JP2017116418A

JP2017116418A - センシングシステム及びセンシング方法

Info

Publication number: JP2017116418A
Application number: JP2015252337A
Authority: JP
Inventors: 拓未上岡; Takumi Kamioka; 健太田中; Kenta Tanaka
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-06-29
Also published as: US20170184397A1; US10281273B2

Abstract

【課題】少なくとも一部の期間においてセンサデータの取得密度を一定にしながら、センサを回転移動させる駆動機構の負荷を軽減または解消するセンシングシステムを提供する。
【解決手段】センシングシステムは、一次導関数が連続な第１目標軌道ｔｈ（ｔ）（ただし、ｔ＜ｔ１）、一次導関数が連続な第２目標軌道ｔｈ（ｔ）（ただし、ｔ２≦ｔ＜ｔ３）、第１目標軌道及び第２目標軌道の共通接線により構成される第３目標軌道ｔｈ（ｔ）（ただし、ｔ１≦ｔ＜ｔ２）、今回周期の第２目標軌道及び次回周期の第１目標軌道の共通接線により構成される第４目標軌道ｔｈ（ｔ）（ただし、ｔ３≦ｔ＜ｔ４）を決定する目標軌道決定部と、各目標軌道に従うように駆動機構の動作を制御する駆動機構制御部とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転可能に構成されたセンサを用いたセンシングシステム及びセンシング方法に関する。

従来、回転可能に構成されたセンサを用いて周囲環境を認識するセンシングシステムが知られている。

例えば、当該センシングシステムの一種として、センサとしてのＣＣＤカメラをヨー及びピッチ方向に回転させ、ＣＣＤカメラによって撮像された撮像データから計測対象物を認識する３次元計測装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−２２５４３４号公報

ところで、カメラ又はＬＲＦ（ＬａｓｅｒＲａｎｇｅＦｉｎｄｅｒ（レーザ距離計））等のセンサを用いて３次元計測を行う場合、センサデータの取得密度は一定であることが望ましい。センサのセンシング頻度が一定であれば、センサデータの取得密度を一定にする方策として、センサの移動角速度を一定にすることが考えられる。

しかし、センサの可動角の範囲に制限がある場合には、例えば、図８Ａに示すセンサの目標軌道に従って、センサの可動角の限界でセンサの可動方向を切り替える必要がある。しかし、この制御においては、図８Ｂに示すように、可動方向を切り替える時点ｔｍにおいてセンサの移動角速度が不連続となるので、この時点ｔｍにおいてセンサを移動させる駆動機構の性能の限界を超えるか、駆動機構に大きな負荷がかかるおそれがある。

このような駆動機構に負荷がかかる切替を避ける方策として、三角関数で表される目標軌道である、図８Ｃに示すセンサの目標軌道に従ってセンサの回転移動を制御することが考えられる。しかし、この制御では、図８Ｄに示されるように、センサの移動角速度が一定ではないので、センサデータの取得密度を一定にすることは難しくなる。

これらの問題に鑑み、本発明は、少なくとも一部の期間においてセンサデータの取得密度を一定にしながら、センサを回転移動させる駆動機構の負荷を軽減または解消することができるセンシングシステム及びセンシング方法を提供することを目的とする。

