JP3581911B2 - 移動走行車 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物までの距離を測定する測距センサを有する走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の測距センサの一例として赤外線アクティブ方式の測距センサの構成図を図９に示す。赤外線ＬＥＤ４０１の発光により出た赤外線は投光レンズ４０２を通して被測定物４０３に当る。被測定物４０３で乱反射された赤外線の一部は測距センサの受光側へ達し集光レンズ４０４を通して受光素子４０５に結像される。測距センサでは受光素子上に結像された反射光の位置から、三角測距の原理により被測定物までの距離を計測する。
【０００３】
測距可能距離を大きくするため、あるいは測距のＳ／Ｎ比を上げるためには、当然ながら赤外線ＬＥＤの光量を大きくしなければならず、そのためには赤外線ＬＥＤに大きな電流を流しその結果消費電力が増大する。また、この測距センサを自律走行車に搭載した場合、自律走行車が高速で移動している場合には測距と測距の間に移動する距離が大きくなり、かかる状況に対応するためには測距間隔を短くしなければならない。
【０００４】
このような要求に答えるために自律走行車が移動中にはその走行状態に関係なく、最大の出力、最速の周期で測距を行ってもよいが、かかる方法では対象物までの距離が近い時、あるいは移動車が低速走行中で測距間隔が長くても差し支えないとき、また停止中あるいは接触式測距センサ等の別のセンサで対象物との距離を測定中等で、測距センサの必要のないときにでも、最大出力、最速周期で測距するために必要以上に電力を消費するといった不都合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような不都合を鑑みてなされたもので、自律走行車の状況と周りの状況から必要かつ十分なサイクルを計算して測距を行うと共に、必要のないときには測距センサの測距動作を停止させ、また対象物までの距離に応じて対象物に対して発する検知波（例えば、赤外線）の強度を必要かつ十分とすることにより不必要な電力の消費を省き省電力化をはかろうとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の移動走行車及び測距装置は、走行速度と対象物までの距離の双方に応じて測距センサの測距サイクルを制御することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態である自律走行車システムを説明する。
本発明が適用される自律走行車システムは、ステーションと自律走行車から成っている。図１にステーションの構成を示す。このステーションはステーション本体１０１と通信制御部１０２とで構成されている。ステーション本体１０１では自律走行車への作業の指示、自律走行車の位置確認、自律走行車へのバッテリー充電、自律走行車の格納などを行う。通信制御部１０２は自律走行車との通信を制御するものであり、無線通信でステーション本体１０１からの指示を自律走行車へ送ったり、自律走行車から送信される位置情報を受信したりする。
【０００８】
図２は自律走行車の外観図である。この自律走行車は移動部２０１と清拭部２０２とからなっており、移動部２０１により床面を走行しながら、清拭部２０２により床面の清拭作業ができるように構成されている。９Ａ、９Ｂは接触式測距センサであり、詳細は特願平７−８９６８０に記載されている。２０４は薬剤タンクであり、ここに貯蔵された薬剤を床面に塗布しながら清拭部２０２による床面の清拭作業が行われる。
【０００９】
２０５は測距センサー窓であり、自律走行車の内部に設けられた測距センサ１（図２には不図示）が発光する赤外光がこの測距センサー窓２０５を通って対象物に照射される。２０６はバンパー型センサであり、このセンサが障害物や壁に接触すれば本体の走行を停止するようになっている。
【００１０】
図３に自律走行車の構成を示す。尚、以下の説明では本形態に関係する走行制御と測距に必要な構成のみを示し、その他の部分は公知の自律走行車と同様であるので説明を省略する。
【００１１】
