JPH07229727A - 路面検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で安価な路面検出装置を提供する。 【構成】路面検出装置は、移動装置１の前方斜め下方に
複数の光ビームをそれぞれ異なる照射角度で照射する発
光素子２と、前記照射した光ビームの路面からの反射光
を検出する受光素子３と、該受光素子からの出力信号か
ら演算された前記発光素子と路面との距離と前記それぞ
れ所定の照射角度とに基づいて前記移動体の路面形状を
検出する信号処理手段４とを備えている構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動装置の移動方向の
路面状態を検出する路面検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自走式移動装置は、路面状態が平
坦で段差がない整備された工場内など限られた環境で使
用されていた。その路面検出法は、床に設置された磁気
テープや光学的な反射テープを専用の装置で検出するな
ど予め決められた走行経路によって誘導していた。しか
しながら最近になり、決められた経路でなく自由度をも
った移動装置の検討がなされている。移動装置が、走行
する際、平坦な所ばかりでなく傾斜や段差ならびに階段
などのある複雑な路面を安全に走行できるか否かを事前
に判断する必要がある。

【０００３】従来、移動装置が移動する方向の路面状態
を事前に検出する路面検出装置に関するものとして、例
えば特開昭６２−１６２１１２号公報に記載されている
ものがある。また詳細な路面状態をスリット光によって
検出する従来例として特開平１−１６３８０６号公報に
記載されているものがある。この路面検出方法は、スリ
ット状の光を路面にある角度で照射し、その反射光をＴ
Ｖカメラや二次元センサーなどで撮影し、投影されたス
リット像の位置から三角測量の原理で上記の路面状況に
関する情報を得ようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６２ー１６２１１２公報では移動装置に路面検出手
段が搭載されているが、その検出法についての具体的開
示はなされていない。また特開平１ー１６３８０６号公
報の路面検出法であるスリット光を利用した方法では実
用上にいくつかの問題点がある。

【０００５】そのひとつは、スリット光の輝度が充分で
なく外環境など昼間光の下では路面上のスリット光の像
を精度よく検出することは困難であった。その理由は、
この種の方法では発光源として半導体レーザや発光ダイ
オード等が使用されているが、もともとそれほど輝度が
高くない上に光学系でスリット状に広げて使用するた
め、遠方での単位面積当たりの輝度が低下するのは避け
られないためである。さらに、スリット光を用いる手法
ではスリット光の二次元像を検出するためにＴＶカメラ
や二次元センサなどが必要なため、装置コストが高くな
るという欠点があった。さらに、この種の方法では上記
したように二次元像を使用するために処理するデータ数
が多くなり、高速で処理する場合、特に移動装置の速度
に合わせた実時間処理を行なうことが困難になるという
欠点があった。

【０００６】さらに、この種の方法では上記したように
二次元像を使用するために処理するデータ数が多くな
り、高速で処理する場合、特に移動装置の速度に合わせ
た実時間処理を行なうことが困難になるという欠点があ
った。このような問題点を解決するために本発明では、
第一に検出光の輝度を充分に確保するため一つの発光素
子から投射される光ビームをスリット光などのように拡
大することなく、むしろ光学系によって路面上で一点に
集光させ、受光素子によってその一点までの距離を測定
するようにした。

【０００７】また、路面の状態を精度よく測定するため
には、できるだけ測定点を増やすことが考えられるが、
その後の信号処理速度を高速にするためには必要最低限
の検出点数に抑えるべきである。そこで路面の傾斜角度
や高さの水準を測定することが重要であることに鑑み、
最低２点の検出点から直線的に近似する手法を用いるこ
とにした。さらに移動装置が現在おかれている路面状況
を知る上で直前の測定のために２点、その先の路面状況
を予測するためにさらに前方の２点の少なくとも全数で
４点の測定をすればよい。またこのような検出装置を安
価に提供するために検出光の受光素子を１個にし、各発
光ビームをそれぞれ識別しながら検出する手段をも提供
するものである。

