JPH07248817A - Underwater running machine - Google Patents
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- JPH07248817A JPH07248817A JP6068036A JP6803694A JPH07248817A JP H07248817 A JPH07248817 A JP H07248817A JP 6068036 A JP6068036 A JP 6068036A JP 6803694 A JP6803694 A JP 6803694A JP H07248817 A JPH07248817 A JP H07248817A
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Cleaning In General (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は水中を自動で走行する水
中走行機に関し、特に水中に存在する障害物との衝突を
回避しながら走行する、例えば貯水槽清掃機のような水
中走行機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underwater vehicle that automatically travels in water, and more particularly to an underwater vehicle such as a water tank cleaning machine that travels while avoiding collision with an obstacle existing in water. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、室内の床の清掃を行う自動清掃機
等として、自動走行ロボットが提案されている。この種
の自動走行ロボットでは、室内の壁や柱等の障害物にロ
ボットが衝突することなく走行を行わせるために、障害
物の検出手段を設けておき、その検出出力に基づいてロ
ボットの走行を制御する機能が付加されている。2. Description of the Related Art In recent years, an automatic traveling robot has been proposed as an automatic cleaning machine for cleaning a floor in a room. In this type of automatic traveling robot, in order to allow the robot to travel without colliding with obstacles such as indoor walls and columns, obstacle detection means is provided and the robot travels based on the detection output. The function to control is added.
【０００３】例えば、特開昭５９−１２１４０８号公報
に記載の移動ロボットでは、予定の走行路を無人走行す
る学習走行機能を有する移動ロボットに、超音波セン
サ、タッチセンサ、ＩＴＶカメラ等の障害物検出センサ
を搭載し、このセンサを利用して走行路における障害物
を検出し、この障害物に沿ってロボットの学習走行の制
御を行うことで、ロボットの適切な走行を確保してい
る。また、特開平３−２９２５１３号公報に記載の移動
ロボットでは、超音波センサにより障害物との相対距離
等を計測し、検出された障害物に基づいて移動パターン
を作成し、その移動パターンに沿って走行を制御するこ
とで障害物を回避しながら走行を行なっている。For example, in the mobile robot described in Japanese Patent Laid-Open No. 59-121408, an obstacle such as an ultrasonic sensor, a touch sensor, an ITV camera, etc. is added to a mobile robot having a learning traveling function for traveling unmanned on a planned traveling path. The detection sensor is mounted, the obstacle is detected on the traveling path by using this sensor, and the learning traveling of the robot is controlled along the obstacle to ensure proper traveling of the robot. Further, in the mobile robot disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-292513, an ultrasonic sensor measures a relative distance to an obstacle and the like, creates a movement pattern based on the detected obstacle, and follows the movement pattern. The vehicle travels while avoiding obstacles by controlling the travel.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ではこ
の種の移動ロボットを、プールや貯水槽等の清掃を行う
水中清掃ロボットとして利用する試みがなされている。
即ち、例えば、従来の貯水槽清掃機は、リモートコント
ロールにより操舵可能な清掃機を貯水槽内に入れ、貯水
槽中の柱やパイプ等に衝突しないように、貯水槽の水面
上から作業者が目視しにより清掃機をリモートコントロ
ールで走行を制御して清掃を行っている。しかしなが
ら、この方式による清掃では、貯水槽の水が濁っている
場合には作業者による清掃機の目視が充分ではなく、適
切な走行の制御ができないという問題がある。また、清
掃時には常時作業者が操作を行なわなければならないた
め、大型の貯水層を清掃する際の作業性が悪いという問
題がある。By the way, in recent years, attempts have been made to utilize this type of mobile robot as an underwater cleaning robot for cleaning pools, water tanks and the like.
That is, for example, in a conventional water tank cleaning machine, a cleaning machine that can be steered by remote control is placed in the water tank, and a worker is installed from above the water surface of the water tank so as not to collide with a pillar or a pipe in the water tank. Cleaning is performed by visually controlling the travel of the cleaner by remote control. However, with this method of cleaning, there is a problem in that when the water in the water storage tank is cloudy, the operator does not have sufficient visual observation of the cleaning machine and proper traveling control cannot be performed. Further, since the operator must always operate during cleaning, there is a problem in that workability when cleaning a large water storage layer is poor.
【０００５】そこで、前記したような自動走行可能な移
動ロボットを利用して水中清掃機を構成することが提案
されている。このような従来の移動ロボットを利用すれ
ば、例えば水中に障害物が殆ど存在しないようなプール
のような場合や、水中に存在する障害物が垂直に伸びる
柱やパイプのような貯水槽のような場合では、その清掃
は可能である。Therefore, it has been proposed to construct an underwater cleaning machine by utilizing the above-mentioned mobile robot capable of automatically traveling. Such conventional mobile robots can be used, for example, in pools where there are few obstacles in water, or in water tanks such as columns or pipes in which obstacles that exist in water extend vertically. In that case, the cleaning is possible.
