JPH11304921A - 障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 障害物の検出時間間隔が長かったり、信頼性
が低いという課題があった。 【解決手段】 球形の筐体１２の外面に複数の超音波セ
ンサ１３を密にかつ一様に配置する。そして、各超音波
センサ１３から同時に超音波を送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を用いて
被障害側装置の周囲にある障害物の検出を行う障害物検
出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物体間の距離測定に超音波を用いる方法
は従来から知られている。この距離測定は、超音波送信
器から送信された超音波が測定対象物に当たって反射
し、超音波受信器に受信されるまでの時間を測定するこ
とを、測定原理としている。例えば、超音波送信器と超
音波受信器とを兼用する超音波センサを用いた場合に
は、超音波センサから送信された超音波が測定対象物に
当たって反射して戻ってくるまでの時間ｔ、すなわち、
超音波が超音波センサと測定対象との間を往復する時間
ｔを測定することにより、超音波センサから測定対象物
までの距離Ｌを、Ｌ＝１／２×ｔ×ｖの関係式で求める
ことができる。ここで、ｖは音速である。

【０００３】このような距離測定方法は、自律移動ロボ
ット、自動車、潜水艦等の周囲の障害物の検出に利用す
ることができる。

【０００４】図７は超音波を用いた、従来の障害物検出
装置の概略的な構成図である。図７において、１０１は
障害物検出装置、１０２は円筒形の筐体、１０３は筐体
１０２の側面に設けられた、超音波を送受信する超音波
センサである。図７は筐体１０２を上部から眺めた様子
を示している。

【０００５】このような従来の障害物検出装置１０１で
は、筐体１０２の側面に複数の超音波センサ１０３を密
にかつ一様に配置しているため、障害物の検出範囲が、
広角度で死角がなく遠距離まで及ぶ。

【０００６】次に動作について説明する。図８は、図７
に示す従来の障害物検出装置１０１の動作説明図であ
る。図８において、１０４は障害物である。その他の構
成要素は図７で同一符号を付して示しているものと同等
である。図８も図７と同様に筐体１０２を上部から眺め
た様子を示している。

【０００７】従来の障害物検出装置１０１を用いて障害
物を検出する場合、各超音波センサ１０３から超音波を
送信する。

【０００８】障害物１０４が検出範囲にあると、図８の
実線で表す矢印で示すように、超音波センサ１０３から
送信された超音波が障害物１０４に当たって反射して戻
ってくる。

【０００９】このとき、超音波センサ１０３から超音波
が送信され障害物１０４に当たって反射して戻ってくる
までの時間から障害物１０４までの距離を測定し、超音
波を送受信する超音波センサ１０３の位置から障害物１
０４の方向を判断する。

【００１０】このような従来の障害物検出装置１０１で
は、図８の破線で表す矢印で示すように、各超音波セン
サ１０３は、別の超音波センサ１０３から送信された超
音波も受信することから、超音波センサ１０３が受信す
る超音波が、どの超音波センサ１０３から送信されたも
のかを区別できるようにしている。このような区別がで
きない場合には、障害物１０４までの距離が誤って測定
され、障害物１０４の方向が誤って判断されることとな
る。特に、筐体１０２の側面に設ける超音波センサ１０
３の数が増えると、別の超音波センサ１０３から送信さ
れた超音波を受信する可能性が高くなり、また隣接する
超音波センサ１０３との間隔が小さくなることから別の
超音波センサ１０３から送信された超音波を受信すると
きの超音波の強度が大きくなる。

【００１１】超音波センサ１０３が受信する超音波が、
どの超音波センサ１０３から送信されたものかを区別す
る第１の方法として、各超音波センサ１０３からの超音
波の送信を、十分な間隔をとって順番に行う方法があ
る。具体的には、障害物の検出距離をＬとし、音速をｖ
としたとき、各超音波センサ１０３からの超音波の送信
を、超音波がＬの距離間を往復する時間である２×（Ｌ
／ｖ）の間隔で順番に行う。

【００１２】また、第２の方法として、超音波センサ１
０３毎に、異なった間隔で超音波を送信する方法があ
る。具体的には、ある超音波センサ１０３から間隔Δｔ
１で断続的に超音波を送信し、他の超音波センサ１０３
から間隔Δｔ２で断続的に超音波を送信する。

