JP7227366B2 - 無線監視／制御 - Google Patents

Description

本発明の１つ以上の形態は、エンジニアリング及び製造ワークショップ機械、プレス（例えば、プレスブレーキ、油圧プレス、スタンピング及び鍛造機械）、ミル、旋盤、産業用ロボット（例えば、ロボット溶接機）及びプラズマカッタ等の機械の監視及び／又は制御に使用するための無線通信に適用可能である。

本発明の１つ以上の形態は、無線通信システムによって、好ましくは短距離でデータを送信及び／又は受信するためのシステム及び／又は形成に適用可能である。

本発明の１つ以上の形態は、安全目的のために近接／距離検出及び／又は測定に適用可能である。

機械（プロセス、エンジニアリング、製造プラント等）は、通常、機械のすぐ近くにいる作業者や他の作業者を保護するための安全システムを備えている。そのような機械の例は、板金曲げ用のプレスブレーキ、縦型及び横型旋盤及びフライス盤、プラズマカッタ、ロボット溶接機等である。

そのような機械は、緊急停止機能を提供するハードウェアベースの安全システムと、それぞれの機械のためのコントローラに直接配線された機械制御とを有することが一般的である。この結果は、コスト集約的なケーブル配線と、重要な緊急停止及びユーザ制御インターフェースを位置決めするための制限された選択肢とである。

このような制限に対する解決策は、機械に直接接続されたハードワイヤード制御装置によって提供される遠隔制御及び緊急停止機能である。制御装置をハードワイヤードフレキシブルケーブルによって機械に対して移動可能にすることにより、ユーザインターフェース及び緊急停止制御装置を利用可能な空間内に、機械及び手元のタスクに対してオペレータが好むように、より柔軟に配置することができる。

イーサネット（登録商標）パワーリンク（一般に、単にパワーリンクと呼ばれる）及び同様のシステムは、このような機械の安全及び制御のために設けられたスレーブコントローラとマスタコントローラとの間の安全重大制御のためのオープンプロトコルを提供する。

ユーザ制御インターフェースは、パワーリンクシステムを用いて、機械への、しかし機械から離れた、ハードワイヤード物理ケーブル接続部を提供可能にする。ユーザ制御インターフェースと機械との間の動作情報は、周期的なポーリング要求とポーリング応答の送受信を必要とするアイソクロナスデータ交換と、それに続く同じチャネルを介した非同期データの交換によって処理される。データは、「デイジーチェーン」ポーリング配置で複数の装置に送信される。データは１つの装置のためのものであってもよいし、複数の装置のためのものであってもよい。その結果、データは、ＩＤ情報を含む情報の比較的大きな「パケット」を含む。この結果、比較的高い電源要求を要求するシステムが得られる。

機械と遠隔監視／制御装置との間のデータ交換を無線で行う一方で、蓄積された電荷の予備（例えば、電池及び／又はキャパシタ蓄積）で作動する遠隔監視／制御装置の電力需要を管理又は制限することができることが実現されている。

さらに、遠隔制御インターフェースと機械との間の安全上重要なデータ交換を改善することができることが理解されている。

無線遠隔制御／ユーザインターフェースのための近接検出及び／又は距離測定は特に機械の動作が安全上重要な制御／監視を伴う場合に、非常に有用であり得ることがさらに理解されている。

本発明の１つ以上の形成が開発されたのは、既存の安全監視／制御装置、特に無線安全監視／制御装置における１つ以上の制限を伴う。

監視／制御のための遠隔通信。

本発明の１つ以上の形態は、遠隔装置と監視及び制御のための機械との間の通信、又は機械の監視又は制御のための無線プロトコル／システム／方法に関することが理解される。

本発明の１つ以上の実施形態は、一般に、プレス及び遠隔（好ましくは無線）ユーザインターフェース／コントローラ等の装置間でデュアルチャネル通信リンクを確立するためのプロトコル、システム、及び方法に関する。

本発明の１つ以上の実施形態は、一般に、機械の安全上重要な動作に関連する装置間の近接検出通信及び／又は距離測定通信を確立するためのプロトコル、システム、及び方法に関する。

前述のことを念頭に置いて、本発明の一態様は、機械の監視及び／又は制御に使用される無線遠隔通信システムを提供し、このシステムは、機械から遠隔にある遠隔インターフェース装置と、機械に接続された少なくとも１つの通信モジュールとの間のデュアルチャネル無線通信を含む。

遠隔インターフェース装置は、機械の監視及び／又は制御に使用される無線制御装置であり得るか、又は無線制御装置を含む。無線インターフェース装置は、監視されている機械のパラメータ／機能を表示等するための表示画面を含んでもよい。無線インターフェース装置は、停止／緊急停止制御、プレスのためのアップコマンド制御等、機械の１つ以上のそれぞれの機能を制御するための１つ以上の制御を含んでもよい。

本発明の更なる態様は、機械の監視及び／又は制御に使用される無線通信システムを提供し、システムは、２つの遠隔送信機及び２つの遠隔受信機を有する遠隔インターフェース装置を含み、遠隔送信機は、機械の動作制御のために機械に接続された２つの受信機のそれぞれ１つに互いに並列にデータを送信するように配置及び構成され、遠隔受信機は機械に接続された２つの送信機のそれぞれ１つからデータを受信し、互いに並列にデータを送信するように配置及び構成される。

好ましくは、遠隔インターフェース装置は、第１の前記遠隔送信機と、機械に接続された第１の通信モジュールと無線でデータを通信するように構成された第１の前記遠隔受信機と、を有する第１の遠隔コミュニケータと、第２の前記遠隔送信機と、機械に接続された第２の通信モジュールと無線でデータを交換するように構成された第２の前記遠隔受信機と、を含み、第１及び第２のコミュニケータの各々は、第１及び第２の通信モジュールに対して互いに並列にデータを送信及び／又は受信するように構成される。