【０００６】しかしながら、前記した従来の移動ロボッ
トは、障害物を検出するためのセンサがロボットに固定
的に設けられ、特にロボットの走行方向に沿った方向
で、しかもロボットが走行する路面に相当する平面上に
存在する障害物のみを検出しているため、高さ方向の障
害物を検出することは殆どできない構成とされている。
このため、垂直及び水平の各方向に三次元的に曲げられ
ているような柱やパイプ等が水中に存在している貯水槽
にこれらの移動ロボットを、水中清掃機として適用した
ときには、これらの柱やパイプの傾斜部分や曲げ部分の
存在や位置を検出することができず、これらに水中清掃
機の上部が衝突するおそれがあり、柱やパイプを破損
し、或いは清掃機が損傷されるおそれがある。However, in the above-mentioned conventional mobile robot, a sensor for detecting an obstacle is fixedly provided on the robot, and particularly in the direction along the traveling direction of the robot, which corresponds to the road surface on which the robot travels. Since only the obstacle existing on the plane is detected, the obstacle in the height direction can hardly be detected.
For this reason, when these mobile robots are applied as an underwater cleaning machine to a water tank in which columns and pipes that are three-dimensionally bent in the vertical and horizontal directions are present in the water, It is not possible to detect the presence or position of the slanted or bent part of the pillar or pipe, and the upper part of the submersible cleaner may collide with them, which may damage the pillar or pipe or damage the cleaner. There is.
【０００７】したがって、このような事故を回避するた
めは、貯水槽の内部壁面の形状や、柱やパイプ等の障害
物の位置や形状等の三次元の位置情報を含む諸情報を予
め移動ロボットの操舵制御機構内に入力しておく必要が
あり、走行制御が煩雑になると共に制御機構の構成が複
雑になるという問題がある。Therefore, in order to avoid such an accident, the mobile robot previously stores various information including three-dimensional position information such as the shape of the inner wall surface of the water tank and the position and shape of obstacles such as columns and pipes. It is necessary to input the steering control mechanism into the steering control mechanism, which complicates the traveling control and complicates the configuration of the control mechanism.
【０００８】[0008]
【目的】本発明の目的は、三次元的な形状の障害物が存
在する水中における障害物との衝突を回避して自動走行
を可能にした水中走行機を提供することにある。また、
本発明の目的は、予め走行機に障害物等の三次元の位置
情報等を入力させることなく、適切な自動走行を可能に
した水中走行機を提供する。更に、本発明の他の目的
は、水中における走行機の走行制御機構を簡略化し、か
つ走行制御の容易化を可能にした水中走行機を提供す
る。[Object] It is an object of the present invention to provide an underwater traveling machine capable of automatically traveling by avoiding a collision with an obstacle in water where an obstacle having a three-dimensional shape exists. Also,
An object of the present invention is to provide an underwater traveling machine that enables appropriate automatic traveling without causing the traveling machine to input three-dimensional position information of obstacles and the like in advance. Further, another object of the present invention is to provide an underwater traveling machine in which the traveling control mechanism of the traveling machine in water is simplified and the traveling control can be facilitated.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の水中走行機は、
走行機の周囲に向けて超音波を発信しかつその反射され
た超音波を検出する少なくとも一つ以上の超音波センサ
と、前記超音波センサを上下左右に走査させる走査部
と、前記超音波センサ及び走査部から得られる検出デー
タから走行機の周囲の状況を三次元情報として認識し、
この情報に基づいて走行機を走行させるための走行車部
を制御する制御部を備えることを特徴とする。The underwater traveling machine of the present invention comprises:
At least one ultrasonic sensor that emits ultrasonic waves toward the periphery of the traveling machine and detects the reflected ultrasonic waves; a scanning unit that scans the ultrasonic sensors vertically and horizontally; and the ultrasonic sensor. And recognize the surroundings of the traveling machine as three-dimensional information from the detection data obtained from the scanning unit,
It is characterized by comprising a control unit for controlling a traveling vehicle unit for traveling the traveling machine based on this information.
【００１０】ここで、超音波センサは、超音波を出力す
る送信素子と、物体で反射された超音波を受信する受信
素子とを備えており、また制御部は、送信素子で超音波
を発信してから受信素子で超音波を受信するまでの時間
から物体までの距離を計測するように構成される。更
に、制御部は、超音波センサから得られる物体までの距
離データと、走査部から得られる物体の上下、左右の各
方向データとで走行機の周囲の状況を三次元情報として
認識するように構成される。Here, the ultrasonic sensor includes a transmitting element that outputs an ultrasonic wave and a receiving element that receives the ultrasonic wave reflected by an object, and the control unit transmits the ultrasonic wave by the transmitting element. After that, the distance from the time when the ultrasonic wave is received by the receiving element to the object is measured. Further, the control unit recognizes the situation around the traveling machine as three-dimensional information based on the distance data to the object obtained from the ultrasonic sensor and the vertical and horizontal direction data of the object obtained from the scanning unit. Composed.
