(57)【要約】【課題】感圧センサによる作業者などの検出が精度よく実現されると共に、作業者などが自動装置に接触する際の作用力が十分に低減される、新規な構造のセンサ装置を提供すること。【解決手段】自動装置１２の移動部１８と検出対象Ａとの接触を検出するセンサ装置１０であって、移動部１８と検出対象Ａの接触を検出する柔軟な感圧センサ３６，５４を備えている。感圧センサ３６，５４は、弾性変形可能な誘電体層４０の両面に伸縮変形可能な第一の電極４２と第二の電極４６の各一方が固着された構造を有しており、第一，第二の電極４２，４６の対向部分に作用する圧力を静電容量値の変化に基づいて検出する静電容量型センサとされている。感圧センサ３６，５４よりも移動部１８に近い位置に弾性クッション層３４が配されていると共に、弾性クッション層３４の硬さが誘電体層４０の硬さに対して７５％〜５００％とされている。【選択図】図２
2018155711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動装置に設けられた移動可能な移動部と検出対象の接触を検出するセンサ装置であって、
前記移動部に対する前記検出対象の接触を検出する柔軟な感圧センサが配されており、該感圧センサが、弾性変形可能とされた誘電体層の両面に伸縮変形可能とされた第一の電極と第二の電極の各一方が固着された構造を有しており、それら第一の電極と第二の電極の該誘電体層を介した対向部分に対して対向方向に作用する圧力を静電容量値の変化に基づいて検出する静電容量型センサとされていると共に、
該感圧センサよりも該移動部に近い位置に弾性クッション層が配されており、該弾性クッション層の硬さが該感圧センサを構成する該誘電体層の硬さに対して７５％〜５００％とされていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記弾性クッション層における前記移動部側の面が、該移動部の外面に対応する面形状とされており、該弾性クッション層が該移動部の外面に対して直接的に重ね合わされて取り付けられている請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記移動部の外面を覆う支持カバーが設けられており、該支持カバーの外面に前記弾性クッション層が取り付けられている請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記移動部の外面と前記支持カバーの間に収容空間が形成されている請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記移動部と前記感圧センサの間にシールド層が設けられている請求項１〜４の何れか一項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記弾性クッション層の硬さが前記感圧センサを構成する前記誘電体層の硬さに対して１００％以上とされている請求項１〜５の何れか一項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットなどの自動装置の移動部と検出対象の接触を検出するセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば産業の自動化の推進によって、工場などでは産業用ロボットや産業用車両などの自動装置が一般的に用いられている。このような自動装置は、産業用ロボットのアームなどのように、全体乃至は一部が所定の作業を実行するために移動可能とされた移動部とされている。
【０００３】
ところで、自動装置の採用が増えるに従って、人間の作業者と同じ空間で作業を行う協働ロボットなどの自動装置に対して、安全性の向上なども必要となってきている。例えば、産業用ロボットと作業者が同じ空間で作業を行う場合には、産業用ロボットのアームなどが動く際に、アームなどが人体や作業者が使う工具などの物体と衝突することによる事故の発生を防止し、接触時に作業者の怪我やアーム又は工具などの損傷を回避することが重要である。
【０００４】
そこで、特開２００３−７１７７８号公報（特許文献１）には、ロボットアームのリンクの表面にスペーサを取り付けると共に、スペーサの表面に触覚センサーを取り付けて、触覚センサーの検出結果に基づいてロボットアームを制御することで、衝突を回避し得る構造が開示されている。また、特許文献１では、スペーサを柔軟な部材により構成することで、スペーサに緩衝作用を持たせることも提案されている。
【０００５】
しかしながら、柔軟な部材によりスペーサが構成されていると、スペーサの柔軟性の程度によって、スペーサの変形が触覚センサーの検出精度に影響して、人体や物体のロボットアームへの衝突を有効に検出できなくなったり、人体や物体の衝突時の衝撃を十分に低減できなくなったりするおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７１７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、感圧センサによる作業者などの検出が精度よく実現されて、自動装置と作業者などとの強度な衝突が感圧センサの検出結果に基づいて回避されると共に、作業者などが自動装置に接触する際の作用力が十分に低減される、新規な構造のセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。
【０００９】
すなわち、本発明の第一の態様は、自動装置に設けられた移動可能な移動部と検出対象の接触を検出するセンサ装置であって、前記移動部に対する前記検出対象の接触を検出する柔軟な感圧センサが配されており、該感圧センサが、弾性変形可能とされた誘電体層の両面に伸縮変形可能とされた第一の電極と第二の電極の各一方が固着された構造を有しており、それら第一の電極と第二の電極の該誘電体層を介した対向部分に対して対向方向に作用する圧力を静電容量値の変化に基づいて検出する静電容量型センサとされていると共に、該感圧センサよりも該移動部に近い位置に弾性クッション層が配されており、該弾性クッション層の硬さが該感圧センサを構成する該誘電体層の硬さに対して７５％〜５００％とされていることを、特徴とする。
【００１０】
