JPH09303684A

JPH09303684A - 安全装置

Info

Publication number: JPH09303684A
Application number: JP13777296A
Authority: JP
Inventors: Akira Mutai; 明良務台; Junichi Nagayoshi; 純一永吉
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】人間と機械との接触による事故を防止する。【解決手段】警戒信号を受信して警報機構部３を作動
させる機能を備えたビーコン１（電波標識）を人間に携
帯させる。機械の側にはビーコン１からの信号の強度が
第１の設定レベルに達したときにビーコン１に警戒信号
を出力する機能と、前記信号の強度が第２の設定レベル
に達したときに機械を強制停止させる機能とを備えたセ
ンサ２を配備する。人間が機械に接近すると、まず、前
記信号の強度が第１の設定レベルに達した段階で警報機
構部３が作動して人間に回避行動を促し、更に人間が機
械に接近すると前記信号の強度が第２の設定レベルに達
した段階で強制的に機械が停止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット，
各種産業機械または構内用自動搬送車両等の機械と人間
との衝突や干渉を防止するための安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械と人間との衝突や干渉を防止するた
めの安全装置としては、機械の稼働範囲を覆うようにし
て柵を配備し、更に、この柵の開閉扉に電気的な接点を
設けて扉の開放時に機械の動作を強制的に停止するよう
にしたもの、また、機械の近傍の危険区域に光電センサ
等を配備し、センサ間を横切って接近する人間を検知し
て機械の動作を強制停止させるようにしたもの等が公知
である。また、工場内の高圧電源や高熱区域への接近を
警告する立て札等が公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、柵の開閉扉に
電気的な接点を設けて扉の開放時に機械の動作を停止さ
せるようにしても、作業者を柵の中に残したまま第三者
が誤って柵の扉を閉めて機械の非常停止状態を解除して
しまう可能性がある。また、機械の近傍に光電センサ等
を配備して機械の動作を強制停止させるようにしたとし
ても、人間が必ずしも正規のルート（光電センサ等を配
備したルート）から侵入するといった保証はないので、
全ての状況下で人間の安全が確保されているとはいいに
くい。

【０００４】また、危険区域への侵入を警告する立て札
等を配備しても必ずしもこの警告が人間によって観察さ
れるとは限らない。当然、電源室やボイラ室等のドアは
鍵でロックされているのが普通であるが、鍵の閉め忘れ
がないとはいえない。

【０００５】本発明の目的は、前記従来技術の欠点を解
消し、人間が機械周辺その他の危険区域に接近したとき
に確実に機械の動作を停止させ、また、危険区域への接
近を警告することのできる安全装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電波を出力す
るビーコンと、設定レベル以上の前記電波を検出して反
応するセンサと、前記センサの反応を検知して機械への
非常停止信号を出力する信号出力手段とを有し、前記ビ
ーコンおよび前記センサの内いずれか一方を機械の側に
装着し、他方を人間の側に装着するようにしたことを特
徴とする構成を有する。従って、柵の開閉扉の状態や人
間の接近ルートの如何に関わらず、人間と機械との間の
離間距離が設定値以下となった段階で強制的に機械の動
作を停止させて人間の安全を確保することができる。

【０００７】更に、危険区域への接近を人間に知らせる
ための構成として、電波を出力するビーコンと、第１の
設定レベルおよび該第１の設定レベルよりも大きな第２
の設定レベル以上の前記電波を検出して反応するセンサ
と、警報器と、前記第１の設定レベルに対するセンサの
反応を検知して前記警報器への作動指令を出力する一
方、前記第２の設定レベルに対するセンサの反応を検知
して機械への非常停止信号を出力する信号出力手段とを
有し、前記ビーコンおよび前記センサの内いずれか一方
を機械の側に装着し、他方と前記警報器とを人間の側に
装着するようにしたことを特徴とする構成を提案する。

