JPS60107586A - 自走機械 - Google Patents
自走機械Info
- Publication number
- JPS60107586A JPS60107586A JP21400483A JP21400483A JPS60107586A JP S60107586 A JPS60107586 A JP S60107586A JP 21400483 A JP21400483 A JP 21400483A JP 21400483 A JP21400483 A JP 21400483A JP S60107586 A JPS60107586 A JP S60107586A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- ultrasonic
- mobile device
- pulse
- radar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
- A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
- A47L11/00—Machines for cleaning floors, carpets, furniture, walls, or wall coverings
- A47L11/40—Parts or details of machines not provided for in groups A47L11/02 - A47L11/38, or not restricted to one of these groups, e.g. handles, arrangements of switches, skirts, buffers, levers
- A47L11/4061—Steering means; Means for avoiding obstacles; Details related to the place where the driver is accommodated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
- A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
- A47L2201/00—Robotic cleaning machines, i.e. with automatic control of the travelling movement or the cleaning operation
- A47L2201/04—Automatic control of the travelling movement; Automatic obstacle detection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は自走機械の自己位置自動検出に関するものであ
る。
る。
ロボットが掃除のためあるいはメンセンジャーとして室
内を自動走行するときは信号線の上を離れないように動
く、又は決められたプログジムに従って盲目の動きをす
る、又は自己の位置と障害物の相対位置を計算しながら
走行するのいずれかである。このように自己の判断で自
由に走行するロボットの場合はスクート地点からの相対
位置を常に知っていなければ必要な行動もあるいは元の
位置に戻ってくることもできない。通常行われている方
法は第１図の通りである。
内を自動走行するときは信号線の上を離れないように動
く、又は決められたプログジムに従って盲目の動きをす
る、又は自己の位置と障害物の相対位置を計算しながら
走行するのいずれかである。このように自己の判断で自
由に走行するロボットの場合はスクート地点からの相対
位置を常に知っていなければ必要な行動もあるいは元の
位置に戻ってくることもできない。通常行われている方
法は第１図の通りである。
閉ざされた部屋１の中で２なるロボットが６の位置に行
き再び戻ってくるようなときは左右の駆動輪の回転数の
みで経路を決めることもできるが通常はロボット内にコ
ンパスを有し５なる地磁気方向と車輪の回転数よ多連続
的あるいは間けつ的に位置を確認する方法がとられる。
き再び戻ってくるようなときは左右の駆動輪の回転数の
みで経路を決めることもできるが通常はロボット内にコ
ンパスを有し５なる地磁気方向と車輪の回転数よ多連続
的あるいは間けつ的に位置を確認する方法がとられる。
しかしこの方法だとビル内、金属の家具が多く存在する
室内を動き廻るロボットには適さない。実験によると鉄
