JPH0650732Y2 - 空間フィルタによる可変照明距離測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は空間フィルタを用いた距離測定装置において、
照明を可変として測定精度を向上させたものである。

B.考案の概要 空間フィルタを用いた距離測定装置において、走行路面
からの反射光の光量が不足したり、過大となると、光検
出変換部により検出できないか、あるいは検出出力が飽
和することがある。そこで、車体に照明装置を設けて、
位相空間内のベクトルの絶対値がほぼ一定となるよう
に、その照明光量を調整することにより、距離測定精度
を向上させたものである。

C.従来の技術 従来、無人搬送車などの自動運転にあたって、走行路上
に電磁誘導線や光学式反射テープを布設して走行ガイド
を形成する方式や、車軸、計測輪にエンコーダやタコジ
ェネレータを取り付けて、車輪の回転に応じたパルス又
はアナログ電圧から無人車の速度、移動距離を計測する
方式がある。

しかしながら、これらの方式は路面に誘導線や反射テー
プ等を布設する走行路の加工を必要とし、その加工作業
が面倒であると共に、路面の凹凸、外力等による車輪の
スリップや車輪の摩耗により精度良い計測が出来なかっ
た。

このため、外部からの誘導が不要で、かつ、非接触で移
動距離を測定する方法として、空間フィルタを利用した
距離測定方法が開発されている。

この空間フィルタによる距離測定装置について第５図〜
第７図を参照して説明する。

第５図，第６図に示されるように、路面１からの反射光
が光学系２によって撮取され、ラインセンサ（CCD）３
によって、所定の周期でサンプリングされて電気信号に
変換されることになる。ここで、路面１からの反射光は
多種類の周波数の組み合わせから構成されるが、路面１
の材料、周囲の環境等が一定ならば、その組み合せはほ
ぼ一定とみなされる。そして、光学系２、ラインセンサ
３等を図示しない車輌の底面に設ければ、車輌の走行に
従って、わずかに変動を繰り返すことになる。

ラインセンサ３からの出力は読出回路４を通過した後、
空間フィルタ演算部５に入力されることになる。空間フ
ィルタ演算部５は、光学的にランダムな周波数から構成
される反射光から、任意の周波数成分を抽出し、その時
系列的な変化から、位相空間において移動距離に対応す
るベクトルを求めるものである。即ち、読出回路４を通
過した信号Ｐは、A/D変換器６でデジタル信号に変換さ
れるが、フーリエ級数に展開すると次の様になる。

但し、x_oは時刻ｔにおける車輌の位置、ｘは読出回路か
ら読み出されるラインセンサ内の位置であり、x_oを基準
とする、 ｋ＝２π/L,i＝0,1,2…,Lはラインセンサの測定範囲で
ある。

そして、フーリエ係数A_i（x_o），B_i（x_o）は次式で示さ
れる。

A_i（x_o）＝（2/L）・▲∫^L ₀▼Ｐ・cos（ｋ・ｉ・ｘ）dx
…（２） B_i（x_o）＝（2/L）・▲∫^L ₀▼Ｐ・sin（ｋ・ｉ・ｘ）dx
…（３） このような信号Ｐにそれぞれ空間フィルタとして、下式
に示す特定周波数の余弦波，正弦波S₁，S₂を乗算し、所
定範囲で積分する。

S₁＝Ｆ・cos（ｎ・ｋ・ｘ） …（４） S₂＝Ｆ・sin（ｎ・ｋ・ｘ） …（５） ａ（x_o）＝▲∫^L ₀▼Ｐ・S₂d_x＝Ｆ・B_n（x_o）・L/2 …
（６） ｂ（x_o）＝▲∫^L ₀▼Ｐ・S₁d_x＝Ｆ・A_n（x_o）・L/2 …
（７） ここで、ラインセンサからの出力Ｐは、路面や環境等の
条件が一定の反射光によるものであれば、あるｎ次の成
分については３角関数的に連続して変化するはずであ
り、例えば下式で示されることになる。

P_n（ｌ）＝Ｇ・sin（ｎ・ｋ・ｌ＋φ） …（８） 従って、ｎ次のフーリエ係数A_n，B_nは次の様に求められ
る。

A_n（x_o）＝（2/L）・▲∫^L ₀▼P_n（x_o＋ｘ）・cos（ｋ・
ｎ・ｘ）dx ＝2/L▲∫^L ₀▼Gsin｛ｎ・ｋ（x_o＋ｘ）＋φ｝・cos（ｋ
・ｎ・ｘ）dx ＝G/L▲∫^L ₀▼sin｛2nkx＋nkx_o＋φ｝＋sin（nkx_o＋
φ）dx ＝G/L・Ｌ・sin（nkx_o＋φ） ＝Ｇ・sin（nkx_o＋φ） …（９） 同様にして B_n（x_o）＝Ｇ・cos（nkx_o＋φ） …（10） （９）（10）式を上記（６）（７）式に代入して整理す
ると次式となる。