【００１１】また、走査部は、前記超音波センサが取着
されて走行機に対して上下、左右に回転方向に傾動支持
された可動体と、この可動体を走行機の車体に対して上
下、左右に傾動させる駆動手段とを備え、その傾動情報
を走査情報として前記制御部に入力させるように構成す
ることが好ましい。更に、制御部は、認識した三次元情
報に基づいて、周囲の物体に衝突しないように走行車部
の操舵を制御するように構成される。The scanning unit has a movable body to which the ultrasonic sensor is attached and which is tilted and supported vertically and horizontally with respect to the traveling machine, and the movable body which is vertically supported with respect to the vehicle body of the traveling machine. It is preferable to include a driving unit for tilting the lens to the left and right, and to input the tilt information as scanning information to the control unit. Further, the control unit is configured to control the steering of the traveling vehicle unit based on the recognized three-dimensional information so as not to collide with surrounding objects.
【００１２】[0012]
【作用】本発明では、超音波センサを上下左右に走査さ
せることにより、走行機周囲の情報を三次元データとし
て取得でき、かつ得られたデータに基づいて制御部で演
算を行うことにより走行機周囲の障害物の存在及びその
形状等を判別することができ、走行機を障害物を避けな
がら自動走行させることが可能となる。また、走行機は
自ら障害物を検知し、これを避けながら走行すること
で、周囲状況を表す各種の煩雑な情報を予め走行機に入
力させる必要がなく、装置の構成が簡単になり、かつ走
行に際しての制御を容易に行うことが可能となる。According to the present invention, by scanning the ultrasonic sensor vertically and horizontally, information about the surroundings of the traveling machine can be obtained as three-dimensional data, and the control unit calculates based on the obtained data. The existence and shape of surrounding obstacles can be determined, and the traveling machine can be automatically driven while avoiding the obstacles. In addition, the traveling machine detects an obstacle by itself and travels while avoiding the obstacle, so that it is not necessary to input various complicated information indicating the surrounding conditions to the traveling machine in advance, and the configuration of the device is simplified, and It becomes possible to easily perform control during traveling.
【００１３】[0013]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明を水中清掃機として構成した一実施
例の水中走行機の外観図である。走行機は、走行機車体
１の下側にキャタピラ構成の走行車部２が左右に装備さ
れ、これら走行車部２を走行車制御部３によって制御し
て、両側の走行車部を同時に正転、逆転することにより
前進、後退させ、また互いに逆方向に駆動することによ
り操舵を転回させることができる。この走行車制御部３
に対しては詳細を後述する制御部５から制御信号が入力
される。また、前記車体１の底面には、図示を省略した
清掃部が装備されており、走行機の走行軌跡の路面の清
掃を行う。この清掃部の詳細は省略するが、例えば水平
方向に回転されるブラシ等で構成される。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view of an underwater traveling machine of one embodiment in which the present invention is configured as an underwater cleaning machine. The traveling machine is equipped with a traveling vehicle section 2 having a caterpillar structure on the left and right sides below a traveling machine body 1, and these traveling vehicle sections 2 are controlled by a traveling vehicle control section 3 so that the traveling vehicle sections on both sides of the traveling vehicle section are simultaneously rotated in a normal direction. It is possible to rotate the steering wheel by reversing the steering wheel, and by driving in the opposite directions. This traveling vehicle control unit 3
A control signal is input from the control unit 5 whose details will be described later. A cleaning unit (not shown) is provided on the bottom surface of the vehicle body 1 to clean the road surface of the traveling locus of the traveling machine. Although details of the cleaning unit are omitted, the cleaning unit is composed of, for example, a brush that is horizontally rotated.
【００１４】更に、前記車体１の上部は矩形の箱型に形
成されており、その前後左右の四側面にはそれぞれ超音
波センサ４が配設される。これら４個の超音波センサ４
は、それぞれ走行車の周囲に存在する物体を各側面にお
いて検出し、その検出した物体の情報を前記制御部に送
出するためのものである。前記４個の超音波センサ４は
同一構成のものが用いられており、その１つを図２に示
す。超音波センサ４は、超音波を出力する送信素子１１
と、出力された超音波が物体に当たって反射されたこと
を検出する受信素子１２とを同一方向に向けて可動体１
３に支持させた構成とされている。これら送信素子１１
と受信素子１２はそれぞれ前記制御部５に電気接続され
ている。Further, the upper portion of the vehicle body 1 is formed in a rectangular box shape, and ultrasonic sensors 4 are arranged on four front, rear, left and right sides thereof. These four ultrasonic sensors 4
Is for detecting an object existing around the traveling vehicle on each side surface and sending information of the detected object to the control unit. The four ultrasonic sensors 4 having the same structure are used, and one of them is shown in FIG. The ultrasonic sensor 4 is a transmission element 11 that outputs ultrasonic waves.