【０００８】本発明の目的は、移動装置の前方から得ら
れる少ない路面情報を精度良く高速で処理する手法を用
いることにより、安価で簡素な路面検出装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明に係わる路面検出装置は、移動装置の前方斜
め下方に複数の光ビームをそれぞれ異なる照射角度で照
射する発光素子と、前記照射した光ビームの路面からの
反射光を検出する受光素子と、該受光素子からの出力信
号から演算された前記発光素子と路面との距離と前記そ
れぞれ所定の照射角度とに基づいて前記移動装置の路面
形状を検出する信号処理手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明では、移動装置のための距離検出装置と
して複数の発光素子と該発光素子からの光ビームの路面
からの反射光を受光する素子からなり、短時間の内に移
動装置からあらかじめ決められた方向の複数の点までの
距離を測定し、得られた複数点の距離情報と、各光ビー
ムが投射される角度から、移動装置の前方の路面状況と
して、各測定点での路面の高さに関する情報が得られ、
その結果として路面の傾斜角度の変化や段差などを検出
することができる。

【００１１】また、本発明では一つの発光源を用いて一
本の光ビームとなし、一点のみの測定を行なうため輝度
が高いまま使用できるので、昼間光の存在下でも充分検
出できる。 また一点のみの距離測定であるため受光素
子として一次元のＰＳＤ（位置検出素子）を使用でき、
装置コストも大幅に安価に実現できる。さらには言及す
べくもないが、１点のみの検出を複数回繰り返すだけな
ので信号処理も高速に行なえ、移動装置が高速で移動し
ているときでさえ充分に実時間で対応が可能である。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明による路面検出装置を搭載し
た移動装置の概念説明図である。図中１は移動装置本
体、２は複数の発光素子を一定の照射ビームを形成する
ように組み込んだ発光素子部、３は発光ビームの路面で
の反射光を受光する受光素子部である。４は信号処理部
である。

【００１３】図２は本発明による路面検出装置で得られ
た路面状況に関する信号処理の一例である。図２（ａ）
は移動方向の全てのビームが当たる面で路面が一定の傾
斜面の場合である。路面に投射される各発光素子は一定
の角度でビームを発しており、検出される距離を例えば
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とする。 また、各発光ビーム
の投射角度を垂線に対してそれぞれθ１、θ２、θ３、
θ４とし各発光ビームが路面に当たる位置をそれぞれＰ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とすれば、検出装置から路面まで
の高さＨｉ（ｉ＝１〜４）は次式から容易に計算でき
る。

【００１４】 Ｈｉ＝Ｓｉ・ｃｏｓ（θｉ） （ｉ＝１〜４） また、検出装置から各路面検出点Ｐｉまでの移動方向距
離は Ｐｉ＝Ｓｉ・ｓｉｎ（θｉ） （ｉ＝１〜４） であるから前方路面の高さ情報は図４（ａ）のように表
わせる。この場合は路面の高さが（路面の傾斜面の角
度）が一定であるため直線状になる。

【００１５】次に図２（ａ）は移動方向の路面が途中か
ら登り傾斜している場合である。このとき図からも分か
るように傾斜面の傾きが変化しているＳ３，Ｓ４の距離
値は本来路面が一定傾斜面であるときよりも短くなる。
グラフ上では図４（ｂ）に示すようにＰ１とＰ２での高
さとＰ３及びＰ４での高さが作る直線の傾きが異なるこ
とにより明確に認識できる。特にこの場合には、発光ビ
ームが４本で構成されているため手前の２点（Ｐ１，Ｐ
２）と前方２点（Ｐ３，Ｐ４）のそれぞれを結ぶ２つの
直線の傾きを比較すれば容易に且つ高い信頼性で路面状
況を検出できる。

