JPH06214012A - 超音波センサスキャニング装置及びこれを利用した障害物探知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 この発明は、超音波センサの回転角度とその
スキャニング速度を自在に可変できるスキャニング装置
に関するもので、組立体は回転軸を設定する支持軸によ
り、超音波センサを収納されたセンサ支持台を空間上に
支持し、駆動手段は上記超音波センサを変位させる駆動
力を生ずるし、変速部材は上記超音波センサに駆動力を
伝達する。組立体は、超音波センサの基準範囲の設定の
ために、センサの変位開始点でセンサ超過の変位をくい
止める止め手段と、センサの変位基準点を設定する基準
設定手段を含み、変速部材は駆動手段の回転軸に設置さ
れるウオームギヤと、このウオームギヤに歯合される平
ギヤを含むことを特徴としている。 【効果】 近所から遠所へ感知区域を移動していく毎
に、送信周波数を高め、併せて受信利得も高めることに
より、物体の探知効率を増大させうるとともに、超音波
センサが近距離から漸次遠距離を感知するようになる
時、超音波センサの変位を細分化せしめることにより、
視覚なしに物体探知が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ロボットに搭載され
て物体を探知する超音波センサに関し、より詳しくは、
回動する超音波センサのスキャニング周波数を自在に可
変でき、超音波センサの指向方向を正確に検出できるよ
うにした超音波センサのスキャニング装置に関するもの
である。また、失敗せずに探知区域内に位置する全ての
障害物を正確に探知できる超音波センサスキャニング装
置を利用した障害物探知方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超音波センサは、ロボットに搭
載され移動路上にある物体の探知に用いられる。この超
音波センサは、パルス信号を超音波エネルギーに変換し
て、これを探知区域内に放射し、物体に突き当って反射
されてきた超音波エネルギーをエコー信号に変えてマイ
クロコンピュータに伝送し、マイクロコンピュータはエ
コー信号を記録及び分析して物体までの距離及び物体の
性向を判別するようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来超音波
センサは、固定式で使用され、また指向しつつ物体を探
知する範囲が３０°未満であるため、前方を基準に左右
１８０°の範囲内にある物体の探知のためには、少なく
とも６個以上の超音波センサが用いられた。つまり、従
来の物体探知装置は、多数の超音波センサで構成されて
いる。このような構造からなる従来の装置においては、
超音波センサがある程度には効果的には物体の探知機能
が行えるとみなしうるが、多数の超音波センサを用いる
ため、値段が高いという欠点がある。さらに、出力され
るパルス信号と物体から反射されてくるエコー信号のタ
イミングを分析するためには、夫々の超音波センサから
信号の入ってくる経路ごとに高価のマルチプレクサを設
置すべきであり、とりわけ、これらすべてを取付けるた
めには、より広い空間を要するため、物体探知装置の小
型化設計がしがたいという問題点があった。

【０００４】上記のごとき問題点の解決のため、従来で
は図１に示すごとく、１つの超音波センサ５１の上下側
に復元力のある一対の螺旋状スプリング５２を設け、後
面には永久磁石５３を装着し、縦壁５４には永久磁石５
３と一定間隔をおいてオフセット関係をもつマグネット
コイル手段５５を設置して、１つの超音波センサにより
前方１８０°の範囲を探知する回動式超音波センサスキ
ャニング装置を構成した。つまり、永久磁石５３とマグ
ネットコイル５５との間から生ずる電磁気力と螺旋状ス
プリング５２の復元力を利用して超音波センサ５１を左
右１８０°回転させつつ物体をスキャニングする装置を
開発したのである。

【０００５】しかしながら、上記従来構造の回動式超音
波センサスキャニング装置は、スプリングの自由振動力
を利用して超音波センサを回転させるべく構成されたも
のであるため、これを装着したロボットが斜面上を移動
したり、床面の状態が均一でない所を通過する際、又は
急な回転により一方へ傾けられる際には、スプリング自
体が変形されながら上記マグネットコイルと永久磁石間
のオフセット関係が不安定となるため、スプリングが元
の状態に戻る時までには、スキャニング動作不能が生じ
るようになり、とりわけ外部から衝撃が加えられるとき
にも、スプリングの変形が生じるなど、周辺環境により
超音波センサの回転周期が変わる等の問題が生じた。

【０００６】また、上記従来のスキャニング装置は、超
音波センサが線形的に指向する方向を変えながら動作さ
れるため、超音波信号を送信する位置と送信された超音
波信号に相応するエコー信号の受信位置とが相違するた
め、物体を正確に探知できないという問題点があった。

【０００７】とくに、使用用途によって超音波センサの
回転周期を変える必要があるが、上記従来の超音波セン
サスキャニング装置は、一度完了された状態において
は、螺旋状スプリングの弾性係数が決められるようにた
るため、超音波センサの回転周期が調整しがたいという
問題点があった。