１は測距センサであり、自律走行車と対象物（障害物、壁等）との距離を測るものである。本形態では前述した図９に示す赤外線発光式のアクティブタイプ測距センサを用いている。尚、測距センサ１として、パッシブタイプの測距センサ、超音波反射式測距センサ、レーザー反射式測距センサ等を用いても良い。９Ａ、９Ｂは接触式測距センサであり、自律走行車と対象物との距離が近くなった時に、測距センサ１に代わって自律走行車と対象物との距離を測定する。２は通信制御部であり、ステーションの通信制御部１０２との間で情報の送受信を行う。
【００１２】
４はメモリであり自律走行車の制御に必要なシーケンス、地図情報等を記憶している。５は操舵駆動部であり操舵輪１１を制御することで自律走行車の操舵を制御する。６は駆動制御部、７Ａ、７Ｂはモータ、８Ａ、８Ｂは駆動輪であり、駆動制御部６がモータ７Ａ、７Ｂを制御することで、モータ７Ａ、７Ｂにそれぞれ接続されている駆動輪を８Ａ、８Ｂを独立して制御している。
【００１３】
１０Ａ、１０Ｂは速度検出部であり、駆動輪８Ａ、８Ｂの回転速度を検出し、駆動制御部６に検出さえれた速度データを送っている。速度検出部１０Ａ、１０Ｂの詳細を図４を用いて説明する。３０２はコードホイールであり、駆動輪８Ａ、８Ｂに接続されており、駆動輪８Ａ、８Ｂと同じ速度で回転する。３０１は透過型ホトセンサであり、単位時間当りのコードホイール３０２の回転数（即ち、駆動輪８Ａ、８Ｂの回転数）を計測できるようになっている。
【００１４】
速度検出部１０Ａ、１０Ｂによって計測された所定時間当りの駆動輪８Ａ、８Ｂの回転数と駆動輪８Ａ、８Ｂの直径から所定時間当りの自律走行車の移動量を計算し、その移動量を所定時間で割ることで自律走行車の速度を算出する。
【００１５】
図３に戻って説明する。３はマイクロコンピュータであり、メモリ４に記憶されたシーケンス（あるいは地図情報）、通信制御部２にて受信したステーション１０１からの命令、測距センサ１、接触式測距センサ９Ａ、９Ｂから送られる自律走行車と対象物間の距離情報、操舵駆動部５から送られる操舵輪１１に関する情報、駆動制御部６から送られる駆動輪８に関する情報などを総合的に判断し、その後の自律走行車の動作を刻々決定する。そして決定した動作が行われるように、駆動制御部６、操舵駆動部５を介して自律走行車の駆動及び操舵を制御している。
【００１６】
また、マイクロコンピュータ３は、駆動制御部６から送られる駆動輪８の回転速度（即ち、自律走行車の速度）に関する情報、測距センサ１から送られる自律走行車と対象物間の距離情報に基づいて、測距センサ１の出力強度、測距サイクルを決定する。
【００１７】
以下、測距センサ１の出力強度、測距サイクルについて説明する。
まず、出力強度について図５を参照しながら説明する。図５は本形態の測距センサにおける自律走行車と対象物との距離Ｄと測距センサ１の出力強度Ｐとの関係を示すグラフである。このグラフから本形態の測距センサは自律走行車と対象物との間の距離Ｄが長くなるほど測距センサ１の出力が強くなることがわかる。但し、Ｄ１（測距を行なうのに最大出力が必要となる距離、本形態では２０００ｍｍとする）以上の距離では距離に係わらず最大出力で測距する。
【００１８】
赤外線アクティブタイプ測距センサの場合は出力強度は赤外線ＬＥＤの発光強度である。この発光強度は距離の２乗に比例するから最も一般的な式としては、以下に示す（１）式が考えられる。
Ｐ＝Ｐ１＋Ｋ・（Ｄ＋ａ）２ （１）
但し Ｐ：ＬＥＤの発光強度
Ｄ：対象物までの距離（０≦Ｄ≦Ｄ１）
Ｐ１：測距に必要な最低の発光強度
Ｋ，ａ：自律走行車の諸性能、走行環境等によって決まる特有の定数
である。
本形態では、Ｐ１を５０ｍＡ、Ｋを１．３、ａを２０ｍｍに設定している。
【００１９】
尚、測距センサの出力強度を表す式としては上述した（１）式以外にも、対象物の形状、反射率あるいは周りの明るさ等の測定環境により様々な算出法が考えられる。尚、測距センサが例えば超音波式のときには出力強度は超音波強度であり、レーザー反射式の時にはレーザー光の出力強度、またパッシブタイプのときには対象物に投影するパターン光の出力強度となる。
【００２０】
ここで、本形態の出力強度（発光強度）変更部について説明する。
図６は、赤外線ＬＥＤの発光強度を変更するための回路図である。複数の出力ポートに制限抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の異なるＬＥＤ駆動回路を設けて、ポート１〜ポート３を必要な発光強度に応じて選択し、ＬＥＤ駆動回路をＯＮすることで、状況に応じた発光強度でＬＥＤを発光させることができる。尚、本形態ではＲ１を１０Ω、Ｒ２を５Ω、Ｒ３を３Ω、またＶｃｃを５Ｖに設定している。即ち、ポート１を選択すれば弱い発光強度、ポート２を選択すれば中くらいの発光強度、ポート３を選択すれば強い発光強度が得られる。
