JPH01312489A - Ultrasonic wave distance measuring apparatus - Google Patents

Ultrasonic wave distance measuring apparatus

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Publication number
JPH01312489A
JPH01312489A JP14399188A JP14399188A JPH01312489A JP H01312489 A JPH01312489 A JP H01312489A JP 14399188 A JP14399188 A JP 14399188A JP 14399188 A JP14399188 A JP 14399188A JP H01312489 A JPH01312489 A JP H01312489A
Authority
JP
Japan
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ultrasonic
output
pulse
amplifier circuit
ultrasonic transducer
Prior art date
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Pending
Application number
JP14399188A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasumichi Kobayashi
小林 保道
Hidetaka Yabuuchi
秀隆 藪内
Osamu Eguchi
修 江口
Shinji Kondo
信二 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP14399188A priority Critical patent/JPH01312489A/en
Publication of JPH01312489A publication Critical patent/JPH01312489A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent erroneous operations due to reflected waves from distant walls and obstacles by commonly using an amplifier circuit and a timer and providing masking means in a device wherein pulses are outputted to a plurality of output terminals and ultrasonic waves are sent out in each measuring direction. CONSTITUTION:Ultrasonic waves are transmitted in each direction from ultrasonic wave piezoelectric transducers 6a-6c which are sequentially driven with oscillating circuits 3a-3c. The reflected waves are received with the ultrasonic wave piezoelectric transducers 6a-6c and inputted into a single amplifier circuit 9 through masking means 12a-12c. Passing of unnecessary reflected waves is inhibited with the masking means 12a-12c. Therefore, the unnecessary reflected waves are not inputted into the amplifier circuit 9. The time from the start of the transmission to the generation of the reflected wave in the amplifier circuit is measured with a timer means 8. The time is converted into the distance datum. When the natural frequencies of the oscillating circuits 3a-3c and the ultrasonic wave piezoelectric transducers 6a-6c are made different, only the reflected waves of the transmitted signals of the apparatus itself become the received outputs. Erroneous operations due to transmitted signal which are oscillated in other ultrasonic wave piezoelectric transducers are not detected.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は無人搬送車や移動ロボットなどに用いる超音波
測距装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an ultrasonic distance measuring device used in automatic guided vehicles, mobile robots, and the like.

従来の技術 無人搬送車や移動ロボットにおいて、外部環境の壁や障
害物の位置を認識して動作を制限または停止させるよう
な場合には、複数個のセンサを用いることが多い。これ
は限られた検出範囲しかないセンサで、より外部環境を
正確に認識するためである。超音波による距離の測定を
行い、外部環境と移動ロボット本体との距1補を知り、
移動ロボット本体を移動制御、例えば壁に沿わせて動か
すことが可能であるが、この場合でも側面に1つ、前方
に1つの最低2つの超音波センサが必要である− 1・E米の超音波測距装置には、第6図に示すように構
成されたものが多い。マイクロコンピュータ1の内部機
能であるパルス発生手段2により出力端子aに正のパル
スが出力されると、発振回路3の発振出力がANDN−
ゲート全通して前記パルスの幅の時間だけドライバ5a
e介して超音波振動子6aに加えられ、超音波7aが空
中に送出される。同時にパルス発生手段2の出力はタイ
マ8aの動作をスタートさせる。超音波7aの反射波が
戻り、超音波振動子6aで受信されると、この微少出力
が増幅回路9aによって増幅され、前記タイマ8aの動
作をストップして、タイマ8aで超音波振動子6aと反
射物体(図示せず)までの距離が下式の関係によって時
間値として計ff1lJでき、この値をマイクロコンピ
ュータ1で読み取る構成としている。
2. Description of the Related Art In automatic guided vehicles and mobile robots, a plurality of sensors are often used to limit or stop movement by recognizing the position of walls or obstacles in the external environment. This is because the sensor only has a limited detection range, so it can more accurately recognize the external environment. We measure the distance using ultrasonic waves and find out the distance between the external environment and the mobile robot body.
It is possible to control the movement of the mobile robot body, for example to move it along a wall, but even in this case, at least two ultrasonic sensors, one on the side and one in front, are required. Many sonic distance measuring devices are configured as shown in FIG. When the pulse generating means 2, which is an internal function of the microcomputer 1, outputs a positive pulse to the output terminal a, the oscillation output of the oscillation circuit 3 becomes ANDN-.
The driver 5a passes through the entire gate for a time equal to the width of the pulse.
The ultrasonic wave 7a is applied to the ultrasonic transducer 6a via the ultrasonic wave 7a, and is sent into the air. At the same time, the output of the pulse generating means 2 starts the operation of the timer 8a. When the reflected wave of the ultrasonic wave 7a returns and is received by the ultrasonic transducer 6a, this minute output is amplified by the amplifier circuit 9a, and the operation of the timer 8a is stopped. The distance to a reflecting object (not shown) can be calculated as a time value by the relationship shown in the following equation, and this value is read by the microcomputer 1.

