JP2008261567A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空調空間内の障害物を考慮した調和空気制御を行う空気調和機を得る。
【解決手段】距離および角度情報から空気調和空間の三次元形状を復元し、これから部屋形状、動領域および障害物を含む空間形状を認識する。この認識に基づいて調和空気の風向、温度、風量などを最適に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に関し、特に、測距センサを用いて気流の障害となる物体を考慮に入れた調和空気制御を行う空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機においては、空間認識装置として空気調和機の下面に直下を見る下方状況検知手段を設置し、空気調和機直下の家具等の障害物の有無を検知し、障害物が空気調和機の真下に在ることが検知された場合には調和空気の流れをやや前方に向けて室内全体に流通させるようにしたものが知られている。下方状況検知手段として反射形超音波センサ、進展できる棒状部材あるいはＣＣＤ画像等によるパターン認識などが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−３１７１０９号公報

しかしながら、この空気調和機では、空気調和機の直下の障害物の有無のみを判断対象としており、直下以外に存在する家具や部屋の壁や人物等の気流の障害物の存在および距離を考慮に入れた調和空気制御を行うことができない。

従ってこの発明の目的は、室内の家具や壁や人物など全ての気流の障害物を考慮に入れた調和空気制御を行う空気調和機を得ることである。

この発明の空気調和機は、空気調和空間を画定する物体についての距離情報および角度情報を得る位置検知器と、この位置検知器からの出力に基づいて上記空気調和空間の形状を認識する空間形状認識装置と、この空間形状認識装置により認識された空間形状に基づいて調和空気の制御を行う制御装置とを備えたものである。

空気調和空間、すなわち部屋形状、家具や人物の形状および位置を認識し、この認識結果に基づいて調和空気が制御され、快適な空気調和が実現できる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による空気調和機１の概略を示すブロック図である。空気調和機１は、空気調和空間１２（図２参照）を画定する物体（例えば床、壁、家具、人等）についての空気調和機１に対する距離情報および角度情報を得る位置検知器Ａ（例えば測距センサ２）と、この位置検知器Ａからの出力に基づいて空気調和空間１２の形状を認識する空間形状認識装置Ｂと、この空間形状認識装置Ｂにより認識された例えば三角形のパッチ群１４（図２）等の空間形状に基づいて調和空気の制御を行う制御装置Ｃ（例えばコントローラ１１）とを備えている。

空間形状認識装置Ｂは、位置検知器Ａからの出力である測距センサ出力５を受けて空気調和空間の三次元形状１４を復元する三次元形状復元部６と、復元された三次元形状１４から部屋形状を認識する部屋形状認識部８と、部屋内の動領域を認識する動領域認識部９と、部屋内の障害物を認識する障害物認識部７とを備えている。動領域認識部９は、復元された三次元形状１４の時間による変化を検知して動領域を認識するものである。空間形状認識装置Ｂはまた、動領域認識部９の出力を受けて動領域の体積を近似的に求める動領域体積計算部１０を備えている。

制御装置Ｃは、上述の空間形状認識装置Ｂからの出力に基づいて調和空気の風向制御、温度制御、風量制御および電源ＯＮ／ＯＦＦ制御のうちの少なくとも一つの制御を行うものであり、その出力は空気調和機１に供給される。

空気調和機１による運転は次のように行われる。空気調和機１に取り付けられた位置検知器Ａとしての測距センサ２により空調エリア内の物体までの距離と角度とを測定する。空気調和機１には気流制御上下ベーン３および気流制御左右ベーン４が設けられていて、気流の方向を制御できる。測距センサの出力５は、三次元形状復元部６に入力されてそこで室内の三次元形状を復元される。

復元された室内の三次元形状に基づき、障害物認識部７にて室内の家具やその他の障害物の配置を認識し、部屋形状認識部８にて壁の配置より部屋形状を認識し、動領域認識部９にて移動物体により距離に変化があった部分を認識し、動領域体積計算部１０にて動領域認識部９で求まった動領域の体積を計算する。

このようにして得られたデータ、すなわち障害物認識部７で求まった障害物配置、部屋形状認識部８で求まった部屋形状、ならびに動領域認識部９および動領域体積計算部１０で求まった動領域情報は、コントローラ１１に入力され、コントローラ１１にてこれらのデータに基づいて、室内の状況に応じた最適な空調制御を得るためにあらかじめ用意された制御データに従って、気流制御上下ベーン３および気流制御左右ベーン４を駆動して調和空気の流れを制御する。