このような第一の態様に従う構造とされたセンサ装置によれば、弾性クッション層が移動部の外側に配されていることで、検出対象が移動部に接触する際に検出対象に作用する力が、弾性クッション層の緩衝性によって緩和される。しかも、弾性クッション層よりも外側に配される感圧センサが柔軟な構造とされていることにより、感圧センサが緩衝性に及ぼす影響が低減乃至は回避される。
【００１１】
さらに、弾性クッション層の硬さが感圧センサを構成する誘電体層の硬さに対して７５％〜５００％の範囲に設定されていることにより、弾性クッション層の緩衝性を十分に確保しながら、感圧センサに対する検出対象の接触を十分な感度で有効に検出することができる。
【００１２】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載されたセンサ装置において、前記弾性クッション層における前記移動部側の面が、該移動部の外面に対応する面形状とされており、該弾性クッション層が該移動部の外面に対して直接的に重ね合わされて取り付けられているものである。
【００１３】
第二の態様によれば、例えば移動部の外面に凹凸がある場合に、移動部の外面の凹凸が弾性クッション層によって覆われることから、弾性クッション層の外面を平坦面などの感圧センサを取り付け易い形状とすることで、感圧センサの取付けが容易になる。しかも、弾性クッション層における移動部への重ね合わせ面を、移動部の外面に対応する面形状とすることで、支持カバーを特別に設けることなく移動部の外面を覆って、感圧センサの取付けに適する面を得ることができる。
【００１４】
本発明の第三の態様は、第一の態様に記載されたセンサ装置において、前記移動部の外面を覆う支持カバーが設けられており、該支持カバーの外面に前記弾性クッション層が取り付けられているものである。
【００１５】
第三の態様によれば、例えば移動部の外面に凹凸がある場合に、移動部の外面の凹凸が支持カバーによって覆われることから、支持カバーの外面を平面などの弾性クッション層を取り付け易い形状とすることで、弾性クッション層の取付けが容易になる。
【００１６】
本発明の第四の態様は、第三の態様に記載されたセンサ装置において、前記移動部の外面と前記支持カバーの間に収容空間が形成されているものである。
【００１７】
第四の態様によれば、移動部と支持カバーの間に設けられた収容空間に対して、センサの検出回路などを配設することができる。更に、収容空間に配設された検出回路などの外側が支持カバーによって覆われることから、検出回路などの配設による凹凸が問題になるのを防いで、弾性クッション層や感圧センサを簡単に配設することができる。
【００１８】
本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか１つの態様に記載されたセンサ装置において、前記移動部と前記感圧センサの間にシールド層が設けられているものである。
【００１９】
第五の態様によれば、自動装置の移動部から発せられる電磁波などをシールド層によって遮ることで、電磁波などの感圧センサへの影響が低減乃至は回避されて、有効な検出を実現することができる。
【００２０】
本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか１つの態様に記載されたセンサ装置において、前記弾性クッション層の硬さが前記感圧センサを構成する前記誘電体層の硬さに対して１００％以上とされているものである。
【００２１】
第六の態様によれば、弾性クッション層が感圧センサの誘電体層と同じかそれよりも硬くされていることにより、検出対象の接触に対して感圧センサの誘電体層の変形が支配的に生ぜしめられることから、検出対象の接触が感圧センサによって一層精度よく検出される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、検出対象が移動部に接触する際に検出対象に作用する力が、弾性クッション層の緩衝性によって緩和されると共に、弾性クッション層よりも外側に配される感圧センサが柔軟な構造とされていることによって、感圧センサが緩衝性に及ぼす影響が低減乃至は回避される。更に、弾性クッション層の硬さが感圧センサを構成する誘電体層の硬さに対して７５％〜５００％の範囲に設定されていることにより、弾性クッション層の緩衝性を十分に確保しながら、感圧センサに対する検出対象の接触を十分な感度で有効に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施形態としてのセンサ装置を備えたロボットを示す側面図。
【図２】図１に示すロボットのアームの一部を概略的に示す断面図。
【図３】図２に示す第二のセンサを分解状態で概略的に示す斜視図。
【図４】図２に示す第一，第二のセンサおよびそれらの検出回路を含むハードウエアのブロック図。
【図５】図４に示すハードウエアで実現される主たる機能のブロック図。
【図６】図２に示す第一，第二のセンサおよびそれらの検出回路を含む別態様のハードウエアのブロック図。
【図７】本発明の別の一実施形態としてのアームの一部を概略的に示す断面図。
【図８】本発明のまた別の一実施形態としてのアームの一部を概略的に示す断面図。
【図９】本発明の第二の実施形態としてのセンサ装置を備えたロボットを構成するアームの一部を概略的に示す断面図。
【図１０】本発明の更に別の一実施形態としてのアームの一部を概略的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１には、本発明の第一の実施形態としてのセンサ装置１０を備えた自動装置としてのロボット１２が示されている。ロボット１２は、床１４に固設された支持台１６に対して移動部としてのアーム１８が移動可能に取り付けられた構造を有しており、ロボット１２に設けられたセンサ装置１０が、アーム１８と検出対象としての作業者Ａとの接触を検出するようになっている。
【００２６】
より詳細には、支持台１６によって支持されたアーム１８は、関節部で相互に接続されて相対傾動可能とされたリンク２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを備えており、リンク２０ａが支持台１６に対して傾動可能に接続されていると共に、リンク２０ｄにはエンドエフェクタとして把持部２２が設けられている。
【００２７】
