JP4739392B2 - 障害物検知システムおよびその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、移動体に設けられた障害物検知用の障害物検知システムおよびその制御方法に関する。

障害物センサを移動体の複数個所に設け、これら障害物センサの信号の送受信により移動体の周辺に存する障害物を検知するシステムが知られている。このようなシステムの例として、各障害物センサをいわゆるディジーチェーン接続するとともに、各障害物センサに識別情報としてＩＤを持たせ、これらＩＤに基づいて各障害物センサの動作を制御するものがある（例えば特許文献１，２）。ディジーチェーン接続を採用していることにより、各障害物センサと制御部との間の通信線を減らすことができるという利点がある。
特許第３５６５２００公報 特開２００６−３３５２０３公報

上記のように複数の障害物センサを有する検知システムでは、各障害物センサの送受信が相互に干渉しないよう、各障害物センサを１つずつ順番に動作させている。このため、障害物の検知に時間がかかり、移動体の移動に支障を生じることがある。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、各障害物センサの送受信の相互干渉を生じることなく、障害物を速やかに効率よく検知することができ、これにより移動体の常に安全な移動が可能な信頼性にすぐれた障害物検知システムおよびその制御方法を提供することである。

請求項１に係る発明の障害物検知システムは、移動体に設けられ、移動に対する障害物をエネルギー波の送受信により検知する複数の障害物センサと、前記移動体に設けられ、かつ前記各障害物センサとシリアルバスライン接続され、前記各障害物センサを複数の組ごとに動作させるための動作時間情報が記憶された第一のメモリを有し、中央制御部から送受信制御ルーチンの開始命令を受けると、前記各障害物センサを前記動作時間情報に応じて組ごとに動作開始させるための障害物検知開始タイミング信号を出力する制御部と、前記各障害物センサにそれぞれ設けられ、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数に応じて前記複数の組ごとに異なる動作内容が記憶された第二のメモリと、前記各障害物センサにそれぞれ設けられ、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数と前記第二のメモリ内の動作内容との照合により当該障害物センサの動作を制御する制御手段と、を備える。

請求項８に係る発明の障害物検知システムの制御方法は、移動体に設けられ、移動に対する障害物をエネルギー波の送受信により検知する複数の障害物センサと、前記移動体に設けられ、かつ前記各障害物センサとシリアルバスライン接続され、前記各障害物センサを複数の組ごとに動作させるための動作時間情報が記憶された第一のメモリを有する制御部と、前記各障害物センサにそれぞれ設けられ、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数に応じて前記複数の組ごとに異なる動作内容が記憶された第二のメモリと、を備えた障害物検知システムの制御方法において、中央制御部からの送受信制御ルーチンの開始命令に基づき、前記各障害物センサを前記動作時間情報に応じて組ごとに動作開始させるための障害物検知開始タイミング信号を前記制御部から出力し、前記各障害物センサでは、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数と前記第二のメモリ内の動作内容との照合により当該障害物センサの動作を制御する。

この発明の障害物検知システムおよびその制御方法によれば、各障害物センサの送受信の相互干渉を生じることなく、障害物を速やかに効率よく検知することができる。これにより、移動体の常に安全な移動が可能となり、障害物の検知の信頼性が向上する。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、１は移動体で、操舵輪２，２および駆動輪３，３を有するとともに、前後左右の４箇所にそれぞれ障害物センサとして能動型距離センサである超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを有している。超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、エネルギー波として超音波信号を送受信することにより、周囲における障害物の有無およびその障害物までの距離をそれぞれ検知する。エネルギー波とは、音波、電波、光波などの総称である。

また、移動体１は、図２に示すように、走行制御用の中央制御部１０、およびこの中央制御部１０に通信信号ケーブル１１を介して接続された超音波センサ制御部１２を有し、この超音波センサ制御部１２にバスライン１３を介して超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを接続している。バスライン１３は、超音波センサを追加した場合でも信号線を増加しないですむように、シリアルバスラインであることが望ましい。

中央制御部１０は、例えばパーソナルコンピュータや組込み用コンピュータなどで構成され、超音波センサ制御部１２に超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送受信制御ルーチンの開始命令やデータ収集を行なわせ、収集したデータのフィルタリングや判断などの比較的高度な処理を行う。

ここで、複数の超音波センサを組とした組情報として表１に示すものを考える。

すなわち、超音波センサ４ａ，４ｄがそれぞれ送受信モードの第１の組、超音波センサ４ｂ，４ｃがそれぞれ送受信モードの第２の組となっている。超音波センサ制御部１２の内部メモリ（第一メモリ；図示しない）には、第１の組および第２の組のそれぞれの動作タイミングを決定するための時間情報（動作時間情報）を記憶している。組み分けと時間情報の関係を表２に示す。