測距センサ２としては、レーザを用いた位相差式、三角測量式、光パルス式の測距センサや、電磁波や超音波などを用いた測距センサや、複数のカメラを用いたステレオ測距センサや、近赤外光を用いたＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサなど、様々な測距センサを用いることができる。また、室内全体の測距を行うため、広角レンズを用いたセンサ、左右方向への首振り機構を持つセンサ、上下方向の首振り機構を持つセンサ、上下左右方向の首振り機構を持つセンサなどを用いることもできる。

図２の復元手順説明図に示すように、三次元形状復元部６では、首振り機構などを用いて獲得した複数の方位情報と距離情報とを繋ぎ合わせ、室内全体の距離情報を復元して、図２（ａ）に示す空気調和空間１２を図２（ｂ）に示すひとまとまりの点群データ１３として表す。上で例示した様々な距離センサがあるが、どのセンサを用いても出力される情報はある基準点からの角度と距離により表される点群という点で共通しており、各センサの基準点の位置と、首振り機構の回転軸の位置を事前に計測しておくことにより、ひとまとまりの点群データ１３として統合することが出来るのである。次に、この点群データ１３を近接する点同士を結んで図２（ｃ）に示す三角形パッチの集合あるいは三角形のパッチ群１４に変換することにより、室内を構成する物体の表面形状が復元できる。

図３の床面推定説明図に示すように、部屋形状認識部８では、復元された三次元情報である三角形のパッチ群１４から部屋の壁の配置を認識し、部屋の形状と空気調和機の設置位置を導き出す。

空気調和機に対して測距センサが取り付けられている角度が決まれば、床面の法線方向が決まるため、復元された三角形のパッチ群１４の中から法線方向が床面に近いパッチを手がかりに床面を認識する。図３（ａ）に示す例えば家具の頂面などを含む法線方向が垂直なパッチ１５の中から図３（ｂ）の床面の床パッチ１６を選ぶ方法は、高さが一番低い面であることが利用できる。

次に、図４の壁推定説明図において、図４（ａ）に示すように、床面に対して垂直な面を表すパッチ群１７を抽出し、図４（ｂ）に示すようにこれらのパッチ群１７から図５に示す家具の垂直な面による障害物パッチ群１９を除いた壁パッチ群１８により構成される面が壁であることを認識する。家具による障害物パッチ群１９と壁による壁パッチ群１８との区別はその面が天井近くまで続いているかどうかにより判断できる。

これらの情報より、コントローラ１１では、空気調和機の設置位置（高さ、設置状況（右、中、左）、部屋の広さ）に応じた気流制御を行う。

動領域認識部９では、三次元情報の時間的変化を検知し、動領域を見つけ出す。

三次元情報の時間的変化を検知する手段としては、１試行前に獲得した三次元情報との差分を取る方法や、近数試行で獲得された三次元情報の平均もしくは中央値を計算することにより求めた背景距離情報との差分を取る方法などが考えられる。これにより、動領域（人体存在領域）が導き出される。

動領域体積計算部１０では、動領域認識部９で求まった動領域（人体存在領域）の体積を近似的に求める。

測距センサ２により求まる距離情報は物体を１方向から見たときに見える側の表面までの距離のみで、見えない裏側の距離は不明なため、正確な体積は求められないが、動物体がいないときとの差分をその物体の体積と近似し、その動物体の体積とする。この値により、その物体が大人か、子供か、もしくは人間以外のものかを大別することができる。

これらの情報により、コントローラ１１では、人体情報（人体の位置、大人子供の別）に応じた気流制御を行う。例えば、風あて／さけ制御や、大人に比べて子供の設定温度を少し下げるとか、人体が長時間不在時には空気調和機の出力を下げる、もしくは電源をＯＦＦにするなどの制御が考えられる。

図５の障害物推定説明図に示すように、障害物認識部７では、部屋形状認識部８で認識した床および壁に囲まれた空間にて、動領域認識部９および動領域体積計算部１０で認識された動領域以外の物体を障害物として認識する。すなわち、三角形のパッチ群１４から部屋形状認識部８で認識した床面の床パッチ１６および壁の壁パッチ１８と、動領域認識部９および動領域体積計算部１０で認識された動領域の物体のパッチとを除いた障害物パッチ１９により表された物体が障害物として認識される。