And the receiving element 12 that detects that the output ultrasonic wave hits an object and is reflected in the same direction.
It is configured to be supported by 3. These transmitting elements 11
And the receiving element 12 are electrically connected to the control unit 5, respectively.
【００１５】また、前記可動体１３は、この実施例では
外面の一部が球面状に形成されており、前記車体１に固
定的に支持されている球面受部１ａによって球面支持さ
れることで、前記超音波センサ４と共に三次元方向に傾
動可能に構成されている。そして、可動体１３の背面に
は、球面状の部分に沿って上下方向、及び左右方向にそ
れぞれ円弧状に形成された上下ラック１４と左右ラック
１５が形成され、それぞれには上下ピニオン１６と左右
ピニオン１７が噛合される。これらのピニオン１６，１
７はそれぞれモータ１８，１９によって回転駆動される
が、その回転量（回転角度）の情報は前記制御部３に入
力される。ここでは可動体１３は中心に対して上下、左
右にそれぞれ４５度、即ち９０度の範囲で傾動されるよ
うに構成される。なお、これらのラック１４，１５、ピ
ニオン１６，１７、モータ１８，１９により超音波セン
サ４の走査部６を構成することになる。Further, in this embodiment, the movable body 13 has a part of the outer surface formed into a spherical shape, and is spherically supported by the spherical surface receiving portion 1a fixedly supported by the vehicle body 1. Also, the ultrasonic sensor 4 and the ultrasonic sensor 4 can be tilted in a three-dimensional direction. Then, on the back surface of the movable body 13, vertical racks 14 and horizontal racks 15 are formed along the spherical portion in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. The pinion 17 is meshed. These pinions 16,1
7 is rotationally driven by motors 18 and 19, respectively, and information on the amount of rotation (rotation angle) is input to the control unit 3. Here, the movable body 13 is configured to be tilted vertically and horizontally with respect to the center within a range of 45 degrees, that is, 90 degrees. The racks 14 and 15, the pinions 16 and 17, and the motors 18 and 19 constitute the scanning unit 6 of the ultrasonic sensor 4.
【００１６】図３は前記走行車部２、超音波センサ４、
走査部６、制御部５を含む走行機の内部回路構成を示す
ブロック構成図である。制御部５内には超音波発生器２
２が設けられ、ＣＰＵ２１からの指令により発生された
超音波を前記送信素子１１から出力させる。また、この
超音波の出力と同時にタイマ２４を始動させる。このタ
イマ２４は、例えばクロック信号を計数するカウンタと
して構成される。また、障害物から反射された超音波が
受信素子１２で受信されると、受信された超音波は音波
−電気変換器２３により電気信号に変換された上でタイ
マ２４に入力され、タイマ２４における計数を停止させ
る。この間のタイマ２４におけるクロック信号の計数に
より、超音波の出力から受信までの時間が計測され、Ｃ
ＰＵ２１では超音波の音速と時間との関係から物体まで
の距離が演算できる。FIG. 3 shows the traveling vehicle section 2, the ultrasonic sensor 4,
3 is a block configuration diagram showing an internal circuit configuration of a traveling machine including a scanning unit 6 and a control unit 5. FIG. The ultrasonic generator 2 is provided in the control unit 5.
2 is provided to cause the transmitting element 11 to output an ultrasonic wave generated by a command from the CPU 21. Also, the timer 24 is started at the same time as the output of this ultrasonic wave. The timer 24 is configured as a counter that counts clock signals, for example. Further, when the ultrasonic wave reflected from the obstacle is received by the receiving element 12, the received ultrasonic wave is converted into an electric signal by the sound wave-electricity converter 23 and then input to the timer 24. Stop counting. The time from the output of the ultrasonic wave to the reception is measured by counting the clock signal in the timer 24 during this period, and C
The PU 21 can calculate the distance to the object from the relationship between the sound velocity of ultrasonic waves and time.
