JP2011101283A - Ultrasonic sensor apparatus and sensor position variable setting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置に係り、特に超音波センサとこれに配設されるホーン部との材相互間の相対位置関係を可変とすることで、ホーン部の指向性を任意に可変設定し得る超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic sensor device and a sensor position variable setting device, and in particular, by changing the relative positional relationship between materials of an ultrasonic sensor and a horn unit disposed on the ultrasonic sensor, the orientation of the horn unit is changed. The present invention relates to an ultrasonic sensor device and a sensor position variable setting device that can variably set characteristics.
近年、超音波センサの利用範囲は拡大しており、玩具用などの自走式パーソナルロボットの位置検出装置や、電子ペンの位置検出装置など、様々な用途に活用されている。
一方、超音波センサの万能型は存在しないため、用途に合った特性のセンサを複数配置するのが一般的である。
In recent years, the range of use of ultrasonic sensors has been expanded and used for various purposes such as position detection devices for self-propelled personal robots such as for toys and position detection devices for electronic pens.
On the other hand, since there is no universal type of ultrasonic sensor, it is common to place a plurality of sensors having characteristics suitable for the application.
超音波センサ装置の感知範囲は、同一周波数の超音波センサを装備した場合、超音波の送受信側に設置されるホーン部全体の開口の度合い、即ち、ホーン部全体の長さおよび開口部の広がりの度合いによって決定される。 When the ultrasonic sensor device is equipped with an ultrasonic sensor of the same frequency, the degree of opening of the entire horn unit installed on the ultrasonic wave transmission / reception side, that is, the length of the entire horn unit and the spread of the opening unit It is determined by the degree.
又、超音波センサ装置のホーン部は、超音波センサの指向性を高めるためのもので、多くはその形状が遠距離用又は近距離用として専用のホーン形状部を有している。
この種のホーン部は、超音波センサの超音波発信面およびその前面に位置する超音波の送受信空間領域を取り囲むように形成され、更に、超音波の受信感度および送受信時における鋭い指向性を得るように円錐形状に形成されている。
Moreover, the horn part of an ultrasonic sensor apparatus is for improving the directivity of an ultrasonic sensor, and in many cases, the horn part has a dedicated horn shape part for a long distance or a short distance.
This type of horn part is formed so as to surround the ultrasonic wave transmission surface of the ultrasonic sensor and the ultrasonic wave transmission / reception space region located on the front surface thereof, and further obtains ultrasonic reception sensitivity and sharp directivity during transmission / reception. It is formed in a conical shape.
図7(A)は従来のホーン部材のホーン形状部の長さ変化を示す説明図、図7(B)は超音波センサの感度(若しくは減衰量)或いは指向性を示す相関図である。
図7(A)において、遠距離用として専用設計されたホーン部材121は、超音波センサ101の発信面101aから開口部までの全長3Lは、例えば近距離用のホーン部材111の全長Lの3倍となるように設定されている。又、図示しない中距離用のホーン部材のホーン形状部の全長は、近距離用の2倍(即ち、2L)に設定されている。
FIG. 7A is an explanatory diagram showing a change in length of a horn-shaped portion of a conventional horn member, and FIG. 7B is a correlation diagram showing sensitivity (or attenuation) or directivity of an ultrasonic sensor.
In FIG. 7A, the
このように構成された各ホーン部材を個別に備えた超音波センサ装置110,120は、図7(B)に示すような感度(若しくは減衰量)或いは指向性となる。
この図7(B)に示すように、近距離用であっては、ホーン形状部の全長Lのホーン部材111の場合は、約120度で略紡錘状に広がる感知角度範囲となり、遠距離用であってホーン形状部の全長が3Lのホーン部材121の場合には約60度で略紡錘状に広がる感知角度範囲となる。中距離の場合には、これらの中間の感知角度範囲となる。即ち、全長Lの増加に比例して、指向性が鋭くなるが広範囲への広がり感度は大幅に減少する。
The
As shown in FIG. 7B, for a short distance, in the case of the
この種の超音波センサ装置は、例えば障害物感知装置として用いられている。この超音波センサ装置を障害物感知装置として例えば自走式パーソナルロボットに実装した場合の例を図8に示す。
この図8に示すロボット200は、障害物を回避しながら自走状態を維持可能にする技術を備えたものとして、従来より知られている。
This type of ultrasonic sensor device is used as an obstacle sensing device, for example. FIG. 8 shows an example in which this ultrasonic sensor device is mounted as an obstacle sensing device on, for example, a self-propelled personal robot.
The
ここで、図8(A)は上記パーソナルロボットの正面図、図8(B)は図8(A)のX−X線に沿った断面図である。この図8(A)において、ロボット本体201の底面には、これを自走式とするための少なくとも3個の駆動車輪211,211(図では2個を開示してある)が360度方向に方向転換可能に設けられている。
Here, FIG. 8A is a front view of the personal robot, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 8A. In FIG. 8A, on the bottom surface of the robot
又、このロボット本体200には、図8(A)(B)に示すように、遠距離用のホーン
部121を備えた超音波センサ装置120と近距離用のホーン部111を設けた超音波センサ装置110とが、図の上下方向に併設されている。ここで、符号101は空中伝搬可能な低周波数の超音波を出力する超音波センサで、各超音波センサ装置120,110で同一周波数のものが装備されている。
このように、2つの超音波センサ装置120,110を設けることで、図7(B)で示した遠距離用の及び近距離用の2つの異なった感知角度の範囲が得られるように設定されている。
Further, as shown in FIGS. 8A and 8B, the
As described above, by providing the two
一方、上記超音波センサ装置120,110に関連した先行技術として特開平03−113386号公報および特開平05−143155号公報が知られている。
この内、特開平03−113386号公報では、電気音響変換子からホーン部までの円筒部の長さを可変にすることで、共振周波数を調整可能にした効率の良い超音波送受信機
を得られる旨の技術内容が提案されている。
又、特開平05−143155号公報では、掃除ロボットの距離センサを上下方向に移動自在に設けることで、いかなる場所に掃除ロボットが位置していても部屋の壁面からの距離を正しく検知することが可能である旨の技術内容が提案されている。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 03-113386 and 05-143155 are known as prior arts related to the
Among them, in Japanese Patent Laid-Open No. 03-113386, an efficient ultrasonic transceiver capable of adjusting the resonance frequency can be obtained by making the length of the cylindrical portion from the electroacoustic transducer to the horn portion variable. The technical contents to the effect have been proposed.