本発明のセンシングシステムは、
一定の時間間隔で周囲の空間情報を取得するセンサと、
一の軸回りに駆動機構座標系における第１角度以上第２角度以下の範囲において当該センサの基準軸を往復させる駆動機構と、
前記センサの基準軸が一往復する今回周期を、前記センサの基準軸の角度が前記第１角度となる時点を含み、かつ、当該第１角度となる時点が始期及び終期のいずれでもない第１期間、前記センサの角度が前記第２角度となる時点を含み、かつ、当該第２角度となる時点が始期及び終期のいずれでもない第２期間、前記第１期間と前記第２期間の中間の期間である第１中間期間、及び前記第２期間と次回周期における第１期間との中間の期間である第２中間期間に分けた場合において、
前記今回周期の前記第１期間における前記センサの角度の時系列を表し、かつ、前記今回周期の前記第１期間において時間についての一次導関数が連続な第１目標軌道、
前記今回周期の前記第２期間における前記センサの角度の時系列を表し、かつ、前記今回周期の前記第２期間において時間についての一次導関数が連続、かつ、前記今回周期の前記第２期間の始期における接線の傾きが前記今回周期の前記第１期間の終期における前記第１目標軌道の接線の傾きと同一であり、かつ、前記今回周期の前記第２期間の終期における接線の傾きが前記次回周期における前記第１期間の始期における前記第１目標軌道の接線の傾きと同一である第２目標軌道、
前記今回周期の前記第１中間期間における前記センサの時系列の角度を表し、かつ、前記今回周期の前記第１期間の終期における前記第１目標軌道の接線により構成される第３目標軌道、
及び前記今回周期の前記第２中間期間における前記センサの時系列の角度を表し、かつ、前記今回周期の前記第２期間の終期における前記第２目標軌道の接線により構成される第４目標軌道を決定する目標軌道決定部と、
前記目標軌道決定部により決定された各目標軌道に従うように前記駆動機構の動作を制御する駆動機構制御部とを備えることを特徴とする。

本発明のセンシングシステムによれば、第１目標軌道及び第２目標軌道は各期間においてその時間に対する一次導関数が連続であるから、今回周期の第１期間及び第２期間におけるセンサの移動角速度を表す関数は連続となる。

また、第３目標軌道は第１目標軌道の今回周期の第１期間の終期における接線により構成されているところ、第１目標軌道の今回周期の第１期間の終期における接線は、前記今回周期の前記第２期間の始期における前記第２目標軌道の接線と同一である。従って、今回周期の第１中間期間並びに今回周期の第１期間から今回周期の第１中間期間への遷移タイミング及び今回周期の第１中間期間から今回周期の第２期間への遷移タイミングにおけるセンサの移動角速度は連続である。

第３目標軌道と同様に、第４目標軌道は今回周期における第２目標軌道と次回周期における第１目標軌道との共通接線により構成されている。従って、今回周期の第２中間期間並びに今回周期の第２期間から今回周期の第２中間期間への遷移タイミング及び今回周期の第２中間期間から次回周期における第１期間への遷移タイミングにおけるセンサの移動角速度は連続である。

従って、各周期においてセンサの移動角速度は連続となるので、駆動機構の負荷を軽減または解消することが出来る。

また、第３目標軌道及び第４目標軌道は、前述したように接線により構成されているので、今回周期の第１中間期間及び今回周期の第２中間期間におけるセンサの移動角速度は一定である。センシングの頻度が一定であれば、今回周期の第１中間期間及び今回周期の第２中間期間におけるセンサデータの取得密度は一定となる。

この結果、本発明のセンシングシステムによれば、少なくとも一部の期間においてセンサデータの取得密度を一定にしながら、センサを回転移動させる駆動機構の負荷を軽減または解消することができる。

本発明のセンシングシステムにおいて、
前記第１目標軌道は、前記センサの基準軸の角度が前記第１角度となる時点の近傍で時間について２階微分可能であり、前記第２目標軌道は、前記センサの基準軸の角度が前記第２角度となる時点の近傍で時間について２階微分可能であることが好ましい。

当該構成のセンシングシステムによれば、センサの基準軸の角度が第１角度又は第２角度となる時点の近傍でセンサの角速度が滑らかに変化するので、センサの遷移方向を変化させる時点における駆動機構の負荷を軽減させることが出来る。

当該構成のセンシングシステムにおいて、
前記第１目標軌道及び前記第２目標軌道の両方は、円で表される軌道であることが好ましい。

当該構成のセンシングシステムによれば、前記第１目標軌道及び前記第２目標軌道の両方が、円で表される軌道であるので、第１期間及び第２期間において、センサの角速度を滑らかに変化させることが出来る。これにより、第１期間及び第２期間において、駆動機構の負荷を軽減させることが出来る。

