JP3189368B2 - 姿勢位置測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車両を車庫内
に誘導させる装置を構成できる、レーザ光走査による姿
勢位置測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両を後方に走行させて、この車両を所
定の車庫内に安全に誘導させる装置が考えられているも
ので、この様な車庫誘導装置を構成するためには、車庫
入口に対する自己車両の位置座標並びに姿勢角を正確に
測定することが必要である。

【０００３】この様な要望に対して、例えば特願平２−
９３８７５号で提案されたように、車庫入口の両側にそ
れぞれ反射板を設置すると共に、車両の後方にレーザ光
を水平面内で走査するレーザ走査装置を設置し、反射板
からレーザ光の反射光を検知して、自己車両の車庫入口
に対する座標位置および姿勢角が求められるようにする
装置が考えられている。

【０００４】しかし、この様な装置を構成する場合、レ
ーザ光を水平面内で大きく走査する必要があると共に、
このレーザ光の回転走査に対応して常に対象物までの距
離を測定しているものであり、例えば１８０°範囲の１
回のレーザ光走査が終了するまでに多くの時間が必要と
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、車両等の被測定体の座標位
置さらに目標基準位置に対する姿勢角等の情報が、比較
的高速なレーザ光の走査によって得られるようにして、
例えば有効な車両の誘導装置が構成できるようにする姿
勢位置測定装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、測定基準位置に設置された第１、第２
の反射板、および被測定体に搭載され、レーザ光を特定
される面内で走査し前記第１、第２の反射板に照射する
レーザ走査装置を備え、このレーザ走査装置は、レーザ
の発光手段及び受光手段と、前記レーザ発光手段で発生
されたレーザ光を反射するミラー手段と、このミラー手
段を回転させ、前記発光されたレーザ光を特定される面
内で走査させるモータ機構と、前記走査されたレーザ光
が前記第１、第２の反射板で反射され、次に前記ミラー
手段で反射されたレーザ反射光を検知する検知手段と、
この検知手段で前記レーザ反射光を検知した状態で前記
ミラー手段の回転を停止させる走査停止制御手段と、こ
の走査停止制御手段で前記ミラー手段の回転が停止され
たときに、前記受光手段により受光された前記レーザ反
射光に基づいて前記第１、第２の反射板までの各距離を
算出する距離計測手段と、この距離計測手段の計測距離
および前記ミラー手段の回転が停止されたときのミラー
回転角位置に基づいて、前記被測定体の前記反射板に対
する方位距離を求める第１の演算手段と、前記計測距離
および方位距離に基づいて、前記第１、第２の反射板の
中間位置を原点として被測定体の位置座標および姿勢角
を求める第２の演算手段とを備えるようにしたものであ
る。

【０００７】

【作用】この様に構成される姿勢位置測定装置によれ
ば、レーザ発光手段によって発光されたレーザ光は、モ
ータ機構によって回転されるミラー手段により、比較的
高速に、例えば水平面内で走査される。そして、この走
査レーザ光が反射板から反射されたレーザ反射光が検知
手段で検知されたときにミラーの回転が停止され、この
状態で受光手段で受光されたレーザ反射光によって反射
板までの距離が測定され、またミラー停止された状態
で、その停止位置に基づいてレーザ光の照射方向が認知
されるもので、この反射板までの距離並びに方位に基づ
いて、被測定体の座標位置および姿勢角が算出されるよ
うになる。この場合、レーザ光は反射板からの反射光が
検知されるまで高速で走査できるものであり、この反射
光が検知されたときに距離並びに方位測定を行われる。
したがって、レーザ光走査を高速で実現でき、例えば車
両の車庫入口に対する誘導を円滑に実行できる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は車両を車庫入口に誘導する装置を例に
した実施例を示すもので、レーザ走査装置11および演算
制御を実行する電子制御ユニット（ＥＣＵ）12は、被測
定体である誘導すべき車両に搭載される。

【０００９】レーザ走査装置11は、光波測距儀13を備え
ているもので、この光波測距儀13はパルス状のレーザ光
の発光部131 および同じくレーザ光の受光部132 を有
し、さらに受光部132 で受光されたレーザ光に基づい
て、レーザ光の反射部までの距離を算出する距離計測部
133 が設定されている。

【００１０】光波測距儀13の発光部131 から発生された
レーザ光は、プリズム状の回転ミラー14で反射されて放
射出力されるもので、回転ミラー14をステッピングモー
タ15によって回転することにより、放射レーザ光は水平
面内で走査される。そして、この走査レーザ光が基準位
置等に設置された反射板16に当たると、この反射板16で
反射されたレーザ光が回転ミラー14で反射され、受光部
132 で受光される。この場合、同時に反射光検出部17に
おいてこの反射レーザ光が検知され、その受光検知信号
がＥＣＵ12に入力されるようになる。

【００１１】光波測距儀13は、ＥＣＵ12からのパルスレ
ーザ発光および測距指令により制御されるものであり、
発光部131 から出力されるレーザ光の位相と、受光部13
2 で受光されたレーザ光の位相との比較により得られ
る、レーザ光の発射時間と受光時間との時間差に基づ
き、距離測定部133 でこの光波測距儀13と反射板16との
距離を算出するもので、この距離データをＥＣＵ12に送
る。