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 05-143155, a distance sensor for a cleaning robot is provided so as to be movable in the vertical direction, so that the distance from the wall surface of the room can be detected correctly regardless of where the cleaning robot is located. The technical content to the effect is proposed.
しかしながら、上述した関連技術にあっては、図7乃至図8に示したように、例えば2つの異なった感知角度範囲を得るためには、指向性の狭い遠距離用および指向性の広い近距離用の異なったホーン部材を備えた超音波センサを、個別に設ける必要がある。このため装置全体としては、大幅なコストアップを来すという不都合があった。又、遠距離用と近距離用の切換え使用に際しては、測定対象範囲が段階的に設定されるため、特に停止で使用する場合には測定出来ない死角が存在するという不都合がある。 However, in the related art described above, as shown in FIGS. 7 to 8, for example, in order to obtain two different sensing angle ranges, for a long distance with a narrow directivity and a short distance with a wide directivity. Therefore, it is necessary to separately provide ultrasonic sensors having different horn members. For this reason, there has been a disadvantage that the entire apparatus is greatly increased in cost. Further, when switching between long distance use and short distance use, the measurement target range is set in a stepwise manner, and there is an inconvenience that there is a blind spot that cannot be measured, particularly when used at a stop.
〔発明の目的〕
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、一の超音波センサを用いて所望する複数の感知角度範囲を任意に設定することのできる超音波センサ装置およびセンサ位
置可変設定装置を提供することを、その目的とする。
(Object of invention)
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an ultrasonic sensor device and a sensor position variable setting device capable of arbitrarily setting a plurality of desired sensing angle ranges using one ultrasonic sensor. The purpose is to provide
上記目的を達成すため、本発明にかかる超音波センサ装置は、空中伝搬用の超音波を送受信する超音波センサと、この超音波センサによる超音波の送受信時に機能し当該超音波センサの指向性を設定するホーン部を備えたホーン機構とを有する。
更に、本発明にかかる超音波センサ装置は、前述したホーン機構に、前記超音波センサを保持すると共に当該超音波センサを前記ホーン部の中心線に沿ってその設置位置を変化させる手段を備えたセンサ移送保持機構を併設する。
In order to achieve the above object, an ultrasonic sensor device according to the present invention functions as an ultrasonic sensor that transmits and receives ultrasonic waves for aerial propagation, and functions when ultrasonic waves are transmitted and received by the ultrasonic sensors. A horn mechanism provided with a horn part for setting
The ultrasonic sensor device according to the present invention further includes means for holding the ultrasonic sensor and changing the installation position of the ultrasonic sensor along the center line of the horn unit in the horn mechanism described above. A sensor transfer holding mechanism is also provided.
そして、このセンサ移送保持機構を、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部の中心線に沿って移送する雄ねじ部材と、この雄ねじ部材がその中心線に沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ部材保持機構と、前記雄ねじ部材に対して前記ホーン部の中心線に沿った移送力を付勢する移送力付勢機構とを含む構成としたことを特徴とする。 Then, a male screw member that moves the sensor transfer holding mechanism along the center line of the horn portion while the ultrasonic sensor is fixedly held at the tip thereof, and the male screw member reciprocates along the center line. And a male screw member holding mechanism that holds the male screw member and a transfer force biasing mechanism that biases the male screw member along a center line of the horn portion. It is characterized by.
又、上記目的を達成すため、本発明にかかるセンサ位置可変設定装置は、ホーン部内に配設された超音波センサを一端部で保持すると共に当該ホーン部の中心線に沿って配設された雄ねじ部材と、この雄ねじ部材をその中心線に沿って往復移動自在に保持する雄ねじ部材保持機構と、前記雄ねじ部材に対しその中心線に沿った往復移動を付勢する移送力付勢機構とを備えている。
更に、本発明にかかるセンサ位置可変設定装置は、前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材が前記中心線に沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ保持ユニットと、この雄ねじ保持ユニットに装備され前記雄ねじ部材の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材の往復移動の範囲を設定するガイド機構部とにより構成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the variable sensor position setting device according to the present invention holds the ultrasonic sensor disposed in the horn portion at one end and is disposed along the center line of the horn portion. A male screw member, a male screw member holding mechanism that holds the male screw member so as to be reciprocally movable along a center line thereof, and a transfer force biasing mechanism that biases the male screw member to reciprocate along the center line thereof. I have.
Furthermore, the sensor position variable setting device according to the present invention includes a male screw holding unit that holds the male screw member while allowing the male screw member to reciprocate along the center line. A male screw holding unit is provided with a guide mechanism that prevents the male screw member from rotating and sets a range of reciprocal movement of the male screw member.