センシングシステムの使用状態を示す上面図。センシングシステムのブロック図。軌道決定処理のフローチャート。センシングシステムにおいて軌道を変更するタイミングを示すグラフで、図４Ａは、縦軸がレーザ距離計の角度を示し、横軸が経過時間を示すグラフ、図４Ｂは、横軸がレーザ距離計の移動角速度を示し、横軸が経過時間を示すグラフ、図４Ｃは、レーザ距離計の移動周期を変更する場合の縦軸がレーザ距離計の角度を示し、横軸が経過時間を示すグラフ。センシングシステムの測定データの取得頻度（実線）と、三角関数に従ってレーザ距離計の角度を制御した場合の測定データの取得頻度（破線）とを示すグラフであり、縦軸が測定データの取得個数を示し、横軸が各レーザ距離計の角度を示すグラフ。図６Ａ及び図６Ｃは、縦軸がレーザ距離計の角度及び、横軸が経過時間を示すグラフであり、図６Ｂ及び図６Ｄは、縦軸が、レーザ距離計の移動角速度を表し、横軸が図６Ａのレーザ距離計の時系列的な角度に対応した経過時間を示すグラフ。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、実線のグラフがセンシングシステムのレーザ距離計に関するグラフであり、破線のグラフが三角関数に従ってレーザ距離計の角度を制御した場合のレーザ距離計に関するグラフである。図６Ｃ及び図６Ｄにおいて、実線のグラフは、半径を角度範囲の０．５倍を超えるようにして目標軌道を生成した場合のレーザ距離計に関するグラフであり、破線のグラフが三角関数に従ってレーザ距離計の角度を制御した場合のレーザ距離計に関するグラフである。図７Ａは、センシングシステムによるレーザーの照射態様を模式的に示す上面図であり、図７Ｂは、三角関数に従ってレーザ距離計の角度を制御した場合のレーザーの照射態様を模式的に示す上面図。図８Ａは、センサの移動角速度を一定にした場合の縦軸がレーザ距離計の角度を示し、横軸が経過時間を示すグラフ、図８Ｂは、センサの移動角速度を一定にした場合の縦軸がレーザ距離計の角速度を示し、横軸が経過時間を示すグラフ、図８Ｃは、三角関数に従ってセンサの角度を制御した場合の縦軸がレーザ距離計の角度を示し、横軸が経過時間を示すグラフ、図８Ｄは、三角関数に従ってセンサの角度を制御した場合の縦軸がレーザ距離計の角速度を示し、横軸が経過時間を示すグラフ。

以下、図１〜図７を参照しながら、本発明の実施形態に係るセンシングシステム１の構成を説明する。本実施形態のセンシングシステム１は、ロボット（不図示）に搭載され、ロボットの制御機構に対し、取得したセンサデータを提供するように構成されている。なお、センシングシステム１は、これに代えて、車両等の移動体に搭載されてもよいし、建物の監視カメラシステム等の静止物体に搭載されてもよい。

センシングシステム１は、図１に示されるように、センサとしてのレーザ距離計１０と、駆動機構としてのステッピングモータ２０と、制御ユニット３０（図２参照）とを備える。

レーザ距離計１０は、図１に示されるように、ステッピングモータ２０による駆動により、例えば、その基準となる軸（本発明の「基準軸」に相当する。）がロボットのヨー軸（本発明の「一つの軸」に相当する。）回りに駆動機構座標系における第１角度１０ａと第２角度１０ｂとの間（可動角範囲ａ）を往復しながら、所定の時間間隔でレーザ照射により距離測定（本発明の「周囲の空間情報」に相当する。）を繰り返すように構成されている。レーザ距離計１０の可動角範囲ａは、制御ユニット３０からの信号によって制御されうる。