【００１２】また、ステッピングモータ15はＥＣＵ12か
らの回転方向信号に基づいて回転方向が指定され、ＥＣ
Ｕ12からのパルスレーザ光に同期するクロック信号に基
づいてステップ駆動される。また、回転ミラー14にはホ
トインタラプタ18が設けられて、回転ミラー14の回転基
準の零位置が検出されるもので、この“０”点検出信号
がＥＣＵ12に供給されるようにしている。

【００１３】この様なＥＣＵ12を含むレーザ走査装置11
は、図２で示すように誘導しようとする車両30に搭載さ
れるもので、例えばこの車両30の後部中央部に、光波測
距儀13が設置され、発光部131 からのレーザ光が回転ミ
ラー14で反射されて車両30の後方を水平面内で走査す
る。また、この車両30を誘導しようとする車庫31の入口
の両側には、それぞれレーザ光の反射板161 および162
が設置される。

【００１４】この様に構成される装置において、ＥＣＵ
12からの指令に基づいて光波測距儀13の発光部131 か
ら、周期的にパルスレーザ光を発射し、距離測定部133
でレーザ光の発射時間と、このレーザ光が反射板16に反
射して受光部132 に帰ってくるまでの時間差に基づいて
距離計測が行われる。

【００１５】反射光検出部17は例えば図３で示すように
構成されるもので、受光素子171 で検出された受光信号
は、電圧変換部172 で電圧信号ａに変換され、増幅部17
3 で増幅された後、この増幅電圧信号ｂは比較部174 で
基準電圧ｃと比較される。

【００１６】例えば、受光素子171 で図４で示すような
パルスレーザ光を受信すると、電圧変換部172 から同図
にａで示す電圧信号が出力され、増幅部173 からの出力
ｂが比較部174 で基準電圧ｃと比較される。したがっ
て、この比較部174 から図４にｄで示す比較出力が得ら
れ、波形整形部175 でパルス信号の時間幅を拡大し、ア
クチィブＬの受光検知信号ｅが出力されるもので、この
受光検知信号がＥＣＵ12に供給されるようになる。

【００１７】図５はＥＣＵ12におけるレーザ光走査並び
に姿勢位置測定動作の処理の流れを示すもので、まずス
テップ401 でステッピングモータ15の回転方向を例えば
逆の方向ＣＣＷに設定する。そして、ステップ402 でモ
ータ15を１ステップ回転させるためのクロック信号を出
力する。

【００１８】ステップ403 ではホトインタラプタ18から
の“０”検出信号を監視して“０”点検出信号の有無を
判定するもので、“０”点検出信号が検出されないとき
はステップ402 に戻って、ステッピングモータ15の１ス
テップづつ回転させる。この様に１ステップづつ回転さ
せて回転ミラー14が“０”点基準位置に達した時に、ス
テップ403 は“０”点検出信号が出力され、ステップ40
3 でこの“０”点検出信号を確認してステップ404 に進
み、ステッピングモータ15を回転するクロック信号の出
力を停止し、回転ミラー14を原点位置に停止設定する。

【００１９】この様に回転ミラー14が原点位置に設定さ
れたならば計測動作を待機するようになるもので、ステ
ップ405 で計測スタートの開始を待機する。ステップ40
5 で計測スタートが確認されたならば、ステップ406 で
ミラー14の回転方向が正方向ＣＷに設定されているか否
かを判定し、回転方向がＣＷの場合はステップ407 に進
んでモータ回転方向をＣＣＷに逆転設定する。また、ス
テップ406 でモータ回転方向がＣＷでない場合にはステ
ップ408 に進んでモータ回転方向を正方向ＣＷに逆転設
定する。

【００２０】この様にモータ回転方向が設定されたなら
ば、ステップ409 で連続レーザ発光指令を出し、ステッ
プ410 でステッピングモータ15を１ステップ回転させる
モータ回転クロック信号を出力すると共に、ステップ41
1 でレーザ光の受光信号の有無を判定する。

【００２１】そして、光波測距儀13の発光部131 から出
力されたレーザ光が、例えば図２の左側の反射板161 に
反射され、その反射光が反射光検出器17で検出される
と、ステップ411 でレーザ光の受光が確認され、ステッ
プ412 に進んでモータ15を回転させるクロック信号を停
止させて回転ミラー14をその位置で停止させ、光波測距
儀13からの距離データを受信できる状態に設定される。

【００２２】この時、光波測距儀13の受光部132 のＡＧ
Ｃ回路が応答性が悪いことが想定されるので、ＡＧＣ回
路が安定するまでの間で距離データが不安定であるた
め、ステップ413 で光波測距儀13からの距離データをｎ
（例えばｎ＝１０）回受信するまで待ち、ステップ414
でこのｎ回目の距離データとステッピングモータ15のス
テップ角を、ＥＣＵ12内の記憶装置に記憶する。この場
合、ステッピングモータ15のステップ角は、レーザ光の
放射方向、すなわち反射板の方位に対応するデータとな
る。そして、ステップ410 に戻る。

