JPH04147084A - Apparatus for detecting obstacle of self-running work robot - Google Patents

Apparatus for detecting obstacle of self-running work robot

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JPH04147084A
JPH04147084A JP2270338A JP27033890A JPH04147084A JP H04147084 A JPH04147084 A JP H04147084A JP 2270338 A JP2270338 A JP 2270338A JP 27033890 A JP27033890 A JP 27033890A JP H04147084 A JPH04147084 A JP H04147084A
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JP
Japan
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obstacle
distance
sensor
system circuit
robot
Prior art date
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Application number
JP2270338A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutoshi Iwata
和敏 岩田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable determination also of a status of a light receiving surface by providing a first microprocessing system circuit for controlling a laser light distance sensor and a second microprocessing system circuit for controlling a supersonic distance sensor. CONSTITUTION:A supersonic driver 26 actuates a wave transmitter 27 with wave transmission time of length corresponding to a distance of an obstacle which is already detected by a laser light sensor 2, stops the wave transmitter 27 and enables a wave receiver 28 to receive waves to wait for arrival of reflected waves. When the reflected waves arrive, a timer counter 29 stops counting and transmits the count to an MPU system circuit B32 via an interface 31. The circuit 32 calculates required time from the counted value and obtains a distance to the obstacle with temperature compensation. Two supersonic sensors are placed on a front face of a robot and they can be rotated almost to 90 deg., so that even an obstacle forming an edge on the front can be detected if it spreads over a measured surface. Inclination sensors 44, 45 in proceeding and lateral directions measure a gradient angle of the robot and inform it of a measurement controller 25 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、床面清掃ロボットなどのように、作業場所が
固定されず、このため誘導ケーブルなどの誘導手段を定
常的に設置できず、かつ障害物の位置も時間によって変
化する場所で用いられる自走作業ロボットの障害物検出
装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention is applicable to robots such as floor cleaning robots where the work place is not fixed, and therefore the guiding means such as the guiding cable is constantly connected. This invention relates to an obstacle detection device for a self-propelled working robot that is used in locations where the location of obstacles cannot be installed and where the location of obstacles changes over time.

(従来の技術) 例えば、床面清掃ロボットは、車輪に設けたエンコーダ
を用いて走行距離を計測すると共に、内蔵しているジャ
イロを用いて自分の位置を検出し、マイクロコンピュー
タ制御によって、あらかじめ設定された基準コースに沿
って自動走行し、さらに例えば超音波センサを用いて障
害物を検知しながら進路の確認を行い、障害物が発見さ
れるとこれを回避している。
(Prior technology) For example, a floor cleaning robot uses encoders installed on its wheels to measure the distance it has traveled, uses a built-in gyro to detect its own position, and uses a microcomputer to control its own position. The vehicle automatically travels along a reference course that has been created, and then uses, for example, an ultrasonic sensor to detect obstacles while checking the route, and if an obstacle is found, it avoids it.

しかしながら超音波で検出できるのは、比較的近距離(
数cm〜数m)で、かつ障害物が正面に向き合った場合
であり、障害物の方向や形状によっては検出できないこ
とがあり、この場合はロボットが検出できない物体を床
面清掃外の場所にあらかじめ移動させるか、ベニヤ板や
ダンボールなどで障害物を囲って超音波検出の可能な状
態にするなどの必要がある。
However, ultrasound can only detect relatively short distances (
(several centimeters to several metres) and the obstacle faces directly. Depending on the direction and shape of the obstacle, it may not be possible to detect it. In this case, the robot may move the object that cannot be detected to a location outside of the floor cleaning area. It is necessary to move the device in advance or to surround it with plywood, cardboard, etc. to make it possible for ultrasonic detection.

また、近距離の障害物検品に限定されるので、作業場の
障害物の位置関係が把握しにくく、前もって作業場内に
散在する障害物の概況をつかむことが困難である。
In addition, since inspection is limited to obstacles at short distances, it is difficult to grasp the positional relationship of obstacles in the workplace, and it is difficult to grasp the general condition of obstacles scattered in the workplace in advance.

一方、障害物の検知に光を用いる方法があるがこの場合
はガラスのような透明な物体では光が反射されないので
検出が困難である。、CCDカメラやステレオカメラを
用いて画像的に検出する方法もあるが、画像処理や座標
変換が複雑となり、検出に時間がかかると共に高価な装
置が必要となる。
On the other hand, there is a method that uses light to detect obstacles, but in this case it is difficult to detect obstacles because the light is not reflected by transparent objects such as glass. There is also a method of image detection using a CCD camera or a stereo camera, but image processing and coordinate transformation are complicated, and detection takes time and requires expensive equipment.

(発明が解決しようとする課題) 上述のように、床面清掃ロボットなど作業場所が常に固
定されない場所で使用される超音波センサ付きの自動走
行形作業ロボットは、障害物の検出可能距離が短かく、
かつ物体の角の面の検出が困難であり、遠方の障害物ま
でも考慮したロボットの走行経路の設定ができないとい
う問題があり、また光を用いる場合には近距離の測定精
度が低く、かつ光の透過するガラス面などの検出ができ
ないという問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, automatic traveling work robots equipped with ultrasonic sensors used in places where the work place is not always fixed, such as floor cleaning robots, have a short detectable distance for obstacles. write,
Additionally, there are problems in that it is difficult to detect the corners of objects, and it is not possible to set the robot's travel route taking into account even distant obstacles.Furthermore, when using light, the measurement accuracy at short distances is low, and There is a problem in that it cannot detect glass surfaces through which light passes.