ａ（x_o）＝（FL/2）・Gcos（nk・x_o＋φ） …（11） ｂ（x_o）＝（FL/2）・Gsin（nk・x_o＋φ） …（12） このようにして得られるａ（x_o）,b（x_o）は、３角関数
的に振動するものであり、その後移動距離演算部７へ入
力される。

ここで、移動距離演算部７は、ａ（x_o）,b（x_o）を２次
元の座標とするベクトルＡの第８図に示す位相平面上で
の原点を中心とする回転角ρを求める。即ち、第８図に
示すようにａ（x_o）,b（x_o）を２次元の座標とするベク
トルＡは、移動距離x_oに比例した回転角nkx_oで回転す
る。このため第８図から次の関係式が成り立つ。

nkx_o＋φ＝２πｍ＋ρ …（13） 但し、ｍは原点を中心とした回転数、 ρ＝arctan（ｂ（x_o）/a（x_o））、 （０≦ρ≦２π） φは初期値つまりρ_t=oである。

従って、（13）式を変形すれば、求めようとする移動距
離x_oが次式で示される。

x_o＝ｍ・ｐ＋（ρ−φ）p/2π …（14） 尚、第５図中、CPU18,RAM19,ROM20により上記空間フィ
ルタ演算部５及び移動距離演算部が構成されている。更
に移動距離x_oを移動速度演算器17で時間微分して速度を
求めることも行なわれる。

D.考案が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来方法では路面からの反射光をラ
インセンサ３で検出しているため、反射光を不足すると
ころや過大となるところでは、検出不能となったり、検
出出力が飽和することになる。また、検出不能となるほ
ど反射光が不足しなくても、不十分であると、第８図に
示す位相空間内のベクトルの絶体値が小さくなるので、
その原点を中心とした回転を精度良く検出することがで
きなかった。

本考案は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
路面を可変に照明して適切な反射光を得ることにより位
相空間内のベクトルの絶体値をほぼ一定に維持できる空
間フィルタによる可変照明距離測定装置を提供すること
を目的とするものである。

E.課題を解決するための手段及び作用 位相空間内のベクトルの原点を中心とする回転角は、車
体の移動距離に比例するものであるが、その絶体値は反
射光の光量に比例するものである。従って、反射光の光
量が不足すれば、ベクトルの絶体値が小さくなり、逆に
反射光の光量が過大となるとベクトルの絶体値が大きく
なることになる。

そこで、車体に照明装置を設け、ベクトルの絶体値が小
さくなるときは、光量を増大し、逆にベクトルの絶体値
が大きくなるときは、光量を減少させればベクトルの絶
体値がほぼ一定に維持されることになる。

F.実施例 以下、本考案の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。

第１図〜第３図に本考案の一実施例を示す。第１図に示
すように、本実施例では照明装置8,制御回路９及び振幅
演算部10を第５図及び第６図の距離測定装置に追加した
ものである。ここで、振幅演算部10は、空間フィルタ演
算部５からの信号ａ（x_o）,b（x_o）に基づき、第８図に
示す位相空間内のベクトルＡの絶体値を下式のように算
出する。

この絶体値|A|は制御回路９に入力される。ここで、制
御回路９は照明装置８の光量を調整するものであり、具
体的には第２図に示すように三角波発生回路を利用して
いる。即ち、制御回路９の三角波発生回路において、オ
ペアンプA₁がシュミット回路、オペアンプA₂が積分回路
を各々構成しており、電源を投入すると、オペアンプA₁
の出力として方形波が出力され、これがオペアンプA₂で
積分されて、第４図（ａ）（ｂ）に示す三角波V₁とな
る。この三角波V₁はオペアンプA₃に入力されると共にD/
A変換器によりデジタル信号化されたベクトルの絶体値|
A|もこのオペアンプA₃に入力される。オペアンプA₃は、
三角波V₁をベクトルの絶体値|A|と比較し、三角波V₁が
ベクトルの絶体値|A|を超えるときをONとし、逆に下廻
るときにOFFとする方形波V₂を出力する。ここで、この
方形波V₂は、第４図（ａ）（ｂ）に示すように、ベクト
ルの絶体値|A|が大きいほど、密度が粗となり、小さく
なるほど密となる。この方形波V₂は照明装置８へ入力さ
れる。照明装置８では、トランジスタTrが方形波V₂に基
づくスイッチング作用により、方形波V₂に対応した方形
波V₃を出力する。この方形波V₃はランプＬに入力され、
このランプＬはこの方形波V₃の密度に応じた光量で路面
を照明することになる。ランプＬは、例えば、第３図に
示すように車体12の前方に吊り下げるように支持し、光
学系２に対して路面の反射光が有効に入射するようにす
ると良い。