【０００８】

【発明の目的】そこで、この発明は上記従来の問題を改
善するためになされたものであって、この発明の目的
は、超音波センサが指向する方向を正確に認識でき、使
用用途により超音波センサの回転周期はもとより、指向
角を可変自在にさせることができ、またステッピングモ
ータの回転ステップ別に超音波センサの指向を検出する
ようにすることにより、物体までの距離及びその性向を
正確に検出できるようされた超音波センサスキャニング
装置を提供し、さらに、超音波センサの探知範囲を近距
離及び遠距離に仕分けて、遠距離を探知する際に超音波
センサの１ステップ変位範囲を細分化し、また受信利得
と送信周波数を高めるなど、超音波センサの駆動パラメ
ータなどを探知範囲に沿って変動させることにより、物
体を正確に探知できるようにされた障害物探知方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のためのこ
の発明は、回転軸を設定する支持軸により超音波センサ
を収納されたセンサ支持台を空間上に支持する組立体
と、上記超音波センサを変位させる駆動力を生ずる駆動
手段と、上記超音波センサに上記駆動手段の駆動力を伝
達する変速部材とからなることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面に沿ってこの発明の一実施例
を詳述する。図２において、符号１は、この発明の一実
施例による組立外形を構成する組立体を示すものであっ
て、組立体１は上部胴体２と下部胴体３とからなり、こ
の上、下部胴体２，３は互いに平行に離れて延長された
折曲形成の対向端部４５を備えている。対向端部４，５
には図３に示す組立体１の縦軸に直交する一直線上に夫
々孔６，７が形成され、この孔６，７には軸ベアリング
８，９が結合されることにより、超音波センサ１１の回
転軸を設定するようになる。

【００１１】上記超音波センサ１１は、上下側に折曲部
１２，１３を形成されたセンサ支持台１４に固設され、
折曲部１２，１３には夫々挿入溝１５が形成される。
上、下端支持軸１７，１８はその一端が上記挿入溝１５
に夫々嵌合され、その他端は軸ベアリング８，９に夫々
嵌合されることにより、組立体１の空間上で超音波セン
サ１１が支持軸１７，１８を回転軸として回動されるよ
うになる。上、下部胴体２，３はスクリュー又はボル
ト、ナットなどからなる締付具２９により相互結合さ
れ、超音波センサ１１は導線１０を引出線として図示の
ない送、受信部のセンサインタフェースに共通に接続さ
れる。

【００１２】次に、超音波センサ１１を装着されたセン
サ支持台１４に変位力を付与する駆動手段の設置構造に
ついて述べる。

【００１３】上記下部胴体３の対向端部５と一体をなす
縦壁１９は通孔２１と締付孔２２を備え、通孔２１には
超音波センサ１１に変位力を提供するステッピングモー
タ２０のモータ軸２３が挿入され、締付孔２２にはステ
ッピングモータ２０を縦壁１９に固定させる締付ねじ２
４が設けられる。

【００１４】一方、上記ステッピングモータ２０のモー
タ軸２３には、変速部材の一部を構成するウオームギヤ
２５が結合されるが、次は、超音波センサ１１にステッ
ピングモータ２０の変位力を伝達する変速部材の構造に
ついて述べる。

【００１５】上記センサ支持台１４の下部に結合されて
回転軸をなす下端支持軸１８は、センサ支持台１４の下
側折曲部１３に平ギヤ２６を介して結合され、平ギヤ２
６はステッピングモータ２０の軸上に設けられたウオー
ムギヤ２５に歯合される。また、平ギヤ２６の一面には
十字状溝２７をなす突起２８が形成され、センサ支持台
１４の折曲部１３には図示のない十字状突出部が形成さ
れるが、十字状突出部に平ギヤ２６の十字状溝２７が嵌
合されることにより、上記変速部材を通してステッピン
グモータ２０の駆動力が印加されるとき、センサ支持台
１４が下端支持軸１８でスライドせずに回動されうるよ
うにする。

【００１６】上記構造において、図２に示すステッピン
グモータ２０が駆動すると、ウオームギヤ２５が回転さ
れながら駆動力は平ギヤ２６に伝達されて回動すると
き、突起を通して結合されたセンサ支持台１４が回動す
るようになる。したがって、超音波センサ１１はステッ
ピングモータ２０の駆動により図５に示すごとく左右１
８０°の範囲をステップ式に回転しながら超音波エネル
ギーを放射するか、又は反射波されたエコー信号を受信
する動作を繰返しながら進むようになり、更に、ステッ
ピングモータ２０のステップ変位量及び速度を可変させ
ることにより、超音波センサ１１は回転角度又はスキャ
ニング速度が変更されうる。