1 = −(1:時間、V:音速、l:距順)複数のセ
ンサによる構成の場合、上記回路構成が複数組設けられ
ることになり、第5図の府すではパルス発生出力a、b
、cに対応して3組簿成され、3方向の距離測定ができ
る測距装置となっている。
1 = - (1: time, V: sound speed, l: distance order) In the case of a configuration using multiple sensors, multiple sets of the above circuit configurations will be provided, and in the case of Fig. 5, pulse generation outputs a, b
, c, and is made up of three sets, making it a distance measuring device that can measure distances in three directions.

発明が解決しようとする課題 このような従来の構成では、3方向の同時測定が可能で
あり、計測時間が短いという利点もあるが、距離測定の
方向の数だけ増幅回路9a 、 9b 、 9cとタイ
マ8a 、 8b 、 8cが必要であるという問題が
ある。
Problems to be Solved by the Invention This conventional configuration allows simultaneous measurement in three directions and has the advantage of short measurement time. There is a problem in that timers 8a, 8b, 8c are required.

本発明は短時間でしかも正確に複数の方向の距離を測定
することができ、しかも増幅回路とタイマの数も削減で
きる超音波測距装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic distance measuring device that can accurately measure distances in a plurality of directions in a short time and can also reduce the number of amplifier circuits and timers.

課題を解決するための手段 す 請求項1に記載の超、波測距装置は、複数の出力端子に
一定時間ごとにパルスを出力するパルス発生手段と、各
測定方向に超音波を送出するように設置された複数の超
音波振動子と、単一の発振回路が発生する超音波イ菖号
をパルス発生手段の前記パルスによって各超音波振動子
に順々に供給するゲート回路と、各超音波振動子の反射
波受信出力をパルス発生手段の前記パルスに同期して前
記−定時間以内のみ通過させる複数のマスク手段と、こ
のマスク手段の各出力が入力側に接続された単一の増幅
回路と、パルス発生手段の前記パルスの出力タイミング
で動作を開始して前記増幅回路の八 出力側の受信出力を検出して停止するタイマ手段と金設
け、タイマ手段の各時間値から各測定方向における反射
物体との距離を算出することを特徴とする 請求項2に記載の超音波測距装置は、複数の出力端子に
一定時間ごとにパルスを出力するパルス発生手段と、各
測定方向に超音波を送出するように設置された複数の超
音波振動子と、パルス発生手段の前記パルスによって各
超音波振動子に超音波信号を供給する複数の発振回路と
、各超音波振数のマスク手段と、このマスク手段の各出
刃が入力側に接続された単一の増幅回路と、パルス発生
手段の前記パルスの出力のタイミングで動作を開始して
前記増幅回路の出方側の受信出方を検出して停止するタ
イマ手段とを設け、かつ互いの測定方向がなす角度が小
さいものについて、一方の発振回路と超音波振動子の固
有周波数が他方のその固有周波数とは異ならせ、タイマ
手段の各時間値から各測定方向における反射物体との距
離を算出することを特徴とする特 作用 請求項1の構成によると、発振回路で逐次駆動されて各
超音波振動子から各測定方向へ超音波が送信される。反
射波は前記超音波振動子で受信され、マスク手段を介し
て単一の増幅回路に入力される。不要な反射波はマスク
手段によって通過を禁止して増幅回路に入力されない。
Means for Solving the Problems The ultrasonic distance measuring device according to claim 1 comprises pulse generating means for outputting pulses to a plurality of output terminals at fixed time intervals, and ultrasonic waves for transmitting ultrasonic waves in each measurement direction. a plurality of ultrasonic transducers installed in the ultrasonic transducer; a gate circuit that sequentially supplies ultrasonic waves generated by a single oscillation circuit to each ultrasonic transducer by the pulses of the pulse generating means; a plurality of mask means for allowing the reflected wave reception output of the acoustic wave transducer to pass only within the predetermined time period in synchronization with the pulse of the pulse generation means; and a single amplifier to which each output of the mask means is connected to the input side. a circuit, a timer means that starts operation at the output timing of the pulse of the pulse generating means, detects the received output of the eight output side of the amplifier circuit, and stops the operation; The ultrasonic distance measuring device according to claim 2 is characterized in that the ultrasonic distance measuring device calculates the distance to a reflecting object in the measurement direction. A plurality of ultrasonic transducers installed to transmit sound waves, a plurality of oscillation circuits that supply ultrasonic signals to each ultrasonic transducer by the pulses of the pulse generating means, and masking means for each ultrasonic frequency. and a single amplifier circuit in which each blade of the mask means is connected to the input side, and the operation is started at the timing of the output of the pulse of the pulse generating means to determine the reception output side of the output side of the amplifier circuit. For those equipped with a timer means that detects and stops, and the angle between the measurement directions is small, the natural frequency of one oscillation circuit and ultrasonic transducer is different from the other natural frequency, and the timer means According to the structure of special effect claim 1, characterized in that the distance to the reflecting object in each measurement direction is calculated from each time value, ultrasonic waves are generated from each ultrasonic transducer in each measurement direction by being sequentially driven by an oscillation circuit. is sent. The reflected waves are received by the ultrasonic transducer and input into a single amplifier circuit via mask means. The unnecessary reflected waves are prohibited from passing through by the mask means and are not input to the amplifier circuit.