【００１３】また、第３の方法として、超音波センサ１
０３毎に、異なったパタンの超音波を送信する方法があ
る。具体的には、ある超音波センサ１０３から１０１０
１０１０１０１０１０１０１０１のパタンの超音波を送
信し、他の超音波センサ１０３から１０１１００１０１
００１０１０１１０１のパタンの超音波を送信する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の障害物検出装置
は以上のように構成されているので、以下に示す課題が
あった。

【００１５】第１の方法を用いる場合には、超音波セン
サ１０３の数に比例して、障害物の検出時間間隔が長く
なるという課題があった。具体的には、障害物の検出距
離をＬとし、音速をｖとし、超音波センサ１０３の数を
ｎとしたとき、障害物の検出時間間隔は２×（Ｌ／ｖ）
×ｎとなる。

【００１６】また、第２，第３の方法を用いる場合に
は、各超音波センサ１０３からの超音波の送信間隔を維
持したまま、超音波センサの数を増加させると、他の超
音波センサ１０３から送信される超音波とのクロストー
クが増大し、超音波の送信間隔や超音波のパタンを正確
に把握できなくなるという課題があった。

【００１７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、障害物の検出範囲が、広角度で死
角がなく遠距離まで及ぶ障害物検出装置であって、検出
時間間隔が短くかつ信頼性の高い障害物検出装置を得る
ことを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る障害物検
出装置は、各超音波送信手段が、各超音波送信手段から
同時に送信された超音波の合成波の波面が実質的に回転
対称な面の少なくとも一部分を有する面となるように配
置されており、各超音波受信手段が、合成波の回転中心
から最も近くに位置する障害物による合成波の反射波を
最初に受信するように配置されているものである。

【００１９】この発明に係る障害物検出装置は、各超音
波送信手段から送信された超音波の合成波の波面が実質
的に回転対称な面の少なくとも一部分を有する面となる
ように各超音波送信手段から超音波が送信され、各超音
波受信手段が、合成波の回転中心から最も近くに位置す
る障害物による合成波の反射波を最初に受信するように
配置されているものである。

【００２０】この発明に係る障害物検出装置は、回転対
称な面が球面であるものである。

【００２１】この発明に係る障害物検出装置は、回転対
称な面がトーラスの外周側の面であるものである。

【００２２】この発明に係る障害物検出装置は、回転対
称な面が円筒面であるものである。

【００２３】この発明に係る障害物検出装置は、各超音
波送信手段が、合成波の強度が特定の方向に強くなるよ
うに配置されているものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による障
害物検出装置を示す構成図である。図１において、１１
は障害物検出装置、１２は球形の筐体、１３は筐体１２
の外面に設けられた、超音波を送受信する超音波センサ
（超音波送信手段、超音波受信手段）である。図１で
は、表側の超音波センサ１３をハッチングを付して示
し、裏側の超音波センサ１３を破線で示している。

【００２５】このような実施の形態１による障害物検出
装置１１では、球形の筐体１２の外面に複数の超音波セ
ンサ１３を密にかつ一様に配置しているため、障害物の
検出範囲が、広角度で死角がなく遠距離まで及ぶ。図１
では、球形の筐体１２が正２０面体であるとみなしたと
きに、各面に１つの超音波センサ１３が位置するよう
に、複数の超音波センサ１３を配置した場合を示してい
る。

【００２６】次に動作について説明する。実施の形態１
による障害物検出装置１１を用いて障害物を検出する場
合、各超音波センサ１３から同時に超音波を送信する。
この場合、球形の筐体１２の外面に複数の超音波センサ
１３を密に配置しているため、超音波センサ１３の間隔
より十分（５倍以上）離れた位置では、各超音波センサ
１３から送信された超音波の合成波の波面が、実質的に
球面となる。すなわち、超音波センサ１３の間隔より十
分離れた位置では、各超音波センサ１３から送信された
超音波の合成波が実質的に球面波となる。このように各
超音波センサ１３から送信された超音波の合成波の波面
が実質的に球面となる場合には、クロストークの問題は
生じない。

【００２７】障害物が検出範囲にあると、各超音波セン
サ１３から送信された超音波の合成波が障害物に当たっ
て反射する。そして、球形の筐体１２の外面に複数の超
音波センサ１３を密に配置しているため、合成波の中心
から最も近くに位置する障害物による反射波が最初に超
音波センサ１３により受信される。