製脚を有するテーブルの一廻シでコンパス誤差は±１１
°となり１０ｍ送行で２ｍのズレとなシ実用に供すこと
ができない。
室内を動き廻るロボットには適さない。実験によると鉄
製脚を有するテーブルの一廻シでコンパス誤差は±１１
°となり１０ｍ送行で２ｍのズレとなシ実用に供すこと
ができない。
本発明はこれに対して超音波レーダーを使用することに
よシ正確な自己位置と経路を決定する自走機械を提供す
るにある。
よシ正確な自己位置と経路を決定する自走機械を提供す
るにある。
本自走機械は家庭用等比較的せまい地区を自走するので
電波や、光等を利用した従来レーダーは利用できない。
電波や、光等を利用した従来レーダーは利用できない。
電波や光では１００ｎｓのパルスを利用しても最小距離
は３０ｍであシ、数ｍではレーダーアンテナ自身の大き
さが問題になシもはや分解能は定義すらできなくなって
くる。
は３０ｍであシ、数ｍではレーダーアンテナ自身の大き
さが問題になシもはや分解能は定義すらできなくなって
くる。
従って至近距離のパターン認識は超音波レーダーが最適
である。
である。
第２図は実施例の一部で超音波レーダー付移動機器であ
る。７は床面、２はロボット本体、６は車輪、８は回転
台、９は超音波収束用パラボラで材質は金属、プラスチ
ック、紙等表面がスムースな固体ならばなんでもよい。
る。７は床面、２はロボット本体、６は車輪、８は回転
台、９は超音波収束用パラボラで材質は金属、プラスチ
ック、紙等表面がスムースな固体ならばなんでもよい。
１０は超音波振動子である。１１は例えば椅子等のター
ゲットである。１２は送出超音波で、１６は反射波であ
る０ 超音波の周波数は４０牒程度に選ぶとその空間減衰特性
よシ探知距離は最大５〜１０ｍ位である。
ゲットである。１２は送出超音波で、１６は反射波であ
る０ 超音波の周波数は４０牒程度に選ぶとその空間減衰特性
よシ探知距離は最大５〜１０ｍ位である。
最短距離は往復パルスの重なシから決り、利用できるパ
ルス巾を１．０ｍｓとすれば５４Ｑｍ７’ｓｅｃの超音
波では３４０ Ｘ Ｉ Ｘ １０−”Ｘ ％（”） ＝
０．１８ ｒｎ ｓ即ち１８イまで計測できることとな
る。４０朋の波長λはλ＝ ３４０／（４０Ｘ １０’
） ＝ ０．００９ ｍ 、即ち約９ｍ１１Ｌであシ
、１ｃＩｒＬ以上の大きさであれば十分識別可能であシ
家庭の室内等で利用するには最適である。パラボラ又は
ホーンアンテナの大きさも波長の１０倍以上あれば十分
にビームを作ることができる。
ルス巾を１．０ｍｓとすれば５４Ｑｍ７’ｓｅｃの超音
波では３４０ Ｘ Ｉ Ｘ １０−”Ｘ ％（”） ＝
０．１８ ｒｎ ｓ即ち１８イまで計測できることとな
る。４０朋の波長λはλ＝ ３４０／（４０Ｘ １０’
） ＝ ０．００９ ｍ 、即ち約９ｍ１１Ｌであシ
、１ｃＩｒＬ以上の大きさであれば十分識別可能であシ
家庭の室内等で利用するには最適である。パラボラ又は
ホーンアンテナの大きさも波長の１０倍以上あれば十分
にビームを作ることができる。
即ちこれは直径９ｃｆｒＬの＝パラボラで十分であシ実
用的な大きさである。
用的な大きさである。
第３図は本ロボットの駆動に必要な部分の説明図で、２
はロボット本体、６は車輪、１４．１５は左右の車輪を
別々に駆動するモーターであシ正逆回転を敏速に行える
。１６．１７は車輪の回転を精密に計る機械で、回転部
に沿って磁気又は光の変化を支える機構が設備されてい
る。１８．１９は磁気又は光回転検知器で、ここで得た
１、０信号の数をコンピュータが受け精密な回転数を算
出する。第６図のロボットでも左右の精密な回転数より
定められた基点からどう移動したか、あるいはどう移動
させるべきか計測することが可能である。２０．２１は
超音波ドプラー周波数よシ速度を検出するアンテナであ
る。２０．２１は夫々進行方向およびその直角方向の速
度を計るように設備されておシ２２はその送受信および
データ処理装置である。２つのドプラー周波数によシ各
方向の速度がわかシ又その継続時間によシ進行距離がわ
かる。第２図のロボットのレーダが室内で物を見渡した
ときにどう見えるかを説明する。
はロボット本体、６は車輪、１４．１５は左右の車輪を
別々に駆動するモーターであシ正逆回転を敏速に行える
。１６．１７は車輪の回転を精密に計る機械で、回転部
に沿って磁気又は光の変化を支える機構が設備されてい
る。１８．１９は磁気又は光回転検知器で、ここで得た
１、０信号の数をコンピュータが受け精密な回転数を算
出する。第６図のロボットでも左右の精密な回転数より
定められた基点からどう移動したか、あるいはどう移動
