JPS6225282A - 接触検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は人間や物体が接触したことを検出する接触検出
装置に関する。

〈従来の技術〉 ロボットその他の機械等と人間又は物体との接触事故を
防止する安全装置を構成するためには、前記機械等と人
間又は物体との接触ないしは近接を検出゛する検出装置
が必要となる。

従来、この種の検出装置の代表的なものとして、次のよ
うなものがあった。

（８１人に踏まれるとそれを検出するマ、ソトスイノチ
型のもの。

（ｂｌドアを開けると、ロボット等の機械番こインター
ロックが掛かる形式のもの。

ｆｃｌ適当な場所に設けられたプラグ受けＧこプラク゛
を差し込まないと、ロボット等の機械が作動しないプラ
グ形式のもの。

（ｄｌ受光手段に入射する光の量の変化により人間や物
体の近接を検出する光電スイッチ型のもの。

（ｅ）検出部と大地との間の電界容量の変化により、人
間や物体の近接を検出する電界容量型のもの。

（ｆ）モータの異常電流を検出することにより、機械に
対する人間又は物体の接触に基づくモータへの異常な負
荷を検出する形式のもの。

ｆｇ）触針の先端の変位を検出することにより、人間又
は物体との接触を検出するタッチセンサ型のもの。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、前記従来の検出′Ａｚでは、装置に故障
が生じた場合、や電源断となっている場合に、実際には
人間又は物体の接触ないしは近接があっても、これらを
検出していない旨の信号を出力する虞があり、ロボット
等の安全装置として用いる場合には、重大な事故を招く
虞があった。

安全装置においては、装置の故障や電源断等の異常事態
が生じた場合には、装置の出力が安全な方向に向かうか
、該装置が自己の異常を知らせる必要がある。すなわち
、安全装置はフェイルセーフでなければならない。この
点において前記従来の検出装置は根本的な問題点を有し
ている。

また、前記（ａｌ〜（ｄｌのような形式の検出装置では
、ロボットの動作領域等の危険領域への人間の侵入を確
認するのに使用できる。しかし、例えばロボットの場合
、教示作業や保守作業等のために、人がロボットの動作
領域内に立ち入らなければならないことが多く、しかも
その際、動力源をオフできないことが多い。従って、実
際には事故は、正常にロボットが動作しているときに作
業者が動作領域に立ら入ったときよりも、教示作業や保
守作業等のときに起こることが多い。

このため、このような危険領域への人間の侵入を検出す
る形式の検出装置は単独で用いてはならず、ロボットの
アームが人間にぶつかる前にその動作を停止させる最終
的な安全装置を併設する必要がある。

また、前記（ｄ）の光電スイッチ型の検出装置の場合、
外部の光により（例えば、溶接作業時のアーク光により
）誤動作することがあった。また、塗装作業等において
は、発光器や受光器が汚れてしまい、光を検出できなく
なる虞があり、このような場合は使用できなかった。更
に、発光器から受光器へ向かう光がどこを通っているか
よく分からないため、不用意にその光を遮って、ロボッ
ト等の装置を停止させてしまうことがあった。

また、前記（ｅｌの電界容量型の検出装置の場合、非接
触で人間又は物体の近接を検出できるが、ワーク等の当
然近接すべき物体と、近接ずべきでない人間又は物体と
の判別が難しく、例えば出力レベルのパターン等からそ
の両者をマイクロプロセッサ等により判断させる必要が
ある。従って、大損りかつ高価な装置となる上、前記出
力レベルのパターン等による判別は、所詮、確率分布的
判断であり、誤った判断が下される可能性を常に含んで
おり、本質的に安全装置には向かない点があるという問
題があった。

更に、前記（ｆｌのモータの異常電流を検出するものや
、前記ｆｇｌのタッチセンサ型の検出装置では、人間や
物体にダメージを与えた後、「接触」を検出することに
なるので、安全装置に使用することはできないという問
題があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
ものであり、フェイルセーフな安全装置を構成すること
ができ、また、不用意に動作させてしまう虞もなく、安
価で、接触検出時に検出対象となる人間や物体にダメー
ジを与えることがなく、その上、殆ど無調整で取り付け
を行うことができる接触検出装置を提供することを目的
とする。