【００２８】このとき、波面が実質的に球面である合成
波が、合成波の中心から最も近くに位置する障害物に反
射し、超音波センサ１３により受信されるまでの時間か
ら障害物の距離を測定し、合成波の中心から最も近くに
位置する障害物による反射波を受信する超音波センサ１
３の位置から障害物の方向を判断する。

【００２９】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、複数の超音波センサ１３を、各超音波センサ１３か
ら同時に送信された超音波の合成波の波面が実質的に球
面となりかつ合成波の中心から最も近くに位置する障害
物による合成波の反射波を最初に受信するように配置し
ているので、各超音波センサ１３から同時に超音波を送
信したときに、合成波の中心から最も近くに位置する障
害物からの反射波が最初に超音波センサ１３により受信
される。その結果、最も近くに位置する障害物を、短い
検出時間間隔でかつ高い信頼性で検出することができる
効果が得られる。

【００３０】また、合成波の波面が実質的に球面である
ので、いずれの方向にある障害物も検出できる効果が得
られる。

【００３１】また、超音波センサ１３の配置密度を特定
の方向について高くすることにより、その方向について
の検出距離がさらに長くなり、検出分解能がさらに高く
なる効果も得られる。

【００３２】なお、図１では、球形の筐体１２を正２０
面体であるとみなしたときに、各面に１つの超音波セン
サ１３が位置するように、複数の超音波センサ１３を配
置した場合を示しているが、球形の筐体１２を正４面
体、正６面体、正８面体、正１２面体、サッカーボール
のような正６面角形と正５角形とが混在した他面体とみ
なしたときに、各面に１つの超音波センサ１３が位置す
るように、複数の超音波センサ１３を配置した場合であ
っても、同様の効果が得られる。また、各面に複数の超
音波センサ１３が位置するように、超音波センサ１３を
配置した場合であっても、同様の効果が得られる。すな
わち、球形の筐体１２の中心からほぼ等距離の位置に、
複数の超音波センサ１３を配置した場合であれば、同様
の効果が得られる。

【００３３】また、この実施の形態１では、超音波の送
信及び受信の両方の機能を有する超音波センサ１３を用
いているが、超音波を送信する機能を有する超音波送信
器と超音波を受信する機能を有する超音波受信器とを独
立させてもよい。その場合には、超音波送信器と超音波
受信器とが隣接するように配置してもよく、超音波送信
器間に超音波受信器を配置してもよい。また、その場合
には、超音波送信器の数と超音波受信器の数が異なって
いてもよい。以下の実施の形態でも同様である。

【００３４】このような実施の形態１による障害物検出
装置１１は、空中に吊るした球体の外面に超音波センサ
を設けたり、球形の潜水艦の外面に超音波センサを設け
ることにより実現できる。

【００３５】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２による障害物検出装置を示す構成図である。図２に
おいて、２１は障害物検出装置、２２は円筒形の筐体、
２３は筐体２２の外面に設けられた、超音波を送受信す
る超音波センサ（超音波送信手段、超音波受信手段）で
ある。図２では、表側の超音波センサ２３をハッチング
を付して示し、裏側の超音波センサ２３を破線で示して
いる。

【００３６】このような実施の形態２による障害物検出
装置２１では、円筒形の筐体２２の側面に複数の超音波
センサ２３を１つの円を描くように密に配置しているた
め、各超音波センサ２３からの超音波の送信方向におい
て、障害物の検出範囲が、広角度で死角がなく遠距離ま
で及ぶ。

【００３７】次に動作について説明する。実施の形態２
による障害物検出装置２１を用いて障害物を検出する場
合、各超音波センサ２３から同時に超音波を送信する。
この場合、円筒形の筐体２２の側面に複数の超音波セン
サ２３を１つの円を描くように密に配置しているため、
超音波センサ２３の間隔より十分（５倍以上）離れた位
置では、各超音波センサ２３から送信された超音波の合
成波の波面が、実質的にトーラスの外周側の面となる。
また、円筒形の筐体２２の半径より十分（５倍以上）離
れた位置では、各超音波センサ２３から送信された超音
波の合成波の波面が、実質的に球面の一部となる。この
ように各超音波センサ２３から送信された超音波の合成
波の波面が、実質的にトーラスの外周側の面となる場合
には、クロストークの問題は生じない。

