(57)【要約】【課題】反射型光センサを備えた複数の光検出基板を有する近接覚センサとして、光検出基板を対向配置して使用した場合の誤検出が防止できるものを提供する。【解決手段】一態様の近接覚センサは、複数の光検出基板と位置情報取得部２７と光検出基板管理部３１１と発光制御部２８を有する。光検出基板は光センサを有する。光センサは、発光素子と、発光素子から放射された光の被検知物による反射光を受光する受光素子と、を備えている。位置情報取得部２７は、光センサからの反射光の受光強度に基づいて被検知物の位置情報を取得する。発光制御部２８は、光検出基板管理部３１１からの管理信号Ｓｍに基づいて、光センサが有する発光素子の発光状態を、向かい合う対象基板で独立に制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子から放射された光の被検知物による反射光を受光する受光素子と、を備えた光センサを有する複数の光検出基板と、
前記光センサからの反射光の受光強度に基づいて被検知物の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記複数の光検出基板のうち対向配置される複数の光検出基板を対象基板として管理する光検出基板管理部と、
前記光検出基板管理部からの管理信号に基づいて、前記光センサが有する前記発光素子の発光状態を、向かい合う前記対象基板で独立に制御する発光制御部と、
を有する近接覚センサ。
【請求項２】
前記発光制御部は、同じタイミングで、向かい合う前記対象基板のうちの一方で前記発光素子が点灯し、他方では前記発光素子が消灯した状態となるように制御する請求項１記載の近接覚センサ。
【請求項３】
前記光検出基板は前記光センサを複数有し、複数の前記光センサが有する複数の前記発光素子は一方向に沿う配列で配置され、
前記対象基板は、前記発光素子同士が向かい合うように配置され、
前記発光制御部は、同じタイミングで、向かい合う前記発光素子の一方が点灯し、他方が消灯した状態となるように制御する請求項１記載の近接覚センサ。
【請求項４】
前記発光制御部は、さらに、前記対象基板の複数の前記発光素子が前記配列順に点灯した後に消灯するように制御する請求項３記載の近接覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、近接覚センサ（相対的に接近する物体を検知するセンサ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの脚周りや腕周辺に接近して来る障害物は、視覚センサでは死角になって検出できないが、近接覚センサであればこのような障害物を検出できる。そのため、近接覚センサの研究、開発が盛んになされている。
近接覚センサの一例として、発光素子から放射された光の被検知物（相対的に接近する物体）による反射光を受光素子が受光する光センサ（反射型光センサ）と、この光センサからの反射光の受光強度に基づいて被検知物の位置情報を取得する位置情報取得部と、を有するもの（例えば、特許文献１を参照）が挙げられる。発光素子としては、通常、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が使用されている。
【０００３】
このタイプの近接覚センサとしては、反射型光センサを備えた光検出基板を複数有するものがある。この近接覚センサで、複数の光検出基板を対向配置して使用した場合に、向かい合う光センサによる検出領域が重なって、一方の光センサからの発光が他方の光センサによる受光に影響を及ぼす（つまり、隣り合う光センサが干渉する）恐れがある。これに伴い、正しい検出ができない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１８０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、反射型光センサを備えた複数の光検出基板を有する近接覚センサとして、光検出基板を対向配置して使用した場合の誤検出が防止できるものを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明の一態様の近接覚センサは、前記構成要件(1) 〜(4) を有する。
(1) 複数の光検出基板を有する。この光検出基板は光センサを有する。この光センサは、発光素子と、前記発光素子から放射された光の被検知物による反射光を受光する受光素子と、を備えている。
(2) 位置情報取得部を有する。この位置情報取得部は、光センサからの反射光の受光強度に基づいて、被検知物の位置情報を取得する。
