侵入検出装置，ロボット、侵入検出方法および侵入検出プログラム
【課題】特定領域への侵入を確実に検出する。
【解決手段】侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，を備える。
【解決手段】侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，侵入検出装置，ロボット、侵入検出方法および侵入検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，危険領域への人間の侵入や私有地への不審者の侵入をカメラを利用して検出する技術が知られている。例えば特許文献１には，所定の境界線に沿って配置された光源や反射鏡からカメラまでの光路が遮断されたかどうかをカメラの出力に基づいて判定することによって，境界線を越えて人間が危険領域に侵入したことを検出する技術が開示されている。また特許文献２には，複数の光源の発光パターンのそれぞれに情報を持たせることによって，どの光源からカメラまでの光路に侵入者がいるかを特定する技術が開示されている。これらの技術では，光源が点灯するパターンと，光センサーによって検出される特定領域の輝度のパターンとが一致しない場合に，侵入があったと判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７１７１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし，従来の技術によると光源が消灯しているタイミングにおいては当該光源からカメラまでの光路を横切る侵入を検出することができない。一方，光源を常時点灯する場合には，光路にダミー光源を設置しながら侵入することが容易になるため，光源を常時点灯することは望ましくない。
【０００５】
本発明は特定領域への侵入を確実に検出することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するための侵入検出装置は，侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，を備える。
【０００７】
本発明によると，個々の光マークは時刻によって光ったり光らなかったりする。したがって，ダミー光源を備える遮蔽物等で侵入検出装置を欺いて侵入することが困難になる。そして，境界の両側に近接して配置された光マークの対の一方が光っていない時刻であっても他方が光っているため，境界を横切る侵入があると，光マークの対のいずれか一方から光センサーまでの光路が必ず遮断される。したがって，本発明によると，境界を越えた特定領域への侵入を確実に検出することができる。なお，本明細書において光マークとは，光を放射または反射し，光源の点灯と消灯や，光路の遮断と開放や，反射板の反射率を変化させること等によって，放射又は反射する光量を制御可能な構成要素である。
【０００８】
（２）上記目的を達成するための侵入検出装置において，前記検出部は、前記光センサーの出力が予め決められた規則性を持たない場合に侵入を検出しても良い。
この構成を採用する場合、点滅制御部が個々の光マークを点灯させているか消灯させているかを特定できる情報を検出部に伝送しなくとも検出部が侵入を検出できる。したがって、その情報を検出部に伝送するための構成要素が不要となり、構成が簡素化される。
【０００９】
（３）上記目的を達成するための侵入検出装置において，前記検出部は，任意の時刻において前記光マークの対の両方が光っていないことを前記光センサーの出力が示している場合に侵入を検出してもよい。
この構成を採用する場合，受光パターンと発光パターンを比較すること無く，光マークの対毎に侵入を検出することができるため，簡素な構成で侵入を検出することができる。
【００１０】
（４）上記目的を達成するための侵入検出装置において，前記光マークの対は前記境界に沿って複数配列され，前記点滅制御部は、任意の時刻において，前記境界に沿う方向に配列されている前記光マークに光る前記光マークと光らない前記光マークが含まれるように前記光マークを制御してもよい。
この構成を採用する場合，侵入を検出可能な境界を長くすることができる。また，境界に沿った光マークの一列が同時に光る場合に比べると，ダミー光源を備える遮蔽物等で侵入検出装置を欺いて侵入することが困難になる。
【００１１】
（５）上記目的を達成するための侵入検出装置において，それぞれの前記光マークの時系列の発光パターンは情報を有し，前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得てもよい。
この構成を採用する場合，光センサーの出力に基づいて侵入を検出する検出部に，光マーク毎に情報を伝達することが可能になる。ここで情報とは、発信側から、光を媒体として受信側に伝達される一定の意味を持つ実質的な内容のことである。例えば，個々の光マークを特定可能な識別情報を時系列の発光パターンとして伝送する場合，光マークと光センサーとの対応関係が固定されていなくとも，光センサーの出力に基づいて特定の光マークの受光パターンを特定することが可能になり，その結果，境界のどの位置で侵入が発生したかを特定することも可能になる。
【００１２】
（６）上記目的を達成するための侵入検出装置において，任意の時刻において，前記光マークの発光パターンは情報を有し，前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得てもよい。
この構成を採用する場合，光センサーの出力に基づいて侵入を検出する要素に，時刻毎に情報を伝達することが可能になる。例えば，時刻情報を空間的な発光パターンとして伝送する場合，侵入を検出する側において時計が備えられていなくとも，侵入時刻を特定することが可能になる。
【００１３】
（７）上記目的を達成するためのロボットは，侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，前記侵入検出装置が侵入を検出した場合に所定の処理を起動する制御部と，を備える。
本発明によると，ロボットと協調して作業している人間に危険が及ばないように緊急停止したり，ワークの設置に合わせて加工を開始することが可能となる。
【００１４】
尚，請求項に記載された動作の順序は，技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず，同時に実行されても良いし，記載順の逆順に実行されても良いし，連続した順序で実行されなくても良い。また，本発明は侵入検出方法としても，侵入検出プログラムとしても，そのプログラムを記録した記録媒体としても成立する。むろん，そのコンピュータープログラムの記録媒体は，磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし，今後開発されるいかなる記録媒体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図２】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図３】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図４】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図５】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図６】本発明の実施形態にかかる模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下，本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら実施例に基づいて説明する。尚，各図において対応する構成要素には同一の符号が付され，各実施例において重複する説明は省略される。
１．第一実施例
図１は本発明の第一実施例の全体構成を示している。本発明の第一実施例は，ロボット本体６と，人間９ａ，９ｂが予め決められた安全作業範囲と危険範囲の境界よりもロボット本体６側に侵入したときに侵入を検出するための侵入検出装置７とを備える産業用ロボットである。
【００１７】
ロボット本体６は，ロボットコントローラー６１と，ロボットコントローラー６１によって制御される図示しないアクチュエーター，センサー，多関節アーム等を備える。ロボット本体６は，人間９ａ，９ｂと協調して作動するように構成されている。ロボット本体６と侵入検出装置７との制御系統は独立しており，ロボット本体６のロボットコントローラー６１と侵入検出装置７の検出部５とが通信線によって接続されている。ロボットコントローラー６１は，侵入検出装置７が侵入を検出した場合に，アクチュエーターを停止させる，アラーム音を発音する，警告灯を点灯する，などの所定の処理を起動する。ロボットコントローラー６１の機能は，ロボット本体６の全体を制御するコンピューターと，それによって実行されるコンピュータープログラムとによって実現される。
【００１８】
