JP2003344539A - 自律走行車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲を検知する複数の超音波センサ間の干渉
によって近接距離に障害物があるかの様に誤認識するこ
とを防止すること。 【解決手段】 走行車本体の外周には送信用超音波セン
サ並びに受信用超音波センサが複数配置されている。送
信用超音波センサが選択される毎に前記選択された送信
用超音波センサに対応する受信用超音波センサを選択
し、その受信用超音波センサを選択された送信用超音波
センサとその選択された受信用超音波センサ間を超音波
が伝達するのに必要な時間t1経過後に受信可能にするよ
うにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動的に障害物を
検知することができる自律走行車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自走車には、自動的に走行路を判
断して走行するために、周囲に存在する障害物を検知す
る送信用超音波センサと受信用超音波センサの組からな
る超音波センサを、例えば自走車の前面、両側面に複数
設置されていた。そして、各超音波センサは、超音波セ
ンサ同士の干渉を避けるために駆動タイミングをずらし
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば、最初
のタイミングで駆動される超音波センサの送信用超音波
センサによって発信された超音波パルスが、周囲の壁な
どで多重反射されて時間がかかって戻る場合には、２番
目のタイミングで駆動される超音波センサの受信用超音
波センサで検出される場合がある。特に、２番目のタイ
ミングで駆動される超音波センサの送信用超音波センサ
によって発信された超音波パルスが、障害物に反射して
戻ってくる前に、２番目のタイミングで駆動される超音
波センサの受信用超音波センサが、前記多重反射されて
時間がかかって戻る超音波センサを検出した場合は、あ
たかも近接距離に障害物があるかのような誤った検知信
号が発生する。その結果、走行車は、近接距離に障害物
があると認識し、走行を停止してしまう。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、周囲を検知する複数の超音波センサ間
の干渉によって近接距離に障害物があるかの様に誤認識
することを防止できる自律走行車を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の自律走行車本体
の外周には、送信用超音波センサ並びに受信用超音波セ
ンサが複数配置されている。送信用超音波センサが選択
される毎に前記選択された送信用超音波センサに対応す
る受信用超音波センサを選択し、その受信用超音波セン
サを選択された送信用超音波センサとその選択された受
信用超音波センサ間を超音波が伝達するのに必要な時間
t1経過後に受信可能にするようにしている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図面を参照して説明する。

【０００７】図１及び図２は自律走行車の構成を示す図
で、下部が略円形状で上部が略半球形状になっている走
行車本体１の前面から側面に跨った下部の円弧状外周に
複数の送信用超音波センサ２Ｓと受信用超音波センサ２
Ｒを所定間隔で交互に配置して障害物センサ２を形成し
ている。前記障害物センサ２の各超音波センサは床面に
対して平行に配置される。

【０００８】また、前記走行車本体１の底部略中央の左
右にそれぞれ左駆動輪８ａ、右駆動輪８ｂを取り付け、
この各駆動輪８ａ，８ｂをそれぞれ左走行モータ９ａ、
右走行モータ９ｂで減速機構（図示せず）を介して回転
駆動するようになっている。

【０００９】前記走行車本体１の底部後端中央には回転
自在で方向が自由に変化する旋回輪１１が取り付けられ
ている。また、前記走行車本体１内には、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ等の制御回路部品を組み込んだ回路基板１２
及び各部に電源を供給するバッテリ１３が収納されてい
る。

【００１０】図３は制御部の構成を機能的に示す機能ブ
ロック図で、この自律走行車は、機能的には、前記障害
物センサ２、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード
・オンリー・メモリ）、Ｉ／Ｏポートの複合体からなる
制御部２３を有する。

【００１１】前記制御部２３は、走行するためにモータ
制御部２３を制御する走行制御部２３１、前記第１の障
害物センサ２を切替え制御するセンサ選択部２３４及び
前記第１の障害物センサ２の送受信制御を行う送受信部
２３５を設けている。

【００１２】図４は、前記第１の障害物センサ２とセン
サ選択部２３４と送受信部２３５との関係を示すブロッ
ク図で、前記第１の障害物センサ２は複数の送信用超音
波センサ２Ｓと受信用超音波センサ２Ｒを交互に配置し
たものであるが、例えば、４個の送信用超音波センサＳ
１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と５個の受信用超音波センサＲ
１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を、図５及び図６に示すよ
うに、走行車本体１の外周の右側面から前面、左側面に
わたって、Ｒ１，Ｓ１，Ｒ２，Ｓ２，Ｒ３，Ｓ３，Ｒ
４，Ｓ４，Ｒ５の順に配置している。このとき、受信用
超音波センサＲ３が正面中央に位置するように配置す
る。