【００２３】また、ステップ411 で受光信号が確認され
ないときは、ステップ415 に進んでステッピングモータ
15のステップ角が１８０°まで進んだか否かを判定す
る。モータ15のステップ角が１８０°に達すると、レー
ザ光の走査範囲が最終位置まで達したことを確認される
もので、それ以前はステップ角が１８０°に達するまで
ステップ410 に進んでステッピングモータ15の回転、す
なわち回転ミラー14を回転させてレーザ光の走査が継続
されるようにする。

【００２４】そして、この走査過程で右側の反射板162
からの反射レーザ光の受光が確認されたならば、ステッ
プ412 以降の処理が行われて、その受光位置で距離デー
タが求められ、ステッピングモータ15のステップ角が読
み出され、さらに演算された反射板162 間での距離デー
タが記憶される。

【００２５】ステップ415 で回転ミラー14の回転に伴う
レーザ光の走査範囲が最終位置まで達したことが確認さ
れたならば、ステップ416 に進んでモータ回転のクロッ
ク信号を停止し、ステップ417 でレーザ発光を停止させ
る。

【００２６】このようにして一連のレーザ光の走査が終
了したならば、ステップ418 で記憶された距離データに
基づき、図２で示す車両30の光波測距儀13から左側の反
射板161 までの距離Ｌおよび角度Φを算出すると共に、
同じく右側の反射板162 までの距離Ｒおよび角度θを算
出する。そして、ステップ419 で左および右の距離デー
タと角度データに基づいて、車両30の位置座標Ｑx およ
びＱy 、さらに姿勢角ξを計算する。

【００２７】車両30の姿勢角ξは、次の式によってＥＣ
Ｕ12で計算される。

【数１】 また、車両30の位置座標Ｑx およびＱy は次の式で求め
られる。

【数２】 この様にして車庫31の入口の両側の反射板161 および16
2 に対する車両30の位置座標Ｑx 、Ｑy 、さらに姿勢角
ξが求められたならば、これらのデータに基づいて車両
30を車庫31の入口に誘導する車両運転制御が実行され
る。

【００２８】なお、実施例においては車両の車庫入口へ
の誘導制御を例にして説明したが、これは移動する物体
と特定される基準位置との相対関係における位置座標お
よび姿勢角が測定検出できるものであり、各種の自動運
転制御システムに効果的に応用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る姿勢位置測
定装置によれば、基準位置に設定された反射板からの反
射光を受光したときにレーザ走査が停止されるもので、
この走査停止時に基準位置までの距離測定並びに方位測
定が行われる。したがって、それ以外のときは受光が確
認されるまでレーザ光は連続的に高速で走査することが
できるものであり、例えば１８０°の範囲の走査を３〜
５秒以下の状態で実現することができ、各種誘導制御に
効果的に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る姿勢位置測定装置を
説明する構成図。

【図２】上記姿勢位置制御装置を用いた車両の車庫誘導
システムを説明する図。

【図３】上記実施例で使用される反射光検出器の構成を
説明する図。

【図４】この反射光検出器の動作を説明する信号波形
図。

【図５】上記実施例の電子制御ユニットの動作の流れを
説明するフローチャート。

【符号の説明】

11…レーザ走査装置、12…電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）、13…光波測距儀、131 …発光部、132 …受光部、
133 …距離計測部、14…回転ミラー、15…ステッピング
モータ、16…反射板、17…反射光検出器、18…ホトイン
タラプタ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定基準位置に設置された第１、第２の
   反射板、および被測定体に搭載され、レーザ光を特定さ
   れる面内で走査し前記第１、第２の反射板に照射するレ
   ーザ走査装置を備え、 このレーザ走査装置は、 レーザの発光手段及び受光手段と、 前記レーザ発光手段で発生されたレーザ光を反射するミ
   ラー手段と、 このミラー手段を回転させ、前記発光されたレーザ光を
   特定される面内で走査させるモータ機構と、 前記走査されたレーザ光が前記第１、第２の反射板で反
   射され、次に前記ミラー手段で反射されたレーザ反射光
   を検知する検知手段と、 この検知手段で前記レーザ反射光を検知した状態で前記
   ミラー手段の回転を停止させる走査停止制御手段と、 この走査停止制御手段で前記ミラー手段の回転が停止さ
   れたときに、前記受光手段により受光された前記レーザ
   反射光に基づいて前記第１、第２の反射板までの各距離
   を算出する距離計測手段と、 この距離計測手段の計測距離および前記ミラー手段の回
   転が停止されたときのミラー回転角位置に基づいて、前
   記被測定体の前記反射板に対する方位距離を求める第１
   の演算手段と、前記計測距離および方位距離に基づいて、前記第１、第
   ２の反射板の中間位置を原点として被測定体の位置座標
   および姿勢角を求める第２の演算手段と を具備したこと
   を特徴とする姿勢位置測定装置。