JPH06109197A - 可動体の移動方向監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可動体の動きを検出してその移動方向を監視す
ることを目的する。 【構成】可動体に連動するスリット付円板１の回転に伴
って３つのフォトカプラ３〜５から順次所定の位相差で
３相の信号を発生させる。各信号の立ち下がりをトリガ
としてその時の高レベル状態の他の信号で各ＡＮＤゲー
ト12〜14から自己保持出力を発生させ、ＯＲゲート18か
ら移動方向判定信号ｘを発生させる。この時、円板１の
回転方向に応じて各信号の立ち下がり順序が異なり、一
方の回転方向の時は各ＡＮＤゲート12〜14の自己保持出
力が連続しＯＲゲート18から論理値１が出力され、他方
の回転方向では各ＡＮＤゲート12〜14が自己保持されず
ＯＲゲート18の出力が論理値０となり、円板、即ち、可
動体の移動方向を判定できる。そして、故障時に装置出
力が発生しない構成とすることでフェールセーフな構成
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばロボットのアー
ムやプレス機械のスライド等の可動体の移動方向監視装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例え
ば、工場等において、機械と人間とが共同の作業空間で
作業をする場合、作業者の安全対策が極めて重要であ
る。例えば、人間と機械とが共通の作業空間において作
業するとき、事故は人体の一部と機械可動部とが衝突す
ることにより起こる。例としては、人間とロボットとの
共同作業において、ロボットのアームが人体に衝突する
等の事故がある。

【０００３】この場合、ロボットのアーム等の可動体の
移動方向として、人体に接近する方向は人間に対して危
険を意味し、人体から離れる方向は必ずしも危険である
とは限らない。同様に、プレス機械のスライドの動作に
おいても、スライドの下降は危険であるが、上昇は安全
を意味する。従って、ロボットのアームやプレス機械の
スライド等の可動体の移動方向を監視し、可動体の移動
方向が作業者にとって安全な方向か危険な方向かを判断
し、危険な方向の時には可動部を即座に停止し、安全な
方向の時にはそのまま可動部を稼働させることは、作業
者の安全を確保すると同時に機械の作業効率を高める上
で極めて有益である。

【０００４】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、可動体の移動方向を監視でき、しかも、フェールセ
ーフな構成の可動体の移動監視装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の可動
体の移動監視装置は、可動体の移動に伴って少なくとも
３相以上で故障時に低レベルとなる交番信号を発生し、
各交番信号のそれぞれの立ち下がり時に少なくとも他の
１つの交番信号が高レベル状態にある位相差で前記交番
信号を発生する多相信号発生手段と、順次立ち下がる各
交番信号の立ち下がり検出信号をその時の高レベル状態
の信号で自己保持して出力を発生し故障時に出力が発生
しない自己保持回路を前記交番信号数と同数備え、可動
体の移動方向に応じて異なる前記交番信号の立ち下がり
順序に基づく自己保持回路出力状態に応じて可動体の移
動方向判定信号を出力する移動方向判定手段とを備えて
構成した。

【０００６】

【作用】かかる構成において、多相信号発生手段は、可
動体の移動に伴って少なくとも３相以上の交番信号を発
生する。この交番信号は、各交番信号のそれぞれの立ち
下がり時に少なくとも他の１つの交番信号が高レベル状
態にある位相差を持っている。また、この交番信号は、
可動体の移動方向によって立ち下がり順序が異なり、移
動方向判定手段の各自己保持回路は、前記交番信号の立
ち下がり順序によってその出力状態が異なるようになっ
ている。例えば、可動体の移動方向が人から離れる方向
である時は、人に対しては安全方向となるので可動体の
移動を禁止する必要がないことから、かかる移動方向の
際の立ち下がり順次では自己保持回路が自己保持され出
力が継続されて移動方向判定手段からは安全方向判定信
号として高レベルの出力を発生させる。一方、可動体の
移動方向が人に接近する方向の時は、人に対しては危険
方向となるので可動体の移動を停止する必要があること
から、かかる移動方向の際の立ち下がり順次では自己保
持回路が自己保持されずに出力が停止して移動方向判定
手段からは危険方向判定信号として低レベルの出力を発
生させる。このように、移動方向判定手段からは、自己
保持回路の出力状態に応じた判定信号が出力され可動体
の移動方向を知ることができる。