【００１３】前記センサ選択部２３４は送信センサ選択
部２３４１と受信センサ選択部２３４２を備え、前記送
受信部２３５は送信部２３５１と受信部２３５２を備え
ている。送信センサ選択部２３４１と送信部２３５１に
より送信制御手段が構成され、受信センサ選択部２３４
２と受信部２３５２により受信制御手段が構成されてい
る。

【００１４】前記走行制御部２３１は送信センサ選択部
２３４１を制御し、送信センサ選択部２３４１は、走行
制御部２３１からの情報に従って、送信可能にする送信
用超音波センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を順次選択す
る。送信部２３５１は選択された送信用超音波センサか
ら超音波を時間ｔ２だけ送信させる。

【００１５】また、前記走行制御部２３１は受信センサ
選択部２３４２を制御し、受信センサ選択部２３４２
は、走行制御部２３１からの情報に従って、受信可能に
する受信用超音波センサＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５
を選択する。

【００１６】送信用超音波センサから超音波が送信され
てから受信用超音波センサが受信可能とされるまでの遅
延時間ｔ１については後述する。受信部２３５２は、選
択された受信用超音波センサに超音波の受信を行わせ
る。

【００１７】前記走行制御部２３１は、送信用超音波セ
ンサから超音波を送信したタイミングと受信用超音波セ
ンサが障害物に反射された超音波を受信したタイミング
との差から、障害物までの距離を認識する。つまり、走
行制御部２３１は認識手段として機能する。

【００１８】自律走行車は、自律走行中において前記障
害物センサ２を使用して障害物を検知するときには、例
えば、図６に示すように、最初に送信センサ選択部２３
４１は送信用超音波センサＳ１を選択して超音波パルス
を送信させる。次に、受信センサ選択部２３４２は送信
用超音波センサの送信開始時より遅延時間ｔ１だけ遅ら
せて受信用超音波センサＲ１，Ｒ２を選択して受信イネ
ーブル状態にする。

【００１９】受信部２３５２は、受信用超音波センサＲ
１や受信用超音波センサＲ２が障害物に反射された超音
波パルスを受信すると、検出信号を走行制御部２３１に
送信する。

【００２０】前記走行制御部２３１は、送信用超音波セ
ンサＳ１から超音波を送信したタイミングと受信用超音
波センサＲ１、Ｒ２が障害物に反射された超音波を受信
したタイミングとの差から、障害物までの距離を認識す
る。

【００２１】そして、最初に超音波パルスが出力されて
から一定時間Ｔが経過すると、送信センサ選択部２３４
１は送信用超音波センサＳ２を選択して超音波パルスを
送信させ、受信センサ選択部２３４２は送信用超音波セ
ンサＳ２の超音波パルスの送信開始時よりｔ１だけ遅ら
せて受信用超音波センサＲ２，Ｒ３を選択して受信イネ
ーブル状態にする。

【００２２】受信部２３５２は、受信用超音波センサＲ
２や受信用超音波センサＲ３が障害物に反射された超音
波パルスを受信すると検出信号を走行制御部２３１に送
信する。

【００２３】前記走行制御部２３１は、送信用超音波セ
ンサＳ２から超音波を送信したタイミングと受信用超音
波センサＲ２、Ｒ３が障害物に反射された超音波を受信
したタイミングとの差から、障害物までの距離を認識す
る。

【００２４】以上のように、走行車は、順番に超音波パ
ルスの送受信動作を繰り返しながら走行する周囲の障害
物を認識する。

【００２５】ところで、前記遅延時間ｔ１は、下記の式
で設定する。

【００２６】送信用超音波センサと受信用超音波センサ
との間には、一定の距離の隔たりを設けてある。この直
線距離をX1とおく。この距離X1を音速；331.5＋0.6＊Te
mp（℃）＝346.5（m/s）（25℃の時）で伝達する時間
（ｔ１）は ｔ１＝Ｘ１／346.5（ｓ） となる。

【００２７】この遅延時間ｔ１は、送信用超音波センサ
が受信用超音波センサまでに到達までに物理的に必要不
可欠な伝達時間である。

【００２８】前記遅延時間ｔ１を設けることにより、例
えば、送信用超音波センサＳ１によって送信された超音
波パルスが周囲の壁などで多重反射することによって戻
るまでの時間が前記一定時間Ｔを経過してしまっても、
受信用超音波センサＲ３またはＲ４は、少なくとも前記
遅延時間ｔ１の間は前記一定時間Ｔを経過後に戻ってき
た超音波パルスを検出しない。したがって、受信用超音
波センサＲ３またはＲ４は、あたかも近接距離に障害物
があるかのような検知信号を出力することを防ぐことが
できる。

