JP2745650B2 - Ultrasonic obstacle sensor and autonomous mobile robot equipped with it - Google Patents

Ultrasonic obstacle sensor and autonomous mobile robot equipped with it

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JP2745650B2
JP2745650B2 JP1062502A JP6250289A JP2745650B2 JP 2745650 B2 JP2745650 B2 JP 2745650B2 JP 1062502 A JP1062502 A JP 1062502A JP 6250289 A JP6250289 A JP 6250289A JP 2745650 B2 JP2745650 B2 JP 2745650B2
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ultrasonic
obstacle
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mobile robot
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信二 近藤
保道 小林
秀隆 藪内
修 江口
春夫 寺井
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  • Electric Vacuum Cleaner (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、移動ロボット等に搭載する障害物検知を
目的とした超音波障害物センサーと、これを搭載するこ
とにより壁面に沿って清掃を行なう自律型移動ロボット
に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic obstacle sensor mounted on a mobile robot or the like for detecting an obstacle, and an autonomous autonomous sensor that performs cleaning along a wall by mounting the ultrasonic obstacle sensor. It relates to a mobile robot.

従来の技術 従来、壁等の障害物の位置を検知するための超音波障
害物センサーは、第8図・第9図に示すような構成とな
っていた。第8図に示すものは、超音波素子1とこの周
囲を覆うホーン12より成る単一の構成の超音波障害物セ
ンサーとなっており、第9図に示すものは超音波素子1
を平面状に複数個並べた構成となっている。このような
構成として、障害物に対して超音波を発信し、受信する
までの時間を計測することによって障害物の位置を検知
するものである。又、このような超音波障害物センサー
を組み込んだ自律型移動ロボットとして、第10図に示す
ような構成のものがある。これは、自律型移動ロボット
本体5の内周に、ホーン12を備えた超音波素子1よりな
る単一の超音波障害物センサーを複数個並べた構成とし
たものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic obstacle sensor for detecting the position of an obstacle such as a wall has a configuration as shown in FIGS. FIG. 8 shows an ultrasonic obstacle sensor having a single structure including the ultrasonic element 1 and a horn 12 surrounding the ultrasonic element 1, and FIG. 9 shows the ultrasonic element 1
Are arranged in a plane. With such a configuration, the position of the obstacle is detected by transmitting the ultrasonic wave to the obstacle and measuring the time until the ultrasonic wave is received. As an autonomous mobile robot incorporating such an ultrasonic obstacle sensor, there is one having a configuration as shown in FIG. This is a configuration in which a plurality of single ultrasonic obstacle sensors each including an ultrasonic element 1 having a horn 12 are arranged on the inner periphery of the main body 5 of the autonomous mobile robot.

発明が解決しようとする課題 従来の超音波障害物センサーは、第8図に示した構成
のものでは、超音波素子とホーンの特性で検知角度が20
゜〜30゜程度であり、第9図のものでは検知範囲を任意
に設定できるが検知角度は極端に狭いという課題があっ
た。さらに又、第10図の自律型移動ロボットでは壁の位
置を検出することはできるが、本体5の姿勢が壁に対し
て平行であるかどうかの判断が容易ではなく、壁面に沿
って移動するということは困難であった。
Problems to be Solved by the Invention The conventional ultrasonic obstacle sensor having the configuration shown in FIG. 8 has a detection angle of 20 due to the characteristics of the ultrasonic element and the horn.
The angle is about ゜ to 30 °, and in FIG. 9, the detection range can be set arbitrarily, but the detection angle is extremely narrow. Further, the autonomous mobile robot shown in FIG. 10 can detect the position of the wall, but it is not easy to determine whether the posture of the main body 5 is parallel to the wall, and the robot moves along the wall. That was difficult.

そこで本発明は、検知角度と検知範囲の両方が広い超
音波障害物センサーを提供することを第一の目的とし、
前記超音波障害物センサーを搭載することにより壁沿い
の移動を容易に行なうことの出来る自律型移動ロボット
を提供することを第二の目的とするものである。
Therefore, the first object of the present invention is to provide an ultrasonic obstacle sensor having a wide detection angle and a wide detection range,
It is a second object of the present invention to provide an autonomous mobile robot that can easily move along a wall by mounting the ultrasonic obstacle sensor.