(3) 光検出基板管理部を有する。この光検出基板管理部は、複数の光検出基板のうち対向配置される複数の光検出基板を対象基板として管理する。
(4) 発光制御部を有する。この発光制御部は、光検出基板管理部からの管理信号に基づいて、光センサが有する発光素子の発光状態を、向かい合う対象基板で独立に制御する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の一態様の近接覚センサは、反射型光センサを備えた複数の光検出基板を有する近接覚センサであり、光検出基板を対向配置して使用した場合の誤検出の防止が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の近接覚センサの全体構成を説明する図である。
【図２】複数の光センサを有する光検出基板を説明する図であって、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面に対応する図である。
【図３】実施形態の近接覚センサの各光検出基板が有する駆動信号生成部および位置情報取得部の機能を説明する図である。
【図４】実施形態の近接覚センサを構成する光検出基板管理部と発光制御部との関係を示すブロック図である。
【図５】実施形態の近接覚センサを構成する光検出基板がロボットに取り付けられた状態を示す図である。
【図６】実施形態の近接覚センサで発光制御部が行う、複数の発光素子の発光状態の制御方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
【００１０】
［近接覚センサの構成］
図１に示すように、この実施形態の近接覚センサ１は、ｎ個（複数）の同じ光検出基板１１１〜１１ｎと、統括基板１２と、配線ケーブル１３を有する。図１には、五個の光検出基板１１１〜１１３，１１（ｎ−１），１１ｎが表示され、他は省略されている。
【００１１】
＜光検出基板＞
光検出基板１１１〜１１ｎは、短冊状のプリント配線板２１と、プリント配線板２１に実装されたｎ個（複数）の光センサ２３、各マイクロコントロールユニット（Micro Control Unit: 以下、「ＭＣＵ」と略称する。）２４１〜２４ｎ、およびコネクタ２５を有する。
光センサ２３は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤ２３ａとフォトトランジスタ２３ｂとからなる反射型の光センサであり、ＬＥＤ２３ａの発光面およびフォトトランジスタ２３ｂの受光面が上向きに実装されている。ＬＥＤ２３ａは赤外線を放射する発光素子である。フォトトランジスタ２３ｂは赤外線を受光する受光素子である。
【００１２】
ｎ個の光センサ２３のうちの一番目の光センサ２３１は、プリント配線板２１の長手方向一端部に配置され、さらに二番目の光センサ２３２からｎ番目の光センサ２３ｎまでがプリント配線板２１の長手方向に沿って配置されている。つまり、ｎ個の光センサ２３（２３１〜２３ｎ）がプリント配線板２１上に一列に配置されている。
プリント配線板２１の長手方向他端部側には、各ＭＣＵ２４１〜２４ｎとコネクタ２５が配置されている。コネクタ２５は、プリント配線板２１の長手方向他端部に最も近い位置に形成されている。
【００１３】
図２（ｃ）に示すように、複数の光センサ２３、各ＭＣＵ２４１〜２４ｎ、およびコネクタ２５は、プリント配線板２１の配線２２によって、電気的に接続されている。また、光検出基板１１１の上面（光センサ２３等が実装された面）は、コンタクト窓２９１を有する保護フィルム２９で保護されている。コネクタ２５は、コンタクト窓２９１から露出した配線２２上に配置されている。
各ＭＣＵ２４１〜２４ｎは、図３に示す駆動信号生成部２６および位置情報取得部２７を有する。
【００１４】
駆動信号生成部２６は、各光センサ２３１〜２３ｎの発光状態を個別に制御する発光制御部２８を備えている。駆動信号生成部２６は、発光制御部２８による発光制御に基づいて、各光センサ２３１〜２３ｎへの各駆動信号Ｓ１〜Ｓｎを生成する。発光制御部２８による具体的な発光制御方法については後述する。
駆動信号生成部２６は、光センサ２３１〜２３ｎ毎のＭＯＳトランジスタを備え、各ＭＯＳトランジスタで増幅された各駆動信号Ｓ１〜Ｓｎを、各光センサ２３１〜２３ｎに独立に出力する。
【００１５】
図３に示すように、各光センサ２３１〜２３ｎは、駆動信号生成部２６からの各駆動信号Ｓ１〜Ｓｎによって駆動する。つまり、各光センサ２３１〜２３ｎのＬＥＤ２３ａは発光制御部２８で制御された発光状態で発光し、フォトトランジスタ２３ｂは反射光を受光して、受光強度を示す信号Ｓｒ１〜Ｓｒｎを位置情報取得部２７に出力する。