本発明は、上述したように構成し、超音波センサをホーン部内に中心線に沿って往復移動可能に装備したので、これによると、一つの超音波センサでその装備位置を可変設定することによりその指向性(感知角度範囲)を連続的に可変設定することができ、遠距離用と近距離用と更には中距離用の各指向性を連続して可変設定できるので、これにより、切り換え使用時の死角の発生を確実に排除することができ、更に、一台の装置で遠距離用と近距離用と中距離用に自在に切り換え設定が容易な構成としたので、長さの異なるホーン部を備えた複数台の装置の設置が不要となり、かかる点において装置全体のコストを有効に低減するができるという優れた効果を奏する超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置を提供することができる。 The present invention is configured as described above, and the ultrasonic sensor is installed in the horn so as to be reciprocable along the center line. Therefore, according to this, by setting the equipment position variably with one ultrasonic sensor, The directivity (sensing angle range) can be variably set continuously, and the directivity for long distance, short distance, and even medium distance can be variably set continuously, so that switching use The generation of blind spots at the time can be reliably eliminated, and the horns with different lengths can be switched easily for long-distance, short-distance, and medium-distance with a single device. It is possible to provide an ultrasonic sensor device and a sensor position variable setting device that have an excellent effect that it is possible to effectively reduce the cost of the entire device in this respect, because it is not necessary to install a plurality of devices including a unit.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図1乃至図3に基づいて説明する。
まず、図1において、符号10は、自走式パーソナルロボットの腹部1Aに装備された超音波センサ装置を示す。この超音波センサ装置10は、空中伝搬用の超音波を送受信する超音波センサ11と、この超音波センサ11による超音波の送受信時に機能し当該超音波センサ11の指向性(指向特性)を設定するホーン部13を有するホーン機構12とを備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
First, in FIG. 1, the code |
このホーン部13は、前記超音波センサ11の設置を許容すると共に当該超音波センサ11の往復移動を許容する筒状空間部13Aを備えている。
又、このホーン部13は、上記筒状空間部13Aの開口側(図1の左側方向に開口されている)で当該筒状空間部13Aに連続して一体的に設けられ且つ前記超音波センサ11により送受信される超音波を案内する共に当該超音波の前述した指向性を特定する音波ガイド部13Bとを備えている。
The
The
このホーン部13を構成する上記筒状空間部13Aと音波ガイド部13Bの長さは、本第1実施形態では、筒状空間部13Aの長さLに対して音波ガイド部13Bの長さは2倍の2Lに設定されている。即ち、ホーン部13の全体的な長さは、筒状空間部13Aの筒の長さLに対して3倍の3Lの長さに設定されている。
In the first embodiment, the length of the
これにより、筒状空間部13A内に装備された超音波センサ11により送受信される超音波は、後述するように、その位置によって定まる指向性をもって、音波ガイド部13Bから外部へ放射され又は到来する超音波を集束し案内するようになっている。
Thereby, the ultrasonic waves transmitted and received by the
ここで、上記ホーン部13の音波ガイド部13Bは、図1の左端部方向に開口部12aを備えた断面ラッパ状を形成されている。この音波ガイド部13Bの前記ラッパ状曲線は対数曲線を成し、これによって超音波センサの稼働時における超音波の入出力時のエネルギ損失が有効に低減されるようになっている。
Here, the sound
前記ホーン機構12には、前記超音波センサ11を保持すると共に当該超音波センサ11を前記ホーン部13の中心線CLに沿ってその設置位置を変化させる手段を備えたセンサ移送保持機構20が併設されている。
The
このセンサ移送保持機構20は、具体的には、その先端部に前記超音波センサ11を固着保持しつつ移送する雄ねじ部材21と、この雄ねじ部材21をその中心線CLに沿って往復移動自在に保持する雄ねじ部材保持機構22と、前記雄ねじ部材21に対して当該雄ねじ部材21の中心線に沿って移送力を付勢する移送力付勢機構30とを備えている。
Specifically, the sensor transfer holding mechanism 20 has a
ここで、上述したホーン部13内に配設された超音波センサ11を一端部で保持すると共に当該ホーン部13の中心線CLに沿って配設された雄ねじ部材21と、この雄ねじ部材21をその中心線CLに沿って往復移動自在に保持する雄ねじ部材保持機構22と、前記雄ねじ部材21に対しその中心線CLに沿った往復移動を付勢する移送力付勢機構30とにより、センサ位置可変設定装置が構成されている。
Here, the
この内、雄ねじ部材保持機構22は、前述した雄ねじ部材21が前記中心線CLに沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材21を保持する雄ねじ保持ユニット23と、この雄ねじ保持ユニット23に装備され前記雄ねじ部材21の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材21の往復移動の範囲を設定するガイド機構部24とにより構成されている。
The male screw