課題を解決するための手段 上記第一の目的を達成するための第一の手段は、次の
通りである。即ち、超音波素子と超音波測距回路より成
る超音波測距手段3組と、これら超音波素子を正面方向
と、正面方向に対して左右対称に内側45゜方向にそれぞ
れ保持する3面のバッフル板で構成された取付部材と、
前記超音波測距手段の出力より障害物の有無を判断する
障害物判別手段とから成る構成の超音波障害物センサー
とするものである。
Means for Solving the Problems The first means for achieving the first object is as follows. That is, three sets of ultrasonic distance measuring means including an ultrasonic element and an ultrasonic distance measuring circuit, and three planes for holding these ultrasonic elements in the front direction and inwardly 45 ° symmetrically with respect to the front direction. A mounting member composed of a baffle plate,
An ultrasonic obstacle sensor having an obstacle discriminating means for judging the presence or absence of an obstacle from the output of the ultrasonic distance measuring means is provided.

また第二の目的を達成するために第二の手段は次の通
りである。即ち、本体と、本体を移動させるための駆動
および操舵手段と、駆動輪兼操舵輪と、補助輪と、全体
に電力を供給するためのバッテリーと、本体前方に左右
平等に且つ中央の超音波素子が本体正面方向に対して45
゜方向に設置された請求項1記載の超音波障害物センサ
ー2組と、この2組の超音波障害物センサーからの情報
により移動方向を決定するための移動方向決定手段とを
備えた構成の自律型移動ロボットとするものである。
The second means for achieving the second object is as follows. That is, a main body, a driving and steering means for moving the main body, a driving wheel serving as a steering wheel, an auxiliary wheel, a battery for supplying power to the whole, The element is 45
An ultrasonic obstacle sensor according to claim 1, which is installed in the ゜ direction, and a moving direction determining means for determining a moving direction based on information from the two ultrasonic obstacle sensors. It is an autonomous mobile robot.

作 用 第一の手段によれば、3組の超音波測距手段と取付部
材により、取付部材の成す角、即ち90゜の範囲内の障害
物を検知することが出来る。
According to the first means, it is possible to detect an obstacle formed by the three sets of ultrasonic distance measuring means and the mounting member within an angle formed by the mounting member, that is, a range of 90 °.

第二の手段による作用は次のごとくである。即ち、例
えば本体の左側にある壁面に沿って移動する場合、壁側
を向いている超音波素子で壁面を検知すれば右に、検知
できなければ左に本体を向けるように、本体の姿勢を移
動方向決定手段が駆動および操舵手段を動作させて制御
する。又、前方を向いている超音波素子で新たな壁を検
知した場合は、一旦停止した後、駆動輪を本体に対して
90゜右に向け、左の超音波障害物センサーが何も検知し
なくなる位置までその場で回転させる。左の超音波障害
物センサーが、何も検知しなくなった所で停止すれば、
本体はこの新たな壁に対して平行になっている。ここか
ら再び壁に沿って移動を開始することができる。
The operation of the second means is as follows. That is, for example, when moving along the wall surface on the left side of the main body, if the ultrasonic element facing the wall side detects the wall surface, the body is turned to the right, if not detected, the body is turned to the left, so that the posture of the main body is The moving direction determining means operates and controls the driving and steering means. When a new wall is detected by the ultrasonic element facing forward, the drive wheel is temporarily stopped and then the drive wheel is moved relative to the main body.
Turn 90 ° to the right and rotate it until the left ultrasonic obstacle sensor stops detecting anything. If the ultrasonic obstacle sensor on the left stops where nothing is detected,
The body is parallel to this new wall. From here the movement along the wall can be started again.

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基ずいて説明す
る。第1図は第一の手段の一実施例を示す構成図で、超
音波素子1と超音波測距回路2より成る超音波測距手段
3組と、これら超音波素子1を正面方向と、正面方向に
対して左右対称に内側45゜方向にそれぞれ保持する3面
のバッフル板で構成された取付部材3と、前記超音波測
距手段の出力により障害物の有無を判断する障害物判別
手段4とから超音波障害物センサーが構成されている。
Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the first means, and three sets of ultrasonic distance measuring means comprising an ultrasonic element 1 and an ultrasonic distance measuring circuit 2; A mounting member 3 composed of three baffle plates that are held symmetrically with respect to the front direction in an inward 45 ° direction, and obstacle determining means for determining the presence or absence of an obstacle based on the output of the ultrasonic distance measuring means. 4 constitute an ultrasonic obstacle sensor.