【００２１】
次に、測距サイクルについて説明する。図７は周期最適化測距を説明するグラフである。但し、Ｖは自律走行車の速度、Ｄは対象物までの距離、Ｋ１、Ｋ２は便宜的な定数である。測距の周期は自律走行車の速度Ｖと対象物までの距離Ｄで決まる。即ち、距離が遠くても自律走行車の速度が速ければ短い周期で測距しなければならず、逆に近い距離でも速度が遅ければ長い周期で測距しても良いわけである。
【００２２】
図７では３つの ＺＯＮＥ を設定した。 ＺＯＮＥ １は Ｖ≧Ｋ１×Ｄ の領域でこれは距離が近くかつ速度も速い領域、即ち最も速い周期で測距しなければならない領域である。 ＺＯＮＥ ２は Ｋ１×Ｄ＞Ｖ≧Ｋ２×Ｄ の領域で中ぐらいの周期、 ＺＯＮＥ ３は Ｖ＜Ｋ２×Ｄ の領域で距離は遠く速度も遅い領域、即ち比較的長い周期で測距しても差し支えない領域である。即ち自律走行車は測距センサからの距離データと駆動制御部からの自律走行車の速度データとから現在の走行状態が図７のどの領域に属するかを判定し測距サイクルを決定する。
【００２３】
本形態では、Ｋ１を３（ｓｅｃ￣１）、Ｋ２を１（ｓｅｃ￣１）として ＺＯＮＥ を３つに分け、 ＺＯＮＥ １ （即ち、Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）≧３（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ） の領域）では１秒間に５回測距し、 ＺＯＮＥ ２ （即ち、 ３（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ）＞Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）≧１（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ） の領域）では１秒間に２回測距し ＺＯＮＥ １ （即ち、Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）＜１（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ） の領域）では１秒間に１回測距するようにしている。
【００２４】
図７では３つの ＺＯＮＥ を設定し、また ＺＯＮＥ の境界線を一次式の直線としたが、２つあるいは４つ以上の ＺＯＮＥ を設定しても構わないし、境界線も自律走行車の加速性能、ブレーキ性能、周囲の環境等によって指数関数的あるいは２次関数的に設定しても構わない。また測距の周期を速度と距離のメンバーシップ関数によるファジィ制御とすることも可能である。
【００２５】
図８に本形態による自律走行車の測距動作のフローチャートを示す。
＃１０でロボットが走行を開始するとまず＃２０で前回の測距から所定時間（Ｓ秒）経過したかどうかをチェックする。もしＳ秒以上経過していれば周囲の状況が大幅に変化していることが考えられるので、発光強度を最適化した測距は行わず＃４０へ分岐し最大発光強度により測距を行い、その距離データをＤとしてメモリする（距離データは最新の物がＤとしてメモリされるものとする）。
【００２６】
＃２０で、前回の測距からＳ秒以上経過していなければ、次に＃３０で前回測距時の距離データＤがＤ１（最大発光強度による測定が必要な距離）より大きいか否かを判定する。＃３０の判定で前回測距時の距離データＤがＤ１より大きければ、＃４０へ進み最大発光強度による測距を行う。＃３０の判定で前回測距時の距離データＤがＤ１以下の時には＃５０に進み距離Ｄに対応する最適発光強度を計算する。これは、図５において説明した距離Ｄから最適発光強度Ｐを求めることである。次に＃６０で、＃５０の計算結果に応じた発光強度で測距を行い距離データをＤとしてメモリする。次に＃７０で、測距サイクルを決めるためのタイマーをリセットし、測距の動作を終える。
【００２７】
測距が終了すると、まず＃８０で Ｄ が接触式測距センサ依存距離（Ｄ０、本形態では５０ｍｍ）内かどうかを判定する。これは、自律走行車と対象物との距離が近くなった時は、測距センサ１では正確に測距できなくなるので接触式測距センサによる測距を行うためである。＃８０で Ｄ＜Ｄ０ であれば、＃９０で接触式測距センサでの測距を行い、その距離データをＤとしてメモリする。次に＃１００で Ｄ が接触式測距センサ依存距離 Ｄ０ 以上かどうかを判定する。もし、Ｄ が Ｄ０ を超えれば接触式測距センサでの測距を終了し、＃２０の経過時間判定へ戻り、測距センサでの測距になる。＃１００で Ｄ が Ｄ０ を超えていなければ、＃１１０で Ｄ に応じた自律走行車の走行制御を行う。