【００２９】本実施の形態では、複数の送信用超音波セ
ンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と複数の受信用超音波セン
サＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を交互に配置し、１つ
の送信用超音波センサと両隣の２つの受信用超音波セン
サとの組み合わせで障害物検知を行い、しかもこの組み
合わせを一定の時間間隔で順次切替えて障害物検知を行
っている。

【００３０】従って、障害物があるときには送受信の時
間によりその障害物までの距離を正確に測定できると共
に２つの受信用超音波センサの受信時間差によって障害
物がある方向の角度を正確に測定できる。

【００３１】ここで、図５（ｂ）に示すように、送信用
超音波センサＳ２から送信された超音波が受信用超音波
センサＲ２で受信された場合の障害物４１までの実際の
距離ｙと受信用超音波センサＲ２で検出される距離ｘと
の相違について説明する。送信用超音波センサＲ２から
送信された超音波パルスが障害物４１で反射されて受信
用超音波センサＲ２で受信される場合の超音波の経路
は、障害物４１を頂点とするような２等辺三角形の両辺
を経由する。その一辺の距離をｘとすると、ｘ／２とｙ
との関係は図７のようになる。ｙが「０」であるという
ことは、障害物４１が走行車本体１に接触している状態
を示している。従って、その場合のｘはＸ１となる。

【００３２】次に、図８及び図９を参照して本発明の第
２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形
態は図８に示した構成が異なるのみで、他の構成は前述
した第１の実施の形態の構成と同じである。つまり、送
信センサ選択部２３４１と送信部２３５１との間にアン
プ３１が設けられている。このアンプ３１のアンプ率を
可変することにより、送信部２３５１から出力する超音
波の出力を可変することができる。なお、送信部２３５
１から出力する超音波の出力を可変するには、アンプ３
１のアンプ率を可変する他に、送信する超音波の送信時
間を可変したり、超音波の振幅を可変することによって
も遂行することができる。

【００３３】さらに、受信部２３５２の出力はアンプ３
２を介してコンパレータ３３の＋端子に接続される。こ
のコンパレータ３３の−端子には基準電圧Ｖthが入力さ
れている。この基準電圧Ｖthの値は走行制御部２３１に
より制御可能である。

【００３４】次に、この第２の実施の形態の動作につい
て図９を参照しながら説明する。前述した第１の実施の
形態のように、送信用超音波センサＳ１，Ｓ２，…から
順次超音波を送信させる。走行制御部２３１は、送信用
超音波センサから超音波を送信したタイミングと受信用
超音波センサが障害物に反射された超音波を受信したタ
イミングとの差から、障害物までの距離を認識する。図
９に示すように、走行制御部２３１は、送信用超音波セ
ンサＳ２が超音波を送信したタイミングと受信用超音波
センサＲ２、Ｒ３が障害物に反射された超音波を受信し
たタイミングとの差から障害物との距離を認識する。そ
の認識した距離が設定距離よりも小さい場合には、受信
用超音波センサで受信された超音波は、近接した障害物
で反射されたものかあるいは周囲の壁などで多重反射さ
れた誤信号であるか見分ける処理が行なわれる。

【００３５】このため、再度送信用超音波センサＳ２は
超音波の送信時間ｔ３を通常の時間ｔ２よりも短くして
送信する。つまり、送信用超音波センサＳ２から出力す
る超音波出力を小さくすると、超音波が遠くまで届きに
くくなるので、多重反射されて到来する超音波は少なく
なる。従って、多重反射されて到来する超音波を受信し
た受信用超音波センサの出力電圧は、コンパレータ３３
の基準電圧より小さくなるので、信号として検出されな
い。

【００３６】走行制御部２３１は、再度送信用超音波セ
ンサＳ２が超音波を送信したタイミングと受信用超音波
センサＲ２、Ｒ３が障害物に反射された超音波を受信し
たタイミングとの差から、障害物との距離を認識する。

【００３７】送信用超音波センサＳ２からｔ３時間超音
波を送信した時（前のシーケンス）に認識した障害物と
の距離と、送信用超音波センサＳ２からｔ２時間超音波
を送信した時（今回のシーケンス）に認識した障害物と
の距離を比較する。そして、両者で認識した障害物との
距離が同じであるならば、近接した障害物があると認識
する。また、送信用超音波センサＳ２からｔ３時間超音
波を送信した時に認識した障害物との距離よりも、送信
用超音波センサＳ２からｔ２時間超音波を送信した時に
認識した障害物との距離が大きかったなら、近接した障
害物はないと認識する。