送信開始から増幅回路に反射511が発生する迄の時間
をタイマ1手段で計測して距離データに変換される。
The time from the start of transmission until the reflection 511 occurs in the amplifier circuit is measured by a timer 1 and converted into distance data.

請求項2の構成によると、発振回路を複数にして、発振
回路と超音波振動子の固有振動数を異ならせたため、別
の超音波振動子からの超音波が回り込んでも、受信出力
が発生せず、自己の送信信号の反射波だけが受信出力と
なり、別の超音波振動子から発射された送信信号が自己
のマスク手段を誤って通過しない。
According to the structure of claim 2, since there are a plurality of oscillation circuits and the natural frequencies of the oscillation circuit and the ultrasonic transducer are made different, even if an ultrasonic wave from another ultrasonic transducer wraps around, a reception output is generated. Instead, only the reflected wave of the own transmitting signal becomes the received output, and the transmitting signal emitted from another ultrasonic transducer does not accidentally pass through the own masking means.

実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。Example Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は請求項1の実施例の説明図を示し、第2図は本
発明の装置との特性比較のために示した比較例である。
FIG. 1 shows an explanatory view of an embodiment of claim 1, and FIG. 2 shows a comparative example for comparing characteristics with the device of the present invention.

まず、第2図の比較例から説明する。マイクロコンピュ
ータlの内部機能であるパルス発生手段2の出力端子a
、b、cが発振回路3の出力とともにANDゲー)4a
 、 4b 、 4cにそれぞれ入力され、ANDゲー
ト4a 、 4b 、 4cの出力が超音波駆動用のド
ライバ5a 、 5b 、 5cに入力され、これらの
出力が同じ固有の周波数を持つ超音波振動子6a 、 
6t) 、 6Cに接続されている。超音波振動子6a
 、 6b 、 6cには同じく反射波を受ける回路と
して、ダイオードなどによるクリッパ13a 、 13
b 、 13Cが接続され、それぞれの出力が1本に結
線されて増幅回路9に入力され、増幅回路9の出力がマ
イクロコンピュータlの内部機能であるタイマ手段8に
入力されている。この比較例の動作としてはパルス発生
手段2がaの出力端子にパルスを出すと、同時にタイマ
手段8の動作を開始する。出力端、子aにパルスが出さ
れるとMのゲート4aにより発振回路3で作られた超音
波の発振周波が上記パルス間隔の時間だけドライバ5a
を動かし、超音波振動子6aを駆動し、空中に超音波を
送出する。この時、他の超音波振動子6b 、 6Cは
クリッパ13a 、 13b 、 13cにより電圧が
押えられ駆動されない。送出した超音波の反射波が超音
波振動子6aに戻って受信されると受信電圧は極めて小
さいためクリッパ13aを通過して増幅回路9に伝えら
れ増幅されて信号dとしてタイマ手段8に入力されて、
タイマ手段8の動作を停止する。このタイマ手段8の値
により、超音波振動子6?と反射物体までの距離が計測
できる。
First, the comparative example shown in FIG. 2 will be explained. Output terminal a of pulse generating means 2, which is an internal function of microcomputer l
, b, c are AND game with the output of the oscillation circuit 3) 4a
, 4b, and 4c, and the outputs of the AND gates 4a, 4b, and 4c are input to ultrasonic drive drivers 5a, 5b, and 5c, and these outputs are transmitted to ultrasonic transducers 6a and 6a having the same natural frequency.
6t) and 6C. Ultrasonic transducer 6a
, 6b, 6c also include clippers 13a, 13 using diodes or the like as circuits for receiving reflected waves.
b and 13C are connected, and their respective outputs are connected to one line and inputted to an amplifier circuit 9, and the output of the amplifier circuit 9 is inputted to a timer means 8, which is an internal function of the microcomputer l. As for the operation of this comparative example, when the pulse generating means 2 outputs a pulse to the output terminal a, the timer means 8 starts operating at the same time. When a pulse is output to the output terminal, child a, the oscillation frequency of the ultrasonic wave generated by the oscillation circuit 3 is transmitted by the gate 4a of M to the driver 5a for the time of the above-mentioned pulse interval.
to drive the ultrasonic transducer 6a and send out ultrasonic waves into the air. At this time, the voltage of the other ultrasonic transducers 6b, 6C is suppressed by the clippers 13a, 13b, 13c and they are not driven. When the reflected wave of the transmitted ultrasonic wave returns to the ultrasonic transducer 6a and is received, the received voltage is extremely small, so it passes through the clipper 13a, is transmitted to the amplifier circuit 9, is amplified, and is input to the timer means 8 as a signal d. hand,
The operation of the timer means 8 is stopped. Depending on the value of this timer means 8, the ultrasonic transducer 6? and the distance to the reflecting object can be measured.

