JP2017091087A - Autonomous mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律移動体に関する。 The present invention relates to an autonomous mobile body.
非接触センサにより走行する空間内に存在する障害物を検出し障害物との接触や衝突を避けるように走行制御を行う、自走式電気掃除機などの自律移動体が知られている。特許文献1には、赤外線を出射する発光素子(発光部)と、障害物に到達し反射した赤外線を受光する受光素子(受光部)とを有する赤外線センサを備え、障害物で反射された赤外線の受光素子における入射位置から障害物の位置を検出する自律移動体が記載されている。 2. Description of the Related Art An autonomous mobile body such as a self-propelled vacuum cleaner that detects an obstacle existing in a traveling space by a non-contact sensor and performs traveling control so as to avoid contact or collision with the obstacle is known. Patent Document 1 includes an infrared sensor having a light emitting element (light emitting part) that emits infrared light and a light receiving element (light receiving part) that receives infrared light that has reached and reflected the obstacle, and the infrared light reflected by the obstacle. An autonomous moving body that detects the position of an obstacle from the incident position in the light receiving element is described.
受光部が位置検出素子(PSD:Position Sensitive Detector)である場合、障害物の材質や反射率によって、障害物からの反射光の受光部における受光強度は異なる。例えば、障害物が床面の段差である場合、床面の材質(カーペット、タイル、石、畳など)により床の段差からの反射光の受光部における受光強度は異なる。また、床面の色や床面に光沢があるかないかなどにより床面の反射率が異なると、床面の段差からの反射光の受光部における受光強度は異なる。障害物からの反射光の受光部における受光強度が弱いと位置検出精度が低下する。このため、障害物の材質や反射率によっては、障害物の位置を精度良く検出できず、障害物と接触、衝突してしまうおそれがあった。 When the light receiving part is a position detecting element (PSD: Position Sensitive Detector), the light receiving intensity of the reflected light from the obstacle varies depending on the material and reflectance of the obstacle. For example, when the obstacle is a step on the floor surface, the light receiving intensity of the reflected light from the floor step varies depending on the material of the floor surface (carpet, tile, stone, tatami, etc.). Further, if the floor surface reflectance varies depending on the color of the floor surface and whether or not the floor surface is glossy, the light receiving intensity of the reflected light from the steps on the floor surface is different. If the light receiving intensity of the light reflected from the obstacle is weak, the position detection accuracy decreases. For this reason, depending on the material and reflectivity of the obstacle, the position of the obstacle cannot be detected accurately, and there is a possibility that the obstacle may come into contact with or collide with the obstacle.
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、受光部がPSDである場合に、障害物の材質や反射率によらず走行中における障害物との接触や衝突のおそれを低減できる自律移動体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and when the light receiving unit is a PSD, it can autonomously reduce the risk of contact with and collision with an obstacle during travel, regardless of the material or reflectance of the obstacle. The object is to provide a moving body.
本発明は、走行空間内に存在する障害物までの距離に応じて走行制御される自律移動体であって、障害物に測距用光を投射する発光部と、前記測距用光の障害物からの反射光が入射され、入射位置に応じた2つの信号を出力する受光部と、前記2つの信号を用いて障害物までの距離を検出する距離検出部と、前記受光部での受光強度と関連付けされた複数のフィルタパラメータを記憶する記憶部と、前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に応じて移動速度を制御する移動速度制御部と、を備え、前記距離検出部は、前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に対応するフィルタパラメータを前記記憶部から選択し、前記距離の検出において当該フィルタパラメータを用いるものである。 The present invention is an autonomous mobile body that is travel-controlled according to the distance to an obstacle existing in the travel space, and a light emitting unit that projects distance measuring light onto the obstacle, and the obstacle of the distance measuring light A light receiving unit that receives reflected light from an object and outputs two signals corresponding to the incident position, a distance detection unit that detects a distance to an obstacle using the two signals, and a light receiving unit that receives the light. A storage unit that stores a plurality of filter parameters associated with the intensity; and a moving speed control unit that controls a moving speed according to the received light intensity of the reflected light incident on the light receiving unit. A filter parameter corresponding to the received light intensity of the reflected light incident on the light receiving unit is selected from the storage unit, and the filter parameter is used in the detection of the distance.