【００１７】また、制御部５には、上下走査制御器２５
と左右走査制御器２６が設けられ、前記超音波走査部６
の各モータ１８，１９を回転駆動させる。これらモータ
１８，１９の回転により上下ピニオン１６，左右ピニオ
ン１７がそれぞれ回転され、上下ラック１４、左右ラッ
ク１５との噛合により可動体１３を上下方向、左右方向
に傾動させ、前記超音波センサ（送信素子１１と受信素
子１２）４の方向を上下、左右に変化させる。即ち、こ
の回転を連続して行うことで、超音波センサ４を上下方
向、左右方向にそれぞれ走査させることになる。なお、
前記モータ１８，１９の回転量は上下走査制御器２５と
左右走査制御器２６を介してＣＰＵ２１に入力され、Ｃ
ＰＵ２１はこのモータ１８，１９の回転量から可動体１
３の回転角度、即ち超音波センサ４における前記した物
体までの計測距離の方向を認識する。The control unit 5 also includes a vertical scanning controller 25.
And a left and right scanning controller 26, and the ultrasonic scanning unit 6
The motors 18 and 19 are driven to rotate. The upper and lower pinions 16 and the left and right pinions 17 are rotated by the rotations of the motors 18 and 19, respectively, and the movable body 13 is tilted in the vertical and horizontal directions by the meshing with the vertical racks 14 and the horizontal racks 15. The directions of the element 11 and the receiving element 12) 4 are changed vertically and horizontally. That is, by continuously performing this rotation, the ultrasonic sensor 4 is scanned in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. In addition,
The rotation amounts of the motors 18 and 19 are input to the CPU 21 via the vertical scanning controller 25 and the horizontal scanning controller 26, and C
The PU 21 determines the movable body 1 based on the rotation amount of the motors 18 and 19.
The rotation angle of 3, that is, the direction of the measurement distance to the above-mentioned object in the ultrasonic sensor 4 is recognized.
【００１８】前記ＣＰＵ２１は、内部に演算回路２７を
有しており、タイマ２４における計測時間から障害物ま
での距離を演算し、かつ上下左右の各走査制御器２５，
２６からの信号から障害物の上下及び左右の各方向を演
算する。更に、この演算結果から得られた情報に基づい
て走行機（自機）の周囲の物体を確認する。そして、確
認した物体に基づいて走行機の周囲の物体、即ち壁や障
害物等を認識し、この認識に基づいて前記走行車制御部
３に操舵信号を出力し、走行車部２を駆動して走行機の
操舵を行うように構成される。The CPU 21 has an arithmetic circuit 27 therein, calculates the distance from the time measured by the timer 24 to the obstacle, and scans the vertical and horizontal scanning controllers 25,
The vertical and horizontal directions of the obstacle are calculated from the signal from 26. Further, an object around the traveling machine (own machine) is confirmed based on the information obtained from the calculation result. Then, an object around the traveling machine, that is, a wall or an obstacle is recognized based on the confirmed object, and based on this recognition, a steering signal is output to the traveling vehicle control unit 3 to drive the traveling vehicle unit 2. Is configured to steer the traveling machine.
【００１９】以上の構成の走行機における、走行制御動
作を説明する。ここでは、例えば、走行機Ｍを図４に示
すような貯水槽Ｗ内に入れて、その底面等の清掃を行う
ために用いた例を示す。先ず、制御部５において、ＣＰ
Ｕ２１が超音波発生器２２を駆動させ、送信素子１１か
ら超音波を発生させる。送信素子１１より出力された超
音波が物体に当たり反射され、受信素子１２で受信され
る。この送信から受信までの時間は物体までの距離に比
例するため、送信から受信までの時間をタイマ２４を構
成するカウンタにより計数することにより、距離信号を
得る。この距離信号によりＣＰＵ２１では各超音波セン
サ４に正対する物体までの距離データを得ることができ
る。A traveling control operation in the traveling machine having the above structure will be described. Here, for example, an example in which the traveling machine M is put in the water tank W as shown in FIG. 4 and used for cleaning the bottom surface and the like is shown. First, in the control unit 5, the CP
U21 drives the ultrasonic generator 22 to generate ultrasonic waves from the transmission element 11. The ultrasonic wave output from the transmitting element 11 hits an object, is reflected, and is received by the receiving element 12. Since the time from the transmission to the reception is proportional to the distance to the object, the distance signal is obtained by counting the time from the transmission to the reception by the counter constituting the timer 24. With this distance signal, the CPU 21 can obtain the distance data to the object directly facing each ultrasonic sensor 4.
【００２０】次いで、ＣＰＵ２１は上下走査制御器２５
に走査信号を送出し、モータ１８によりピニオン１６を
回転させ、上下ラック１４との噛合により可動体１３を
上下に回転させ、超音波センサ４を上下方向に傾動させ
る。これにより、超音波センサ４の検出方向が上下方向
に沿って走査されることになる。したがって、この際の
モータ１８の回転量を超音波センサ４の上下方向の角度
信号として得ることができ、これを順次ＣＰＵ２１に出
力し、これと同期して得られる前記した距離信号とを用
いることにより、ＣＰＵ２１では超音波センサ４に正対
する上下方向の物体の距離データを得る。Next, the CPU 21 controls the vertical scanning controller 25.
