JPH0769167B2 - 形状判別装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ）産業上の利用分野 本発明は物体の形状を判別する形状判別装置に関する。

ロ）従来の技術 掃除ロボツト等の移動式作業車においては、障害物を効
率的に回避して作業を行う必要がある。このため障害物
や壁等の対象物の形状認識として様々な方法が提案され
ている。従来技術は超音波距離計を空間的にスキヤニン
グして多数の距離計測点をサンプリングする形式のもの
がほとんどである。このような従来の対象物体の認識方
法としては第５図のように作業車前面部の中央に超音波
発振器（Ｔ）を設けその両側に超音波受信器（Ｒ）を３
個ずつ配置したものがあり、１回の超音波の発射で同時
に６つの超音波伝播時間を計測することができ、三角測
量法により超音波発振器（Ｔ）と対象物との最短距離が
6C₂＝15通りの算出方法で算出出来、信頼性の向上が図
れる。

ハ）発明が解決しようとする問題点 ところで、このような認識法では作業車前方の対象物の
形状が例えば、第５図や第６図のように異なったもので
あると、超音波の反射パターンが異なるため、その距離
の算出方法が異なる。このため、対象物の形状を検知し
て、その形状に応じて対象物までの距離を正確に計測す
る必要があった。

ニ）問題点を解決するための手段 本発明はこのような点に鑑みて為されたものであって、
同一平面に配置された複数の超音波発振器と、これ等の
超音波発振器間に設けられた複数の超音波検出器と、時
間をずらせて、上記複数の超音波発振器から超音波を出
力させる手段と、上記複数の超音波発振器で発せられる
超音波が夫々上記超音波検出器で検出されたとき、その
検出パターンによって、対象物体の形状を判別する手段
と、を有している。

ト）作用 壁等の物体の形状が認識されるので、形状の変化があっ
ても前方の物体までの距離が適宜正確に算出出来る。

ヘ）実 施 例 第１図は本発明形状判別装置の一実施例ブロツク図を示
し、（T₁）（T₂）は移動可能な作業車（１）の前面両端
に夫々配置された第１、第２の超音波発振器、（P₁）
（P₂）はこの超音波発振器（T₁）（T₂）を駆動する駆動
回路であって、制御回路（３）からインターフエイス
（２）を介してスイツチ（Ps₁）（Ps₂）を交互にONする
ことで駆動回路（P₁）（P₂）にリセツト信号が送られ超
音波発振器（T₁）（T₂）から交互に超音波が発射され
る。（R₁）（R₂）…（Rn）は上記超音波発振器（T₁）
（T₂）間に等間隔で配置された超音波検出器であって、
これ等につながれた超音波受信回路（V₁）（V₂）…（V
n）により超音波受信信号が得られる。（C₁）、
（C₂）、（C₃）…（Cn）は伝搬時間カウント回路でRese
t信号を受けてから超音波受信信号を得るまで内部デジ
タルカウンタをカウントする。即ちこのデータData1は
超音波の伝搬時間に対応し、I/Oインターフエイス２を
通じて制御回路（３）に取り込まれる。また、超音波受
信信号はすべて信号比較回路（Ｓ）に入力され、一番最
初に受信した超音波検出器のデバイス番号をデータとし
て信号比較回路Ｓはコンピユータに出力する。これをDa
ta2で示している。

第２図、第３図はこのような装置を用いたときの物体の
形状判別方法を示したものであって、本発明では第２図
に示したようなエツジをもつ対象物と第３図に示すよう
なフラツトな対象物を区別するのを主たる目的とする。
第２図において超音波発振器（T₁）から発射された超音
波は対象物のエツジＱで反射し、それぞれの超音波検出
器（R₁）（R₂）…（R₆）に到達する。この例においては
超音波検出器（R₁）（R₂）…（R₆）を超音波発振器
（T₁）と（T₂）を結ぶ直線上に６個配置しているが、こ
の時の超音波発振器（T₁）からの超音波の伝搬経路をS
₁₁、S₁₂、S₁₃、S₁₄、S₁₅、S₁₆で示す。同様に超音波発
振器（T₂）から発射された超音波はS₂₁、S₂₂、S₂₃、
S₂₄、S₂₅、S₂₆と伝搬し、超音波検出器に到達する。超
音波が理想的な伝搬を行うものとすると反射波が最も速
く到達するのは、エツジＱから作業車前面の超音波検出
器（R₁）（R₂）…（R₆）列に垂直に下ろした地点であ
る。従って、この場合、超音波発信器（T₁）（T₂）のい
ずれから超音波が発せられても、超音波検出器（R₄）又
は（R₅）で最初に超音波検知が為され、そのデバイス番
号が信号比較回路（Ｓ）により選ばれる。