本発明によれば、受光部がPSDである場合に、障害物の材質や反射率によらず走行中における障害物との接触や衝突のおそれを低減できる。 According to the present invention, when the light receiving unit is a PSD, it is possible to reduce the risk of contact with or collision with an obstacle during travel, regardless of the material and reflectance of the obstacle.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、自律移動体100の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、自律移動体100は、距離センサ10と、距離検出部20と、記憶部30と、走行部40と、走行制御部50と、を備えている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the autonomous
距離センサ10は、自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出するためのセンサであり、発光部11と、受光部12と、を有する。発光部11は、例えば、赤外線発光素子(IRED:Infrared−emitting diode)などであり、障害物Hに測距用光P1を投射する。受光部12は、位置検出素子(PSD:Position Sensitive Detector)である。受光部12は、測距用光P1の障害物Hにおける反射光P2が入射すると、当該反射光の入射位置に応じて2つの信号(光電流I1,I2)を出力する。
The
距離検出部20は、受光部12が出力した2つの信号を用いて自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出する。自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出する方法の詳細については後述する。記憶部30は、受光部12での受光強度と関連付けされた複数のフィルタパラメータを記憶する。ここでフィルタパラメータとは、距離センサ10を介した自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出において、ノイズを除去するために適用するノイズフィルタのサンプリング数である。
The
走行部40は、左右一対の車輪と、車輪を駆動するモータを有する。車輪は、左右がそれぞれ独立して回転する。自律移動体100は、両車輪が同時に回転することによって前進または後退する。また、自律移動体100は、それぞれの車輪が異なる方向に回転するか、一方の車輪が停止し他方の車輪が回転することによって旋回する。
The traveling
走行制御部50は、自律移動体100が、走行空間内に存在する障害物Hに接触または衝突することなく走行するように、距離検出部20において検出した障害物Hまでの距離の情報D1などに基づいて走行部40を制御する。また、走行制御部50は、移動速度制御部51を有している。移動速度制御部51は、受光部12に入射した反射光の受光強度に応じて移動速度を制御する。移動速度制御部51による自律移動体100の移動速度の制御の詳細については後述する。
The
ここで、距離検出部20における、自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出方法について以下で説明する。自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出には三角測量の原理を用いている。
図2は、距離検出部20における、自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出方法について説明する図である。図2に示すように、発光部11で発光された測距用光P1は、投光レンズ13で集光され障害物Hに向けて出射される。障害物Hからの反射光P2は、受光レンズ14を介して受光部12に入射し、入射位置Nにおいて結像する。
Here, a method for detecting the distance from the autonomous
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for detecting the distance from the autonomous
受光部12は、入射位置Nに応じた2つの信号(光電流I1,I2)を出力する。入射位置Nの中心線Cからの距離をx、受光部12の全長をtとすると、2つの光電流I1、I2の比率は、I1/I2=(t/2+x)/(t/2−x)で表すことができる。式を変形すると、x={(I2−I1)/(I1+I2)}×(t/2)で表される。
The
投光レンズ13と障害物Hとの距離L、投光レンズ13と受光レンズ14との間隔をS、受光レンズ14の焦点距離(受光レンズ14と受光部12の結像面との距離)をfとする。なお、投光レンズ13と障害物Hとの距離Lを、自律移動体100から障害物Hまでの距離とみなす。三角測量の原理よりL:S=f:xなので、投光レンズ13と障害物Hとの距離Lは、L=S×(f/x)で表すことができる。上述した入射位置Nの中心線Cからの距離xの式を代入すると、L=S×f/{(I2−I1)/(I1+I2)}/(t/2)で表される。
The distance L between the
受光部12の全長t、投光レンズ13と受光レンズ14との間隔S、受光レンズ14の焦点距離fは既定値である。よって、受光部12が出力する2つの光電流I1,I2を測定することにより、自律移動体100から障害物Hまでの距離(投光レンズ13と障害物Hとの距離L)を検出することができる。
The total length t of the
障害物Hの材質や反射率によって、障害物Hからの反射光P2の受光部12における受光強度は異なる。例えば、カーペットまたは黒い色の床面に段差がある場合、受光部12に入射する反射光の受光強度は小さくなる。PSDの特性上、障害物Hからの反射光P2の受光部12における受光強度が小さいとノイズの影響が大きくなり、自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出精度(位置検出精度)が低下する。