【００３８】障害物が検出範囲にあると、各超音波セン
サ２３から送信された超音波の合成波が障害物に当たっ
て反射する。そして、円筒形の筐体２２の側面に複数の
超音波センサ２３を１つの円を描くように密に配置して
いるため、合成波の広がっていく方向において、合成波
の中心から最も近くに位置する障害物による反射波が最
初に超音波センサ２３により受信される。

【００３９】このとき、波面が実質的にトーラスの外周
側の面である合成波が、合成波の中心から最も近くに位
置する障害物に反射し、超音波センサ２３に受信される
までの時間から障害物の距離を測定し、合成波の中心か
ら最も近くに位置する障害物による反射波を受信する超
音波センサ２３の位置から障害物の方向を判断する。

【００４０】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、複数の超音波センサ２３を、各超音波センサ２３か
ら同時に送信された超音波の合成波の波面が実質的にト
ーラスの外周側の面となりかつ合成波の回転中心から最
も近くに位置する障害物による合成波の反射波を最初に
受信するように、配置しているので、各超音波センサ２
３から同時に超音波を送信したときに、合成波の中心か
ら最も近くに位置する障害物からの反射波が最初に受信
される。その結果、最も近くに位置する障害物を、短い
検出時間間隔でかつ高い信頼性で検出することができる
効果が得られる。

【００４１】また、合成波の波面が実質的にトーラスの
外周側の面であるので、合成波の広がっていく方向の障
害物だけを検出することができる効果が得られる。

【００４２】また、超音波センサ２３の配置密度を、特
定の方向について高くすることにより、その方向につい
ての検出距離がさらに長くなり、検出分解能が高くなる
効果も得られる。

【００４３】このような実施の形態２による障害物検出
装置２１は、床を移動する円筒形のロボットの側面に超
音波センサを設けることにより実現できる。床を移動す
るロボットでは側方の障害物だけを検出すればよいの
で、円筒形のロボットの側面に超音波センサを設けた場
合には、不要な床からの反射がなくなり好適である。

【００４４】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３による障害物検出装置を示す構成図である。図３に
おいて、３１は障害物検出装置、３２は円筒形の筐体、
３３は筐体３２の外面に設けられた、超音波を送受信す
る超音波センサ（超音波送信手段、超音波受信手段）で
ある。図３では、表側の超音波センサ３３をハッチング
を付して示し、裏側の超音波センサ３３を破線で示して
いる。

【００４５】このような実施の形態３による障害物検出
装置３１では、円筒形の筐体３２の側面に複数の超音波
センサ３３を複数の円を描くように密に配置しているた
め、各超音波センサ３３からの超音波の送信方向におい
て、障害物の検出範囲が、広角度で死角がなく遠距離ま
で及ぶ。

【００４６】次に動作について説明する。実施の形態３
による障害物検出装置３１を用いて障害物を検出する場
合、各超音波センサ３３から同時に超音波を送信する。
この場合、円筒形の筐体３２の側面に複数の超音波セン
サ３３を複数の円を描くように密に配置しているため、
超音波センサ３３の間隔より十分（５倍以上）離れた位
置では、各超音波センサ３３から送信された超音波の合
成波の波面が、実質的に円筒面となる。また、超音波セ
ンサ３３の上下の配置幅より十分（５倍以上）離れた位
置では、各超音波センサ３３から送信された超音波の合
成波の波面が、実質的に球面の一部となる。このように
各超音波センサ３３から送信された超音波の合成波の波
面が、実質的に円筒面となる場合には、クロストークの
問題は生じない。

【００４７】障害物が検出範囲にあると、各超音波セン
サ３３から送信された超音波の合成波が障害物に当たっ
て反射する。そして、円筒形の筐体３２の側面に複数の
超音波センサ３３を複数の円を描くように密に配置して
いるため、合成波の広がっていく方向において、合成波
の中心から最も近くに位置する障害物による反射波が最
初に超音波センサ３３により受信される。

【００４８】このとき、波面が実質的に円筒面である合
成波が、合成波の中心から最も近くに位置する障害物に
反射し、超音波センサ３３に受信されるまでの時間から
障害物の距離を測定し、合成波の中心から最も近くに位
置する障害物による反射波を受信する超音波センサ３３
の位置から障害物の方向を判断する。