Then, the motor 18 rotates the pinion 16, the meshing with the upper and lower racks 14 causes the movable body 13 to rotate up and down, and the ultrasonic sensor 4 tilts in the vertical direction. As a result, the detection direction of the ultrasonic sensor 4 is scanned in the vertical direction. Therefore, the rotation amount of the motor 18 at this time can be obtained as an angle signal in the vertical direction of the ultrasonic sensor 4, which is sequentially output to the CPU 21, and the distance signal obtained in synchronization with this is used. As a result, the CPU 21 obtains the distance data of the object in the up-and-down direction directly facing the ultrasonic sensor 4.
【００２１】同様にして、左右走査制御器２６によりモ
ータ１９、ピニオン１７、左右ラック１５により超音波
センサ４を左右方向に傾動させて走査を行ない、その際
のモータ１９の回転量から得られる左右方向の角度信号
と、これに同期した距離信号とを用いることにより、Ｃ
ＰＵ２１では超音波センサ４に正対する左右方向の物体
の距離データを得ることができる。Similarly, the left and right scanning controller 26 tilts the ultrasonic sensor 4 in the left and right directions by the motor 19, the pinion 17, and the left and right rack 15 to perform scanning, and the left and right obtained from the rotation amount of the motor 19 at that time. By using the angle signal of the direction and the distance signal synchronized therewith, C
The PU 21 can obtain the distance data of the object in the left-right direction facing the ultrasonic sensor 4.
【００２２】そして、これら上下方向及び左右方向の物
体の距離データにより、ＣＰＵ２１では、各超音波セン
サ４に正対する側の状況を認識することができる。この
ような状況の認識を、走行機の前後左右の各超音波セン
サについて行うことにより、例えば、図５（ａ）のよう
に、走行機の前後左右に存在する物体の状況と、図５
（ｂ）のような貯水槽の底面からの高さＨ１，Ｈ２，Ｈ
３に対応した走行機の周囲に存在する物体の状況を認識
することが可能となる。図５（ａ）は、走行機の前後左
右のそれぞれの方向に対して走行機からの一定の距離に
おける立面領域の物体を認識した状態を示す。また、図
５（ｂ）は、走行機の周囲における高さＨ１，Ｈ２，Ｈ
３のそれぞれの水平面領域の物体を認識した状態を示し
ている。そして、これらの認識を総合することで、走行
機の周囲の物体を三次元的に認識することが可能とな
る。Then, the CPU 21 can recognize the situation on the side facing each ultrasonic sensor 4 from the distance data of the object in the vertical direction and the horizontal direction. By recognizing such a situation for each of the front and rear and right and left ultrasonic sensors of the traveling machine, for example, as shown in FIG.
Heights H1, H2, H from the bottom of the water tank as in (b)
It is possible to recognize the situation of an object existing around the traveling machine corresponding to No. 3. FIG. 5A shows a state in which an object in the elevation area is recognized at a constant distance from the traveling machine in the front, rear, left, and right directions of the traveling machine. Further, FIG. 5B shows heights H1, H2, H around the traveling machine.
3 shows a state in which an object in each of the horizontal plane regions 3 is recognized. Then, by integrating these recognitions, it becomes possible to three-dimensionally recognize an object around the traveling machine.
【００２３】このような、走行機の前後左右の周囲の物
体の状況を三次元的に認識した上で、ＣＰＵ２１では、
走行機Ｍの車幅、車長、車高等のデータを加味して、走
行機を前進させるか、または障害物が存在する場合には
これを避けるために右或いは左へ旋回するか等の、走行
方向指令信号を走行車部２の走行車制御部３へ出力す
る。走行車制御部３はこの走行方向指令信号を受けて走
行車部２の操舵を行うことで、走行機Ｍは障害物との衝
突が回避されながら貯水槽の底面で走行され、かつ清掃
部によって貯水槽の底面の清掃を実行する。After three-dimensionally recognizing the situation of the objects around the front, rear, left and right of the traveling machine, the CPU 21
In consideration of data such as the vehicle width, vehicle length, and vehicle height of the traveling machine M, the traveling machine is moved forward, or if there is an obstacle, whether to turn to the right or left to avoid this, The traveling direction command signal is output to the traveling vehicle control unit 3 of the traveling vehicle unit 2. The traveling vehicle control unit 3 receives the traveling direction command signal and steers the traveling vehicle unit 2, whereby the traveling machine M travels on the bottom surface of the water tank while avoiding collision with an obstacle, and by the cleaning unit. Clean the bottom of the water tank.