【００２８】
次に、＃１２０で走行終了命令が出たかどうかを判定する。走行終了命令が出ていれば、＃１３０で走行停止の制御を行った後＃１４０でリターンする。＃１２０で走行終了命令が出ていなければ＃９０へ戻り、＃９０〜＃１２０の処理を繰り返す。
【００２９】
＃８０で距離 Ｄ が Ｄ０ 以上であったときには＃１５０へ進み Ｄ に応じた自律走行車の走行制御を行う。これは、対象物までの距離に応じて、減速、停止、対象物の回避等を行うものである。
【００３０】
次に、＃１６０で自律走行車に対し走行終了命令が出ているかどうかを判定する。走行終了命令が出ていれば、＃１３０で走行停止の制御を行った後＃１４０でリターンする。
【００３１】
＃１６０で走行終了命令が出ていなければ＃１７０へ進み自律走行車の速度Ｖを取り込む。次に＃１８０で自律走行車の速度Ｖと距離 Ｄ が図７のどの領域に属するかを判定する。
【００３２】
まず＃１９０で、＃１８０の判定結果が測距サイクル ＺＯＮＥ １かどうかを判断する。＃１９０で ＺＯＮＥ １と判断された場合は最短周期（本形態では１秒間に５回、即ち０．２ｓｅｃ毎）による測距であるから＃２０へ戻り直ちに次の測距動作へ移る。
【００３３】
＃１９０で ＺＯＮＥ １ではないと判断された場合、次に＃２００で＃１８０の判定結果が測距サイクル ＺＯＮＥ ２かどうかを判断する。＃２００で ＺＯＮＥ ２と判断された場合は１秒間に２回測距（０．５ｓｅｃ毎）を行なう必要がある。そこで、＃２１０へ進みＴ秒（本形態では０．５ｓｅｃ）の間待機し、その後＃２０へ戻り次の測距動作へ移る。
【００３４】
＃２００で ＺＯＮＥ ２ではないと判断された場合は、測距サイクル ＺＯＮＥ ３であるので、１秒間に１回測距（１．０ｓｅｃ毎）を行なう必要がある。そこで、＃２２０へ進み２Ｔ秒（本形態では１．０ｓｅｃ）の間待機し、その後＃２０へ戻り次の測距動作へ移る。
【００３５】
本形態ではＴを０．５ｓｅｃに設定したが、Ｔは自律走行車の通常の移動速度等により決定される時間であるので０．５ｓｅｃに限るものではない。また当然ながら ＺＯＮＥ ３と ＺＯＮＥ ２の待機時間は ＺＯＮＥ ３の方が ＺＯＮＥ ２より長いというだけであり、本形態のようにその比が２：１である必要はない。
【００３６】
尚、本形態はステーション部と自律走行車とで構成されるシステムに基づいて説明したが、本発明は自律走行車のみの構成にも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自律走行車は、必要かつ十分な周期及び出力強度で対象物までの距離が測定でき、自律走行車の省電力化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における自律走行車システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態における自律走行車の外観図
【図３】本発明の実施の形態における自律走行車の構成図
【図４】本発明の実施の形態における速度検出部を示す説明図
【図５】本発明の実施の形態における発光強度の最適化を説明するグラフ
【図６】本発明の実施の形態における発光強度変更のための回路図
【図７】本発明の実施の形態における測距周期の最適化を説明するグラフ
【図８】本発明の実施の形態における自律走行車の測距動作を説明するフローチャート
【図９】従来の赤外線アクティブ方式測距センサの原理を示す説明図
【符号の説明】
１：測距センサ
３：マイクロコンピュータ
１０Ａ、１０Ｂ：速度検出部
２０１：移動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物までの距離を測定する測距センサを有する走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の測距センサの一例として赤外線アクティブ方式の測距センサの構成図を図９に示す。赤外線ＬＥＤ４０１の発光により出た赤外線は投光レンズ４０２を通して被測定物４０３に当る。被測定物４０３で乱反射された赤外線の一部は測距センサの受光側へ達し集光レンズ４０４を通して受光素子４０５に結像される。測距センサでは受光素子上に結像された反射光の位置から、三角測距の原理により被測定物までの距離を計測する。