【０００７】そして、多相信号発生手段からの交番信号
は故障時に低レベルとなり、自己保持回路は故障時に出
力が発生しない構成であるので、フェールセーフな構成
である。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の第１実施例の構成を示す図１〜図３にお
いて、可動体である、例えばロボットのアームの駆動モ
ータの軸等に図２及び図３に示すように、円板１を固定
し、該円板１に中心角θの等間隔で多数のスリット２を
形成する。また、円板１を挟んで両側に互いに対向させ
てそれぞれ対をなす発光素子３Ａ，４Ａ，５Ａと受光素
子３Ｂ，４Ｂ，５Ｂからなる３組のフォトカプラ３〜５
を設ける。これらの位置関係は、フォトカプラ４はフォ
トカプラ３に対してθ／３だけ位相をずらせた位置にあ
り、フォトカプラ５はフォトカプラ３に対して２θ／３
だけ位相をずらせた位置にある。

【０００９】このため、円板１が図中実線矢印で示すＮ
方向に回転している場合は、受光素子３Ｂがスリット２
を介して受光して出力を発生（本実施例では、発光素子
の光を受光素子の半分以上で受光した時）してから、円
板１が３／θ回転移動した時には受光素子４Ｂから出力
が発生し、円板１が２θ／３回転移動した時には、受光
素子５Ｂから出力が発生する。そして、各フォトカプラ
３〜５の出力は、θ／２毎に高レベルと低レベルとが繰
り返す交番信号となる。

【００１０】ここで、前記発光素子３Ａ，４Ａ，５Ａを
交流信号で駆動すると、円板１の回転に伴ってスリット
２が受光素子３Ｂ，４Ｂ，５Ｂ上を通過する際に、受光
素子３Ｂ，４Ｂ，５Ｂから交流信号が発生するようにな
っている。そして、発光素子３Ａ，４Ａ，５Ａ及び受光
素子３Ｂ，４Ｂ，５Ｂが正常である限り、受光素子３
Ｂ，４Ｂ，５Ｂは交流信号を出力するので、交流信号有
りを論理値１（高レベル）とし、交流信号無しを論理値
０（低レベル）とすると、受光素子３Ｂ，４Ｂ，５Ｂの
出力は、故障時に少なくとも論理値１に誤らないフェー
ルセーフな２値論理信号となる。

【００１１】従って、前記円板１及び３組のフォトカプ
ラ３〜５によって、可動体の移動に伴って少なくとも３
相以上で各交番信号のそれぞれの立ち下がり時に少なく
とも他の１つの交番信号が高レベル状態にある位相差で
交番信号を発生する多相信号発生手段が構成される。そ
して、前記各フォトカプラ３〜５の受光素子３Ｂ，４
Ｂ，５Ｂの出力は、図１に示すように、各整流回路６，
７，８により整流されて図４に示すａ，ｂ，ｃのデュー
ティ50％の交番信号となる。また、前記整流回路６，
７，８では、後述するＡＮＤゲート12，13，14の電源電
圧Ｖ_CCが重畳される。

