成される位置指令値に基
づく制御に戻る。このようにすることで、ユニラテラル
操作であってもエンドエフェクタ部に対する危険領域を
回避することができ、またマスタマニピュレータの自動
補正の動作によって操作者へ視覚によらずに危険領域回
避を伝達でき、回避後には自動補正前に矛盾なく操作を
続行できる。

【００３１】前述では単にエンドエフェクタ部に対して
危険領域回避を行ったのみであったが、例えば作業対象
物の各部位ごとに単位時間当たりの許容最大力積パター
ンを作成しておくこともできる。このとき、作業対象物
の位置計測手段を設け、作業対象物の計測位置からその
部位における許容最大力積パターンを参照することで、
ユニラテラルであっても、作業遂行に必要な力を作業対
象物へ与える制御も可能である。

【００３２】（実施例３）ついで、上記実施例における
力積を、スレーブマニピュレータと作業対象物との接触
後に検出器で検出した力より求める代わりに、速度検出
器より検出した接触前の速度より予測する場合の実施例
を説明する。図７は予測力積を利用してマニピュレータ
の動作指令値を修正してユニラテラル操作を行うマスタ
スレーブマニピュレータ装置のブロック図である。図７
において、１１０ａはスレーブマニピュレータのアクチ
ュエータ１０８の位置検出器、１１０ｂはスレーブマニ
ピュレータのアクチュエータ１０８の速度検出器、１１
９は速度検出器１１０ｂで検出した速度Ｖｓから、作業
対象物との接触後に発生する力積を予測し、実施例２で
述べた危険領域回避の位置指令値を生成する演算部であ
る。また図８は、図７中の演算部１１９のブロックを示
したものである。

【００３３】本制御装置は、操作者がマスタマニピュレ
ータへ加えた力に基づいて求めたスレーブマニピュレー
タとマスタマニピュレータへの位置指令値を、スイッチ
回路部ｓｗ１とｓｗ１に連動して切り替わるスイッチ回
路部ｓｗ２の切り替えに応じて、力積予測から求めた位
置指令値へ切り替えて制御する。エンドエフェクタ部の
集中質量をＭｓ，速度検出器１１０ｂで検出した時刻ｔ
の速度をｄ(Ｘｓ)／ｄｔ，ｄ(Ｘｓ)／ｄｔをエンドエフ
ェクタ部の速度へ換算した速度をＶｓ、また時刻ｔ＋Δ
ｔのエンドエフェクタ部の速度をＶｓ＋ΔＶｓ，時刻ｔ
＋Δｔのエンドエフェクタ部の力積をＩと仮定すれば、
運動量と力積の関係から次式が成立する。

【００３４】

【数１３】Ｉ＝Ｍｓ(Ｖｓ＋ΔＶｓ)−ＭｓＶｓ ここで、時間Δｔの間にエンドエフェクタ部へ加わる力
が一定値Ｆｓであったとすれば、

【００３５】

【数１４】Ｉ＝ＦｓΔｔ であるから数１３と数１４から次式が成立する。

【００３６】

【数１５】ＦｓΔｔ＝ＭｓΔＶｓ したがって、作業対象物に対してΔｔの間にかける力を
Ｆsrefにしたい場合には、時刻ｔの速度Ｖｓに対して速
度の増分ΔＶｓを

【００３７】

【数１６】ΔＶｓ＝ＦsrefΔｔ／Ｍｓ として制御すれば良い。即ち、時刻ｔ＋Δｔのエンドエ
フェクタの目標速度Ｖsref′を

【００３８】

【数１７】Ｖsref′＝Ｖｓ＋ＦsrefΔｔ／Ｍｓ として求め、目標速度Ｖsref′の積分値を時刻ｔ＋Δｔ
の目標位置として各サンプリング時間における位置指令
値Ｘsref′を定めて位置サーボをかける。このようにす
ることで、スレーブマニピュレータに力検出器を設けな
くとも、実施例２で述べたのと同様な効果が得られる。

【００３９】以上の実施例では、力と運動量の関係を示
す力積を操作性評価と制御特性修正基準として用いると
して説明したが、本発明は力と運動量の関係を用いるこ
とに限定するものではなく、トルクと角運動量に対する
同等の関係を用いることによっても実現できる。