【０００３】
測距可能距離を大きくするため、あるいは測距のＳ／Ｎ比を上げるためには、当然ながら赤外線ＬＥＤの光量を大きくしなければならず、そのためには赤外線ＬＥＤに大きな電流を流しその結果消費電力が増大する。また、この測距センサを自律走行車に搭載した場合、自律走行車が高速で移動している場合には測距と測距の間に移動する距離が大きくなり、かかる状況に対応するためには測距間隔を短くしなければならない。
【０００４】
このような要求に答えるために自律走行車が移動中にはその走行状態に関係なく、最大の出力、最速の周期で測距を行ってもよいが、かかる方法では対象物までの距離が近い時、あるいは移動車が低速走行中で測距間隔が長くても差し支えないとき、また停止中あるいは接触式測距センサ等の別のセンサで対象物との距離を測定中等で、測距センサの必要のないときにでも、最大出力、最速周期で測距するために必要以上に電力を消費するといった不都合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような不都合を鑑みてなされたもので、自律走行車の状況と周りの状況から必要かつ十分なサイクルを計算して測距を行うと共に、必要のないときには測距センサの測距動作を停止させ、また対象物までの距離に応じて対象物に対して発する検知波（例えば、赤外線）の強度を必要かつ十分とすることにより不必要な電力の消費を省き省電力化をはかろうとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の移動走行車及び測距装置は、走行速度と対象物までの距離の双方に応じて測距センサの測距サイクルを制御することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態である自律走行車システムを説明する。
本発明が適用される自律走行車システムは、ステーションと自律走行車から成っている。図１にステーションの構成を示す。このステーションはステーション本体１０１と通信制御部１０２とで構成されている。ステーション本体１０１では自律走行車への作業の指示、自律走行車の位置確認、自律走行車へのバッテリー充電、自律走行車の格納などを行う。通信制御部１０２は自律走行車との通信を制御するものであり、無線通信でステーション本体１０１からの指示を自律走行車へ送ったり、自律走行車から送信される位置情報を受信したりする。
【０００８】
図２は自律走行車の外観図である。この自律走行車は移動部２０１と清拭部２０２とからなっており、移動部２０１により床面を走行しながら、清拭部２０２により床面の清拭作業ができるように構成されている。９Ａ、９Ｂは接触式測距センサであり、詳細は特願平７−８９６８０に記載されている。２０４は薬剤タンクであり、ここに貯蔵された薬剤を床面に塗布しながら清拭部２０２による床面の清拭作業が行われる。
【０００９】
２０５は測距センサー窓であり、自律走行車の内部に設けられた測距センサ１（図２には不図示）が発光する赤外光がこの測距センサー窓２０５を通って対象物に照射される。２０６はバンパー型センサであり、このセンサが障害物や壁に接触すれば本体の走行を停止するようになっている。
【００１０】
図３に自律走行車の構成を示す。尚、以下の説明では本形態に関係する走行制御と測距に必要な構成のみを示し、その他の部分は公知の自律走行車と同様であるので説明を省略する。
【００１１】
１は測距センサであり、自律走行車と対象物（障害物、壁等）との距離を測るものである。本形態では前述した図９に示す赤外線発光式のアクティブタイプ測距センサを用いている。尚、測距センサ１として、パッシブタイプの測距センサ、超音波反射式測距センサ、レーザー反射式測距センサ等を用いても良い。９Ａ、９Ｂは接触式測距センサであり、自律走行車と対象物との距離が近くなった時に、測距センサ１に代わって自律走行車と対象物との距離を測定する。２は通信制御部であり、ステーションの通信制御部１０２との間で情報の送受信を行う。
【００１２】
４はメモリであり自律走行車の制御に必要なシーケンス、地図情報等を記憶している。５は操舵駆動部であり操舵輪１１を制御することで自律走行車の操舵を制御する。６は駆動制御部、７Ａ、７Ｂはモータ、８Ａ、８Ｂは駆動輪であり、駆動制御部６がモータ７Ａ、７Ｂを制御することで、モータ７Ａ、７Ｂにそれぞれ接続されている駆動輪を８Ａ、８Ｂを独立して制御している。