超音波センサ制御部１２は、中央制御部１０から送受信制御ルーチンの開始命令を受信すると、内部タイマ（図示しない）による計時を開始し、その計時が１ｍ秒のときに第１の組の超音波センサ４ａ，４ｄに対する障害物検知開始タイミング信号として動作開始のトリガ信号を出力し、計時が１００ｍ秒のときに第２の組の超音波センサ４ｂ，４ｃに対する動作開始のトリガ信号を出力する。トリガ信号を出力する周期、つまり組ごとの検知周期は、１５０ｍ秒である。

そして、超音波センサ制御部１２は、組み分けが第２の組までしかないことを確認すると、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに距離データ収集命令を送信し、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが保持している最新の距離データを収集して内部メモリに更新記憶する。

超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、図３に示すように、制御回路部２０、送信部２１、受信部２２を有し、超音波センサ制御部１２からの指令に応じた制御回路部２０の制御により、送信部２１から超音波信号（所定数の超音波パルスからなる信号）を送信し、その超音波信号の反射波を受信部２２で受信する。

制御回路部２０は、当該超音波センサを他の超音波センサと区別するために、当該超音波センサに固有の識別情報であるＩＤ（番号等）を有している。また、制御回路部２０は、書き換え可能なメモリ（第二メモリ）２３を有している。このメモリ２３には、超音波信号の送信用パラメータであるパルス数情報（１発の超音波信号を形成する超音波パルスの数を定める情報）などの他に、送受信を行うか否かの動作パターンを超音波センサ制御部１２からのトリガ信号（障害物検知開始タイミング信号）の数（トリガ回数）に応じて組別に決定するための表３に示す動作内容が格納されている。すなわち、超音波センサ４ａの場合、トリガ回数が１回目のときは超音波信号の送受信を実行し、トリガ回数が２回目のときは送受信を実行しない。さらに、制御回路部２０は、超音波センサ制御部２からの距離データ収集命令を受信すると、それまでのトリガ回数をリセットし、次のトリガ信号の受信を１回目のトリガ回数として捕らえる。

ここで、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄによる障害物検知の原理を簡単に説明する。
まず、送信部２１から超音波信号を送信する。送出された超音波信号の進行方向に障害物があった場合、超音波信号はその障害物で反射し、その反射波が受信部２２で受信される。障害物で反射してきた反射波の受信時刻と超音波を送信した時刻の差を計測することで、超音波信号の飛行時間がわかる。この超音波信号の飛行時間と音速から、障害物までの距離を算出することができる。

つぎに、図４を参照しながら作用について説明する。
中央制御部１０から超音波センサ制御部１２へ障害物検出シーケンス開始命令が送信されると、それを受信した超音波センサ制御部１２においてタイマ（図示せず）の計時が始まり、受信から１ｍ秒後に１発目のトリガ信号が発せられ、受信から１００ｍ秒後に２発目のトリガ信号が発せられる。１発目のトリガ信号が発せられると、第１の組の超音波センサ４ａ，４ｄが動作して前方および後方に対する障害物検知が実行される。このとき、第２の組の超音波センサ４ｂ，４ｃは動作しない。２発目のトリガ信号が発せられると、第２の組の超音波センサ４ｂ，４ｃが動作して右方向および左方向の障害物検知が実行される。このとき、第１の組の超音波センサ４ａ，４ｄは動作しない。

１回目のトリガで動作する第１の組の超音波センサ４ａは前方検知、超音波センサ４ｄはそれと正反対の後方検知である。よって、第１の組の超音波センサ４ａ，４ｄの超音波信号の送受信が同時に実行されても、その超音波信号の相互間の干渉を回避できる。この場合、例えば図５に示すように、移動体１の前方に障害物３０が存在すれば、その障害物３０の存在および障害物３０までの距離を超音波センサ４ａによって検知することができる。

２回目のトリガで動作する第２の組の超音波センサ４ｂは右方検知、超音波センサ４ｃはそれと正反対の左方検知である。よって、第２の組の超音波センサ４ｂ，４ｃの超音波信号の送受信が同時に実行されても、その超音波信号の相互間の干渉を回避できる。

超音波センサ制御部１２は、３発目のトリガ信号出力の時間情報がないことを確認すると、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに保持されている障害物の検知データ（障害物の有無と距離に関するデータ）を取得するコマンドを送信し、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからのデータ取得を行う。この際、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにおいて、トリガ回数が零にリセットされる。