【００１７】次に、初期動作時超音波センサの駆動位置
を設定する過程について述べる。ステッピングモータ２
０が正又は逆方向に１周期回転動作を行う際、１周期に
該当するステップ数は、超音波センサ１１を１８０°変
位させる量に該当する。つまり、上記ステッピングモー
タ２０の１ステップごとに超音波センサ１１が１５°回
転するとき、１２回ステップ動作で上記超音波センサ１
１は１８０°回転するが、１ステップ毎に７．５°回転
するとき２４回ステップ動作で１８０°回転するように
なる。超音波センサ１１が初期動作時正確な位置でスキ
ャニングが開始されない場合、これを矯正する必要があ
る。つまり、超音波センサ１１が回動し始める、変位開
始点は、図４（ａ）に示すごとく、任意の位置で始める
ことができる。つまり、超音波センサ１１がその中心か
ら指向する仮想線１が任意の方向を指す。

【００１８】超音波センサ１１が回動し始める時点で、
変位を調整できる手段として、下部胴体３にセンサ支持
台１４の変位を阻む１対の止め軸３１，３２が夫々設置
される。とくに、図４（ｂ）のごとく、スキャニング装
置の中心を通過する水平軸線Ｈと、これに直交する垂直
軸線Ｖを設定するとき、垂直軸線Ｖとセンサ中心から超
音波センサ１１の指向する仮想線Ｉとの角度ｄが、ステ
ッピングモータ２０の１ステップ動作する角度、例えば
１５°の角をなすように上記第１止め軸３２が設置され
る。

【００１９】図５を参照すると、ステッピングモータ２
０はマイクロコンピュータ３０に既に作成されたプログ
ラムによりステップＳ１で初期駆動時左右１回転に限
り、超音波センサ１１の正常スキャニング角度である１
８０°で１ステップを加算したステップ数で１８０°＋
α角度だけ超音波センサ１１を回転させる。

【００２０】上記超音波センサ１１が一定方向、例えば
右側方向へ回転する間、ある時点で超音波センサ１１が
収納されたセンサ支持台１４が図４（ｂ）の如く、止め
軸３２に接するようになり、そのあとステッピングモー
タ２０は初期動作の際に設定された回転量の余分だけ回
転を続けるが、センサ支持台１４は上記止め軸３２によ
りそれ以上には変位できずに阻止された状態のままで留
まるようになる。つまり、ステッピングモータ２０が駆
動初期の１周期のステップ動作で正回転するようになる
と、超音波センサ１１は右側方向へ１８０°で１ステッ
プ加えた角度に変位されるが、超音波センサ１１は図４
（ａ）の如く任意の位置で変位が開始されうるし、この
際変位範囲は基準変位範囲から外れるようになるが、超
音波センサ１１が止め軸３２に到達すると、この超音波
センサ１１は図４（ｂ）のごとく、止め軸３２の阻止作
用によってそれ以上には回転できないようになると共
に、ステッピングモータ２０は空回転をするようにな
る。

【００２１】このように、ステッピングモータ２０の空
回転が終わると、ステップＳ２で止め軸３２を時点とし
て再び逆方向へ１８０°で１ステップ加えた角度に変位
するようになり、よって超音波センサ１１は図４（ｃ）
のごとく正常のスキャニングの開始点に到達するように
なる。つまり、センサ支持台１４は第２止め軸３１に接
触される。その後超音波センサ１１はステップＳ３で超
音波を放射し、エコー信号は受信しながら図４（ｄ）の
ごとく、１８０°スキャン動作を行う。したがって、第
２止め軸３１は基準設定軸であるとみなす。

【００２２】一方、この発明において、上記止め軸３
１，３２は機具的なものに限定されない。つまり、ホト
カプラや光センサ等電気的に作用される手段として代え
うることは言うまでもない。

【００２３】上記のごとく、正常なスキャニング開始点
に到達するようになる超音波センサ１１は、決められた
経路に沿ってステップＳ４，Ｓ５で図５のごとく正確に
１８０°ずつ左右スキャニング動作を繰り返すようにな
る。

【００２４】上記において、超音波センサ１１が１ステ
ップ移動する範囲をステップＳ６で変更しようとすると
きは、ステップＳ７でステッピングモータ２０に印加さ
れる正逆回転の駆動パルスのデューテイ比を造成するこ
とにより、可能になり、ステップＳ８で変位速度を変更
しようとするときには、ステップＳ９でステッピングモ
ータ２０の回転速度を可変することにより造成され、そ
の後ステップＳ１０で動作を続けるかどうかを判別した
後ステップを繰り返す。上記のごとく、この発明による
スキャニング装置は、ステッピングモータと変速部材に
より超音波センサが回動されるようにすることにより、
機具的に堅固性を有するようになり、また、上記ステッ
ピングモータはその回転量の調節が容易であるため、超
音波センサの範囲と変位速度を自在に調節できる効果を
有するようになる。

