JP6626138B2 - センサを用いた物体監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサを用いた物体監視装置に関する。

ステレオ視覚装置やレンジファインダなどの距離画像計測装置を利用して、その距離画像と指定された領域との干渉を調べ、指定領域への物体の侵入や物体までの距離を検出する技術が知られている（例えば特許文献１）。

またロボットと作業者との干渉や接触を回避するために、３次元センサやカメラを用いてロボットの作業エリアを測定する技術が知られている（例えば特許文献２−４）。

特開２００３−１６２７７６号公報 特開２０１０−２０８００２号公報 特開２０１２−２２３８３１号公報 特開２０１７−０１３１７２号公報

センサを用いて所定の監視領域内の物体の存在を検出する監視装置では、該監視領域外の物体の存在によって該監視装置による物体監視に関し死角が発生した場合、安全重視の観点から、該監視領域内に物体有りと判定する処理を行うことが多い。しかしこのように、実際には監視領域内には物体が存在していないのに物体有りと判定すると、監視領域に含まれる機器を不必要に停止させたり、監視領域外で作業をしている作業者が死角を生じないような行動を強いられたりする等の不都合が生じる。

本開示の一態様は、所定の空間領域を測定する第１のセンサと、前記第１のセンサの測定データに基づき、前記空間領域内に予め定めた監視領域内の物体の有無を判断する判断部と、を備え、前記判断部は、前記第１のセンサが該第１のセンサから前記監視領域までの中間領域内に物体が存在することを検知した場合、前記中間領域内の前記物体の存在を以て前記監視領域内に物体が有るとする判断を行うか否かを予め設定可能に構成されている、物体監視装置である。

本開示によれば、中間領域内で物体が検知された場合に、監視領域内の物体の有無の判断を行わない旨の設定をすることができる。従って作業者等が中間領域内に進入して死角が発生したときに、監視領域内に物体有りと判定されることによる不都合を防止することができる。

物体監視装置の一構成例を示す図である。 物体監視装置の作用を示す図である。 監視領域と中間領域との位置関係を説明する図である。 １つのセンサで複数の監視領域を監視する例を示す図である。 １つの監視領域を２つのセンサで監視する例を示す図である。 複数のセンサで複数の監視領域を監視する例を示す図である。 複数のセンサで複数の監視領域を監視する他の例を示す図である。

図１は、好適な実施例に係る物体監視装置（以降、監視装置とも称する）１０と、その監視対象である監視領域１６とを概略図示する。監視装置１０は、所定の空間領域１２を測定する第１のセンサ１４と、第１のセンサ１４の測定データに基づき、空間領域１２内に予め定めた監視領域１６内の物体の有無を判断する判断部１８とを備える。

本実施例では、第１のセンサ１４の測定可能範囲内に空間領域１２が設定され、さらに、物体の侵入又は存在を（好ましくは常時）監視すべき領域として、空間領域１２内に監視領域１６が設定される。この設定は、例えば監視システムの設計者が適当な入力手段を介して行うことができ、設定された内容は監視装置１０のメモリ（図示せず）等に記憶させることができる。ここでは監視領域１６は、例えば図２に示すように、危険物（例えばロボット）２２の大きさや可動範囲等に基づいて定められる（略直方体の）領域として設定されており、監視装置１０（が具備するプロセッサ等によって）仮想的に設定可能である。監視領域１６内に人間等の物体２４が侵入したら、監視装置１０の判断部１８の判断結果を出力するように構成された出力部１９が、監視領域１６内で物体を検知した旨の情報（検知信号等）を出力する。出力された情報は、例えば、ロボット２２に接続され、ロボット２２の動作を制御する制御装置３０が受信可能であり、制御装置３０は検知信号を受信したら、安全確保のため、ロボットを駆動するモータの動力を遮断したり、警報を出力したりする等の処理を行えるように構成されている。

ここで、図２に示すように、物体（作業者等）２４が監視領域１６内に入っていない状態でも、センサ１４と監視領域１６との位置関係によっては物体２４によって監視領域１６内に死角が生じる。より具体的には、物体２４が中間領域２０内に存在していると、監視領域１６内の参照符号２６で示される領域が死角となり、死角２６内に物体が有るか否かは、センサ１４の測定データからは測定できない。このような場合、従来の監視装置では、安全重視の観点から監視領域内に物体有りとする判定結果（検知信号）を出力するように設定されている場合が多いので、作業者はこれを回避すべく、例えば図２において参照符号２４′で示すように、中間領域２０内に入らないように（すなわち監視領域１６から十分な間隔を空けて）、作業を行うこと等を強いられていた。