なお、レーザ距離計１０は、ヨー軸に限らず、一つの軸回りに回転すればよく、例えば、ロール軸、ピッチ軸又はその他の軸回りに回転してもよい。

また、レーザ距離計１０に代えてまたは加えて、他のセンサ、例えばカメラなどが用いられてもよい。

ステッピングモータ２０は、レーザ距離計１０と連結され、制御ユニット３０からの信号に応じて駆動することにより、ロボットのヨー軸回りにレーザ距離計１０を回転させるように構成されている。ステッピングモータ２０に代えてまたは加えて、他のモータ等の駆動機構によりレーザ距離計１０を回転させてもよい。

制御ユニット３０は、図２に示すように、制御部３１と、記憶部３４とを備える。

制御部３１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算処理装置によって構成されている。制御部３１は、記憶部３４に記憶された所定のプログラムを読み込んで実行することにより、後述の処理を実行する目標軌道決定部３２及び駆動機構制御部３３として機能する。

制御部３１は、ロボットに備えられた速度センサ４０からの入力に応じてロボットの移動速度を認識するように構成されている。また、制御部３１は、レーザ距離計１０からの入力に応じて計測データを認識し、記憶部３４に記憶するように構成されている。また、制御部３１は、ステッピングモータ２０にレーザ距離計１０の角度を示す駆動信号を出力することにより、ステッピングモータ２０を指定の角度に駆動させるように構成されている。また、制御部３１は、ステッピングモータ２０からの入力に応じて、レーザ距離計１０の角度を認識するように構成されている。

記憶部３４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ又はＨＤＤ等の記憶装置により構成され、種々の情報を記録するように構成されている。記憶部３４は、制御部３１による演算処理で使用されるデータを記憶及び読出可能に構成されている。

（軌道決定処理）
図３及び図４Ａを参照しながら、制御部３１（目標軌道決定部３２及び駆動機構制御部３３）によって実行される軌道決定処理を説明する。

目標軌道決定部３２は、速度センサ４０からの入力に応じて、ロボットの移動速度を認識する（図３／ＳＴＥＰ１１０）。

目標軌道決定部３２は、レーザ距離計１０の移動周期Ｔと、レーザ距離計１０の可動角範囲ａ（単位：ラジアン）と、レーザ距離計１０の軌道の一部として設定する円の半径ｒとを設定する（図３／ＳＴＥＰ１２０）。

目標軌道決定部３２は、センシング精度を保つ観点から適切な間隔となるようにレーザ距離計１０の移動周期Ｔを設定する。これに代えて、目標軌道決定部３２は、ロボットの移動速度が速ければ速いほど、レーザ距離計１０の移動周期Ｔを連続的又は断続的に短くなるように設定してもよい。

また、目標軌道決定部３２は、の可動角範囲ａを機械的な制約から定まる最大値に設定する。

これに代えて、目標軌道決定部３２は、ロボットの動作に応じて可動角範囲ａを可変としてもよい。この場合、目標軌道決定部３２は、レーザ距離計１０の可動角範囲ａを狭くし、又は広くする場合、ロボットの進行方向をレーザ距離計１０の移動範囲の中心としてもよいし、レーザ距離計１０によって測定された周囲の環境情報に基づいて決定された方向をレーザ距離計１０の移動範囲の中心としてもよい。

そして、目標軌道決定部３２は、ステッピングモータ２０にかかる負荷が所定の負荷以下となる範囲で、円の半径ｒをできる限り小さい値として設定する。加えて、目標軌道決定部３２は、円の半径ｒを、レーザ距離計１０の可動角範囲ａの０．５倍以下となるように設定する。

なお、上記に代えて、目標軌道決定部３２は、レーザ距離計１０の移動周期Ｔ、レーザ距離計１０の可動角範囲ａ及び半径ｒの一部または全部をロボットの移動速度によらずに設定してもよい。

目標軌道決定部３２は、下記式（１）〜（８）を用いて、図４Ａに示されるレーザ距離計１０の時系列的な角度を示す目標軌道において、今回周期の制御式の遷移タイミングｔ_１〜ｔ_４及びその時点でのレーザ距離計１０の角度ｔｈ_１〜ｔｈ_４を算出する（図３／ＳＴＥＰ１３０）。