【００４０】（実施例４）次に本発明を自動車車両の衝
突回避装置へ適用した実施例について説明する。

【００４１】図９に本実施例のブロック図を示す。この
図において、２０１は本衝突回避装置を搭載した自動車
車両、２０２はＴＶカメラ、２０３は自車の車体セン
サ、２０４はＴＶカメラと車体センサの情報より自車車
両と他車車両の相対速度等の相対運動情報を検出する運
動検出装置、２０５はＴＶカメラの情報より他車車両の
車両情報を認識する車両認識装置、２０６は車両の質
量，限界衝撃力などに関する情報を記憶してある車両情
報記憶装置、２０７は運動検出装置で検出した情報と車
両情報記憶装置から抽出した記憶情報より自車車両と他
車車両の衝突時に発生する力積等を予測演算する衝突予
測演算装置、２０８は予測演算した結果に基づいて衝突
回避を誘導する誘導装置、２０９は誘導情報を操作者へ
提示する表示装置、２１０はブレーキ，サスペンション
等の車体制動装置、２１１はエアバック等の安全装置で
ある。

【００４２】まず自車車両の周囲に位置する他車車両を
ＴＶカメラ２０２で監視し、その映像情報を車両認識装
置２０５へ入力する。車両認識装置２０５は、入力され
た映像情報を基に対象他車車両の車種及び荷物の積載状
況などを識別する。そして、識別した車種に応じて車両
記憶装置２０６から力積予測演算に必要な質量等のデー
タを抽出して衝突予測演算装置２０７へ入力する。他
方、運動検出装置２０４は、入力されたＴＶカメラ２０
２の映像の時間変化や自車の速度等の車体センサ２０３
の情報に基づいて自車車両と他車車両との車間距離Ｌ，
相対速度Ｖｃを検出して衝突予測演算装置２０７へ入力
する。

【００４３】衝突予測演算装置２０７は、図１０に示す
ブロック図に従って衝突時に発生する力積を予測演算す
る。運動検出装置２０４へ入力された相対速度Ｖｃの微
小時間変化より相対加速度αを求め、αと車間距離Ｌか
ら対象他車との接触時の相対速度Ｖｓを予測する。

【００４４】

【数１８】Ｖｓ＝√(２αＬ） ついで、車両記憶装置２０６から抽出した自車車両の質
量をｍ１，他車車両の質量をｍ２，衝突のはねかえり係
数をｅとすれば、衝突時に発生する力積の大きさは数５
より

【００４５】

【数１９】Ｉ＝ｍ１ｍ２(１＋ｅ)Ｖｓ／(ｍ１＋ｍ２） または数６より最大力積として

【００４６】

【数２０】Ｉmax ＝２ｍ１ｍ２Ｖｓ／(ｍ１＋ｍ２） と見積もることができる。また衝突前の自車車両の速度
がＶ１であったとすれば、力積値を用いて衝突後の自車
車両の速度Ｖ１′は次式のように予測できる。

【００４７】

【数２１】Ｖ１′＝Ｉ／ｍ１＋Ｖ１ この予測結果を誘導装置へ入力して、予測力積，予測速
度に応じて回避処理を誘導する。誘導装置は、衝突回避
のための処理選択を表示装置を介して操作者へ提示する
と共に、停車時に自車車両のブレーキ力が弱く玉突き衝
突を起こしてしまうような場合には、直接車体制動装置
へ指令を出しブレーキの制動力を変化させて衝突を回避
するなどの処理を行う。あるいは、安全装置を駆動させ
て衝撃緩和を行う。表示装置は衝突予測演算装置で予測
した衝突状況の情報や誘導装置により誘導された回避処
理情報などをディスプレイ，警報等を通じて操作者へ伝
達する。また、車体制動装置はブレーキの制動力を変化
させる、サスペンションの振動緩衝効果を変化させる、
などの車体制御を行う。