く問題点を解決するための手段〉 このため本発明では、外力により撓んだときに内部を伝
播する光或いは音波等の波動の通過を妨げる性質を有す
る柔軟な材料゛からなるチューブと、このチューブの一
端に配置されチューブ内に波動を発する投波回路と、チ
ューブの他端に配置され投波回路の発した波動を受渡す
る受渡回路とを備えると共に、前記チューブの湾曲部に
は、その湾曲形状に沿って波動を案内する波動案内手段
を設ける構成とした。

〈作用〉 かかる構成の接触検出装置では、例えば所望の設置個所
周囲にチューブを張架して取り付ける。

そして、人間又は物体がチューブに接触していない状態
では、投波回路からの波動が妨げられることなくチュー
ブ内を伝播して受波回路で受波されこれを検出する。一
方、人間又は物体がチューブに接触してチューブがある
程度以上撓んだり潰れたりすると、投波回路からの波動
の伝播が遮られて受波回路まで到達しなくなるか又は到
達する量が所定レベル以下に減少するので、受波回路の
出力レベルが一定値以下となりこれにより人間又は物体
の接触が検出される。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例で波動として光を利用した例
を示しである。

図において、１は本実施例の接触検出装置全体を示し、
一端部付近にフランジ部２ａを一体的に有する筒状体２
の内部には、例えば発光ダイオードからなる投波用トラ
ンスジューサ３が収容されている。そして、前記筒状体
２には、ワイヤ支持具４を介してワイヤ５の一端部が取
り付けられている。

また、同じく一端部付近にフランジ部６ａを一体的に有
する筒状体６の内部には、例えばホトダイオードと、こ
のホトダイオードの受光部へ光を集光するためのレンズ
と、前記ダイオードの出力を増幅する増幅器とを一体化
してなる受渡用トランスジューサ７が収容されている。

そして、前記筒状体２と同様にして、ワイヤ支持具８を
介してワイヤ９の一端部が取り付けられている。

そして、これら筒状体２．６は湾曲部１０ａを設けた柔
軟なゴムデユープ１０の端部にそれぞれ嵌着されている
。前記ゴムチューブ１０は人間や物体が接触したときの
外力によって撓んだときに、投波用トランスジューサ３
からの光線の通過を妨げる性質を有している。また、前
記湾曲部１０ａには、例えばクラッドで被覆した多数の
光ファイバ１１を内蔵させて、その湾曲形状に沿って投
波用トランスジューサ３からの光を受波用トランスジュ
ーサ７へ案内できるようにしており、前記光ファイバ１
１によって波動案内手段を構成している。

１２は投波用トランスジューサ３と共に投波回路を構成
する発振器であり、一定周波数［のパルス電流ｐを投波
用トランスジューサ３に供給して、該投波用トランスジ
ューサ３を周波数ｆで点滅させる。１３は受波用トラン
スジューサ７の出力を入力し、そのうち前記周波数ｒの
成分のみを通過させるフィルタ回路で受波用トランスジ
ューサ７と受波回路を構成する。１４はフィルタ回路１
３の出力を入力とするリレーであり、フィルタ回路１３
の出力レベルが一定以下になると、接点を開き、その出
力を零とするようになっている（この出力零が本実施例
における接触検出信号を構成する）。

かかる接触検出装置１を取り付ける場合は、ゴムチュー
ブ１０の直線部分が伸びた状態となるようにワイヤ５，
９の先端部を固定体に張架する。

次に、本実施例の作動を第２図を参照しながら説明する
。

人間又は物体がゴムチューブ１０に接触していない状態
では、前記のようにゴムチューブ１０は伸びた状態で張
られているので、投波用トランスジユーザ３から発せら
れる周波数ｆで点滅される光は、ゴムチューブ１０内の
空間を通り湾曲部１０ａでは光ファイバ１１によって曲
げられ受渡用トランスジューサ７に入光する。し・たが
って、この受波用トランスジューサ７の出力には、周波
数ｆのパルスｑが得られる。そして、このパルスｑはフ
ィルタ回路１３を通過してリレー１４に入力される。従
って、この間、リレー１４は接点を閉し接触検出信号を
出力しない。

一方、図に示すように人間又は物体１５がゴムチューブ
１０に接触し、チューブ１０がある程度以上湾曲すると
、投波用トランスジューサ３から発せられる光は接触時
の外力によって湾曲した部分のチューブ１０の壁面に遮
られて受波用トランスジューサ７に全く到達しなくなる
か、またはその到達量が一定以下に減少するので、受波
用トランスジューサ７およびフィルタ回路１３の出力レ
ベルが一定以下に下がり、リレー１４が接点を開き接触
検出信号を出力する（出力を零とする）。