ロボットの移動速度の変化等の要因で半径ｒ，可動角範囲ａ，周期Ｔを変更する場合、次回周期の開始時点からあらたな半径ｒ，可動角範囲ａ，周期Ｔを用いて上記ｔ_１〜ｔ_４，ｔｈ_１〜ｔｈ_４を求めてもよい。これに代えて、例えば、下記式（９）〜（１２）を用いて図４Ｃに示されるｔ_５，ｔ_６，ｔｈ_５，ｔｈ_６を求めた上で、今回周期同様の制御を行い、ｔ_６以降を次回周期として、あらたな半径ｒ，可動角範囲ａ，周期Ｔを用いてｔ_７，ｔ_８‥を求めてもよい。

目標軌道決定部３２は、下記式（１３）を用いて、図４Ａに示される目標軌道ｔｈ（ｔ）（時刻ｔにおけるレーザ距離計１０の目標角度ｔｈ（ｔ））を決定する（図３／ＳＴＥＰ１４０）。なお、ｔ_０＝０である。

なお、ｔ_０≦ｔ＜ｔ_１となる期間が本発明の「今回周期の第１期間」に相当し、ｔ_１が本発明の「第１期間の終期」に相当し、ｔ_１＜ｔ＜ｔ_２となる期間が本発明の「今回周期の第１中間期間」に相当し、ｔ_２が本発明の「第２期間の始期」に相当し、ｔ_２＜ｔ＜ｔ_３となる期間が本発明の「今回周期の第２期間」に相当し、ｔ_３が本発明の「今回周期の第２期間の終期」に相当し、ｔ_３＜ｔ＜ｔ_４となる期間が本発明の「今回周期の第２中間期間」に相当し、ｔ_４が本発明の「次回周期の第１期間の始期」に相当する。

駆動機構制御部３３は、レーザ距離計１０を決定した目標角度ｔｈ（ｔ）に移動させる（レーザ距離計１０の基準軸を回転させる）ための駆動信号を駆動機構２０に出力する（図３／ＳＴＥＰ１５０）。この駆動信号に応じて駆動機構２０がレーザ距離計１０を回転させることにより、当該目標角度ｔｈ（ｔ）にレーザ距離計１０（の基準軸）を回転させることが出来、ひいては図４Ａに示す目標軌道ｔｈ（ｔ）に従ってレーザ距離計１０（の基準軸）を回転させることが出来る。

（本実施形態の作用効果）
本実施形態のセンシングシステム１によれば、図４Ｂに示されるように、ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_４〜ｔ_５における目標軌道ｔｈ（ｔ）は円の一部により形成されている（式（１３）参照）。従って、各期間ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_２〜ｔ_３及びｔ_４〜ｔ_５におけるレーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）は連続となる。

また、ｔ_１〜ｔ_２およびｔ_３〜ｔ_４における目標軌道ｔｈ（ｔ）は接線により構成されているので（式（１３）参照）、図４Ｂに示されるように、各期間ｔ_１〜ｔ_２ｔ_３〜ｔ_４並びに各遷移タイミングｔ_１、ｔ_２、ｔ_３及びｔ_４におけるレーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）は一定となる。従って、一周期ｔ_０〜ｔ_５においてレーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）が不連続とならない（連続である）ので、ステッピングモータ２０の負荷を軽減または解消することが出来る。

図５は、可動角範囲２５８°〜３４７°でレーザ距離計を２５８°から３４７°まで動かした場合において、当該可動角範囲を２０分割した場合の各分割幅におけるレーザ距離計１０の計測データの密度のヒストグラムである。図５において、右斜線で示されるヒストグラムが本実施形態のセンシングシステム１によりレーザ距離計１０を動かした場合の計測データのヒストグラムであり、左斜線で示されたヒストグラムが、三角関数により表される目標軌道に従ってレーザ距離計を動かした場合の計測データのヒストグラムである。なお、各値は正規化されている。