なお中間領域とは、センサ１４の代表点（例えばカメラレンズの中心）２８と監視領域１６の外形線（輪郭）とを結ぶ直線で画定された面によって画定される３次元空間を意味し、中間領域内に物体が有る場合、該物体の、センサ１４の代表点２８についての後方投影領域内に、監視領域１６の少なくとも一部が含まれ、その含まれた一部が死角となり得る。より具体的には、図３に示すように、監視領域１６を、８つの頂点Ａ−Ｈを有する直方体と仮定した場合、中間領域２０はセンサ１４の代表点２８と、頂点Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｆとで画定される（四角錐の）領域となり、中間領域２０内に物体が存在しているときは領域２６内に死角が生じる。本実施例における中間領域２０は、センサ１４から、作業者２４によって発生する可能性のある監視領域１６の死角領域２６のみを望む領域とも言える。

そこで監視装置１０の判断部１８は、第１のセンサ１４が中間領域２０内において物体の存在を検知した場合、当該検知を以て監視領域１６内に物体有りとする判断（物体検知）を行うか否かを、予め（物体監視装置を装備する監視システムの設計者等によって）設定可能に構成されており、ここでは物体検知を行わない旨の設定がされているものとする。この場合、監視装置１０（の出力部１９）からは、何も出力されず、故に監視装置１０からの出力を受信する装置（例えばロボット制御装置３０）は、監視領域１６内の危険物の動作を停止させる（例えばロボットを駆動するモータの動力を遮断する）等の処理を実行しない。従って作業者は、監視領域１６の近傍まで接近しても、不必要にロボットが停止して該ロボットを含むシステムの作業効率が低下する等の不都合を回避することができる。

図４は、空間領域内に複数の監視領域を設定した実施例を示す図である。例えば監視装置１０（センサ１４）が、図２の空間領域１２より広範な空間領域３２を測定できる場合、上述の第１の監視領域１６に加え、第２の監視領域３４を追加・設定することができる。図４の例では、第２の監視領域３４については物体によって死角が発生しない（センサ１４から第２の監視領域３４までの第２の中間領域３６内に物体が存在することは想定されていない）ので、監視装置１０は、第２の監視領域３４については、中間領域３６内で物体が検知されたら監視領域３４内の物体検知（検知信号）として出力する設定をしておくことができる。この場合は、仮に中間領域３６内で物体の存在（進入）が確認されたら、安全確保等の観点から、監視領域３４内に物体有りとする方が好ましいからである。このように監視装置１０（の判断部１８）は、複数の監視領域がある場合は、各監視領域に対応する中間領域内で物体が検知されたときに、その検知を以て監視領域内の物体検知として判断するか否かを予め設定しておくことにより、監視領域毎に判断部の判断結果を検知信号として出力することができる。

図４に例示するように、第１の監視領域１６は、図２に示した物体２４等によって死角となり得る領域２６と、死角にならない領域３８とに分割できる場合があり、これに応じて中間領域も分割できる。図４の例では、物体（作業者等）は、領域２６に対応する中間領域２０内には入る場合があるが、領域３８に対応する中間領域４０内に入ることは想定されていない。なお中間領域４０は、図３の例で言えば、センサ１４の代表点２８と、頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとで画定される（四角錐の）領域となる。従って監視領域１６を（仮想的に）分割して実質的に複数（ここでは２つ）の監視領域を設定し、これらに対応するように中間領域も分割しておき、分割された中間領域毎に、上述の判断を行うことができる。具体的には、中間領域２０内において物体の存在を検知した場合は、当該検知を以て監視領域１６内に物体有りと判断されないので、監視装置１０からは何も出力されず、一方、中間領域４０内で物体の存在（進入）が確認されたら、監視装置１０は監視領域１６内に物体有りとする判定（検知信号）を出力する。このようにすれば、死角とならない領域については安全確保等の観点からより安全性の高い物体検知が行える。