かかる構成の接触検出装置１によれば、故障や電源断に
より、投波用トランスジューサ３、受波用トランスジュ
ーサ７およびフィルタ回路１３等が作動しない場合には
、リレー１４はオフとなるので、接触検出信号が出力さ
れる。また、万が−チューブ１０やワイヤ５，９が切れ
、ゴムチューブ１０が垂れ下がってしまった場合にも、
チューブ１０に遮られて投波用トランスジューサ３から
受波用トランスジューサ７に光が到達できなくなり、接
触検出信号が出力される。従って、異常状態では、必ず
安全側の出力が出るフェイルセーフな安全装置を構成で
きる。

また、投波用トランスジューサ３の発光部および受波用
トランスジューサ７の受光部がそれぞれチューブ１０に
より覆われているので、前記発光部および受光部が汚れ
て本来の機能を果たせなくなる虞もない。更に、外部の
光が受波用トランスジューサ７に入射して、装置が誤動
作する虞もない。

特に、本実施例では、投波用トランスジューサ３を周期
ｆで点滅させると共に、受波用トランスジューサ７の出
力を、周波数ｒの成分のみを通すフィルタ回路１３を介
して取り出しているので、万が一１外部光が受波用トラ
ンスジューサ７に入射しても、それに対応する受波用ト
ランスジューサ７の°１１内はフィルタ回路１３により
カントされるので、接触検出装置１が誤動作することが
ない（ただし本発明においては、フィルタ回路１３を設
けないで、投波用トランスジューサ３を直流点灯しても
よい）。

また、光の経路がチューブＩＯで示されるので、作業者
が不用意に光の経路を遮断して接触検出信号を出力させ
、ロボット等を不必要な時に停止させてしまうこともな
い。

また、チューブ１０は柔軟なので、高速で人間や物体が
ぶつかっても該人間や物体に対するダメージの影響は少
ない（例えば、ロボットのアームとデユープ１０との間
隔をロボットのオーバーシュートに安全率を掛けたもの
とすれば、人間はチューブ１０という柔らかいものにぶ
つかるだけで、アームにぶつからずにすむ）。

そして、「接触」を検出するので、従来の電界容量型の
近接検出装置の場合のように、近接すべき物体と、近接
すべきでない人間又は物体との判別が困難となるという
ような問題を生じない。

また、この接触検出装置１では、チューブ１０を張れば
、自ずと投波用トランスジューサ３と受波用トランスジ
ューサ７との向きが規定されるので、はとんど無調整で
取り付けを行うことができる。

更には、非常時に意図的にチューブ１０に触ることによ
り、ロボット等を非常停止させることもできる。

次にかかる接触検出装置の具体的な使用例を示す。

第３図は無人搬送車２１の略全周に接触検出装置１を取
り付けた例を示したものである。この場合、チューブ１
０の湾曲部１０ａに設ける波動案内手段として、光ファ
イバ等の固体を用いたときは、湾曲部１０ａに物体等が
接触してもあまり変形せず光の遮断ができないので、こ
の部分が検出装置として不感帯になる虞がある。このよ
うなときには、第４図に示すように湾曲部１０ａの内側
をスプリング２２で車体に支持させ、かつ湾曲部１０ａ
から少し離れたチューブ１０の直線部分をステー２３で
車体に支持させるようにする。これにより、湾曲部１０
ａに物体等が接触したときには、湾曲部１０３両側の直
線部分が潰れて光を遮断できるようになる。尚、固体の
波動案内手段としてはアクリル樹脂或いは塩化ビニール
樹脂等からなるデユープがある。

これに対し、湾曲部１０ａの波動案内手段として、例え
ばビニールチューブに水のような液体を封入した柔らか
いものを用いれば、湾曲部１０ａに物体１５が接触した
とき潰れて湾曲部１０ａが不惑帯になることはない。た
だし、この場合には、湾曲部１０ａの内側に固めのゴム
等を設けて支持して潰れ易いようにする。また、第５図
のようにゴムチューブ１０の湾曲部１０ａの内部に波動
案内手段として光を反射する反射板２５を設ける構成と
しても、接触時にチューブ１０の湾曲部１０ａが潰れて
反射板２５が対面側のチューブ１０内壁に接するので、
光が遮断でき不感帯になることがない。