侵入検出装置７は，光マークとしてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）の対を複数備える光源部１と，ＬＥＤの発光を制御する点滅制御部２と，タイミングコントローラー３と，光源部１が視野内に収まるように設置されたデジタルカメラ４と，デジタルカメラ４の出力に基づいて侵入を検出する検出部５とを備えている。
【００１９】
光源部１は人間９ａ，９ｂの安全作業範囲と危険範囲の境界に沿って設置されている。光源部１は，ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂと，これらのＬＥＤを駆動する図示しない駆動回路とを備えている。この駆動回路には，点滅制御部２によって生成される駆動信号と，タイミングコントローラー３によって生成されるタイミング信号とが印加される。タイミング信号が駆動回路に印加されるタイミングにおいて駆動回路によって駆動信号が増幅されてＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂに印加される。ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａは，図１に示すように安全作業領域と危険領域の境界に沿って１列に並ぶ群である。ここで，この１列のＬＥＤ群を第一群ａというものとする。そして第一群ａに対して境界を挟んで向かい合うＬＥＤ１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂを第二群ｂというものとする。第一群ａに属する１つのＬＥＤと，そのＬＥＤと境界を挟んで向かい合う第二群ｂに属する１つのＬＥＤとは，点滅制御部２の制御対象として対をなしている。例えばＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂ，ＬＥＤ１２ａとＬＥＤ１２ｂは，それぞれ対をなしている。そこでＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂの対を対１１，ＬＥＤ１２ａとＬＥＤ１２ｂとを対１２というものとする。任意の一対は、境界の両側に近接して配置され、境界の両側に配置された一対のそれぞれの中心を結ぶ線が境界に対して直交している。
【００２０】
デジタルカメラ４は，光センサーとして図示しないエリアイメージセンサーを備えている。エリアイメージセンサーはＣＣＤイメージセンサー，ＣＭＯＳイメージセンサー等によって構成され，図示しないレンズによって結像される全てのＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂを撮像可能である。デジタルカメラ４における各フレームの撮像タイミングはタイミングコントローラー３が生成するタイミング信号によって制御される。具体的には，デジタルカメラ４が各フレームの画像データを生成するためにイメージセンサーの光電変換素子に電荷を蓄積する期間においてＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの発光パターンが変化しないように，デジタルカメラ４と光源部１とが共通のタイミング信号によって制御される。
点滅制御部２と検出部５の機能は，侵入検出装置７の全体を制御するコンピューターと，それによって実行されるコンピュータープログラムとによって実現される。
【００２１】
図２は，デジタルカメラ４の出力に基づいて侵入を検出する方法を説明するための模式図であって，デジタルカメラ４から出力される画像データの局所領域の像を示している。図２において白円は点灯しているＬＥＤの像を示し，黒円（ハッチングを付した円）は消灯しているＬＥＤの像を示している。また図２において数字とアルファベットは画素の位置を示す符号である。
【００２２】
デジタルカメラ４と光源部１との位置関係が固定されている場合，ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの像は画像データの予め決められた領域に記録される。したがって検出部５は，ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの像に対応する各領域の輝度値を閾値と比較することによって，対応するＬＥＤが点灯しているか消灯しているかを判定すればよい。具体的には例えば，画素１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂに点灯しているＬＥＤ１１ａが対応し，画素１Ｄ，１Ｅ，２Ｄ，２Ｅに消灯しているＬＥＤ１１ｂが対応しているとする。この場合，画素１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの輝度値の合計は画素１Ｄ，１Ｅ，２Ｄ，２Ｅの輝度値の合計よりも高くなる。したがって，画素１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの輝度値の合計が予め決められた閾値よりも大きい場合には，ＬＥＤ１１ａが点灯していると判定し，逆の場合にはＬＥＤ１１ａが消灯していると判定する。
【００２３】
ところで後に詳しく述べるように，ＬＥＤの各対１１〜１９は一方が点灯している場合には必ず他方が消灯しているように制御される。したがって，ＬＥＤの各対１１〜１９からデジタルカメラ４までの光路に異物が存在しない場合には，ＬＥＤの各対１１〜１９において点灯状態を判定すると，結果は常に，一方は真（点灯）となり，他方は偽（消灯）となる規則性がある。そこで，ＬＥＤの対１１〜１９における点灯状態の判定において，一方が真で他方が偽とならない結果が得られた場合に，検出部５は異常を検出する。具体的には例えば，ＬＥＤの各対１１〜１９からデジタルカメラ４までの光路に異物が存在し，図３に示すように異物に対応する像Ｓが画像データに記録されたとする。そして画素４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂが消灯しているＬＥＤ１２ａに対応し，画素４Ｄ，４Ｅ，５Ｄ，５Ｅが点灯しているＬＥＤ１２ｂに対応しているとする。この場合，画素４Ｄ，４Ｅ，５Ｄ，５Ｅの輝度値合計は閾値を下回ることになり，ＬＥＤ１２ｂの点灯状態の判定結果は偽（消灯）となる。一方，画素４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂに対応するＬＥＤ１２ａは消灯しているため，ＬＥＤ１２ａの点灯状態の判定結果も偽（消灯）となる。すなわち，ＬＥＤの対１２の点灯状態の判定結果は両方とも偽（消灯）となり，その結果，検出部５は侵入有りと判定する。
【００２４】
ここで各ＬＥＤの点灯状態の判定結果を，真の場合は１，偽の場合は０とし，ＬＥＤの各対についてこれらの判定結果の和を求め，その和を各対についての判定結果とする。この場合，ＬＥＤの各対の判定結果は，２（両方点灯），１（一方のみ点灯），０（両方消灯）のいずれかとなる。したがって，ＬＥＤの各対の判定結果を侵入検出装置の出力とすればよい。具体的には，ＬＥＤの各対の判定結果が２の場合には光源部１の異常として扱い，ＬＥＤの各対の判定結果が０の場合には侵入有りとして扱えばよい。このようにＬＥＤの点灯状態の判定結果を対毎に扱うことにより，光源部１の発光パターンと無関係に侵入を検出することができる。すなわち，検出部５は，任意の時刻においてＬＥＤの対の両方が光っていないことをデジタルカメラ４の出力が示している場合に侵入を検出することにより，光源部１の発光パターンと無関係に侵入を検出することができる。したがって、侵入検出装置７の構成を簡素化することができる。また、任意の時刻において特定のＬＥＤの対の両方が光っていないことをデジタルカメラ４の出力が示している場合には、当該特定のＬＥＤの対からデジタルカメラ４までの光路において侵入があったことを特定可能である。すなわち本実施例においては、境界のどの位置において侵入が発生したかを特定することができる。
【００２５】
図４は点滅制御部２によって制御されるＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａの発光パターンを示す模式図である。図４において，ｔは時間軸を示している。また図１に示すように安全作業領域と危険領域の境界と平行に定めたｘ軸を図４にも示している。また図４において白円は点灯を示し，黒円は消灯を示している。点滅制御部２および光源部１の駆動回路は，ＬＥＤの各対１１〜１９において，対の一方を点灯させるとき，対の他方を消灯させる。ＬＥＤの対の一方が光っていない時刻であっても他方が光っているため，境界への侵入があると，ＬＥＤの対のいずれか一方からデジタルカメラ４までの光路が必ず遮断される。したがって，境界を越えた危険領域への侵入を確実に検出することができる。図４においては，第一群ａのみについて発光パターンが示されているが，第二群ｂについては図４に示す発光パターンを逆転させたものであるため省略している。
【００２６】