Depending on the material and the reflectance of the obstacle H, the light receiving intensity of the reflected light P2 from the obstacle H in the
反射光P2を受けたときに受光部12が出力する光電流I1,I2の和(I1+I2)は、反射光P2の受光強度の大きさに応じた値になる。つまり、光電流の和(I1+I2)が相対的に大きければ距離センサ10による位置検出精度は相対的に高く、光電流の和(I1+I2)が相対的に小さければ距離センサ10による位置検出精度は相対的に低くなる。よって、受光強度は、光電流I1,I2の和(I1+I2)を求めることにより検出できる。
The sum (I1 + I2) of the photocurrents I1 and I2 output from the
距離センサ10を介した自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出において、ノイズの影響が大きい場合は適用するノイズフィルタのサンプリング数を増やす必要がある。距離検出部20は、受光部12に入射した反射光の受光強度に対応するフィルタパラメータ(サンプリング数)を記憶部30から選択する。そして、自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出において適用するノイズフィルタのフィルタパラメータを、記憶部30から選択したフィルタパラメータとする。
In the detection of the distance from the autonomous
図3は、記憶部30におけるフィルタパラメータの保存形態について説明する図である。図3に示すように、複数のフィルタパラメータは、対応する受光強度と関連付けて保存されている。フィルタパラメータNAは、受光強度がAである場合に最適なノイズフィルタのフィルタパラメータである。同様に、フィルタパラメータNBは受光強度がBである場合、フィルタパラメータNCは受光強度がCである場合、フィルタパラメータNDは受光強度がDである場合、にそれぞれ最適なノイズフィルタのフィルタパラメータである。受光強度A〜Dはそれぞれ大きさが異なる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the storage mode of the filter parameters in the
上述したように反射光P2を受けたときに受光部12が出力する光電流I1,I2の和(I1+I2)は反射光P2の受光強度の大きさに応じた値になることから、受光強度を光電流I1,I2の和(I1+I2)の大きさとしてもよい。なお、記憶部30に記憶させる受光強度およびフィルタパラメータの数は4つに限るものではない。記憶部30に記憶させる受光強度およびフィルタパラメータの数を多くすれば、受光部12に入射した反射光の受光強度により適したフィルタパラメータの選択が可能になるので、自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出精度をより向上させることができる。
As described above, the sum (I1 + I2) of the photocurrents I1 and I2 output from the
記憶部30に記憶する受光強度と対応するノイズフィルタのフィルタパラメータの決定方法について以下で説明する。
自律移動体100から障害物Hまでの実際の距離(真の距離)が既知である状況において、障害物Hの材質や反射率の異なる複数の条件に対し、受光強度の検出、および距離センサ10を介した自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出を行う。各条件において、検出した自律移動体100から障害物Hまでの距離(検出距離)が真の距離に近づくように、適用するノイズフィルタのフィルタパラメータ(サンプリング数)を決定する。このようにすることで、受光強度に対応する複数のフィルタパラメータを決定することができる。
A method for determining the filter parameter of the noise filter corresponding to the received light intensity stored in the
In a situation where the actual distance (true distance) from the autonomous
移動速度制御部51による自律移動体100の移動速度の制御について以下で説明する。
上述したように受光強度が小さい場合、適用するノイズフィルタのサンプリング数を大きくする必要がある。例えば、図3において、受光強度A〜Dの大小関係は、A>B>C>Dであるとすると、各受光強度に対応するフィルタパラメータ(サンプリング数)の大小関係は、NA<NB<NC<NDとなる。
Control of the moving speed of the autonomous
As described above, when the received light intensity is small, it is necessary to increase the sampling number of the applied noise filter. For example, in FIG. 3, when the magnitude relationship between the received light intensities A to D is A>B>C> D, the magnitude relationship between the filter parameters (number of samplings) corresponding to each received light intensity is NA <NB <NC. <ND.