尚、チューブＩＯの内面の反射率が非常に小さい場合に
は、チューブ１０が僅かに撓んだだけで、受波用トラン
スジューサ７に投波用トランスジューサ３からの光が到
達しなくなる。したがって、例えば、第３図に示す搬送
車２１やロボットのアーム等の動く物体に取り付けた場
合、該物体の急発進。

加速、減速、急停止時等においてチューブ１０が多少撓
むと、チューブ１０に何も接触していないにもかかわら
ず、誤って接触検出信号が出力されてしまう虞がある。

また、逆にチューブ１０の内面の反射率が大きくなると
、チューブ１０が大きく撓んでも、チューブ１０の内面
での光の反射により、光が受波用トランスジューサ７に
到達するようになる。従って、チューブ１０が人間又は
物体に接触しても、それを検出できなくなる虞がある。

よって、この接触検出装置１の使用目的、設置環境等に
応じてチューブ１０の内面の光の反射率を選定すること
が好ましい。

次に、第６図は安全マットとして適用したもので、柔軟
なゴムマント３０内に接触検出装置１を蛇行させて埋設
する。この場合は、チューブ１０の湾曲部１０ａには、
波動案内手段として前述したビニールチューブに液体を
封入したような柔らかいものを用い、ゴムチューブ１０
の潰れによってマット３０上の物体の検出を行う。

尚、これら実施例では、チューブをゴムにより構成して
いるが、本発明においては、チューブをゴム以外の同等
の機能を果たす柔軟な材料から構成してもよい。

また、本発明においては、投波用や受波用のトランスジ
ューサとして発光ダイオードやホトダイオード以外の発
光素子、受光素子を用いることも可能である。

また、本実施例では、波動として光を使用しているが、
本発明においては、光取外の音波等を用いてもよく、こ
の場合には、投波用や受波用の素子として圧電セラミッ
クス振動子等が考えられる。

更に本実施例では、チューブを取り付けるためにワイヤ
を使用しているが、本発明においてはその他の手段によ
りチューブを設置場所に掛は渡してもよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、波動経路を変更でき
るので、危険領域を１つの接触検出装置で囲むことがで
き設置個数の大幅な削減を図れる。

そして、安価であり、はとんど無調整で取り付けられる
ので、設置個数の削減と相俟って安全装置のコスト低減
及び取付作業の筒略化を図れる。

また、装置の故障時や電源断の場合には、必ず安全側の
出力（接触検出信号）が出力され、フェイルセーフな安
全装置を構成できる。更に、投波用及び受波用トランス
ジューサがチューブで覆われているので、これらが汚れ
て本来の機能を果たせなくなる虞がない。更に加えて、
波動経路がチューブで示されるので、作業者が不用意に
波動経路を遮断して接触検出信号を出力させてしまう虞
がない。逆に意図的にチューブに触れてロボット等の機
械を容易に非常停止させることもできる。

また、接触による検出方式なので、近接すべき物体と、
近接すべきでない人間又は物体との判別が困難になるこ
とはない。更に、人間又は物体が接触するチューブが柔
軟なので、接触時に人間等に与えるダメージの影響が少
ない。このように多くの優れた効果を有しており実用価
値が極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による接触検出装置の一実施例を示す構
成図、第２図は同上実施例の作動状態を示す説明図、第
３図は同上実施例を無人搬送車に取り付けた例を示す平
面図、第４図は第３図のコーナ部の拡大図、第５図は本
発明の別の実施例を示す湾曲部の断面図、第６図は本発
明の更に別の実施例を適用した安全マントの図である。 １・・・接触検出装置　　３・・・投波用トランスジュ
ーサ　　７・・・受波用トランスジューサ　　１０・・
・チューブ　　１０ａ・・・湾曲部　　１１・・・光フ
ァイバ１２・・・発振器 特許出願人　労働省産業安全研究所長 代理人　弁理士　笹　島　　富二雄 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外力により撓んだときに内部を伝播する波動の通過を妨
   げる性質を有する柔軟な材料からなるチューブと、該チ
   ューブの一端に配置されチューブ内に波動を発する投波
   回路と、チューブの他端に配置され前記波動を受波する
   受波回路とを有すると共に、前記チューブの湾曲部には
   、当該湾曲形状に沿って波動を案内する波動案内手段を
   設けて構成したことを特徴とする接触検出装置。