(57)【要約】【課題】一媒体だけの測定値に依存しない領域検知装置により、安全装置等として機能する為に必要な領域検知の信頼性を確保し、さらに、測定値の信頼度を向上させる。【解決手段】物体Ａに無指向性アンテナ６を装備した定格出力発信機７を設け、また物体Ｂに領域検知手段８を設ける。領域検知手段８においては、例えば指向性アンテナ９と無指向性アンテナ１０等の、指向性の異なるアンテナによって検知する領域を多重化し、図示するような多重検知領域１１を形成する。また、無線通信手段において、周波数３００ＭＨｚ台の電磁波で通信するとともに、電波強度を測定し、強度が所望する特定の距離に対応する値に達するかどうかで領域を検知する。別途設けられる信頼性検証手段では、周波数１２０ｋＨｚによって起動手段が反応した際に、周波数３００ＭＨｚ台の電磁波を測定し、起動手段が反応した距離での強度と合致するか確認する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信手段と、
定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、
前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理的手段で限定する反応制限手段と、
前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段とを備え、
特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知するようにしたことを特徴とする領域検知装置。
【請求項２】
前記起動手段を起動する、定格で通信波を出力する定格出力発信機を別体に設けたことを特徴とする請求項１記載の領域検知装置。
【請求項３】
無線通信手段を具備し、
少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う領域検知手段を複数備え、
各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする領域検知装置。
【請求項４】
無線通信手段と、
定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、
前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理構成で限定する反応制限手段と、
前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段と、
少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う複数の領域検知手段とを備え、
特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知し、
且つ各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする領域検知装置。
【請求項５】
直進性或いは回折性が異なる異質な指向性で通信する冗長な通信手段を備えることにより、領域検知や通信の確実性を高める多重通信手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項６】
電磁結合方式、電磁誘導方式、または電磁電波方式の異なる伝送方式で通信する手段を備え、各通信の状態に応じて処理することを特徴とする請求項５記載の領域検知装置。
【請求項７】
ＲＦＩＤを用いた認識手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項８】
前記無線通信手段における無線通信の成立要件を、請求項３記載の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項９】
前記無線通信手段に指向性のアンテナを備え、
前記アンテナによる受信により、反応する領域を特定する手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１０】
前記無線通信手段には、ほぼ真円、或は真球の指向性を持つ、無指向性のアンテナを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１１】
前記領域検知装置を人が装着、或は、携帯することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１２】
検出した距離或いは位置に基づき安全性を確保する手段を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１３】
前記領域検知装置を危険源に装備することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１４】
領域検知或いは無線通信の信頼度を、請求項３記載の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする請求項３〜１３のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の信頼度またはＲＦＩＤによる識別認証、或はノイズ監視に基づく通信障害の検知機能を有し、障害の検知に基づき警報発信などの処理を行う手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載の領域検知装置。