ここで中間領域２０の指定（分割領域の設定）は、センサ１４の視野領域を特定することによって行うことができ、例えば図３において頂点Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｆで画定される面４２を指定すればよい。或いは、領域２６に相当する３次元領域（の座標）を、ＣＡＤ等を用いて指定してもよい。但し分割領域の設定方法は、このような面指定や領域指定に限られるものではない。

また図４に示したように、１つの監視領域１６を、独立した２つの監視領域２６及び３８として分割・設定し、監視領域２６に対しては、中間領域２０内で物体が検知されたときに、その検知を以て監視領域１６内の物体の有無の判断を行わない設定をしてもよい。しかし、領域２６及び３８は元々１つの監視領域であるので、該監視領域についての監視結果（物体の有無）は１つ（の信号）であることが望ましい。そこでこのような場合は、監視装置１０（の判断部１８）は、複数の監視領域を統合した群毎に（ここでは領域２６及び３８を含む領域１６について）、判断部の判断結果を出力することができる。例えばこの場合は、領域２６又は３８のいずれかで物体の存在が検知されたら、他方の領域では物体検知がされなくとも、統合した群（領域１６）については物体有りとして処理される。

図５は、複数のセンサを含む監視装置の実施例を説明する図である。図２に示したように、１つのセンサ１４を用いただけでは、監視領域１６内に死角が発生し得る部分（領域２６）があるため、監視領域１６全体に亘って正確な物体検知が行えない場合がある。そこで図５の実施例では、これを補うために、互いに異なる位置に配置された複数のセンサを使用する。具体的には、第１のセンサ１４とは異なる位置に配置された第２のセンサ４４と、第２のセンサ４４の測定データに基づき、予め定めた監視領域（ここでは監視領域１６内の死角２６に相当する領域）内の物体の有無を判断する第２の判断部４６とをさらに設けることにより、中間領域２０内の物体（例えば作業者２４）の存在によって第１のセンサ１４に関して死角となり得る領域２６については第２のセンサ４４の測定データに基づいて物体検知を行い、監視領域１６内の領域２６以外の領域３８については第１のセンサ１４の測定データに基づいて物体検知を行うことができる。また判断部４６の処理（判断）結果も、判断部４６に接続された出力部４８から制御装置３０等に、検知信号等の形態で出力することができる。

図５のように複数のセンサを使用すれば、１つのセンサでは死角となり得る領域も残りのセンサで物体検知が行えるので、監視領域内の全ての空間で正しい物体検知が可能となる。また中間領域２０に物体が存在しているときは、第１のセンサ１４からは安全サイドの出力（監視領域内に物体有り）はされず、また該物体によって発生する死角によって、領域２６内に物体は存在するがそれが確認できない場合にも、監視領域内に物体有りとする出力は行われない。しかし、第２のセンサ４４は中間領域２０内に物体が存在しても領域２６内に死角が発生しないような場所に配置されるので、領域２６内に物体が存在した場合、第２のセンサ４４の測定データに基づいて物体検知が行われるため、領域２６内の物体の存在は見逃されない。但しこの場合、判断部４６は、第２のセンサ４４が第２のセンサ４４から監視領域１６までの中間領域内に物体が存在することを検知した場合は、監視領域１６内に物体が有るとする判断を行うことが好ましい。

図５の例では、判断部１８又は４６は２つのセンサの出力を統合判断するような処理を行う必要はない。同様に、制御装置３０においても２つの判定部（出力部）からの出力信号を統合判断するような処理を行う必要はなく、いずれかの出力信号が監視領域に物体が有ることを示している場合に、ロボット２２を停止させる制御等を行えばよい。従ってセンサ間（判断部間）を複雑な配線で接続する必要はなく、またある監視領域について２つのセンサ（判断部）の出力を統合判断することなく正確な物体検知を行えるので、監視装置全体として低コスト化が図れる。

図６は、複数のセンサを含む監視装置の他の実施例を説明する図であり、ここでは互いに離隔した３つの監視領域５０、５２及び５４を、２つのセンサを用いて監視する監視装置を考える。なおこのような監視装置における監視領域やセンサの配置は、通常、監視システムの設計者が設計・設定する。

第１のセンサ１４は左側の監視領域５０を略真上から臨む位置に配置されているので、監視領域５０内には死角が発生せず、同様に第２のセンサ４４は右側の監視領域５４を略真上から臨む位置に配置されているので、監視領域５４内にも死角が発生しないようになっている。