させるべきか計測することが可能である。２０．２１は
超音波ドプラー周波数よシ速度を検出するアンテナであ
る。２０．２１は夫々進行方向およびその直角方向の速
度を計るように設備されておシ２２はその送受信および
データ処理装置である。２つのドプラー周波数によシ各
方向の速度がわかシ又その継続時間によシ進行距離がわ
かる。第２図のロボットのレーダが室内で物を見渡した
ときにどう見えるかを説明する。
第４図は超音波レーダ一つきロボット２と室内１の様子
を示したもので、２３はコーナー家具、２４は柱等、２
５はタンス等の障害物である。
を示したもので、２３はコーナー家具、２４は柱等、２
５はタンス等の障害物である。
第５図は超音波レーダースクリーン上に現れた映像であ
る。２６はブラウン管面を示す、２７は中心位置でレー
ダー中心を示す。２８は壁で、２９はコーナー家具、３
０．３１は柱、タンスの映像を示す、３０．３１の中心
より遠いとこが尾を引いているのは超音波の直進性よシ
くる影である。これらの映像は船舶の陸地附近を眺めを
電波のレーダー像とほとんど同じと考えてよい。電波と
異なる点は至近距離が計測でき、かつ分解能が極めてよ
いことである。金属のみならず、プラスチック、カーテ
ン、紙、人体でもよく反射するためほとんどあらゆる物
体を識別することができる仁とである。
る。２６はブラウン管面を示す、２７は中心位置でレー
ダー中心を示す。２８は壁で、２９はコーナー家具、３
０．３１は柱、タンスの映像を示す、３０．３１の中心
より遠いとこが尾を引いているのは超音波の直進性よシ
くる影である。これらの映像は船舶の陸地附近を眺めを
電波のレーダー像とほとんど同じと考えてよい。電波と
異なる点は至近距離が計測でき、かつ分解能が極めてよ
いことである。金属のみならず、プラスチック、カーテ
ン、紙、人体でもよく反射するためほとんどあらゆる物
体を識別することができる仁とである。
これでわかるように超音波レーダによシ室内の狭い中で
の情景がよくわかり移動機器は障害物の位置を全周囲方
向に認識することができる。
の情景がよくわかり移動機器は障害物の位置を全周囲方
向に認識することができる。
このような数ｍ以内の情景認識は電波や光を用いたレー
ダーでは不可能である点に超音波レーダーの特徴がある
。このように移動機器の周囲情景はわかるものの自己の
絶対位置を自ら認識することは困離である。従ってこの
情景認識とは別に自己の絶対位置を認識する装置が必要
であり、それと一体になって始めて正確な移動が可能と
なる。
ダーでは不可能である点に超音波レーダーの特徴がある
。このように移動機器の周囲情景はわかるものの自己の
絶対位置を自ら認識することは困離である。従ってこの
情景認識とは別に自己の絶対位置を認識する装置が必要
であり、それと一体になって始めて正確な移動が可能と
なる。
次に絶対位置認識の方法についてのべる。第６図の９．
１０は移動機器の上で回転している超音波回転アンテナ
である。９は反射板、１０は放射器である。１２は収束
された音波である。今３５の方向をアンテナの向きＯｏ
と定義すれば、現在は６６のように１８０°の方向にビ
ーム指向性を持っている。６７は一寸前の時刻にあった
ビーム方向で、３８のように回転している。
１０は移動機器の上で回転している超音波回転アンテナ
である。９は反射板、１０は放射器である。１２は収束
された音波である。今３５の方向をアンテナの向きＯｏ
と定義すれば、現在は６６のように１８０°の方向にビ
ーム指向性を持っている。６７は一寸前の時刻にあった
ビーム方向で、３８のように回転している。
次に固定機器は部屋の壁面にコンセント等の近くにセッ
トされる。固定機器上部にも第２図８．９．１０と同じ
ようなビーム回転アンテナが取つけである。このアンテ
ナは受信専用で、移動機器の超音波周波数のみを受信す
るようにしである。今送受信アンテナが向き合って指向
性４５が３６と合うことによシ超音波４６が４４で収束
されマイク４２に入る。今アンテナの向きを４８の方向
をθ″とすれば４５の方向は１８０°の方向である。
トされる。固定機器上部にも第２図８．９．１０と同じ
ようなビーム回転アンテナが取つけである。このアンテ
ナは受信専用で、移動機器の超音波周波数のみを受信す
るようにしである。今送受信アンテナが向き合って指向
性４５が３６と合うことによシ超音波４６が４４で収束
されマイク４２に入る。今アンテナの向きを４８の方向
をθ″とすれば４５の方向は１８０°の方向である。
４１は回転するアンテナが何度の方向で最大受信レベル
を有したかを判断する回路であり、その角度情報とパル