本発明は、障害物の検出距離範囲を拡大すると共に、障
害物の受光面の状況も判別して確実に障害物を検出でき
る、信頼性の高い自走作業ロボットの障害物検出装置を
提供することを目的としている。
The present invention provides a highly reliable obstacle detection device for a self-propelled working robot that can expand the detection range of obstacles and also determine the condition of the light-receiving surface of the obstacle to reliably detect the obstacle. The purpose is to

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段と作用) 本発明は、十字形スリットを通してレーザ光を指令され
た目標方向に投射し、レーザ光の障害物からの反射光を
受光し、受光した十字形の像の長さに基づく演算処理に
よって障害物までの距離を計測するレーザ光距離センサ
と、計測制御装置からの指令に応じてレーザ光距離セン
サを制御すると共に種々の目標方向に対応して得られた
距離情報から障害物マツプを作る第1のマイクロプロセ
ッサシステム回路と、超音波を指令された目標方向に投
射し、反射された超音波の受波までの所要時間から障害
物までの距離を計測する超音波距離センサと、計測制御
装置からの指令および上記障害物マツプの情報に応じて
上記超音波距離センサを制御する第2のマイクロプロセ
ッサシステム回路を備えた自動作業ロボットの障害物検
出装置であり、レーザ光と超音波とのそれぞれの長所を
利用して、比較的簡単な装置で、走路の固定していない
自走作業ロボットを障害物を避けて安全に運転できるよ
うにしたものである。
(Means and effects for solving the problem) The present invention projects a laser beam in a commanded target direction through a cross-shaped slit, receives reflected light from an obstacle of the laser beam, and creates a cross-shaped image of the received light. A laser beam distance sensor that measures the distance to an obstacle through arithmetic processing based on the length of A first microprocessor system circuit that creates an obstacle map from distance information, and a system that projects ultrasonic waves in a commanded target direction and measures the distance to the obstacle from the time required to receive the reflected ultrasonic waves. An obstacle detection device for an automatic working robot, comprising an ultrasonic distance sensor and a second microprocessor system circuit that controls the ultrasonic distance sensor according to commands from a measurement control device and information on the obstacle map. By utilizing the respective advantages of laser light and ultrasonic waves, a relatively simple device is used to enable a self-propelled working robot with an unfixed running path to safely drive while avoiding obstacles.

(実施例) 本発明の一実施例を第1図および第2図に示す。すなわ
ち、第1図は本発明によるレーザ光距離センサと超音波
距離センサを装備した自刃走行形作業ロボットの一例を
示す側面図であり、第2図は本発明による障害物検出装
置の一例を示すブロック図である。
(Example) An example of the present invention is shown in FIGS. 1 and 2. That is, FIG. 1 is a side view showing an example of a self-blade traveling work robot equipped with a laser beam distance sensor and an ultrasonic distance sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a side view showing an example of an obstacle detection device according to the present invention. It is a block diagram.

第1図において、自動走行形作業ロボット1は正面上部
に少なくとも1台のレーザ光距離センサ2が設置され、
センサ2は上下方向に例えば150’左右方向に180
°、かつ進行方向の回りに360°旋回可能である。レ
ーザ光センサ2は真横から前面にわたる光反射体の障害
物の検出を担当する。
In FIG. 1, an automatic traveling type work robot 1 has at least one laser beam distance sensor 2 installed on the upper front side.
For example, sensor 2 is 150' in the vertical direction and 180' in the horizontal direction.
degree and can rotate 360 degrees around the direction of travel. The laser light sensor 2 is in charge of detecting obstacles to the light reflector from the side to the front.

また、ロボット1の正面、両側面および裏面の下方にそ
れぞれ2台ずつ計8台の超音波距離センサ3が設置され
て、ロボット1の比較的近傍の障害物を音の反射によっ
て検出□しており、上下および左右に送受波の方向を変
えられるようになっている。
In addition, a total of eight ultrasonic distance sensors 3 are installed, two each on the front, both sides, and under the back of the robot 1, to detect obstacles relatively close to the robot 1 by reflecting sound. The direction of the wave transmission and reception can be changed vertically and horizontally.

レーザ光距離センサ2は第2図に示すように、インタフ
ェースA13を通して伝達された指令を解読してレーザ
光源5をオンオフするレーザ光ドライバ4を有し、レー
ザ光g5のオン・オフによって発生されたレーザ光6を
十字形スリット7を通過させ、十字形スリット状のレー
ザ光8を前方に投射している。
As shown in FIG. 2, the laser light distance sensor 2 has a laser light driver 4 that decodes the command transmitted through the interface A13 and turns on and off the laser light source 5, and the laser light driver 4 turns on and off the laser light source 5. A laser beam 6 is passed through a cross-shaped slit 7, and a cross-shaped slit-shaped laser beam 8 is projected forward.