位置情報取得部２７は、各光センサ２３１〜２３ｎのフォトトランジスタ２３ｂから入力された受光強度を示す信号Ｓｒ１〜Ｓｒｎに基づいて、予めプログラムされている演算を行い、被検知物の位置情報（光検出基板１１１〜１１ｎと被検知物との距離を示す情報）を取得する。
【００１６】
位置情報取得部２７により、ＬＥＤ２３ａが放射する赤外線は、被検知物が存在しない場合にはフォトトランジスタ２３ｂに受光されないように設定されている。
ＭＣＵ２４１〜２４ｎは、演算機能の他、クロック信号を発生する機能と、ネットワークインターフェースとを備えている。ＭＣＵ２４１〜２４ｎは、電力の供給を受けるだけで動作することができる。
コネクタ２５は、位置情報取得部２７で取得された位置情報を示す信号を外部に出力するための接続部品である。
【００１７】
＜統括基板＞
統括基板１２は、各光検出基板１１１〜１１ｎが取得した位置情報を統括する基板である。統括基板１２は、プリント配線板３０と、プリント配線板３０に実装されたマイクロプロセッサ３１、素子３２，３３，３４、およびコネクタ３７を有する。
統括基板１２のコネクタ３７は、可撓性を有する配線ケーブル１３によって、光検出基板１１１のコネクタ２５と接続されている。これにより、光検出基板１１１〜１１ｎが有する各ＭＣＵ２４１〜２４ｎの位置情報取得部２７で取得された位置情報が、配線ケーブル１３を介して統括基板１２のマイクロプロセッサ３１に入力される。
マイクロプロセッサ３１は、全ての光検出基板１１１〜１１ｎが取得した位置情報を演算して、被検知物に関する総合的な位置情報（例えば、被検知物が光検出基板に対して長距離の位置にあるのか、中距離の位置にあるのか、近距離まで近づいてきているのかを特定する情報）を取得する。
【００１８】
図４に示すように、マイクロプロセッサ３１は光検出基板管理部３１１を有する。光検出基板管理部３１１は、全ての光検出基板１１１〜１１ｎのうち対向配置される複数の光検出基板を対象基板とする情報を含む管理信号Ｓｍを作成し、各ＭＣＵ２４１〜２４ｎの発光制御部２８に送信する。つまり、光検出基板管理部３１１は、全ての光検出基板１１１〜１１ｎのうち対向配置される複数の光検出基板を対象基板として管理する。
素子３２，３３，３４は、マイクロプロセッサ３１が取得した総合的な位置情報に基づいて、近接覚センサ１が取り付けられている物体等を駆動する装置等に信号を送信する素子である。つまり、マイクロプロセッサ３１は、被検知物の位置に係る位置情報を素子３２，３３，３４に入力するように構成されている。
【００１９】
＜発光制御方法＞
発光制御部２８は、図６（ａ）に示すように、対象基板である光検出基板１１１，１１２の複数のＬＥＤが配列順に、光検出基板１１１，１１２間で交互に点灯した後に消灯するように制御する。
つまり、駆動信号生成部２６は、光検出基板１１１，１１２に対しては、図６（ａ）に示す発光状態となるように、各光センサ２３１〜２３ｎへの各駆動信号Ｓ１〜Ｓｎを生成する。図６ではｎ＝４までの光センサ２３１〜２３ｎを示す。
光検出基板１１１，１１２以外の光検出基板に対しては、通常の方法で各光センサ２３１〜２３ｎへの各駆動信号Ｓ１〜Ｓｎを生成する。
【００２０】
［動作］
この実施形態の近接覚センサ１は、例えば図５に示すように、ロボット４のロボットアームに取り付けて使用される。このロボットアームは、第一アーム４１、第二アーム４２、および先端部４３からなり、第一アーム４１が基部４４に取り付けられている。この例では、近接覚センサ１を構成する光検出基板１１１〜１１ｎのうちの光検出基板１１１を第一アーム４１に、光検出基板１１２を第二アーム４２に、互いに対向するように取り付ける。
【００２１】
近接覚センサ１を構成する統括基板１２のマイクロプロセッサ３１と、光検出基板１１１〜１１ｎの各ＭＣＵ２４１〜２４ｎに電源を供給すると、光検出基板管理部３１１で、対向配置される光検出基板１１１，１１２を対象基板とする情報を含む管理信号Ｓｍが作成され、各ＭＣＵ２４１〜２４ｎの発光制御部２８に送信される。
そして、発光制御部２８の作用により駆動信号生成部２６から光検出基板（対象基板）１１１，１１２には、各光センサの各ＬＥＤに、図６（ａ）に対応する波形の駆動信号が供給される。これに伴い、図６（ｂ）に示すように、時間ｔ１では、光検出基板１１１の一番目の光センサ２３１のＬＥＤ２３ａ（第一ＬＥＤ、図６では「ＬＥＤ１」）のみが点灯し、光検出基板１１１の他のＬＥＤと光検出基板１１２の全てのＬＥＤは消灯した状態になる。
【００２２】
次の時間ｔ２では、光検出基板１１２の第一ＬＥＤのみが点灯し、光検出基板１１２の他のＬＥＤと光検出基板１１１の全てのＬＥＤは消灯した状態になる。