【０００８】警報器としてはバイブレータまたは音響装
置を利用することができる。

【０００９】センサを機械の側に装着した場合には信号
出力手段も機械の側に装着することになるので、信号出
力手段から人間側の警報器への作動指令の伝達は無線伝
送で行うようにする。また、センサを人間の側に装着し
た場合には信号出力手段も人間の側に装着することにな
るので、信号出力手段から機械への非常停止信号の伝達
は無線伝送で行うようにする。

【００１０】センサおよび信号出力手段を機械の側に装
着した場合、ビーコンを装着した人間が複数同時に作業
しているような状況下では、対象となる人間を特定して
警告を与える必要がある。このような問題に対処するた
め、前記電波に各ビーコン毎の識別コードを載せて出力
し、前記信号出力手段が前記第１の設定レベルに対する
センサの反応を検知すると該センサを反応させたビーコ
ンの識別コードに対応する人間の警報器に対して無線伝
送による作動指令を出力するようにしたことを特徴とす
る構成を提案する。

【００１１】また、動作しない危険物、例えば、高圧電
源や高熱物等の危険区域への人間の接近を防止するだけ
であれば、当然、機械の駆動を停止するといった機能は
必要ない。従って、このような場合に必要とされる手段
は、電波を出力するビーコンと、設定レベル以上の前記
電波を検出して反応するセンサと、警報器と、前記セン
サの反応を検知して前記警報器への作動指令を出力する
信号出力手段のみである。

【００１２】警報器としては、前記と同様、バイブレー
タまたは音響装置を適用することができる。また、前記
と同様、センサを危険区域の側に装着した場合には信号
出力手段も危険区域の側に装着することになるので、信
号出力手段から人間側の警報器への作動指令の伝達は無
線伝送で行うようにする。

【００１３】また、センサおよび信号出力手段を危険区
域の側に装着した場合、ビーコンを装着した人間が複数
同時に作業しているような状況下では、対象となる人間
を特定して警告を与える必要があるので、前記電波に各
ビーコン毎の識別コードを載せて出力し、前記信号出力
手段がセンサの反応を検知すると該センサを反応させた
ビーコンの識別コードに対応する人間の警報器に対して
無線伝送による作動指令を出力するようにする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の安全装
置の要部を示すブロック図で、図１（ａ）においては作
業者が携帯するビーコン１の主要部について、また、図
１（ｂ）においては各種産業機械や構内用自動搬送車両
等の機械の側に装着するセンサー２の主要部について示
している。警報器と信号出力手段の一部は図１（ａ）に
示すビーコン１の側に一体的に実装され、また、信号出
力手段の他部はセンサー２の側に一体的に実装されてい
る。

【００１５】作業者が携帯するビーコン１は、概略にお
いて警報器となる警報機構部３，入出力制御部４，変調
器５，周波数ジェネレータ６，復調器７，送受分波器８
および送受信用アンテナ９により構成される。

【００１６】入出力制御部４には、このビーコン１に対
して設定されたＩＤコード等を記憶したメモリと制御用
のＣＰＵとが設けられ、このＣＰＵが、メモリに記憶さ
れたＩＤコードと特定パターンのデジタル信号を変調器
５に出力する。変調器５は、周波数ジェネレータ６で生
成される特定周波数の搬送波を、入出力制御部４からの
デジタル信号、要するに、特定パターンとこのビーコン
１に固有のＩＤコードで、ＦＳＫ方式により変調し送受
分波器８および送受信用アンテナ９を介して出力する。

【００１７】図２（ｂ）はビーコン１のＣＰＵによって
行われる送信処理の概略を示すフローチャートである。
ビーコン１のＣＰＵは、後述する受信処理と並行して、
所定周期毎のタスク処理でステップｂ１の特定パターン
とＩＤコードの送信処理を繰り返し実行している。