まず任意の時刻におけるＬＥＤの発光パターンについて説明する。例えば時刻ｔ１においては，ＬＥＤ１１ａ，１３ａ，１６ａ，１８ａが点灯し，ＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａが消灯する。このように任意のタイミングにおいて，安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されている第一群ａに，光るＬＥＤ１１ａ，１３ａ，１６ａ，１８ａと光らないＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａの両方を含めることが好ましい。なお，第一群ａの発光パターンと第二群ｂの発光パターンとはＬＥＤの各対において逆転しているため，光るＬＥＤと光らないＬＥＤが第一群ａに含まれていれば，第二群ｂにも光るＬＥＤと光らないＬＥＤが含まれることはいうまでもない。このように，安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されているＬＥＤ群に光るＬＥＤと光らないＬＥＤが含まれていれば，任意の時刻における不感帯を小さくすることができる。例えば時刻ｔ１においてＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａからデジタルカメラ４までの光路にのみ異物が侵入しても，これらのＬＥＤが消灯しているためにその異物の侵入を検出することはできないが，同じ第一群ａに属しこれらの消灯しているＬＥＤに隣接しているＬＥＤ１１ａ，１３ａ，１６ａ，１８ａが点灯しているため，その異物を検出できる可能性は高い。さらに，時刻ｔ１において消灯しているＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａと対をなすＬＥＤ１２ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１７ｂ，１９ｂも点灯しているため，その異物を検出できる可能性は高い。もちろん，安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されている第一群ａの全てが点灯している場合には，第一群ａとデジタルカメラ４までの光路に不感帯がないことになる。しかし，第一群ａの全てが点灯している場合には，第二群ｂからデジタルカメラ４までの光路がすべて不感帯となるため，やはり，ｘ軸方向に配列されているＬＥＤ群に光るＬＥＤと光らないＬＥＤを含めた方が不感帯を狭めることができるのである。
【００２７】
次に任意のＬＥＤの時系列の発光パターンについて説明する。例えばＬＥＤ１１ａは，時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ８，ｔ９，ｔ１１において点灯し，時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ７，ｔ１０において消灯する。このように任意のＬＥＤを時刻によって点灯したり消灯したりすることにより，時間軸上の不感帯を短くすることができる。例えば時刻ｔ２においてＬＥＤ１１ａからデジタルカメラ４までの光路にのみ異物が侵入しても，ＬＥＤ１１ａが消灯しているためにその異物を検出することはできないが，時刻ｔ２の直前と直後の時刻ｔ１，ｔ３においてはＬＥＤ１１ａが点灯するため，その異物を検出できる可能性は高い。もちろん，ＬＥＤ１１ａを常時点灯させる場合には，ＬＥＤ１１ａからデジタルカメラ４までの光路に不感帯はないことになる。しかし，ＬＥＤ１１ａを常時点灯させる場合には，ＬＥＤ１１ａと対をなすＬＥＤ１１ｂからデジタルカメラ４までの光路が常時不感帯となり，やはり，任意のＬＥＤを時刻によって点灯したり消灯したりすることにより，時間的な不感帯を短くすることができる。
【００２８】
このように安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されているＬＥＤ群に光るＬＥＤと光らないＬＥＤを混在させ，任意のＬＥＤを時刻によって点灯したり消灯したりすることによって，不感帯を狭く短くすることができる。そしてまた，このようにＬＥＤの発光パターンを時間的にも空間的にも変化させることによって，意図的な侵入を防止することもできる。例えば，ＬＥＤの発光パターンが時間的に変化しないとすれば，空間的な発光パターンを模した遮蔽物を光源部１とデジタルカメラ４の間に設置することによって，侵入検出装置７に検出されることなく遮蔽物と光源部１との間から危険領域に侵入することが可能になる。また例えば，ＬＥＤの発光パターンが空間的に変化しないとすれば，時間的な発光パターンを模した遮蔽物を光源部１とデジタルカメラ４の間に設置することによって，侵入検出装置７に検出されることなく遮蔽物と光源部１との間から危険領域に侵入することが可能になる。しかし，ＬＥＤの発光パターンが時間的にも空間的にも変化している場合には，ＬＥＤの発光パターンを模することが極めて困難となって，意図的な侵入は実質的に不可能になる。
【００２９】
２．第二実施例
本発明の第二実施例では，光源部１の発光パターンに対応する受光パターンから検出部５が時刻や位置の情報を取得する形態を説明する。先に説明した第一実施例において個々のＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの時系列の受光パターンは，点灯または消灯の時系列信号として検出部５によって取得される。そこで本実施例では，検出部５によって取得される点灯または消灯の時系列信号から時刻情報と個々のＬＥＤの識別情報を得られるように，発光パターン５を生成する。
【００３０】
具体的には例えば，ＬＥＤ１１ａの時系列の受光パターンから取得される点灯又は消灯の時系列信号がＬＥＤ１１ａを他のＬＥＤから識別可能な識別情報を構成するように発光パターンを生成する。ＬＥＤ１１ａの図４に示す時刻ｔ１からｔ８までの発光パターンを点灯（１）と消灯（０）の時系列信号として表すと，１０１０１００１となる。またＬＥＤ１２ａの図４に示す時刻ｔ１からｔ８までの発光パターンを点灯（１）と消灯（０）の時系列信号として表すと，０００１０１００となる。
【００３１】
そこで１０１０１００１がＬＥＤ１１ａを示し，０００１０１００がＬＥＤ１２ａを示すことを検出部５に予め記憶させておく。すると，検出部５がデジタルカメラ４から取得する画像データの任意の局所領域の輝度値から得る点灯（１）と消灯（０）の時系列信号が１０１０１００１を示す場合には，その局所領域がＬＥＤ１１ａに対応していると特定することが可能になる。また，画像データの任意の局所領域の輝度値から得る点灯（１）と消灯（０）の時系列信号が００１０１００を示す場合には，その局所領域がＬＥＤ１１ｂに対応していると特定することが可能になる。このように個々のＬＥＤの発光パターンにＬＥＤの識別情報を持たせることによって，デジタルカメラ４から取得する画像データの局所領域と個々のＬＥＤとの対応関係を検出部５において特定可能になる。デジタルカメラ４から取得する画像データの局所領域と個々のＬＥＤとの対応関係を検出部５において特定可能である場合には，デジタルカメラ４と光源部１との位置関係に応じて，個々のＬＥＤの点灯状態を検出するために輝度値を取得する局所領域を設定することが可能となる。その結果，デジタルカメラ４と光源部１との位置関係をある程度自由に設定することができる。
【００３２】
また例えば，全てのＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂのある特定の時刻の空間的な発光パターンにその時刻を特定可能な時刻情報を持たせることができる。例えば，図４に示すＬＥＤの第一群ａの時刻ｔ９における発光パターンを点灯（１）と消灯（０）の信号として左から順に表すと，１０１００１０１０となる。そこで空間的な発光パターンの時刻へのデコード規則を検出部５に予め記憶しておくことにより，デジタルカメラ４から取得する画像データの任意のフレームと時刻との対応関係を検出部５において特定可能になる。これにより検出部５は，時刻とともに侵入の有無を検出可能となる。
【００３３】
そこで点滅制御部２は，例えば図５に示すように，全てのＬＥＤの発光パターンの周期を９とし，１周期毎に時刻情報としての発光パターン（時刻情報パターン）を１回挿入し，１周期毎に個々のＬＥＤの識別情報としての発光パターン（ＬＥＤの識別情報パターン）を８回挿入しながら，ＬＥＤの駆動信号を生成する。この場合，時刻情報としての発光パターンが，識別情報としての発光パターンの始点を特定可能な同期信号としての機能も持ち得ることになる。もちろん，全てのＬＥＤを点灯させるような特殊な発光パターン（リセットパターン）をセットアップのためのリセット信号あるいは同期信号として挿入するといったことも可能である。
【００３４】
３．第三実施例
本発明の第三実施例では，ＬＥＤの対毎に両方が消灯と判定された場合に侵入を検出するのではなく，境界線に沿って配列されたＬＥＤの群毎に受光パターンが発光パターンの規則性に合致していない場合に侵入を検出する例について説明する。すなわち本実施例では，群毎にＬＥＤの発光パターンに規則性があり，同一群に属するＬＥＤからの受光パターンに対応するデジタルカメラ４の出力がその規則性を持っていない場合に，侵入を検出する。
【００３５】