センサ2はさらに、十字形スリット状レーザ光の反射光
9を通過させるフィルタつきのレンズ10、この光を受
光する二次元CCDイメージセンサ11、およびこのイ
メージ信号を処理するイメージセンサドライバ12を有
し、その出力信号をインタフェースA13を通してMP
Uシステム回路A14へ像の長さ悲として伝達すると共
に回路A14からインタフェースA13を介してイメー
ジセンサドライバ12へ指令が出せるように構成されて
いる。
The sensor 2 further includes a lens 10 with a filter that allows the reflected light 9 of the cross-shaped slit-shaped laser light to pass through, a two-dimensional CCD image sensor 11 that receives this light, and an image sensor driver 12 that processes this image signal. The output signal is passed through the interface A13 to MP
The image length information is transmitted to the U system circuit A14 as the length of the image, and the circuit A14 is configured to issue a command to the image sensor driver 12 via the interface A13.

なお、MPUシステム回路A14はメモリA15との間
で双方向に情報伝達できるように接続されている。また
センサ2を必要な方向に向けるためにインタフェースA
13にモータドライバ16.19.22が接続され、ド
ライバ16に上下方向旋回モータ17が接続されると共
に、モータ17に回転角検出器18が接続され1回転角
フィードバックによって上下方向の旋回角を制御してい
る。
Note that the MPU system circuit A14 is connected to the memory A15 so that information can be transmitted bidirectionally. Also, interface A is used to orient sensor 2 in the required direction.
A motor driver 16, 19, 22 is connected to the motor driver 13, a vertical rotation motor 17 is connected to the driver 16, and a rotation angle detector 18 is connected to the motor 17 to control the vertical rotation angle by one rotation angle feedback. are doing.

同様にモータドライバ19、左右方向旋回モータ20、
回転角検出器21およびインタフェースA13を用いて
左右方向の旋回角を制御し、さらにモータドライバ22
、光軸方向旋回モータ231回転検出器24およびイン
タフェースA13 を用いて回転角を制御している。
Similarly, a motor driver 19, a left-right rotation motor 20,
The rotation angle detector 21 and the interface A13 are used to control the left and right turning angle, and the motor driver 22
The rotation angle is controlled using the optical axis rotation motor 231, rotation detector 24, and interface A13.

また、MPUシステム回路14はインタフェースA13
を介して超音波センサ3B、 3C,・・・、 3Iの
インタフェースC42,・・・、インタフェースI43
と双方向接続され、さらにインタフェースA13を介し
て計測制御装置25と双方向接続されている。
In addition, the MPU system circuit 14 is connected to the interface A13.
Ultrasonic sensors 3B, 3C,..., 3I interface C42,..., interface I43 via
It is bidirectionally connected to the measurement control device 25 via the interface A13.

超音波距離センサ3は、その代表例3Bに示すように、
指令源である計測制御装置25とインタフェースB31
を介して双方向接続され、インタフェースB31は、さ
らにセンサ3Bの計測データ処理の中心となるMPUシ
ステム回路B32と双方向接続され、MPUシステム回
路B32はさらにメモリB34と双方向接続されている
The ultrasonic distance sensor 3, as shown in representative example 3B,
Measurement control device 25 that is a command source and interface B31
The interface B31 is further bidirectionally connected to an MPU system circuit B32 which is the center of measurement data processing of the sensor 3B, and the MPU system circuit B32 is further bidirectionally connected to a memory B34.

超音波センサ3Bは超音波のオン・オフを行う超音波ド
ライバ26、超音波30を出力する送波器27、反射超
音波30を受波する受波器28、送波開始から受波開始
までの時間をカウントするタイムカウンタ29、および
音速の温度補正をするための温度計33から構成されて
いる。また、インタフェースB31はタイムカウンタ2
9および温度計833とそれぞれ双方向接続されている
The ultrasonic sensor 3B includes an ultrasonic driver 26 that turns on and off ultrasonic waves, a transmitter 27 that outputs ultrasonic waves 30, a receiver 28 that receives reflected ultrasonic waves 30, and from the start of wave transmission to the start of wave reception. It consists of a time counter 29 for counting the time, and a thermometer 33 for temperature-correcting the speed of sound. In addition, the interface B31 is the time counter 2.
9 and a thermometer 833, respectively.

また超音波センサ3Bの送受波方向を任意に変えるため
にモータドライバ35、上下方向旋回モータ36、回転
角検出器37が設けられ、同様にモータドライバ38、
左右方向旋回モータ39、回転角検出器40が設けられ
、それぞれインタフェースB31 を介してMPUシス
テム回路B32に接続されて回転角フィードバック制御
ができるようにしている。
Further, in order to arbitrarily change the direction of wave transmission and reception of the ultrasonic sensor 3B, a motor driver 35, a vertical rotation motor 36, and a rotation angle detector 37 are provided.Similarly, a motor driver 38,
A left/right rotation motor 39 and a rotation angle detector 40 are provided, and are connected to the MPU system circuit B32 via an interface B31 to enable rotation angle feedback control.