【００１３】
１０Ａ、１０Ｂは速度検出部であり、駆動輪８Ａ、８Ｂの回転速度を検出し、駆動制御部６に検出さえれた速度データを送っている。速度検出部１０Ａ、１０Ｂの詳細を図４を用いて説明する。３０２はコードホイールであり、駆動輪８Ａ、８Ｂに接続されており、駆動輪８Ａ、８Ｂと同じ速度で回転する。３０１は透過型ホトセンサであり、単位時間当りのコードホイール３０２の回転数（即ち、駆動輪８Ａ、８Ｂの回転数）を計測できるようになっている。
【００１４】
速度検出部１０Ａ、１０Ｂによって計測された所定時間当りの駆動輪８Ａ、８Ｂの回転数と駆動輪８Ａ、８Ｂの直径から所定時間当りの自律走行車の移動量を計算し、その移動量を所定時間で割ることで自律走行車の速度を算出する。
【００１５】
図３に戻って説明する。３はマイクロコンピュータであり、メモリ４に記憶されたシーケンス（あるいは地図情報）、通信制御部２にて受信したステーション１０１からの命令、測距センサ１、接触式測距センサ９Ａ、９Ｂから送られる自律走行車と対象物間の距離情報、操舵駆動部５から送られる操舵輪１１に関する情報、駆動制御部６から送られる駆動輪８に関する情報などを総合的に判断し、その後の自律走行車の動作を刻々決定する。そして決定した動作が行われるように、駆動制御部６、操舵駆動部５を介して自律走行車の駆動及び操舵を制御している。
【００１６】
また、マイクロコンピュータ３は、駆動制御部６から送られる駆動輪８の回転速度（即ち、自律走行車の速度）に関する情報、測距センサ１から送られる自律走行車と対象物間の距離情報に基づいて、測距センサ１の出力強度、測距サイクルを決定する。
【００１７】
以下、測距センサ１の出力強度、測距サイクルについて説明する。
まず、出力強度について図５を参照しながら説明する。図５は本形態の測距センサにおける自律走行車と対象物との距離Ｄと測距センサ１の出力強度Ｐとの関係を示すグラフである。このグラフから本形態の測距センサは自律走行車と対象物との間の距離Ｄが長くなるほど測距センサ１の出力が強くなることがわかる。但し、Ｄ１（測距を行なうのに最大出力が必要となる距離、本形態では２０００ｍｍとする）以上の距離では距離に係わらず最大出力で測距する。
【００１８】
赤外線アクティブタイプ測距センサの場合は出力強度は赤外線ＬＥＤの発光強度である。この発光強度は距離の２乗に比例するから最も一般的な式としては、以下に示す（１）式が考えられる。
Ｐ＝Ｐ１＋Ｋ・（Ｄ＋ａ）２ （１）
但し Ｐ：ＬＥＤの発光強度
Ｄ：対象物までの距離（０≦Ｄ≦Ｄ１）
Ｐ１：測距に必要な最低の発光強度
Ｋ，ａ：自律走行車の諸性能、走行環境等によって決まる特有の定数
である。
本形態では、Ｐ１を５０ｍＡ、Ｋを１．３、ａを２０ｍｍに設定している。
【００１９】
尚、測距センサの出力強度を表す式としては上述した（１）式以外にも、対象物の形状、反射率あるいは周りの明るさ等の測定環境により様々な算出法が考えられる。尚、測距センサが例えば超音波式のときには出力強度は超音波強度であり、レーザー反射式の時にはレーザー光の出力強度、またパッシブタイプのときには対象物に投影するパターン光の出力強度となる。
【００２０】
ここで、本形態の出力強度（発光強度）変更部について説明する。
図６は、赤外線ＬＥＤの発光強度を変更するための回路図である。複数の出力ポートに制限抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の異なるＬＥＤ駆動回路を設けて、ポート１〜ポート３を必要な発光強度に応じて選択し、ＬＥＤ駆動回路をＯＮすることで、状況に応じた発光強度でＬＥＤを発光させることができる。尚、本形態ではＲ１を１０Ω、Ｒ２を５Ω、Ｒ３を３Ω、またＶｃｃを５Ｖに設定している。即ち、ポート１を選択すれば弱い発光強度、ポート２を選択すれば中くらいの発光強度、ポート３を選択すれば強い発光強度が得られる。
【００２１】
次に、測距サイクルについて説明する。図７は周期最適化測距を説明するグラフである。但し、Ｖは自律走行車の速度、Ｄは対象物までの距離、Ｋ１、Ｋ２は便宜的な定数である。測距の周期は自律走行車の速度Ｖと対象物までの距離Ｄで決まる。即ち、距離が遠くても自律走行車の速度が速ければ短い周期で測距しなければならず、逆に近い距離でも速度が遅ければ長い周期で測距しても良いわけである。