これにより、雄ねじ部材21は超音波センサ11を保持した状態で回転することなくその中心線CLに沿って往復移動され、遠距離用又は近距離用の指向性(超音波の広がり角度)が許容された所定の角度の範囲内で、連続して可変設定されるようになっている。
Thereby, the
ガイド機構部24は、具体的には、雄ねじ部材21に当該雄ねじ部材21の中心線CLに沿って形成された貫通長穴24Aと、この貫通長穴24Aに前記雄ねじ保持ユニット23側から当該雄ねじ保持ユニット23を貫通して遊挿されたガイドピン24Bとにより構成されている。このガイドピン24Bは雄ねじ保持ユニット23に固着されている。
Specifically, the
これにより、雄ねじ部材21は貫通長穴24A部分でガイドピン24Bに係合され、その回転が阻止された状態で前記ホーン部13の中心線CLに沿って往復移動可能に設定されている。
Thereby, the
ここで、上記保持ユニット23は、下端部が前述した自走式パーソナルロボットの腹部1A内のベース部材1Bに固着保持され、更に前述したホーン部13の中心線CLに合わせて当該ホーン部13の筒状空間部13Aを外側から保持する構成となっている。
Here, the holding
前述した雄ねじ部材21は、一方の端部に前記ホーン部13内の前記超音波センサ11を保持するセンサ保持部21Aを有し、他方の端部に前記移送力付勢機構30によって駆動される被駆動部21Bを備えている。この被駆動部21Bは、本第1実施形態では被駆動ネジ部で構成されている。そして、この被駆動ネジ部(被駆動部)21Bの長さEは、前述したホーン部13内部に装備された超音波センサ11の往復移動距離Fよりも大きい寸法に設定されている。
The
また、上記移送力付勢機構30は、雄ねじ部材21の前記被駆動ネジ部(被駆動部)21Bに外接状態で噛合すると共に当該被駆動ネジ部に移送力を付勢する外接駆動ねじ部32と、この外接駆動ねじ部32を低速状態で回転駆動する駆動モータ33と、この駆動モータ33の回転動作を制御するモータ制御部34とにより構成されている。
Further, the transfer force biasing mechanism 30 is externally engaged with the driven screw portion (driven portion) 21B of the
ここで、外接駆動ねじ部32は、本第1実施形態ではそのネジ構造として前述した雄ねじ部材21の前記被駆動ネジ部(被駆動部)21Bに対して逆ネジを採用している。これにより、この外接駆動ねじ部32は雄ねじ部材21の前記被駆動ネジ部(被駆動部)21Bに対して円滑に噛合し、駆動モータ33の回転力を雄ねじ部材21に円滑に伝達し得るようになっている。
Here, the circumscribed
又、駆動モータ33は正転及び逆転が可能に構成され、モータ制御部34はオペレータから入力される指令(図示せず)に基づいて駆動モータ33の正転又は逆転及び回転速度を任意に設定制御可能に構成されている。
これにより、雄ねじ部材21はその先端部に保持した超音波センサ11をホーン部13の中心線CLに沿って微小単位で往復移動することが可能となり、これがため、超音波センサ11の指向性の大きさが微小単位で微細に可変設定されるようになっている。
The
As a result, the
(全体的動作)
次に、本第1実施形態の動作を説明する。
まず、前記ホーン部13内の超音波センサ11を図2(A)の状態(最深部)に配置した後、装置全体を稼働状態に設定すると、超音波センサ11から出力される超音波の指向性はホーン部13の集束作用により図2(A)の狭い扇状の広がりKs となり、広がりの狭い(その分、感度が高められた)遠距離用の指向性Ks が設定される。この場合、捕捉対象物がこの狭い指向性内に存在すると、かなり遠距離にあっても容易に捕捉することができる。図中、星印aは捕捉された捕捉対象物の位置を示す。
(Overall operation)
Next, the operation of the first embodiment will be described.
First, after the
次に、前述した移送力付勢機構30を稼働させて超音波センサ11を図2(B)の状態(図1における移動距離Fを移動)に設定する。
この場合、移送力付勢機構30では、オペレータからに指令に従って、モータ制御部34が作動し制御指令が駆動モータ33に伝達され、これによって雄ねじ部材21が回転駆動されて図2(B)の矢印Pの方向に移動距離Fだけ移送され、これによって、雄ねじ部材21の先端部に保持された超音波センサ11が前述した移動距離Fを移動し、図2(B)の状態に設定される。
Next, the transfer force biasing mechanism 30 described above is operated to set the
In this case, in the transfer force urging mechanism 30, the
この間、駆動モータ33の回転移送力は原動ねじ部である外接駆動ねじ部32を介して雄ねじ部材21の被駆動ネジ部21に伝達され、この被駆動ネジ部21によって雄ねじ部材21の中心軸線に沿った直線的な移送力に変換される。
During this time, the rotational transfer force of the
この場合、被駆動ネジ部21による直線的な移送力への変換は、雄ねじ部材21が雄ねじ部材保持機構22に往復移動自在に保持されると共にガイド機構部24によってその回転動作が阻止されているため、被駆動ネジ部21も回転しない状態に設定されている。このため、原動ねじ部である外接駆動ねじ部32の回転力は被駆動ネジ部21によって中心軸線に沿った直線移動力へと確実に効率よく変換され、これにより、前述した超音波センサ11は高精度に直線的に移送され、その移送先で保持される。
In this case, in the conversion to the linear transfer force by the driven
上記図2(B)の状態は、超音波センサ11がホーン部13の開口部13aに近い位置にあり、これがため、前述したホーン部13の集束作用が幾分緩和されて図2(B)の広い扇状の広がりとなり、広がりの広い(その分、感度が下がる)近距離用の指向性Kw が設定される。この場合、捕捉対象物bがこの広い指向性Kw 内に存在すると、中心線CL上からかなり脇に外れたものに対しても容易に捕捉することができる。即ち、捕捉範囲が広げられた状態となる。図中、星印bは捕捉された捕捉対象物の位置を示す。
In the state of FIG. 2 (B), the
ここで、上記内容をまとめると以下のようになる。
距離測定時、図1のモータ制御部34により駆動モータ33を正回転/逆回転させることにより、超音波センサ11をホーン部13の中で前後方向に任意の位置に配置することが可能となる。図1にて説明したように、ホーン形状に対する超音波センサ11の位置を変えることで、超音波センサ11の特性は変化する。図2(A)(B)には、自走式パーソナルロボット、測定対象物a,bの位置関係、ホーン部13、および超音波センサ11の位置関係を示す。
Here, the above contents are summarized as follows.