一方、第３図のような面がフラツトな対象物に超音波発
振器（T₁）から超音波を発射するとS₁₁、S₁₂、S₁₃、
S₁₄、S₁₅、S₁₆と伝搬することが予測される。これは超
音波発振器（T₁）と対象物面に対し面対象な点をQ₁とす
るとQ₁とそれぞれの検出器を結んだ直線と対象物面との
交点が反射点となるとみなしている。従って最も早く、
反射波を検出するのはQ₁から作業車前面部に下した垂線
の足に最も近い検出器と考えられる。同様に超音波発振
器（T₂）から発射された超音波はS₂₁、S₂₂、S₂₃、S₂₄、
S₂₅、S₂₆と伝搬すると考えられるが超音波発振器（T₂）
と対象物面に対し面対象な点Q₂から作業車前面部に下し
た垂線の足に最も近い検出器が反射波を最も早く検出す
ることになる。従って超音波発振器（T₁）から超音波を
発射した場合とは必ず異なる検出器が信号比較回路
（Ｓ）によって選ばれる。

以上の考察より、超音波を超音波発振器（T₁）から発射
した場合の信号比較回路（Ｓ）の出力（Data2）と超音
波発振器（T₂）から発射した場合の信号比較回路（Ｓ）
の出力を比較し、同じか、隣りどうしの検出器信号であ
れば、対象物の形状はエツジ状態、それ以外であればフ
ラツト状態と判別するように制御回路（３）内にプログ
ラムをしておく。

これにより作業車前方の対象物がエツヂ状態のものかフ
ラツト状態のものであるか検出される。

こうして対象物体の形状が検出されるとその形状に応じ
て、カウント回路（C₁）（C₂）…（Cn）でカウントされ
た超音波の伝搬時間のデータData1を用いて作業車と対
象物との距離が算出される。

このような形状検出及び距離検出の流れを第４図に示
す。

ト）発明の効果 以上述べた如く、本発明形状判別装置は同一平面に配置
された複数の超音波発振器と、これ等の超音波発振器間
に設けられた複数の超音波検出器と、時間をずらせて、
上記複数の超音波発振器から超音波を出力させる手段
と、上記複数の超音波発振器で発せられる超音波が夫々
上記超音波検出器で検出されたとき、その検出パターン
によって、物体の形状を判別する手段と、を有している
ので、壁等の対象物体の形状が認識され、形状に応じて
適宜異なる計算方法により正確に距離を検出出来、作業
車の位置検出がより正確に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明形状判別装置のブロツク図、第２図、第
３図は本発明形状判別装置で超音波検出をするときの状
態模式図、第４図は本発明形状判別装置の動作を示す流
れ図、第５図、第６図は従来の距離検出方法を示す状態
模式図である。 （１）……作業車、（２）インターフエイス、（３）…
…制御回路、（T₁）（T₂）……超音波発振器、（P₁）
（P₂）……駆動回路、（Ps₁）（Ps₂）……スイツチ、
（R₁）（R₂）…（Rn）……超音波検出器、（V₁）（V₂）
…（Vn）……超音波受信回路、（C₁）（C₂）…（Cn）…
…カウント回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一平面に配置された複数の超音波発振器
   と、これ等の超音波発振器間に設けられた複数の超音波
   検出器と、時間をずらせて、上記複数の超音波発振器か
   ら超音波を出力させる手段と、上記複数の超音波発振器
   で発せられる超音波が夫々上記超音波検出器で検出され
   たとき、その検出パターンによって、対象物体の形状を
   判別する手段と、を有して成る形状判別装置。