また走行床面ば水平とは限らないので、進行方向傾斜角
センサ44および左右方向傾斜角センサ45が設けられ
てそれぞれ計測制御装置25に双方向接続され、さらに
計測制御装置25は走行制御装置46とも双方向接続さ
れている。
In addition, since the running floor surface is not necessarily horizontal, a traveling direction inclination angle sensor 44 and a left-right direction inclination angle sensor 45 are provided and are bidirectionally connected to the measurement control device 25, and furthermore, the measurement control device 25 is connected to the travel control device 46. Both are connected in both directions.

自動走行形作業ロボット1が作業をしながら徐行運転さ
れると、計測制御装置25からレーザ光距離センサ2と
超音波距離センサ3とにそれぞれ計測指令が出される。
When the self-driving work robot 1 is operated slowly while working, the measurement control device 25 issues measurement commands to the laser beam distance sensor 2 and the ultrasonic distance sensor 3, respectively.

これによってインタフェースA13を介してレーザ光ド
ライバ4とMPUシステム回路A14へ計測指令が出さ
れ、ドライバ4はレーザ電源をオンしてレーザ光源5を
点灯させ、その出力であるレーザ光6が十字形スリット
7を通過し、−辺の長さがLの十字形スリット状のレー
ザ光8となって障害物の方向に投射される。
As a result, a measurement command is issued to the laser light driver 4 and the MPU system circuit A14 via the interface A13, and the driver 4 turns on the laser power to light up the laser light source 5, and the output laser light 6 is sent to the cross-shaped slit. 7, becomes a cross-shaped slit-shaped laser beam 8 with a - side length L, and is projected in the direction of the obstacle.

このレーザ光8が距離rの位置にある垂直な平面状の壁
面41に垂直に投射されると、第3図に示すように基準
距離rHの場合に二次元CCDイメージセンサ11にで
きる像の長さQRに対して像の長さはQとなる。
When this laser beam 8 is projected perpendicularly onto a vertical planar wall surface 41 located at a distance r, the length of an image formed on the two-dimensional CCD image sensor 11 at a reference distance rH is shown in FIG. The length of the image is Q for the length QR.

すなわちレーザ光8の広がりをδ=0.2+s rad
とすると、基準距離rRにある基準壁面にできる十字形
スリット光の一辺の長さしRは、rRにおける広がり分
が△LR=δ”l”H:2 X 10−’rl(どなる
ので、LR=L+ΔLR:L+ 2 X 10−’rR
となる。
In other words, the spread of the laser beam 8 is δ=0.2+s rad
Then, the length R of one side of the cross-shaped slit light formed on the reference wall surface at the reference distance rR is the spread at rR as △LR=δ"l"H:2 =L+ΔLR:L+2X10-'rR
becomes.

基準壁面からの反射光9がフィルタ付きレンズ10を通
ると、波長がレーザ光8と一致する光だけが選択通過し
、二次元CODイメージセンサ11の表面に長さQRの
像を作り、これはセンサ11の表面から距離rcの所に
レンズ10の焦点があることによる。
When the reflected light 9 from the reference wall passes through the filtered lens 10, only the light whose wavelength matches that of the laser beam 8 is selectively passed through, creating an image of length QR on the surface of the two-dimensional COD image sensor 11, which is This is due to the fact that the focal point of the lens 10 is at a distance rc from the surface of the sensor 11.

任意の距離rにある壁面41にレーザ光8が作る像の一
辺の長さL′は、広がり分がΔL=δ・r=2 X 1
0−’rになるのでL’=L+ΔL=L+2X10−’
rとなり、その反射光9がセンサ11の表面に作る像の
長さlは下記ω式で与えられる。
The length L' of one side of the image created by the laser beam 8 on the wall surface 41 at an arbitrary distance r is the spread ΔL=δ・r=2×1
Since it becomes 0-'r, L'=L+ΔL=L+2X10-'
r, and the length l of the image that the reflected light 9 forms on the surface of the sensor 11 is given by the following ω formula.

上記0式をQとrとの関係に書き直すと、r = L 
/ (−!!−・凰−δ)     ・・・ ■RrR となる、ここでQRy rRv LRt δ、Lは既知
の値であり、従ってQを測定し、0式の演算を行うこと
によって距離rが求められる。
If the above equation 0 is rewritten as the relationship between Q and r, r = L
/ (-!!-・凰-δ) ... ■RrR, where QRy rRv LRt δ, L are known values, so by measuring Q and calculating the formula 0, the distance r is required.

このように距離rを得るために、二次元CCDイメージ
センサ11の画像をイメージセンサドライバ12のイメ
ージ信号処理部へ送り、像の両端の座標から長さΩを求
め、インタフェースA13を経由してMPUシステム回
路A14に送り、メモリA15にストアされている6、
 rR+ LRtδ、Lを回路A14に呼び出して0式
の計算を行う。
In order to obtain the distance r in this way, the image of the two-dimensional CCD image sensor 11 is sent to the image signal processing section of the image sensor driver 12, the length Ω is determined from the coordinates of both ends of the image, and the image is sent to the MPU via the interface A13. 6, which is sent to the system circuit A14 and stored in the memory A15;
rR+LRtδ,L is called to circuit A14 and calculation of equation 0 is performed.

