JP4751925B2 - 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システムおよびその制御方法に関する。

複数の移動体にそれぞれ障害物センサを設け、これら障害物センサによる例えば超音波信号の送受信によって障害物までの距離を検知しながら各移動体を移動させるシステムが知られている。

ただし、このようなシステムでは、各障害物センサの送受信期間が重なると、正確な障害物検知ができなくなる。対策として、それぞれの移動体に設けられている複数の障害物センサを移動方向に応じて選択的に動作させ、これにより各障害物センサの送受信期間が重ならないようにするものがある（例えば特許文献１）。また、各障害物センサの動作時間を互いに異ならせ、これにより各障害物センサの送受信期間が重ならないようにするものもある（例えば特許文献２）。
特開２０００−３３０６３７公報 特開平４−１０１２０６公報

複数の障害物センサを移動方向に応じて選択的に動作させるものでは、移動方向とは別の方向に存する障害物を検知できなくなるという問題がある。

また、各障害物センサの動作時間を互いに異ならせるといっても、そのための具体的な手段が上記特許文献２には記載されておらず、実現が困難である。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、各移動体における障害物センサの送受信期間が重なる不具合を回避して、各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、複数の第１移動体にそれぞれ設けられ、エネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第１の障害物センサを有し、この第１の障害物センサの送信タイミングに合わせて同期信号を無線送信により発するとともに、当該ユニットに固有の識別情報を前記同期信号に含ませる第１の障害物検知ユニットと、前記識別情報に基づいて前記複数の第１移動体とそれぞれグループ化される第２移動体に設けられ、エネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第２の障害物センサを有し、前記第１の障害物検知ユニットから発せられる同期信号に基づき、前記第１の障害物センサの送受信期間と異なるタイミングで前記第２の障害物センサの送受信を実行する第２の障害物検知ユニットと、を備える。

請求項６に係る発明の障害物検知システムの制御方法は、複数の第１移動体にそれぞれ設けられ固有の識別情報を有する第１の障害物検知ユニット、および前記識別情報に基づいて前記複数の第１移動体とそれぞれグループ化される第２移動体に設けられた第２の障害物検知ユニットからなり、第１の障害物検知ユニットはエネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第１の障害物センサを有し、第２の障害物検知ユニットはエネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第２の障害物センサを有する障害物検知システムの制御方法において、前記識別情報を含む同期信号を前記第１の障害物センサの送信タイミングに合わせて前記第１の障害物検知ユニットから無線送信により発するステップと、前記第１の障害物検知ユニットから発せられる同期信号に基づき、前記第１の障害物センサの送受信期間と異なるタイミングで前記第２の障害物検知ユニットにおける前記第２の障害物センサの送受信を実行するステップと、を備える。

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、各移動体における障害物センサの送受信期間が重なる不具合を回避することができる。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は第１の移動体で、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箇所にそれぞれ第１の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、および同期信号発信手段５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。

１１は第２の移動体で、操舵輪１２，１２および駆動輪１３，１３を有するとともに、前後左右の４箇所にそれぞれ第２の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１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ、および同期信号受信手段１５を有し、第１の移動体１の移動に追従移動する。超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ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、周囲の障害物までの距離をそれぞれ検知する。

なお、高機能な先導ロボットとして移動体１を用い、それに追従移動する積載機能重視の荷台車両として移動体１１を用いることができる。

移動体１は、図２に示すように、中央制御部２０、およびこの中央制御部２０に信号ライン２１を介して接続された超音波センサ制御部２２を有し、この超音波センサ制御部２２に信号ライン２３を介して上記超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを接続するとともに、上記中央制御部２０に信号ライン２４を介して上記同期信号発信手段５を接続している。これら中央制御部２０、超音波センサ制御部２２、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、同期信号発信手段５などにより、移動体１の周囲の障害物までの距離を検知する第１の障害物検知ユニットが構成される。

中央制御部２０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２２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取得を行なわせ、取得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。超音波センサ制御部２２は、中央制御部２０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、その計時に基づく所定時間ごとに超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する動作開始のトリガ信号を順次に出力する。

同期信号発信手段５は、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの超音波信号の送信に合わせて、実際には中央制御部２０からの超音波発信命令に応じて、同期信号を無線送信する。同期信号としては、赤外線信号や電波などの無線信号が望ましい。また、この同期信号には第１の障害物検知ユニットに固有の識別情報を固有情報（ＩＤ番号など）を含ませて、同期信号の誤受信動作の防止や発信元を明確にすることによる動作グループ化を可能としている。

また、超音波センサ制御部２２は、図３に示すように、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれに対応する送信駆動手段４１、受信増幅手段４２、および距離演算手段４３を有する。送信駆動手段４１は、対応する超音波センサの送信部３１から超音波信号を送信させる。受信増幅手段４２は、対応する超音波センサの受信部３２の受信信号（反射波信号）を増幅する。距離演算手段４３は、受信増幅手段４２の出力信号に基づいて超音波信号の送信から受信までにかかる時間を計測することで、障害物までの距離を演算する。同様の構成が超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの個々に対応して設けられている。