点滅制御部２によって生成される駆動信号は，ＬＥＤを点灯または消灯する信号であるから，二値の信号である。したがって９個のＬＥＤからなる第一群ａを駆動するための駆動信号は，９ビット幅のデジタルデータである。またデジタルカメラ４が出力する画像データの局所領域の輝度値に基づいて検出部５が取得するデータは，ＬＥＤが点灯しているか消灯しているかを局所領域毎に示すデータであるから，これもまた９ビット幅のデジタルデータである。したがって，原理的にはＬＥＤの第一群ａをある瞬間に駆動するための９ビットのデジタルデータと，ＬＥＤの第一群ａの画像データから検出部５が得る９ビットのデジタルデータとが一致していれば，点灯しているＬＥＤからデジタルカメラ４までの光路に異物がないことになり，不一致であれば，そこに異物があることになる。最も単純な方法として，点滅制御部２がＬＥＤの第一群ａを駆動するために生成する９ビットのデジタルデータをそのまま検出部５に直接取得させ，検出部５において，点滅制御部２から直接取得したデジタルデータと，デジタルカメラ４が出力した画像データの局所領域の輝度値に基づいて取得する受光パターンを示すデジタルデータとを比較すればよい。
【００３６】
また別の方法としては，次に説明するように，９個のＬＥＤからなる第一群ａを駆動するための９ビットのデジタルデータのうち１ビット以上を残りのビットの誤り検出符号として用いる方法がある。例えば，点滅制御部２では，８ビットの乱数と，その乱数から生成されるパリティビットとを組み合わせて９ビットの駆動信号を生成する。一方，検出部５では，９個のＬＥＤに対応する局所領域の輝度値に基づいて局所領域毎に点灯または消灯を示す９ビットのデジタルデータを生成するとともに，生成した９ビットの奇遇性と予め決められている駆動信号の奇遇性とを比較する。これらの奇遇性が一致していなければ，侵入有りとして扱えばよい。チェックサムや巡回冗長検査（ＣＲＣ）など，信頼性が高い誤り検出符号を採用しても良い。このように誤り訂正符号を用いる場合には，ＬＥＤの発光パターンを点滅制御部２から検出部５に通知する必要が無くなる。
【００３７】
４．他の実施形態
以上，本発明の実施形態を実施例に基づいて説明したが，本発明の技術的範囲は上述した実施例に限定されるものではなく，上述した実施例に種々の変更や追加した形態で本発明は実施し得る。
【００３８】
例えば，図６Ａおよび図６Ｂに示すようにデジタルカメラ４の受光面と光源部１の発光面を鉛直方向に対向させてもよいし，図６Ｃに示すようにデジタルカメラ４の受光面と光源部１の発光面を水平方向に対向させてもよい。また例えば図６Ｄに示すようにロボット本体６の危険領域の境界が曲線を構成している場合には，光源部１の発光面においてＬＥＤ等の光マークをその曲線に沿って配置しても良い。
【００３９】
また，点滅制御部２と検出部５の同期がそれぞれのハードウェアによって担保されている場合には，タイミングコントローラー３を省略しても良い。また，タイミングコントローラー３をＲＴＯＳ（Real Time Operating System）のタスク間同期通信機構で代替してもよい。
【００４０】
また，タイミングコントローラー３を省略するとともに，光源部１と点滅制御部２とを一体とし，デジタルカメラ４と検出部５とを別の二体として構成しても良い。この場合，これらの独立した二体の機能要素を接続してもよいし，点滅制御部２と検出部５の同期を担保できる場合には，接続しなくとも良い。
【００４１】
光マークとしては，ＬＥＤの他，蛍光管，電球，レーザー等の光源を用いても良いし，光源から光センサーまでの光路を遮蔽したり開放したりするシャッターと光源とを組み合わせたユニットを光マークとして用いても良い。
【００４２】
また，光マークの状態を検出するために用いられる光センサーとしては，エリアイメージセンサーやリニアイメージセンサー等の空間分解能を有する光センサーを用いても良いし，フォトダイオードのように空間分解能を持たない光センサーを用いても良い。フォトダイオードのように空間分解能を持たない光センサーを用いる場合であっても，レーザー等の指向性のある光マークと光センサーとを一対一に組み合わせて複数組を用いれば，ある程度広い境界面において侵入を検出することができる。また，産業用ロボットの一部を構成するチャンバーのような暗室に異物やワークを検出すべき境界がある場合には，フォトダイオードのように空間分解能を持たない光センサーと指向性のない光マークとを組み合わせて用いることもできる。例えば，２個のＬＥＤを１対の光マークとして用い，１つのフォトダイオードを光センサーとして用いる場合であっても，光センサーの出力レベルによって２つのＬＥＤが両方点灯しているか，片方のみ点灯しているか，両方消灯しているかを特定できるため，本発明は成立する。
【符号の説明】
【００４３】
１…光源部，２…点滅制御部，３…タイミングコントローラー，４…デジタルカメラ，５…検出部，６…ロボット本体，７…侵入検出装置，９，９ａ，９ｂ…人間，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂ…ＬＥＤ，６１…ロボットコントローラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は，侵入検出装置，ロボット、侵入検出方法および侵入検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，危険領域への人間の侵入や私有地への不審者の侵入をカメラを利用して検出する技術が知られている。例えば特許文献１には，所定の境界線に沿って配置された光源や反射鏡からカメラまでの光路が遮断されたかどうかをカメラの出力に基づいて判定することによって，境界線を越えて人間が危険領域に侵入したことを検出する技術が開示されている。また特許文献２には，複数の光源の発光パターンのそれぞれに情報を持たせることによって，どの光源からカメラまでの光路に侵入者がいるかを特定する技術が開示されている。これらの技術では，光源が点灯するパターンと，光センサーによって検出される特定領域の輝度のパターンとが一致しない場合に，侵入があったと判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７１７１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし，従来の技術によると光源が消灯しているタイミングにおいては当該光源からカメラまでの光路を横切る侵入を検出することができない。一方，光源を常時点灯する場合には，光路にダミー光源を設置しながら侵入することが容易になるため，光源を常時点灯することは望ましくない。
【０００５】
本発明は特定領域への侵入を確実に検出することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するための侵入検出装置は，侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，を備える。
【０００７】
本発明によると，個々の光マークは時刻によって光ったり光らなかったりする。したがって，ダミー光源を備える遮蔽物等で侵入検出装置を欺いて侵入することが困難になる。そして，境界の両側に近接して配置された光マークの対の一方が光っていない時刻であっても他方が光っているため，境界を横切る侵入があると，光マークの対のいずれか一方から光センサーまでの光路が必ず遮断される。したがって，本発明によると，境界を越えた特定領域への侵入を確実に検出することができる。なお，本明細書において光マークとは，光を放射または反射し，光源の点灯と消灯や，光路の遮断と開放や，反射板の反射率を変化させること等によって，放射又は反射する光量を制御可能な構成要素である。
【０００８】
（２）上記目的を達成するための侵入検出装置において，前記検出部は、前記光センサーの出力が予め決められた規則性を持たない場合に侵入を検出しても良い。
この構成を採用する場合、点滅制御部が個々の光マークを点灯させているか消灯させているかを特定できる情報を検出部に伝送しなくとも検出部が侵入を検出できる。したがって、その情報を検出部に伝送するための構成要素が不要となり、構成が簡素化される。
【０００９】
（３）上記目的を達成するための侵入検出装置において，前記検出部は，任意の時刻において前記光マークの対の両方が光っていないことを前記光センサーの出力が示している場合に侵入を検出してもよい。
この構成を採用する場合，受光パターンと発光パターンを比較すること無く，光マークの対毎に侵入を検出することができるため，簡素な構成で侵入を検出することができる。
【００１０】
（４）上記目的を達成するための侵入検出装置において，前記光マークの対は前記境界に沿って複数配列され，前記点滅制御部は、任意の時刻において，前記境界に沿う方向に配列されている前記光マークに光る前記光マークと光らない前記光マークが含まれるように前記光マークを制御してもよい。
この構成を採用する場合，侵入を検出可能な境界を長くすることができる。また，境界に沿った光マークの一列が同時に光る場合に比べると，ダミー光源を備える遮蔽物等で侵入検出装置を欺いて侵入することが困難になる。
【００１１】
（５）上記目的を達成するための侵入検出装置において，それぞれの前記光マークの時系列の発光パターンは情報を有し，前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得てもよい。