なお、本実施形態では、各リンク２０ａ〜２０ｄを接続する関節部分およびリンク２０ａと支持台１６の接続部分が、何れも図１の紙面直交方向に延びる回動軸２４を中心として傾動可能とされているが、ロボット１２は、例えば、図１の上下方向や左右方向に延びる回動軸を中心とする傾動やリンク中心軸回りでのねじりなども可能とされ得る。また、アーム１８のエンドエフェクタとして把持部２２を例示したが、ロボット１２が行う作業に応じて、吸引ハンドなどの各種公知のエンドエフェクタを採用することもできる。
【００２８】
また、支持台１６には、第一のセンサ２６が設けられている。第一のセンサ２６は、支持台１６から比較的に遠い位置の作業者Ａを検出可能なセンサであって、例えばレーザーセンサや超音波センサなどとされており、支持台１６から前方に向けてレーザー光や超音波を照射することで、前方から支持台１６に接近する作業者Ａを支持台１６およびアーム１８から離れた位置で検出することができる。第一のセンサ２６が作業者Ａを検出可能な第一の検出領域２８は、図１に二点鎖線で示すように、支持台１６から前方に向けて延びており、後述する第二の検出領域３８および第三の検出領域５６に比して、ロボット１２からより遠い位置まで達している。更に、第一の検出領域２８は、図１中の紙面直交方向に所定の幅で帯状に或いは扇状に広がっている。
【００２９】
本実施形態では、第一のセンサ２６が移動しない支持台１６に設けられており、第一のセンサ２６の第一の検出領域２８が、アーム１８が移動し得る範囲である危険領域２９を含んで、危険領域２９の周囲まで広がっている。これにより、第一のセンサ２６は、図１に一点鎖線で示す危険領域２９よりも外側で作業者Ａを検出可能とされており、危険領域２９に対する作業者Ａの侵入よりも前に作業者Ａを検出することができる。尤も、第一の検出領域２８は、例えばアーム１８の移動に伴って変化するように設定することもできる。
【００３０】
本実施形態の危険領域２９は、所定の高さにおいて水平方向に延びるように設定されており、図１に一点鎖線で示すように支持台１６の前方に設定されている。危険領域２９は、必ずしもアーム１８が移動可能で作業者Ａとアーム１８の衝突が生じ得る領域の全体である必要はなく、作業者Ａとアーム１８の衝突が生じ得る領域の一部であっても良い。具体的には、危険領域２９は、例えば、作業者Ａが接近し得るアーム１８の前方だけに設定されていても良いし、高さ方向の一部だけに設定されていても良く、作業者Ａの接近が問題にならないアーム１８の上方には設定されない場合もある。そして、第一のセンサ２６の第一の検出領域２８が危険領域２９よりも外側まで広がるように設定されていることにより、作業者Ａとアーム１８の接触より前に第一のセンサ２６が作業者Ａを検出することができる。
【００３１】
なお、第一のセンサ２６は、支持台１６に設けられるレーザーセンサ又は超音波センサに限定されるものではなく、目的とする第一の検出領域２８を実現可能な各種公知のセンサを採用することができる。具体的には、例えば、ライトカーテンや光電センサなどを支持台１６やその周囲に設ける他、支持台１６の前側に位置する床１４の表面にマット状の面圧センサを敷設することにより、作業者Ａの支持台１６への接近を検出する第一のセンサ２６を構成することなども可能である。
【００３２】
また、図２に示すように、リンク２０の外側には、それぞれシールド層３０が設けられている。シールド層３０は、シールド層３０の内側に配されたアーム１８から外側へ放射される電磁波などを遮るために設けられており、アーム１８と後述する第二のセンサ３６の間に配設されている。シールド層３０は、例えば鉄や銅、アルミニウム合金などの導電性金属で形成されており、本実施形態では、例えば、金属粉末をゴムや合成樹脂などの基材に分散させてなる塗料によって、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などで形成された柔軟且つ絶縁性の樹脂フィルムである支持体３２の表面に対して、シルクスクリーン印刷などの方法で形成されている。そして、シールド層３０は、支持体３２をリンク２０の表面に貼り付けることにより、リンク２０の外面を覆うように配されている。なお、シールド層３０は、金属の薄板やメッシュで形成しても良いし、金属粉末を基材に分散させた塗料をリンク２０の表面に直接吹き付けるなどして塗膜を形成することで得ることもできる。また、支持体３２の厚さは、柔軟に変形可能とされていれば、特に限定されるものではない。
【００３３】
また、シールド層３０の外側には、弾性クッション層３４が設けられている。弾性クッション層３４は、ゴムや樹脂エラストマなどで形成されており、好適には、連続気泡又は独立気泡の発泡体、或いはそれら連続気泡と独立気泡の混在した発泡体とされている。弾性クッション層３４の形成材料は、特に限定されないが、例えば、半硬質の発泡ウレタンなどが好適に採用され得る。尤も、弾性クッション層３４は、非発泡のゴムや樹脂エラストマで形成されていても良い。
【００３４】
本実施形態の弾性クッション層３４は、リンク２０側となる内面３５が、凹凸のあるリンク２０の外面に対応する形状とされていると共に、リンク２０と反対側となる外面が平面とされている。そして、弾性クッション層３４は、リンク２０の外面に対して直接的に重ね合わされた状態で、接着や機械的な係合、バンドによる締付けなどの手段でリンク２０に取り付けられている。なお、本実施形態では、シールド層３０および支持体３２が弾性クッション層３４とリンク２０の間に配されているが、シールド層３０および支持体３２は何れも柔軟且つ十分に薄肉とされてリンク２０の外面に沿って配されることから、弾性クッション層３４は実質的にリンク２０の外面に対して直接的に重ね合わされている。また、図２では、リンク２０の外面の凹凸が概略的に図示されているが、リンク２０の外面の凹凸は、例えば、アーム１８の制御回路や配線の配設、リンク筐体のデザインやねじ止め構造などによって形成され得る。
【００３５】
さらに、弾性クッション層３４の外側には、第二のセンサ３６が重ね合わされている。第二のセンサ３６は、アーム１８に対する作業者Ａの接触を検出する柔軟な感圧センサであって、本実施形態では静電容量型の面状感圧センサが採用されている。なお、第二のセンサ３６によって作業者Ａを検出可能な第二の検出領域３８は、図１，２に二点鎖線で示すように、第一のセンサ２６の第一の検出領域２８よりもアーム１８に近い位置に設定されている。