一方、移動体１１は、図４に示すように、走行制御用の中央制御部５０、およびこの中央制御部５０に信号ライン５１を介して接続された超音波センサ制御部５２を有し、この超音波センサ制御部５２に信号ライン５３を介して上記超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを接続するとともに、上記中央制御部５０に信号ライン５４を介して上記同期信号受信手段１５を接続している。これら中央制御部５０、超音波センサ制御部５２、超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ、同期信号受信手段１５などにより、移動体１１の周囲の障害物までの距離を検知する第２の障害物検知ユニットが構成される。

超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄおよび超音波センサ制御部５２の構成と動作は、第１の障害物検知ユニットと同様である。よって、その説明は省略する。

同期信号受信手段１５は、第１の障害物検知ユニットの同期信号発信手段５から発せられた同期信号を受信し、その受信信号を中央制御部５０へ送る。

仮に、同期信号として赤外線信号が用いられているとすれば、第１の障害物検知ユニットの同期信号発信手段５には赤外線光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）などが用いられ、同期信号受信手段１５には赤外線光の受光素子などが用いられる。

次に、第１および第２の障害物検知ユニットの作用を図５のタイムチャートを参照しながら説明する。
第１の障害物検知ユニットの障害物検知に際し、その第１の障害物検知ユニットから同期信号が送信される。第１の障害物検知ユニットの超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、同期信号の送信から設定時間Ｔ１後、順次にトリガされて超音波信号の送受信を実行する。この４つの超音波センサの送受信期間はＴ２である。

第２の障害物検知ユニットは、第１の障害物検知ユニットから送信された同期信号を受信する。同期信号が送信されてから同期信号受信手段１５が同期信号を受信して、同期信号検出信号を出力するまでに要する時間はＴ３である。同期信号の信号伝達速度は電波や赤外線を利用する点からほぼ光速と考えられ、よって伝達速度は問題にならないと考えられるが、信号の認識や識別情報等の認識にある程度の時間を要することから、時間Ｔ３が必要となる。

第２の障害物検知ユニットは、同期信号検出信号の出力から設定時間Ｔ４後、超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによる超音波信号の送受信を順次に実行する。

ここで、同期信号が送信されてから同期信号受信手段１５が同期信号を受信して、同期信号検出信号を出力するまでに要する時間Ｔ３と、同期信号が受信されてから１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによる超音波信号の送受信が開始されるまでの設定時間Ｔ４との合計（＝Ｔ３＋Ｔ４）が、同期信号の送信から超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送受信が開始されるまでの設定時間Ｔ１と、その送受信期間Ｔ２との合計（＝Ｔ１＋Ｔ２）より長ければ、第１の障害物検知ユニットの障害物検知と第２の障害物検知ユニットの超音波による障害物検知が互いに干渉し合うことなく的確に行われる。

また、第１の障害物検知ユニットは、同期信号の送信を一定時間Ｔ６ごとに繰り返す。この一定時間Ｔ６は、時間Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の合計（＝Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５）より長い時間に設定されており、第１の障害物検知ユニットにおける中央制御部２０の計時手段（タイマ機能）によって計時される。この一定時間Ｔ６の確保により、第１の障害物検知ユニットにおける超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送受信および第２の障害物検知ユニットにおける超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの送受信が重なり合うことなく、適正な障害物検知が繰り返される。

一定時間Ｔ６の計時手段について限定はなく、例えば中央制御部２０に外付け接続したタイマ回路を用いて計時してもよい。

このように、第１の障害物検知ユニットにおける超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送信に際して同期信号を送信し、その同期信号に基づき、超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送受信期間と異なるタイミングで第２の障害物検知ユニットにおける超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送受信を実行することにより、移動体１における超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送受信期間と移動体１１における超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの送受信期間とが重なる不具合を回避して、第１の障害物検知ユニットの障害物検知および第２の障害物検知ユニットの障害物検知をそれぞれ適正に行うことができる。これにより、移動体１，１１がそれぞれ障害物に衝突することなく安全に移動することができる。また、同期信号に識別情報を含ませているので、同期信号の誤認識を回避することができ、障害物検知の信頼性が向上する。

［２］第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、障害物検知ユニットを搭載した移動体が３台近接して存在する例であり、１台の移動体１に第１の障害物検知ユニットが搭載され、２台の移動体１１にそれぞれ第２の障害物検知ユニットが搭載される。第１の実施形態と同一部分についてはその説明を省略する。

すなわち、図６のタイムチャートに示すように、第１の障害物検知ユニットにおける超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの送信に合わせてその第１の障害物検知ユニットから同期信号が送信され、その同期信号を受信した１つの第２の障害物検知ユニットがその同期信号検出信号の出力から設定時間Ｔ４後に超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの送受信を実行し、もう１つの第２の障害物検知ユニットが同期信号検出信号の出力から設定時間Ｔ８後に超音波センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの送受信期間を実行する。