【００１８】一方、後述するセンサ側から送信され送受
信用アンテナ９で受信される電波は、復調器７で同期Ｆ
ＳＫ方式で復調されてデジタル信号として取り出され、
入出力制御部４のＣＰＵに入力される。入出力制御部４
のＣＰＵは、図２（ｂ）の送信処理と並行して実施され
る図２（ａ）の受信処理でこの信号を検出し、復調され
たデジタル信号に特定のパターンが含まれているか否
か、要するに、この信号がノイズではなく、後述するセ
ンサ２からの警戒信号であるか否かを判別する（ステッ
プａ１）。

【００１９】センサ２からの警戒信号であれば、入出力
制御部４のＣＰＵは、更に、この信号に該ビーコン１に
固有の自己のＩＤコードが含まれているか否かを判別し
（ステップａ２）、自己のＩＤコードが含まれている場
合に限り、警報機構部３に作動指令を出力する（ステッ
プａ３）。警報機構部３はブーザー等の音響装置または
バイブレータ等を備えた警報装置であり、前記作動指令
を受けて該ビーコン１を装着した作業者に危険区域への
侵入を知らせる。

【００２０】このビーコン１は作業者の数に応じて複数
用意されており、そのメモリに記憶されたＩＤコードは
各ビーコン１毎に異なる。

【００２１】また、産業用ロボット，各種産業機械や構
内用自動搬送車両等の機械の側に装着するセンサ２は、
概略において送受信用アンテナ１０，送受分波器１１，
受信レベル検出器１２，復調器１３，入出力制御部１
４，周波数ジェネレータ１５および変調器１６により構
成される。

【００２２】入出力制御部１４には、前述のビーコン１
から送出される共通の特定のパターンおよび各ビーコン
１毎の特定のＩＤコード，さらに、受信したＩＤコード
に対して、送信すべきＩＤコードを記憶したメモリと制
御用のＣＰＵとが設けられている。

【００２３】送受信用アンテナ１０で検出される電波は
送受分波器１１を介して復調器１３および受信レベル検
出器１２に入力され、復調器１３はこの電波を同期ＦＳ
Ｋ方式で復調して入出力制御部１４のＣＰＵに入力す
る。また、受信レベル検出器１２は送受信用アンテナ１
０からの電波のレベルを検出し、この受信レベルが危険
領域への接近を意味する第１の設定レベルに達すると入
出力制御部１４のＣＰＵに警報器作動信号Ｌ１を出力
し、また、受信レベルが第１の設定レベルＬ１よりも大
きな第２の設定レベルに達すると入出力制御部１４のＣ
ＰＵに非常停止信号Ｌ２を出力する。図２（ｃ）は入
出力制御部１４のＣＰＵによる送受信処理の概略を示す
フローチャートである。この処理は、センサ２への電源
投入後継続的に行われ、復調器１３によりデコードされ
た電波にビーコン１に共通の特定のパターンが含まれて
いるか否か、要するに、現在入力されている電波がノイ
ズではなく、いずれかのビーコン１からのものであるか
どうかが、入出力制御部１４のＣＰＵによって逐次見張
られている（ステップｃ１）。

【００２４】入力される電波にビーコン１に共通の特定
のパターンが含まれていれば、入出力制御部１４のＣＰ
Ｕは、更に、受信レベル検出器１２から警報器作動信号
Ｌ１が入力されているか否か、要するに、電波を発して
いるビーコン１を携帯した作業者が、該センサ２を装着
した機械に対して設定された危険区域内に侵入している
か否かを判別する（ステップｃ２）。

【００２５】ビーコン１から送出される電波は伝播距離
に応じて徐々に減衰するので、受信レベル検出器１２
（比較器）に、警報器作動信号Ｌ１の出力を判断するた
めの適切なレベルを設定すれば、ビーコン１が危険区域
内に侵入した時点で警報器作動信号Ｌ１を出力させるこ
とができる。