ノイズフィルタのサンプリング数を大きくすると、ノイズフィルタによる時間遅れが大きくなるため、距離センサ10による障害物Hまでの距離の検出における応答性が低下する。ここで応答性とは、自律移動体100が障害物Hを認識してから自律移動体100から障害物Hまでの距離が検出されるまでに要する時間のはやさである。自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出している間に自律移動体100が障害物Hに接触または衝突してしまうのを防ぐため、受光強度が小さい場合には、自律移動体100の移動速度を減じる必要がある。
If the number of samplings of the noise filter is increased, the time delay due to the noise filter increases, and the responsiveness in detecting the distance to the obstacle H by the
図4は、移動速度制御部51による自律移動体100の移動速度の制御について説明する図である。図4に示すように、距離センサ10を介して検出した受光強度が相対的に大きい場合、移動速度制御部51は自律移動体100の最高速度の設定値を相対的に大きくする。また、距離センサ10を介して検出した受光強度が相対的に小さい場合、移動速度制御部51は、自律移動体100の最高速度の設定値を相対的に小さくする。このようにすることで、自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出している間に自律移動体100が障害物Hに接触または衝突してしまうのを防ぐことができる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the control of the movement speed of the autonomous
受光強度に応じたフィルタパラメータを用いて自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出する処理の流れについて説明する。
図5は、受光強度に応じたフィルタパラメータを用いて自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出する処理の流れを示すフローチャートである。図5に示すように、まず、距離検出部20が、距離センサ10の受光部12に入射した障害物Hからの反射光の受光強度を検出する(ステップS1)。次に、距離検出部20が、ステップS1で検出した受光強度に対応するフィルタパラメータを記憶部30の中から選択する(ステップS2)。ステップS2に続き、検出した受光強度に対応する自律移動体100の移動速度を選択する(ステップS3)。続いて、ステップS2で選択したフィルタパラメータを用いたノイズフィルタを適用して自律移動体100から障害物Hまでの距離を検出する(ステップS4)。自律移動体100が走行している間、ステップS1からステップS4の処理を繰り返す。
A flow of processing for detecting the distance from the autonomous
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing for detecting the distance from the autonomous
以上より、受光部がPSDである場合に、受光部に入射した反射光の受光強度に応じて距離センサ10を介して測定した自律移動体100から障害物Hまでの距離の検出において適用するノイズフィルタのフィルタパラメータを選択するようにしたことで、障害物の材質や反射率によらず走行中における障害物との接触や衝突のおそれを低減できる。
As described above, when the light receiving unit is a PSD, the noise applied in the detection of the distance from the autonomous
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
100 自律移動体
10 距離センサ
11 発光部
12 受光部
20 距離検出部
30 記憶部
40 走行部
50 走行制御部
51 移動速度制御部
I1、I2 出力電流
H 障害物
DESCRIPTION OF
Claims (1)
障害物に測距用光を投射する発光部と、
前記測距用光の障害物からの反射光が入射され、入射位置に応じた2つの信号を出力する受光部と、
前記2つの信号を用いて障害物までの距離を検出する距離検出部と、
前記受光部での受光強度と関連付けされた複数のフィルタパラメータを記憶する記憶部と、
前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に応じて移動速度を制御する移動速度制御部と、を備え、
前記距離検出部は、前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に対応するフィルタパラメータを前記記憶部から選択し、前記距離の検出において当該フィルタパラメータを用いる自律移動体。 An autonomous mobile body that is travel-controlled according to the distance to the obstacle present in the travel space,
A light emitting unit that projects distance measuring light onto an obstacle;
A light receiving unit that receives reflected light from an obstacle of the distance measuring light and outputs two signals according to the incident position;
A distance detector that detects the distance to the obstacle using the two signals;
A storage unit for storing a plurality of filter parameters associated with the received light intensity at the light receiving unit;
A moving speed control unit that controls the moving speed according to the received light intensity of the reflected light incident on the light receiving unit,
The distance detection unit is an autonomous mobile body that selects a filter parameter corresponding to the received light intensity of the reflected light incident on the light receiving unit from the storage unit, and uses the filter parameter in the distance detection.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2015
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