同期信号が送信されてからそれを１つの第２の障害物検知ユニットが同期信号検出信号を出力するまでの時間Ｔ３と、同期信号が送信されてからそれをもう１つの第２の障害物検知ユニットが同期信号検出信号を出力するまでの時間Ｔ７は、基本的には同じである。１つの第２の障害物検知ユニットの超音波信号の送受信期間はＴ５、もう１つの第２の障害物検知ユニットの超音波信号の送受信期間がＴ９はある。

また、第１の障害物検知ユニットは、同期信号の送信を一定時間Ｔ６ごとに繰り返す。この一定時間Ｔ６を時間Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９の合計（＝Ｔ７＋Ｔ８＋Ｔ９）より長く設定することで、第１の障害物検知ユニットの送受信期間および２つの第２の障害物検知ユニットの送受信期間が重なる不具合を回避できる。
他の作用および効果については、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］第３の実施形態について説明する。この場合、第１の実施形態と同一部分についてはその説明を省略する。
図７のタイムチャートに示すように、第２の障害物検知ユニットは、第１の障害物検知ユニットから発せられる同期信号を受けると作動する計時手段（タイマカウンタ）を有し、この計時手段によって一定時間Ｔ６´を繰り返し計時する。一定時間Ｔ６´は、第１の障害物検知ユニットが同期信号を繰り返し送信する一定時間Ｔ６と同じであり、同期信号の受信ごとにリセットされて繰り返される。

この一定時間Ｔ６´の計時を行うことで、何らかの原因で同期信号の送信または受信が途切れた場合でも、第１の障害物検知ユニットの送受信期間および第２の障害物検知ユニットの送受信期間が重なる不具合を確実に回避できる。
他の作用および効果については、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［４］変形例
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距離を検知する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）、赤外線光の送受信ユニット、ミリ波レーダなどを用いてもよい。１つの障害物検知ユニットに設ける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、適宜に選定可能である。

また、第１および第２の障害物検知ユニットにおける各超音波センサをパラレルに接続した場合を例に説明したが、接続形式に限定はなく、例えばバスラインを介してシリアル接続してもよい。
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各移動体と各超音波センサの構成を示す図。 各実施形態における第１の障害物検知ユニットの制御回路のブロック図。 各実施形態における超音波センサ制御部と超音波センサの構成を概略的に示す図。 各実施形態における第２の障害物検知ユニットの制御回路のブロック図。 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。 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。 第３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

１，１１…移動体、２，２，１２，１２…操舵輪、３，３，１３，１３…駆動輪、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…超音波センサ（障害物センサ）、５…同期信号発信手段、１５…同期信号受信手段、２０，５０…中央制御部、２２，５２…超音波センサ制御部、３１…送信部、３２…受信部

Claims (6)

1. 複数の第１移動体にそれぞれ設けられ、エネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第１の障害物センサを有し、この第１の障害物センサの送信タイミングに合わせて同期信号を無線送信により発するとともに、当該ユニットに固有の識別情報を前記同期信号に含ませる第１の障害物検知ユニットと、
   前記識別情報に基づいて前記複数の第１移動体とそれぞれグループ化される第２移動体に設けられ、エネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第２の障害物センサを有し、前記第１の障害物検知ユニットから発せられる同期信号に基づき、前記第１の障害物センサの送受信期間と異なるタイミングで前記第２の障害物センサの送受信を実行する第２の障害物検知ユニットと、
   を備えることを特徴とする障害物検知システム。
2. 前記第２の障害物検知ユニットは、複数であり、
   これら第２の障害物検知ユニットは、前記第１の障害物検知ユニットから発せられる同期信号に基づき、第２の障害物センサの送受信を互いに異なるタイミングで実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検知システム。
3. 前記第１の障害物検知ユニットは、前記同期信号を一定時間ごとに発することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の障害物検知システム。
4. 前記第２の障害物検知ユニットは、前記第１の障害物検知ユニットから発せられる同期信号を受けると作動して前記一定時間を繰り返し計時する計時手段を有し、この計時手段の計時に基づき、前記第１の障害物センサの送受信と異なるタイミングで前記第２の障害物センサの送受信を実行することを特徴とする請求項３に記載の障害物検知システム。
5. 前記第１および第２の障害物センサは、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、障害物までの距離を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の障害物検知システム。
6. 複数の第１移動体にそれぞれ設けられ固有の識別情報を有する第１の障害物検知ユニット、および前記識別情報に基づいて前記複数の第１移動体とそれぞれグループ化される第２移動体に設けられた第２の障害物検知ユニットからなり、第１の障害物検知ユニットはエネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第１の障害物センサを有し、第２の障害物検知ユニットはエネルギー波の送受信により障害物までの距離を検知する第２の障害物センサを有する障害物検知システムの制御方法において、
   前記識別情報を含む同期信号を前記第１の障害物センサの送信タイミングに合わせて前記第１の障害物検知ユニットから無線送信により発するステップと、
   前記第１の障害物検知ユニットから発せられる同期信号に基づき、前記第１の障害物センサの送受信期間と異なるタイミングで前記第２の障害物検知ユニットにおける前記第２の障害物センサの送受信を実行するステップと、
   を備えることを特徴とする障害物検知システムの制御方法。

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