【００２５】次に、上記スキャニング装置を制御する制
御装置について述べる。図６において、１１は超音波セ
ンサを示し、これはマイクロコンピュータ３０の制御に
よって送信部３３から供給されるパルス信号により駆動
され、図９において包絡線で示す探知区域内に超音波セ
ンサを放射する。この発明の実施例によれば、探知区域
包絡線は約１１．３ｍｓの呼出し周期中に設定される。
この周期中探知区域内の全ての物体なり標的は超音波エ
コーエネルギーを効果的に反射させるようになり、エコ
ーエネルギーは超音波センサ１１により受信された後、
受信部３４で電気的な信号に変換されてマイクロコンピ
ュータ３０に伝送される。超音波センサ１１から受信さ
れた信号は、遠距離から反射されてくる場合、その勢力
が弱いため、受信部３４とマイクロコンピュータ３０と
の間に利得調整部３５を接続させ、受信部３４から出力
される信号の利得を調整できるようになる。

【００２６】上記マイクロコンピュータ３０は、入力さ
れた信号データを利用して探知区域内の標的物を分析
し、予めプログラムされた内容により探知された標的物
体の性向又は位置などの情報を判別する。このように、
マイクロコンピュータ３０でエコー信号を分析するに
は、ステッピングモータ２０のステップ周期と超音波セ
ンサ１１の回転角度に頼ることは勿論である。

【００２７】したがって、ステッピングモータ２０は、
マイクロコンピュータ３０の制御によりモータ駆動部３
７から印加される相励磁パルスのデューテイ比を可変さ
せることにより、超音波センサ１１の回転ステップが可
変され、その変位速度も同じく相励磁パルスの周波数を
可変することにより調整できるものである。

【００２８】この発明による実施例は、さらに電源部３
８を備えているが、図７のごとく、電源部３８に構成さ
れたバッテリＢＡＴの両極端子は、夫々並列に接続され
た電圧安定コンデンサＣ５、Ｃ６の一側端子と共に１２
Ｖ用レギュレータ４１の出力端には５Ｖ用量のもう一つ
のレギュレータ４２が接続され、２つの出力電圧、つま
りモータ駆動部３７と送信部３３には１２Ｖ電圧を、受
信部３４と送信部３３のもう１つの入力端及びマイクロ
コンピュータ３０には５Ｖの電圧を夫々供給する。

【００２９】次に、図７を参照して超音波センサの送信
部３３及び受信部３４について述べる。上記受信部３３
にはパルス駆動部３９が構成され、マイクロコンピュー
タ３０から出力される制御信号により超音波センサ１１
で超音波エネルギーに変換される駆動パルスを生ぜしめ
る。つまり、パルス駆動部３９は、アース端と電源供給
端間に直列接続された昇圧用トランスフォーマＴ１とト
ランジスタＱ２とから構成され、トランスフォーマＴ１
は、２次巻線Ｌ２から直流遮断用コンデンサＣ１及び抵
抗Ｒ７を通して超音波センサ１１に昇圧された駆動パル
スを出力する。

【００３０】つまり、マイクロコンピュータ３０の出力
端Ｏ１から周波数５０ＫＨＺ信号が抵抗Ｒ１を通してト
ランジスタＱ１のベースに印加されると、トランジスタ
Ｑ１が動作され、このトランジスタＱ１の動作により抵
抗Ｒ４を通してトランジスタＱ２のベースに交番的にコ
ントロールバイアスが印加される。

【００３１】したがって、上記抵抗Ｒ１を通して周期的
に出力されるマイクロコンピュータ３０のパルス信号に
より超音波センサ１１は、送信期間中超音波エネルギー
を出力し、物体から反射されてくる超音波エコー信号は
受信期間中再び超音波センサ１１から受信部３４に受信
されてマイクロコンピュータ３０に印加される。つま
り、超音波センサ１１により検出されたエコー信号は、
抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２を介して低雑音増幅部４３
を構成する演算増幅器ＯＰ１の非反電端（＋）に印加さ
れ、利得が形成された後、増幅器ＯＰ１の出力端に接続
されたコンデンサＣ３と抵抗Ｒ１６によりノイズの除去
された状態でトランジスタＱ３のベースに印加される。

【００３２】一方、上記トランジスタＱ３のコレクタに
は一対のトランジスタＱ４，Ｑ５がベース共通に接続さ
れた電流ミラー回路４６が接続され、エコー信号が安定
に出力されるようにし、また電流ミラー回路４６の出力
端には抵抗Ｒ１８とコンデンサＣ４とから構成された低
域フイルタが接続され、ここでノイズの除去されたエコ
ー信号がマイクロコンピュータ３０の入力端１１に入力
される。