【００１６】さらに図２（ｂ）では移動方向の路面が途
中から下り傾斜している場合を示しているが、この場合
Ｓ３，Ｓ４の距離値は本来路面が一定の傾斜面である場
合よりも長く測定されることは容易に理解される。その
ため路面高さは図５（ａ）に示すようにＰ１，Ｐ２の作
る直線とＰ３，Ｐ４が作る直線は傾きが異なる。 この
ため、前方に下り傾斜の路面があることを検出できる。

【００１７】さらに、図３では前方に登りの段差がある
場合の例を示している。図から分かるように、この場合
にはＳ３，Ｓ４の距離値が本来の路面に比べて短く測定
される。また、検出装置からの高さを図５（ｂ）に示す
がＨ１，Ｈ２の作る直線とＨ３，Ｈ４の作る直線は高さ
が異なるが互いに平行の関係にあることがわかり、この
ことから前方には登り段差があり、その先は平坦である
ことまで知ることができる。また特に説明はしないが前
方に降りの段差があるときも同様にして検出される高さ
の値の差から検出できることは明かである。

【００１８】次に本発明の路面検出装置の信号処理手段
についての実施例について説明する。図６は、第１の実
施例である時分割点灯による信号検出手法を説明する回
路ブロック図である。発光素子を４個、受光素子を１個
用いて時分割により信号を検出する方法を示すもので、
発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は時分割点灯回路１１によ
り、同期クロック１２に同期して図７に示すようなタイ
ミングで一定時間ごとに分割して点灯される。

【００１９】発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４から発光され
た光は図１の様に路面で反射して、受光素子ＰＳＤ１に
入る。 受光素子ＰＳＤ１からの信号はヘッドアンプ１
３を経てＩ／Ｖ変換回路１４に送られ電流信号から電圧
信号に変換される。変換された電圧信号は、アナログ演
算回路１５で演算され距離情報になる。さらにＡ／Ｄ変
換回路１６に送られ、デジタル情報としてラッチ回路１
７に送られ、クロック回路２１からの同期クロック１２
を基準にラッチタイミング指令回路２３により図５に示
すようなタイミングで、Ｄ１〜Ｄ４の各々に図２や図３
のＳ１〜Ｓ４の距離情報データとしてラッチされる。

【００２０】ラッチ回路１７にラッチされた距離情報Ｓ
１〜Ｓ４はＩ／Ｏポート１８を経て、演算処理部２２の
ＣＰＵ１９に取り込まれ、そのデータから図２や図３に
示すθ１〜θ４の角度値と前述のＰｉとＨｉを求める式
により、受光素子から点Ｐ１〜点Ｐ４までの距離と各々
の受光素子の位置から路面までの高さＨ１〜Ｈ４とを求
める。更にＣＰＵ１９は求めたＰ１〜Ｐ４とＨ１〜Ｈ４
のデータから図４や図５のグラフに示す様な解析を行
い、図８に示すような受光素子から前方の路面の距離Ｘ
の位置に高さＹの段差があることや、傾斜の角度αを検
知することができる。

【００２１】図９は、第２の実施例である変調光による
信号検出手法を説明する回路ブロック図である。発光素
子及び受光素子の数は前述の実施例と同様であるが、発
光素子ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１４の発光をそれぞれ別の周
波数で変調して同時に発光させる。変調光は図１の様に
路面で反射して、受光素子ＰＳＤ１１に入る。受光素子
ＰＳＤ１１からの信号はヘッドアンプ２５を経てＩ／Ｖ
変換回路２６に送られ電流信号から電圧信号に変換され
る。

【００２２】電圧に変換された信号は発光素子を変調し
たそれぞれの周波数に合わせたバンドパスフィルタ２７
〜３０で分離され、さらにそれぞれの復調回路３１〜３
４で復調され、アナログ演算回路３５〜３８を経て距離
情報に変換され、Ａ／Ｄ変換回路３９〜４２に送られ、
デジタル情報に変換される。変換された図２のＳ１〜Ｓ
４にあたる距離情報はＩ／Ｏポート４５を経て、演算処
理部４３のＣＰＵ４４に取り込まれる。以後は前述の時
分割の場合と同様に演算処理され、同様なデータを得る
ことができる。

