JPH02102477A - 超音波測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １轍九乱 本発明は、目標物までの距離を測定する超音波測距装置
に関する。

従来韮Ｉ 従来、超音波信号を目標物に向けて送信させ。

その目標物によって反射された超音波信号が受信される
までの時間を計測することによって目標物までの距離を
測定するようにしているが、超音波信号の往復に時間を
要して測定時間が長くなり、また測定側に超音波送信器
と超音波受信器とを並設しているために、測定精度が低
下してしまっている。

また、目標物に超音波送信器を取り付けて、測定側の超
音波受信器に向けて超音波信号を送信するようにすれば
、測定時間を短くすることができるとともに、送信器か
ら送信される超音波信号が直接受信器側へリークするよ
うなことがなくなるが、その場合には、受信側で送信側
がら発せられる超音波信号が受信されるまでの時間を計
測することができるようにするため、受信側において送
信側から超音波信号が発せられたことを検知するための
何らかの手段を講する必要があるものとなる。

月］ｙ 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、目標物に
超音波送信器を設置し、その超音波送信器から送信され
る超音波信号を測定側の超音波受信器で受信して、超音
波信号の伝達時間から目標物までの距離を測定する際、
簡単な手段により、測定側において超音波信号の伝達時
間を容易に求めることができるようにした超音波測距装
置を提供するものである。

また本発明による超音波測距装置では、測定側において
、目標物までの距離のみならず、その目標物の位置、方
向をも求めることができるようにしている。

１處 本発明はその目的達成のため、電波と超音波とにおける
伝播速度の違いに着目し、送信側からトリガ用の電波と
超音波信号とをそれぞれ送信し、受信側において送信側
から送られてきたトリガ電波および超音波（ｉ号をそれ
ぞれ受信して、伝播速度の違いから生ずるトリガ電波と
超音波信号との各受信のずれ時間を計測して、その計測
された時間から送信側と受信側との間の距離を所定の演
算によって求めるようにしている。

その際、特に本発明では、受信側に複数の超音波受信器
を設けて送信側における超音波信号源との間の距離をそ
れぞれ求めて、三角測量法を用いて送信側と受信側との
間の距離を算出するとともに、受信側において超音波信
号源の方向をわり出すようにしている。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

本発明による超音波測距装置にあっては、第１図に示す
ように、目標物側に設けられた送信部Ｔと、その目標物
の測定側に設けられた受信部Ｒとからなっている。

送信部Ｔは、バースト波による超音波信号を超音波振動
子ｌから送信する超音波送信器２と、微弱電波によるパ
ルス状のトリガ電波をアンテナ３から送信するトリガ電
波送信器４と、超音波信号の送信とトリガ電波の送信と
の同期をとるべく各送信器２，４の送信制御を行なわせ
る制御回路５とによって構成されている。

受信部Ｒは、超音波信号を超音波振動子６を介して受信
する超音波受信器７と、トリガ電波をアンテナ８を介し
て受信するトリガ電波受信器９と、それら各受信器７，
９によってそれぞれ受信されるトリガ電波と超音波信号
との各受信のずれ時間を計測して目標物までの距離を所
定の演算によって求める演算回路１０とによって構成さ
れている。

このように構成されたものにあって、第２図に示すよう
に、ｔＯの時点で送信部Ｔからトリガ電波と超音波信号
とを同時に送信させると、受信部Ｒにおいてｔｌの時点
でトリガ電波が受信され。

続いてｔ２の時点で超音波信号が受信される。

このトリガ電波が受信されてから超音波信号が受信され
るまでの所要時間Ｔｘ、は、電波と超音波との伝播速度
の違いから生ずるもので、送信部Ｔと受信部Ｒとの間の
距離に比例して変化することになる。

しかして、受信部Ｒの演算回路１０において、トリガ電
波が受信されてから超音波信号が受信されるまでの時間
Ｔｘを計測し、その計測された時間Ｔｘにしたがって次
式の演算処理を行なわせることにより、目標物までの距
離Ｌｘを算出する。