単一のチャネルではなく、２つのチャネル（例えば、並列）を介して機械への制御コマンド（例えば、緊急停止及び／又は通常動作機能）を遠隔インターフェース装置と機械との間でデータを交換する能力は、任意の１つのチャネルを介して通信する情報の量を低減するのに役立ち、それによって、データの転送を高速化し、かつ／又は任意の１つの時間に追加のデータを交換することを可能にする。これにより、機械及び機械オペレータの安全性及び／又は生産性が向上する。

本発明のデュアルチャネル通信構成及び／又は構成の１つ以上の実施形態は、前述のパワーライン等の単一チャネルデータ通信と比較して、装置間の無線安全重大通信のための電力要件を低減する。

好ましくは、第１及び第２の通信モジュールが機械の制御のために機械のコントローラと通信する。

遠隔インターフェース装置は、電池及び／又はキャパシタから電力を受けてもよい。好ましくは、それぞれの電池及び／又はキャパシタが遠隔インターフェース装置上に提供されるか、又は遠隔インターフェース装置に電気的に接続される１つ以上のソーラーパネルから充電可能／再充電可能である。

遠隔インターフェース装置は、機械の緊急停止制御能力を含むことができる。例えば、遠隔インターフェース装置上の緊急停止制御の動作は、機械の動作のリアルタイム又はほぼリアルタイムの即座の停止をもたらし得る。

遠隔インターフェース装置は、遠隔インターフェース装置と機械に接続された受信機との間で、無線で通信されるコマンドを用いて、機械の１つ以上の動作を制御するための制御入力装置として少なくとも１つのフットペダルを含むことができる。

好ましくは、システムは、ＳＩＬ３カテゴリ安全制御に準拠する。安全完全性レベル（ＳＩＬ）は、安全機能によって提供されるリスク低減の相対レベルとして、又はリスク低減の目標レベルを指定するために定義される。ＳＩＬは、安全計装機能（ＳＩＦ）に要求される性能の測定値である。

所与のＳＩＬに対する要件は、機能安全基準のすべてで一貫しているわけではない。ＩＥＣ６１５０８規格に基づく機能安全規格では、４つのＳＩＬが定義され、ＳＩＬ４が最も信頼性が高く、ＳＩＬ１が最も低い。

ＳＩＬは、開発プロセス及び安全ライフサイクル管理等の定性的要因と組み合わせて、いくつかの定量的要因に基づいて決定される。ＳＩＬ３には、機械の信頼できる非常停止機能が必要である。

遠隔インターフェース装置は、コマンド及び／又は機能オプションを示すためのユーザ／オペレータディスプレイを含むことができ、好ましくは、タッチスクリーンインターフェースを介した入力を可能にする。

遠隔インターフェース装置は、機械と遠隔インターフェース装置との間の接続のためのアンビリカルケーブル等、データ及び／又は電力ケーブルのハードワイヤ接続のための少なくとも１つのポートを含むことができる。

本発明の別の態様は、機械の監視及び／又は制御に使用される無線通信を提供する／提供するための方法又はプロトコルを提供し、この方法は、遠隔インターフェース装置と、機械に接続された機械制御装置との間のデュアルチャネル無線通信を含む。

本発明の更なる態様は、機械の監視及び／又は制御に使用される無線通信のための手順又はプロトコルを提供し、この手順又はプロトコルは、機械から遠隔にある遠隔インターフェース装置と、機械に接続された少なくとも１つの通信モジュールとの間にデュアルチャネル無線通信を提供することを含む。

本発明の更なる態様は、機械の遠隔制御に使用されるプロトコル又は手順を提供し、このプロトコル又は手順は、遠隔インターフェース装置と機械の動作制御のための機械との間で２つの別個のチャネルを介して通信するステップを含む。

好ましくは、通信することは、２つのチャネルを介して並列にデータを送受信することを含む。

好ましくは、データは、遠隔インターフェース装置の２つの遠隔送信機と、機械に接続された２つの受信機との間、及び機械に接続された２つの送信機と遠隔インターフェース装置の２つの遠隔受信機との間で送信される。

好ましくは、遠隔送信機の各々は、機械に接続された２つの受信機の１つに互いに並列にデータを送信するように配置及び構成され、遠隔受信機の各々は、機械に接続された２つの送信機の１つからデータを受信し、互いに並列にデータを送信するように配置及び構成される。

本発明の別の態様は、機械の遠隔制御に使用されるデュアルチャネル無線制御システムを提供し、システムは、２つの遠隔送信機及び２つの遠隔受信機を有する遠隔制御モジュールを含み、遠隔送信機は、機械に接続するために機械側モジュールの２つの受信機のそれぞれ１つに互いに並列にデータを送信するように配置及び構成され、遠隔受信機は、機械に接続された機械側モジュールの２つの送信機のそれぞれ１つからデータを受信し、互いに並列にデータを送信するように配置及び構成される。

理解を容易にするために、「機械側モジュール」という語句は機械で使用されるモジュールを指し、好ましくは、機械安全コントローラと統合又は通信する。

「遠隔側」は、機械から離れた遠隔インターフェース装置を指す。

本発明のデュアルチャネル通信プロトコル／システム／形成の１つ以上の形態は、次の送信－受信－スリープサイクルの前に、スタンバイ／スリープモードサイクルの期間が後続するデータ送信及びデータ受信を含むことができることが理解されるのであろう。

待機又はスリープ期間は、５ｍｓ～１日、好ましくは５ｍｓ～１０時間、より好ましくは１０ｍｓ～１０時間、さらにより好ましくは１０ｍｓ～１時間、さらにさらにより好ましくは１０ｍｓ～１００ｍｓとすることができる。

本発明の１つ以上の実施形態内で送受信されるデータパケットは、パワーリンクのような単一チャネル通信システムで必要とされるよりも少ない情報を含むことができ、このような単一チャネルシステムで必要とされるよりも短い期間で送信することができ、このような単一チャネルシステムで送信されるよりも少ない頻度で送信することができることが理解されるのであろう。したがって、本発明の１つ以上の形態のデータ通信プロトコル／システム／方法は、前述の単一チャネルシステム／方法よりも電力効率が高いことができる。電力効率は特に、信頼性のある安全上重要な機器／手順の必要性がある場合、無線システムでは極めて重要になる可能性がある。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、データ検査は、無線遠隔モジュール及び機械モジュールから離れて行われる。一方から他方へ送信されるデータのデータ検査は機械安全コントローラレベルで実行することができ、したがって、（より少ないデータが送信される必要があるので）データ送信時間を短縮する。データは、２つのチャネルを介して、すなわち並列に送信することができる。