【００４９】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、複数の超音波センサ３３を、各超音波センサ３３か
ら同時に送信された超音波の合成波の波面が実質的に円
筒面となりかつ合成波の回転中心から最も近くに位置す
る障害物による合成波の反射波を最初に受信するよう
に、配置しているので、各超音波センサ３３から同時に
超音波を送信したときに、合成波の中心から最も近くに
位置する障害物からの反射波が最初に受信される。その
結果、最も近くに位置する障害物を、短い検出時間間隔
でかつ高い信頼性で検出することができる効果が得られ
る。

【００５０】また、合成波の波面が実質的に円筒面であ
るので、合成波の広がっていく方向の障害物だけを検出
することができる効果が得られる。

【００５１】また、超音波センサ３３の配置密度を、特
定の方向について高くすることにより、その方向につい
ての検出距離がさらに長くなり、検出分解能が高くなる
効果も得られる。

【００５２】このような実施の形態３による障害物検出
装置３１は、床を移動する円筒形のロボットの側面に超
音波センサを設けることにより実現できる。床を移動す
るロボットでは側方の障害物だけを検出すればよいの
で、円筒形のロボットの側面に超音波センサを設けた場
合には、不要な床からの反射がなくなり好適である。

【００５３】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４による障害物検出装置を示す構成図である。図４に
おいて、４１は障害物検出装置、４２は前部及び後部が
半円筒形の筐体、４３は筐体４２の前部の側面に設けら
れた、超音波を送受信する超音波センサ（超音波送信手
段、超音波受信手段）である。図４は筐体４２を上部か
ら眺めた様子を示している。

【００５４】このような実施の形態４による障害物検出
装置４１では、前部及び後部が半円筒形の筐体４２の前
部側面に複数の超音波センサ４３を１つの半円を描くよ
うに密に配置しているため、各超音波センサ４３からの
超音波の送信方向において、障害物の検出範囲が、広角
度で死角がなく遠距離まで及ぶ。

【００５５】次に動作について説明する。実施の形態４
による障害物検出装置４１を用いて障害物を検出する場
合、各超音波センサ４３から同時に超音波を送信する。
この場合、前部及び後部が半円筒形の筐体４２の前部側
面に複数の超音波センサ４３を１つの半円を描くように
密に配置しているため、超音波センサ４３の間隔より十
分（５倍以上）離れた位置では、各超音波センサ４３か
ら送信された超音波の合成波の波面が、実質的にトーラ
スの外周側の面の一部分を有する面となる。また、半円
筒形部分の半径より十分（５倍以上）離れた位置では、
各超音波センサ４３から送信された超音波の合成波の波
面が、実質的に球面の一部となる。このように各超音波
センサ４３から送信された超音波の合成波の波面が、実
質的にトーラスの外周側の面の一部分を有する面となる
場合には、クロストークの問題は生じない。

【００５６】障害物が検出範囲にあると、各超音波セン
サ４３から送信された超音波の合成波が障害物に当たっ
て反射する。そして、前部及び後部が半円筒形の筐体４
２の前部側面に複数の超音波センサ４３を１つの半円を
描くように密に配置しているため、合成波の広がってい
く方向において、合成波の中心から最も近くに位置する
障害物による反射波が最初に超音波センサ４３により受
信される。

【００５７】このとき、波面が実質的にトーラスの外周
側の面の一部分を有する面である合成波が、合成波の中
心から最も近くに位置する障害物に反射し、超音波セン
サ４３に受信されるまでの時間から障害物の距離を測定
し、合成波の中心から最も近くに位置する障害物による
反射波を受信する超音波センサ４３の位置から障害物の
方向を判断する。

【００５８】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、複数の超音波センサ４３を、各超音波センサ４３か
ら同時に送信された超音波の合成波の波面が実質的にト
ーラスの外周側の面の一部分を有する面となりかつ合成
波の回転中心から最も近くに位置する障害物による合成
波の反射波を最初に受信するように、配置しているの
で、各超音波センサ４３から同時に超音波を送信したと
きに、合成波の中心から最も近くに位置する障害物から
の反射波が最初に受信される。その結果、最も近くに位
置する障害物を、短い検出時間間隔でかつ高い信頼性で
検出することができる効果が得られる。

【００５９】また、合成波の波面が実質的にトーラスの
外周側の面を一部分に有する面であるので、合成波の広
がっていく方向の障害物だけを検出することができる効
果が得られる。