この構成を採用する場合，光センサーの出力に基づいて侵入を検出する検出部に，光マーク毎に情報を伝達することが可能になる。ここで情報とは、発信側から、光を媒体として受信側に伝達される一定の意味を持つ実質的な内容のことである。例えば，個々の光マークを特定可能な識別情報を時系列の発光パターンとして伝送する場合，光マークと光センサーとの対応関係が固定されていなくとも，光センサーの出力に基づいて特定の光マークの受光パターンを特定することが可能になり，その結果，境界のどの位置で侵入が発生したかを特定することも可能になる。
【００１２】
（６）上記目的を達成するための侵入検出装置において，任意の時刻において，前記光マークの発光パターンは情報を有し，前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得てもよい。
この構成を採用する場合，光センサーの出力に基づいて侵入を検出する要素に，時刻毎に情報を伝達することが可能になる。例えば，時刻情報を空間的な発光パターンとして伝送する場合，侵入を検出する側において時計が備えられていなくとも，侵入時刻を特定することが可能になる。
【００１３】
（７）上記目的を達成するためのロボットは，侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，前記侵入検出装置が侵入を検出した場合に所定の処理を起動する制御部と，を備える。
本発明によると，ロボットと協調して作業している人間に危険が及ばないように緊急停止したり，ワークの設置に合わせて加工を開始することが可能となる。
【００１４】
尚，請求項に記載された動作の順序は，技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず，同時に実行されても良いし，記載順の逆順に実行されても良いし，連続した順序で実行されなくても良い。また，本発明は侵入検出方法としても，侵入検出プログラムとしても，そのプログラムを記録した記録媒体としても成立する。むろん，そのコンピュータープログラムの記録媒体は，磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし，今後開発されるいかなる記録媒体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図２】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図３】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図４】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図５】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図６】本発明の実施形態にかかる模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下，本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら実施例に基づいて説明する。尚，各図において対応する構成要素には同一の符号が付され，各実施例において重複する説明は省略される。
１．第一実施例
図１は本発明の第一実施例の全体構成を示している。本発明の第一実施例は，ロボット本体６と，人間９ａ，９ｂが予め決められた安全作業範囲と危険範囲の境界よりもロボット本体６側に侵入したときに侵入を検出するための侵入検出装置７とを備える産業用ロボットである。
【００１７】
ロボット本体６は，ロボットコントローラー６１と，ロボットコントローラー６１によって制御される図示しないアクチュエーター，センサー，多関節アーム等を備える。ロボット本体６は，人間９ａ，９ｂと協調して作動するように構成されている。ロボット本体６と侵入検出装置７との制御系統は独立しており，ロボット本体６のロボットコントローラー６１と侵入検出装置７の検出部５とが通信線によって接続されている。ロボットコントローラー６１は，侵入検出装置７が侵入を検出した場合に，アクチュエーターを停止させる，アラーム音を発音する，警告灯を点灯する，などの所定の処理を起動する。ロボットコントローラー６１の機能は，ロボット本体６の全体を制御するコンピューターと，それによって実行されるコンピュータープログラムとによって実現される。
【００１８】
侵入検出装置７は，光マークとしてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）の対を複数備える光源部１と，ＬＥＤの発光を制御する点滅制御部２と，タイミングコントローラー３と，光源部１が視野内に収まるように設置されたデジタルカメラ４と，デジタルカメラ４の出力に基づいて侵入を検出する検出部５とを備えている。
【００１９】
光源部１は人間９ａ，９ｂの安全作業範囲と危険範囲の境界に沿って設置されている。光源部１は，ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂと，これらのＬＥＤを駆動する図示しない駆動回路とを備えている。この駆動回路には，点滅制御部２によって生成される駆動信号と，タイミングコントローラー３によって生成されるタイミング信号とが印加される。タイミング信号が駆動回路に印加されるタイミングにおいて駆動回路によって駆動信号が増幅されてＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂに印加される。ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａは，図１に示すように安全作業領域と危険領域の境界に沿って１列に並ぶ群である。ここで，この１列のＬＥＤ群を第一群ａというものとする。そして第一群ａに対して境界を挟んで向かい合うＬＥＤ１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂを第二群ｂというものとする。第一群ａに属する１つのＬＥＤと，そのＬＥＤと境界を挟んで向かい合う第二群ｂに属する１つのＬＥＤとは，点滅制御部２の制御対象として対をなしている。例えばＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂ，ＬＥＤ１２ａとＬＥＤ１２ｂは，それぞれ対をなしている。そこでＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂの対を対１１，ＬＥＤ１２ａとＬＥＤ１２ｂとを対１２というものとする。任意の一対は、境界の両側に近接して配置され、境界の両側に配置された一対のそれぞれの中心を結ぶ線が境界に対して直交している。
【００２０】
デジタルカメラ４は，光センサーとして図示しないエリアイメージセンサーを備えている。エリアイメージセンサーはＣＣＤイメージセンサー，ＣＭＯＳイメージセンサー等によって構成され，図示しないレンズによって結像される全てのＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂを撮像可能である。デジタルカメラ４における各フレームの撮像タイミングはタイミングコントローラー３が生成するタイミング信号によって制御される。具体的には，デジタルカメラ４が各フレームの画像データを生成するためにイメージセンサーの光電変換素子に電荷を蓄積する期間においてＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの発光パターンが変化しないように，デジタルカメラ４と光源部１とが共通のタイミング信号によって制御される。
点滅制御部２と検出部５の機能は，侵入検出装置７の全体を制御するコンピューターと，それによって実行されるコンピュータープログラムとによって実現される。
【００２１】
図２は，デジタルカメラ４の出力に基づいて侵入を検出する方法を説明するための模式図であって，デジタルカメラ４から出力される画像データの局所領域の像を示している。図２において白円は点灯しているＬＥＤの像を示し，黒円（ハッチングを付した円）は消灯しているＬＥＤの像を示している。また図２において数字とアルファベットは画素の位置を示す符号である。
【００２２】
デジタルカメラ４と光源部１との位置関係が固定されている場合，ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの像は画像データの予め決められた領域に記録される。したがって検出部５は，ＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの像に対応する各領域の輝度値を閾値と比較することによって，対応するＬＥＤが点灯しているか消灯しているかを判定すればよい。具体的には例えば，画素１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂに点灯しているＬＥＤ１１ａが対応し，画素１Ｄ，１Ｅ，２Ｄ，２Ｅに消灯しているＬＥＤ１１ｂが対応しているとする。この場合，画素１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの輝度値の合計は画素１Ｄ，１Ｅ，２Ｄ，２Ｅの輝度値の合計よりも高くなる。したがって，画素１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの輝度値の合計が予め決められた閾値よりも大きい場合には，ＬＥＤ１１ａが点灯していると判定し，逆の場合にはＬＥＤ１１ａが消灯していると判定する。