【００４８】このように、力積を利用することで、衝突
状況を予測でき運転の安全性を高めることができる。

【００４９】（実施例５）次に本発明を鉄道車両の踏切
内衝突回避装置へ適用した実施例について説明する。

【００５０】図９は鉄道車両の踏切内衝突回避装置のブ
ロック図である。図において、301は踏切に設置した監
視カメラ、３０２は踏切への侵入物を認識する侵入物認
識装置、３０３は侵入物の種別に応じた衝撃に係る情報
を記憶する侵入物情報記憶装置、３０４は侵入物の運動
を検出する侵入物運動検出装置、３０５は踏切識別信号
発生器、３０６ａは侵入物情報記憶装置の出力と侵入物
運動検出装置踏切の出力と踏切位置識別信号を鉄道車両
へ伝達する発信機、３０６ｂは鉄道車両からの警告情報
の受信機、３０７は踏切内の侵入物に警告する警報装
置、３０８ａは踏切側へ警告情報を発信する鉄道車両側
の発信機、３０８ｂは踏切側の発信機306bから発信され
た情報を受信する鉄道車両側の受信機、３０９は鉄道車
両の速度等の運動を検出する車体センサ、３１０は車両
の質量等の情報を記憶してある車両情報記憶装置、３１
１は路線内の踏切の位置等を記憶してある踏切情報記憶
装置、３１２は踏切側から受信した侵入物に関する情報
及び車体センサと車両情報記憶装置と踏切情報記憶装置
から抽出した情報より衝突時に発生する力積等を予測演
算する衝突予測演算装置、３１３は予測した結果に基づ
いて衝突回避を誘導する誘導装置、３１４は誘導情報を
操作者へ提示する表示装置、３１５は鉄道車両の安全装
置である。

【００５１】本衝突回避装置は、まず踏切に設置した監
視カメラで踏切内への侵入物を撮像する。そしてその映
像情報に基づいて、侵入物認識装置で侵入物が歩行者か
二輪車か小型自動車か大型自動車か等の識別を行う。さ
らに識別結果に応じて侵入物情報記憶装置から衝突予測
演算に必要な質量等の情報を抽出する。また、侵入物運
動検出装置で侵入物が停止しているか移動しているか等
の運動状態を検出し、侵入物情報記憶装置から抽出した
情報並びに踏切識別信号と合わせて、発信機から鉄道車
両側へ伝達する。鉄道車両側は、受信した侵入物に関す
る情報と、受信した踏切識別信号に基づいて踏切情報記
憶装置から抽出した踏切情報と、車体センサで検出した
鉄道車両の速度等の運動情報と、車両情報記憶装置内の
情報を衝突予測演算装置へ入力する。

【００５２】衝突予測演算装置は、入力された情報よ
り、侵入物のある踏切へ到達するまでの時間，踏切通過
予定速度等を求め、鉄道車両情報と踏切側で識別した侵
入物に対する侵入物情報から衝突に係る力積値を予測演
算する。その予測演算ブロック図の例を図１０と図１１
に示す。図１１は図１０中の演算ブロック３１６の詳細
を示したものである。いま、鉄道の速度が一定値Ｖｔ，
踏切までの距離がＬであるとすれば、踏切到達までの時
間ｔｃは

【００５３】

【数２２】ｔｃ＝Ｌ／Ｖｔ であり、また踏切内侵入物の移動速度がＶｄ，対象とす
る踏切の幅がＷであるとすれば、侵入物が踏切を横断す
るのに要する時間ｔｄは

【００５４】

【数２３】ｔｄ＝Ｗ／Ｖｄ である。そこで、ｔｃとｔｄを比較して、ｔｄ≧ｔｃの
ときは鉄道と踏切侵入物とが衝突する可能性があると判
断して、図１１に示した予測演算を行う。まず、踏切通
過時の鉄道車両の速度がＶｔ，鉄道車両の質量がｍｔ，
踏切内侵入物の質量がｍｄであるとすれば、数６より衝
突時の最大力積Ｉmax は

【００５５】

【数２４】Ｉmax ＝２ｍｄｍｔＶｔ／(ｍｄ＋ｍｔ) と求まる。この予測力積値から前述の自動車車両の衝突
と同様に衝突時の衝撃の大きさを予測する。また、衝突
回避のために緊急減速を行った場合の力積値を求め、緊
急減速に伴う衝撃の大きさを予測する。減速後の速度を
Ｖｔ′，ＶｔからＶｔ′への変化に要する時間をｔとす
れば、減速に伴う力積Ｉｔ′は

【００５６】

【数２５】Ｉｔ′＝ｍｔＶｔ′−ｍｔＶｔ であり、減速中にＩｔ′／ｔの力が鉄道車両内に発生す
ることが予測できる。これらの予測結果を誘導装置へ入
力して回避処理を誘導する。誘導装置は、衝突予測演算
装置で得た予測結果を表示装置を介して運転者へ伝達
し、また鉄道車両の安全装置へ駆動指令を伝達する。さ
らに、踏切側へ警告信号を送り、例えば脱輪した自動車
を動かそうとしている運転者へ踏切外への脱出を促すな
どの警告処理を行う。