【００３６】
本実施形態の第二のセンサ３６は、図３に示すように、誘電体層４０の両面に対して、複数の第一の電極４２を並列的に備える第一の電極シート４４と、複数の第二の電極４６を並列的に備える第二の電極シート４８との各一方を重ね合わせて固着した構造を有している。
【００３７】
誘電体層４０は、ゴムや樹脂エラストマで形成された弾性変形可能なシート状の電気絶縁体であって、好適には、体積変化が殆ど生じない非発泡のゴムで形成されている。なお、誘電体層４０は、後述する第一の電極シート４４および第二の電極シート４８に一体形成され得る。
【００３８】
さらに、誘電体層４０は、弾性クッション層３４に対して所定の硬さを有している。即ち、弾性クッション層３４の硬さが、誘電体層４０の硬さに対して、７５％〜５００％とされている。より好適には、弾性クッション層３４の硬さが、誘電体層４０の硬さに対して１００％以上とされており、弾性クッション層３４が誘電体層４０と同じ硬さ乃至は誘電体層４０よりも硬くされている。なお、弾性クッション層３４と誘電体層４０の硬さは、例えばＪＩＳ  Ｋ６２５３−２に規定された「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−硬さの求め方」に基づいて特定することができる。
【００３９】
更にまた、誘電体層４０の厚さは、弾性クッション層３４の厚さよりも薄くされることが望ましい。なお、本実施形態では、誘電体層４０の厚さが略５ｍｍとされていると共に、弾性クッション層３４の厚さが略２０ｍｍとされているが、各具体的な厚さ寸法は限定されない。前述のように、弾性クッション層３４の硬さを誘電体層４０の硬さに対して７５％〜５００％の範囲内に設定したことで、例えば弾性クッション層３４を誘電体層４０よりも厚くして弾性クッション層３４による緩衝性能を高度に確保しつつ、後述する誘電体層４０によるセンシング性能を良好に得ることが容易となる。
【００４０】
第一の電極シート４４は、電気絶縁性でシート状とされた基体５０に対して、導電性を有する帯状の第一の電極４２の複数が並列的に形成された構造を有している。第一の電極４２は、ゴムなどの弾性材料にカーボンフィラーや金属粉などの導電材料を混合して形成されており、伸縮変形可能とされている。なお、第一の電極４２は、基体５０に対して、スクリーン印刷などによって形成され得る。
【００４１】
第二の電極シート４８は、第一の電極シート４４と同様に、電気絶縁性でシート状とされた基体５０に対して、導電性で伸縮変形可能な帯状の第二の電極４６が並列的に複数形成された構造を有している。第二の電極４６の形成材料や基体５０への形成方法などは、第一の電極４２と同様である。
【００４２】
そして、第一の電極シート４４と第二の電極シート４８が、誘電体層４０に対して厚さ方向の各一方側から重ね合わされて、接着や溶着などの手段によって相互に固着されることにより、第二のセンサ３６が形成されている。かかる誘電体層４０と第一，第二の電極シート４４，４８の重ね合わせ状態において、第一の電極４２の長手方向と第二の電極４６の長手方向が互いに異なる方向とされており、それら第一の電極４２と第二の電極４６が誘電体層４０を介して相互に交差対向している。これにより、第一の電極４２と第二の電極４６の交差対向部分には、対向方向に作用する圧力を静電容量の変化に基づいて検出する圧力検出部５２がそれぞれ形成されている（図２参照）。従って、複数の圧力検出部５２が分散して配置された構造を有する第二のセンサ３６は、面に作用する圧力を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量型の面圧センサとされている。なお、図３では、矩形シート状の第二のセンサ３６が示されているが、第二のセンサ３６の具体的な形状は、リンク２０の形状などに応じて適宜に設定される。また、第一の電極４２と第二の電極４６は、帯状に限定されず、例えばそれぞれ独立した複数のスポット状とされて、各別に対向するように配置されていても良い。
【００４３】
更にまた、第二のセンサ３６の外側には、第三のセンサ５４が重ね合わされている。第三のセンサ５４は、第二のセンサ３６と同様の感圧センサとされており、第二のセンサ３６と実質的に同一の構造を有していることから、図中に同一の符号を付すことにより詳細な説明を省略する。また、第三のセンサ５４によって作業者Ａを検出可能な第三の検出領域５６は、第一のセンサ２６の第一の検出領域２８よりもアーム１８に近い位置に設定されている。なお、第三のセンサ５４の第三の検出領域５６は、第二のセンサ３６の第二の検出領域３８と同じとされて、互いに重なり合う位置に設定されており、本実施形態では第二のセンサ３６と第三のセンサ５４が接触センサであることから、図１，２に二点鎖線で示すように、第二の検出領域３８と第三の検出領域５６が第三のセンサ５４の表面に設定されている。
【００４４】
また、主たるハードウエアのブロック図を図４に示すように、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４には、それぞれ検出回路５８ａ，５８ｂが接続されている。本実施形態の第二のセンサ３６と第三のセンサ５４は、何れも静電容量型センサとされており、静電容量の変化という互いに同じ検出原理に基づいて作業者Ａを検出することから、第二のセンサ３６に接続される検出回路５８ａと第三のセンサ５４に接続される検出回路５８ｂが互いに同一の構造とされている。以下では、検出回路５８ａについて説明し、検出回路５８ｂの具体的な構成については、図中に検出回路５８ａと同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００４５】
検出回路５８ａは、プリント基板５９に各種の集積回路やコネクタなどが実装された構造を有しており、プリント基板５９に実装されたアナログ入力部６０において第二のセンサ３６の第一，第二の電極４２，４６に接続されている。また、検出回路５８ａは、第二のセンサ３６の静電容量の検出信号を対応する電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路６２を備えていると共に、Ｃ−Ｖ変換回路６２と接続されたマイクロコンピュータ６４を備えている。このマイクロコンピュータ６４は、第二のセンサ３６の複数の圧力検出部５２に対して検出用電流を走査的に流して、各圧力検出部５２に作用する圧力をそれぞれ検出させるなど、第二のセンサ３６による圧力の検出を制御する機能を備えている。更に、マイクロコンピュータ６４は、第二のセンサ３６の静電容量の検出信号から変換された電圧信号を、フィルタリングしてノイズを低減した後、デジタル信号に変換する機能を備えている。なお、検出回路５８ａに設けられた電源入力部６６に対して外部の図示しない電源装置が接続されており、電源装置の直流電流が、ＤＣ−ＤＣコンバータ６８によって電圧を調節された状態で、電圧監視部７０を介してマイクロコンピュータ６４に供給される。