続いて、中央制御部１０は、超音波センサ制御部１２によるデータ取得処理の終了を確認した後、その取得データを超音波センサ制御部１２から収集する。そして、中央制御部１は、収集した距離データに対してノイズ除去・平均化などの処理を行い、処理後のデータから障害物回避の必要性があるかなどの判断を行い、その判断に従って操舵輪２，２の操舵および駆動輪３，３の駆動を制御する。

以降、同様の制御が繰り返されることにより、移動体１は障害物を回避しながら走行を続けることができる。

このように、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを２組に分けてその組ごとに異なるタイミングで動作させることにより、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからのデータ取得の時間間隔を短くすることができ、従来のように複数の障害物センサを１つずつ順番に動作させるものに比べ、障害物を速やかに効率よく検知することができる。これにより、移動体１の常に安全な移動が可能となる。

しかも、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み分けをそれぞれの検知方向を考慮して定めているので、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送受信の相互干渉を生じることなく、移動体１の周囲の障害物を的確に検知することができる。

［２］第２の実施形態について説明する。ここでは、収集した距離データに基づいて超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの動作パターンを変更するようにしている。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
通常時は、第１の実施形態で説明したように、表１の組み分け、表２の時間情報、表３の条件に従って図４に示したような障害物検知が繰り返し実行される。

ここで、図５に示すように移動体１の前方に障害物３０が現れた場合を想定する。この場合、超音波センサ４ａによって障害物３０が検知されるまでは上記通常時の障害物検知を行うが、その際、障害物３０が超音波センサ４ａの検知可能範囲に入っていなければ、中央制御部１に収集されるデータは、表４に周期“１”、周期“２”、周期“３”として示すように、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの全ての検知周期において障害物３０が検知されないことを表している。

障害物３０が超音波センサ４ａの検知可能範囲に入ると、中央制御部１に収集されるデータは、表５に示すように、途中から超音波センサ４ａの検知結果が障害物ありとなる。

中央制御部１０は、超音波センサ４ａの検知結果が障害物ありとなったことを所定回数である２回の検知周期について認識したとき、前方に障害物３０が現われたと判断する。このとき、中央制御部１０は、図６に示すように、その後の最初の検知周期（周期“１”）では通常時と同じ表１の組み分け、表２の時間情報、表３の条件に応じた制御を行い、次の検知周期（周期“２”）において表６の組み分け、表７の時間情報、表８の条件に応じた制御を行う。

表６の組み分けは、第１の組をそれまでの左右方向検知の超音波センサ４ａ，４ｄと同じ超音波センサ４ａ，４ｄとし、第２の組をそれまでの左右方向検知の超音波センサ４ｂ，４ｃに代わって前後方向検知の超音波センサ４ａ，４ｄとするものである。表７の時間情報は、表２の時間情報と同じく、送受信制御ルーチンの開始命令を受信してから１ｍ秒経過後に第１の組の超音波センサを動作開始させ、同受信から１００ｍ秒経過後に第２の組の超音波センサを動作開始させるものである。表８の条件は、トリガ回数が１回目のときに第１の組である超音波センサ４ａ，４ｄの送受信を実行させ、トリガ回数が２回目のときに第２の組である超音波センサ４ａ，４ｄの送受信を実行させるものである。

以後、超音波センサ４ａの検知結果が障害物なしとなるまで、この表１、表２、表３に応じた制御と表６、表７、表８に応じた制御とが繰り返される。

このように、障害物３０が現われた方向に対応する超音波センサの検知頻度を他の超音波センサの検知頻度よりも相対的に高めることにより、障害物３０までの距離の検知精度が向上するとともに、障害物３０に対する検知間隔をさらに短縮することができる。

しかも、超音波センサの検知結果が障害物ありとなったことを所定回数である２回の検知周期にわたり認識した場合に障害物３０が現われたと判断するので、誤検知を防ぐことができる。所定回数である２回の検知周期にわたっての認識に加えて、検知データに対するフィルタリングなどの処理を追加採用すれば、誤検知防止の信頼性がさらに向上する。

［３］変形例
なお、上記各実施形態では、障害物センサとして超音波センサを用いたが、エネルギー波を送受信して検知を行う能動型距離センサであれば、音波に限らず電波や光波などを送受信する、例えばＰＳＤ（Position Sensitive Detector）、赤外線光の送受信センサ、ミリ波レーダなどを用いてもよい。障害物センサの個数についても、４個に限定されるものではなく、障害物の検知間隔が移動体１の走行に支障を生じない範囲で適宜に選定可能である。

また、各実施形態では、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの動作パターンをトリガ回数に応じて組別に決定するための情報が超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのメモリ２３に格納される構成としたが、その格納場所について限定はなく、例えば超音波センサ制御部１２の内部メモリであってもよい。