At the time of distance measurement, the
そして、図2(A)のように、超音波センサ11をホーン部13の奥側(深部)に配置させると、測定対象範囲(指向性)は遠距離狭角の指向性Ksとなり、自走式パーソナルロボットは遠方にある測定対象物aの距離を測定することが可能となる。
Then, as shown in FIG. 2A, when the
一方、図2(B)のように、超音波センサ11をホーン部13の外側(開口部12aに近い位置)に配置させると、測定対象範囲(指向性)は近距離広角の指向性Kwとなり、自走式パーソナルロボットは、広角にある近距離の測定対象物bの距離を容易に測定することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the
尚、上記第1実施形態における上記移送力付勢機構30にあっては、雄ねじ部材21の前記被駆動ネジ部(被駆動部)21Bに外接状態で噛合して当該被駆動ネジ部に移送力を付勢する外接駆動ねじ部32を装備した場合を例示したが、本発明は移送力付勢機構を被駆動ネジ部(被駆動部)21Bとを外接駆動ねじ部32に限定するものではなく、例えば向きの異なったウオーム歯車を組合せ装備したものであってもよい。
In the transfer force biasing mechanism 30 in the first embodiment, the driven screw portion (driven portion) 21B of the
(第1実施形態の効果)
第一の効果は、測定対象範囲を無段階に、或いは多段階に網羅することが可能になることである。
図3(A)に示す遠距離狭角用と近距離広角用の2つの超音波センサを実装した公知の関連技術では、図3(A)の測定対象範囲K1 は段差のある形状となり、例えば自走式パーソナルロボットにこれを装備した場合、座標位置(S1、S3)に位置する測定対象物aは、測定が不可能である。
(Effect of 1st Embodiment)
The first effect is that the measurement target range can be covered steplessly or in multiple steps.
In the known related technology in which the two ultrasonic sensors for long-distance narrow angle and short-distance wide angle shown in FIG. 3 (A) are mounted, the measurement target range K1 in FIG. 3 (A) has a stepped shape. When this is mounted on a self-propelled personal robot, the measurement object a located at the coordinate position (S1, S3) cannot be measured.
一方、本第1実施形態では、遠距離狭角と近距離広角の間を無段階で調節することが出来るため、自走式パーソナルロボットにこれを装備した場合、測定対象範囲K2 は図3(B)に示すように段差の無い形状となり、自走式パーソナルロボットの座標位置(L1、S3)に位置する測定対象物aの測定が可能となる。これにより、測定機能が向上し、製品の安全性能アップなどにつながる。 On the other hand, in the first embodiment, the distance between the long-distance narrow angle and the short-distance wide angle can be adjusted steplessly. Therefore, when the self-propelled personal robot is equipped with this, the measurement target range K2 is as shown in FIG. As shown in B), the shape has no step, and the measurement object a located at the coordinate position (L1, S3) of the self-propelled personal robot can be measured. As a result, the measurement function is improved and the safety performance of the product is improved.
第二の効果は、装置の小型化が実現できることである。従来、測定対象範囲を広く持つために、異なる特性の超音波センサを複数実装するか或いは同種超音波センサをホーン形状を変えて複数実装する、などの手段がとられてきた。
これに対し、本第1実施形態では、一の超音波センサと固定されたホーン形状でその特性を任意に可変し、測定対象を広範囲化することができるため、従来より複数必要としていた超音波センサやホーン形状の実装スペースを大幅に縮小することが可能となる。
The second effect is that the apparatus can be miniaturized. Conventionally, in order to have a wide range to be measured, measures such as mounting a plurality of ultrasonic sensors having different characteristics or mounting a plurality of same-type ultrasonic sensors by changing the horn shape have been taken.
On the other hand, in the first embodiment, the characteristic can be arbitrarily varied with one ultrasonic sensor and a fixed horn shape, and the measurement object can be widened. The mounting space for sensors and horns can be greatly reduced.
第三の効果は、前述の第二の効果と同様な理由で、部品点数の削減が可能となり、装置全体のコストダウンを実現することができる。 According to the third effect, the number of parts can be reduced for the same reason as the second effect, and the cost of the entire apparatus can be reduced.
このように、本第1の実施形態の超音波センサ装置にあっては、上述したように構成され機能するので、これによると、超音波センサ11をホーン部12内に中心線CLに沿って往復移動可能に装備したので、これによると、一つの超音波センサ11でその装備位置を可変設定することによりその指向性(感知角度範囲)を連続的に可変設定することができ、遠距離用と近距離用と更には中距離用の各指向性を連続して可変設定できるので、これにより、切り換え使用時の死角の発生を確実に排除することができ、更に、一台の装置で遠距離用と近距離用と中距離用に自在に切り換え設定が容易な構成としたので、長さの異なるホーン部を備えた複数台の装置の設置が不要となり、かかる点において装置全体のコストを有効に低減するができるという優れた効果を奏する超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置を提供することができる。
Thus, since the ultrasonic sensor device of the first embodiment is configured and functions as described above, according to this, the
〔第2の実施形態〕
次に、第2の実施形態を図4(A)(B)に基づいて説明する。
ここで、前述した第1実施形態における各構成部材と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
Here, the same code | symbol shall be used about the structural member same as each structural member in 1st Embodiment mentioned above.