【００４６】
なお、第二のセンサ３６に接続される検出回路５８ａのマイクロコンピュータ６４と、第三のセンサ５４に接続される検出回路５８ｂのマイクロコンピュータ６４は、第二のセンサ３６の検出結果と第三のセンサ５４の検出結果を相互に比較参照するなどして、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４が正常に作動しているか否かなどを監視し合うようにしても良い。
【００４７】
そして、検出回路５８ａ，５８ｂの各マイクロコンピュータ６４が生成したデジタル信号は、検出回路５８ａ，５８ｂのデジタル出力部７２，７２から外部へ出力される。検出回路５８ａ，５８ｂから出力されるデジタル信号は、例えば、安全装置７４や報知装置７６などに送信される。この第二，第三のセンサ３６，５４の検出信号から生成されたデジタル信号に基づいて、安全装置７４がアーム１８の減速や停止を実行したり、モニターやスピーカーなどの報知装置７６が例えばアーム１８への接近に対する警告や、停止したアーム１８の再始動に必要な操作手順などを表示したりするようにできる。
【００４８】
図５には、マイクロコンピュータ６４を含むハードウエアで実現される主たる機能のブロック図が示されている。即ち、先ず、ステップ（以下、Ｓ）１において、第二のセンサ３６の各圧力検出部５２へ走査的に給電して、各圧力検出部５２の静電容量を測定する。次に、Ｓ２において、第二のセンサ３６の各圧力検出部５２の静電容量値に基づいて各圧力検出部５２に作用した圧力の値を取得する。また次に、Ｓ３において、取得した作用圧力値を予め入力設定された閾値と比較して、アーム１８に対する作業者Ａの接触の有無を判定する。Ｓ３で人体の接触があったと判定された場合には、Ｓ４において、接触の場所や検出した圧力の大きさなどを考慮して、接触場所に対応したアーム１８の運動速度の抑制信号を出力する。この速度の抑制信号に基づいて、安全装置７４がアーム１８の作動を制御する（例えば、アーム１８を減速又は停止させる）と共に、報知装置７６が必要に応じて危険報知警報の発令などを実行する。
【００４９】
また、図４に示されたハードウエアブロック構成と図５に示された機能ブロック構成とを実現するための具体的なハードウエアの電気素子の回路構造は、同じに設計されている。例えば、図４のアナログ入力部６０やＣ−Ｖ変換回路６２、電圧監視部７０、デジタル出力部７２、入出力部（Ｉ／Ｏ）だけでなく、マイクロコンピュータ６４もＤＩＰやＳＩＰ、ＰＧＡやＳＯＪなど各種形式で同じパッケージのものが採用され得る。なお、マイクロコンピュータ６４としては、外部の記憶素子を利用しても良いが、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの目的とする機能を実現する論理回路を備えたパッケージ品であっても良い。そして、例えばマイクロコンピュータ６４に設定される閾値の設定値だけを必要に応じて異ならせて使用することもできる。
【００５０】
また、図６に示すように、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４は、一つの検出回路７７に接続されていても良い。即ち、検出回路７７は、例えばマイクロコンピュータ６４が第二のセンサ３６用の入出力チャネルと第三のセンサ５４用の入出力チャネルを備えており、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の検出作動の制御や検出信号の処理などを並列的に実行可能とされている。本実施形態では、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４が静電容量の変化に基づいて接触を検出する同一の検出原理を有するセンサとされていることから、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４において一つの検出回路７７の共用が可能とされている。
【００５１】
本実施形態のセンサ装置１０は、感圧センサとしての第二，第三のセンサ３６，５４と、第二，第三のセンサ３６，５４の検出回路５８ａ，５８ｂと、シールド層３０および支持体３２と、弾性クッション層３４とを、含んで構成されており、ロボット１２の支持台１６およびアーム１８に取り付けられている。尤も、第一のセンサ２６のように、センサ装置１０に加えて更なる別のセンサを設けて、作業者Ａの検出精度の向上や検出の多段階化などを図ることもできる。
【００５２】
このような構造とされたセンサ装置１０を備えるロボット１２に対して、図１に示すように、検出対象としての作業者Ａが接近すると、作業者Ａは、先ず第一のセンサ２６によってアーム１８から比較的に遠い位置で検出される。第一のセンサ２６が作業者Ａを検出すると、第一のセンサ２６の検出信号が図示しない検出回路によってデジタル信号に変換されて、安全装置７４や報知装置７６などに送信される。これにより、安全装置７４によってアーム１８の移動速度が低減されると共に、作業者Ａに対して報知装置７６によってアーム１８から離れるように警告する。なお、安全装置７４や報知装置７６は、支持台１６やリンク２０に収容され得る。更に、第一のセンサ２６の図示しない検出回路や第二，第三のセンサ３６，５４の検出回路５８ａ，５８ｂも、支持台１６やリンク２０に収容され得る。
【００５３】
減速後のアーム１８の移動速度は、第一のセンサ２６によって検出された作業者Ａのアーム１８からの距離などに応じて適宜に設定されるが、例えば、２５０ｍｍ／ｓｅｃ以下まで減速させることにより、第二，第三のセンサ３６，５４によって作業者Ａのアーム１８への接触を検知した場合にアーム１８を停止させることで、作業者Ａに作用する力を十分に小さくすることができる。