【００２６】警報器作動信号Ｌ１が出力された場合、入
出力制御部１４のＣＰＵは、更に、復調器１３でデコー
ドされた電波のＩＤコードを検出し、このＩＤコードに
対応するビーコン１、要するに、危険区域に侵入した作
業者を特定する。入出力制御部１４のメモリには、受信
コードに対応して警報器作動指令の出力先となるビーコ
ン１のコードが予め単数または複数設定されている。警
報器作動指令の出力先は、最低でも受信したＩＤコード
に対応するビーコン１を含み、場合によっては、工場監
督者等のビーコン１のＩＤコード等を含む場合もある。
入出力制御部１４のＣＰＵは、受信したＩＤコードに応
じ、対応する送信先のＩＤコード及び共通の特定パター
ンを出力し、変調器１６で周波数ジェネレータ１５から
出力される搬送波をＦＳＫ変調して警戒信号となる電波
を出力する（ステップｃ３）。なお、警戒信号となる電
波の出力は、変調器１６，周波数ジェネレータ１５，送
受分波器１１，送受信用アンテナ１０によって行われ
る。

【００２７】センサ２から出力された警戒信号は受信可
能範囲内にある全てのビーコン１によって受信される
が、既に図２（ａ）の説明でも述べた通り、このうち警
報機構部３が作動するビーコン１は、警戒信号となる電
波に載せられているＩＤコードと一致するＩＤコードが
設定されているビーコン１、要するに、実際に危険区域
に侵入した作業者が携帯しているビーコン１のみか、ま
たは、実際に危険区域に侵入した作業者が携帯している
ビーコン１と工場監督者等が携帯しているビーコン１の
みである。

【００２８】なお、ここでいう危険区域とは機械との干
渉を避けるために作業者が回避行動を起こすのに十分な
余裕を見込んだ区域であって、実際には、危険区域に侵
入したからといって作業者の身に直ちに危険が及ぶわけ
ではない。

【００２９】もしここで作業者が警報機構部３の反応に
気付かず、センサ２を装着した機械に更に接近すると、
センサ２によって検出される電波のレベルは更に増大
し、機械と作業者との離間距離がいよいよ危険な距離で
あることを知らせる第２の設定レベルに達すると、セン
サ２の受信レベル検出器１２が非常停止信号Ｌ２を出力
し（ステップｃ４）、これを受けた入出力制御部１４の
ＣＰＵが機械に即時停止指令を出力して機械を強制的に
停止させる（ステップｃ５）。

【００３０】従って、作業者が警報機構部３の作動に気
付かなかった場合または無視した場合であっても、作業
者が稼働中の機械に衝突したり巻き込まれるといったこ
とはなく、作業者の安全は確実に守られる。また、実際
に機械の稼働を停止させる前に作業者に警告を与えて危
険を自ら回避させることができるので、安全確保の最終
手段である機械の緊急停止といった事態を頻繁に招くこ
となく、高い生産性を維持することができる。また、こ
のビーコン１は、工場設備等の内部事情に詳しくない外
来者に持たせることにより、その安全を確実に守ること
ができる。

【００３１】この実施形態においては作業者の側に警報
器を含むビーコン１を携帯させ、機械の側にセンサ２を
配備しているので、センサ２から出力された警報器作動
信号Ｌ１を警報器の側に伝達して警報器（警報機構部
３）を作動させるために、前述した通り、無線伝送によ
って警戒信号（警報器作動信号）をビーコン１側に伝え
る必要がある。また、これとは逆に、作業者の側に警報
器とセンサ２を携帯させ、機械の側に警報器を除いたビ
ーコン１を装着する場合では、センサ２で出力された非
常停止信号Ｌ２を機械の側に伝達するための無線伝送が
必要である。

【００３２】また、上記実施形態では、フェージングに
強いＦＳＫ変調方式を用いたが、他のＡＳＫ方式やＰＳ
Ｋ方式等のデジタル変調方式を用いてもよい。又、同期
方式ではなく非同期方式でもよい。