【００３８】また、送信用超音波センサから出力する超
音波の送信時間（パルス幅）を短くする以外に、アンプ
３１のアンプ率を下げたり、超音波の振幅を小さくした
りすることでも良い。

【００３９】さらに、受信部２３５２で受信された超音
波を増幅するアンプ３２のアンプ率を下げたり、コンパ
レータ３３の基準電圧Ｖthを上げたりすることによって
も同様に対処できる。

【００４０】このように、周囲の壁などで多重反射され
た誤信号によって近接した障害物があると誤認識してし
まうことを回避することが可能になる。

【００４１】なお、第２の実施の形態では、送信用超音
波センサＳ２から超音波出力を小さくし、受信用超音波
センサは、送信用超音波センサの送信開始時間より遅延
時間ｔ１遅らせて受信イネーブル状態にしているが、送
信用超音波センサから出力する超音波出力を小さくする
だけであっても、周囲の壁などで多重反射された誤信号
を低減することができる。

【００４２】また、第１及び第２の実施の形態では、複
数の送信用超音波センサと複数の超音波センサを交互に
配置し、１つの送信用超音波センサと両隣の２つの受信
用超音波センサとの組み合わせで障害物検知を行なう
が、１つの送信用超音波センサと１つの受信用超音波セ
ンサとの組み合わせで障害物検知を行なっても良い。こ
の場合、送信用超音波センサと受信用超音波センサは必
ずしも交互に配置する必要はない。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、周
囲を検知する複数の超音波センサ間の干渉によって近接
距離に障害物があるかの様に誤認識することを防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る自走
車の前部構成を示す図。

【図２】同第１及び第２の実施の形態に係る自走車の要
部構成を示す一部切欠した左側側面図。

【図３】同第１及び第２の実施の形態に係る自走車の制
御部の構成を機能的に示す機能ブロック図。

【図４】同第１の実施の形態に係る障害物センサとセン
サ選択部と送受信部と関係を示すブロック図。

【図５】同第１及び第２の実施の形態に係る障害物セン
サの配置関係を示す図。

【図６】同第１の実施の形態に係る障害物センサの動作
例を示すタイミング図。

【図７】同第１の実施の形態に係る送信用超音波センサ
と受信用超音波センサの検出値と障害物までの距離との
関係を示す図。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る送受信部及び
センサ選択部の周辺回路を示す図。

【図９】同第２の実施の形態に係る障害物センサの動作
例を示すタイミング図。

【符号の説明】

１…走行車本体、 ２…第１の障害物センサ、 ２S…送信用超音波センサ、 ２Ｒ…受信用超音波センサ、 ３Ｓ…送信用超音波センサ、 ３Ｒ…受信用超音波センサ、 ８ａ，８ｂ…駆動輪、 ９ａ，９ｂ…走行モータ、 ２３１…走行制御部、 ２３４…センサ選択部、 ２３５…送受信部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H301 AA01 BB20 CC03 GG10 LL08 LL11 LL14 5J083 AA02 AB13 AC11 AD01 AD04 AE06 AE10 AF06 AF10 AF13 BA01 CA03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行車本体の外周に所定間隔で交互に複
   数配置された送信用超音波センサ並びに受信用超音波セ
   ンサと、 前記複数の送信用超音波センサを順次選択し、選択した
   送信用超音波センサの送信を制御する送信制御手段と、 前記送信制御手段によって送信用超音波センサが選択さ
   れる毎に前記選択された送信用超音波センサに対応する
   受信用超音波センサを選択し、この受信用超音波センサ
   を前記選択された送信用超音波センサとこの選択された
   受信用超音波センサ間を超音波が伝達するのに必要な時
   間経過後に受信可能にする受信制御手段と、 前記受信制御手段によって選択された受信用超音波セン
   サからの信号により障害物を認識する認識手段を備えた
   自律走行車。
2. 【請求項２】 走行車本体の外周に所定間隔で交互に複
   数配置された送信用超音波センサ並びに受信用超音波セ
   ンサと、 前記複数の送信用超音波センサを順次選択し、選択した
   送信用超音波センサの送信を制御する送信制御手段と、 前記送信制御手段によって送信用超音波センサが選択さ
   れる毎に前記選択された送信用超音波センサに対応する
   受信用超音波センサを選択し、前記受信用超音波センサ
   を受信可能にする受信制御手段と、 前記受信用超音波センサからの信号により障害物との距
   離を認識する認識手段とを具備し、 前記認識手段で障害物との距離が設定以下と認識される
   と、前記送信制御手段は、送信用超音波センサの送信出
   力を低下させるように制御され、あるいは前記受信制御
   手段は受信用超音波センサの受信感度を低下させるよう
   に制御されることを特徴とする自律走行車。