【００２３】
ところで後に詳しく述べるように，ＬＥＤの各対１１〜１９は一方が点灯している場合には必ず他方が消灯しているように制御される。したがって，ＬＥＤの各対１１〜１９からデジタルカメラ４までの光路に異物が存在しない場合には，ＬＥＤの各対１１〜１９において点灯状態を判定すると，結果は常に，一方は真（点灯）となり，他方は偽（消灯）となる規則性がある。そこで，ＬＥＤの対１１〜１９における点灯状態の判定において，一方が真で他方が偽とならない結果が得られた場合に，検出部５は異常を検出する。具体的には例えば，ＬＥＤの各対１１〜１９からデジタルカメラ４までの光路に異物が存在し，図３に示すように異物に対応する像Ｓが画像データに記録されたとする。そして画素４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂが消灯しているＬＥＤ１２ａに対応し，画素４Ｄ，４Ｅ，５Ｄ，５Ｅが点灯しているＬＥＤ１２ｂに対応しているとする。この場合，画素４Ｄ，４Ｅ，５Ｄ，５Ｅの輝度値合計は閾値を下回ることになり，ＬＥＤ１２ｂの点灯状態の判定結果は偽（消灯）となる。一方，画素４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂに対応するＬＥＤ１２ａは消灯しているため，ＬＥＤ１２ａの点灯状態の判定結果も偽（消灯）となる。すなわち，ＬＥＤの対１２の点灯状態の判定結果は両方とも偽（消灯）となり，その結果，検出部５は侵入有りと判定する。
【００２４】
ここで各ＬＥＤの点灯状態の判定結果を，真の場合は１，偽の場合は０とし，ＬＥＤの各対についてこれらの判定結果の和を求め，その和を各対についての判定結果とする。この場合，ＬＥＤの各対の判定結果は，２（両方点灯），１（一方のみ点灯），０（両方消灯）のいずれかとなる。したがって，ＬＥＤの各対の判定結果を侵入検出装置の出力とすればよい。具体的には，ＬＥＤの各対の判定結果が２の場合には光源部１の異常として扱い，ＬＥＤの各対の判定結果が０の場合には侵入有りとして扱えばよい。このようにＬＥＤの点灯状態の判定結果を対毎に扱うことにより，光源部１の発光パターンと無関係に侵入を検出することができる。すなわち，検出部５は，任意の時刻においてＬＥＤの対の両方が光っていないことをデジタルカメラ４の出力が示している場合に侵入を検出することにより，光源部１の発光パターンと無関係に侵入を検出することができる。したがって、侵入検出装置７の構成を簡素化することができる。また、任意の時刻において特定のＬＥＤの対の両方が光っていないことをデジタルカメラ４の出力が示している場合には、当該特定のＬＥＤの対からデジタルカメラ４までの光路において侵入があったことを特定可能である。すなわち本実施例においては、境界のどの位置において侵入が発生したかを特定することができる。
【００２５】
図４は点滅制御部２によって制御されるＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａの発光パターンを示す模式図である。図４において，ｔは時間軸を示している。また図１に示すように安全作業領域と危険領域の境界と平行に定めたｘ軸を図４にも示している。また図４において白円は点灯を示し，黒円は消灯を示している。点滅制御部２および光源部１の駆動回路は，ＬＥＤの各対１１〜１９において，対の一方を点灯させるとき，対の他方を消灯させる。ＬＥＤの対の一方が光っていない時刻であっても他方が光っているため，境界への侵入があると，ＬＥＤの対のいずれか一方からデジタルカメラ４までの光路が必ず遮断される。したがって，境界を越えた危険領域への侵入を確実に検出することができる。図４においては，第一群ａのみについて発光パターンが示されているが，第二群ｂについては図４に示す発光パターンを逆転させたものであるため省略している。
【００２６】
まず任意の時刻におけるＬＥＤの発光パターンについて説明する。例えば時刻ｔ１においては，ＬＥＤ１１ａ，１３ａ，１６ａ，１８ａが点灯し，ＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａが消灯する。このように任意のタイミングにおいて，安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されている第一群ａに，光るＬＥＤ１１ａ，１３ａ，１６ａ，１８ａと光らないＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａの両方を含めることが好ましい。なお，第一群ａの発光パターンと第二群ｂの発光パターンとはＬＥＤの各対において逆転しているため，光るＬＥＤと光らないＬＥＤが第一群ａに含まれていれば，第二群ｂにも光るＬＥＤと光らないＬＥＤが含まれることはいうまでもない。このように，安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されているＬＥＤ群に光るＬＥＤと光らないＬＥＤが含まれていれば，任意の時刻における不感帯を小さくすることができる。例えば時刻ｔ１においてＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａからデジタルカメラ４までの光路にのみ異物が侵入しても，これらのＬＥＤが消灯しているためにその異物の侵入を検出することはできないが，同じ第一群ａに属しこれらの消灯しているＬＥＤに隣接しているＬＥＤ１１ａ，１３ａ，１６ａ，１８ａが点灯しているため，その異物を検出できる可能性は高い。さらに，時刻ｔ１において消灯しているＬＥＤ１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａと対をなすＬＥＤ１２ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１７ｂ，１９ｂも点灯しているため，その異物を検出できる可能性は高い。もちろん，安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されている第一群ａの全てが点灯している場合には，第一群ａとデジタルカメラ４までの光路に不感帯がないことになる。しかし，第一群ａの全てが点灯している場合には，第二群ｂからデジタルカメラ４までの光路がすべて不感帯となるため，やはり，ｘ軸方向に配列されているＬＥＤ群に光るＬＥＤと光らないＬＥＤを含めた方が不感帯を狭めることができるのである。
【００２７】
次に任意のＬＥＤの時系列の発光パターンについて説明する。例えばＬＥＤ１１ａは，時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ８，ｔ９，ｔ１１において点灯し，時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ７，ｔ１０において消灯する。このように任意のＬＥＤを時刻によって点灯したり消灯したりすることにより，時間軸上の不感帯を短くすることができる。例えば時刻ｔ２においてＬＥＤ１１ａからデジタルカメラ４までの光路にのみ異物が侵入しても，ＬＥＤ１１ａが消灯しているためにその異物を検出することはできないが，時刻ｔ２の直前と直後の時刻ｔ１，ｔ３においてはＬＥＤ１１ａが点灯するため，その異物を検出できる可能性は高い。もちろん，ＬＥＤ１１ａを常時点灯させる場合には，ＬＥＤ１１ａからデジタルカメラ４までの光路に不感帯はないことになる。しかし，ＬＥＤ１１ａを常時点灯させる場合には，ＬＥＤ１１ａと対をなすＬＥＤ１１ｂからデジタルカメラ４までの光路が常時不感帯となり，やはり，任意のＬＥＤを時刻によって点灯したり消灯したりすることにより，時間的な不感帯を短くすることができる。
【００２８】
このように安全作業領域と危険領域の境界に沿うｘ軸方向に配列されているＬＥＤ群に光るＬＥＤと光らないＬＥＤを混在させ，任意のＬＥＤを時刻によって点灯したり消灯したりすることによって，不感帯を狭く短くすることができる。そしてまた，このようにＬＥＤの発光パターンを時間的にも空間的にも変化させることによって，意図的な侵入を防止することもできる。例えば，ＬＥＤの発光パターンが時間的に変化しないとすれば，空間的な発光パターンを模した遮蔽物を光源部１とデジタルカメラ４の間に設置することによって，侵入検出装置７に検出されることなく遮蔽物と光源部１との間から危険領域に侵入することが可能になる。また例えば，ＬＥＤの発光パターンが空間的に変化しないとすれば，時間的な発光パターンを模した遮蔽物を光源部１とデジタルカメラ４の間に設置することによって，侵入検出装置７に検出されることなく遮蔽物と光源部１との間から危険領域に侵入することが可能になる。しかし，ＬＥＤの発光パターンが時間的にも空間的にも変化している場合には，ＬＥＤの発光パターンを模することが極めて困難となって，意図的な侵入は実質的に不可能になる。