遠隔制御モジュールは、機械に接続された機械側モジュールの第１の通信モジュールとデータを無線で通信するように構成された第１の前記遠隔送信機及び第１の前記遠隔受信機を有する第１の遠隔通信機と、機械に接続された機械側モジュールの第２の通信モジュールとデータを無線で交換するように構成された第２の前記遠隔送信機及び第２の前記遠隔受信機を有する第２の遠隔通信機と、を含む遠隔通信装置を含んでもよい。

好ましくは、第１及び第２のコミュニケータの各々は、第１及び第２の通信モジュールとの間で互いに並列にデータを送信及び／又は受信するように構成される。

近接／距離測定

本発明の別の態様は、遠隔インターフェース装置が無線で監視及び／又は制御するように構成されている機械に対する遠隔インターフェースの近接度及び／又は距離を決定する方法を提供し、それによって、機械と遠隔インターフェース装置との間で送信される第１の信号と第２の信号との間の移動時間が、遠隔インターフェース装置が機械を監視及び／又は制御することを許可されているか否か、又は機械を監視及び／又は制御する範囲内にあるか否かを決定するために使用される。

本発明の更なる態様は、遠隔インターフェース装置が無線で監視又は制御するように構成されている機械に関連する必要な範囲又はゾーン内に遠隔インターフェース装置があるか否かを判定する方法を提供し、それによって、遠隔インターフェース装置に、又は遠隔インターフェース装置から送信される第１の信号と第２の信号との間の移動時間の差が、機械の監視及び／又は制御が許可された範囲又はゾーン内に遠隔インターフェース装置があることを判定するために使用される。

本発明の別の態様は、遠隔インターフェース装置が無線で監視及び／又は制御するように構成されている機械に関連する必要な範囲又はゾーン内に遠隔インターフェース装置があるか否かを判定する方法を提供し、それによって、機械と遠隔インターフェース装置との間で送信される第１の信号と第２の信号との間の移動時間が、機械を監視及び／又は制御することを許可されているか否か、又は機械を監視及び／又は制御する範囲内に遠隔インターフェース装置があるか否かを判定するために使用される。

好ましくは、第１の信号と第２の信号との間の移動時間の差を使用して、機械に対する遠隔インターフェース装置の近接及び／又は距離測定を決定する。

差は、１つ以上の閾値距離及び／又はゾーン値と比較されてもよい。例えば、差がそれぞれの距離及び／又はゾーン値内にある場合、機械は、遠隔インターフェース装置によって監視及び／又は制御され続ける。代替的に、又は追加的に、差がそれぞれの距離及び／又はゾーン値（単数又は複数）の外側にある場合、機械は停止又は減速されるか、又はユーザ警告が提供される。

好ましくは、近接／距離感知信号の指向性焦点のために、少なくとも１つの指向性送信機（例えば、１つ以上の超音波送信機）が提供される。

この差を使用して、遠隔インターフェース装置が、機械に対して閾値距離又はゾーン内（又はその外側）にあるか否かを判定することができる。

好ましくは、第１の信号及び第２の信号が電磁信号及び／又は超音波信号である。

好ましくは、本方法は、電磁信号（ＩＲ、ＲＦ等）及び音波信号（超音波等）を同時に送信することを含み、電磁信号と音波信号との間の受信時間遅延が遠隔インターフェース装置と機械との間の距離を決定するために使用される。

より好ましくは、本方法が電磁信号の飛行の帰還時間を決定し、音波信号の飛行の帰還時間を決定し、電磁信号の飛行の帰還時間と音波信号との間の差を算出し、機械からの遠隔インターフェース装置の距離測度を決定する、ことを含む。

好ましくは、音波信号は超音波信号である。

電磁気信号は～３×１０^８のｍｓ^－１で移動し、超音波信号は～３４０ｍｓ^－１で空中を移動することが理解されるのであろう。

遠隔インターフェース装置と機械の間の典型的な動作距離の場合、電磁信号と超音波信号との間の受信遅延は、約０．３ｍ／ｍｓである。

好ましくは、距離測度が所定の値内にある場合、遠隔インターフェース装置は、機械の範囲内にあると見なされ、機械の動作を維持することができる。距離測度がしきい値を超える場合、遠隔インターフェース装置は動作範囲外であると見なされ、機械は遠隔インターフェース装置によって動作することができないか、又は機械が停止する（遠隔インターフェース装置が機械の範囲外に不注意に取り出された場合等）。

好ましくは、遠隔インターフェース装置と機械との間の無線通信は、２．４ＧＨｚ送信周波数通信等の無線周波数（ＲＦ）通信を含むことができる。

好ましくは、前記電磁信号及び前記超音波信号は同時に送信される。

本発明の別の態様は、遠隔インターフェース装置が無線で監視及び／又は制御するように構成された機械に関連する必要な範囲又は区域内に遠隔インターフェース装置があるか否かを判定する際に使用するためのシステムであって、少なくとも１つの送信機が第１の信号及び第２の信号を遠隔インターフェース装置に、又は遠隔インターフェース装置から送信するように構成され、処理手段が第１の信号と第２の信号との間の移動時間を判定し、機械を監視及び／又は制御することを許可されているか否か、又は機械を監視及び／又は制御する範囲内に遠隔インターフェース装置があるか否かを判定するシステムを提供する。

好ましくは、処理手段は、第１の信号と第２の信号との間の移動時間の差異を決定して、機械に対する遠隔インターフェース装置の接近及び／又は測距を決定するように構成される。