【００６０】また、図４では、超音波センサ４３の配置
密度を、前方ほど高くしてるため、その方向についての
検出距離がさらに長くなり、検出分解能が高くなる効果
も得られる。

【００６１】このような実施の形態４による障害物検出
装置４１は、床を前方にのみ移動する、前部及び後部が
半円筒形のロボットの前部側面に超音波センサを設ける
ことにより実現できる。床を前方にのみ移動するロボッ
トでは前方の障害物だけを検出すればよいので、前部及
び後部が半円筒形のロボットの前部側面に超音波センサ
を設けた場合には、不要な側方、後方及び床からの反射
がなくなり好適である。

【００６２】実施の形態５．図５はこの発明の実施の形
態５による障害物検出装置を示す構成図である。図５に
おいて、５１は障害物検出装置、５２は流線形をした筐
体、５３は筐体５２の外面に設けられた、超音波を送受
信する超音波センサ（超音波送信手段、超音波受信手
段）である。図５では表側の超音波センサ５３をハッチ
ングを付して示し、裏側の超音波センサを省略して図示
していない。

【００６３】このような実施の形態５による障害物検出
装置５１では、流線形をした筐体５２の外面に複数の超
音波センサ５３を密に配置しているため、障害物の検出
範囲が、広角度で死角がなく遠距離まで及ぶ。

【００６４】次に動作について説明する。実施の形態５
による障害物検出装置を用いて障害物を検出する場合、
筐体５２の内部に位置する基準点からの距離に応じた時
刻に、各超音波センサ５３から超音波を送信する。具体
的には、ｉ番目の超音波センサの基準点からの距離をｄ
ｉ、音速をｖ、基準時刻ｔ０としたとき、ｉ番目の超音
波センサから超音波を送信する時刻ｔｉを、ｔｉ＝ｔ０
＋ｄｉ／ｖとする。この場合、超音波センサ５３の間隔
より十分（５倍以上）離れた位置では、各超音波センサ
５３から送信された超音波の合成波の波面が、実質的に
球面となる。すなわち、超音波センサ５３の間隔より十
分離れた位置では、各超音波センサ５３から送信された
超音波の合成波が、実質的に時刻ｔ０に基準点を出た球
面波となる。

【００６５】障害物が検出範囲にあると、各超音波セン
サ５３から送信された超音波の合成波が障害物に当たっ
て反射する。そして、流線形の筐体５２の外面に複数の
超音波センサ５３を密に配置しているため、合成波の中
心である基準点から最も近くに位置する障害物による反
射波が最初に超音波センサ５３により受信される。ただ
し、ここで「基準点から最も近くに位置する障害物によ
る反射波が最初に超音波センサ５３により受信される」
とは、ｉ番目の超音波センサが反射波を受信する時刻を
Ｔｉとしたとき、基準点から最も近くに位置する障害物
についてのＴｉ＋ｄｉ／ｖが最も早いということであ
る。

【００６６】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、複数の各超音波センサ５３から送信された超音波の
合成波の波面が実質的に球面となるように各超音波セン
サ５３から超音波を送信し、また複数の超音波センサ５
３を合成波の中心である基準点から最も近くに位置する
障害物からの反射波を最初に受信するように配置してい
るので、合成波の中心から最も近くに位置する障害物か
らの反射波が最初に超音波センサ５３により受信され
る。その結果、最も近くに位置する障害物を、短い検出
時間間隔でかつ高い信頼性で検出することができる効果
が得られる。

【００６７】また、合成波の波面が実質的に球面である
ので、いずれの方向にある障害物も検出できる効果が得
られる。

【００６８】また、超音波センサ５３の配置密度を、特
定の方向について高くすることにより、その方向につい
ての検出距離がさらに長くなり、検出分解能が高くなる
効果も得られる。

【００６９】また、各超音波センサ５３の向きを、各超
音波センサ５３の超音波の最大出力方向が基準点から超
音波センサ５３を結ぶ線の延長線方向となるように調整
することにより、合成波の波面がより球面に近くなる効
果も得られる。

【００７０】このような実施の形態５による障害物検出
装置５１は、流線形の潜水艦の外面に超音波センサを配
置することにより実現できる。この場合、基準点の位置
を潜水艦の先端とした場合には、潜水艦の先端から最も
近くに位置する障害物からの反射波が最初に超音波セン
サにより受信され、その結果、潜水艦の先端から最も近
くに位置する障害物を、短い検出時間間隔でかつ高い信
頼性で検出することができる。