【００１２】前記ＡＮＤゲート12，13，14は、電源電圧
Ｖ_CCより高い入力信号が入力した時のみ出力を発生する
従来公知のフェールセーフなウインドコンパレータで構
成されており、それぞれ一方の入力端子には、各整流回
路６，７，８の各交番出力の立ち下がりを検出して正の
微分出力を発生する各立ち下がり微分回路９，10，11の
前記微分出力が入力し、他方の入力端子には、ＡＮＤゲ
ート12では、整流回路７の出力信号ｂが入力し、ＡＮＤ
ゲート13では、整流回路８の出力信号ｃが入力し、ＡＮ
Ｄゲート回路14では、整流回路６の出力信号ａが入力す
るよう構成されている。また、各ＡＮＤゲート12，13，
14の各出力は、それぞれの整流回路15，16，17を介して
整流されて立ち下がり微分回路９，10，11の微分出力の
入力端子側に帰還されて当該微分出力を他方の入力信号
が高レベルの時に自己保持される構成である。従って、
ＡＮＤゲート12と整流回路15、ＡＮＤゲート13と整流回
路16及びＡＮＤゲート14と整流回路17でそれぞれの交番
信号数に対応して設けられる自己保持回路を構成してい
る。これらＡＮＤゲート12，13，14の整流前の出力はＯ
Ｒゲート18に入力し、このＯＲゲート18は、ＡＮＤゲー
ト12，13，14の出力状態に応じてを可動体の移動方向判
定信号ｘを出力する。従って、前記立ち下がり微分回路
９，10，11、ＡＮＤゲート12，13，14、整流回路15，1
6，17及びＯＲゲート18によって可動体の移動方向判定
手段を構成している。

【００１３】次に、本実施例の移動方向監視装置の動作
を図４のタイムチャートを参照しながら説明する。図４
において、交番信号ａ，ｂ，ｃは各整流回路６，７，８
の出力を示し、交番信号Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃは各ＡＮＤゲ
ート12，13，14の出力を示す。アームの移動に伴って円
板１が図１のＮ方向に移動した場合、各フォトカプラ
３，４，５からの出力に基づいて各整流回路６，７，８
から図４に示す如く交番信号ａ，ｂ，ｃがθ／３ずつ位
相がずれて発生し、交番信号ａ，ｂ，ｃの順序で立ち下
がる。従って、交番信号ａが立ち下がった時には、交番
信号ｂが高レベルであり、交番信号ｃは低レベルであ
る。同様に、交番信号ｂが立ち下がった時には、交番信
号ｃが高レベルであり、交番信号ａは低レベル、交番信
号ｃが立ち下がった時には、交番信号ａが高レベルであ
り、交番信号ｂは低レベルある。即ち、３相の交番信号
ａ，ｂ，ｃのいずれかが立ち下がる時には、この立ち下
がる信号よりθ／３位相がずれた交番信号は高レベル状
態にあり、２θ／３位相がずれた交番信号は低レベル状
態にある。

【００１４】このため、ＡＮＤゲート12は、交番信号ａ
が立ち下がりってその微分出力が入力した時に交番信号
ｂが高レベル状態にあることから、微分出力を自己保持
し交番信号ｂが立ち下がるまでその交番信号Ｍａを発生
する。同様に、ＡＮＤゲート13は、交番信号ｂが立ち下
がってその微分出力が入力した時に交番信号ｃが高レベ
ル状態にあることから、微分出力を自己保持し交番信号
ｃが立ち下がるまでその交番信号Ｍｂを発生し、ＡＮＤ
ゲート14は、交番信号ｃが立ち下がりってその微分出力
が入力した時に交番信号ａが高レベル状態にあることか
ら、微分出力を自己保持し交番信号ａが立ち下がるまで
その交番信号Ｍｃを発生する。

【００１５】従って、ＡＮＤゲート12から交番信号Ｍａ
が発生した後、交番信号ｂの立ち下がりで交番信号Ｍａ
が立ち下がる時は、前記交番信号ｂの立ち下がり微分出
力に基づいてＡＮＤゲート13から交番信号Ｍｂが発生
し、ＡＮＤゲート13の交番信号Ｍｂが交番信号ｃの立ち
下がりで立ち下がる時は、前記交番信号ｃの立ち下がり
微分出力に基づいてＡＮＤゲート14から交番信号Ｍｃが
発生し、ＡＮＤゲート14の交番信号Ｍｃが交番信号ａの
立ち下がりで立ち下がる時は、前記交番信号ａの立ち下
がり微分出力に基づいてＡＮＤゲート12から交番信号Ｍ
ａが発生する。