これを出力端子aからす、cと逐次切換えることにより
3方向すなわち3つの測距が1つの増幅回路9と1つの
タイマ手段8で行うことができる。
By sequentially switching between the output terminals a and c, distance measurement in three directions, that is, three distances, can be performed with one amplifier circuit 9 and one timer means 8.

この比較例には課題があるが、第1図の説明の後に比較
説明する。
Although this comparative example has some problems, a comparative explanation will be given after the explanation of FIG. 1.

第1図において、マイクロコンピュータ1の内部機能で
あるパルス発生手段2の出力端子a、b。
In FIG. 1, output terminals a and b of a pulse generating means 2, which is an internal function of a microcomputer 1.

Cはそれぞれ発振回路3a 、 3b 、 3cとマス
ク時間発生手段10a 、 10b 、 10cに接続
されている。発振回路3a 、 3b 、 3cの出力
はドライバ5a 、 5b 、 5cを介して超音波振
動子6a 、 6b 、 6cにそれぞれ接続されてい
る。反射波を受ける回路としてアナログスイッチlla
 、 llb 、 llcが超音波振動子6a 、 6
b 、 6Cに接続され、他方はそれぞれが1本に接続
されて増幅回路9に入力され、出力はマイクロコンピュ
ータ1の内部機能であるタイマ手段8に接続されている
。マスク時間発生手段10a 、 10b 、 10c
の出力は、前記アナログスイッチ111 、 llb 
、 llcのコントロール端子にそれぞれ接続されてお
り、これら2つの組合せでマスク手段12a 、 12
b 。
C are connected to oscillation circuits 3a, 3b, 3c and mask time generating means 10a, 10b, 10c, respectively. The outputs of the oscillation circuits 3a, 3b, 3c are connected to ultrasonic transducers 6a, 6b, 6c via drivers 5a, 5b, 5c, respectively. Analog switch lla as a circuit that receives reflected waves
, llb, llc are ultrasonic transducers 6a, 6
b and 6C, and the other one is connected to one line and input to the amplifier circuit 9, and the output is connected to timer means 8, which is an internal function of the microcomputer 1. Mask time generating means 10a, 10b, 10c
The output of the analog switch 111, llb
, llc, and the combination of these two mask means 12a, 12.
b.

12cを構成している。この実施例の動作としては、パ
ルス発生手段2が出力端子aにパルスを出すと、同時に
タイマ手段8の動作を開始する。出力端子aのパルス間
隔の時間だけ発振回路3aは動作しドライバー5ae駆
動して超音波振動子6aを駆動し、空中に超音波を送出
する。超音波振動子6aが駆動された後、マスク時間発
生手段lOaでアナログスイッチllaがON状態とさ
れる。送出した超音波の反射波が超音波振動子6aに戻
って受信されると受([圧はアナログスイッチllaを
通って増幅回路9に伝えられ、増幅されて信号eとして
タイマ手段8に入力されてタイマ手段8の動作を停止す
る。
12c. As for the operation of this embodiment, when the pulse generating means 2 outputs a pulse to the output terminal a, the timer means 8 starts operating at the same time. The oscillation circuit 3a operates for a time corresponding to the pulse interval of the output terminal a, and drives the driver 5ae to drive the ultrasonic transducer 6a and send out ultrasonic waves into the air. After the ultrasonic transducer 6a is driven, the analog switch lla is turned on by the mask time generating means lOa. When the reflected wave of the transmitted ultrasonic wave returns to the ultrasonic transducer 6a and is received, the received pressure is transmitted to the amplifier circuit 9 through the analog switch lla, where it is amplified and input to the timer means 8 as a signal e. The operation of the timer means 8 is then stopped.