【００２９】
２．第二実施例
本発明の第二実施例では，光源部１の発光パターンに対応する受光パターンから検出部５が時刻や位置の情報を取得する形態を説明する。先に説明した第一実施例において個々のＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂの時系列の受光パターンは，点灯または消灯の時系列信号として検出部５によって取得される。そこで本実施例では，検出部５によって取得される点灯または消灯の時系列信号から時刻情報と個々のＬＥＤの識別情報を得られるように，発光パターン５を生成する。
【００３０】
具体的には例えば，ＬＥＤ１１ａの時系列の受光パターンから取得される点灯又は消灯の時系列信号がＬＥＤ１１ａを他のＬＥＤから識別可能な識別情報を構成するように発光パターンを生成する。ＬＥＤ１１ａの図４に示す時刻ｔ１からｔ８までの発光パターンを点灯（１）と消灯（０）の時系列信号として表すと，１０１０１００１となる。またＬＥＤ１２ａの図４に示す時刻ｔ１からｔ８までの発光パターンを点灯（１）と消灯（０）の時系列信号として表すと，０００１０１００となる。
【００３１】
そこで１０１０１００１がＬＥＤ１１ａを示し，０００１０１００がＬＥＤ１２ａを示すことを検出部５に予め記憶させておく。すると，検出部５がデジタルカメラ４から取得する画像データの任意の局所領域の輝度値から得る点灯（１）と消灯（０）の時系列信号が１０１０１００１を示す場合には，その局所領域がＬＥＤ１１ａに対応していると特定することが可能になる。また，画像データの任意の局所領域の輝度値から得る点灯（１）と消灯（０）の時系列信号が００１０１００を示す場合には，その局所領域がＬＥＤ１１ｂに対応していると特定することが可能になる。このように個々のＬＥＤの発光パターンにＬＥＤの識別情報を持たせることによって，デジタルカメラ４から取得する画像データの局所領域と個々のＬＥＤとの対応関係を検出部５において特定可能になる。デジタルカメラ４から取得する画像データの局所領域と個々のＬＥＤとの対応関係を検出部５において特定可能である場合には，デジタルカメラ４と光源部１との位置関係に応じて，個々のＬＥＤの点灯状態を検出するために輝度値を取得する局所領域を設定することが可能となる。その結果，デジタルカメラ４と光源部１との位置関係をある程度自由に設定することができる。
【００３２】
また例えば，全てのＬＥＤ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂのある特定の時刻の空間的な発光パターンにその時刻を特定可能な時刻情報を持たせることができる。例えば，図４に示すＬＥＤの第一群ａの時刻ｔ９における発光パターンを点灯（１）と消灯（０）の信号として左から順に表すと，１０１００１０１０となる。そこで空間的な発光パターンの時刻へのデコード規則を検出部５に予め記憶しておくことにより，デジタルカメラ４から取得する画像データの任意のフレームと時刻との対応関係を検出部５において特定可能になる。これにより検出部５は，時刻とともに侵入の有無を検出可能となる。
【００３３】
そこで点滅制御部２は，例えば図５に示すように，全てのＬＥＤの発光パターンの周期を９とし，１周期毎に時刻情報としての発光パターン（時刻情報パターン）を１回挿入し，１周期毎に個々のＬＥＤの識別情報としての発光パターン（ＬＥＤの識別情報パターン）を８回挿入しながら，ＬＥＤの駆動信号を生成する。この場合，時刻情報としての発光パターンが，識別情報としての発光パターンの始点を特定可能な同期信号としての機能も持ち得ることになる。もちろん，全てのＬＥＤを点灯させるような特殊な発光パターン（リセットパターン）をセットアップのためのリセット信号あるいは同期信号として挿入するといったことも可能である。
【００３４】
３．第三実施例
本発明の第三実施例では，ＬＥＤの対毎に両方が消灯と判定された場合に侵入を検出するのではなく，境界線に沿って配列されたＬＥＤの群毎に受光パターンが発光パターンの規則性に合致していない場合に侵入を検出する例について説明する。すなわち本実施例では，群毎にＬＥＤの発光パターンに規則性があり，同一群に属するＬＥＤからの受光パターンに対応するデジタルカメラ４の出力がその規則性を持っていない場合に，侵入を検出する。
【００３５】
点滅制御部２によって生成される駆動信号は，ＬＥＤを点灯または消灯する信号であるから，二値の信号である。したがって９個のＬＥＤからなる第一群ａを駆動するための駆動信号は，９ビット幅のデジタルデータである。またデジタルカメラ４が出力する画像データの局所領域の輝度値に基づいて検出部５が取得するデータは，ＬＥＤが点灯しているか消灯しているかを局所領域毎に示すデータであるから，これもまた９ビット幅のデジタルデータである。したがって，原理的にはＬＥＤの第一群ａをある瞬間に駆動するための９ビットのデジタルデータと，ＬＥＤの第一群ａの画像データから検出部５が得る９ビットのデジタルデータとが一致していれば，点灯しているＬＥＤからデジタルカメラ４までの光路に異物がないことになり，不一致であれば，そこに異物があることになる。最も単純な方法として，点滅制御部２がＬＥＤの第一群ａを駆動するために生成する９ビットのデジタルデータをそのまま検出部５に直接取得させ，検出部５において，点滅制御部２から直接取得したデジタルデータと，デジタルカメラ４が出力した画像データの局所領域の輝度値に基づいて取得する受光パターンを示すデジタルデータとを比較すればよい。
【００３６】
また別の方法としては，次に説明するように，９個のＬＥＤからなる第一群ａを駆動するための９ビットのデジタルデータのうち１ビット以上を残りのビットの誤り検出符号として用いる方法がある。例えば，点滅制御部２では，８ビットの乱数と，その乱数から生成されるパリティビットとを組み合わせて９ビットの駆動信号を生成する。一方，検出部５では，９個のＬＥＤに対応する局所領域の輝度値に基づいて局所領域毎に点灯または消灯を示す９ビットのデジタルデータを生成するとともに，生成した９ビットの奇遇性と予め決められている駆動信号の奇遇性とを比較する。これらの奇遇性が一致していなければ，侵入有りとして扱えばよい。チェックサムや巡回冗長検査（ＣＲＣ）など，信頼性が高い誤り検出符号を採用しても良い。このように誤り訂正符号を用いる場合には，ＬＥＤの発光パターンを点滅制御部２から検出部５に通知する必要が無くなる。
【００３７】
４．他の実施形態
以上，本発明の実施形態を実施例に基づいて説明したが，本発明の技術的範囲は上述した実施例に限定されるものではなく，上述した実施例に種々の変更や追加した形態で本発明は実施し得る。
【００３８】
例えば，図６Ａおよび図６Ｂに示すようにデジタルカメラ４の受光面と光源部１の発光面を鉛直方向に対向させてもよいし，図６Ｃに示すようにデジタルカメラ４の受光面と光源部１の発光面を水平方向に対向させてもよい。また例えば図６Ｄに示すようにロボット本体６の危険領域の境界が曲線を構成している場合には，光源部１の発光面においてＬＥＤ等の光マークをその曲線に沿って配置しても良い。
【００３９】
また，点滅制御部２と検出部５の同期がそれぞれのハードウェアによって担保されている場合には，タイミングコントローラー３を省略しても良い。また，タイミングコントローラー３をＲＴＯＳ（Real Time Operating System）のタスク間同期通信機構で代替してもよい。
【００４０】
また，タイミングコントローラー３を省略するとともに，光源部１と点滅制御部２とを一体とし，デジタルカメラ４と検出部５とを別の二体として構成しても良い。この場合，これらの独立した二体の機能要素を接続してもよいし，点滅制御部２と検出部５の同期を担保できる場合には，接続しなくとも良い。
【００４１】
光マークとしては，ＬＥＤの他，蛍光管，電球，レーザー等の光源を用いても良いし，光源から光センサーまでの光路を遮蔽したり開放したりするシャッターと光源とを組み合わせたユニットを光マークとして用いても良い。
【００４２】
また，光マークの状態を検出するために用いられる光センサーとしては，エリアイメージセンサーやリニアイメージセンサー等の空間分解能を有する光センサーを用いても良いし，フォトダイオードのように空間分解能を持たない光センサーを用いても良い。フォトダイオードのように空間分解能を持たない光センサーを用いる場合であっても，レーザー等の指向性のある光マークと光センサーとを一対一に組み合わせて複数組を用いれば，ある程度広い境界面において侵入を検出することができる。また，産業用ロボットの一部を構成するチャンバーのような暗室に異物やワークを検出すべき境界がある場合には，フォトダイオードのように空間分解能を持たない光センサーと指向性のない光マークとを組み合わせて用いることもできる。例えば，２個のＬＥＤを１対の光マークとして用い，１つのフォトダイオードを光センサーとして用いる場合であっても，光センサーの出力レベルによって２つのＬＥＤが両方点灯しているか，片方のみ点灯しているか，両方消灯しているかを特定できるため，本発明は成立する。
【符号の説明】