【００２４】このとき、物体の平面状況のみではなく、
高さ方向の状況をも認識していることで、図４に示した
ように、例えば曲げ形成されているパイプが存在する場
合でも、その曲げ部分に走行機が衝突されることがな
く、或いはこれらのパイプや柱の間を縫うようにして走
行されることになる。なお、走行機が前進することが不
可能と判断された場合には、左右の走行車部の回転を逆
回転させることで、右或いは左に旋回させ、或いは両走
行車部を逆転させて後退させることになる。At this time, not only the plane condition of the object,
By recognizing the situation in the height direction as well, as shown in FIG. 4, for example, even when there is a bent pipe, the traveling machine does not collide with the bent portion, or It will run as if sewing between these pipes and columns. When it is determined that the traveling machine cannot move forward, the left and right traveling vehicle parts are rotated in reverse to turn right or left, or both traveling vehicle parts are reversed to move backward. I will let you.
【００２５】したがって、この走行機では、特に高さ方
向における障害物の認識が可能となり、この障害物との
衝突を回避した自動走行を可能とすることができ、その
際に、予め走行機が走行する周囲の状態の情報を走行機
に入力させる必要がなく、したがってその情報を記憶す
る必要もないため、走行機の特に制御部の構成を簡略化
する上で有利となる。Therefore, in this traveling machine, it is possible to recognize an obstacle particularly in the height direction, and it is possible to perform automatic traveling while avoiding a collision with this obstacle. Since it is not necessary to input the information on the state of the traveling environment to the traveling machine and therefore it is not necessary to store the information, it is advantageous in simplifying the configuration of the traveling machine, especially the control unit.
【００２６】前記実施例では、超音波センサを走行機の
車体の前後、左右に計４個設け、かつ各超音波センサを
上下、左右に９０度の範囲で走査した例を示している
が、走査角度を例えば左右１８０度以上となるように構
成すれば、超音波センサを走行機の前後に２個設けるこ
とで、走行機の周囲の実用上必要とされる領域の状況を
認識することができ、超音波センサを削減する上で有利
となる。また、前記実施例では、本発明を水中清掃用の
走行機に適用した例を示しているが、他の用途で水中を
走行させながら各種の動作を行う種々の水中走行機とし
て本発明を適用することが可能である。また、走査部は
前記したラック，ピニオンの構成に限らず他の走査機構
を利用することも可能である。また、送信素子及び受信
素子をそれぞれ独立して走査させるように構成してもよ
い。In the above embodiment, a total of four ultrasonic sensors are provided on the front and rear, right and left of the vehicle body of the traveling machine, and each ultrasonic sensor is scanned vertically and horizontally within a range of 90 degrees. If the scanning angle is, for example, 180 degrees or more on the left and right, by providing two ultrasonic sensors in front of and behind the traveling machine, it is possible to recognize the situation of a practically necessary area around the traveling machine. This is advantageous in reducing the number of ultrasonic sensors. Further, in the above-mentioned embodiment, an example in which the present invention is applied to a traveling machine for underwater cleaning is shown, but the present invention is applied as various underwater traveling machines that perform various operations while traveling underwater for other purposes. It is possible to Further, the scanning unit is not limited to the above-described rack and pinion configuration, and other scanning mechanism can be used. Further, the transmitting element and the receiving element may be independently scanned.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、水中を自
動走行する走行機の周囲に向けられた少なくとも一つ以
上の超音波センサを走査部によって上下左右に走査し、
これから得られる検出データから走行機の周囲の状況を
三次元情報として認識し、この情報に基づいて制御部が
走行機の走行車部を制御して走行を行うので、走行機周
囲の障害物の存在及びその形状等を三次元的に認識する
ことが可能となり、走行機が平面方向及び高さ方向に存
在する障害物を避けながら走行することを可能とし、適
正な自動走行を実現することができる効果がある。As described above, according to the present invention, at least one or more ultrasonic sensors directed to the periphery of a traveling machine that automatically travels in water are scanned vertically and horizontally by a scanning unit,
From the detection data obtained from this, the situation around the traveling machine is recognized as three-dimensional information, and the control unit controls the traveling vehicle section of the traveling machine to travel based on this information, so obstacles around the traveling machine are It becomes possible to recognize the existence and its shape three-dimensionally, and the traveling machine can travel while avoiding obstacles existing in the plane direction and the height direction, thereby realizing proper automatic traveling. There is an effect that can be done.
【００２８】また、本発明は、超音波センサから得られ
る物体までの距離データと、走査部から得られる物体の
上下、左右の各方向データとで走行機の周囲の状況を三
次元情報として認識するので、予め周囲の状況を表す情
報を走行機に入力させておく必要がなく、走行機の特に
制御部の構成を簡略化することができ、かつ走行に際し
ての制御を容易に行うことができるという効果を有す
る。Further, according to the present invention, the situation around the traveling machine is recognized as three-dimensional information by the distance data to the object obtained from the ultrasonic sensor and the vertical and horizontal direction data of the object obtained from the scanning unit. Therefore, it is not necessary to previously input information indicating the surrounding conditions into the traveling machine, the configuration of the control unit of the traveling machine can be simplified, and control during traveling can be easily performed. Has the effect.