【００３３】図３は別の実施形態の安全装置の一例を示
すブロック図であり、前述の安全装置から警報機能を取
り除いて構成を簡便化している。

【００３４】この実施形態においても、前述の実施形態
と同様、作業者の側にビーコン１′を携帯させて機械の
側にセンサ２′を配備するようにしているが、警報機能
を省略している結果ビーコン１′側の受信機能は不要と
なり、ビーコン１′側の復調器および送受分波器が省略
されることになる（図１（ａ）との比較）。つまり、ビ
ーコン１′は入出力制御部４′，変調器５′，周波数ジ
ェネレータ６′および送信用アンテナ９′により構成さ
れる。

【００３５】同様に、センサ２′側の送信機能も不要で
あり、変調器と送受分波器が省略されて（図１（ｂ）と
の比較）、センサ２′は、受信用アンテナ１０′，受信
レベル検出器１２′，復調器１３′，周波数ジェネレー
タ１５′および入出力制御部１４′のみの構成となる。

【００３６】この場合、ビーコン１′に設けられた入出
力制御部４′のＣＰＵが実施するのは図２（ｂ）に示す
電波の送出処理のみである。但し、既に述べた通り、警
報機能を省略しているので警戒信号の出力先を特定する
ために必要とされるビーコン１′毎のＩＤコードも不要
であり、入出力制御部４′のＣＰＵは、単に、ノイズと
の区別が可能な特定のパターンを備えた電波を送出する
だけでよい。

【００３７】また、これを受信するセンサ２′側の入出
力制御部１４′におけるＣＰＵの処理に関しては、図２
（ｃ）に示す処理のうち、ステップｃ２およびステップ
ｃ３の処理が不要である。つまり、この実施形態におい
ては、復調器１３′によりデコードされた電波にビーコ
ン１に共通の特定のパターンが含まれ（ステップｃ
１）、かつ、センサ２によって検出される電波のレベル
が第２の設定レベルに達した段階で（ステップｃ４）、
無条件に機械が強制停止されることになり（ステップｃ
５）、それ以前の段階で危険区域への侵入を警告するよ
うな処理は一切行わない。

【００３８】従って、場合によっては作業者の不注意に
よって機械の緊急停止回数が増えるといった弊害が生じ
る可能性もあるが、作業者が工場等の機械設備を十分に
把握しているような場合では、最終的な緊急停止機能だ
けでも安全確保上十分であり、安全装置の構成の簡便化
によって、その製造コストを軽減化できるといったメリ
ットもある。

【００３９】また、この実施形態とは逆に機械の緊急停
止機能を省略して危険区域への侵入警告機能だけを実現
することも可能である。この場合、安全装置は全体とし
て図１に示すビーコン１とセンサ２の各構成および図２
に示す各処理の実施が必要であるが、図２（ｃ）におけ
るステップｃ４およびステップｃ５の処理は不要であ
る。

【００４０】この構成は、当然、各種産業機械や構内用
自動搬送車両等の機械、要するに、それ自体が稼働する
もの（機械の機能を停止することで安全を確保できるも
の）に対して適用するよりも、高圧電源や高熱区域等の
ように、それ自体の危険性を取り除くのが極めて困難な
危険区域に対する不注意な接近防止に適している。

【００４１】なお、上記各実施形態においては、デジタ
ル変調方式によって送受信を行ったが、アナログ変調方
式を用いてもよい。特に図３に示す実施の形態において
はＩＤコードがなく、特定パターンの信号のみであるか
ら、この特定パターンをアナログ信号で構成し、アナロ
グ変調方式を用いてもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、人間がロボット，各種
産業機械や構内用自動搬送車両等の機械に限度を越えて
接近した段階で、接近経路や接近方法に関わりなく強制
的に機械側の動作を停止させることができるので、人間
と機械との衝突や機械による人間の巻き込みといった事
故を確実に防止することができる。また、機械を強制停
止させる前にある程度の安全を見込んで事前に人間の側
に警告を与えるようにしているので、機械を強制停止さ
せる前に人間に回避行動を起こす機会を与えることがで
き、機械の強制停止による生産性の低下を最低限度に抑
えることができる。また、稼働しない危険物や稼働を停
止させるのが困難な危険物の場合でも、少なくとも人間
に対する警告を積極的に与えることができるので、高圧
電源や高熱物による事故の発生確率を減らすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の安全装置の要部を示すブ
ロック図である。

