JPS58167902A - 物体検出装置 - Google Patents

物体検出装置

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JPS58167902A
JPS58167902A JP57051580A JP5158082A JPS58167902A JP S58167902 A JPS58167902 A JP S58167902A JP 57051580 A JP57051580 A JP 57051580A JP 5158082 A JP5158082 A JP 5158082A JP S58167902 A JPS58167902 A JP S58167902A
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JP57051580A
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Makoto Kaneko
真 金子
Susumu Tate
▲すすむ▼ 舘
Kiyoshi Komoriya
清 小森谷
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、移動ロボット等の移動機械が6動過程で障
害物を検出する場合等に使用する物体検出装置に関する
ものである。
移動ロボット等は自分自身の視覚系により大小の障害物
や地面の段差等を確実に認識し、宥全領域内のみを動き
まわることが理想的である。
障害物の検出方法としては受動的方法、能動的方法の二
つに大別することができる。受動的方法としては、例え
ば、外部の情報をITVカメラ等で取入れて障害物を検
出する方法がある。この方法では外光の影響を受けやす
く、また複雑なパターあるいは投光することができる点
である。しかしながら超音波計測法は原理上障害物の有
無及びその平均的な位置を判定するのには適しているが
形状を検出するのには不向きである。また赤外線等を投
光する方法ではビーム径を細くして走査していけば障害
物の位置、形状はかなり明確に捕らえることができるが
、走査に時間がかかるし信号処理も複雑になる。この様
なことから、被検出物体の有無とその三次元位置を容易
、かつ確実に検出する事ができる物体検出装置の開発が
望まれている。
この発明は上記のごとき事情に鑑みてなされたものであ
って、被検出物体の有無とその三次元位置光学系と、前
記光学系の焦点位置に位置する受光素子と、及び光源と
を備え、前記受光素子の大きさにより決定される画角内
領域と前記光源を任意の閉曲線に沿って動かした時のビ
ームによる包絡面との相貫体により探索可能領域を定め
、前記探索可能領域内に存在する被検出物体からの前記
ビームの反射光を前記受光素子で受光することによ1・
“・  。
り前記被検出物体を検出するように構成したことを特徴
とする。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
この発明の物体検出装置1の原理的な構成は、第1図及
び第2図に示すように、レンズ2等の光学系と、レンズ
2等の光学系の焦点位置に位置する受光素子3と、及び
光I14とを備える。受光素子3の大きさにより画角内
領域5が決定される。ここで−角内領域というのは、そ
の中に光の照射を受けている被検出物体6がある場合に
、その被検出物体6からの反射光がレンズ2を通して受
光素子3に入射することができる領域であって、つまり
受光素子3が光学的に被検出物体6を検出可能1領域を
意味する。一方、光l14を任意の閉曲線体6がこの包
絡面8上にあれば、その被検出物体6は光源4の移動周
期に合せてビーム7の照射を受けることになる。したが
って、前記の画角内領域5と前記の包絡面との相貫体に
より探索領域11a(ABを直径とし、Pを頂点とする
円錐の底面を除く表面)、11b(CDを直径とし、P
を頂点とする円錐の底面を除く表面)が定まり、この探
索領域11a、11bに被検出物体6が存在すれば、そ
の被検出物体6はビーム7が照射されかつそのビーム7
の反射光を受光素子3で受光することが可能であるから
、その被検出物体6の検出が可能である。
そこで始めに、二次元位置検出素子としての機能は第1
図のように投光aの場合は線分Aが、投光すの場合は半
直纏Bがそれぞれ対応する。したがって投光位−を一次
元的に動かした場合の検査域は面となる。なお検査域と
は、仮にその部分に物体があるとき、その物体に当たっ
たスポット光の反射光の一部が受光素子3に入光しうる