【００３３】上記受信部３４には、エコー信号の利得を
調整できる受信利得調整用ディジタル−アナログコンバ
ータ４８が出力端Ｏ２非反電端子（＋）間に接続される
利得調整部３５が連結され、超音波センサ１１から受信
されたエコー信号の利得を自動調整するようになる。つ
まり、近距離にある物体を感知する区間ではエコー信号
の勢力が大きいため、利得を低め、遠距離の物体を感知
する区間ではエコー信号の勢力が弱いため、この際には
利得を漸次高めるようになる。

【００３４】言い換えれば、マイクロコンピュータ３０
が現に入力されるエコー信号の勢力が大きいものと判別
するときには、上記Ｄ−Ａコンバータ４８は負帰還要素
としてダイオードＤ６のアノードより低レベルのアナロ
グ信号を出力し、ダイオードＤ６を導通させることによ
り、エコー信号の勢力を減少させるようになり、受信さ
れたエコー信号の勢力が弱いときには、ダイオードＤ６
のオフ電圧を出力させ、エコー信号の減少なしに受信部
３４に出力され得るようにする。

【００３５】次に、ステッピングモータ２０のモータ駆
動部３７について述べる。この発明によるステッピング
モータ２０は、４相駆動方式を採用するため、抵抗Ｒ２
０〜Ｒ２３を介して４相駆動パルスが順次出力されると
ころ、例えば、抵抗Ｒ２１，Ｒ２３はローレベルに維持
された状態で抵抗Ｒ２０，Ｒ２２を介してハイパルスの
相信号が出力されると、抵抗２０にベースを接続された
トランジスタＱ６がターンオンされ、同時にこのトラン
ジスタＱ６のコレクタにベースを接続されたトランジス
タＱ７と、このトランジスタＱ７のコレクタにゲートを
接続された電界効果と、トランジスタＱ９が順次ターン
オンされることにより、固定子の中間タップに接続され
た＋１２Ｖの電源線Ｐに駆動電流が印加されてステッピ
ングモータ２０の固定子をなすＡ相コイルが導通される
ようになる。

【００３６】また、抵抗Ｒ２２を介して出力される駆動
パルスにより、抵抗Ｒ２２にベースを接続されたトラン
ジスタＱ１２がターンオンされると共に、このトランジ
スタＱ１２のコレクタにベースを接続されたトランジス
タＱ１３及びトランジスタＱ１３のコレクタにゲートを
接続された電界効果トランジスタＱ１４がターンオンさ
れることにより、ステッピングモータ２０のＣ相コイル
が導通されるようになる。

【００３７】このように、ステッピングモータＡ及びＣ
相コイルが導通回路を構成するときには、反時計方向へ
回転するようになる。

【００３８】一方、抵抗Ｒ２０，Ｒ２２は、ローレベル
に維持された状態で抵抗Ｒ２１，Ｒ２３を介してハイレ
ベルの駆動パルスが出力される場合には、ステッピング
モータ２０は時計方向へ回転するようになる。つまり、
抵抗Ｒ２１を介してハイパルスの相信号が出力される
と、抵抗Ｒ２１にベースを接続されたトランジスタＱ１
１がターンオンされると共に、このトランジスタＱ１１
のコレクタにベースを接続されたトランジスタＱ８及び
トランジスタＱ８のコレクタにゲートを接続された電界
効果トランジスタＱ１０がターンオンされることによ
り、ステッピングモータ２０の固定子をなすＢ相コイル
が導通されるようになる。

【００３９】また、抵抗Ｒ２３を介して出力される駆動
パルスにより上記抵抗Ｒ２３にベースを接続されたトラ
ンジスタＱ１７がターンオンされると共に、このトラン
ジスタＱ１６のコレクタにベースを接続されたトランジ
スタＱ１６及びトランジスタＱ１６のコレクタにゲート
を接続された電界効果トランジスタＱ１５がターンオン
されることにより、ステッピングモータ２０のＤ相コイ
ルが導通されるようになる。

【００４０】このように、ステッピングモータ２０の
Ｂ，Ｄ相コイルが導通されるときには、ステッピングモ
ータ２０は時計方向へ回転されるようになり、Ａ，Ｃ相
コイルが導通されるときには、反時計方向へ回転するよ
うになるため、この発明によるステッピングモータ２０
は、上記構成によりステッピングモータ２０を正逆回転
させるようになる。一方、ステッピングモータ２０の回
転角は、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２３を介して出力される４相駆
動パルスのデューテイ比を変化させて調整できる。例え
ば、デューテイ比が０．５のとき、回転角が１５°の場
合、デューテイ比を０．２５に変化させると、回転角は
７．５°になる。この際、駆動信号の周波数を２倍に高
めると、同一のスキャニング速度で超音波センサ１１は
７．５°ずつ移動するようになる。