好ましくは、近接／距離感知信号の指向性焦点のために、１つ以上の超音波送信機のような、少なくとも１つの指向性送信機が提供される。

前記少なくとも１つの送信機は、少なくとも１つの電磁送信機及び／又は少なくとも１つの超音波送信機を含むことが好ましい。

好ましくは、システムは、電磁信号及び／又は超音波信号の各々を受信するための１つ以上の各々の受信機を含む。

好ましくは、電磁送信機及び超音波送信機は、電磁信号（ＩＲ、ＲＦ等）及び音波信号（超音波等）を各々送信するように構成される。

少なくとも１つの受信機の各々は、電磁信号と音波信号との間において、時間遅延を伴って信号を受信してもよい。プロセッサは、遠隔インターフェース装置と機械との間の距離を決定するように構成されてもよい。

処理手段は、前述のプロセッサであってもよく、又は前述のプロセッサを含んでもよく、又は第２のプロセッサであってもよく、電磁信号の飛行戻り時間を決定し、音波信号の飛行戻り時間を決定し、電磁信号の飛行戻り時間と音波信号との間の差を計算して、機械からの遠隔インターフェース装置の距離測度を決定するように構成されてもよい。処理手段は、機械又は遠隔インターフェース装置に提供されてもよい。

好ましくは、少なくとも１つの前記音波信号の各々は、少なくとも１つの超音波送信器によって送信される。好ましくは、少なくとも１つの前記音響信号の各々は、少なくとも１つの超音波受信機によって受信される。

機械は、機械機能を制御するためのコントローラに接続された少なくとも１つのスレーブモジュールを含むことができる。

少なくとも１つのスレーブモジュールは、機械上に、又は機械の近くに配置することができる。ただし、各スレーブモジュールの機能は、遠隔インターフェース装置との通信（受信及び／又は送信）にある。

スレーブモジュールの各々は、組み込み安全／制御システムの一部等のアドオン構成要素／モジュールであっても、機械の一部と見なすことができる。

好ましくは、２つ以上の超音波送信機は、機械に接続されて提供され、例えば、機械に隣接するゾーンのための空間的カバレージを与えるために、各コーナーに１つ提供される。遠隔インターフェース装置は、少なくとも１つの超音波受信機、好ましくは超音波送信機ごとに１つのそのような受信機を含んでもよい。

好ましくは、距離測度が所定の値内にある場合、遠隔インターフェース装置は、機械の範囲内にあると見なされ、機械の動作を維持することができる。距離測度が閾値を超える場合、遠隔インターフェース装置は動作範囲外であると見なされ、機械は、遠隔インターフェース装置によって動作することができないか、又は機械が停止する（遠隔インターフェース装置が機械の範囲外に不注意に取り出された場合等）。

好ましくは、２つ以上の超音波送信機は、機械に接続されて提供され、例えば、機械に隣接するゾーンのための空間的カバレージを与えるために、各コーナーに１つ提供される。遠隔インターフェース装置は、少なくとも１つの超音波受信機、好ましくは超音波送信機ごとに１つのそのような受信機を含んでもよい。

好ましくは、遠隔インターフェース装置と機械との間の無線通信が２．４ＧＨｚ送信周波数通信等の無線周波数（ＲＦ）通信を含むことができる。

好ましくは前記電磁気信号及び前記超音波信号が同時に送信され、好ましくはその送信が機械側の機械モジュール及び／又は加工手段によって制御される。

２つ以上の超音波送信機を機械に機能的に接続することができ、機械に隣接する少なくとも１つのゾーンに空間的カバレージを与える。

遠隔インターフェース装置はフットスイッチ／ペダル及び／又は停止制御装置を含み、操作されると、機械の１つ以上の動作を停止することができる。

以下、本発明の１つ以上の実施形態が、添付の図面を参照し説明する。

図１は、理解を容易にするために、機械（プレスブレーキ、ロボットアーム、プラズマカッタ等）を制御するための機械安全コントローラＭＳＣと無線でインターフェースするための遠隔インターフェース装置（ＲＣＤ）（フットペダル及び／又は緊急停止スイッチ又は他の制御装置等）のための無線制御装置の簡略化された概略図を示す。 図２は、本発明の一実施形態による、２つの並列データ通信チャネルを介して機械を無線で制御し、距離測定機能を有するシステム及び方法のための構成の更なる詳細を示す。 図３は、本発明の別の実施形態による、２つの並列データ通信チャネルを介して機械を無線で制御し、距離測定機能を有するシステム及び方法のための構成の更なる詳細を示す 図４は、機械を制御する際に使用するための遠隔インターフェース装置のためのデータ通信及び距離測定のためのプロトコルタイムラインを示す。 図５は、機械を形成する装置の近接／距離を決定する際に使用するための、超音波送信機と受信機との間、及びＲＦ送信機とＲＦ受信機との間の信号送信の図形的表現を示す。 図６は、本発明の一実施形態による、機械に対する無線遠隔ユーザインターフェースのための近接／距離決定システム／方法を示す。

図１に例として示すように、遠隔監視／制御装置（ＲＣＤ）１２等のユーザインターフェース１０は、フットスイッチ／ペダル、スイッチ（緊急停止ボタン等）、タッチスクリーン、又はそれらの２つ以上の組合せ等の制御入力装置／インターフェースを含む。

ＲＣＤは、ＲＣＤに接続された無線遠隔モジュール（ＷＲＭ）１４と通信する。ＷＲＭは、ＲＣＤに組み込むことができ、又は接続可能／プラグイン装置とすることができる。通信１３は、有線でも無線でもよい。

ＲＣＤ及びＷＲＭは、ＲＣＤ及び／又はＷＲＭの機能が動作可能であり、パラメータ内で予想されるようことをチェックするために、周期的に、たとえば１０ｍｓ毎に通信することができる。

非常停止ボタンのような制御装置の故障は、ＷＲＭと機械モジュール（ＭＭ）１６との間の通信を開始するか、又は通信を失わせ、その結果、ＭＭは、機械の動作を停止させるために、機械安全コントローラ（ＭＳＣ）１８を中継する。

ＷＲＭは、互いに並列に動作する２つの通信チャネルを介して機械モジュール（ＭＭ）と無線で通信する（１５）。

ＭＭは、機械のための制御システムの一部として機械に組み込まれる機械安全コントローラ（ＭＳＣ）と通信する１７ために有線接続されてもよい。機械は、例えば、プレスブレーキ、プラズマカッタ、ロボットアーム（ロボット溶接機等）、旋盤又はミルであり得る。ＭＭは、２つの有線接続部、又はＥｔｈｅｒｎｅｔ接続部等の１つの接続部を介してＭＳＣと通信できる。