一方、車輪に設けた走行距離計47を介して走行制御装
置46に記録された走行記録から割出された座標値が計
測制御装置25からMPUシステム回路A14へ伝達さ
れ、座標値並びに計測の方向と関係づけて距離rがメモ
リA15にストアされると同時に計測制御装置125に
も伝達され、回路A14内で作業域の境界や作業域内の
柱の配置と形状などを把握した上でマツプを画いて作業
経路を計画し、さらに後述する超音波センサ3による比
較的近くの情報でマツプを修正しながら、作業経路を修
正して作業を続行する。
On the other hand, the coordinate values determined from the travel record recorded in the travel control device 46 via the mileage meter 47 provided on the wheel are transmitted from the measurement control device 25 to the MPU system circuit A14, and the coordinate values and the direction of measurement are transmitted from the measurement control device 25 to the MPU system circuit A14. The distance r is stored in the memory A15 and also transmitted to the measurement control device 125 at the same time, and a map is drawn in the circuit A14 after understanding the boundaries of the work area and the arrangement and shape of the pillars within the work area. The user then plans a work route, and further corrects the map using relatively nearby information from an ultrasonic sensor 3, which will be described later, to correct the work route and continue the work.

第3図で説明した垂直な平面状の壁面にレーザ光8が垂
直に投射される場合は、十字形の両辺が壁面41上で共
にL′の長さになり、これらがイメージセンサ11の表
面上に両方共長さQで写し出される。このように両辺の
長さが同一ならば、反射面は垂直な平面状の壁面である
ことが分る。ただし。
When the laser beam 8 is projected perpendicularly onto the vertical planar wall surface described in FIG. Both are projected on the top with length Q. If the lengths of both sides are the same in this way, it can be seen that the reflecting surface is a vertical planar wall surface. however.

ロボット1自身が水平な床面上にある場合に限られる。This is limited to cases where the robot 1 itself is on a horizontal floor surface.

MPUシステム回路A14はモータドライバ16にも指
令を与え、上下方向旋回モータ17を回転角検出器18
で検出した角θ、がドライバ16に出した指令値θ、と
一致するまで旋回させる。
The MPU system circuit A14 also gives a command to the motor driver 16 to control the vertical rotation motor 17 from the rotation angle detector 18.
The vehicle is rotated until the angle θ detected by the angle θ matches the command value θ issued to the driver 16.

第4図は水平距離rfの位置から仰角θで垂直な壁面4
1にレーザ光8が投射された場合を示しており、この場
合はセンサ2と投射面の間の距離はr=rf ’ se
eθとなり、レーザ光はθだ傾斜して投射されているの
で、上下方向の像の長さはLfV=(L+δ・r)se
eθ、水平方向の像の長さはLfv= L 十δ・rと
なる。従ってQfv/Qfh=Lfv/L(h=sec
θの関係からMPUシステム回路A14によってθが求
められる。
Figure 4 shows a vertical wall surface 4 at an elevation angle θ from a position at a horizontal distance rf.
1, the distance between the sensor 2 and the projection surface is r=rf' se
Since the laser beam is projected at an angle of θ, the vertical image length is LfV=(L+δ・r)se
eθ, the length of the image in the horizontal direction is Lfv=L + δ·r. Therefore, Qfv/Qfh=Lfv/L(h=sec
θ is determined by the MPU system circuit A14 from the relationship between θ.

反射面がある曲率で弯曲していたり、円柱であったりす
る場合には、上下方向は直線状の像になるが、水平方向
は真正面から見た場合のみ見かけ上直線に見えるだけと
なり、仰角θが大きくなるほど水平方向の像が大きく曲
って見えるようになる。
If the reflecting surface is curved with a certain curvature or is cylindrical, the image will be straight in the vertical direction, but in the horizontal direction it will only appear to be a straight line when viewed from directly in front, and the elevation angle θ The larger the image, the more the horizontal image will appear to be curved.

第5図は垂直な壁面41に水平ではあるが、右側に角φ
だけそれて投射された場合を示すもので、上下方向の像
の長さはL5v=L+δ・rであるが、水平方向の像の
長さはLsh=(L+δ・r)seeφとなるにの場合
も第4図の場合と同様に、回路A14でQsv / Q
sh = Lsv / LSh = cosφからφが
求められる。この場合、左右の旋回にはドライバ19.
モータ20、検出器21が使われる。
Fig. 5 shows an angle φ on the right side, although it is horizontal to the vertical wall surface 41.
This shows the case where the image is projected with a deviation of 1. The length of the image in the vertical direction is L5v=L+δ・r, but the length of the image in the horizontal direction is Lsh=(L+δ・r)seeφ. Also, as in the case of Fig. 4, Qsv / Q in circuit A14
φ is determined from sh = Lsv/LSh = cosφ. In this case, the driver 19.
A motor 20 and a detector 21 are used.