【００２２】
図７では３つの ＺＯＮＥ を設定した。 ＺＯＮＥ １は Ｖ≧Ｋ１×Ｄ の領域でこれは距離が近くかつ速度も速い領域、即ち最も速い周期で測距しなければならない領域である。 ＺＯＮＥ ２は Ｋ１×Ｄ＞Ｖ≧Ｋ２×Ｄ の領域で中ぐらいの周期、 ＺＯＮＥ ３は Ｖ＜Ｋ２×Ｄ の領域で距離は遠く速度も遅い領域、即ち比較的長い周期で測距しても差し支えない領域である。即ち自律走行車は測距センサからの距離データと駆動制御部からの自律走行車の速度データとから現在の走行状態が図７のどの領域に属するかを判定し測距サイクルを決定する。
【００２３】
本形態では、Ｋ１を３（ｓｅｃ￣１）、Ｋ２を１（ｓｅｃ￣１）として ＺＯＮＥ を３つに分け、 ＺＯＮＥ １ （即ち、Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）≧３（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ） の領域）では１秒間に５回測距し、 ＺＯＮＥ ２ （即ち、 ３（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ）＞Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）≧１（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ） の領域）では１秒間に２回測距し ＺＯＮＥ １ （即ち、Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）＜１（ｓｅｃ￣１）×Ｄ（ｍｍ） の領域）では１秒間に１回測距するようにしている。
【００２４】
図７では３つの ＺＯＮＥ を設定し、また ＺＯＮＥ の境界線を一次式の直線としたが、２つあるいは４つ以上の ＺＯＮＥ を設定しても構わないし、境界線も自律走行車の加速性能、ブレーキ性能、周囲の環境等によって指数関数的あるいは２次関数的に設定しても構わない。また測距の周期を速度と距離のメンバーシップ関数によるファジィ制御とすることも可能である。
【００２５】
図８に本形態による自律走行車の測距動作のフローチャートを示す。
＃１０でロボットが走行を開始するとまず＃２０で前回の測距から所定時間（Ｓ秒）経過したかどうかをチェックする。もしＳ秒以上経過していれば周囲の状況が大幅に変化していることが考えられるので、発光強度を最適化した測距は行わず＃４０へ分岐し最大発光強度により測距を行い、その距離データをＤとしてメモリする（距離データは最新の物がＤとしてメモリされるものとする）。
【００２６】
＃２０で、前回の測距からＳ秒以上経過していなければ、次に＃３０で前回測距時の距離データＤがＤ１（最大発光強度による測定が必要な距離）より大きいか否かを判定する。＃３０の判定で前回測距時の距離データＤがＤ１より大きければ、＃４０へ進み最大発光強度による測距を行う。＃３０の判定で前回測距時の距離データＤがＤ１以下の時には＃５０に進み距離Ｄに対応する最適発光強度を計算する。これは、図５において説明した距離Ｄから最適発光強度Ｐを求めることである。次に＃６０で、＃５０の計算結果に応じた発光強度で測距を行い距離データをＤとしてメモリする。次に＃７０で、測距サイクルを決めるためのタイマーをリセットし、測距の動作を終える。
【００２７】
測距が終了すると、まず＃８０で Ｄ が接触式測距センサ依存距離（Ｄ０、本形態では５０ｍｍ）内かどうかを判定する。これは、自律走行車と対象物との距離が近くなった時は、測距センサ１では正確に測距できなくなるので接触式測距センサによる測距を行うためである。＃８０で Ｄ＜Ｄ０ であれば、＃９０で接触式測距センサでの測距を行い、その距離データをＤとしてメモリする。次に＃１００で Ｄ が接触式測距センサ依存距離 Ｄ０ 以上かどうかを判定する。もし、Ｄ が Ｄ０ を超えれば接触式測距センサでの測距を終了し、＃２０の経過時間判定へ戻り、測距センサでの測距になる。＃１００で Ｄ が Ｄ０ を超えていなければ、＃１１０で Ｄ に応じた自律走行車の走行制御を行う。
【００２８】
次に、＃１２０で走行終了命令が出たかどうかを判定する。走行終了命令が出ていれば、＃１３０で走行停止の制御を行った後＃１４０でリターンする。＃１２０で走行終了命令が出ていなければ＃９０へ戻り、＃９０〜＃１２０の処理を繰り返す。
【００２９】