【請求項１６】
前記領域検知手段が反応した、或は無反応の装置の総数または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１７】
請求項２記載の起動信号を送信する装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする請求項１６記載の領域検知装置。
【請求項１８】
自身で異常を検知する故障診断機能を有し、診断結果を基に処理する手段を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項１９】
無線通信の経過を記録する手段を備え、該記録から通信の異常を検知して処理する手段を備えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
イネーブル装置の機能を具備する、或はイネーブル装置と連動して動作することを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項２１】
インターロックガードの装置と連動して動作することを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項２２】
リミットスイッチ或いはメカニカルストッパの動作制限装置と連動して動作することを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載の領域検知装置、或は、特定の距離、または範囲、或いは一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、または平面上、或は立体上に規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の領域検知装置。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれかに記載の領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する領域検知装置を、直線上、または平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２３または２４記載の配置を、自動で算出する手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２３または２４記載の配置が備える信頼性，或いは，安全性を算出する手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項１４記載の信頼度、或は請求項１〜２４のいずれかに記載の領域検知装置における通信障害の監視に基づく通信障害の検知機能を有し、警報発信などの処理をする手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項１〜２４のいずれかに記載の領域検知装置に通信経過を記録する手段を有し、該通信記録を基に警報を含む処理をする手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項２９】
前記領域検知手段が反応した、或は無反応の請求項１〜２４のいずれかに記載の領域検知装置の総数、または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２記載の起動信号を発信した装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線を用いて領域を検知する領域検知装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
ロボット技術の進歩に伴い、人間と協調するサービスロボットの導入が期待されている。工場では産業用ロボットが作業者と空間を共有して稼動し始めており、そこで培われた経験と技術がサービスロボットの導入に反映されることが望ましい。
【０００３】
作業者と産業用ロボットが活動空間を共有する空間共有型の工場では、ＪＩＳ規格などが定める保護方策に従い安全が確保されることとなっている。この規格では、作業者の位置検知技術が現状で未熟であるため、作業者とロボットの活動空間を分離する安全防護を主に堆奨して規定している。
【０００４】
上記のような産業用ロボットにおける安全防護策は、（１）物理的な柵を用いる方法と、（２）物理的な柵を用いない疑似的な柵を用いた方法、とに大別できる。通常、作業者とロボットが作業空間を共有しない場合は前者の方法が用いられ、空間を共有する場合は後者の方法が用いられる。
【０００５】
前者の例として、産業用マニピュレータが挙げられる。産業用マニピュレータでは、生産性を最大限に得るために、本質的安全設計による速度や稼動範囲などの制限を可能な限り避け、安全防護物を用いて作業空間を隔離する。通常は物理的な柵が用いられるが、作業空間を隔離できない場合や共有する必要がある場合は、後述の擬似的な柵も併用し、作業空間を時分割で隔離する。すなわち、時分割で共存する。
【０００６】
後者の例としては、移動ロボットが挙げられる。移動ロボットは工場空間内を移動するため、物理的な柵を設けることが困難である。そこで、移動ロボットからの一定範囲を検知器で監視し、監視範囲内に作業員が存在する場合にロボットを停止させる擬以的な柵を設置して防護する。擬似的な柵での防護は物理的な柵の防護に比べ安全性が低い。そのため、本質的安全設計の一環で移動速度などの機能をある程度に制限しておく必要がある。