【００５４】
次に、作業者Ａがアーム１８に対して更に接近して、作業者Ａがアーム１８に接触すると、作業者Ａは、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の両方によって、第一のセンサ２６の第一の検出領域２８の遠位端（前端）よりもアーム１８に近い位置で検出される。そして、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４によって作業者Ａのアーム１８への接触が検出されて、検出回路５８ａ，５８ｂによってデジタル信号に変換された第二，第三のセンサ３６，５４の検出信号が、安全装置７４や報知装置７６などに送信されることにより、例えば、安全装置７４がアーム１８の作動を停止する一方、報知装置７６が作業者Ａに対してアーム１８から離れるように警告すると共に、報知装置７６がアーム１８の再始動に必要な手順などを表示する。
【００５５】
このように、本実施形態におけるセンサ装置１０を備えたロボット１２によれば、遠距離で作業者Ａを検出する第一のセンサ２６と、近距離で作業者Ａを検出する第二のセンサ３６および第三のセンサ５４との３つのセンサを備えている。それ故、それら３つのセンサ２６，３６，５４の各検出結果に基づいて、作業者Ａの接近と接触をより高い信頼性で検出することができる。
【００５６】
しかも、作業者Ａがアーム１８に接触する前に、作業者Ａの接近を第一のセンサ２６で検出することによって、アーム１８が減速されるようにしたことで、作業者Ａのアーム１８への接触が検出された場合には、アーム１８を速やかに停止させることができる。それ故、アーム１８の接触によって作業者Ａに作用する力が十分に小さくなって、接触によって作業者Ａが痛みを感じたり、アーム１８が損傷したりするなどの不具合を回避することができる。
【００５７】
さらに、第一のセンサ２６よりもアーム１８に近い位置において、作業者Ａが第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の両方によって検出されるようになっている。これにより、作業者Ａとアーム１８の接触時に、アーム１８の停止をより優れた信頼性で実行させることができて、作業者Ａとアーム１８の間に作用する力が低減されることで、安全性の向上が図られる。
【００５８】
また、弾性クッション層３４の硬さは、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の各誘電体層４０の硬さに対して７５％〜５００％とされている。これにより、作業者Ａとアーム１８の接触時には、弾性クッション層３４による緩衝性が十分に発揮されると共に、誘電体層４０の弾性変形が有効に生ぜしめられて、静電容量の変化に基づく接触の検出が優れた検出感度で実現される。
【００５９】
特に本実施形態では、弾性クッション層３４の硬さが誘電体層４０の硬さに対して１００％以上とされていることから、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４による作業者Ａの接触の検出が高い検出感度で実現される。加えて、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４が柔軟な構造とされており、誘電体層４０が十分に柔らかくされていることから、弾性クッション層３４による緩衝性も有効に得ることができる。
【００６０】
さらに、弾性クッション層３４のポアソン比が誘電体層４０のポアソン比よりも小さくされていることから、弾性クッション層３４において体積変化を伴う圧縮が誘電体層４０よりも生じ易くされて、例えば、弾性クッション層３４の変形による緩衝性をより有利に得ることができる。特に本実施形態では、弾性クッション層３４が弾性発泡体とされており、弾性クッション層３４の弾性変形時に気泡内の空気の圧縮や流動によって体積変化が生ぜしめられることから、作用力のエネルギーが効率的に低減されて、弾性クッション層３４の変形による緩衝性を大きく得ることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、弾性クッション層３４のアーム１８側のとなる内面３５が、アーム１８の外面に対応する面形状とされて、弾性クッション層３４がアーム１８の外面に対して直接的に重ね合わされて取り付けられており、弾性クッション層３４の外側に第二，第三のセンサ３６，５４が配されている。これにより、アーム１８の外面の凹凸が弾性クッション層３４によって均されて、アーム１８の外面形状に拘らず第二，第三のセンサ３６，５４を固着することができる。
【００６２】
さらに、アーム１８と第二，第三のセンサ３６，５４の間にシールド層３０が設けられていることにより、アーム１８から外部へ放射される電磁波などが第二，第三のセンサ３６，５４による作業者Ａの接触の検出に影響するのを防ぐことができる。これにより、第二，第三のセンサ３６，５４による接触の検出をより精度よく実現することができる。
【００６３】
なお、図７に示すように、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の間に中間クッション層７８を設けても良い。この中間クッション層７８は、例えば第三のセンサ５４とシールド層３０の間に設けられる弾性クッション層３４と同様の弾性材料で形成されており、略平板形状とされている。このような中間クッション層７８を備える構造によれば、作業者Ａがアーム１８に接触する際の緩衝性を更に向上させることができると共に、それぞれ接触センサとされた第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の検出感度を、中間クッション層７８によって調節することができて、例えば、第二のセンサ３６の検出感度を第三のセンサ５４の検出感度よりも低く設定することが容易になる。
【００６４】