【００１６】以上のようにして、円板１が図１のＮ方向
に回転する場合には、各ＡＮＤゲート12，13，14の交番
信号Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ連続的に次々に発生するため、Ｏ
Ｒゲート18は連続的に高レベル（論理値１に相当）の移
動方向判定信号ｘを発生する。一方、円板１が図１の破
線矢印で示すＲ方向に回転した場合は、交番信号ａ，
ｂ，ｃの立ち下がり順序は前述とは逆となり、交番信号
ｃ，ｂ，ａの順序で立ち下がることになる。この場合、
図４から明らかなように、交番信号ａが立ち下がった時
は交番信号ｂは低レベルで交番信号ｃが高レベル状態で
あり、交番信号ｂが立ち下がった時は交番信号ｃが低レ
ベルで交番信号ａが高レベル状態であり、交番信号ｃが
立ち下がった時は交番信号ａが低レベルで交番信号ｂが
高レベル状態である。このため、いずれのＡＮＤゲート
12，13，14においてもその交番信号Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃは
自己保持されず、ＯＲゲート18は低レベル（論理値０に
相当）の移動方向判定信号ｘを発生する。

【００１７】このように、アームの移動方向に対応する
円板１の回転方向に応じてＯＲゲート18の出力状態が異
なることからアームの移動方向を判定することができ、
アームの移動方向を監視することが可能である。そし
て、可動体であるアームが作業者から離れる安全方向に
移動する時に、円板１がＮ方向に回転し、アームが作業
者に接近する危険方向に移動する時に、円板１がＲ方向
に回転する構成とし、可動体の安全方向移動時には論理
値１の移動方向判定信号ｘを発生させ、可動体の危険方
向移動時には論理値０の移動方向判定信号ｘを発生させ
る構成とすれば、装置故障時に出力が停止した時には、
ＯＲゲート18からの移動方向判定信号ｘの出力状態が可
動体の危険方向移動時の出力状態と同じとなり、装置故
障時には、可動体の危険方向移動は判断して可動体の移
動停止出力を発生させることで、フェールセーフな構成
とすることができる。

【００１８】次に本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例は、３相の交番信号の１つが立ち下がっ
た時に他の２つの交番信号が高レベル状態にある場合で
ある。例えば、本実施例では、円板１のスリット２を、
間隔は第１実施例と同様中心角θとし、スリット２の幅
を広くしてスリット２の部分とスリット２のない部分と
の比率が５：１となるように構成する。従って、各交番
信号ａ′，ｂ′，ｃ′の１周期（θ）では、図６に示す
ように、高レベル状態が５θ／６で、低レベル状態がθ
／６となる。

【００１９】この場合の回路構成を図５に示す。尚、第
１実施例と同一の構成要素には同一符号を付して説明を
省略する。図５において、本実施例では、各ＡＮＤゲー
ト12，13，14の一方の入力端子には、各交番信号ａ′，
ｂ′，ｃ′の立ち下がり微分出力が入力していることは
同様であるが、他方の入力端子には、ＡＮＤゲート12で
は、交番信号ｃ′が入力し、ＡＮＤゲート13では、交番
信号ａ′が入力し、ＡＮＤゲート14では、交番信号ｂ′
が入力するよう構成されている。また、ＡＮＤゲート1
2，13，14の出力は、加算回路20に入力し、これら出力
の加算値を移動方向判定信号ｘとして出力する構成であ
る。

【００２０】次に第２実施例の動作を図６のタイムチャ
ートを参照しながら説明する。まず、アームの移動に伴
って円板１が図１のＮ方向に移動した場合、各フォトカ
プラ３，４，５からの出力に基づいて各整流回路６，
７，８から図６に示す如く交番信号ａ′，ｂ′，ｃ′が
θ／３ずつ位相がずれて発生し、交番信号ａ′，ｂ′，
ｃ′の順序で立ち下がることは第１実施例と同様であ
る。