従って、上記構成を有する本実施例では、次のように制
御回路９が照明装置８の光量を調整する。例えば、光学
系２に入射する光量が不十分な場合、ラインセンサ３に
より所定の周期でサンプリングされ、A/D変換器６でデ
ジタル信号に変換された信号Ｐの大きさが小さくなり、
このため、空間フィルタ演算部５で上記（１）式〜
（７）式に従って計算されたａ（x_o）,b（x_o）も小さく
なる。この結果、振幅演算部10で求めた位相空間内のベ
クトルＡの絶体値も小さくなり、第４図（ａ）に示すよ
うに、制御装置８のオペアンプA₃で三角波V₁と比較され
ると、比較的密度の高い方形波V₂となり、トランジスタ
Trのスイッチング作用により、これと対応した方形波V₃
となるため、ランプＬの光量が増大することになる。

一方、光学系２に入射する光量が過大なときは、上記と
逆になるため、振幅演算部10で求めた位相空間内のベク
トルＡの絶体値が大きくなる。このため、第４図（ｂ）
に示すように制御回路８のオペアンプA₃で三角波V₁と比
較されると、比較的密度の低い方形波V₂となり、トラン
ジスタT_rのスイッチング作用により、これと対応した方
形波V₃となるため、ランプＬの光量が減少することにな
る。

つまり、光学系２に入射する反射光の光量が不足する
と、ランプＬの光量を増大させ、逆に光学系に入射する
反射光の光量が過大のときには、ランプＬの光量を減少
させるのである。この結果、位相空間内のベクトルの絶
対値がほぼ一定となり、このベクトルの原点を中心とし
た回転角が精度良く求められることになる。

尚、上記実施例において制御回路19には三角波発生回路
が用いられていたが、本考案は、これに限られるもので
はない。また、位相空間内のベクトルの絶対値は、角度
検出が確実である範囲内で多少の増減は許容されるもの
である。

G.考案の効果 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本考案
は、車体に照明装置を取り付けて、位相空間内のベクト
ルがほぼ一定となるように照明光量を調整するので、常
に確実な距離測定が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す構成図、第２図は照明
装置及び制御回路を示す回路図、第３図はランプの取り
付けられた車体の外観図、第４図（ａ）（ｂ）は、いず
れもオペアンプA₁，A₂及びトランジスタT_rの出力波形を
示すグラフ、第５図は従来の移動距離測定装置の構成
図、第６図は同装置のブロック図、第７図は従来の空間
フィルタを示すグラフ、第８図は位相平面内でのベクト
ル及びその回転角を示す説明図である。 図面中、 １は路面、 ２は光学系、 ３はラインセンサ、 ４は読出回路、 ６はA/D変換器、 ７は移動距離演算器、 ８は照明装置、 ９は制御回路、 10は振幅演算部、 11はD/A変換器、 12は車体、 17は移動速度演算器、 18はCPU、 19はRAM、 20はROM、 A₁，A₂はオペアンプ、 T_rはトランジスタである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】車体に下向きに配設され走行路面で反射し
   た光を撮取し、所定の周期でサンプリングして電気信号
   に変換する光検出変換部と、該光検出変換部からの電気
   信号に正弦波，余弦波をそれぞれ乗算し、所定範囲内で
   積分することにより任意の周波成分を抽出し、該周波数
   で振動する正弦波信号，余弦波信号を求める空間フィル
   タ演算部と、該空間フィルタ演算部により求められた正
   弦波信号，余弦波信号を二次元の座標とするベクトルの
   位相平面内での原点を中心とする回転角から前記車体の
   移動距離を算出する走行距離演算部とを有する空間フィ
   ルタによる距離測定装置において、前記車体に走行路面
   を照明する照明装置を設けると共に前記ベクトルの絶体
   値をほぼ一定になるように前記照明装置による光量を制
   御する電気回路を設けたことを特徴とする空間フィルタ
   による可変照明距離測定装置。