＃８０で距離 Ｄ が Ｄ０ 以上であったときには＃１５０へ進み Ｄ に応じた自律走行車の走行制御を行う。これは、対象物までの距離に応じて、減速、停止、対象物の回避等を行うものである。
【００３０】
次に、＃１６０で自律走行車に対し走行終了命令が出ているかどうかを判定する。走行終了命令が出ていれば、＃１３０で走行停止の制御を行った後＃１４０でリターンする。
【００３１】
＃１６０で走行終了命令が出ていなければ＃１７０へ進み自律走行車の速度Ｖを取り込む。次に＃１８０で自律走行車の速度Ｖと距離 Ｄ が図７のどの領域に属するかを判定する。
【００３２】
まず＃１９０で、＃１８０の判定結果が測距サイクル ＺＯＮＥ １かどうかを判断する。＃１９０で ＺＯＮＥ １と判断された場合は最短周期（本形態では１秒間に５回、即ち０．２ｓｅｃ毎）による測距であるから＃２０へ戻り直ちに次の測距動作へ移る。
【００３３】
＃１９０で ＺＯＮＥ １ではないと判断された場合、次に＃２００で＃１８０の判定結果が測距サイクル ＺＯＮＥ ２かどうかを判断する。＃２００で ＺＯＮＥ ２と判断された場合は１秒間に２回測距（０．５ｓｅｃ毎）を行なう必要がある。そこで、＃２１０へ進みＴ秒（本形態では０．５ｓｅｃ）の間待機し、その後＃２０へ戻り次の測距動作へ移る。
【００３４】
＃２００で ＺＯＮＥ ２ではないと判断された場合は、測距サイクル ＺＯＮＥ ３であるので、１秒間に１回測距（１．０ｓｅｃ毎）を行なう必要がある。そこで、＃２２０へ進み２Ｔ秒（本形態では１．０ｓｅｃ）の間待機し、その後＃２０へ戻り次の測距動作へ移る。
【００３５】
本形態ではＴを０．５ｓｅｃに設定したが、Ｔは自律走行車の通常の移動速度等により決定される時間であるので０．５ｓｅｃに限るものではない。また当然ながら ＺＯＮＥ ３と ＺＯＮＥ ２の待機時間は ＺＯＮＥ ３の方が ＺＯＮＥ ２より長いというだけであり、本形態のようにその比が２：１である必要はない。
【００３６】
尚、本形態はステーション部と自律走行車とで構成されるシステムに基づいて説明したが、本発明は自律走行車のみの構成にも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自律走行車は、必要かつ十分な周期及び出力強度で対象物までの距離が測定でき、自律走行車の省電力化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における自律走行車システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態における自律走行車の外観図
【図３】本発明の実施の形態における自律走行車の構成図
【図４】本発明の実施の形態における速度検出部を示す説明図
【図５】本発明の実施の形態における発光強度の最適化を説明するグラフ
【図６】本発明の実施の形態における発光強度変更のための回路図
【図７】本発明の実施の形態における測距周期の最適化を説明するグラフ
【図８】本発明の実施の形態における自律走行車の測距動作を説明するフローチャート
【図９】従来の赤外線アクティブ方式測距センサの原理を示す説明図
【符号の説明】
１：測距センサ
３：マイクロコンピュータ
１０Ａ、１０Ｂ：速度検出部
２０１：移動部
Claims (2)
- 測距サイクル毎に対象物までの距離を測定する測距センサと、
自車の走行速度を検出する速度検出手段と、
測距センサにより検出された対象物までの距離と、速度検出手段により検出された走行速度と、に基づき測距センサの測距サイクルを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする移動走行車。 - 測距サイクル毎に対象物までの距離を測定する測距センサと、
自車の走行速度を検出する速度検出手段と、
測距センサにより検出された対象物までの距離と、速度検出手段により検出された走行速度と、に基づき測距センサの測距サイクルを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする測距装置。
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| JPH09329416A (ja) | 1997-12-22 |
| US5995883A (en) | 1999-11-30 |
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