マスク時間発生手段10aにより時間が経過するとアナ
ログスイッチllaがOFF状態となり、以降に超音波
振動子6aに戻ってくる反射波は検出されない構成であ
る。同様に出力端子aからす、cと逐次切換えることに
より3つの測距が1つの増幅回路9と1つのタイマ手段
8で行うことができる。
When the mask time generating means 10a elapses, the analog switch lla is turned off, and the reflected waves returning to the ultrasonic transducer 6a are not detected thereafter. Similarly, by sequentially switching output terminals a and c, three distance measurements can be performed with one amplifier circuit 9 and one timer means 8.

以下、第3図と第5図を用いて移動ロボットに本実施例
を適用して測距する動作とその測距波形を説明する。こ
の時、比較例の測距波形も併せて説明し、その課題を明
確にすると共に、本実施例の特徴をより明確にする。
Hereinafter, the operation of measuring a distance by applying this embodiment to a mobile robot and its distance measurement waveform will be explained using FIGS. 3 and 5. At this time, the distance measurement waveform of the comparative example will also be explained to clarify the problem and further clarify the characteristics of the present example.

第3図に左壁14に沿って進む移動ロボット15を示す
。ここで第1図、第2図で示した超音波振動子6a 、
 6b 、 cicは、それぞれ左測距用(6a)、前
方測距用(6b)、右斜め前方用(6c)と配置してい
る。超音波振動子6aで送出した超音波は、距離11に
相当する時間1/、後に同じく超音波振動子6aに受信
される。同様に、超音波振動子6b、では、距離!1に
相当して時間itt後に受信されることになる。この場
合、超音波振動子6cから出された超音波は左壁14で
反射した後、前方の壁16で反射し、反射波が元の超音
波振動子6cには戻らない位置関係となっている。
FIG. 3 shows the mobile robot 15 moving along the left wall 14. Here, the ultrasonic transducer 6a shown in FIGS. 1 and 2,
6b and cic are arranged for left distance measurement (6a), front distance measurement (6b), and right diagonal front (6c), respectively. The ultrasonic waves sent out by the ultrasonic transducer 6a are also received by the ultrasonic transducer 6a after a time 1/ corresponding to the distance 11. Similarly, for the ultrasonic transducer 6b, the distance! 1 and will be received after time itt. In this case, the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 6c are reflected by the left wall 14 and then reflected by the front wall 16, resulting in a positional relationship in which the reflected waves do not return to the original ultrasonic transducer 6c. There is.

以上の設定を基にして、第5図で送受信のタイミング並
びに受信波形を説明する。
Based on the above settings, the timing of transmission and reception and the received waveform will be explained with reference to FIG.

第1図、第2図におけるパルス発生手段2の出力端子a
、b、cの波形が第5図中AI、Bl、CIで示されて
おり、前述した如く逐時駆動して計測するため、to時
間間隔で動かしている。出力端子aでパルスを出すと時
間計111!Iをタイマ手段8で行い、この動作は出力
端子すが次にパルスを出すまで行う。この間に反射波が
戻って(ればその時間から壁までの距離を計測し、反射
波が戻って来なければ壁はないものとしている。出力端
子す、cについても同様である。
Output terminal a of the pulse generating means 2 in FIGS. 1 and 2
, b, and c are shown as AI, Bl, and CI in FIG. 5, and are moved at time intervals of to in order to drive and measure sequentially as described above. When a pulse is output from output terminal a, the time meter is 111! I is performed by the timer means 8, and this operation is continued until the output terminal outputs the next pulse. If the reflected wave returns during this time, the distance to the wall is measured from that time, and if the reflected wave does not return, it is assumed that there is no wall.The same applies to the output terminals S and C.

第3図の位置関係で、第2図の比較例による測距装置で
計測すると、タイマ手段8への受信の信号dは、第5図
中dで示された波形となる。つまり、出力端子aでパル
スを出すと、これが反射波がEaとして受信されて、T
/、が計測される。出力端子すでパルスを出すと、前方
の壁16が遠いので、遅れてEbとして受信される。こ
の場合、本来、1/。
When measured with the distance measuring device according to the comparative example of FIG. 2 in the positional relationship shown in FIG. 3, the signal d received by the timer means 8 has a waveform shown by d in FIG. 5. In other words, when a pulse is emitted at output terminal a, the reflected wave is received as Ea and T
/ is measured. When the output terminal outputs a pulse, since the front wall 16 is far away, it is received as Eb with a delay. In this case, it is originally 1/.