ＭＭは、機械に対するアドオン（組み込み）モジュールであってもよく、又はＯＥＭ制御システムの一部として機械に含まれてもよい。

好ましくは、ＷＲＭは、データをパケットとして結合し、データパケットをＭＭに送信する。

ＭＭは、ＷＲＭからのデータパケットの受信を「聞き入れ」、受信時ＷＲＭに受信を確認してもよい。

機械側では、ＭＭによって受信されたデータは、標準イーサネット（登録商標）パワーリンク情報等の標準データ・プロトコル情報に結合され、機械安全コントローラ（ＭＳＣ）に通信されることができる。

好ましくは、データは、イーサネット（登録商標）・パワーリンク・プロトコル等のプロトコルでＭＭからＭＳＣに提供することができ、したがって、典型的な安全ＰＬＣは、受信したデータを安全な方法でチェックすることができる。

図２は、本発明の少なくとも１つの実施形態によるシステム及び／又はプロトコルの詳細を示す。

機械モジュール（ＭＭ）には、２つのチャネル２０、２２（チャンネル１－ＣＨ１及びチャンネル２－ＣＨ２）、トランスミッタ及びレシーバ機能が含まれており、データが２つのパラレルチャネルを介してＷＲＭとＭＭとの間で通信される。

ＷＲＭは、ＭＭのＣＨ１及びＣＨ２との対応する通信のための２つの対応するチャネル２４、２６（ＣＨ１及びＣＨ２）を含む。

好ましくは、制御コマンドのためのデータ通信は、の無線周波数（ＲＦ）通信、好ましくは２．４ＧＨｚ範囲によって送信される。

遠隔インターフェース装置（ＲＣＤ）１２及び無線遠隔モジュール（ＷＲＭ）１４は、自立型遠隔コントローラ等、単一の装置に内包されてもよい。ＲＣＤは、１つ以上のフットペダル３２及び／又は制御ボタン及び／又はタッチスクリーン制御部３４、３６、３８を含むか、又はそれらに動作可能に接続されて、機械の動作機能を命令又は確認することができる。

ＲＣＤは、表示画面２８を含んでもよい。電池電力は、ＲＣＤ上に設けられたソーラーパネルによって充電／再充電され得るオンボード電池３０によって提供されてもよい。

１つ以上の超音波送信機４４が機械上に、又は機械に隣接して提供されてもよい。ＭＭは、１つ以上の超音波送信機４４（距離モジュール）を含み得るか、又は接続され得る。ＲＣＤ１２又はＷＲＭ１４は、１つ以上の超音波受信機４６（距離モジュール）を含む、又はこれに接続されてもよい。

遠隔インターフェース装置（ＲＣＤ）１２は、少なくとも１つの制御装置がＲＣＤの各々のＩ／Ｏソケットに差し込まれること等によって、制御装置が接続するための少なくとも１つの入出力４０を含むことができる。制御装置は、緊急停止制御／ボタン３４、フットペダル３２、及びエラーリセット制御／ボタン３６、機械制御装置（上、下、後退、スタンバイにする等）３８、又はそれらの２つ以上を含むことができる。

機械モジュール（ＭＭ）１６及び無線遠隔モジュール（ＷＲＭ）１４は、更なる機能を提供することができる拡張／補助接続４２ａ、４２ｂを介して接続されてもよい。例えば、音響近接／距離測定及び／又は電磁（例えば、ＲＦ）データ通信が音響通信に影響を及ぼす大きな又は特定の周波数のバックグラウンドノイズ等によって、危険にさらされるか又は機能しない可能性がある場合、拡張／補助接続は、無線ユーザインターフェースと機械コントローラ（ＭＳＣ）との間のバイパスとして機能することができる。

同様に、ＭＳＣ１８及びＭＭ１６は、更なる機能を提供することができる拡張／補助接続４３ａ、４３ｂを介して接続されてもよい。

無線遠隔モジュール（ＷＲＭ）１４は、通信チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）ごとに、ＣＰＵ等のプロセッサを含むことができる。同様に、機械モジュール（ＭＭ）は、各チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）のためのプロセッサを含むことができる。

好ましくは、各プロセッサは、固有の媒体アクセス制御アドレス（ＭＡＣアドレス）を有する。すなわち、全体として４ｘＭＡＣアドレス、ＷＲＭについて２ｘ、ＭＭについて２ｘである。

ＭＡＣアドレスはペアにすることができ（１ｘＷＲＭ＋１ｘＭＭをペアにして互いに通信し、他の１ｘＷＲＭ＋他の１ｘＭＭのＭＡＣアドレスをペアにして通信する）、これは、範囲内の他の装置とのデータ／通信の競合を回避するのに役立つ。

本発明は、好ましくは低電力消費／省電力のために無線周波数技術を利用する。ＲＦ製品は、低消費電力で迅速な通信を可能にする。したがって、ＷＲＭは、電源用の電源への有線配線なしで独立型とすることができる

好ましくは、本発明の１つ以上の実施形態によれば、電磁的に送信されるデータパケットは、以下の内容を含む：プリアンブル；アドレス；ＩＤ（識別パケット番号）；データ；ＣＲＣ（Ｃｈｅｃｋ）。データパケットの長さは約１０バイト（８０ビット）であり、送信には６０μｓかかってもよく、データパケットは、周期的に（一定の間隔で、又は設定に応じてランダムな間隔で）例えば１０ｍｓ毎等に、送信されてもよい。

ＲＣＤ／ＷＲＭ１２、１４は、携帯電話が使用するものと同様に、ソーラー４８上、及び／又はプラグイン電池充電器５０、例えば低電圧変圧器、で作動することができ。

距離／近接検出及び／又は測定のために、ＭＭ１６は、超音波信号２５をＷＲＭ１４に送るのと同時に、ＲＦ信号２１、２３をＷＲＭ１４に送る。超音波信号に比べてＲＦ信号の進行速度が速いため、ＲＦ信号を先に受信する。