【００４１】次に図８に示すフローチャートを参照し
て、この発明によるセンサスキャニング装置の障害物探
知動作について述べる。

【００４２】図６に示すマイクロコンピュータ３０は、
図示のないＲＯＭを内装し、このＲＯＭには超音波セン
サ１１の運営データ、つまりステッピングモータ２０の
ステップ角度が１５°であり、受信利得Ｇは２０ｄＢで
あり、送信周波数Ｆは５０ＫＨＺであり、送信パルスの
デューテイ比が０．５データが既に設定される。上記デ
ータは、例として前掲された特定数値に限定されず、ス
キャニング装置の用途により任意変更できるのは勿論で
ある。

【００４３】上記マイクロコンピュータ３０は、電源部
３８から電源が供給される瞬間ステップＳ１で図示のな
いリセット手段から印加されるリセット信号により、初
期化がなされる。つまり、ＲＯＭに蓄えられた運営デー
タによりスキャニング装置の動作が開始される。ステッ
プＳ２では超音波センサ１１の第１回転方向が決定され
るが、この発明は回転方向を、例えば時計方向へ設定さ
れたものとして述べることにする。

【００４４】その後、ステップＳ３では、モータの駆動
にり超音波センサ１１が１ステップ移動し、その移動角
度は初期化の直後に移動される場合であるため、既に設
定された１５°となる。

【００４５】このように、超音波センサ１１の回転後に
は、マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ４で障害
物の探知動作を行う。つまり、マイクロコンピュータ３
０は、送信部３３に駆動パルスを出力し、超音波センサ
１１は送信部３３から出力される昇圧されたパルス信号
により、超音波を放射する。障害物に突き当たって反射
されてくるエコー信号は、受信期間中超音波センサ１１
を介して波形整形部を含む受信部３４に印加され、マイ
クロコンピュータ３０は波形整形されたエコー信号が印
加されてこれを分析する。つまり、障害物の位置した方
向と障害物までの距離など障害物に対するデータを処理
する。

【００４６】その後、マイクロコンピュータ３０は、ス
テップＳ５で超音波センサ１１の測定範囲を決定する。
つまり、超音波センサ１１が探知できる最大範囲の１／
２値を基準にその以内を近距離とし、その以後を遠距離
と定義し、現在測定しようとする範囲がどこに該当され
るのかを判別する。

【００４７】その判別方法は、ステップＳ１で初期化が
なされた時点からカウントし、既に設定された時間の１
／２に該当する時間が経過されたかを判別することによ
りなされる。

【００４８】つまり、マイクロコンピュータ３０の図示
のないメモリに既に設定された時間をＴ秒とするとき、
ステップＳ１で初期化がなされた時点からＴ／２秒の経
過前には、マイクロコンピュータ３０は、超音波センサ
１１の測定範囲を測定可能な最大範囲の１／２以内に該
当する近距離とみなし、この範囲内に存在する障害物を
有効に探知するべくステップＳ１で初期化された運営デ
ータにより超音波センサ１１を動作させるようになる。

【００４９】一方、Ｔ／２秒以上経過するときには、測
定範囲を上記最大範囲の１／２以上に該当する遠距離で
あるとみなし、この範囲内に存在する障害物を有効に探
知できるよう上記運営データに一定分の値を漸次増加さ
せ、この変換された値により障害物を探知することにな
るが、これについては以後詳しく述べることにする。

【００５０】上記ステップＳ５における判別結果、ＮＯ
の場合、つまり、設定時間Ｔの１／２が経過されていな
い場合には、超音波センサは初期に設定されたステップ
角度、つまり、１５°を維持し、ステップＳ５を行う。
ステップＳ６では超音波センサ１１が時計方向の範囲限
界地点Ａに到達したかを判別する。この発明によるスキ
ャニング装置は、超音波センサを前方基準として、左右
９０°、總１８０°の範囲で左右振動運動させるもので
あって、図９のごとく、右側終わり部分の時計方向の最
大変位地点Ａに到達したときには、ステップＳ７で超音
波センサの変位方向を第２回転方向の反時計方向へ転換
させるようになる。

【００５１】一方、上記Ｓ６で変位限界地点Ａに到達し
ていないと判断されるときには、マイクロコンピュータ
３０は、ステップＳ３以後の動作を繰返し制御する。つ
まり、超音波センサ１１はステップＳ３で初期化段階で
設定された１５°ステップ角度に回転し、ステップＳ４
では超音波を放射して障害物を探知する。