スの受信した瞬間を４０の電線を通して５９に伝達する
役目を有する。４０が無い場合は４２カらレスポンスパ
ルスを送出すればよい。
を有したかを判断する回路であり、その角度情報とパル
スの受信した瞬間を４０の電線を通して５９に伝達する
役目を有する。４０が無い場合は４２カらレスポンスパ
ルスを送出すればよい。
この方法は通常の船舶用のレスポンスレーダーと同じで
ある。４４のアンテナの回転速度は９のアンテナより早
く廻る必要があり、早く廻れば廻るほど、ビーム角度が
狭いほど移動機器の方位が正確になる。固定と移動機器
との距離は６９でパルスを発振した時刻と４ｏを伝って
帰ってくる時刻の差よシ距離をめることができる。ちな
みに超音波は空気中を１秒間に約３４０ｍ進むので５．
４ｍを計測するにはｏ、ｏｉ秒の計測でょ゛く、高精度
に計測できる時間差である。レスポンスレーダーの時に
は往復の時間であるがら〆にする必要がある。
ある。４４のアンテナの回転速度は９のアンテナより早
く廻る必要があり、早く廻れば廻るほど、ビーム角度が
狭いほど移動機器の方位が正確になる。固定と移動機器
との距離は６９でパルスを発振した時刻と４ｏを伝って
帰ってくる時刻の差よシ距離をめることができる。ちな
みに超音波は空気中を１秒間に約３４０ｍ進むので５．
４ｍを計測するにはｏ、ｏｉ秒の計測でょ゛く、高精度
に計測できる時間差である。レスポンスレーダーの時に
は往復の時間であるがら〆にする必要がある。
第７図は二つの回転するアンテナの関係を示したもので
、４９は移動機器のアンテナ回転角度を示し、５０は振
巾を示す。５１はアンテナの１回転を示し、５２は回転
角度に対応した超音波レベルを示す。５３はピークで、
指向性最大を示す。
、４９は移動機器のアンテナ回転角度を示し、５０は振
巾を示す。５１はアンテナの１回転を示し、５２は回転
角度に対応した超音波レベルを示す。５３はピークで、
指向性最大を示す。
５４は固定機器のアンテナの回転角度で、５７は１回転
を示す上のアンテナ１回転に対して何回も回転すること
を示す。ξの回転を高速にすると方位精度は高くなる。
を示す上のアンテナ１回転に対して何回も回転すること
を示す。ξの回転を高速にすると方位精度は高くなる。
本発明によれば超音波レーダーとそれによる位置決定シ
ステムを内蔵したロボットを提供できたのでロボットの
自己判断で障害物を除けながら目的地への移動または偶
から偶までのきめのこまかい移動が可能になった。その
他次の効果がある。
ステムを内蔵したロボットを提供できたのでロボットの
自己判断で障害物を除けながら目的地への移動または偶
から偶までのきめのこまかい移動が可能になった。その
他次の効果がある。
■自走ロボットの基本である障害物検知、自己位置検知
が同時に行える。
が同時に行える。
■レーダーゲント後方の不明確範囲を動きながら補正す
ることができ移動可能な部屋内のすみずみまで情景を認
識することができる。
ることができ移動可能な部屋内のすみずみまで情景を認
識することができる。
■車輪回転による方向、距離指示を間欠的あるいは連続
的に補正ができるので正しい動きが可能。
的に補正ができるので正しい動きが可能。
■自己位置計測は瞬時であシコンパス等のメカに比較し
遅れが少い。
遅れが少い。
■コンパスの使えないところ、電波の入シ込まないある
いは電波の利用ができない至近距離でのせまい閉空間で
も正確に自走可能である。
いは電波の利用ができない至近距離でのせまい閉空間で
も正確に自走可能である。
■送受アンテナが指向性を有するので、アンテナが向い
合ったときとそうでないときとではレベルに大きな差が
あシ、反射波によるエラーが少くなる。
合ったときとそうでないときとではレベルに大きな差が
あシ、反射波によるエラーが少くなる。
以上の効果があるため、ロボットの自走が可能となυ、
家庭内、ホテルホールの掃除、家内外のガードマンロボ
ットが実現できる。又原子炉附近、消防レスキュー等の
危険作業ロボットの実現が可能となりた。
家庭内、ホテルホールの掃除、家内外のガードマンロボ
ットが実現できる。又原子炉附近、消防レスキュー等の
危険作業ロボットの実現が可能となりた。
第１図は従来システムの説明図、第２図は本発明の実施
例本体の説明図、第６図は本実施例の一部分の構成図、
第４図は部屋内障害物の位置関係を示す平面図、第５図
はレーダープ２ウン管上の障害物パターン説明図、第６
図は本発明の中心部分である送受レーダービームの説明
図、第７図は送受ビームの重なシ具合を示す曲線図であ