【００２１】そして、図５の回路から、本実施例では、
ＡＮＤゲート12は、交番信号ａ′の立ち下がり時には、
その微分出力を交番信号ｃ′で自己保持し、交番信号
ｃ′が立ち下がるまでその交番信号Ｍａ′を発生する。
同様に、ＡＮＤゲート13は、交番信号ｂ′の立ち下がり
時に交番信号ａ′で微分出力を自己保持し交番信号ａ′
が立ち下がるまでその交番信号Ｍｂ′を発生し、ＡＮＤ
ゲート14は、交番信号ｃ′の立ち下がり時に交番信号
ｂ′で微分出力を自己保持し交番信号ｂ′が立ち下がる
までその交番信号Ｍｃ′を発生する。

【００２２】従って、本実施例では、円板１がＮ方向に
回転している場合には、図６に示すように、常時、ＡＮ
Ｄゲート12，13，14の交番信号Ｍａ′，Ｍｂ′，Ｍｃ′
のいずれか２つが高レベルの出力状態にあり、ＡＮＤゲ
ート12，13，14の出力を、高レベルのとき論理値１と
し、低レベルのとき論理値０とすれば、円板１がＮ方向
に回転している場合には、加算回路20の移動方向判定信
号ｘの出力状態は論理値２となる。

【００２３】一方、円板１がＮ方向と反対方向のＲ方向
に回転している場合には、第１実施例と同様で交番信号
ａ′，ｂ′，ｃ′の立ち下がり順序は逆となり、交番信
号ｃ′，ｂ′，ａ′の順序で立ち下がることになる。こ
の場合、交番信号ｃ′の立ち下がりを交番信号ｂ′で自
己保持して交番信号Ｍｃ′を交番信号ｂ′の立ち下がり
時まで継続し、交番信号ｂ′の立ち下がりを交番信号
ａ′で自己保持して交番信号Ｍｂ′を交番信号ａ′の立
ち下がり時まで継続し、交番信号ａ′の立ち下がりを交
番信号ｃ′で自己保持して交番信号Ｍａ′を交番信号
ｃ′の立ち下がり時まで継続する構成となるため、交番
信号ａ′，ｂ′，ｃ′が順次立ち下がる際に順次新たな
自己保持出力が発生すると同時にそれまでの自己保持出
力が順次消滅することになり、ＡＮＤゲート12，13，14
のいずれか１つだけから出力が発生することとなり、加
算回路20の加算出力は論理値２とはならず論理値１とな
り、加算回路20からの移動方向判定信号ｘは、円板１が
Ｒ方向に回転している時にはＮ方向に回転している時に
比べて低レベル状態となる。

【００２４】従って、この場合も、アームの移動方向に
対応する円板１の回転方向に応じて加算回路20の出力状
態が異なることからアームの移動方向を判定することが
でき、アームの移動方向を監視することが可能であると
共に、アームが作業者から離れる安全方向に移動する時
に円板１がＮ方向に回転し、アームが作業者に接近する
危険方向に移動する時に円板１がＲ方向に回転する構成
とし、論理値２に相当する出力より低レベルの出力時に
は危険方向判定する構成とすれば、第１実施例と同様に
フェールセーフな構成とすることができる。

【００２５】図７は、図１に示す第１実施例の回路にお
いて、可動体等を含む機構部分のバックラッシ対策とし
て、円板１が反対方向に僅かに戻っても自己保持回路出
力が停止しないようにヒステリシスを大きくとるように
した回路の一例である。尚、図１と同一要素には同一符
号を付して説明を省略する。図７において、本実施例で
は、整流回路６′，７′，８′を新たに設け、フォトカ
プラ３，４，５の出力を分岐してそれぞれ２つの整流出
力を生成する。そして、ＡＮＤゲート12，13，14の微分
出力入力端子でない方の入力端子に、交番信号ａとｂに
よるワイヤード・オア回路31の出力、交番信号ｂとｃに
よるワイヤード・オア回路32の出力及び交番信号ｃとａ
によるワイヤード・オア回路33の出力をそれぞれ入力す
る構成とする。