【００５２】一方、ステップＳ５で既に設定された時間
Ｔの１／２が経過された場合には、マイクロコンピュー
タ３０は、ステップＳ８でプログラムにより超音波セン
サの回転角度を１５°から７．５°に変更し、図９に斜
線で示した障害物を有効に探知するようになる。つま
り、超音波センサ１１の測定最大距離の１／２以上にな
る遠距離に位置する障害物を正確に感知するために、超
音波センサ１１の回転角度を細分化させるようになる。
その後、ステップＳ９で遠距離を感知するため、超音波
センサの送信周波数Ｆを設定された増加分αだけ増加さ
せるようになり、受信利得Ｇも設定された増加分βだけ
を増加させ、受信されるエコー信号の利得を高めるよう
になる。

【００５３】さらに、障害物を探知しようとする範囲が
拡大された分だけ、障害物に突き当たって反射されてく
るエコー信号の受信時間をより長く、設定する必要があ
るため、送受信の１周期において超音波の送信時間を減
らし、その代わり受信時間を長くする。つまり、送受信
１周期に対する送信時間のデューテイ比Ｄを減少分γだ
け減少させるようになる。

【００５４】その後、マイクロコンピュータ３０は、ス
テップＳ１０ですでに設定された時間Ｔが経過したかを
判別するが、この際、ＮＯと判別される場合は、ステッ
プＳ６に進んで上記のごとく、以後の動作を繰り返すよ
うになる。つまり、ステップＳ６で超音波センサ１１の
位置を判別し、結果、Ａ地点に到達した場合には、ステ
ップＳ７で超音波センサ１１を反時計方向へ回転させる
ようになるが、Ａ地点でいまだに到達していない場合に
は、ステップＳ３で超音波センサ１１をステップＳ８で
変更されたステップ角度、つまり７．５°だけ回転させ
るようになる。

【００５５】このように、プログラムがステップＳ３に
戻った場合には、ステップＳ４と、Ｓ５，Ｓ８，Ｓ９の
動作を順次行い、ステップ１０で設定時間Ｔの経過を再
び判別するようになる。この際、まだ経過されていない
と判別されるときには、ステップＳ６以後の動作を繰り
返すようになる。特に、ステップＳ９では、動作が繰り
返されるとき毎に、送信周波数Ｆと受信利得Ｇが増加分
α及びβだけずつ夫々増加され、送信時間のデューテイ
比は、受信時間を延ばすことにより、γ分ずつ漸次減少
されるようにすることにより、超音波センサ１１が有効
に探知範囲を漸次拡大してゆくようにする。

【００５６】一方、ステップＳ８で超音波センサが探知
できる最大範囲に到達したとき、つまり、既に設定され
た期間Ｔが到達したときは、マイクロコンピュータ３０
はステップＳ１で初期化され、初期化されたデータによ
り以後の動作を繰返して制御する。一方、ステップＳ６
でＹｅｓと判断され、ステップＳ７で超音波センサ１１
を反時計方向へ設定し、ステップ１１で１ステップを移
動させる場合、移動変位量はステップＳ８でステップ角
度が再調整されたときには、７．５°になるが、そうで
ないきはステップＳ１で設定された１５°になる。以
後、ステップＳ１２でステップＳ４と同一の方法にて障
害物を探知し、ステップＳ１３ですでに設定された時間
が１／２経過したのを判別した結果、Ｙｅｓの場合ステ
ップ１４で超音波センサのステップ角度を１５°から
７．５°に変更する。しかし、ステップＳ８で既に変更
された場合には再び再調整する必要なしに変更されたス
テップ角度７．５°を維持する。ステップＳ１５では上
記ステップＳ９におけるごとき方法で受信利得Ｇと送信
周波数Ｆを高める一方、送信時間のデューテイ比Ｄは、
超音波が遠距離にある物体にぶつかって反射されてくる
時間を考慮して減らすようになる。

【００５７】つまり、受信利得Ｇと送信周波数Ｆは、次
に述べるステップＳ１６で既に設定された時間Ｔが到達
するまでステップが繰り返されるとき毎に、増加分α及
びβだけずつ増加を続け、送信時間のデューテイ比は、
減少分γぐらいずつ漸次減少させ、遠距離に位置する障
害物をより正確に探知できるようにする。

【００５８】一方、ステップＳ１６で既に設定された時
間Ｔが経過されたのが判別されたときには、プログラム
はステップＳ１に戻り、上記動作を繰り返すようになる
が、ＮＯと判別されたときは、ステップＳ１７で超音波
センサ１１の位置を判別する。この際、マイクロコンピ
ュータ３０は、超音波センサ１１がいまだに反時計方向
へ変位していると判断された場合には、プログラムはス
テップＳ１１に戻り、以後のステップが繰り返し行われ
るが、超音波センサ１１が反時計方向の最大変位点Ｍに
到達したと判別されたとき（ｙｅｓ）は、プログラムは
ステップＳ２に戻り、超音波センサ１１の回転方向を時
計方向へ変更させ、その後、ステップＳ３から上記動作
を繰り返し行うようになる。