【０００７】
ロボットの機能制限を緩和するには、擬以的な柵の信頼性を物理的な柵の信頼性と同等、あるいは、それ以上に向上させることが前提となる。しかし、ロボットに装備する検知器のみの保護方策では、検知器の故障が被害に直結する危険性が高く、充分な安全性の確保は困難である。
【０００８】
擬似的な柵の信頼性の向上、つまり機能制限を緩和するためには、ロボットの装備する検知器だけでなく、作業者の携帯する検知器や、環境に設置された検知器などが連携する多重系によって擬似的な柵の安全性を補填することが望ましい。
【０００９】
多重系を構築する保護装置としては、環境に設置したカメラでの侵入検知や、作業者と移動ロボット間における通信による侵入検知装置などがある。これらには各々に欠点があり、互いに欠点を補完しあうのが望ましい。
【００１０】
そこで、これらの保護装置を統合する基盤として、無線センサネットワーク技術を活用することが考えられている。無線センサネットワーク（WSN：Wireless Sensor Network)は、無線通信技術を活用するセンサネットワークの総称である。無線センサネットワークは、ネットワーク横成の動的な変化を許容するセンサネットワークの構築を一つの目標とし、ノード単体の独立性、稼動性、汎用性に重点を置いている。
【００１１】
保護装置として無線センサネットワークを利用する例を図５に示す。危険源を中心に安全防護領域を設定し、作業者の侵入を検知する。環境に設置したノードと通信することで、検知情報を監視システムへも通知できる。無線センサネットワークを構成する利点として、下記が期待できる。
・自律分散系の構築が容易
・通信距離を利用した擬似的な柵の設置が容易
・ネットワーク内での情報共有が可能
一方、保護装置として機能するには
・領域検知機能
・故障検出機能  
が求められる。領域検知機能は図５に示す安全防護領域の確保に必要である。故障検出機能は、ノード自身の故障が信頼性を損なうことから不可欠である。
【００１２】
なお、電磁波などを用いた無線の距離計測によって領域を検知する方法が特開平９?５００２２６などで提案されており、安全装置への利用も特開２００２?２９３４９８、特開平９?６２９６８、特開平１０?２３７９０６などで提案されている。
【特許文献１】特開平９?５００２２６号公報
【特許文献２】特開２００２?２９３４９８号公報
【特許文献３】特開平９?６２９６８号公報
【特許文献４】特開平１０?２３７９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記のような無線により領域を検出する方法においては、電磁波の電波強度のみを基に測定する方法など、単一の測定方法だけでは充分な信頼性を得ることが難しい。例えば、電磁波の利用ではマルチパスなどの影響により、測定値に大きな誤差が生じるだけでなく、時には通信そのものが確立しない。音波や光を用いた測量にもそれぞれに難点がある。そのため、単一媒体による無線の距離計測は高度の信頼性を要する安全装置などへの利用には問題がある。
【００１４】
上述の問題に対して、例えば、電磁波での測量では、ダイバシティアンテナなどのマルチアンテナや大型アンテナの利用、或は、多地点での計測などにより、距離測定の精度を向上させる方法などがある。しかし、それでは形態が肥大し、人が携帯する場合には特に不向きとなる。また、マルチパスの影響は本質として残る。
【００１５】
本発明は、かかる技術的背景のもとに提案されたものであり、一媒体だけの測定値に依存しない領域検知装置とその装置の利用方法により、安全装置等として機能する為に必要な領域検知の信頼性を確保し、さらに、測定値の信頼度を向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記課題を解決するため、無線における電波強度や電磁誘導など、より簡便に利用できる異質の通信手段を併用し、各通信状態を参照、比較などの検証に活用することで外乱対策や精度向上がなされる通信機能を有する領域検知装置を用い、その装置を特定の距離や範囲のみにて通信が成立するように限定する。それらの特性を活用して装置間の領域や距離などを特定し、更に装置の配置や位置関係を規定することで、より詳細な領域を算出することができるようにする。
【００１７】
本発明の領域検知装置は、より具体的には次のような手法を採用する。即ち本発明の領域検知装置は前記課題を解決するため、無線通信手段と、定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理的手段で限定する反応制限手段と、前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段とを備え、特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の他の領域検知装置は、前記領域検知装置において、前記起動手段を起動する、定格で通信波を出力する定格出力発信機を別体に設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の他の領域検知装置は、無線通信手段を具備し、少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