【００５７】以上は、本発明を鉄道車両の踏切内衝突回
避へ適用した実施例であるが、監視カメラを鉄道車両あ
るいは路線上などへ設置することで、踏切以外の路線上
での異物との衝突回避も行える。また、鉄道車両の認識
と鉄道車両情報を記憶しておくことで、前述した自動車
車両間の衝突回避と同様に鉄道車両間の衝突回避にも適
用できる。

【００５８】（実施例６）次に本発明を車両の連結作業
支援装置へ適用した実施例について説明する。

【００５９】図１２は、鉄道車両の連結作業支援装置の
ブロック図である。この図において、４０１は本連結作
業支援装置を搭載した連結車両、４０２は車両の連結
器、４０３は連結器にかかる力を検出する力検出器、４
０４は車両の速度検出器、４０５は車両連結に関する情
報を記憶しておく車両情報記憶装置、４０６は連結時の
衝撃に基づいて車両速度を修正する速度修正演算器、４
０７は連結車両の制動装置である。また、図１３は図１
２の速度修正演算器のブロック図である。

【００６０】以下に連結作業支援装置の詳細を説明す
る。連結作業時に微小時間ｔの間連結器にかかる力Ｆを
力検出器４０３で計測する。ついで、この力Ｆと微小時
間ｔの積で定まる力積Ｉと、予め車両情報記憶装置に記
憶させた連結時の最適力積値Ｉmem との偏差ΔＩを求め
る。そして、数１によりΔＩを保証する連結車両の移動
速度を求める。すなわち、速度検出器４０４で検出した
現在の速度をＶ，車両情報記憶装置から得た連結車両に
質量をｍとして、

【００６１】

【数２６】ΔＩ＝ｍＶ′−ｍＶ

【００６２】

【数２７】∴Ｖ′＝ΔＩ／ｍ＋Ｖ を満たすＶ′を求める。そして、このＶ′を速度指令値
として連結車両の速度を制御する。このようにすること
で、連結作業時に、連結器どうしの結合に必要な最小限
の力で連結を行ない、連結を待つ客車へ与える衝撃を抑
える効果が得られる。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、移動接近する部材に対
して実時間で接触に伴う衝撃の大きさを計測もしくは予
測して、部材の衝突を回避もしくは緩和することがで
き、移動接近作業の安全性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】予測力積による制御装置のブロック図。

【図２】計測した衝撃力より力積を求める制御装置のブ
ロック図。

【図３】実施例１のバイラテラル制御マスタスレーブマ
ニピュレータ装置のブロック図。

【図４】バイラテラル制御の力帰還定数修正用の係数演
算回路のブロック図。

【図５】実施例２のユニラテラル制御マスタスレーブマ
ニピュレータ装置のブロック図。

【図６】計測力積によるマニピュレータ動作指令値修正
回路のブロック図。

【図７】実施例２のユニラテラル制御マスタスレーブマ
ニピュレータ装置のブロック図。

【図８】予測力積によるマニピュレータ動作指令値修正
回路ブロック図。

【図９】自動車車両衝突回避装置のブロック図。

【図１０】図７の自動車車両衝突回避装置の衝突予測演
算ブロック図。

【図１１】鉄道車両衝突回避装置のブロック図。

【図１２】図９の鉄道車両衝突回避装置の衝突予測演算
のブロック図。

【図１３】図１０の衝突予測演算のブロック図。

【図１４】鉄道車両連結作業支援装置のブロック図。

【図１５】鉄道車両連結作業支援装置の車両速度修正演
算のブロック図。

【符号の説明】

２０１…自動車車両、２０２…ＴＶカメラ、２０３…車
体センサ、２０４…運動検出装置、２０５…車両認識装
置、２０６…車両情報記憶装置、２０７…衝突予測演算
装置、２０８…誘導装置、２０９…表示装置、２１０…
車体制動装置、２１１…安全装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の部材に対して他方の部材を移動接近
   させるものにおいて、前記他方の部材に設けられ、前記
   他方の部材の前記一方の部材に対する接触力を検出する
   力検出器と、前記力検出器で検出した力の値に基づいて
   力積値を演算する演算手段と、前記演算手段で求めた力
   積値により、前記他方の部材の移動を制御する制御手段
   とを備えたことを特徴とする衝突回避装置。