このように、レーザ光センサ2の十字形の短い方の一辺
は距離rの情報を持ち、他の長い方の一辺は反射面の状
態の情報を持っている。反射面が平面ならば、2辺とも
直線であり、直線の両端の位置座標だけが分ればよいの
で、ドライバ12の画像処理は簡単で、迅速に行うこと
ができ、さらに細い棒状の障害物でも発見でき、ロボッ
ト1の近傍から20〜30mまで容易に検出できる。し
かも、遠方の障害物にすぐ衝突する訳ではないので距離
rの精度はそれ程高くなくてもすむ。斜方向の障害物は
モータ22、モータ23.検出器24を用い、適当に十
字形レーザ光8を斜め方向に動かして像を一致させる。
In this way, one short side of the cross shape of the laser light sensor 2 has information on the distance r, and the other long side has information on the state of the reflecting surface. If the reflective surface is a flat surface, both sides are straight lines, and it is only necessary to know the position coordinates of both ends of the straight line, so image processing by the driver 12 can be performed easily and quickly. However, it can be easily detected up to 20 to 30 meters from the vicinity of the robot 1. Furthermore, since the vehicle does not immediately collide with a distant obstacle, the accuracy of the distance r does not need to be very high. Obstacles in the diagonal direction are motor 22, motor 23 . Using the detector 24, the cross-shaped laser beam 8 is appropriately moved in an oblique direction to make the images coincide.

透明体障害物の検出や、予めレーザ光センサ2で検出さ
れた障害物の近距離における精度の高い距離測定は超音
波距離センサ3を用いて行われる。
The ultrasonic distance sensor 3 is used to detect transparent obstacles and to measure distances with high precision at close range of obstacles previously detected by the laser light sensor 2.

先ず計測制御装置25からインタフェースB31を介し
て超音波ドライバ26とMPUシステム回路B32へ超
音波センサ3Bを動作させる指令が出されると、ドライ
バ26が凹面振動子をもつ送波器27を動作させ、集束
された超音波30を送波する。同時にドライバ26がタ
イムカウンタ29に送波器27の送波時刻を知らせ、カ
ウンタ29のタイムカウントを始動させる。
First, when a command to operate the ultrasonic sensor 3B is issued from the measurement control device 25 to the ultrasonic driver 26 and the MPU system circuit B32 via the interface B31, the driver 26 operates the transmitter 27 having a concave vibrator. A focused ultrasonic wave 30 is transmitted. At the same time, the driver 26 notifies the time counter 29 of the wave transmission time of the wave transmitter 27, and starts the time count of the counter 29.

レーザ光センサ2で既に検出されている障害物の距離測
定では、ドライバ26がこれに合せた長さの送波時間で
送波器27を動作させ(近所は短時間、遠方は長時間)
、送波器27を停止させてから受波器28を受波可能状
態にして反射波の到着を待つ。
When measuring the distance of an obstacle that has already been detected by the laser light sensor 2, the driver 26 operates the transmitter 27 with a transmission time of a length corresponding to this (short time when nearby, long time when far).
After stopping the wave transmitter 27, the wave receiver 28 is placed in a receiving state and waits for the arrival of the reflected wave.

反射波が到着するとカウンタ29がカウントを止め、イ
ンタフェース31を介してMPUシステム回路B32ヘ
カウント値を伝える。同時に温度計833から空気中の
温度Tが回路B32へ伝えられ1回路B32ではこのカ
ウント値から所要時間tを求め、温度Tで補正した空気
中の音速97と時間t/2の積として障害物までの距離
Sを5=yT−t/2として求める。
When the reflected wave arrives, the counter 29 stops counting and transmits the count value to the MPU system circuit B32 via the interface 31. At the same time, the temperature T in the air is transmitted from the thermometer 833 to the circuit B32, and in the first circuit B32, the required time t is calculated from this count value, and the time t is calculated as the product of the speed of sound in the air, 97, corrected by the temperature T, and the time t/2. Find the distance S to 5=yT-t/2.

この結果は計測制御装[125へ計測位置の座標と方向
を付けて報知され、メモリB34ヘスドアされる。また
、回路B32から、必要な方向にセンサ3Bを向けるよ
うに、モータドライバ35および38へ指令が出され、
上下方向旋回モータ36および左右旋回モータB39を
動作させ、動作量を検出器37および40で検出しチエ
ツクし、所望の方向にセンサ3Bを向ける。距離の計測
では、送波器27の送波時間は超音波30が設定された
距離を往復するに要する時間よりも短い時間に選ばれる
This result is reported to the measurement control device [125] along with the coordinates and direction of the measurement position, and is stored in the memory B34. Further, a command is issued from the circuit B32 to the motor drivers 35 and 38 to direct the sensor 3B in the required direction.
The vertical rotation motor 36 and the left and right rotation motor B39 are operated, the amount of operation is detected and checked by the detectors 37 and 40, and the sensor 3B is directed in a desired direction. In measuring the distance, the transmission time of the transmitter 27 is selected to be shorter than the time required for the ultrasonic wave 30 to travel back and forth over a set distance.

ロボット1の前面にはセンサ3Bと30が配設されてお
り、90″近くまで旋回できるので、正面でエツジを形
成する障害物でも側面にある広がりがあれば側面の検出
からその存在が分る。ロボット1側面の障害物検出や、
後退時の障害物検出も同様にできる。
Sensors 3B and 30 are installed on the front of the robot 1, and it can turn up to nearly 90'', so even if there is an obstacle that forms an edge in front, if there is a spread on the side, its presence can be detected by detecting the side. .Detection of obstacles on the side of robot 1,
Obstacle detection when reversing can also be done in the same way.