この第2の実施形態は、オペレータによる外部からの操作によって超音波センサ装置における超音波センサの指向性を可変設定させるように構成した点に特徴を有する。
ここで、図4(A)は本第3実施形態における超音波センサ装置40の断面図、図4(B)は図4(A)の矢印A方向からみた正面図である。
The second embodiment is characterized in that the directivity of the ultrasonic sensor in the ultrasonic sensor device is variably set by an external operation by the operator.
Here, FIG. 4A is a cross-sectional view of the
この第2の実施形態における超音波センサ装置40は、前述した図1に開示した第1実施形態の場合と同様に、超音波センサ11と、この超音波センサ11による超音波の送受信時に機能し当該超音波センサ11の指向性を設定するホーン部13を備えたホーン機構12と、このホーン機構12の前記超音波センサ11を保持すると共に当該超音波センサ11を前記ホーン部の中心線CLに沿ってその設置位置を変化させるセンサ移送保持機構41とを備えている。
The
この内、センサ移送保持機構41は、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部13の中心線CLに沿って移送する雄ねじ部材21と、この雄ねじ部材21がその中心線に沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材21を保持する雄ねじ部材保持機構22と、前記雄ねじ部材21に対して前記ホーン部13の中心線CLに沿った移送力を付勢する移送力付勢機構42とを備えている。
Among these, the sensor
そして、雄ねじ部材21に移送力を付勢する移送力付勢機構42は、本第2実施形態では、雄ねじ部材21の被駆動ネジ部21Bに螺合された円盤状の駆動ダイヤル42Aと、この駆動ダイヤル42Aに係合され当該駆動ダイヤル42Aの回転を許容すると共に当該駆動ダイヤル42Aと前記ホーン機構12との離間距離を常時一定に保持する定位置保持部材42Bとを備えている。
In the second embodiment, the transfer
符号44は、超音波センサ装置40を収納した筐体を示す。この筐体44の内底部44Aに定位置保持部材42Bが固着装備されている。又、この筐体44の上面カバー44B部分には、前述した駆動ダイヤル42Aを上面に向けて突設させるための長穴部44Baが設けられ、この長穴部44Ba部分から突設された前記駆動ダイヤル42Aをオペレータが駆動可能に構成されている。
この第2の実施形態によると、オペレータによる外部操作によって手動で前述した超音波センサ11の指向性を遠距離用と近距離用と中距離用とに自在に切り換え設定が可能となり、そのための操作が極めて容易となり、作業性が極めて良好なものとなっている。
その他の構成およびその作用効果は、前述した第1実施形態と同一となっている。
According to the second embodiment, the directivity of the
Other configurations and the operation and effects thereof are the same as those of the first embodiment described above.
〔第3の実施形態〕
次に、第3の実施形態を図5(A)(B)に基づいて説明する。
ここで、前述した第1実施形態における各構成部材と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.
Here, the same code | symbol shall be used about the structural member same as each structural member in 1st Embodiment mentioned above.
この第3の実施形態は、前述した図4に開示した第2実施形態の場合と同様に、オペレータによる外部からの操作によって超音波センサ装置における超音波センサの指向性を可変設定させるように構成した点に特徴を有する。ここで、図5(A)は本第3実施形態における超音波センサ装置50の断面図、図5(B)は図5(A)の矢印A方向からみた正面図である。
The third embodiment is configured to variably set the directivity of the ultrasonic sensor in the ultrasonic sensor device by an external operation by the operator, as in the case of the second embodiment disclosed in FIG. 4 described above. It has the feature in the point. Here, FIG. 5A is a cross-sectional view of the
この第3の実施形態における超音波センサ装置50は、前述した第1実施形態(図1)の場合と同様に、超音波センサ11と、この超音波センサ11による超音波の送受信時に機能し当該超音波センサ11の指向性を設定するホーン部13を備えたホーン機構12と、このホーン機構12の前記超音波センサ11を保持すると共に当該超音波センサ11を前記ホーン部の中心線CLに沿ってその設置位置を変化させるセンサ移送保持機構51とを備えている。
As in the case of the first embodiment (FIG. 1) described above, the
上記センサ移送保持機構51は、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部13の中心線CLに沿って移送する雄ねじ部材21と、この雄ねじ部材21がその中心線CLに沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材21を保持する雄ねじ部材保持機構52と、前記雄ねじ部材21に対して前記ホーン部13の中心線CLに沿った移送力を付勢する移送力付勢機構53とを備えている。
The sensor
この内、雄ねじ部材保持機構52は、前述した雄ねじ部材21の被駆動ネジ部21B部分で当該雄ねじ部材21を保持すると共に当該雄ねじ部材21がその中心線CLに沿って回転しつつ往復移動するのを許容する雄ねじ用保持部材52Aを備えて構成されている。そして、この雄ねじ用保持部材21Aと当該雄ねじ用保持部材21Aに前記被駆動ネジ部21Bに対応して設けられた雌ねじ部21Bとにより、前述した雄ねじ部材保持機構52が構成されている。
Among these, the male screw
又、被駆動ネジ部(被駆動部)21Bの図5に設定した状態における前記ホーン部13側のネジ部分の長さをRとした場合、このRは、前述したホーン部13内部に装備された超音波センサ11の往復移動距離Fよりも大きい寸法(R>F)に設定されている。
Further, when the length of the screw portion on the
又、移送力付勢機構53は、本第3実施形態では前記雄ねじ部材21の前記超音波センサ11側とは反対側の端部に固着された円盤状の駆動ダイヤルにより構成されている。符号55は、前記ホーン部13及び雄ねじ部材保持機構52を収納した筐体を示す。
そして、この筐体54の内底部54Aに、前述した雄ねじ部材保持機構52が固着装備されている。
Further, in the third embodiment, the transfer
The above-described male screw
更に、前述した雄ねじ部材21の被駆動ネジ部21Bの端部に、ネジが付されない状態の延設部21Cが前記筐体54の外部に延設されている。そして、この被駆動ネジ部21Bの延設部21Cに前記移送力付勢機構53を構成する円盤状の駆動ダイアルが固着装備されている。
Further, an
このため、この駆動ダイアル(移送力付勢機構)53をオペレータが外部から回転駆動することにより、その回転の方向に合わせて前述した超音波センサ11が雄ねじ部材2と共に回転しつつ前記ホーン部13の中心線CLに沿って微細に且つ連続的に往復移動され、同時に高精度にその位置設定がなされることとなる。この第3実施形態は、比較的奥行きの短い装置に適する構造である。
その他の構成およびその作用効果は前述した第1実施形態と同一となっている。
For this reason, when the operator rotates the drive dial (transfer force urging mechanism) 53 from the outside, the
Other configurations and the effects thereof are the same as those of the first embodiment described above.