領域として定義する。ここで簡単な例として投光位置す
なわち光源4をレンズ系の軸と中心を一致させた円に沿
って動かす場合を考える。投光方法としては第3図のよ
うに4通り考えられる。ここで斜線部は受光素子3の利
用可能部分で、斜線部の重なり部は検査域との対応が2
:1対−になる領域である。物体からの反射光の強度は
距離の2乗に反比例するため、遠くの物体を検出するこ
とは本質的に困難である。また、■の場合Z−■に近づ
くにつれて位置検出精度は極端に履くなる。それに対し
て■の場合の利点として(1)受光素子表面の有効利用
率が最も^い、(2)位1検出分解能は最も良い、(3
)有限検査域にある物体からの反射光のみが受光素子上
に入るため、限られた領域内の物体の有無をON、OF
F的に調べることが+”hきる。したがって以後■のタ
イプの投光方法を図において、1は物体検出装置であり
、物体検出装置l!1はレンズ2を備えている。レンズ
2は焦点距離fの集光レンズである。レンズ1の焦点位
置に位置検出素子として機能する受光素子3が置かれて
いる。受光素子3の後方にはレンズ2の光軸と一致して
光s4が配置されている。なお光源としては散乱等がほ
とんどないレーザー光が最適で、以下光源としてレーザ
ーを使用するものとする。
この場合、外光の無い場所で使用する場合を除き、レー
ザー光による反射光と外光との区別を明確にするため、
レーザー光をパルス的に発振させる方が良い。なお半導
体レーザーには数MH2のパル上に反射ミラー12が配
設されており、また、光軸の外側に反射ミラー13が配
設ξれている。反射ミラー12.13は相互に固定され
た位置関係を、なしており、光軸に関して回転可能であ
る。反射ミラー12は光iI4からのビームを反射ミラ
ー13に向けて光路変更し、反射ミラー13はそのビー
ムをレンズ2前方の光軸に向けて反射する。
したがって反射ミラー13からの反射光は光軸とP点に
おいて交わる。反射ミラー12.13の回転−はモータ
ー14によって行ない、またその回転角度の検出はポテ
ンショメータニ22により行なう。
この様な構成において、光源4からのビームは一定、同
一回転数で回転する反射ミラー12.13によりレンズ
系の画角内領域内に投光される。検査域は点Pを頂点と
してAS、CDを直径とする円錐表面の底面を除く部分
である。この円錐形状はレンズ2の焦点距離11画角α
、投光角β、反射ミラーの半4!1、及びミラー回転面
と受光素子3との距離12により決定される。円錐の頂
点Pは受光素子3の中心に対応し、直I!AS、CDの
円み周は受光素子3の外周上に対応する。例えば、るた
め、判定は極めて容墨におこなうことができる。すなわ
ち、被検出物体6の検出位置の座標を(×p * Vp
 1 z6 )とし、受光素子3上でのスポットの位纜
を(「、θ、)、レーザー投光位隨の角度をθとすると
き (1)θ−eの場合 xD−−rDIIoosθ v、s++−r、−5in θ z、−(f −l、−r ・(12+f ))/(f 
−tanβ−「) た1だしr、−r  (1,−<12+f )−tan
β)/(t・tan  β−「 ) (2)θ′−θ+180′の場合 ただし;−、(+、−(12+f ) tanβ)/(
f−tan  β+r ) 以上の式より被検出物体6の検出位置がわかる。
/ ここにθ、θはZ軸を回転軸としてX軸より討つた角度
で、方向はレーザー発振器側から見て反時計回りの方向
を正とする。なお被検出物体6の検出において実質的に
使用されるのは(1)のケース、すなわちCDを含む円
錐の底面を除く表面上である。したがって被検出物体6
がこのCDをふくむ円錐の内部にあって円錐の表面と接
していない時はその被検出物体6は理論上は検出できな
いけれども、第7因に示すように、円錐の底面内に被検
出物体6が存在すると、それが空中に浮いているもので
ないかぎり、どこかに脚16が出ているはずであり、こ
の脚16が円錐の表面と接するから、したがって光1[
4を一回転させるだけで実質的に円内を走査するのと等
価な効力を発揮し、実際は被検出物体6の検出が可能で
ある。この物体検出装隨を実際に移動ロボットに搭載し
た例を第8図に示す。移動ロボット18が障害物19に
前進して障害物19の一部が円錐の底面を除く表面の1
部に接すると、レーザーの反射光の一部が受光素子3上
で受光され、投光された周波数と同じ周波数の信号を含
んだ出力が得られる。さらに検出位置の情報を得る場合
には、出力信号をrleに変換して前述の演算を行なえ
ばよい。
次ぎに第9図に示すように、円錐底面の円の一部が地面