【００７１】実施の形態６．図６はこの発明の実施の形
態６による障害物検出装置を示す構成図である。図６に
おいて、６１は障害物検出装置、６２は断面が四角形を
した筒形の筐体、６３は筐体６２の外面に設けられた、
超音波を送受信する超音波センサ（超音波送信手段、超
音波受信手段）である。図６は筐体６２を上部から眺め
た様子を示している。

【００７２】このような実施の形態６による障害物検出
装置６１では、断面が四角形をした筒形の筐体６２の４
つの側面に複数の超音波センサ６３を１つの四角形を描
くように密に配置しているため、各超音波センサ６３か
らの超音波の送信方向において、障害物の検出範囲が、
広角度で死角がなく遠距離まで及ぶ。

【００７３】次に動作について説明する。実施の形態６
による障害物検出装置を用いて障害物を検出する場合、
筐体６２の内部に位置する基準点からの距離に応じた時
刻に、各超音波センサ６３から超音波を送信する。この
場合、超音波センサ６３の間隔より十分（５倍以上）離
れた位置では、各超音波センサ６３から送信された超音
波の合成波の波面が、実質的にトーラスの外周側の面と
なる。このように各超音波センサ６３から送信された超
音波の合成波の波面が、実質的にトーラスの外周側の面
となる場合には、クロストークの問題は生じない。

【００７４】障害物が検出範囲にあると、各超音波セン
サ６３から送信された超音波の合成波が障害物に当たっ
て反射する。そして、断面が四角形をした筒形の筐体６
２の４つの側面に複数の超音波センサ６３を１つの四角
形を描くように密に配置しているため、合成波の広がっ
ていく方向において、合成波の中心である基準点から最
も近くに位置する障害物による反射波が最初に超音波セ
ンサ６３により受信される。

【００７５】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、複数の各超音波センサ６３から送信された超音波の
合成波の波面が実質的にトーラスの外周側の面となるよ
うに各超音波センサ６３から超音波を送信し、また複数
の超音波センサ６３を合成波の回転中心である基準点か
ら最も近くに位置する障害物からの反射波を最初に受信
するように配置しているので、合成波の中心から最も近
くに位置する障害物からの反射波が最初に超音波センサ
６３により受信される。その結果、最も近くに位置する
障害物を、短い検出時間間隔でかつ高い信頼性で検出す
ることができる効果が得られる。

【００７６】また、合成波の波面が実質的にトーラスの
外周側の面であるので、合成波の広がっていく方向の障
害物だけを検出することができる効果が得られる。

【００７７】また、超音波センサ６３の配置密度を、特
定の方向について高くすることにより、その方向につい
ての検出距離がさらに長くなり、検出分解能が高くなる
効果も得られる。

【００７８】また、各超音波センサ６３の向きを、各超
音波センサ６３の超音波の最大出力方向が基準点から超
音波センサ６３を結ぶ線の延長線方向となるように調整
することにより、合成波の波面がよりトーラスの外周側
の面に近くなる効果も得られる。

【００７９】このような実施の形態６による障害物検出
装置６１は、床を移動する断面が四角形をした筒形のロ
ボットの側面に超音波センサを配置することにより実現
できる。床を移動するロボットでは側方の障害物だけを
検出すればよいので、断面が四角形をした筒形のロボッ
トの側面に超音波センサを設けた場合には、不要な床か
らの反射がなくなり好適である。

【００８０】なお、実施の形態１及び実施の形態５では
複数の超音波センサから送信された超音波の合成波の波
面が実質的に球面である場合について説明し、実施の形
態２及び実施の形態６では複数の超音波センサから送信
された超音波の合成波の波面が実質的にトーラスの外周
側の面である場合について説明し、実施の形態３では複
数の超音波センサから送信された超音波の合成波の波面
が実質的に円筒面である場合について説明したが、これ
らのいずれの場合も、複数の超音波センサから送信され
た超音波の合成波の波面が実質的に回転対称な面である
場合といえる。