また、図８に示すように、第二のセンサ３６への重ね合わせ面が凹凸面形状とされた中間クッション層８０を第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の間に設けることも可能である。この中間クッション層８０は、第二のセンサ３６に向けて突出する複数の凸部８２を備えており、それら複数の凸部８２が第二のセンサ３６の複数の圧力検出部５２とそれぞれ対応する部分に設けられて、第二のセンサ３６の圧力検出部５２に接触している。これによれば、作業者Ａがアーム１８に接触する際に、作業者Ａに作用する力を効果的に低減しながら、第二のセンサ３６の検出部分である各圧力検出部５２には、接触による圧力を凸部８２によって集中的に作用させて、作業者Ａのアーム１８への接触を優れた感度で検出することができる。なお、圧力検出部５２に対応した凸部８２の態様は、接触圧力を圧力検出部５２へ効率的に伝達し得るものであれば良く、例えば、凸部８２と略同じ位置にだけ圧力検出部５２を設ける他、図示のように少なくとも一部が圧力検出部５２上に位置する凸部８２を設けるなどの態様であっても良い。
【００６５】
また、図９には、本発明の第二の実施形態としてのセンサ装置９０を備える自動装置としてのロボット９２の一部が示されている。本実施形態のロボット９２は、アーム１８を構成するリンク２０の外側にセンサ装置９０が装着された構造を有している。以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付すことで説明を省略する。なお、ロボット９２の全体は、第一の実施形態のロボット１２と同様であり、アーム１８を支持する図示しない支持台には、第一の実施形態と同様の図示しない第一のセンサが設けられている。また、図９と後述する図１０では、見易さのために、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の電極や誘電体層を省略して示すが、それら第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の具体的な構造は、第一の実施形態と同様である。
【００６６】
より詳細には、リンク２０の外面には、弾性クッション層３４が固着されている。弾性クッション層３４は、リンク２０側に位置する内面３５がリンク２０の表面の凹凸に対応する面形状とされていると共に、リンク２０と反対側に位置する外面が複数の平面で構成されている。
【００６７】
弾性クッション層３４の外側には、シールド層３０と第二のセンサ３６が配されている。本実施形態のシールド層３０は、第二のセンサ３６の第二の電極シート４８の表面に印刷されており、第二のセンサ３６と弾性クッション層３４の間にシールド層３０が配されている。
【００６８】
さらに、第二のセンサ３６の外側には、第三のセンサ５４が配されており、第三のセンサ５４の外側が表皮９４によって覆われている。表皮９４は、皮革、布、ビニルシートやゴムシートを含むエラストマシートなどの柔軟な材料で形成されており、第三のセンサ５４に対する汚れの付着などを防止する。
【００６９】
このような本実施形態に従う構造のセンサ装置９０を備えたロボット９２においても、第一の実施形態と同様に、アーム１８から離れた遠い位置で検出対象を検出する図示しない第一のセンサと、アーム１８に対する検出対象の接触を検出する第二のセンサ３６および第三のセンサ５４とによって、アーム１８が作業者などの検出対象に衝突するのを防ぐことができる。
【００７０】
また、シールド層３０は、本実施形態に示すように、第二のセンサ３６および第三のセンサ５４よりもリンク２０に近い内側に配されていれば良く、弾性クッション層３４よりも外側に配することもできる。しかも、本実施形態では、シールド層３０が第二のセンサ３６の第二の電極シート４８に固着されていることにより、シールド層３０を支持するための支持体が不要とされて、構造の簡略化や部品点数の削減が図られる。
【００７１】
なお、図９では、弾性クッション層３４の外面を複数の平面からなる略矩形箱状とした例を示しているが、これは理解を容易にするために簡略化したものであって、弾性クッション層３４の外面の形状としては、リンク２０の表面に比して第二，第三のセンサ３６，５４およびシールド層３０を設け易い任意の面形状が好適に採用される。更に、例えば弾性クッション層３４の外面形状を、特定の意匠の少なくとも一部をなすように設定することもできる。更にまた、弾性クッション層３４で覆われるリンク２０の表面形状は、特に限定されない。
【００７２】
また、図１０に示すように、アーム１８のリンク２０を覆うように支持カバー９６が配設されて、シールド層３０と弾性クッション層３４と第二，第三のセンサ３６，５４と表皮９４とが、支持カバー９６の表面に取り付けられた構造も採用され得る。本実施形態の支持カバー９６は、中空箱状とされており、リンク２０が内部空間に収容されることでリンク２０の外側を囲むように配されている。このように、リンク２０の表面が支持カバー９６で覆われていることにより、リンク２０の表面の凹凸に拘らず、シールド層３０と弾性クッション層３４と第二，第三のセンサ３６，５４と表皮９４が、リンク２０の外側に容易に設けられる。
【００７３】
さらに、図１０では、支持カバー９６とリンク２０の間に形成された収容空間９８は、第二，第三のセンサ３６，５４の検出回路７７などが収容可能とされている。なお、図１０では、検出回路７７が支持カバー９６に固定された状態で収容空間９８に配された構造を例示したが、例えば、収容空間９８に配される検出回路７７などは、リンク２０に固定されていても良い。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、弾性クッション層３４の硬さは、誘電体層４０の硬さに対して７５％〜５００％とされていれば良く、例えば誘電体層４０が弾性クッション層３４よりも硬い構造も採用され得る。
【００７５】
また、弾性クッション層３４と誘電体層４０は、両方が発泡体であっても良いし、両方が非発泡体であっても良い。更に、弾性クッション層３４と誘電体層４０は、互いに異なる材質で形成することも可能であり、弾性クッション層３４と誘電体層４０の硬さやポアソン比などを材質の違いによって調節することもできる。
【００７６】
また、前記実施形態では、感圧センサとして、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の二つを備えた構造について説明したが、感圧センサは、一つだけであっても良いし、三つ以上であっても良い。更に、複数の感圧センサを設ける場合には、各感圧センサの誘電体層の硬さや大きさ、形状などは、必ずしも互いに同じである必要はない。このように互いに異なる誘電体層を備えた複数の感圧センサを採用する場合には、弾性クッション層３４の硬さが、何れの感圧センサの誘電体層の硬さに対しても、７５％〜５００％となるように設定される。尤も、接触による圧力を検出する追加のセンサを、本発明の感圧センサとは別に設けることも可能であり、このような追加のセンサについては、誘電体層の硬さは弾性クッション層の硬さに対して制限されるものではなく、検出原理も静電容量型に限定されない。