コントローラ１１では、空気調和機の左右方向に高い家具が置かれている場合は、それに沿うような方向までの風向制御を行う。また、空気調和機の下方向に家具やテレビやテーブルが置かれている場合は、暖房時にそれらのない床面に気流を落とすことにより暖房効率を向上させることができる。

以上説明したとおり、空気調和機１の調和空気の制御は、空気調和空間１２を画定する床、壁、家具および人体等の物体の空気調和機１に対する距離および角度を検知し、この検知結果に基づいて空気調和空間１２の空間形状を認識し、この空間形状の認識結果に基づいて行う。

空間形状を認識する工程においては、空気調和空間１２の物体の空気調和機１に対する距離および角度の検知結果に基づいて部屋の三次元形状１４を復元し、復元された三次元形状１４から部屋形状を認識し、また三次元形状１４の時間による変化から部屋内の動領域を認識し、更に三次元形状１４から部屋形状および動領域を除去して空気調和空間内の障害物を認識する。

三次元形状１４は、空気調和空間１２の物体の空気調和機１に対する距離および角度を表す点群データ１３から変換した三角形のパッチ群であり、空間形状の認識は、この三角形のパッチ群１４から床パッチ１６および壁パッチ１８を選択して行われる。

動領域の認識は、三次元形状を表す三角形のパッチ群１４の時間による変化に基づいて行われ、障害物の認識は、三角形のパッチ群１４から床パッチ１６、壁パッチ１８および動領域を表すパッチを除去して残った障害物パッチ１９に基づいて行われる。

また動領域の体積は、動領域認識部９の認識結果から近似的に求める。

調和空気の制御は、調和空気の風向制御、温度制御、風量制御および電源ＯＮ／ＯＦＦ制御のうちの少なくとも一つの制御である。

このように、この発明によれば、室内の家具や部屋形状や人物位置を認識することにより快適な気流制御が実現できる。コントローラ１１による制御は、調和空気の風向だけでなく、風量、温度などの他の運転条件を制御することもできる。例えば動領域認識部９により人の不在が検知された場合には運転条件を最低限に弱めたりすることもできる。

本発明の実施の形態１による空気調和機を示すブロック図である。 三次元形状復元部による復元手順説明図である。 三次元形状復元部による床面推定説明図である。 三次元形状復元部による壁推定説明図である。 障害物認識部による障害物推定説明図である。

符号の説明

１ 空気調和機、２ 測距センサ、３ 気流制御上下ベーン、４ 気流制御左右ベーン、５ 測距センサ出力、６ 三次元形状復元部、７ 障害物認識部、８ 部屋形状認識部、９ 動領域認識部、１０ 動領域体積計算部、１１ コントローラ、１２ 空気調和空間、１３ 点群データ、１４ 三次元形状（三角形のパッチ群）、Ａ 位置検知器、Ｂ 空間形状認識装置、Ｃ 制御装置。

Claims (5)

1. 空気調和空間を画定する物体についての距離情報および角度情報を得る位置検知器と、この位置検知器からの出力に基づいて上記空気調和空間の形状を認識する空間形状認識装置と、この空間形状認識装置により認識された空間形状に基づいて調和空気の制御を行う制御装置とを備えた空気調和機。
2. 上記空間形状認識装置が、上記位置検知器からの出力を受けて空気調和空間の三次元形状を復元する三次元形状復元部と、復元された三次元形状から部屋形状を認識する部屋形状認識部と、部屋内の動領域を認識する動領域認識部と、部屋内の障害物を認識する障害物認識部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 上記動領域認識部が、上記復元された三次元形状の時間による変化を検知して動領域を認識することを特徴とする請求項２記載の空気調和機。
4. 上記動領域認識部の出力を受けて動領域の体積を近似的に求める動領域体積計算部を備えたことを特徴とする請求項２あるいは３記載の空気調和機。
5. 上記制御装置が、調和空気の風向制御、温度制御、風量制御および電源ＯＮ／ＯＦＦ制御のうちの少なくとも一つの制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の空気調和機。

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