さらに、第２の実施形態では、障害物３０が現われる方向に対応する超音波センサの検知頻度を他の超音波センサの検知頻度よりも相対的に高くしたが、障害物３０が現われたことを検知するまでは超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから送信する１発分の超音波信号の超音波パルス数を基準値に定めておき、障害物３０が現われたことを検知した場合には、その現われた方向に対応する超音波センサから送信する１発分の超音波信号の超音波パルス数をそれまでより少なくするようにしてもよい。超音波パルス数が少なくなることで、障害物に対する検知間隔をより短縮することができる。
その他、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

この発明の各実施形態における移動体および超音波センサの構成を示す図。 各実施形態の制御回路のブロック図。 各実施形態の超音波センサの構成を概略的に示す図。 第１の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。 各実施形態における移動体と障害物との関係を示す図。 第２の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。

符号の説明

１…移動体、２，２…操舵輪、３，３…駆動輪、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…超音波センサ（障害物センサ）、１０…中央制御部、１２…超音波センサ制御部、１３…バスライン、２０…制御回路部、２１…送信部、２２…受信部、２３…書き換え可能なメモリ

Claims (8)

1. 移動体に設けられ、移動に対する障害物をエネルギー波の送受信により検知する複数の障害物センサと、
   前記移動体に設けられ、かつ前記各障害物センサとシリアルバスライン接続され、前記各障害物センサを複数の組ごとに動作させるための動作時間情報が記憶された第一のメモリを有し、中央制御部から送受信制御ルーチンの開始命令を受けると、前記各障害物センサを前記動作時間情報に応じて組ごとに動作開始させるための障害物検知開始タイミング信号を出力する制御部と、
   前記各障害物センサにそれぞれ設けられ、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数に応じて前記複数の組ごとに異なる動作内容が記憶された第二のメモリと、
   前記各障害物センサにそれぞれ設けられ、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数と前記第二のメモリ内の動作内容との照合により当該障害物センサの動作を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする障害物検知システム。
2. 前記各障害物センサは、当該障害物センサが検知する障害物の有無およびその障害物までの距離に関するデータを検知データとして保持し、
   前記制御部は、前記各障害物センサに対する障害物検知開始タイミング信号を所定回数出力し終えた後、前記各障害物センサから前記検知データを収集するための取得コマンドを前記各障害物センサに対して送信し、収集した前記検知データを前記中央制御部に送る、
   ことを特徴とした請求項１に記載の障害物検知システム。
3. 前記第二のメモリ内の動作内容は、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数であるトリガ回数と、そのトリガ回数の所定回数分についてその１回ごとに且つ前記複数の組ごとに異なる制御内容とからなり、
   前記各障害物センサの制御手段は、前記制御部から出力される取得コマンドを受信した場合に、前記トリガ回数をリセットして次のトリガ回数を１回目のトリガ回数として捕らえる、
   ことを特徴とした請求項２に記載の障害物検知システム。
4. 前記各障害物センサのいずれかの検知結果が障害物ありとなったことを所定回数の検知周期にわたり認識したとき、障害物が現われたと判断する手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の障害物検知システム。
5. 前記各障害物センサのいずれかの検知結果が障害物ありとなったことを所定回数の検知周期にわたり認識したとき、障害物が現われたと判断する手段、
   この制御手段で障害物が現われたと判断されたとき、その障害物が現われた方向に対応する障害物センサの検知頻度を他の障害物センサの検知頻度よりも相対的に高める制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の障害物検知システム。
6. 前記各障害物センサは、超音波信号を送信してその反射波を受信することにより、障害物の有無および障害物までの距離を検知する超音波センサである、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の障害物検知システム。
7. 障害物を検知したとき、その障害物が現われた方向に対応する超音波センサから送信される超音波信号の超音波パルス数をそれまでよりも少なくする制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の障害物検知システム。
8. 移動体に設けられ、移動に対する障害物をエネルギー波の送受信により検知する複数の障害物センサと、
   前記移動体に設けられ、かつ前記各障害物センサとシリアルバスライン接続され、前記各障害物センサを複数の組ごとに動作させるための動作時間情報が記憶された第一のメモリを有する制御部と、
   前記各障害物センサにそれぞれ設けられ、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数に応じて前記複数の組ごとに異なる動作内容が記憶された第二のメモリと、
   を備えた障害物検知システムの制御方法において、
   中央制御部からの送受信制御ルーチンの開始命令に基づき、前記各障害物センサを前記動作時間情報に応じて組ごとに動作開始させるための障害物検知開始タイミング信号を前記制御部から出力し、
   前記各障害物センサでは、前記制御部から出力される障害物検知開始タイミング信号の数と前記第二のメモリ内の動作内容との照合により当該障害物センサの動作を制御する、
   ことを特徴とする障害物検知システムの制御方法。

Images