一方、中央の監視領域５２では、第１のセンサ１４と監視領域５２との間の中間領域５８内の物体の存在によって、監視領域５２内の領域５６が死角となることがあり、同様に第２のセンサ４４と監視領域５２との間の中間領域６２内の物体の存在によって、監視領域５２内の領域６０が死角となることがある。ここで、第１のセンサ１４では死角になり得る領域５６は第２のセンサ４４では正確に物体検知することができるので、第１のセンサ１４は、死角５６に対応する中間領域５８内に物体を検知したときは、監視領域５２に対する物体検知を行わないように設定することができる。或いは、図４と同様に監視領域５２を死角に相当する領域５６とそれ以外の領域とに分割し、領域５６のみ非検知としてもよい。

同様に、監視領域５２において第２のセンサ４４では死角になり得る領域６０は第１のセンサ１４では正確に物体検知することができるので、第２のセンサ４４は、死角６０に対応する中間領域６２内に物体を検知したときは、監視領域５２に対する物体検知を行わないように設定することができる。或いは、図４と同様に監視領域５２を死角に相当する領域６０とそれ以外の領域とに分割し、領域６０のみ非検知としてもよい。このように、監視領域が複数であってセンサも複数ある場合は、これらの位置関係等を適切に選択することにより、一方のセンサの死角を他方のセンサで補うことができ、各監視領域の物体検知を好適に行うことができる。

本開示に係る監視装置は、センサの台数を容易に拡張することができる。例えば図７に示すように、作業者の進入が許可されている作業者領域６４ａ−６４ｄと、作業者の進入を監視すべき監視領域６６ａ−６６ｃとが交互配置されている場合、１つの監視領域を少なくとも２つのセンサで監視できるようにセンサを配置すれば、死角が生じる場合であっても漏れのない物体検知が可能となる。例えばセンサ６８ｂについて、作業者が作業者領域６４ｂ内の左端に居るときは監視領域６６ａの右下部に死角が生じ得るが、この死角はセンサ６８ａによって物体検知が行える。同様に、センサ６８ｂについて、作業者が作業者領域６４ｃ内の右端に居るときは監視領域６６ｃの左下部に死角が生じ得るが、この死角はセンサ６８ｃによって物体検知が行える。このように、センサの台数は作業者領域及び監視領域の大きさや個数に基づいて実質無制限に拡張可能であり、また個々のセンサについては予め設定した測定範囲内について物体の検知／非検知の設定を行うだけでよいので、センサ間を接続する必要はなく、低コストで簡易な構成の監視装置を構築することができる。

なお図７のように監視領域やセンサの個数が比較的多い場合には、予めシミュレータ（パーソナルコンピュータ）等の支援ツールを用いて、監視領域の大きさ、位置及び個数に応じた最適なセンサの個数や配置位置を計算（シミュレーション）によって求めておくこともできる。

なお上述の説明では、中間領域に物体が存在していることをセンサが検知しても、判断部（出力部）からは何も出力されない旨を説明したが、代わりに、中間領域に物体が存在していることをセンサが検知したときに、判断部（出力部）から、監視領域内の物体検知を行わない旨の出力（非検知信号等）を制御装置３０等に送信するようにしてもよい。

上述の実施例におけるセンサは、測定範囲（空間領域）内に存在する物体の位置に関する情報（測定データ）を取得できるように構成された測距センサであり、その具体例としては、投光光学系と受光光学系とを有する三角測距式の測定装置、２台の撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）を用いるステレオ測距式の測定装置、電波の反射遅延時間を利用するレーダ、光（レーザや近赤外光）の反射遅延時間を利用するＴＯＦセンサ等が使用可能であるが、これらに限られるものではない。

上述の実施例において、監視装置に対する監視領域及び中間領域の設定（大きさや位置の入力）は、監視システムの管理者が予め適当な入力手段（キーボードやタッチパネル等）を用いて行っておくことができる。但し中間領域は、設定された監視領域の位置や大きさ等情報に基づいて判断部が自動的に計算するようにしてもよい。また判断部及び出力部は、例えば電算機のＣＰＵ（中央処理装置）等のプロセッサを機能させるためのソフトウェアとして構成可能である。或いは例えば、当該ソフトウェアの処理の少なくとも一部を実行可能なプロセッサ等のハードウェアとして実現可能である。