る。 ２：ロボット本体、 ９．１０：レーダーアンテナ、 ２７：レーダー中心位置、 ５６ 、４５ ：レーダーバタン、 代理人弁理士 高 橋 明 夫 第１図 □□□□□□７− ／ ２１２０１＋ ６４図 ２３ 躬５図
例本体の説明図、第６図は本実施例の一部分の構成図、
第４図は部屋内障害物の位置関係を示す平面図、第５図
はレーダープ２ウン管上の障害物パターン説明図、第６
図は本発明の中心部分である送受レーダービームの説明
図、第７図は送受ビームの重なシ具合を示す曲線図であ
る。 ２：ロボット本体、 ９．１０：レーダーアンテナ、 ２７：レーダー中心位置、 ５６ 、４５ ：レーダーバタン、 代理人弁理士 高 橋 明 夫 第１図 □□□□□□７− ／ ２１２０１＋ ６４図 ２３ 躬５図
Claims (1)
- １、 超音波のパルス発生器とそれをビーム状に収束す
る紙、布、木、プラスチックまたは金属等よシ成る放物
線形状反射アンテナまたはホーンアンテナと超音波送信
パルス物体から反射してきた受信パルスとの時間差よシ
超音波反射物体までの距離と回転するビーム方向角度よ
り超音波反射物体の全周囲情景ｇ識しかつ記憶する装置
を設備した移動機器と固定された場所に設備されたビー
ム状の指向性を有し、かつ移動機器のアンテナより高速
に回転する超音波受信アンテナを有する機器において移
動機器のアンテナと固定機器のアンテナが向い合ったと
きに、その出力電圧が最大になったときの固定機器側の
アンテナ角度よシ方位を計測し、かつ移動機器とを結ぶ
電気コードを通してトリガーパルスと超音波パルスとの
時間差よシ距離を計測することによシ得られる移動機器
の絶対位置と移動機器全周囲の反射物体情景とを同時に
認識し、それにもとすいて自己の進行方向、速度を自動
的に決定することを特徴とする自走機械０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21400483A JPS60107586A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | 自走機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21400483A JPS60107586A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | 自走機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60107586A true JPS60107586A (ja) | 1985-06-13 |
Family
ID=16648664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21400483A Pending JPS60107586A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | 自走機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60107586A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6344122A (ja) * | 1986-08-11 | 1988-02-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自走作業台車位置計測方法 |
| JP2009139140A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | National Maritime Research Institute | 流速計測装置 |
-
1983
- 1983-11-16 JP JP21400483A patent/JPS60107586A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6344122A (ja) * | 1986-08-11 | 1988-02-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自走作業台車位置計測方法 |
| JP2009139140A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | National Maritime Research Institute | 流速計測装置 |
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