う領域検知手段を複数備え、各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の他の領域検知装置は、無線通信手段と、定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理構成で限定する反応制限手段と、前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段と、少なくとも距離測定に基づく領域検知を含め、単体で異種の領域検知を行う複数の領域検知手段とを備え、特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知し、且つ各検知結果を参照、比較、或は補償に用い、領域検知の信頼性を単体で得る信頼性検証手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の他の領域検知装置は、前記領域検知装置において、直進性或いは回折性が異なる異質な指向性で通信する冗長な通信手段を備えることにより、領域検知や通信の確実性を高める多重通信手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、電磁結合方式、電磁誘導方式、または電磁電波方式の異なる伝送方式で通信する手段を備え、各通信の状態に応じて処理することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、ＲＦＩＤを用いた認識手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記無線通信手段における無線通信の成立要件を、前記の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記無線通信手段に指向性のアンテナを備え、前記アンテナによる受信により、反応する領域を特定する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記無線通信手段には、ほぼ真円、或は真球の指向性を持つ、無指向性のアンテナを備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知装置を人が装着、或は、携帯することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、検出した距離或いは位置に基づき安全性を確保する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知装置を危険源に装備することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、領域検知或いは無線通信の信頼度を、請求項３記載の各検知結果に基づき定める手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記信頼度またはＲＦＩＤによる識別認証、或はノイズ監視に基づく通信障害の検知機能を有し、障害の検知に基づき警報発信などの処理を行う手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知手段が反応した、或は無反応の装置の総数または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、請求項２記載の起動信号を送信する装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする請求項１６記載の領域検知装置。
また、前記領域検知装置において、自身で異常を検知する故障診断機能を有し、診断結果を基に処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、無線通信の経過を記録する手段を備え、該記録から通信の異常を検知して処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、イネーブル装置の機能を具備する、或はイネーブル装置と連動して動作することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、インターロックガードの装置と連動して動作することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、リミットスイッチ或いはメカニカルストッパの動作制限装置と連動して動作することを特徴とする。
また、前記領域検知装置において、前記領域検知装置、或は、特定の距離、または範囲、或いは一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、または平面上、或は立体上に規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする。