センシングシステム１によれば、期間ｔ_１〜ｔ_２及びｔ_３〜ｔ_４における目標軌道ｔｈ（ｔ）は、前述したように接線により構成されているので、図４Ｂに示されるように、これらの期間ｔ_１〜ｔ_２及びｔ_３〜_４におけるレーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）は一定である。ここで、レーザ距離計１０による測定頻度は一定であるので、図５に実線のヒストグラムで示されるように、計測データの取得密度は三角関数による目標軌道に従ってレーザ距離計を動かした場合と比較して一定の範囲が約２７０度〜約３４０度と幅広くなる。

この結果、センシングシステム１によれば、少なくとも一部の期間（期間ｔ_１〜ｔ_２及びｔ_４〜ｔ_５）において計測データの取得密度を一定にしながら、レーザ距離計１０を回転移動させるステッピングモータ２０の負荷を軽減または解消することができる。

また、本発明者らの検討によって、ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_４〜ｔ_５における目標軌道ｔｈ（ｔ）が所定の半径ｒの円の一部によって表され、当該半径ｒが可動角範囲ａのラジアン値の０．５倍以下である場合、同一の角度範囲かつ同一周期の三角関数で表される目標軌道でレーザ距離計を動かしたときと比べ、レーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）の絶対値を小さく抑えられることが判明した。

より詳しくは、期間ｔ_１〜ｔ_２におけるレーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｈ）は、下記式（２１）で表される。

ここで、ｔ_１およびｔｈ_１は上記式（１）（２）で表されるので、ｄｔｈ（ｔ）は以下の式（２２）で表される。

一方、同一の周期Ｔ，可動角範囲ａ，ピークを持つ軌道を三角関数を用いて表すと、以下の式（２３）で表される。

その速度は、以下の式（２４）で表される。

この速度の最大値は、ωｔ＝π／２の時であるので、以下の式（２５）で表される。

式（２２）において、式を簡易にするため、ａ＝２ｒを仮定すると、ｄｔｈ（ｔ）は以下の式（２６）で表される。

円を置くという条件より、Ｔ＞２ａ＝４ｒとなる。

ここで、ｄｔｈ（ｔ）がｄｆ_ｃｏｓ（ｔ）を上回らない条件を考えると、下記式（２７）が成立することが必要となる。

ここで、Ｔ＞４ｒより、下記式（２８）及び式（２９）が成り立つ。

従って、式（２７）はａ＝２ｒのとき常に成り立つ。

ｄｔｈ（ｔ｜２ｒ＝ａ）＞ｄｔｈ（ｔ｜２ｒ＜ａ）であるので、２ｒ≦ａのとき、レーザ距離計１０の移動速度ｄｔｈ（ｔ）はｄｆ_ｃｏｓ（ｔ）を上回らない。

この点に鑑みて構成された当該構成のセンシングシステム１によれば、レーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）の絶対値を小さく抑えることが出来るので、ステッピングモータ２０の負荷が軽減または解消されるとともに、計測データの取得密度をより高めることが出来る。

図６Ａ〜図７Ｂを参照して、上記についてより具体的に説明する。

図６Ａは、縦軸がレーザ距離計１０の角度、横軸が経過時間ｔを示すグラフである。

図６Ｂは、縦軸が、レーザ距離計１０の移動角速度を表し、横軸が図６Ａのレーザ距離計１０の時系列的な角度に対応した経過時間ｔを示すグラフである。

これらのグラフにおいて、実線のグラフは、半径ｒを１．５とし、可動角範囲ａを３．１４１６（ラジアン）とし、周期Ｔを１０（単位時間）とした場合のセンシングシステム１のレーザ距離計１０の時系列的な角度ｔｈ（ｔ）、及びその移動角速度ｄｔｈ（ｔ）のグラフを示し、一点鎖線のグラフは、式（２３）で表される三角関数の目標軌道に従ってレーザ距離計を移動させた場合のレーザ距離計の時系列的な角度ｆ（ｔ）及びその移動角速度ｄｆ（ｔ）を示す。