進行方向および左右方向傾斜角センサ44.45は計測
制御装置125の指令により、ロボットlの傾斜角を測
定し、それぞれ装置25に報知する。傾斜角センサ44
.45としては例えば磁気抵抗素子を円板状に配列し、
中間電極を取出した3端子素子で半円形状の磁石による
磁界を素子に加えると、磁石の位置に対応する磁気抵抗
増加が得られる回転型ポテンショメータが利用できる。
The forward direction and left/right direction inclination angle sensors 44 and 45 measure the inclination angle of the robot l according to commands from the measurement control device 125, and notify the respective devices 25 of the inclination angle. Tilt angle sensor 44
.. 45, for example, magnetoresistive elements are arranged in a disk shape,
When a magnetic field from a semicircular magnet is applied to the element using a three-terminal element with an intermediate electrode removed, a rotary potentiometer can be used that can obtain an increase in magnetic resistance corresponding to the position of the magnet.

上述のように、センサ2の十字形スリット光8が反射面
に作る像から反射面の状態を推定できる。
As described above, the state of the reflective surface can be estimated from the image formed on the reflective surface by the cross-shaped slit light 8 of the sensor 2.

例えば曲面であれば一辺は曲った像になる。直線状のス
リット像が2本ある場合は、短い方の1本の長さが距離
測定に関係し、スリット像が曲線1本と直線1本とから
成る場合は直線の長さが距離計測に関係し、基準距離r
lとイメージセンサ11上のスリット光景QRを基準に
して距離rを計測することができる。さらにスリット像
の長さの比から反射面とセンサの投射面との角度が分る
。曲線の場合は曲り具合とロボット1の姿勢や投射角の
関係から曲率が推定できる。特徴のある同じ計測対象に
ついて座標が分った異なる2点からの角度とロボット1
の姿勢に関する傾斜角があるので、三角測量の原理から
距離rを求めてチエツクできる。
For example, if it is a curved surface, one side will be a curved image. If there are two straight slit images, the length of the shorter one is relevant for distance measurement, and if the slit image consists of one curved line and one straight line, the length of the straight line is relevant for distance measurement. related, reference distance r
The distance r can be measured with reference to l and the slit sight QR on the image sensor 11. Furthermore, the angle between the reflecting surface and the projection surface of the sensor can be determined from the ratio of the lengths of the slit images. In the case of a curved line, the curvature can be estimated from the relationship between the degree of curvature, the posture of the robot 1, and the projection angle. Angles from two different points whose coordinates are known for the same characteristic measurement object and robot 1
Since there is an angle of inclination related to the attitude of , the distance r can be determined and checked using the principle of triangulation.

また超音波を併用することによって透明な障害物でもロ
ボット1の2〜3m手前で検出できる。
Furthermore, by using ultrasonic waves in combination, even transparent obstacles can be detected 2 to 3 meters in front of the robot 1.

障害物中の特定の位置に対して、超音波センサ3で計測
する場合も、2つ以上の座標値と計測方向の角度から三
角測量の原理で距離rを求めてチエツクすることができ
る。センサ2でやや大きなマツプを作り、作業計画を立
ててセンサ3でこのマツプを精密にして行きながら、作
業を修正できる。
Even when measuring a specific position in an obstacle using the ultrasonic sensor 3, the distance r can be determined and checked using the principle of triangulation from two or more coordinate values and the angle of the measurement direction. You can create a slightly larger map using sensor 2, create a work plan, and use sensor 3 to refine this map while making corrections to the work.

また十字形スリット8の端点の座標を求めるのを基本に
しているので、画像処理が簡単で迅速にできる。
Furthermore, since the method is based on finding the coordinates of the end points of the cross-shaped slit 8, image processing can be performed easily and quickly.

上記の実施例では、レーザ光センサ2は十字形スリット
状レーザ光8を用いているが、作業ロボット1が極めて
緩慢に走行するものである場合には、簡単な一字形スリ
ット状レーザ光を用い、−度検出し終ってから90’回
転して再度−字形スリット状レーザ光で検出するように
してもよい。
In the above embodiment, the laser light sensor 2 uses a cross-shaped slit-shaped laser beam 8, but if the work robot 1 moves very slowly, a simple linear-shaped slit-shaped laser beam can be used. , after the - degree detection is completed, it may be rotated 90' and detected again using the --shaped slit-shaped laser beam.

また、二次元CCDイメージセンサ11を二次元CCD
イメージセンサに置換え、センサ11の幅だけ−次元の
センサを移動させてもよい、速度が極めて緩慢ではない
が、時々立止れる場合には、立止ったときに周囲の障害
物を一字形スリット状レーザ光の90″回転の組合せや
一次元CODイメージセンサのレンズ視野相当分の幅方
向移動によっても同様な効果が得られる。また、レーザ
光センサ2をロボット1の屋根の中央のやN高所に置い
て水平方向に360°回転させることもできる。
In addition, the two-dimensional CCD image sensor 11 is
It is also possible to replace it with an image sensor and move a -dimensional sensor by the width of the sensor 11.If the speed is not extremely slow but you can stop occasionally, when you stop, you can move the surrounding obstacles through a linear slit. A similar effect can be obtained by a combination of 90'' rotation of the shaped laser beam or by moving the one-dimensional COD image sensor in the width direction by an amount equivalent to the lens field of view. It can also be placed anywhere and rotated 360 degrees horizontally.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、レーザ光と超音波
とを組合せて相互の長所を利用しているので、障害物の
検出距離範囲を広くとることができて、遠方はや\精度
が低くなっても近辺では高精度とすることができ、また
十字形スリット像を用いているので画像処理が簡単で迅
速にでき、さらに障害物の反射面の状況が分ると共に透
明体やエツジ状物体も検出できる、合理的な自走作業ロ
ボットの障害物検出装置が得られる。
As explained above, according to the present invention, since laser light and ultrasonic waves are combined to utilize their mutual advantages, it is possible to widen the detection range of obstacles, and the accuracy is improved even at long distances. High accuracy can be achieved in the vicinity even when the distance is low, and since a cross-shaped slit image is used, image processing is easy and quick.Furthermore, the state of the reflective surface of obstacles can be seen, and transparent objects and edges can be detected. A rational obstacle detection device for a self-propelled working robot that can also detect objects can be obtained.