【００７７】
また、第一のセンサ２６は、前記実施形態のようにアーム１８などの移動部を外れた支持台１６に設けられて、固定的に設定されたエリアに対する作業者Ａの侵入を検出するものの他、移動部に設けられて、移動部の移動に伴って変化するように設定されたエリアに対する作業者Ａの侵入を検出するものも採用され得る。
【００７８】
さらに、例えば、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４が何れも接触センサとされていると共に、第一のセンサ２６がアーム１８から近い位置で作業者Ａの接近を検出する静電容量型センサなどの近接センサとされた構造も採用できる。なお、第一のセンサ２６は、本発明において必須ではない。
【００７９】
前記実施形態では、第一〜第三のセンサ２６，３６，５４によって検出する検出対象として作業者Ａを例示したが、検出対象は人に限定されず、物であっても良い。
【００８０】
また、本発明に係るセンサ装置が装着される自動装置は、前記実施形態に示した産業用ロボットに限定されず、例えば、医療用乃至は介護用のロボットや無人搬送車（ＡＧＶ）などにも適用され得る。なお、前記実施形態では、自動装置の一部が移動部とされる構造を例示したが、例えば自動装置がＡＧＶである場合には、自動装置の全体が移動部とされる。
【符号の説明】
【００８１】
１０，９０：センサ装置、１２，９２：ロボット（自動装置）、１８：アーム（移動部）、３４：弾性クッション層、３６：第二のセンサ（感圧センサ）、４０：誘電体層、４２：第一の電極、４６：第二の電極、５４：第三のセンサ（感圧センサ）、９６：支持カバー、９８：収容空間
【図１】
2018155711.tif 000003
【図２】
2018155711.tif 000004
【図３】
2018155711.tif 000005
【図４】
2018155711.tif 000006
【図５】
2018155711.tif 000007
【図６】
2018155711.tif 000008
【図７】
2018155711.tif 000009
【図８】
2018155711.tif 000010
【図９】
2018155711.tif 000011
【図１０】
2018155711.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月1日(2017.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施形態としてのセンサ装置を備えたロボットを示す側面図。
【図２】図１に示すロボットのアームの一部を概略的に示す断面図。
【図３】図２に示す第二のセンサを分解状態で概略的に示す斜視図。
【図４】図２に示す第二，第三のセンサおよびそれらの検出回路を含むハードウエアのブロック図。
【図５】図４に示すハードウエアで実現される主たる機能のブロック図。
【図６】図２に示す第二，第三のセンサおよびそれらの検出回路を含む別態様のハードウエアのブロック図。
【図７】本発明の別の一実施形態としてのアームの一部を概略的に示す断面図。
【図８】本発明のまた別の一実施形態としてのアームの一部を概略的に示す断面図。
【図９】本発明の第二の実施形態としてのセンサ装置を備えたロボットを構成するアームの一部を概略的に示す断面図。
【図１０】本発明の更に別の一実施形態としてのアームの一部を概略的に示す断面図。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図５には、マイクロコンピュータ６４を含むハードウエアで実現される主たる機能のブロック図が示されている。即ち、先ず、ステップ（以下、Ｓ）１において、第二，第三のセンサ３６，５４の各圧力検出部５２へ走査的に給電して、各圧力検出部５２の静電容量を測定する。次に、Ｓ２において、第二，第三のセンサ３６，５４の各圧力検出部５２の静電容量値に基づいて各圧力検出部５２に作用した圧力の値を取得する。また次に、Ｓ３において、取得した作用圧力値を予め入力設定された閾値と比較して、アーム１８に対する作業者Ａの接触の有無を判定する。Ｓ３で人体の接触があったと判定された場合には、Ｓ４において、接触の場所や検出した圧力の大きさなどを考慮して、接触場所に対応したアーム１８の運動速度の抑制信号を出力する。この速度の抑制信号に基づいて、安全装置７４がアーム１８の作動を制御する（例えば、アーム１８を減速又は停止させる）と共に、報知装置７６が必要に応じて危険報知警報の発令などを実行する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
なお、図７に示すように、第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の間に中間クッション層７８を設けても良い。この中間クッション層７８は、例えば第二のセンサ３６とシールド層３０の間に設けられる弾性クッション層３４と同様の弾性材料で形成されており、略平板形状とされている。このような中間クッション層７８を備える構造によれば、作業者Ａがアーム１８に接触する際の緩衝性を更に向上させることができると共に、それぞれ接触センサとされた第二のセンサ３６と第三のセンサ５４の検出感度を、中間クッション層７８によって調節することができて、例えば、第二のセンサ３６の検出感度を第三のセンサ５４の検出感度よりも低く設定することが容易になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2018155711.tif 000013
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2018155711.tif 000014
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2018155711.tif 000015