ＲＦ２１、２３及び超音波２５信号を受信する間の時間遅延は、ＷＲＭ１４（したがって、ＲＣＤ１２）のＭＭ１６（したがって、機械から）からの距離を決定するために使用される。この距離は、１ミリ秒（１ｍｓ）の遅延毎に約０．３メートル（０．３ｍ）又は～０．３ｍ／ｍｓとして計算することができる。

保護ゾーンを与えるために、複数の超音波送信機を機械の上又は近くに設けることができる。ＷＲＭ及び／又はＲＣＤは、機械に対して様々な角度にあるＷＲＭ／ＲＣＤを収容するために、複数の超音波受信機を含むことができる。

好ましくは、（１００ｍｓ間隔等の）周期カウントで、ＲＦパケットＩＤを用いて、１つの超音波送信機は、「同時に聞き入れ」しているＲＣＤ／ＷＲＭにおける１つ以上の超音波受信機によって受信された一連のパルスを出力する。

好ましくは、超音波受信機は、正しいＩＤを有するＲＦパケットが受信されたときにのみ聞き入れを開始する。

超音波受信器は、まず、閾値を超える正しい信号を受信すると、時間カウントを停止する。時間カウントは、好ましくは近接／距離測定を決定する際に使用される。タイマは、次の近接／距離測定で再起動する。

近接／距離測定確認間の時間は、５ｍｓ～１日、好ましくは５ｍｓ～１０時間、より好ましくは１０ｍｓ～１０時間、さらにより好ましくは１０ｍｓ～１時間、さらにさらにより好ましくは１０ｍｓ～１００ｍｓとすることができる。近接／距離測定チェック間の時間は、ランダム／ランダム化された期間とすることができる。

図３は、機械安全制御装置（ＭＳＣ）１８を有する機械に適用可能なシステム及び機能の配置の更なる詳細を示す。

好ましくは、データは、イーサネット（登録商標）・パワーリンク・プロトコル等のプロトコルで、ＭＭ１６からＭＳＣ１８に提供でき、したがって、典型的な安全プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）は、受信したデータを安全な方法でチェックすることができる。

安全ハードワイヤードプロトコルによって、機械モジュール（ＭＭ）１６と機械安全コントローラ（ＭＳＣ）１８との間の通信は行うことができる。例えば、データフォーマット及び伝送速度が構成可能な非同期シリアル通信のために、特定のＭＳＣと共に使用するための、各々のユニバーサル非同期送受信機（ＵＡＲＴ）装置又は同様の独自仕様の装置の間である。このような通信は、イーサネット（登録商標）ケーブル等のケーブルを介して提供することができる。

本発明の使用における動作／プロトコルの実施形態は、図４～図６に例として示されている。

各々が遠隔無線ユーザインターフェースを有する複数の機械間の競合を回避するために、１つの機械無線ユーザインターフェースのための距離／近接チェックを、同じ機械無線ユーザインターフェースのための１つ以上の以前の距離／近接チェックと比較することができる。これは、無線ユーザインターフェースが期待される／必要とされる限界／距離限界内にあることを保証することができる。

ＷＲＭ１４は、１０ｍｓ毎に、ＩＤを有するＲＦパケットをＭＭ１６に送信する。ＩＤ数は、好ましくは１０ｍｓ毎等、周期的に増加される。

ＷＲＭ１４は、１つ以上のＲＦ送信機／トランシーバ１０４、１０６を使用して、ＣＨ１及びＣＨ２（すなわち、異なるチャネル及びアドレス）を介して、同じＩＤ番号を有するデータのＲＦパケットを次々に送信する、すなわち、２つのチャネルＣＨ１及びＣＨ２上で分離されたデータ時間のパケットを送信する。

ＭＭ１６は、少なくとも１つの送信機／トランシーバ１０８、１１０を介して、同じＩＤを有する肯定応答パケットをＷＲＭ１４に返信する。

ＷＲＭ１４上のＣＨ１は、例えばＩＤ（例えば、１０）をもつＲＦパケットを送信する。ＭＭ１６上のＣＨ１は、ＩＤ（例えば１０）で受信されたＲＦを確認し、ＭＭは、少なくとも１つの超音波送信機１０２から超音波パルスを同時に送信する。

ＷＲＭ１４上のＣＨ１は、ＲＦパケット肯定応答を受信し、超音波受信機１００、好ましくはＷＲＭ１４上のパルス検出プログラム／ソフトウェアを開始する。

タイマ１１２は、ＷＲＭ１４上で開始する。超音波受信機１００は、超音波送信機１０２からの入力超音波信号を同時に又は連続的に監視する。一方の超音波受信機１００が超音波信号を検出すると、時間カウントが停止される。超音波信号が送受信されるのにかかる時間は距離（例えば、「ｄ」）に変換され、保存される。

ＷＲＭ１４のＣＨ１は、例えば、ＩＤ（例えば、２０）をもつＲＦパケットを送信する。ＭＭ１６上のＣＨ１は、ＲＦＩＤ（例えば、２０）に肯定応答し、３ｍｓ等の期間待機し、次いで、第１の超音波送信機１０２から超音波パルスを送信する。

ＷＲＭ１４上のＣＨ１は、ＲＦパケット肯定応答を受信する。ＷＲＭ１４は、超音波受信機１００及びパルス検出ソフトウェアを開始する。タイマも開始される。超音波受信機１００は同時に、又は連続して、入力超音波信号を監視する。超音波受信機１００のうちの１つが入ってくる超音波パルスを検出すると、タイマが停止され、超音波信号が送受信されるのに要する時間が計算される。移動時間は、３ｍｓが差し引かれ、距離に変換され、保存される。

ＷＲＭ１４のＣＨ２は、例えばＩＤ（例えば３０）を有するＲＦパケットを送信する。ＭＭ１６上のＣＨ２は、ＲＦＩＤ（例えば３０）を確認し、同時に第１の超音波送信機から超音波パルスを送信する。