【図２】ビーコンおよびセンサのＣＰＵの処理の概略を
示すフローチャートである。

【図３】別の実施形態の安全装置の一例を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１，１′ ビーコン２，２′ センサ３警報機構部４，４′ 入出力制御部５，５′ 変調器６，６′ 周波数ジェネレータ７復調器８送受分波器９送受信用アンテナ９′ 送信用アンテナ１０送受信用アンテナ１０′ 受信用アンテナ１１送受分波器１２，１２′ 受信レベル検出器１３，１３′ 復調器１４，１４′ 入出力制御部１５，１５′ 周波数ジェネレータ１６変調器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電波を出力するビーコンと、設定レベル
以上の前記電波を検出して反応するセンサと、前記セン
サの反応を検知して機械への非常停止信号を出力する信
号出力手段とを有し、前記ビーコンおよび前記センサの
内いずれか一方を機械の側に装着し、他方を人間の側に
装着するようにしたことを特徴とする安全装置。
【請求項２】電波を出力するビーコンと、第１の設定
レベルおよび該第１の設定レベルよりも大きな第２の設
定レベル以上の前記電波を検出して反応するセンサと、
警報器と、前記第１の設定レベルに対するセンサの反応
を検知して前記警報器への作動指令を出力する一方、前
記第２の設定レベルに対するセンサの反応を検知して機
械への非常停止信号を出力する信号出力手段とを有し、
前記ビーコンおよび前記センサの内いずれか一方を機械
の側に装着し、他方と前記警報器とを人間の側に装着す
るようにしたことを特徴とする安全装置。
【請求項３】前記警報器がバイブレータまたは音響装
置により構成されていることを特徴とする請求項２記載
の安全装置。
【請求項４】前記信号出力手段と前記警報器との間、
または、前記信号出力手段と前記機械との間の信号伝達
を無線伝送によって行うことを特徴とする請求項２また
は請求項３記載の安全装置。
【請求項５】前記ビーコンを人間の側に装着する一
方、前記センサおよび信号出力手段を機械の側に装着
し、前記電波に各ビーコン毎の識別コードを載せて出力
し、前記信号出力手段が前記第１の設定レベルに対する
センサの反応を検知すると該センサを反応させたビーコ
ンの識別コードに対応する人間の警報器に対して無線伝
送による作動指令を出力するようにしたことを特徴とす
る請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の安全
装置。
【請求項６】電波を出力するビーコンと、設定レベル
以上の前記電波を検出して反応するセンサと、警報器
と、前記センサの反応を検知して前記警報器への作動指
令を出力する信号出力手段とを有し、前記ビーコンおよ
び前記センサの内いずれか一方を危険区域に装着し、他
方と前記警報器とを人間の側に装着するようにしたこと
を特徴とする安全装置。
【請求項７】前記警報器がバイブレータまたは音響装
置により構成されていることを特徴とする請求項６記載
の安全装置。
【請求項８】前記信号出力手段と前記警報器との間の
信号伝達を無線伝送によって行うことを特徴とする請求
項６または請求項７記載の安全装置。
【請求項９】前記ビーコンを人間の側に装着する一
方、前記センサおよび信号出力手段を危険区域の側に装
着し、前記電波に各ビーコン毎の識別コードを載せて出
力し、前記信号出力手段がセンサの反応を検知すると該
センサを反応させたビーコンの識別コードに対応する人
間の警報器に対して無線伝送による作動指令を出力する
ようにしたことを特徴とする請求項６ないし請求項８の
いずれか１項に記載の安全装置。