以下、本超音波障害物センサーの動作を説明する。第
2図は、本実施例の超音波障害物センサーの検知動作を
説明する図である。正面方向の超音波測距手段により正
面方向から±L1(本実施例では±15cm程度)の範囲に存
在している障害物を検知できる。左右の2組に関しては
内側方向はL1、外側方向はL2(左もしくは右の超音波素
子1の中心から引いた垂線w1もしくはw2と取付部材3と
により成る幅)の範囲の障害物を検知できる。なぜなら
ば、本実施例の構成では取付部材がホーンの役目をする
ためである。従って取付部材の成す角、即ち90゜の範囲
内の障害物を検知することが出来る。
Hereinafter, the operation of the ultrasonic obstacle sensor will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating the detection operation of the ultrasonic obstacle sensor according to the present embodiment. An obstacle existing in a range of ± L1 (about ± 15 cm in the present embodiment) from the front direction can be detected by the ultrasonic distance measuring means in the front direction. With respect to the two sets of left and right, an obstacle in the range of L1 in the inward direction and L2 in the outward direction (width formed by the perpendicular w1 or w2 drawn from the center of the left or right ultrasonic element 1 and the mounting member 3) can be detected. . This is because in the configuration of the present embodiment, the mounting member functions as a horn. Therefore, it is possible to detect an obstruction within the angle formed by the mounting member, that is, within the range of 90 °.

次に第3図及び第4図は、第二の手段の一実施例を示
す断面図であり、本体5と、本体5を移動させるための
駆動および操舵手段6・駆動輪兼操舵輪7・補助輪8
と、全体に電力を供給するバッテリー9と、本体前方に
左右平等に且つ中央の超音波素子10bが本体正面方向に
対して45゜方向に設置された前記第一の手段を構成して
いる超音波障害物センサー10を2組と、この超音波障害
物センサー10からの情報により移動方向を決定する移動
方向決定手段11とで自律型移動ロボットが構成されてい
る。なお本実施例では、この移動方向決定手段11はマイ
クロコンピューターで構成している。
Next, FIGS. 3 and 4 are sectional views showing an embodiment of the second means, in which a main body 5 and driving and steering means 6 for driving the main body 5, a driving wheel / steering wheel 7, Auxiliary wheel 8
And a battery 9 for supplying power to the whole, and a supersonic unit constituting the first means in which the left and right equal and central ultrasonic elements 10b are installed in the front of the main body at 45 ° to the front direction of the main body. An autonomous mobile robot is composed of two sets of the ultrasonic obstacle sensors 10 and the moving direction determining means 11 for determining the moving direction based on information from the ultrasonic obstacle sensors 10. In this embodiment, the moving direction determining means 11 is constituted by a microcomputer.

以下、本自律型移動ロボットについて説明する。第5
図は、本体5の移動を説明するための図である。例えば
本体5がP1の位置からスタートして左側にある壁に沿っ
てP2・P3・P4の順に移動したとする。移動方向決定手段
11は、本体5がP1の位置にいる場合、第6図に示してい
るように壁側を向いている超音波測素子10aで壁を検知
すれば右方向に、検知できなければ左方向に本体5が向
くように駆動および操舵手段6を制御する。つまり、こ
れによってP1からP2までの間を左側に存在する壁を検知
しながら壁に沿って平行に移動することができるもので
ある。P2に達したときは、前方を向いている超音波素子
10cで新たな壁を検知し、この場合移動方向決定手段11
は第7図に示すように本体5を一旦停止させた後、駆動
および操舵手段6を駆動して本体を90゜右に向けるよう
その場で回転させる。この時、左の超音波障害物センサ
ー10aが、何も検知しなくなった所で停止すれば、本体
は前記新たな壁に対して平行になっている。ここから再
び壁に沿ってP4へ向かって移動していくことができる。
Hereinafter, the autonomous mobile robot will be described. Fifth
The figure is a diagram for explaining the movement of the main body 5. For example, assume that the main body 5 starts from the position of P1 and moves along the wall on the left side in the order of P2, P3, and P4. Moving direction determining means
11, when the main body 5 is at the position P1, if the ultrasonic sensor 10a facing the wall detects the wall as shown in FIG. The driving and steering means 6 is controlled so that the main body 5 faces. In other words, by this, it is possible to move in parallel along the wall while detecting the wall existing on the left side between P1 and P2. When P2 is reached, the ultrasonic element facing forward
At 10c, a new wall is detected, and in this case, the moving direction determining means 11
After the main body 5 is temporarily stopped as shown in FIG. 7, the drive and steering means 6 is driven to rotate the main body 90 ° rightward on the spot. At this time, if the left ultrasonic obstacle sensor 10a stops at a point where nothing is detected, the main body is parallel to the new wall. From here you can move again along the wall towards P4.

以上の実施例の説明では、壁は本体の左側にあるもの
として説明したが、本体の右側にある場合は当然壁側を
向いている超音波測素子は10cとなり、第7図に示した
回転方向は、左向きとなるものである。
In the above description of the embodiment, the wall is described as being on the left side of the main body. However, when the wall is on the right side of the main body, the ultrasonic measuring element facing the wall is naturally 10c, and the rotation shown in FIG. The direction is to the left.