〔応用例〕
前述した各実施形態の内、第2乃至第3の各実施形態は、例えば電子ペンシステムなどの受信装置として有効利用できる。
この電子ペンシステムは、超音波発信器を有するペンの位置を、超音波センサを有する受信装置(レシーバ)で測定し、描画データをパソコンに送るシステムである。図6にその使用状態の概要を示す。
[Application example]
Of the above-described embodiments, the second to third embodiments can be effectively used as a receiving device such as an electronic pen system.
This electronic pen system is a system in which the position of a pen having an ultrasonic transmitter is measured by a receiving device (receiver) having an ultrasonic sensor, and drawing data is sent to a personal computer. FIG. 6 shows an outline of the usage state.
この図6に示すように、例えば、レシーバ40と表示投影範囲70を離して使用する場合は、レシーバ40の測定対象範囲Ks を遠距離狭角用に設定する。逆に、レシーバ40と表示投影範囲70を近づけて使用する場合は、レシーバ40の測定対象範囲Kw を近距離広角用に設定する。
As shown in FIG. 6, for example, when the
この電子ペンシステムのように、超音波センサ装置の指向性(指向特性)を、使用中に常に可変設定して精密測定する必要場合に、手動可変の構造を使用すると、迅速に対応し得る手動方式の第2乃至第3の各実施形態の超音波センサ装置が実用性が高い。 When the directivity (directivity characteristic) of the ultrasonic sensor device is variably set during use and precise measurement is required as in this electronic pen system, the manual variable structure can be used for manual operation. The ultrasonic sensor devices according to the second to third embodiments of the method are highly practical.
超音波を利用した距離測定装置およびこれに類する電子機器全般に利用可能である。 The present invention can be used for a distance measuring device using ultrasonic waves and general electronic devices similar thereto.
10,40,50 超音波センサ装置
11 超音波センサ
12 ホーン機構
13 ホーン部
13A 筒状空間部
13B 音波ガイド部
20,41,51 センサ移送保持機構
21 雄ねじ部材
21A センサ保持部
21B 被駆動ネジ部(被駆動部)
22,52 雄ねじ部材保持機構
23 保持ユニット
24 ガイド機構部
24A 貫通長穴
24B ガイドピン
30,42 移送力付勢機構
32 外接駆動ねじ部
33 駆動モータ
34 モータ制御部
42A 駆動ダイヤル
42B 定位置保持部材
53 駆動ダイヤル(移送力付勢機構)
a,b 障害物
Ks 測定対象範囲(遠距離狭角用)
Kw 測定対象範囲(菌距離広角用)
CL 中心線
10, 40, 50
22, 52 Male screw
a, b Obstacle Ks Measurement range (for long-distance narrow angle)
Kw measurement target range (for bacteria distance wide angle)
CL center line
Claims (9)
前記ホーン機構に、前記超音波センサを保持すると共に当該超音波センサを前記ホーン部の中心線に沿ってその設置位置を変化させる手段を備えたセンサ移送保持機構を併設し、
このセンサ移送保持機構を、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部の中心線に沿って移送する雄ねじ部材と、この雄ねじ部材がその中心線に沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ部材保持機構と、前記雄ねじ部材に対して前記ホーン部の中心線に沿った移送力を付勢する移送力付勢機構とを含む構成としたことを特徴とする超音波センサ装置。 Ultrasonic sensor device having an ultrasonic sensor that transmits and receives ultrasonic waves for propagation in the air, and a horn mechanism that includes a horn unit that functions when ultrasonic waves are transmitted and received by the ultrasonic sensors and sets the directivity of the ultrasonic sensors In
The horn mechanism is provided with a sensor transfer holding mechanism that includes means for holding the ultrasonic sensor and changing the installation position of the ultrasonic sensor along the center line of the horn unit,
A male screw member that moves the sensor transfer holding mechanism along the center line of the horn while holding the ultrasonic sensor firmly at its tip, and the male screw member reciprocates along the center line. A male screw member holding mechanism that allows and holds the male screw member and a transfer force biasing mechanism that biases a transfer force along a center line of the horn portion with respect to the male screw member. An ultrasonic sensor device.