が計測されるべきであるが、前述の通り出力端子Cでパ
ルスを出した後なので誤った値1/、が計測されてしま
う。
should be measured, but since the pulse has been emitted at the output terminal C as described above, the incorrect value 1/ is measured.

同じ第3図の位置関係を第1図の測距装置で計測すると
、第1図中のマスク時間発生手段10a #10b 、
 10cの出力が第5図中A2 、 B2 、 C2で
示された波形となり、超音波振動子6aの受信出力はA
2のtlの期間しかアナログスイッチllaを通過でき
ない。他の2つの超音波振動子6b、 6(:について
も同様である。よって、タイマ手段8への受信の信号e
は第5図のElで示される波形となり、遠い壁からの反
射波によって、誤った計測をすることがなくなる。
When the same positional relationship shown in FIG. 3 is measured using the distance measuring device shown in FIG. 1, mask time generating means 10a #10b in FIG.
The output of the ultrasonic transducer 6a has the waveform shown by A2, B2, and C2 in FIG. 5, and the received output of the ultrasonic transducer 6a is A
The signal can only pass through the analog switch lla for a period of 2 tl. The same applies to the other two ultrasonic transducers 6b and 6(:).Therefore, the received signal e to the timer means 8
has a waveform shown by El in FIG. 5, which prevents erroneous measurements due to reflected waves from distant walls.

なお、第1図の構成では発振回路3a〜3Cを使用した
が、これは請求項1に記載のように単一の発振回路とゲ
ート回路で構成しても同様である。ここで云う単一の発
振回路とゲート回路は第2図に示した発振回路3とAN
Dゲート4a〜4cがそれである。
Although the configuration shown in FIG. 1 uses the oscillation circuits 3a to 3C, the same applies even if the configuration includes a single oscillation circuit and a gate circuit. The single oscillation circuit and gate circuit mentioned here are the oscillation circuit 3 and AN shown in FIG.
These are D gates 4a to 4c.

請求項2の実施例を第1図と第4図および第5図に基づ
いて説明する。請求項1の構成では発振回路3a〜3c
の発振周波数が同じで、超音波振動子6a〜6cの固有
振動数が同じであったが、このような場合には特に第4
図に示したような状態では誤まりが発生する。
An embodiment of claim 2 will be explained based on FIGS. 1, 4, and 5. In the configuration of claim 1, the oscillation circuits 3a to 3c
The oscillation frequencies of the ultrasonic transducers 6a to 6c were the same, and the natural frequencies of the ultrasonic transducers 6a to 6c were the same.
Errors occur in the situation shown in the figure.

第4図では左壁14に沿って第3図と同じ超音波振動子
6a 、 6b 、 6c配置の移動ロボット15が進
んでいる図であるが、左壁14と前方の壁16の角度が
異なっているため、超音波の反射状態が第3図とは異な
っている。この図の配置では、超音波振動子6aでの測
距は距tlztであり時間換算で171は変わらないが
、超音波振動子6t) 、 6cは、お互いの送出した
超音波を反射波として受信する位置関係となり、その距
離は!4換算時間でtl4である。第4図の位置関係に
おいて超音波振動子6a 、 6b 、 6cの固有周
波数がほぼ同じ、すなわち発振回路3a 、 3b。
In FIG. 4, the mobile robot 15 with the same arrangement of ultrasonic transducers 6a, 6b, and 6c as in FIG. 3 is moving along the left wall 14, but the angles of the left wall 14 and the front wall 16 are different. Therefore, the reflected state of the ultrasonic waves is different from that in FIG. In the arrangement shown in this figure, the distance measured by the ultrasonic transducer 6a is the distance tlzt, which does not change 171 in terms of time, but the ultrasonic transducers 6t) and 6c receive the ultrasonic waves sent by each other as reflected waves. The positional relationship is as follows, and the distance is! 4 conversion time is tl4. In the positional relationship shown in FIG. 4, the natural frequencies of the ultrasonic transducers 6a, 6b, and 6c are almost the same, that is, the oscillation circuits 3a and 3b.