【００４３】
１…光源部，２…点滅制御部，３…タイミングコントローラー，４…デジタルカメラ，５…検出部，６…ロボット本体，７…侵入検出装置，９，９ａ，９ｂ…人間，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ，１９ｂ…ＬＥＤ，６１…ロボットコントローラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，
前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，
前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，
前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，
を備える侵入検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記光センサーの出力が予め決められた規則性を持たない場合に侵入を検出する、
請求項１に記載の侵入検出装置。
【請求項３】
前記検出部は，任意の時刻において前記光マークの対の両方が光っていないことを前記光センサーの出力が示している場合に侵入を検出する，
請求項２に記載の侵入検出装置。
【請求項４】
前記光マークの対は前記境界に沿って複数配列され，
前記点滅制御部は、任意の時刻において，前記境界に沿う方向に配列されている前記光マークに光る前記光マークと光らない前記光マークが含まれるように前記光マークを制御する，
請求項１から３のいずれか一項に記載の侵入検出装置。
【請求項５】
それぞれの前記光マークの時系列の発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項４に記載の侵入検出装置。
【請求項６】
任意の時刻において，前記光マークの発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項４に記載の侵入検出装置。
【請求項７】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，
前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，
前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，
前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，
前記侵入検出装置が侵入を検出した場合に所定の処理を起動する制御部と，
を備えるロボット。
【請求項８】
前記検出部は，任意の時刻において前記光マークの対の両方が光っていないことを前記光センサーの出力が示している場合に侵入を検出する，
請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
前記光マークの対は前記境界に沿って複数配列され，
前記点滅制御部は、任意の時刻において，前記境界に沿う方向に配列されている前記光マークに光る前記光マークと光らない前記光マークが含まれるように前記光マークを制御する，
請求項７または８に記載のロボット。
【請求項１０】
それぞれの前記光マークの時系列の発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
任意の時刻において，前記光マークの発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項９に記載のロボット。
【請求項１２】
前記検出部は、前記光センサーの出力と予め決められたデコード規則とに基づいて有意な情報を得られない場合に、侵入を検出する、
請求項１０または１１に記載の侵入検出装置。
【請求項１３】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，
光らせる前記光マークを時刻によって異ならせ，
前記光マークの対の光を受光する光センサーの出力に基づいて侵入を検出する，
ことを含む侵入検出方法。
【請求項１４】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，
前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，
してコンピューターを機能させる侵入検出プログラム。
【請求項１】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，
前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，
前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，
前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，
を備える侵入検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記光センサーの出力が予め決められた規則性を持たない場合に侵入を検出する、
請求項１に記載の侵入検出装置。
【請求項３】
前記検出部は，任意の時刻において前記光マークの対の両方が光っていないことを前記光センサーの出力が示している場合に侵入を検出する，
請求項２に記載の侵入検出装置。
【請求項４】
前記光マークの対は前記境界に沿って複数配列され，
前記点滅制御部は、任意の時刻において，前記境界に沿う方向に配列されている前記光マークに光る前記光マークと光らない前記光マークが含まれるように前記光マークを制御する，
請求項１から３のいずれか一項に記載の侵入検出装置。
【請求項５】
それぞれの前記光マークの時系列の発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項４に記載の侵入検出装置。
【請求項６】
任意の時刻において，前記光マークの発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項４に記載の侵入検出装置。
【請求項７】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対と，
前記光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，
前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーと，
前記光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，
前記侵入検出装置が侵入を検出した場合に所定の処理を起動する制御部と，
を備えるロボット。
【請求項８】
前記検出部は，任意の時刻において前記光マークの対の両方が光っていないことを前記光センサーの出力が示している場合に侵入を検出する，
請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
前記光マークの対は前記境界に沿って複数配列され，
前記点滅制御部は、任意の時刻において，前記境界に沿う方向に配列されている前記光マークに光る前記光マークと光らない前記光マークが含まれるように前記光マークを制御する，
請求項７または８に記載のロボット。
【請求項１０】
それぞれの前記光マークの時系列の発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
任意の時刻において，前記光マークの発光パターンは情報を有し，
前記検出部は前記光センサーの出力に基づいて前記情報を得る，
請求項９に記載のロボット。
【請求項１２】
前記検出部は、前記光センサーの出力と予め決められたデコード規則とに基づいて有意な情報を得られない場合に、侵入を検出する、
請求項１０または１１に記載の侵入検出装置。
【請求項１３】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，
光らせる前記光マークを時刻によって異ならせ，
前記光マークの対の光を受光する光センサーの出力に基づいて侵入を検出する，
ことを含む侵入検出方法。
【請求項１４】
侵入を検出する境界の両側に近接して配置された光マークの対の一方を光らせるとき他方は光らせず，光らせる前記光マークを時刻によって異ならせる点滅制御部と，
前記光マークの対の光を受光し受光量に応じた信号を出力する光センサーの前記出力に基づいて侵入を検出する検出部と，
してコンピューターを機能させる侵入検出プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７３５６３（Ｐ２０１３−７３５６３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４０９４（Ｐ２０１１−２１４０９４）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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