また、前記領域検知装置を用いた装置において、前記領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する領域検知装置を、直線上、または平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記配置を自動で算出する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記配置が備える信頼性或いは安全性を算出する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記の信頼度、或は前記の領域検知装置における通信障害の監視に基づく通信障害の検知機能を有し、警報発信などの処理をする手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記領域検知装置に通信経過を記録する手段を有し、該通信記録を基に警報を含む処理をする手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記領域検知手段が反応した、或は無反応の前記装置の総数、または位置或いは状態に応じて処理する手段を備えることを特徴とする。
また、前記装置において、前記の起動信号を発信した装置までの距離或いは位置を測定する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は上記のように構成したので、下記のような種々の効果を奏することができる。
１．電波強度などの単一の測定手段だけでなく、電磁誘導などの異質の媒体と併用して測定することで装置単体の信頼性が向上する。
２．無線通信の経過を記録し参照することで信頼性が向上する。
３．無線機本体に故障診断機能をそなえることで信頼性が向上する。
４．無線機の配置を規定することで距離が測定され、測定値の信頼度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、一媒体だけの測定値に依存しない領域検知装置とその装置の利用方法により、安全装置などの一端として機能する為に必要な領域検知の信頼性を確保し、さらに、測定値の信頼度を向上させる、という課題を、無線通信手段と、定格で出力された通信波から起電力を得て動作する起動手段と、前記起動手段が反応し動作する状態或いは領域の条件を、予め物理的手段で限定する反応制限手段と、前記反応制限手段とは別に反応動作を調整する反応調整手段とを備え、特定の地点、距離、範囲、或は一定距離への近接で反応させることにより、受動で特定領域を検知することによって実現する。  
【実施例１】
【００２４】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１は本発明の基本構成を示し、同図において領域検知手段１において、起動信号を送信する発信機からの、例えば周波数１２０ｋＨｚ台の電磁波を無線通信手段２で受信する。このときの発信器からの送信出力は、例えば３ｍの距離で電界強度４００μＶ／ｍを定格とし、電圧低下などで定格出力できない場合は出力を止め、ブザーなどで警告する。
【００２５】
起動信号を受信する受信機において、起動手段３では、例えばコイルアンテナを用いて受信波から誘導起電力を得て起動する。また反応制限手段４は、例えば指向性アンテナや遮蔽板を備え、或いは起電力を得る回路に可変抵抗などを加えることにより、発信機からの起動信号を受信する距離や方向を物理構造にて明確に制限することができるようにする。反応調整手段５は所望の仕様を満たすように、反応制限手段４の抵抗値や起動手段の反応条件を微調整する。
【００２６】
上記のような本発明の領域検知手段を多重領域検知に用いるときには、例えば図２に示すようにして実施することができる。即ち、物体Ａに無指向性アンテナ６を装備した定格出力発信機７を設け、また物体Ｂに領域検知手段８を設ける。領域検知手段８においては、例えば図示するような指向性アンテナ９と無指向性アンテナ１０等の、指向性の異なるアンテナによって検知する領域を多重化し、図示するような多重検知領域１１を形成する。
【００２７】
また、無線通信手段において、周波数３００ＭＨｚ台の電磁波で通信するとともに、電波強度を測定し、強度が所望する特定の距離に対応する値に達するかどうかで領域を検知する。別途設けられる信頼性検証手段では、周波数１２０ｋＨｚによって起動手段が反応した際に、周波数３００ＭＨｚ台の電磁波を測定し、起動手段が反応した距離での強度と合致するか確認する。
【００２８】
上記のような領域検知手法を安全防護のために用いた利用例を図３に示す。同図の例においては、例えば発信機を作業者Ａに、受信機をロボットなどの危険源Ｂへ装備する。次に、上述の設定に加え、起動手段が発信機との距離２ｍで反応するように反応制限手段や反応調節手段を設定する。このとき、搬送波の変調や起動信号の符号化などでノイズ対策を行うことが好ましい。
【００２９】
この状態で受信機が反応した場合はロボットを停止させるなどの作動を行わせる。また、無線通信手段においては電波強度を測定し、発信機と受信機との間隔が３ｍでの強度にまで達した場合は、受信機は警告情報を発信機に発信する。更に、間隔が２ｍでの強度にまで達した場合はロボトを停止させるなどの作動を行う。前記信頼性検証手段では、周波数３００ＭＨｚ台の電磁波の電波強度が２ｍでの値にまだ達しているにも拘らず起動手段が反応していない場合は、誤作動や不作動の故障として注意喚起する。
【００３０】
本発明による領域測定手法を用いて配置測定等に利用する例を図４に示す。同図における配置測定では、例えば発信機を測定対象Ａに、領域検知手段をロボットや壁などに２０ｃｍ間隔で直線上に配置する。発信機からの起動信号で反応した装置の総数から、発信機までの距離をヘロンの公式を用いて算定する。更に、反応している本発明装置の位置から、発信機の領域や位置を特定する。また、両脇の受信機が反応しているにも拘らず、反応していない受信機があれば、不作動として警告表示などを行う。