前記ホーン部を、前記超音波センサの設置を許容すると共に当該超音波センサの前記往復移動を許容する筒状空間部と、この筒状空間部の開口側に当該筒状空間部と一体的に設けられ且つ前記超音波センサにて送受信される超音波を案内する共に当該超音波の前記指向性を特定する音波ガイド部とにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。 The ultrasonic sensor device according to claim 1,
The horn portion is integrated with the cylindrical space portion on the opening side of the cylindrical space portion, and the cylindrical space portion that allows the ultrasonic sensor to be installed and the reciprocating movement of the ultrasonic sensor. An ultrasonic sensor device comprising: a sound wave guide unit that guides an ultrasonic wave that is provided and is transmitted and received by the ultrasonic sensor and that specifies the directivity of the ultrasonic wave.
前記雄ねじ部材を、一方の端部に前記ホーン部内の前記超音波センサを保持するセンサ保持部を有すると共に他方の端部に前記移送力付勢機構によって駆動される被駆動部が形成されて成る構成としたことを特徴とする超音波センサ装置。 The ultrasonic sensor device according to claim 2,
The male screw member has a sensor holding portion for holding the ultrasonic sensor in the horn portion at one end portion, and a driven portion driven by the transfer force biasing mechanism is formed at the other end portion. An ultrasonic sensor device characterized by having a configuration.
前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材が前記中心線に沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ保持ユニットと、この雄ねじ保持ユニットに装備され前記雄ねじ部材の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材の往復移動の範囲を設定するガイド機構部とにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。 The ultrasonic sensor device according to claim 3,
A male screw holding unit that holds the male screw member while allowing the male screw member to reciprocate along the center line, and a rotation operation of the male screw member that is provided in the male screw holding unit. An ultrasonic sensor device comprising: a guide mechanism unit that blocks and sets a range of reciprocal movement of the male screw member.
前記雄ねじ部材の前記被駆動部を被駆動ネジ部で構成すると共に、
前記移送力付勢機構を、前記雄ねじ部材の前記被駆動ネジ部に外接状態で噛合すると共に当該被駆動ネジ部に移送力を付勢する外接駆動ねじ部と、この外接駆動ねじ部を低速状態で回転駆動する駆動モータと、この駆動モータの回転動作を制御するモータ制御部とにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。 The ultrasonic sensor device according to claim 3,
While configuring the driven portion of the male screw member with a driven screw portion,
The transfer force biasing mechanism meshes with the driven screw portion of the male screw member in a circumscribing state and an external drive screw portion that biases the transfer force to the driven screw portion, and the circumscribed drive screw portion in a low speed state. An ultrasonic sensor device comprising: a drive motor that is rotationally driven by a motor; and a motor control unit that controls a rotational operation of the drive motor.
前記ガイド機構部を、前記雄ねじ部材に当該雄ねじ部材の中心線に沿って形成された貫通長穴と、この貫通長穴に前記雄ねじ保持ユニット側から当該雄ねじ保持ユニットを貫通して遊挿されたガイドピンとにより構成したことを特徴とした超音波センサ装置。 The ultrasonic sensor device according to claim 5,
The guide mechanism portion is loosely inserted through the male screw holding unit from the male screw holding unit side through a through long hole formed in the male screw member along the center line of the male screw member. An ultrasonic sensor device comprising a guide pin.
前記移送力付勢機構を、前記雄ねじ部材の前記被駆動ネジ部に螺合された円盤状の駆動ダイヤルと、この駆動ダイヤルに係合され当該駆動ダイヤルの回転を許容すると共に当該駆動ダイヤルと前記ホーン機構との離間距離を常時一定に保持する定位置保持部材とを含む構成としたことを特徴とする超音波センサ装置。 The ultrasonic sensor device according to claim 2,
The transfer force urging mechanism includes a disk-like drive dial screwed into the driven screw portion of the male screw member, and the drive dial is allowed to rotate while being engaged with the drive dial. An ultrasonic sensor device comprising a fixed-position holding member that always holds a separation distance from a horn mechanism constant.
前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材の前記被駆動ネジ部に螺合した状態で当該雄ねじ部材を保持すると共に当該雄ねじ部材をその中心線に沿って回転しつつ往復移動するのを許容する雄ねじ用保持部材により構成すると共に、
前記移送力付勢機構を、前記雄ねじ部材の前記超音波センサ側とは反対側の端部に固着された円盤状の駆動ダイヤルにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。 The ultrasonic sensor device according to claim 2,
A male screw that holds the male screw member in a state in which the male screw member holding mechanism is screwed to the driven screw portion of the male screw member and allows the male screw member to reciprocate while rotating along the center line. With a holding member for
The ultrasonic sensor device, wherein the transfer force urging mechanism is constituted by a disk-shaped drive dial fixed to an end of the male screw member opposite to the ultrasonic sensor side.
前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材が前記中心線に沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ保持ユニットと、この雄ねじ保持ユニットに装備され前記雄ねじ部材の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材の往復移動の範囲を設定するガイド機構部とにより構成したことを特徴とするセンサ位置可変設定装置。 The ultrasonic sensor disposed in the horn portion is held at one end, and a male screw member disposed along the center line of the horn portion, and the male screw member is reciprocally held along the center line. A male screw member holding mechanism; and a transfer force urging mechanism for urging the male screw member to reciprocate along a center line thereof, wherein the male screw member is reciprocated along the center line. A male screw holding unit that holds the male screw member while allowing the male screw member to be held, and a guide mechanism that is provided in the male screw holding unit and prevents a rotational movement of the male screw member and sets a range of reciprocating movement of the male screw member. A sensor position variable setting device characterized by comprising.
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