ＷＲＭ１４上のＣＨ２は、ＲＦパケット肯定応答を受信し、超音波受信機、好ましくはＷＲＭ１４上のパルス検出プログラミング／ソフトウェアを開始する。

ＷＲＭ１４でタイマが開始される。超音波受信機１００は、超音波送信機１０２からの入力超音波信号を同時に又は連続的に監視する。一方の超音波受信機１００が超音波信号を検出すると、時間カウントが停止される。超音波信号の送受信に要する時間は、距離に変換されて保存される。

ＷＲＭ１４のＣＨ２は、例えば、ＩＤ（例えば、４０）を有するＲＦパケットを送信する。ＭＭ１６上のＣＨ２は、ＲＦＩＤ（例えば、４０）に肯定応答し、３ｍｓ等の期間待機し、次いで、第１の超音波送信機から超音波パルスを送信する。

ＷＲＭ１４上のＣＨ１は、ＲＦパケット肯定応答を受信する。

ＷＲＭ１４は、超音波受信機１００及びパルス検出ソフトウェアを開始する。タイマも開始される。

超音波受信機１００は、同時に、又は連続して、入力超音波信号を監視する。

超音波受信機１００のうちの１つが入ってくる超音波パルスを検出すると、タイマが停止され、超音波信号が送受信されるのに要する時間が計算される。

３ｍｓ差し引かれた時間移動は、距離に変換され、保存される。

ＲＦＩＤ（例えば、１０及び２０）をＣＨ１を介して送信し、ＲＦＩＤ（例えば、３０及び４０）をＣＨ２を介して送信し、距離を送信し、受信し、測定する前述のステップが、ＭＭ１６に関連付けられた各追加の超音波送信機１０２に対して繰り返され、その後、サイクルが再び開始される。

提供された超音波送信機１０２の全てを通して１サイクルが１回進行したとき、ＲＣＭにおけるそれぞれの送信機と受信機との間の距離の少なくとも１つ、好ましくは全てが、機械１１２又はＭＭ１６からのＲＣＤ１２の距離、又はＲＣＤ１２が機械１１２に対して必要な近接又は安全な近接の範囲内にあるか否かを決定するために使用される。

ＣＨ１とＣＨ２の両方の超音波送受信機ペアの少なくとも１つに対する距離値は閾値を下回っていなければならず、遅延時間は許容されるパラメータの範囲内でなければならない。次に、ＲＣＤに設けられた制御装置をアクティブにすることができ、機械は制御装置に応答する。

図５に示すように、超音波送信機１０２（ＵＳ ＴＸ）は、超音波受信機１００（ＵＳ ＲＸ）が受信すべき超音波信号を送信する。この例では、送信と受信との間の時間は３ｍｓである。しかしながら、より大きい又はより小さい距離は、送信と受信との間の飛行時間をより長く又はより短くする結果となり得ることが理解されるのであろう。ＵＳ ＴＸは、機械上のＲＣＤ及びＵＳ ＲＸ上に提供され得ることが理解されるのであろう。

前述のように、超音波送信機１０２と超音波受信機１００との間の距離（ｄ）は、遅延の１ミリ秒（１ｍｓ）又は～０．３ｍ／ｍｓごとに、約０．３メートル（０．３ｍ）として計算することができる。従って、３ｍｓの遅延に対して、超音波送信機（ＵＳ ＴＸ）と受信機（ＵＳ ＲＸ）との間の距離は～１ｍとなり、これは、機械１１２と遠隔ユーザインターフェース１０、１２との間の距離を表すことになる。

図５は、また、電磁（ＲＦ）送信機－受信機配置１０４、１０６、１０８、１１０を示す。信号の有効移動時間は、含まれる距離（ｄ）に対して０ｍｓ（上記のように～１ｍｓ）である。遠隔ユーザインターフェース１０、１２と機械１１２との間の実際的な距離のために、電磁（ＥＭ）信号に対する有効走行時間は０ｍｓであることが理解されるのであろう。

図６は、遠隔ユーザインターフェース／遠隔制御装置１０、１２（異なる位置Ａ、Ｂ、Ｃに３つ示されている）がプレス、プレスブレーキ、旋盤、産業用ロボット等の機械に対して予想／必要なゾーン内にあるか、又は距離閾値／限界内にあるかを検出する際に使用するための近接／距離決定システム及び方法の一例としての構成を示す。位置Ａ、Ｂ、Ｃは、遠隔・ユーザインターフェースがカバレージ・ゾーン内のどこにあるかの代替位置を表す。

超音波送信機１０２ ＵＳ ＴＸは、機械１１２上に間隔を置いて配置される。それらのうちの１つからの超音波信号は、遠隔ユーザインターフェースＡ、Ｂ、又はＣ上の超音波受信機１００ ＵＳ ＲＸのうちの１つによって受信される。

機械モジュール（ＭＭ１６）送信機１０８、１１０からは、超音波信号が送られる／送られるのと同時に、電磁（ＥＭ）信号（ＲＦ）が送られる。

電磁（ＥＭ）信号の受信と超音波信号の受信との間の時間差は、遠隔ユーザインターフェース（ＲＣＤ）が機械１１２から予想される又は必要とされる距離又はゾーン内にあるか否かを決定するために使用される。計算された距離が予想される距離／ゾーンの外にある場合、安全のために警告を送ることができ、及び／又は機械の動作を停止させることができる。

Claims (13)