【００２３】以上、本発明の実施例では距離検出の発光
ビームが４個の場合で説明したが、自走式移動装置が現
在おかれている路面の傾斜状態を手前の少なくとも２個
の検出ビームで直線近似でき、且つ前方の変化する路面
の状態を先の少なくとも２個の検出ビームで直線近似で
きるので都合が良いことになる。当然ではあるが、これ
らの検出ビームの数を増やすことにより、路面の状態を
より精度よく検出できることは明かである。しかしなが
ら、あまりにも検出ビーム数を増やしすぎると全体とし
て装置のコストが高くなり、且つデータの処理に時間がか
かるため、課題の項目で説明したように従来のスリット
光を用いて二次元的な画像処理を施す手法に対して優位
性が発揮できなくなるので、発光ビームの数は４個から
１０個程度、好ましくは４個から６個程度が実用上適し
ていると思われる。

【００２４】

【発明の効果】以上、本発明によれば自走式移動装置に
おいて移動方向に係わる路面状態を検出する手段とし
て、従来より用いられていたスリット光投影法や二次元
画像処理手段に比べて、装置が簡素で且つ安価に構成で
き、しかも少ない情報量で検出可能なため処理時間が短
く、実時間で動作することが可能になるため実用上の効
果が大きい。また、発光素子からの光ビームを点状に集
光して使用するため、従来のようにスリット光などに拡
大する手法に比べて光の強度を減じることが無く、高い
Ｓ／Ｎ比で信号を検出できる長所がある。そのため、信
頼性が高く、且つ従来では不可能であった昼間光の存在
する一般的な環境下での路面検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の路面検出装置を移動装置に搭載した構
成概念図。

【図２】本発明の路面検出装置の路面状態が斜面時の動
作説明図。

【図３】本発明の路面検出装置の路面状態が段差時の動
作説明図。

【図４】本発明の路面検出装置の移動距離と路面状態に
応じて検出された出力信号との関係を説明する図。

【図５】本発明の路面検出装置の移動距離と路面状態に
応じて検出された出力信号との関係を説明する図。

【図６】本発明の路面検出装置の第１の実施例である時
分割点灯による信号検出手法を説明する回路ブロック
図。

【図７】本発明の路面検出装置の第１の実施例である時
分割点灯による信号検出のタイムチャート示す図。

【図８】本発明の路面検出装置の路面状態に応じて検出
された出力信号から得られた路面情報を説明する図。

【図９】本発明の路面検出装置の第２の実施例である変
調光による信号検出手法を説明する回路ブロック図。

【符号の説明】

１ 移動装置本体 ２ 発光素子 ３ 受光素子 ４ 信号処理手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動装置の前方斜め下方に複数の光ビー
   ムをそれぞれ異なる照射角度で照射する発光素子と、前
   記照射した光ビームの路面からの反射光を検出する受光
   素子と、該受光素子からの出力信号から演算された前記
   発光素子と路面との距離と前記それぞれ所定の照射角度
   とに基づいて前記移動装置の路面形状を検出する信号処
   理手段とを備えたことを特徴とする路面検出装置。
2. 【請求項２】 前記複数の発光素子は、それぞれ光ビー
   ムを一定時間間隔で順次ずらせて照射し、前記受光素子
   は光ビームの路面からの各反射光を時分割で検出するこ
   とを特徴とした請求項１記載の路面検出装置。
3. 【請求項３】 前記発光素子は、複数の光ビームをそれ
   ぞれ異なった周波数で変調された光ビームを同時に照射
   し、前記受光素子はそれらの光ビームの路面からの反射
   光を同時に検出することを特徴とした請求項１記載の路
   面検出装置。