Ｌｘ　＝ＶｓＸＴｘ　　　　　　（１）ここで、Ｖｓは
超音波の空中伝播速度である。

なお、超音波信号の送、受信を行なわせる際に、超音波
送信器２からスペクトラム拡散（Ｍ系列離散）によるラ
ンダム波による超音波信号を送信させ、超音波受信器７
において受信した超音波信号と受信器側に予め記憶され
ている前記ランダム波との相関のピークを求め、その求
められたピークをもって超音波信号の受信とするように
すれば、ノイズの影響を受けることなくその超音波信号
の送、受信を高精度に行なわせることができる。

第３図に、スペクトラム拡散によるランダム波を用いた
超音波信号の送、受信を行なわせる場合における超音波
送信器２および超音波受信器７の具体的な構成例を示し
ている。

同図の構成にあって、超音波送信器２では、搬送波発振
器２１からの搬送波とランダム波発生器２２からのスペ
クトラム拡散によるランダム波とがバランスミキサ２３
においてミキシングされ、そのミキシング信号が超音波
送信器本体２４から超音波振動子１を介して超音波信号
として送信されるようになっている。

また、超音波受信器７では、超音波振動子６を介して超
音波受信器本体７１において受信された超音波信号がバ
ランスミキサ７２に与えられて。

そこでランダム波発生器７３からのスペクトラム拡散に
よるランダム波とのミキシングがなされたうえで、同期
検出器７４において受信した超音波信号とランダム波発
生器７３からのランダム波との相関のピークを求め、距
離計数器７５においてランダム波発生器７３からのラン
ダム波を読み込んで、同期検出器７４において求められ
たピークが生ずるまでの時間を計数することによって距
゛離をわり出すようにしている。

このスペクトラム拡散によるランダム波を用いた超音波
信号の送、受信を行なわせるものにあっては、同一の拡
散符号を発生するランダム波発生器２２．７３における
各基本クロックが距離分解能を決定している。

このように本発明によれば、目標物に超音波送信器を設
置し、その超音波送信器から送信される超音波信号を測
定側の超音波受信器で受信して。

超音波信号の伝達時間から目標物までの距離を測定する
に際して、特に時間計測のトリガとなる微弱電波を用い
て、測定側において、送信側から超音波信号と同時に送
信されてくるトリガ電波が受信されてから超音波信号が
受信されるまでの時間を計測することにより、目標物ま
での距離を正確に測定することができるようになる。

また本発明では、第４図に示すように、測定側に超音波
受信器７を２台設けて、その各超音波振動子６Ａ、６Ｂ
を水平方向に配設して（設置間隔Ｗは既知となる）、超
音波送信器２が設けられた目標物０との間の距離Ｌａｘ
、Ｌｂｘをそれぞれ測定するようにして、三角測量の原
理にしたがって目標物Ｏまでの距離を正確に求めるとと
もに、角度α、βから目標物○の二次元的な位置をもね
り出すことができるようにしている。

さらに本発明では、第５図に示すように、測定側に超音
波受信装置７を４台設けて、２つの超音波振動子６Ａ、
６Ｂを水平方向に設置するとともに（設置間隔Ｗ１は既
知となる）、それと直交するように２つの超音波振動子
６Ｃ，６Ｄを垂直方向に設置して（設置間隔Ｗ２は既知
となる）、三次元による三角測量の原理によって目標物
○までの距離およびその三次元的な位置、方向をねり出
すことができるようにしている。なおこの場合。

測定側に超音波受信器ａ７を４台設けなくとも３台で目
標物０の三次元的なわり出しを行なわせることができ、
残りの１台を補正用とするようにしてもよい。

第６図は測定側におけるトリガ電波と超音波信号との受
信部を平面構造としたもので、ここでは超音波受信器７
を４台設けたときの各超音波振動子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，
６Ｄを水平および垂直方向に配設するとともに、トリガ
電波受信用の平面アンテナ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ，８Ｄをそ
九ぞれ設けるようにしている。