3cの発振周波数が同じ場合の受信の出力eは第5図中
B2で示す波形となる。出力端子aのパル7、lC対す
る反射波はEa、時間換算でj/l として正しく波は
壁で2回してから超音波振動子6Cで受信され^ ることになるので波形El)が測定される。これは本来
j/4の計測がされるべきであるが、前述通り出力端子
Cでパルスを出した後なので誤った値Elsが計測され
てしまう。同様に、出力端子Cのバルー スに対する反
射波はtl、の時間の後に超音波振動子6bに到達する
が、この場合にはB2の波形でわかるようにアナログス
イッチllbがOFF状態となっているので計測されな
いことになる。この計測における1慎ちは、超音波振動
子6bの送出した超音波の反射波を他の超音波振動子6
cが受信するために発生するもので、このために、第1
図の実施例では発振回路3a 、 3b 、 3c(P
独立に設けているので、それぞれの発振周波数を超音波
振動子6a 、 6b 、 6cとセットで少しづつ変
えることによりなくす仁とができ、B2の波形をElと
することができるものである。更に現実には実施例でも
明らかなように、すべての超音波振動子の発振周波数を
変える必要はなく、90°以上の角度をもったものは同
一周波数としても良い。請求項2における測定方向がな
す角度が小さいものとは90°よりも小さい角度を意味
している。
When the oscillation frequencies of 3c are the same, the reception output e has a waveform shown by B2 in FIG. The reflected wave for pulse 7, 1C of output terminal a is Ea, and the time conversion is j/l. The wave hits the wall twice before being received by the ultrasonic transducer 6C, so the waveform El) is measured. Ru. Originally, j/4 should be measured, but since the pulse has been emitted at the output terminal C as described above, an incorrect value Els is measured. Similarly, the reflected wave from the output terminal C's bulb reaches the ultrasonic transducer 6b after a time tl, but in this case, as can be seen from the waveform of B2, the analog switch llb is in the OFF state. Therefore, it will not be measured. One caution in this measurement is that the reflected wave of the ultrasound transmitted by the ultrasound transducer 6b is not transmitted to the other ultrasound transducer 6.
c occurs for receiving, and for this reason, the first
In the illustrated embodiment, oscillation circuits 3a, 3b, 3c (P
Since they are provided independently, they can be eliminated by changing the oscillation frequency of each ultrasonic transducer 6a, 6b, and 6c little by little as a set, and the waveform of B2 can be set to El. Furthermore, in reality, as is clear from the embodiments, it is not necessary to change the oscillation frequencies of all the ultrasonic transducers, and those having an angle of 90° or more may have the same frequency. In Claim 2, the phrase "the angle formed by the measurement direction is small" means an angle smaller than 90 degrees.

上記の各実施例では、マスク手段12a〜12cはマイ
クロコンピュータ1とは別に設けたが、これはマイクロ
コンピュータ1の中に取り込むことも可能である。
In each of the above embodiments, the masking means 12a to 12c are provided separately from the microcomputer 1, but they can also be incorporated into the microcomputer 1.

発明の効果 以上のように各請求項の構成によると、増幅回路とタイ
マを共用するとともにマスク手段を設け、遠い壁や障害
物からの反射波が誤動作を招くことを防止    −す
ることができ正確な距離測定を行える。移動ロボット等
に適用する場合は、比較的短時間に複数の測距を行う必
要があり、前記課題も発生しているわけであるが同時に
現在のワンチップマイクロコンピュータではタイマ(内
蔵カウンタ)をもったものが現われているが、このタイ
マの数も少ないことを考えると、本発明が超音波測距装
置を簡素化することに効果が大であることは言うまでも
ない。
Effects of the Invention As described above, according to the structure of each claim, the amplifier circuit and the timer are shared and the masking means is provided to prevent reflected waves from distant walls or obstacles from causing malfunction. distance measurement. When applied to mobile robots, etc., it is necessary to perform multiple distance measurements in a relatively short period of time, which causes the problems mentioned above. At the same time, current one-chip microcomputers do not have timers (built-in counters). However, considering that the number of timers is small, it goes without saying that the present invention is highly effective in simplifying ultrasonic distance measuring devices.