【００３１】
本発明は前記のような実施例のほか種々の態様で実施することができ、例えば無線通信手段で通信を行い、起動信号を発生させる手段としては電磁波のほか音波でも実施可能であり、また信頼性検証手段では、通信手段で直進性や回折性などが異なる異質な指向性で通信する冗長な通信手段を備えることにより、領域検知の信頼性を単体で得る。また心信頼性検証手段では、領域検知結果を参照、比較、或いは補償などに活用することにより、領域検知の信頼性を単体で得るようにもできる。
【００３２】
また通信手段では、電磁結合方式、電磁誘導方式、電磁電波方式などの異なる伝送方式で通信する手段を備え、各通信の状態に応じて種々の処理を行うようにしても良い。また、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）を用いた認識手段を備えてもよく、この認識手段やノイズ監視などに基づく通信障害の検知機能を有し、障害の検知に基づき警報発信などの処理をする手段を備えても良い。また、電源電圧の監視など、自身で異常を検知する故障診断機能を有し、診断結果を基に処理する手段を備えるように構成しても良い。
【００３３】
更に、無線通信の経過を記録する手段を設け、記録から通信の異常を検知して警報を発信するなど、通信記録を基に処理する手段を備えるようにしても良く、また、イネーブル装置の機能を具備し、或はイネーブル装置と連動して動作するようにしても良い。また、インターロックガードの装置と連動して動作させてもよく、また、リミットスイッチやメカニカルストッパなどの動作制限装置と連動して動作させても良い。
【００３４】
また、前記領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えても良い。更に前記領域検知装置、或は特定の距離や範囲や一定距離への近接だけで反応する手段を備えることで領域検知する装置を、直線上、平面上、或は立体上などに等間隔などの規則性を伴った位置関係で配備し、その配置を基に距離測定する手段を備えても良い。また前記の配置を自動で算出する手段を備えるようにしても良い。また、前記の配置が備える信頼性や安全性を算出する手段を備えることもできる。
【００３５】
更に、前記の信頼度、或は前記の装置における通信障害の監視などに基づく通信障害の検知機能を有し、警報発信などの処理を行う手段を備えるようにしても良く、前記の装置における通信経過を記録する手段を有し、記録から通信の異常を検知して警報を発信するなど、通信記録を基に処理する手段を備えるようにしても良い。また、領域検知手段が反応した、或は、無反応の前記装置の総数や位置や状態に応じて処理する手段を備えるようにしても良い。また、前記起動信号を発信した装置までの距離や位置を測定する手段を備えるようにしても良い。
【００３６】
前記のような本発明についてのより具体的な実施例を以下に示す。なお、本発明は下記のような実験による実施例に限らず、種々の態様で実施することができるのは当然である。本発明に至るまで種々の実験を行ったが、最初に無線センサネットワークとして用いる空間機態モジュール（UFAM：Ubiquitous Functions Activation Module）を開発した。この空間機能モジュールは機能を最小限に抑制することで省電力を実現しており、その仕様を表１に示す。空間機能モジュールでは、ユーザインターフェイスとして、スイッチを一つ装備する。
【００３７】
また、モジュールの状態を提示するＬＥＤを装備する。制御ＣＰＵにはＰＩＣ（プログラマブルＩＣ）を用いており、動作処理の変更が可能とした。また、通信のために省電力かつ送受信機能を有するＩＣを別に装備する。アンテナにはへリカルアンテナを採用し、アンテナの伸びる方向に対して垂直平面はほぼ円形の指向性を持つ。通信間隔はソフトウェアによって可変であり、通信間隔を広げることで消費電力を抑制し、動作時間を延長できる。通信プロトコルでは、通信に対する外乱対策として符号化通信を行い、データの整合性をとる。これにより、通信データの信頼性を確保した。
【００３８】
上記の空間機能モジュールを保護装置として利用するためには、一定距離を安全防護領域とする擬似的な柵を設けるための距離計測機能が不可欠となる。空間機能モジュールの有用性を調査するために、距離計測に関する先行実験を行った。実験環境の主な特徴を下記に示す。
・７．５×９．０×３（ｍ）の実験室
・壁は金属製
・他の計測装置が稼動                        
【００３９】
空間機能モジュールには、距離計測機能は付加されていないため、通信の確立する範囲について調査を行った。なお実験では、ＵＦＭを送信機と受信機に分け、受信機は部屋の壁の近くに設置し、送信機の位置を変化させた。上記実験の結果、送信機と受信機の間の通信は実験室のほとんどの場所において確立した。
【００４０】
上記のような保護装置としての空間機能モジュールについて検討すると、空間機能モジュールの広範囲な通信は、作業者の存在をロボットに伝達するうえで利点である。しかしながら、空間機能モジュールは要求する距離計測の機能を充分には満たしていないため、ロボットとの相対的な位置関係を特定することができない。また、マルチパスフェ?ジングにより、通信が確立しない場合がある。このような不安定な通信は、保護装置としての信頼性の低下につながる。以上の点で、空間機能モジュールの機能は保護装置として改良の余地はある。