【００５９】

【発明の効果】上述のように、この発明による障害物探
知方法によれば、近所から遠所へ感知区域を移動してい
く毎に、送信周波数を高め、併せて受信利得も高めるこ
とにより、物体の探知効率を増大させうる。さらに、こ
の発明は、超音波センサが近距離から漸次遠距離を感知
するようになるとき、超音波センサの変位を細分化せし
めることにより、視覚なしに物体探知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の超音波センサスキャニング装置の構成
図である

【図２】 この発明の超音波センサスキャニング装置の
斜視図である。

【図３】 図２におけるこの発明の一実施例の分離斜視
図である。

【図４】 図４（ａ）〜４（ｄ）は、この発明の駆動位
置を述べる過程を示す図である。

【図５】 この発明のスキャニング装置の動作を述べる
フローチャートである。

【図６】 図２に示すスキャニング装置の制御装置のブ
ロック図である。

【図７】 図６に示す制御装置の詳細回路図である。

【図８】 この発明の超音波センサを利用した障害物の
探知動作の説明のフローチャートである。

【図９】 この発明の超音波センサスキャニング装置の
動作状態図である。

【符号の説明】

１……組立体、２，３……上、下部胴体、４，５……対
向端部、１０……ケーブル、１１……超音波センサ、１
４……センサ支持台、２０……ステッピングモータ、２
３……モータ軸、３０……マイクロコンピュータ、３５
……利得調整部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波センサの指向する方向を変位させ
   る超音波センサスキャニング装置に回転軸を設定する支
   持軸により超音波センサを収納されたセンサ支持台を空
   間上に支持する組立体と、上記超音波センサを変位させ
   る駆動力を生ずる駆動手段と、上記超音波センサに上記
   駆動手段の駆動力を伝達する変速部材とからなることを
   特徴とする超音波センサスキャニング装置。
2. 【請求項２】 上記組立体は、超音波センサの基準変位
   範囲の設定のため、超音波センサの変位開始点で超音波
   センサの超過される変位を阻止する止め手段と、超音波
   センサの変位基準点を設定する基準設定手段とが構成さ
   れたことを特徴とする請求項１に記載の超音波センサス
   キャニング装置。
3. 【請求項３】 上記変速部材は、駆動手段の回転軸に設
   置されるウオームギヤと、このウオームギヤに歯合され
   る平ギヤとから構成されたことを特徴とする請求項１に
   記載の超音波センサスキャニング装置。
4. 【請求項４】 上記組立体をなすセンサ支持台は、十字
   状突出部を形成された突起を含み、上記平ギヤは上記十
   字状突出部が嵌挿される十字状溝を含んでセンサ支持台
   が回動される際スリップされるのを防止できるようにさ
   れた請求項３に記載の超音波センサスキャニング装置。
5. 【請求項５】 超音波センサの運営データを初期化させ
   るａ段階と、超音波センサの第１回転方向を設定するｂ
   段階と、超音波センサを第１回転方向へステップ移動さ
   せて障害物を探知するｃ段階と、遠距離の測定のため設
   定した第１設定時間が到来したかを判別するｄ段階と、
   上記ｄ段階で第１設定時間が到来したとき、遠距離に位
   置する障害物を正確に探知するために、超音波センサの
   変位角を細分化させ、超音波センサの運営データ値は一
   定変数だけ可変されるようにし、障害物探知の１周期に
   該当する第２設定時間が到来したとき、上記ａ段階に戻
   るｅ段階と、上記第１設定時間又は第２設定時間が到来
   しなかった場合、超音波センサ第１回転方向の限界地点
   に到達したかを判別し、限界地点に到達されなかった場
   合、上記ｃ段階に戻るｆ段階と、上記ｆ段階で限界地点
   に到達されたと判別されるとき、超音波センサを第２回
   転方向へ設定するｇ段階と、上記第２回転方向へ超音波
   センサをステップ移動させ、障害物を探知し、第１設定
   時間が到来したかを判別するｈ段階と、上記ｈ段階で第
   １設定時間が到達したとき、上記（ｅ）段階に戻るｉ段
   階と、上記第１設定時間と第２設定時間が到来していな
   い場合、超音波センサが第２回転方向の限界地点に到達
   したかを判別し、到達していない場合、上記ｈ段階に戻
   るｊ段階と、このｊ段階で限界地点に到達したと判別さ
   れたとき、ｂ段階に戻るｈ段階とからなることを特徴と
   する障害物探知方法。
6. 【請求項６】 上記のｅ段階の運営データは、超音波送
   信用波数と受信利得及び送受信１周期の送信時間デュー
   テイ比とからなることを特徴とする請求項５に記載の障
   害物探知方法。
7. 【請求項７】 上記ｅ段階は、超音波送信周波数と、受
   信利得は増加させ、送信時間のデューテイ比は減少させ
   る段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の障害物
   探知方法。