請求項2の構成によると、発振回路を複数設けると・と
もに互いの測定方向がなす角度が小さいものについて、
一方の発振回路と超音波振動子の固有周波数が他方のそ
の固有周波数とは異ならせたため、回り込みによって他
の超音波振動子が受信するような事態を回避できるため
、より正確な距離の測定が行えるものである。
According to the structure of claim 2, for those in which a plurality of oscillation circuits are provided and the angle between the measurement directions is small,
Since the natural frequencies of one oscillation circuit and ultrasonic transducer are different from those of the other, it is possible to avoid situations where other ultrasonic transducers receive the signal due to wraparound, allowing for more accurate distance measurement. It can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は請求項1とこの実施例の説明図、第2図は比較
例を示す回路ブロック図、第3図と第4図は移動ロボッ
トに適用した場合の平面配置図、第5図は測距波形のタ
イミング図、第6図は従来の超音波測距装置を示す回路
ブロック図である。 2・・・パルス発生手段、3.3a 、 3b 、 3
c・・・発振回路、4 a 〜4 c −ANDゲート
、6a 、 6t) 、 6c・−超音波振動子、8・
・・タイマ手段、9・・・増幅回路、12a 。 12b 、 12c・・・マスク手段。 /、   第1図 第2図 第3図 第4図 第5図
FIG. 1 is an explanatory diagram of claim 1 and this embodiment, FIG. 2 is a circuit block diagram showing a comparative example, FIGS. 3 and 4 are plan layout diagrams when applied to a mobile robot, and FIG. FIG. 6 is a timing diagram of distance measurement waveforms, and is a circuit block diagram showing a conventional ultrasonic distance measurement device. 2... Pulse generating means, 3.3a, 3b, 3
c...Oscillation circuit, 4a to 4c-AND gate, 6a, 6t), 6c--ultrasonic transducer, 8-
...Timer means, 9...Amplification circuit, 12a. 12b, 12c... mask means. /, Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、複数の出力端子に一定時間ごとにパルスを出力する
パルス発生手段と、各測定方向に超音波を送出するよう
に設置された複数の超音波振動子と、単一の発振回路が
発生する超音波信号をパルス発生手段の前記パルスによ
つて各超音波振動子に順々に供給するゲート回路と、各
超音波振動子の反射波受信出力をパルス発生手段の前記
パルスに同期して前記一定時間以内のみ通過させる複数
のマスク手段と、このマスク手段の各出力が入力側に接
続された単一の増幅回路と、パルス発生手段の前記パル
スの出力のタイミングで動作を開始して前記増幅回路の
出力側の受信出力を検出して停止するタイマ手段とを設
け、タイマ手段の各時間値から各測定方向における反射
物体との距離を算出する超音波測距装置。 2、複数の出力端子に一定時間ごとにパルスを出力する
パルス発生手段と、各測定方向に超音波を送出するよう
に設置された複数の超音波振動子と、パルス発生手段の
前記パルスによつて各超音波振動子に超音波信号を供給
する複数の発振回路と、各超音波振動子の反射波受信出
力をパルス発生手段の前記パルスに同期して前記一定時
間以内のみ通過させる複数のマスク手段と、このマスク
手段の各出力が入力側に接続された単一の増幅回路と、
パルス発生手段の前記パルスの出力のタイミングで動作
を開始して前記増幅回路の出力側の受信出力を検出して
停止するタイマ手段とを設け、かつ互いの測定方向がな
す角度が小さいものについて、一方の発振回路と超音波
振動子の固有周波数が他方のその固有周波数とは異なら
せ、タイマ手段の各時間値から各測定方向における反射
物体との距離を算出する超音波測距装置。
[Claims] 1. A pulse generating means that outputs pulses to a plurality of output terminals at fixed time intervals, a plurality of ultrasonic transducers installed to transmit ultrasonic waves in each measurement direction, and a single a gate circuit that sequentially supplies the ultrasonic signal generated by the oscillation circuit to each ultrasonic transducer by the pulse of the pulse generating means; a plurality of masking means that synchronize with the pulse and allow it to pass only within the predetermined time; a single amplifier circuit to which each output of the masking means is connected to the input side; and a pulse generation means that operates at the timing of output of the pulse. and a timer means for starting and stopping after detecting the received output on the output side of the amplifier circuit, and calculating the distance to the reflecting object in each measurement direction from each time value of the timer means. 2. A pulse generating means that outputs pulses at regular intervals to a plurality of output terminals, a plurality of ultrasonic transducers installed to send out ultrasonic waves in each measurement direction, and a a plurality of oscillation circuits that supply ultrasonic signals to each ultrasonic transducer, and a plurality of masks that allow the reflected wave reception output of each ultrasonic transducer to pass only within the certain period of time in synchronization with the pulse of the pulse generating means. means and a single amplifier circuit with each output of the masking means connected to the input side;
and a timer means that starts its operation at the timing of the output of the pulse of the pulse generating means and stops after detecting the received output on the output side of the amplifier circuit, and the angle between the measuring directions is small, An ultrasonic distance measuring device in which the natural frequencies of one oscillation circuit and ultrasonic transducer are made different from those of the other, and the distance to a reflecting object in each measurement direction is calculated from each time value of a timer means.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019020407A (en) * 2017-07-14 2019-02-07 バルフ ゲーエムベーハー Method for operating magneto-striction position measurement device

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