【００４１】
上記の実験結果をふまえて本発明者等は、前記のような空間機能モジュールの利点を損なわずに安全防護の機能を追加した安全機能モジテール（ＳＦＡＭ：Safety Functions Activation Module）を新たに開発した。その安全機能モジュールでは前記空間機能モジュールの機能に対して、電波強度測定機能と電源電圧測定機能が追加された。さらに、新たな通信手段として、１２５ｋＨｚによる通信機能が付加された。１２５ｋＨｚによる通信は、電磁誘導によって行われる。そのため、安全機能モジュールは送信機と受信機に分けられ、受信機は送信機からの誘導起電力を受け、一定電圧以上になると回路が動作するようにしている。
【００４２】
この１２５ｋＨｚの通信では、データ通信は行われない。送信機のアンテナは三次元ダイバーシティアンテナを利用することで無指向性にし、送信機を中心とした半径一定の球内で反応する。１２５ｋＨｚの電波は波長が長く、マルチパスによる位相変化の影響をほとんど受けないため一定の反応範囲が補償される。送信機では受信機に電力を供給するため、受信機に比べて多くの電力を消費する。１２５ｋＨｚを用いた通信では送信機と受信機に役割が分けられるが、３０３．２ＭＨｚを用いた通信では双方向のデータ通信が可能である。          
【００４３】
上記のような安全機能モジュールの利用により、下記の問題に対応可能である。
・領域検知
・電源電圧低下による不具合の防止
【００４４】
電波を用いた距離計測手法の一つとして、電波強度を用いた手法が以前より提案されている。電波強度は無線通信時に得られる情報であるために、測定は容易である。安全機能モジュールではこの利点を考慮に入れ、電波強度測定機能を追加した。しかし、屋内環境における電波強度による距離データは、マルチパスの影響を受けるため、対策が必要である。
【００４５】
安全機能モジュールでは上述の電波強度を用いた領域検知とは別に、電磁誘導を用いた領域検知を行う。新たに追加した１２５ｋＨｚの反応領域を用い、安全機能モジュールの送信機を中心とした半径一定の球内で受信機が反応する。受信機はないため一定の反応範囲が補償される。送信機では受信機に電力を供給するため、受信機に比べて多くの電力を消費する。１２５ｋＨｚを用いた通信では送信機と受信機に役割が分けられるが、３０３．２ＭＨｚを用いた通信では双方向のデータ通信が可能である。          
【００４６】
新たに追加した１２５ｋＨｚの反応領域を用い、安全機能モジュールの送信機を中心とした半径一定の球内で受信機が反応する。受信機は起電力が閾値を超えると回路が動作するため、ＯＮかＯＦＦかの無線スイッチとして機能する。さらに送信機を複数用いることにより、受信機の位置を特定することも可能である。電波強度と、電磁誘導の両方を活用することにより、信頼性向上が期待できる。安全機能モジュールの電源電圧の低下は、通信を不安定にするため、信頼性が低下する。そこで、故障検出機能として電源電圧測定機能を追加した。機能の詳細は後述する。
【００４７】
次に、安全機能モジュールを用いた安全防護手法について述べる。安全機能モジュールでは、１２５ｋＨｚの通信が半径２ｍの範囲で、３０３．２ＭＨｚの通信が１０ｍ以上の範囲において確立する仕様である。この二つの反応範囲を用いた安全防護領域の設定例を図６に示す。ロボットを危険源とし、ロボットに装備した安全機能モジュールを中心に下記の安全防護領域を設ける。      
領域A：両方の周波数で通信が確立しない
領域B：３０３．２ＭＨｚの通信のみ確立する
領域C：両方の周波数で通信が確立する。
上記領域Aは安全防護領域外である。領域Bは安全防護領域外であるが、安全防護領域に近い領域である。また領域Cは安全防護領域である。この防護手法は、これらの各領域ごとの危険度に応じて、防護内容を変更することを特徴としている。
【００４８】
安全機能モジュールは単体で送受信可能であり、図６の領域はロボットだけでなく、作業者にも適用できる。次に、安全機能モジュールの用途から、送信機と受信機に分けて検討した。
【００４９】
送信機は、１２５ｋＨｚと３０３．２ＭＨｚの双方の周波数で通信する。受信機は送信機からのデータを受信することで、送信機の領域を判断する。送信機と受信機間の通信の流れを図７に示す。受信機は領域情報を送信機と共有するために、受信確認メッセージを送信する。よって、送信機と受信機の双方でそれぞれに安全防護対策を立てることができる。送信機と受信機の関係は図７の一通りだけでなく作業者やロボットの数で変化する。そこで下記の四条件について検討した。なお、下記の条件分けでは、前者は送信機の、後者は受信機の数である。
Casel：一対一
Case2：一対多
Case3：多対一
Case4：多対多
【００５０】
さらに、作業者が送信機を携帯する場合とロボットが送信機を装備する場合でも条件が異なる。数的関係と送信機の所有者による条件分けを図８の表に示す。問題なく図７の関係が成り立つ場合は○、図７の関係が完全には成り立たないものの、制御方策により安全防護上ある程度は許容できる場合は△、図７の関係が完全に成り立たず、さらに安全防護上で問題のある場合は×で示している。
【００５１】