図６Ｂのグラフからもわかるように、センシングシステム１のレーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）の最大値は、式（２３）で表される三角関数の目標軌道に従ってレーザ距離計を移動させた場合のレーザ距離計の移動角速度ｄｆ（ｔ）の最大値よりも小さくなっている。

また、図６Ｃは、図６Ａと同様に、縦軸がレーザ距離計１０の角度、横軸が経過時間ｔを示すグラフであり、図６Ｄは、図６Ｂと同様に、縦軸が、レーザ距離計１０の移動角速度を表し、横軸が図６Ａのレーザ距離計１０の時系列的な角度に対応した経過時間ｔを示すグラフである。

図６Ｃ及び図６Ｄは、実線のグラフが、半径ｒを２．５とし、可動角範囲ａを３．１４１６（ラジアン）とし、周期Ｔを１０（単位時間）として上記軌道決定処理によりレーザ距離計１０を遷移させた場合のレーザ距離計１０の時系列的な角度ｔｈ（ｔ）、及びその移動角速度ｄｔｈ（ｔ）のグラフである点で、図６Ａ及び図６Ｂと異なる。

図６Ｄのグラフからもわかるように、レーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）の最大値は、式（２３）で表される三角関数の目標軌道に従ってレーザ距離計を移動させた場合のレーザ距離計の移動角速度ｄｆ（ｔ）の最大値よりも大きくなっている。

また、図７Ａは、センシングシステム１のレーザーの照射軌跡を模式的に表した図であり、図７Ｂは、式（２３）で表される三角関数の目標軌道に従ってレーザ距離計１０を移動させた場合のレーザーの照射軌跡を模式的に表した図である。

図７Ａにおいて一点鎖線で囲った部分に示されるように、可動角範囲の中央付近においては、センシングシステム１の計測データの密度は、ほぼ一定であり、また、当該密度がより密になっている。計測データの密度が一定であり、且つ、当該密度がより密になっていることは、図１に示すように、可動角範囲の中央付近において、計測範囲Ｓが適切な間隔で分布していることを示している。

これに対し、図７Ｂで二点鎖線で囲った部分に示されるように、式（２３）で表される三角関数の目標軌道に従ってレーザ距離計を移動させた場合、計測データの密度は、一定ではなく、密度はより疎になっている。

また、図６Ａ及び図６Ｂのセンシングシステム１は、半径ｒを可動角範囲ａの０．５以下としているので、図６Ｂに示されるように、レーザ距離計１０の移動角速度ｄｔｈ（ｔ）の絶対値を小さく抑えることが出来る。この結果、ステッピングモータ２０の負荷が軽減または解消されるとともに、図７Ａに示されるように、センサデータの取得密度がより高められる。

（変形態様）
本実施形態では、期間ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_４〜ｔ_５における目標軌道ｔｈ（ｔ）が所定の半径ｒの円の一部で構成されたが、これに限られず、期間ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_４〜ｔ_５における目標軌道ｔｈ（ｔ）は、その時間に対する一次導関数が当該期間において連続な関数であればよい。

１‥センシングシステム、１０‥レーザ距離計、２０‥ステッピングモータ、３０‥制御ユニット、３２‥目標軌道決定部、３３‥駆動機構制御部、ａ‥可動角範囲、ｒ‥半径、Ｔ‥周期、ｔ‥時刻、ｔｈ（ｔ）‥レーザ距離計の角度、ｄｔｈ（ｔ）‥レーザ距離計の移動角速度。