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

第1図は本発明の一実施例を示す自動走行形作業ロボッ
トの側面図、第2図は第1図の作業ロボットの障害物検
出装置の構成を示す系統図、第3図は基準距離と任意距
離における反射面での受光像とセンサ上の像との関係を
示す説明図、第4図は仰角θをもって入射する場合の説
明図、第5図は水平の振れ角φをもって入射する場合の
説明図である。 1・・・自動走行形作業ロボット 2・・・レーザ光距離センサ 3・・・超音波距離センサ 4・・・レーザ光ドライバ
5・・・レーザ光源    6,8・・・レーザ光7・
・・十字形スリット  9・・・反射光10・・・フィ
ルタつきレンズ 11・・・二次元CCDイメージセンサ12・・・イメ
ージセンサドライバ 13、31.42.43・・・インタフェース14、3
2・・・MPUシステム回路 15、34・・・メモリ 16、19.22.35.38・・・モータドライバ1
7、20.23.36.39・・・旋回モータ18、2
1.24.37.40・・・回転角検出器26・・・超
音波ドライバ  27・・・送波器28・・・受波器 
     29・・タイムカウンタ30・・・超音波 
     33・・・温度計41・・・壁面     
  44.45・・・傾斜角センサ46・・・走行制御
装置   47・・・走行距離計(8733)代理人 
弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1名)
Fig. 1 is a side view of an automatically traveling work robot showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a system diagram showing the configuration of the obstacle detection device of the work robot shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing the reference distance and An explanatory diagram showing the relationship between the received light image on the reflective surface and the image on the sensor at an arbitrary distance. Figure 4 is an explanatory diagram when the light is incident at an elevation angle θ. Figure 5 is an explanatory diagram when the light is incident at a horizontal deflection angle φ. It is an explanatory diagram. 1... Automatic traveling type work robot 2... Laser light distance sensor 3... Ultrasonic distance sensor 4... Laser light driver 5... Laser light source 6, 8... Laser light 7.
...Cross-shaped slit 9...Reflected light 10...Lens with filter 11...Two-dimensional CCD image sensor 12...Image sensor driver 13, 31.42.43...Interface 14, 3
2...MPU system circuit 15, 34...Memory 16, 19.22.35.38...Motor driver 1
7, 20.23.36.39...Swivel motor 18, 2
1.24.37.40... Rotation angle detector 26... Ultrasonic driver 27... Transmitter 28... Receiver
29...Time counter 30...Ultrasonic wave
33...Thermometer 41...Wall surface
44.45... Tilt angle sensor 46... Travel control device 47... Odometer (8733) agent
Patent attorney Yoshiaki Inomata (and 1 other person)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 十字形スリットを通してレーザ光を指令された目標方向
に投射し、レーザ光の障害物からの反射光を受光し、受
光した十字形の像の長さに基づく演算処理によって障害
物までの距離を計測するレーザ光距離センサと、計測制
御装置からの指令に応じてレーザ光距離センサを制御す
ると共に種々の目標方向に対応して得られた距離情報か
ら障害物マップを作る第1のマイクロプロセッサシステ
ム回路と、超音波を指令された目標方向に投射し、反射
された超音波の受波までの所要時間から障害物までの距
離を計測する超音波距離センサと、計測制御装置からの
指令および上記障害物マップの情報に応じて上記超音波
距離センサを制御する第2のマイクロプロセッサシステ
ム回路を備えたことを特徴とする自走作業ロボットの障
害物検出装置。
A laser beam is projected in the specified target direction through a cross-shaped slit, the reflected light of the laser beam from an obstacle is received, and the distance to the obstacle is measured by calculation processing based on the length of the received cross-shaped image. a first microprocessor system circuit that controls the laser distance sensor according to commands from the measurement control device and creates an obstacle map from distance information obtained in response to various target directions; , an ultrasonic distance sensor that projects ultrasonic waves in a commanded target direction and measures the distance to the obstacle based on the time required to receive the reflected ultrasonic waves, and a command from the measurement control device and the above-mentioned obstacle. An obstacle detection device for a self-propelled working robot, comprising a second microprocessor system circuit that controls the ultrasonic distance sensor according to information on an object map.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022526280A (en) * 2019-03-26 2022-05-24 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド Robot vacuum cleaner

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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