発明の効果 以上の説明のように、第一の手段によれば、簡単な構
成で90゜の範囲で障害物を検知することができる超音波
障害物センサーを提供することができる。また第二の手
段では、容易に壁に沿う移動を行うことができると共
に、壁と平行である姿勢をその場で本体を回転させるだ
けで見つけることができる。従って、壁沿いという目的
に適した自律型移動ロボットを簡単に実現できるもので
ある。
Effects of the Invention As described above, according to the first means, it is possible to provide an ultrasonic obstacle sensor capable of detecting an obstacle within a range of 90 ° with a simple configuration. In the second means, the user can easily move along the wall, and can find a posture parallel to the wall by simply rotating the main body on the spot. Therefore, an autonomous mobile robot suitable for the purpose of being along a wall can be easily realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の超音波障害物センサーの一実施例を示
す構成図、第2図は同超音波障害物センサーの検知範囲
の説明図、第3図は本発明の超音波障害物センサーを具
備する自律型移動ロボットの一実施例を示す平面断面
図、第4図は同側面図、第5図は同自律型移動ロボット
の移動方向を説明する説明図、第6図は同P1の位置での
説明図、第7図は同P2の位置での説明図、第8図・第9
図はそれぞれ超音波障害物センサーの従来例を示す図、
第10図は自律型移動ロボットの従来例を示す図である。 1……超音波素子、2……超音波測距回路、3……取付
部材、4……障害物判別手段、5……本体、6……駆動
および操舵手段、7……駆動輪兼操舵輪、8……補助
輪、9……バッテリー、10……超音波接触センサー、11
……移動方向決定手段。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the ultrasonic obstacle sensor of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a detection range of the ultrasonic obstacle sensor, and FIG. 3 is an ultrasonic obstacle sensor of the present invention. FIG. 4 is a side view, FIG. 5 is an explanatory view for explaining a moving direction of the autonomous mobile robot, and FIG. FIG. 7 is an explanatory view at the position P2, and FIGS. 8 and 9 are explanatory views at the position P2.
The figure shows a conventional example of an ultrasonic obstacle sensor,
FIG. 10 is a diagram showing a conventional example of an autonomous mobile robot. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic element, 2 ... Ultrasonic distance measuring circuit, 3 ... Mounting member, 4 ... Obstacle discriminating means, 5 ... Main body, 6 ... Drive and steering means, 7 ... Drive wheel / steering Wheel, 8 ... Auxiliary wheel, 9 ... Battery, 10 ... Ultrasonic contact sensor, 11
... Moving direction determining means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 寺井 春夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−311923(JP,A) 特開 昭60−93524(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Osamu Eguchi, Inventor, 1006 Odakadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Haruo Terai 1006, Odori, Kadoma, Kadoma, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd (56) References JP-A-63-131923 (JP, A) JP-A-60-93524 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】超音波素子と超音波測距回路より成る超音
波測距手段3組と、これら超音波素子を正面方向と、正
面方向に対して左右対称に内側45゜方向にそれぞれ保持
する3面のバッフル板で構成された取付部材と、前記超
音波測距手段の出力より障害物の有無を判断する障害物
判別手段とから成る超音波障害物センサー。
An ultrasonic distance measuring means comprising an ultrasonic element and an ultrasonic distance measuring circuit, and these ultrasonic elements are held in the front direction and inwardly 45 ° symmetrically with respect to the front direction. An ultrasonic obstacle sensor comprising: a mounting member formed by three baffle plates; and an obstacle discriminating means for judging the presence or absence of an obstacle based on an output of the ultrasonic distance measuring means.
【請求項2】本体と、本体を移動させるための駆動およ
び操舵手段と、駆動輪兼操舵輪と、補助輪と、全体に電
力を供給するためのバッテリーと、本体前方に左右平等
に且つ中央の超音波素子が本体正面方向に対して45゜方
向に設置された請求項1記載の超音波障害物センサー2
組と、この2組の超音波障害物センサーからの情報によ
り移動方向を決定するための移動方向決定手段とを備え
た自律型移動ロボット。
2. A main body, driving and steering means for moving the main body, a driving wheel serving as a steering wheel, an auxiliary wheel, a battery for supplying power to the whole, and a left and right equal and centered front of the main body. 2. The ultrasonic obstacle sensor 2 according to claim 1, wherein the ultrasonic element is disposed at an angle of 45.degree.
An autonomous mobile robot, comprising: a pair of sets; and a moving direction determining means for determining a moving direction based on information from the two sets of ultrasonic obstacle sensors.
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