次の時間ｔ３では、光検出基板１１１の二番目の光センサ２３１のＬＥＤ２３ａ（第二ＬＥＤ、図６では「ＬＥＤ２」）のみが点灯し、光検出基板１１１の他のＬＥＤと光検出基板１１２の全てのＬＥＤは消灯した状態になる。
次の時間ｔ４では、光検出基板１１２の第二ＬＥＤのみが点灯し、光検出基板１１２の他のＬＥＤと光検出基板１１１の全てのＬＥＤは消灯した状態になる。
【００２３】
つまり、この実施形態の近接覚センサ１では、発光制御部２８により、同じタイミングで、向かい合う光検出基板（対象基板）１１１，１１２のうちの一方でＬＥＤが点灯し、他方ではＬＥＤが消灯した状態となるように制御される。また、光検出基板１１１，１１２の複数のＬＥＤが配列順に、光検出基板１１１，１１２間で交互に点灯した後に消灯するように制御される。
被検知物とロボットアームとが相対的に近づいたとき、各ＬＥＤ２３ａから放射された赤外線は、被検知物で反射される。反射された赤外線は、各フォトトランジスタ２３ｂによって受光される。各フォトトランジスタ２３ｂが受光する赤外線の強度は、各フォトトランジスタ２３ｂと被検知物との距離に応じて変化する。各フォトトランジスタ２３ｂの受光に伴い、各フォトトランジスタ２３ｂからの受光強度を示す信号Ｓｒ１〜Ｓｒｎが、位置情報取得部２７に入力されて、被検知物の位置情報が取得される。
【００２４】
このようにして各ＭＣＵ２４１〜２４ｎで取得された位置情報信号が、コネクタ２５、配線ケーブル１３、統括基板１２のコネクタ３７を介して、マイクロプロセッサ３１に送信される。そして、マイクロプロセッサ３１により、全ての光検出基板１１１〜１１ｎが取得した位置情報が演算されて、被検知物に関する総合的な位置情報が取得される。また、マイクロプロセッサ３１から、被検知物の位置に係る位置情報が素子３２，３３，３４に入力される。
以上のようにして、近接覚センサ１で、ロボットアームと被検知物との距離が検出されるとともに、被検知物に関する総合的な位置情報が検出（例えば、ロボットアームに対して被検知物が長距離の位置にあるのか、中距離の位置にあるのか、近距離まで近づいてきているのかが特定）される。
【００２５】
また、素子３２，３３，３４の少なくともいずれかにより、マイクロプロセッサ３１が取得した総合的な位置情報に基づいて、ロボットアームの駆動装置に信号が送信されて、ロボットアームの駆動が制御される。例えば、ロボットアームが被検知物の接近方向と異なる方向に移動し、ロボットアームと被検知物との衝突を避けるように制御される。
なお、図５で第一アーム４１と第二アーム４２との間に被検知物が存在しない場合は、光検出基板１１１および光検出基板１１２の互いに対向する各センサ（ＬＥＤ）間の距離ｄが検出される。この距離ｄは各アームの始点から各センサまでの距離ｘ１，ｘ２と両アーム間の角度θにより決まる。これに対して、第一アーム４１と第二アーム４２との間に被検知物が存在する場合には、各センサから被検知物までの距離がｄより小さい値で検出される。よって、二つのアーム間にセンサが対向配置されている場合には、センサ毎の距離ｄとの比較で被検知物がアーム間に存在するかしないかが分かり、被検知物の位置情報を正しく取得することができる。
【００２６】
［作用、効果］
この実施形態の近接覚センサ１では、対向配置された光検出基板１１１，１１２のｎ個のＬＥＤが上述のような発光状態に制御されることによって、全てのＬＥＤを点灯させる図６（ｃ）の場合のように、向かい合うＬＥＤから放射された光の重なり部分がない。つまり、向かい合う光センサによる検出領域が重なる部分がなくなる。
よって、向かい合う一方の光センサからの発光が他方の光センサによる受光に影響を及ぼす（つまり、向かい合う光センサが干渉する）ことが防止されるため、対向配置された光検出基板１１１，１１２による誤検出が防止されて、近接覚センサ１による検出精度が向上する。
【符号の説明】
【００２７】
１  近接覚センサ
１１１〜１１ｎ  光検出基板
１１１，１１２  光検出基板（対象基板）
１２  統括基板
２１  プリント配線板
２３，２３１〜２３ｎ  光センサ
２３ａ  ＬＥＤ（発光素子）
２３ｂ  フォトトランジスタ
２４１〜２４ｎ  マイクロコントロールユニット
２５  コネクタ
２６  駆動信号生成部
２７  位置情報取得部
２８  発光制御部
３０  プリント配線板
３１  マイクロプロセッサ
３１１  光検出基板管理部
３２，３３，３４  素子
３７  コネクタ
４  ロボット
４１  第一アーム
４２  第二アーム
４３  先端部
４４  基部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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