本開示に係る物体監視装置では、中間領域内で物体が検知された場合、当該検知を以て監視領域内に物体有りとする判断を行うか否かを予め設定しておくことができるので、中間領域内の物体によって監視領域内に死角が発生し得る場合は、上記判断を行わないように設定し、別のセンサが監視領域内の死角となり得る領域を監視するようにしておくことが好ましい。このようにすれば、監視システムの管理者が監視領域の近傍まで接近して死角が発生しても監視領域内に物体有りとは判定されないので、監視領域内のロボット等の危険物を緊急停止させる等の過剰な処理はなされず、作業者は効率的に、かつ安全に作業を行うことができる。

ここで死角に相当する領域内の物体の有無を正確に検知するには、該中間領域に物体が存在しても該領域が死角とならない位置に配置された他のセンサを使用すればよく、その場合でも複数のセンサは互いにネットワーク等で接続する必要はなく、各判断部は各々に接続されているセンサからのデータから設定された監視領域、その中間領域に対する物体の判定処理を行い、その結果を出力すればよい。

本開示に係る監視装置は安全装置として使用される場合が多く、このような場合は特に、監視領域内に物体が検知されてから他の装置に出力されるまでの時間はできるだけ短いことが要求されるが、本開示のような機能を有しない場合、複数のセンサを１つの判断部に接続したり、複数の判断部の結果を統合して判断するために、複数の高速ネットワークが必要となったりすることがある。しかし本開示ではセンサ間を接続する必要がなく、また複数のセンサの出力を統合判断して物体検知を行う必要もないので、十分な実用性を備えた監視装置を低コストで構築できる。

１０ 監視装置
１２、３２ 空間領域
１４、４４、６８ａ−６８ｃ センサ
１６、３４、５０、５２、５４、６６ａ−６６ｃ 監視領域
１８、４６ 判断部
２０、３６、４０ 中間領域
２２ 危険物
２４ 作業者
１９、４８ 出力部
２６ 死角
３０ 制御装置
６４ａ−６４ｄ 作業者領域

Claims (7)

1. 所定の空間領域を測定するセンサと、
   前記センサの測定データに基づき、前記空間領域内に予め定めた監視領域内の物体の有無を判断する判断部と、を備え、
   前記判断部は、前記センサが該センサから前記監視領域までの中間領域内に物体が存在することを検知した場合、前記中間領域内の前記物体の存在を以て前記監視領域内に物体が有るとする判断を行うか否かを予め設定可能に構成されている、物体監視装置。
2. 前記空間領域内に前記監視領域が複数定められ、前記複数の監視領域毎に前記中間領域が規定される、請求項１に記載の物体監視装置。
3. 前記判断部は、前記中間領域を分割して得られる領域の各々について、各領域内の前記物体の存在を以て前記監視領域内に物体が有るとする判断を行うか否かを予め設定可能に構成されている、請求項１又は２に記載の物体監視装置。
4. 前記判断部の判断結果を出力する出力部をさらに備え、前記出力部は、前記判断部が定めた複数の監視領域毎に、又は複数の監視領域を統合した群毎に、前記判断部の判断結果を出力する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の物体監視装置。
5. 前記センサは、第１のセンサと、該第１のセンサとは異なる位置に配置された第２のセンサを含み、前記判断部は、前記第１のセンサが該第１のセンサから前記監視領域までの中間領域内に物体が存在することを検知した場合に前記監視領域内に物体が有るとする判断を行わないように設定されているときは、前記第２のセンサの測定データに基づいて前記監視領域内の物体の有無を判断する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の物体監視装置。
6. 前記第１のセンサによって物体が有るとする判断を行わないように設定されている監視領域は、該第１のセンサから該監視領域までの中間領域内の物体の存在によって該監視領域内に死角が生じ得る領域であり、前記第２のセンサは該中間領域内の物体の存在によって該監視領域内に死角が発生しない位置に配置される、請求項５に記載の物体監視装置。
7. 前記判断部は、前記第２のセンサが該第２のセンサから前記監視領域までの中間領域内に物体が存在することを検知した場合は、前記監視領域内に物体が有るとする判断を行う、請求項６に記載の物体監視装置。

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