と交わるように設定すると、もし地面に段差がなければ
、地面からの反射光による影響が反射ミラーの回転角e
に対して規則的に現われるはずであるが、地面に段差が
あれば、その規則性が崩れる。このことを利用して段差
まで含めた障害物の検出も可能である。以上の物体検出
の操作の3a 、3bの上下二つの部分に分割し、それ
ぞれの部分の電圧Ea 1Ebを検出し得るように構成
する。この場合受光素子としては安価な太陽電池で十分
である。光114の回転角eが 、0 < e < 180の場合で もしEa =Q、Eb≠0ならば円錐面aに被検出物体
6が存在することとなり またEa≠0、Eb−0なら、ば円錐1Iibニ被検出
物体6が存在することとなる。
Idυ<b<:3buの署臼で もしEa−0、Eb≠0ならば円錐ff1ibに被検出
物体6が存在することとなり またEa +O,Eb−0ならば円錐面aに被検出物体
6が存在することとなる。
この物体検出装置を使用した場合の最大の長所は、被検
出物体6の位置情報を犠牲にすれば、受光素子出力に対
して投光されたパルス周波数と同じ周波数の信号の有無
のみを調べることにより、演算をおこなうことなしに、
予め決められた領域における被検出物体6の有無を決定
することができるに係わる物体検出@M1aが示されて
いる。この第12図及び第13図に示す物体検出装ff
11aでは光1[4、レンズ2と受光素子3を向かい合
せにして探査方向の軸2..3と直角に配置したもので
、その藺に両面反射鏡24が配置しである。光源4から
のビームは両面反射11124で反射し、次ぎに反射ミ
ラー12で反射し、さらに反射ミラー13で反射して画
角内領域に投光される。また、画角内領域の被検出物体
からの反射光は両面反射鏡24で反射してレンズ2を通
り、受光素子3に入射する。
以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、被検
出物体の有無とその三次元位置を容易、かつ図、第2図
は画角内領域と検査域との関係を示す斜視説明図、第3
図は投光方法を示す説明図、第4図はこの発゛明の一実
施例に係わる物体検出装置の斜視説明図、′第5図は物
体検出S*の側面説明図、第6図は被検出物体位置と受
光素子上の対応関係を示す説明図、第7図は被検出物体
認識の基本的な考え方を示す説明図、第8図は物体検出
装置をロボットに搭載した例を示す説明図、第9図は地
面の段差を検出する状態を示す説明図、第10図は検出
操作の手順を示′す流れ図、第11図は物体検出装置を
ON、OFF的に使用する場合の変形例を示す説明図、
第12図は他の実施例に係わる物体検出装置を示す平面
説明図、及び第13図は他の実施例に係わる物体検出装
置を示す側面説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. さにより決定される画角内領域と前記光源を任意の閉曲
    線に沿って動かした時゛のビームによる包絡面との相貫
    体により探索可能領域を定め、前記探索可能領域内に存
    在する被検出物体からの前記ビームの反射光を前記受光
    素子で受光することにより前記被検出物体を検出するよ
    うに構成したことを特徴とする物体検出装置
JP57051580A 1982-03-30 1982-03-30 物体検出装置 Granted JPS58167902A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57051580A JPS58167902A (ja) 1982-03-30 1982-03-30 物体検出装置
US06/464,914 US4558215A (en) 1982-03-30 1983-02-08 Object detecting apparatus

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JP57051580A JPS58167902A (ja) 1982-03-30 1982-03-30 物体検出装置

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JPS58167902A true JPS58167902A (ja) 1983-10-04
JPS6312521B2 JPS6312521B2 (ja) 1988-03-19

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