【００８１】また、実施の形態４では複数の超音波セン
サから送信された超音波の合成波の波面が実質的にトー
ラスの外周側の面の一部分である場合について説明した
が、この場合は、複数の超音波センサから送信された超
音波の合成波の波面が実質的に回転対称な面の少なくと
も一部分を有する面である場合といえる。実質的に回転
対称な面の少なくとも一部分を有する面である場合とし
ては、実質的に球面の一部分である場合や実質的に円筒
面の一部分である場合も考えられる。

【００８２】ここで、実質的に回転対称な面とは、回転
対称な面そのものを含むことはもちろんのこと、合成波
の中心から最も近くに位置する障害物を検出できるとい
う点で、回転対称な面と同じ取り扱いのできる面を含む
概念である。

【００８３】また、複数の超音波センサから送信された
超音波の合成波の波面を実質的に平面とする場合も考え
られるが、その場合には障害物の検出領域を広角度とす
ることができず、距離が離れると形がくずれてしまうと
いう欠点がある。

【００８４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、各超
音波送信手段から同時に送信された超音波の合成波の波
面が実質的に回転対称な面の少なくとも一部分を有する
面となり、合成波の回転中心から最も近くに位置する障
害物による合成波の反射波を最初に受信するように構成
したので、最も近くに位置する障害物を、短い検出時間
間隔でかつ高い信頼性で検出することができる効果があ
る。

【００８５】この発明によれば、各超音波送信手段から
送信された超音波の合成波の波面が実質的に回転対称な
面の少なくとも一部分を有する面となるように超音波を
送信し、合成波の回転中心から最も近くに位置する障害
物による合成波の反射波を最初に受信するように構成し
たので、筐体の形状に関係なく、最も近くに位置する障
害物を、短い検出時間間隔でかつ高い信頼性で検出する
ことができる効果がある。

【００８６】この発明によれば、回転対称な面が球面で
あるように構成したので、いずれの方向にある障害物も
検出できる効果がある。

【００８７】この発明によれば、回転対称な面がトーラ
スの外周側の面であるように構成したので、合成波の広
がっていく方向の障害物だけを検出することができる効
果がある。

【００８８】この発明によれば、回転対称な面が円筒面
であるように構成したので、合成波の広がっていく方向
の障害物だけを検出することができる効果がある。

【００８９】この発明によれば、各超音波送信手段を、
合成波の強度が特定の方向に強くなるように配置したの
で、特定の方向についての検出距離が長くなり、検出分
解能が高くなる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による障害物検出装
置を示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による障害物検出装
置を示す構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３による障害物検出装
置を示す構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態４による障害物検出装
置を示す構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態５による障害物検出装
置を示す構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態６による障害物検出装
置を示す構成図である。

【図７】 従来の障害物検出装置を示す構成図である。

【図８】 従来の障害物検出装置の動作説明図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，６１ 障害物検出装
置、１２，２２，３２，４２，５２，６２ 筐体、１
３，２３，３３，４３，５３，６３ 超音波センサ（超
音波送信手段、超音波受信手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬尾 和男 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の超音波送信手段と、複数の超音波
   受信手段とを備えた障害物検出装置において、 各超音波送信手段は、各超音波送信手段から同時に送信
   された超音波の合成波の波面が、実質的に回転対称な面
   の少なくとも一部分を有する面となるように配置されて
   おり、 各超音波受信手段は、上記合成波の回転中心から最も近
   くに位置する障害物による上記合成波の反射波を、最初
   に受信するように配置されていることを特徴とする障害
   物検出装置。
2. 【請求項２】 複数の超音波送信手段と、複数の超音波
   受信手段とを備えた障害物検出装置において、 各超音波送信手段は、各超音波送信手段から送信された
   超音波の合成波の波面が実質的に回転対称な面の少なく
   とも一部分を有する面となるように超音波を送信するも
   のであり、 各超音波受信手段は、上記合成波の回転中心から最も近
   くに位置する障害物による上記合成波の反射波を最初に
   受信するように配置されていることを特徴とする障害物
   検出装置。
3. 【請求項３】 回転対称な面は、球面であることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の障害物検出装置。
4. 【請求項４】 回転対称な面は、トーラスの外周側の面
   であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   障害物検出装置。
5. 【請求項５】 回転対称な面は、円筒面であることを特
   徴とする請求項１または請求項２記載の障害物検出装
   置。
6. 【請求項６】 各超音波送信手段は、合成波の強度が特
   定の方向に強くなるように配置されていることを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の障害物検出装置。