なお、受信側に超音波受信器２を複数台設ける場合、各
超音波受信器２ごとにトリガ電波受信器９をそれぞれ設
置することなく、１台のトリガ電波受信器９を共通に設
置すればよい。

本発明による超音波測距装置を利用すれば、例えば第７
図に示すように、自走ロボット１１に超音波受信器７お
よびトリガ電波受信器９が組み込まれた受信装置１２を
搭載して、前述のように平面構造としたトリガ電波と超
音波信号との受信部１３を走行ロボット１１の前面に取
り付けて、人間１４が超音波送信器２およびトリガ電波
送信器４とが組み込まれた送信装置１５をもって移動し
たとき、走行ロボット１１がその受信装置１２によって
送信装置１５に対する距離、方向を検出しながら、一定
の距離を保って人間１４の移動に追尾させるようにする
ことが可能となる。

その際、特じ第５図の構成を用いて、目標物Ｏの位置が
垂直方向に連続的に変化することをみるようにすれば、
人間１４が傾斜面を登っていること（または傾斜面を下
っていること）が認識できるようになる。

倭呈 以上１本発明による超音波測距装置にあっては、電波と
超音波とにおける伝播速度の違いに着目し。

送信側からトリガ用の電波と超音波信号とをそれぞれ送
信し、受信側において送信側から送られてきたトリガ電
波および超音波信号をそれぞれ受信して、伝播速度の違
いから生ずるトリガ電波と超音波信号との各受信のずれ
時間を計測して、その計測された時間から送信側と受信
側との間の距離を所定の演算によって求めるようにした
もので、簡単な手段により、受信側において超音波信号
の伝達時間を求めて送信側までの距離を迅速かつ正確に
求めることができるという優れた利点を有している。

また本発明では、受信側に複数の超音波受信器を設けて
送信側における超音波信号源との間の距離をそれぞれ求
めて、三角測量法を用いて送信側と受信側との間の距離
を算出するとともに、受信側において超音波信号源の方
向をわり出すようにしており、受信側において、送信側
までの距離のみならず、その位ｔｉ＋方向をも求めるこ
とができるという優れた利点を有している。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による超音波測距装置の一実施例を示す
ブロック構成図、第２図は同実施例におけるトリガ電波
および超音波信号の送、受信のタイミングを示すタイム
チャート、第３図は超音波送信器および超音波受信器の
具体的な構成例を示すブロック図、第４図は二次元的な
三角測量法による目標物に対する距離および方向の測定
方法を示す図、第５図は三次元的な三角測量法による目
標物に対する距離および方向の測定方法を示す図。 第６図は平面構造としたトリガ電波と超音波信号との受
信部の一例を示す斜視図、第７図は本発明を利用して自
走ロボットを人間の移動に追尾させるようにしたときの
追尾状態を示す図である。 第１図 １．６・・・超音波振動子　２・・・超音波送信器　３
゜８・・・アンテナ　４・・・トリガ電波送信ｐｙＩ５
・・・制御回路　７・・・超音波受信器　９・・・トリ
ガ電波受信器１０・・・）寅算回路 第２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トリガ電波および超音波信号をそれぞれ送信する手
   段と、送信側から送られてきたトリガ電波および超音波
   信号をそれぞれ受信する手段と、トリガ電波を受信して
   から超音波信号が受信されるまでの時間を計測する手段
   と、その計測された時間から送信側と受信側との間の距
   離を所定の演算によって求める手段とによって構成され
   た超音波測距装置。 ２、受信側に複数の超音波受信器を設けて送信側におけ
   る超音波信号源との間の距離をそれぞれ求めて、三角測
   量法を用いて送信側と受信側との間の距離を算出すると
   ともに、受信側において超音波信号源の位置、方向をわ
   り出すようにしたことを特徴とする前記第１項の記載に
   よる超音波測距装置。