上記のようなシステムにおいて、作業者が送信機を携帯し、受信機をロボットが装備する場合を考えると、数的関係がCase1の場合は、図７の通信関係が成り立つ。しかし、それ以外の場合では、１２５ｋＨｚの通信は確立するものの、３０３．２ＭＨｚの通信が衝突する可能性がある。そのため、図７の関係は常に成立しない。しかし、ロボットに対する領域Cへの侵入情報は伝達されるため、ロボットを停止させることが可能となる。双方向通信は成り立たないものの、ロボットを停止できるため表１では、△である。
【００５２】
データ送信を作業者から行う場合、安全機能モジュールの消費電力が増大し、稼働時間の減少につながる。その結果、作業効率も低下する恐れがある。作業者が送信機を持つ場合は消費電力への対策は不可欠である。
【００５３】
ロボットが送信機を装備し、作業者が受信機を携帯する場合においては、作業者とロボットが一対一の関係であれば、通信が衝突することなく、図７の関係が容易に成り立つ。しかし、それ以外の場合、双方向での領域認識が困難になる。その結果、送信機を装備するロボットにおいて、作業者の領域情報を取得できず、停止することができない。よって、作業者に対する安全性が低下する。
【００５４】
安全性を確保するためには、通信の衝突を回避する必要がある。そのために、時分割方式などで通信の同期を取る必要がある。
【００５５】
一方、消費電力に注目すると、安全機能モジュールでは、１２５ＭＨｚにおける通信において多くの電力を消費する。よって、作業者が携帯することに比べて、ロボットは多くの電源を装備しているため、ロボットに送信機を装備することが利点であるといえる。
【００５６】
上記のような安全機能モジュールを用いた保護装置でも、誤作動と不作動が問題となる。誤作動は必要のない状況で装置が動作する現象を指し、不作動は必要な状況で装置が動作しない現象を指す。誤作動はロボットを停止するため安全性は確保されるが、不作動はロボットの停止が困難なため、安全性が確保されず、多重の検出方法が求められる。
【００５７】
誤作動の要因として、主に通信ノイズと電源電圧の低下が考えられる。安全機能モジュールではノイズ対策として、３０３．２ＭＨｚの通信において信号を符号化している。さらに、電源電圧の低下による誤作動を防ぐために、安全機能モジュールでは常に電源電圧を確認し、電圧が一定値以下の場合は、作業者に警告する。電源電圧の低下は、誤作動だけでなく不作動に対する原因にもなるため、作業領域に入る段階からの動作確認が不可欠である。
【００５８】
また、不作動要因としては、電源電圧の低下や安全機能モジュールの故障などが考えられる。不作動要因への対策を以下に示す。
対策（i）：電源電圧の監視
対策（ii）：通信情報の記録
対策（iii）：環境からの通信の監視
前記対策（i）では、常に電源電圧を確認し、電圧が一定値以下の場合は、作業者に警告する。また対策（ii）では、送信機、受信機の双方で一定期間の通信確立時間や電波強度などの情報を記録し、異常の検知に利用する。以上を検知した時点でロボットを停止する。更に対策（iii）では、環境に監視モジュールとなる安全機能モジュールを新たに設置し、対策(ii)と組み合わせる。上述の誤作動、不作動への対策により、安全機能モジュールの保護装置としての信頼性が向上する。
【００５９】
上記のようなシステムについて、安全機能モジュールの性能評価を行い、保護装置としての有効性を検討した。安全機能モジュールを保護装置として利用するためには、図６に示す安全防護領域を構築しなくてはならない。実験では、送信機の位置を回転テーブルの中心に固定し、受信機が反応する距離を計測した。回転テーブルを１０度毎に回転し、合計３６方位の反応距離を計測する。これをＳ回繰り返す。受信機の向きは変更しない。その実験結果、要求仕様の２ｍに対して、約８０％の確率で反応し、１９４０ｍｍにおいて９０％以上の確率で反応することがわかり、本発明の有用性が証明された。  
【産業上の利用可能性】
【００６０】
上記のような本発明による領域検知装置は、一般的な領域の検知のほか、安全装置、距離計測、位置計測、安全作業支援等に利用することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例の基本構成図である。
【図２】本発明の実施例における領域検知例を示す図である。
【図３】本発明の実施例における安全防護例を示す図である。
【図４】本発明の実施例における配置測定例を示す図である。
【図５】無線センサネットワークによる安全システムの例を示す図である。
【図６】安全領域区画の例を示す図である。
【図７】本発明による安全機能モジュールの領域探知の説明図である。
【図８】本発明における送信機及び受信機の数と送信機保持者の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  領域検知手段
２  無線通信手段
３  起動手段
４  反応制限手段
５  反応調整手段
６  無指向性アンテナ
７  定格出力発信機
８  領域検知手段
９  指向性アンテナ
１０無指向性アンテナ
【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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【図７】
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【図８】
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