【００２６】かかる構成におけるＡＮＤゲートの出力動
作を図８に基づいて説明する。尚、図８ではＡＮＤゲー
ト12の出力動作についてのみ示してある。円板１がＮ方
向に移動している時にＲ方向に僅かに戻った場合、ＡＮ
Ｄゲート12では、交番信号ａの立ち下がりで出力が発生
する。その後、円板１がＲ方向に逆に回転した時、交番
信号ａとｂのワイヤード・オア出力が入力することによ
って、交番信号ｂが消滅しても交番信号ａが消滅するま
での間は、そのまま自己保持出力が維持される。即ち、
円板１の逆方向の移動がθ／２以内であれば、ＡＮＤゲ
ート12は自己保持出力はリセットされず出力が継続され
る。

【００２７】また、図示しないが、ＡＮＤゲート13も同
様であり、交番信号ｂの立ち下がりで出力が発生した
後、円板１がＲ方向に逆に回転した時、交番信号ｂとｃ
のワイヤード・オア出力が入力することによって、交番
信号ｃが消滅しても交番信号ｂが消滅するまでの間は、
そのまま自己保持出力が維持され、ＡＮＤゲート14では
交番信号ｃの立ち下がりで出力が発生した後、円板１が
Ｒ方向に逆に回転した時、交番信号ｃとａのワイヤード
・オア出力が入力することによって、交番信号ａが消滅
しても交番信号ｃが消滅するまでの間はそのまま自己保
持出力が維持される。図１の第１実施例回路において
は、逆方向の移動がθ／６以内であれば自己保持出力は
停止しない構成である。

【００２８】尚、本実施例では、モータ等の回転体にス
リット付の円板を設けて回転体の回転方向に基づいて可
動体の移動方向を監視する構成としたが、往復動する可
動体にスリット付の板材を設けることにより、往復動す
る可動体の方向監視に適用できることは言うまでもな
い。また、移動方向の検出に、フォトカプラによる光を
用いたが、磁気的手段、例えば可動体に磁石を埋め込ん
で直流磁界を検出するような方法を用いてもよい。更
に、本実施例では、可動体としてはロボットのアームを
例として述べたが、これに限らず、プレス機械のスライ
ドの移動方向や、更には、踏切における列車の移動方向
等の監視にも応用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、可
動体の移動方向を判定することでき、可動体の人間に対
する安全方向側移動を高レベル状態の出力で検出し、危
険方向側移動を低レベル状態の出力で検出する構成とす
れば、装置故障時に出力が低レベルとなった時に危険方
向側移動の判定出力となり、フェールセーフな構成にで
きる。

【００３０】従って、人間に対して安全方向側に移動し
ている時には可動体の移動を許し、危険方向側移動時の
み可動体の移動を停止することで、機械と人間とが共同
して作業する作業システムにおける作業効率を向上でき
ると共に、フェールセーフ性を確保でき安全性を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の回路構成図

【図２】同上第１実施例の多相信号発生手段の構成図

【図３】図２の多相信号発生手段の側面図

【図４】同上第１実施例の動作を説明するためのタイム
チャート

【図５】本発明の第２実施例の回路構成図

【図６】同上第２実施例の動作を説明するためのタイム
チャート

【図７】本発明の第３実施例の回路構成図

【図８】同上第３実施例の動作を説明するための要部タ
イムチャート

【符号の説明】

１ 円板 ２ スリット ３，４，５ フォトカプラ ６，７，８ 整流回路 ９，10，11 立ち下がり微分回路 12，13，14 ＡＮＤゲート 15，16，17 整流回路 18 ＯＲゲート 20 加算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可動体の移動に伴って少なくとも３相以上
   で故障時に低レベルとなる交番信号を発生し、各交番信
   号のそれぞれの立ち下がり時に少なくとも他の１つの交
   番信号が高レベル状態にある位相差で前記交番信号を発
   生する多相信号発生手段と、 順次立ち下がる各交番信号の立ち下がり検出信号をその
   時の高レベル状態の信号で自己保持して出力を発生し故
   障時に出力が発生しない自己保持回路を前記交番信号数
   と同数備え、可動体の移動方向に応じて異なる前記交番
   信号の立ち下がり順序に基づく自己保持回路出力状態に
   応じて可動体の移動方向判定信号を出力する移動方向判
   定手段と、 を備えて構成したことを特徴とする可動体の移動方向監
   視装置。