【図１】本発明の水中走行機を水中清掃機に適用した実
施例の外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of an embodiment in which the underwater traveling machine of the present invention is applied to an underwater cleaning machine.
【図２】超音波センサ及び走査部の概略構成を示す斜視
図である。FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic sensor and a scanning unit.
【図３】内部構成を示すブロック構成図である。FIG. 3 is a block configuration diagram showing an internal configuration.
【図４】図１の水中走行機を貯水槽に配備した例を示す
斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example in which the underwater traveling machine of FIG. 1 is arranged in a water tank.
【図５】制御部における物体（障害物）の認識方法を説
明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a method of recognizing an object (obstacle) in a control unit.
１ 車体 ２ 走行車部 ３ 走行車制御部 ４ 超音波センサ ５ 制御部 ６ 走査部 １１ 送信素子 １２ 受信素子 1 vehicle body 2 traveling vehicle section 3 traveling vehicle control section 4 ultrasonic sensor 5 control section 6 scanning section 11 transmitting element 12 receiving element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｊ Ｓ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location G05D 1/02 JS
Claims (5)
られた水中内を自動走行する走行機において、走行機の
周囲に向けて超音波を発信しかつその反射された超音波
を検出する少なくとも一つ以上の超音波センサと、前記
超音波センサを上下左右に走査させる走査部と、前記超
音波センサ及び走査部から得られる検出データから走行
機の周囲の状況を三次元情報として認識し、この情報に
基づいて前記走行車部を制御する制御部とを備えること
を特徴とする水中走行機。1. A traveling machine that automatically steers a traveling vehicle section to automatically travel in water stored in a water tank or the like, emits ultrasonic waves toward the periphery of the traveling machine, and transmits the reflected ultrasonic waves. At least one or more ultrasonic sensors to detect, a scanning unit that scans the ultrasonic sensor vertically and horizontally, the situation around the traveling machine as three-dimensional information from the detection data obtained from the ultrasonic sensor and the scanning unit. An underwater traveling machine comprising: a control unit that recognizes and controls the traveling vehicle unit based on this information.
素子と、物体で反射された超音波を受信する受信素子と
を備え、制御部は、送信素子で超音波を発信してから受
信素子で超音波を受信するまでの時間から物体までの距
離を計測する請求項１の水中走行機。2. The ultrasonic sensor comprises a transmitting element that outputs an ultrasonic wave and a receiving element that receives the ultrasonic wave reflected by an object, and the control unit receives the ultrasonic wave after transmitting the ultrasonic wave with the transmitting element. The underwater vehicle according to claim 1, wherein the distance from the time until the ultrasonic wave is received by the element to the object is measured.
体までの距離データと、走査部から得られる物体の上
下、左右の各方向データとで走行機の周囲の状況を三次
元情報として認識する請求項１または２の水中走行機。3. The control unit recognizes the situation around the traveling machine as three-dimensional information based on the distance data to the object obtained from the ultrasonic sensor and the vertical and horizontal direction data of the object obtained from the scanning unit. The underwater traveling machine according to claim 1 or 2.
て走行機に対して上下、左右に回転方向に傾動支持され
た可動体と、この可動体を走行機の車体に対して上下、
左右に傾動させる駆動手段とを備え、その傾動情報を走
査情報として前記制御部に入力させてなる請求項２また
は３のいずれかの水中走行機。4. The scanning unit includes a movable body to which the ultrasonic sensor is attached and which is tilted and supported vertically and horizontally with respect to the traveling machine, and the movable body which is vertically supported with respect to a vehicle body of the traveling machine. ,
4. The underwater traveling machine according to claim 2, further comprising: a driving unit that tilts left and right, and the tilt information is input as scanning information to the control unit.
て、周囲の物体に衝突しないように走行車部の操舵を制
御する請求項１ないし４のいずれかの水中走行機。5. The underwater traveling machine according to claim 1, wherein the control unit controls steering of the traveling vehicle unit based on the recognized three-dimensional information so as not to collide with surrounding objects.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6068036A JPH07248817A (en) | 1994-03-12 | 1994-03-12 | Underwater running machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6068036A JPH07248817A (en) | 1994-03-12 | 1994-03-12 | Underwater running machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248817A true JPH07248817A (en) | 1995-09-26 |
Family
ID=13362176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6068036A Pending JPH07248817A (en) | 1994-03-12 | 1994-03-12 | Underwater running machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07248817A (en) |
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1994
- 1994-03-12 JP JP6068036A patent/JPH07248817A/en active Pending
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