Claims

一定の時間間隔で周囲の空間情報を取得するセンサと、
一の軸回りに駆動機構座標系における第１角度以上第２角度以下の範囲において当該センサの基準軸を往復させる駆動機構と、
前記センサの基準軸が一往復する今回周期を、前記センサの基準軸の角度が前記第１角度となる時点を含み、かつ、当該第１角度となる時点が始期及び終期のいずれでもない第１期間、前記センサの角度が前記第２角度となる時点を含み、かつ、当該第２角度となる時点が始期及び終期のいずれでもない第２期間、前記第１期間と前記第２期間の中間の期間である第１中間期間、及び前記第２期間と次回周期における第１期間との中間の期間である第２中間期間に分けた場合において、
前記今回周期の前記第１期間における前記センサの角度の時系列を表し、かつ、前記今回周期の前記第１期間において時間についての一次導関数が連続な第１目標軌道、
前記今回周期の前記第２期間における前記センサの角度の時系列を表し、かつ、前記今回周期の前記第２期間において時間についての一次導関数が連続、かつ、前記今回周期の前記第２期間の始期における接線の傾きが前記今回周期の前記第１期間の終期における前記第１目標軌道の接線の傾きと同一であり、かつ、前記今回周期の前記第２期間の終期における接線の傾きが前記次回周期における前記第１期間の始期における前記第１目標軌道の接線の傾きと同一である第２目標軌道、
前記今回周期の前記第１中間期間における前記センサの時系列の角度を表し、かつ、前記今回周期の前記第１期間の終期における前記第１目標軌道の接線により構成される第３目標軌道、
及び前記今回周期の前記第２中間期間における前記センサの時系列の角度を表し、かつ、前記今回周期の前記第２期間の終期における前記第２目標軌道の接線により構成される第４目標軌道を決定する目標軌道決定部と、
前記目標軌道決定部により決定された各目標軌道に従うように前記駆動機構の動作を制御する駆動機構制御部とを備えることを特徴とするセンシングシステム。
請求項１記載のセンシングシステムにおいて、
前記第１目標軌道は、前記センサの基準軸の角度が前記第１角度となる時点の近傍で時間について２階微分可能であり、前記第２目標軌道は、前記センサの基準軸の角度が前記第２角度となる時点の近傍で時間について２階微分可能であることを特徴とするセンシングシステム。
請求項２記載のセンシングシステムにおいて、
前記第１目標軌道及び前記第２目標軌道の少なくとも一方は、円で表される軌道であることを特徴とするセンシングシステム。
一定の時間間隔で周囲の空間情報を取得するセンサと、
一の軸回りに駆動機構座標系における第１角度以上第２角度以下の範囲において当該センサの基準軸を往復させる駆動機構とを備えるシステムが実行する方法であって、
前記センサの基準軸が一往復する今回周期を、前記センサの基準軸の角度が前記第１角度となる時点を含み、かつ、当該第１角度となる時点が始期及び終期のいずれでもない第１期間、前記センサの角度が前記第２角度となる時点を含み、かつ、当該第２角度となる時点が始期及び終期のいずれでもない第２期間、前記第１期間と前記第２期間の中間の期間である第１中間期間、及び前記第２期間と次回周期における第１期間との中間の期間である第２中間期間に分けた場合において、
前記今回周期の前記第１期間における前記センサの角度の時系列を表し、かつ、前記今回周期の前記第１期間において時間についての一次導関数が連続な第１目標軌道、
前記今回周期の前記第２期間における前記センサの角度の時系列を表し、かつ、前記今回周期の前記第２期間において時間についての一次導関数が連続、かつ、前記今回周期の前記第２期間の始期における接線の傾きが前記今回周期の前記第１期間の終期における前記第１目標軌道の接線の傾きと同一であり、かつ、前記今回周期の前記第２期間の終期における接線の傾きが前記次回周期における前記第１期間の始期における前記第１目標軌道の接線の傾きと同一である第２目標軌道、
前記今回周期の前記第１中間期間における前記センサの時系列の角度を表し、かつ、前記今回周期の前記第１期間の終期における前記第１目標軌道の接線により構成される第３目標軌道、
及び前記今回周期の前記第２中間期間における前記センサの時系列の角度を表し、かつ、前記今回周期の前記第２期間の終期における前記第２目標軌道の接線により構成される第４目標軌道を決定する目標軌道決定ステップと、
前記軌道決定ステップにおいて決定された各目標軌道に従うように前記駆動機構の動作を制御する駆動機構制御ステップとを含むことを特徴とするセンシング方法。