1. 機械を制御するために使用する無線通信を提供する方法であって、
   前記方法は、
   遠隔インターフェース装置の１つ以上の無線周波数送受信機を用いて、第１識別番号を含むデータの第１無線周波数パケットを、第１通信チャンネルを介して送信し、
   機械モジュールの少なくとも１つの送受信機を用いて、前記第１識別番号を含む第１肯定応答パケットを、前記第１通信チャンネルを介して送信し、
   前記機械モジュールの少なくとも１つの超音波送信機によって、前記第１肯定応答パケットの送信と同時に第１超音波パルスを送信し、
   前記１つ以上の無線周波数送受信機において、前記第１肯定応答パケットを受信し、
   前記遠隔インターフェース装置の少なくとも１つの超音波受信機を起動し、
   タイマを開始し、
   前記少なくとも１つの超音波受信機を使用して前記第１超音波パルスを検出したのに応じて、前記タイマを停止し、
   前記タイマの第１時間カウントに基づいて、第１距離を決定し、
   前記第１無線周波数パケットを前記第１通信チャンネルを介して送信した後に、前記１つ以上の無線周波数送受信機を用いて、第２識別番号を含むデータの第２無線周波数パケットを、第２通信チャンネルを介して送信し、
   前記少なくとも１つの送受信機を用いて、第２識別番号を含む第２肯定応答パケットを、第２通信チャンネルを介して送信し、
   前記少なくとも１つの超音波送信機によって、第２超音波パルスを送信し、
   前記１つ以上の無線周波数送受信機において、前記第２肯定応答パケットを受信し、
   前記少なくとも１つの超音波受信機を起動し、
   第２タイマを開始し、
   前記少なくとも１つの超音波受信機を使用して前記第２超音波パルスを検出したのに応じて、前記第２タイマを停止し、
   前記タイマの第２時間カウントに基づいて、第２距離を決定し、
   前記第１距離と前記第２距離との両方又は一方が閾値以下である場合に応じて、前記遠隔インターフェース装置の１つ以上の制御の起動を確立する、
   ことをコンピュータが実行する、方法。
2. 前記第２超音波パルスは、前記第２識別番号を含む前記第２肯定応答パケットの後に送信される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２識別番号を含む前記第２肯定応答パケットを送信することと、前記第２超音波パルスを送信することは、遅延時間をもって分離される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記遅延時間は、約３ｍｓである、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１距離及び前記第２距離の一部に基づいて、前記遠隔インターフェース装置が、前記遠隔インターフェース装置が無線で監視又は制御するよう構成された機械に関連付けられた距離又はゾーンの内側か否かを決定する、
   ことを含む、請求項１～請求項４の何れか１項に記載の方法。
6. 前記第１距離及び前記第２距離が前記閾値以下である場合、前記機械は、前記遠隔インターフェース装置によって監視又は制御され続け、
   前記第１距離及び前記第２距離が前記閾値以上である場合、前記機械は、停止、又は減速、又はユーザ警告が提供される、
   請求項１～請求項５の何れか１項に記載の方法。
7. 機械を監視及び制御するために使用する無線通信システムであって、
   前記無線通信システムは、
   １つ以上の無線周波数送受信機と、少なくとも１つの超音波受信機とを備える、遠隔インターフェース装置と、
   少なくとも１つの送受信機と、少なくとも１つの超音波送信機とを備える、機械モジュールと、
   を備え、
   前記無線通信システムは、
   前記１つ以上の無線周波数送受信機を用いて、第１識別番号を含むデータの第１無線周波数パケットを、第１通信チャンネルを介して送信し、
   前記少なくとも１つの送受信機を用いて、前記第１識別番号を含む第１肯定応答パケットを、前記第１通信チャンネルを介して送信し、
   前記少なくとも１つの超音波送信機によって、前記第１肯定応答パケットの送信と同時に第１超音波パルスを送信し、
   前記１つ以上の無線周波数送受信機において、前記第１肯定応答パケットを受信し、
   前記少なくとも１つの超音波受信機を起動し、
   タイマを開始し、
   前記少なくとも１つの超音波受信機を使用して前記第１超音波パルスを検出したのに応じて、前記タイマを停止し、
   前記タイマの第１時間カウントに基づいて、第１距離を決定し、
   前記第１無線周波数パケットを前記第１通信チャンネルを介して送信した後に、前記１つ以上の無線周波数送受信機を用いて、第２識別番号を含むデータの第２無線周波数パケットを、第２通信チャンネルを介して送信し、
   前記少なくとも１つの送受信機を用いて、第２識別番号を含む第２肯定応答パケットを、第２通信チャンネルを介して送信し、
   前記少なくとも１つの超音波送信機によって、第２超音波パルスを送信し、
   前記１つ以上の無線周波数送受信機において、前記第２肯定応答パケットを受信し、
   前記少なくとも１つの超音波受信機を起動し、
   第２タイマを開始し、
   前記少なくとも１つの超音波受信機を使用して前記第２超音波パルスを検出したのに応じて、前記第２タイマを停止し、
   前記タイマの第２時間カウントに基づいて、第２距離を決定し、
   前記第１距離と前記第２距離との両方又は一方が閾値以下である場合に応じて、前記遠隔インターフェース装置の１つ以上の制御の起動を確立する、
   ように構成されている、無線通信システム。
8. 前記第２超音波パルスは、前記第２識別番号を含む前記第２肯定応答パケットの後に送信される、請求項７に記載の無線通信システム。
9. 前記第２識別番号を含む前記第２肯定応答パケットを送信することと、前記第２超音波パルスを送信することは、遅延時間をもって分離される、請求項７又は請求項８に記載の無線通信システム。
10. 前記遅延時間は、約３ｍｓである、請求項９に記載の無線通信システム。
11. 前記遠隔インターフェース装置は、動作時前記機械を無線停止させるための少なくとも１つのフットスイッチ、ペダル、又は停止制御を含み、
    前記遠隔インターフェース装置は、ＳＩＬ３カテゴリ安全制御に適合する、
    請求項７～請求項１０の何れか１項に記載の無線通信システム。
12. 前記遠隔インターフェース装置は、前記遠隔インターフェース装置を介して前記機械の１つ以上の動作を制御するための制御入力装置として、前記遠隔インターフェース装置と前記少なくとも１つの受信機との間で、無線で通信されるコマンドを有する、少なくとも１つの足で操作されるスイッチ又はペダルを含む、又は接続されている、
    請求項７～請求項１１の何れか１項に記載の無線通信システム。
13. 前記無線通信システムを、前記遠隔インターフェース装置が無線で監視又は制御するように構成された前記機械と関連付けられた距離又はゾーンの内側に、前記遠隔インターフェース装置があるか否かを判定することに用いる、請求項７～請求項１２の何れか１項に記載の無線通信システム。
    

Images