JPH10332826A - 障害物検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自走装置に搭載され、自走装置が湾曲してい
るレール上を走行する場合にも使用できる障害物検知装
置で、レールが長い場合にも問題なく使用できる装置。 【解決手段】 監視領域内の分割された各担当領域に対
して、超音波分配手段４から分配される信号に基づきそ
れぞれ超音波の送受信を行う複数の超音波ユニット５
と、各超音波ユニット５からの受信信号を統合する波形
統合手段９と、波形統合手段９の出力からオフセットデ
ータ値を減算する減算器１１と、減算器１１の出力をゲ
インデータ値により可変増幅する可変利得増幅器１３
と、可変利得増幅器１３の出力を積分する積分器１４
と、積分器１４の出力する複数の各ピーク値を読取るＡ
／Ｄ変換器１５と、前記各ピーク値を対応する個別のス
ライスデータ値と比較して障害物の有無を判定すると共
に、各種タイミング信号の発生・供給と、オフセットデ
ータ、ゲインデータ及び複数の各スライスデータの保持
・更新を行うタイミング制御・障害判定手段３とを備え
たもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自走装置に搭載さ
れ、この自走装置の走行上の監視領域内に存在する障害
物を検知する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レールの上を自走する装置の様に、移動
エリアが定まっている場合の移動エリア内の障害物を検
知する方式には、従来から様々な方法がある。例えば、
光電センサの発光センサと受光センサを、自走装置と周
囲の壁等に対向して設置し、常時発光センサを点灯させ
ておき、障害物がない状態では受光センサは光を検知す
るが、障害物が存在した場合は光が遮られることを利用
して検知する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし光電センサを用
いた障害物検知方式では、一般に発光センサと受光セン
サ間の直線上にある障害物しか検知できないため、例え
ばレールが湾曲している様な環境では使用できない。ま
た、レールが長い場合には、光電センサの有効検知距離
を越えるので、使用することができないという問題等が
あった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る障害物検知
装置は、自走装置に搭載され、この自走装置の走行上の
監視領域内に存在する障害物を検知する装置において、
前記監視領域を複数の小領域に分割してそれぞれ担当を
決め、この決められた自手段の担当領域とその隣接領域
の一部に対して、タイミング制御手段からの送信指令に
より、それぞれ超音波信号の送信と障害物からの反射波
の受信を行う複数の超音波送受信手段と、予め決められ
たタイミングに従い、前記複数の各超音波送受信手段に
対して順次送信指令を出力し、積分手段に対して各超音
波送受信手段の送受信毎に複数のクリア信号を出力し、
制御手段に対して各超音波送受信手段の送受信毎に読出
指令を出力するタイミング制御手段と、前記複数の各超
音波送受信手段がそれぞれ出力する受信信号を順次入力
し、時系列的な受信信号に統合して出力する信号統合手
段と、前記信号統合手段の出力する時系列的な各受信信
号に対して、それぞれ制御手段から供給されるオフセッ
トデータの値だけ減算して出力する減算手段と、前記減
算手段の出力する時系列的な各減算結果信号に対して、
それぞれ制御手段から供給されるゲインデータの値によ
る可変利得増幅を行って出力する可変利得増幅手段と、
前記可変利得増幅手段の出力する時系列的な各可変利得
増幅結果信号に対して、それぞれ前記タイミング制御手
段から供給される複数のクリア信号を除外する期間だけ
積分処理を行うことにより複数の鋸歯状波を出力する積
分手段と、前記積分手段の出力する時系列的なそれぞれ
複数の各鋸歯状波のピーク値をそれぞれ読取るピーク値
読取手段と、前記ピーク値読取手段により読取られた時
系列的な複数の各ピーク値に対して、制御手段が保持す
る複数の各ピーク値に対応する個別のスライスデータの
値を越えるか否かをそれぞれ判定し、いずれかのピーク
値が対応するスライスデータの値を越える場合には、障
害物が存在すると判定する判定手段と、前記複数の各超
音波送受信手段毎に、最初に初期値が設定されその後初
期値から順次その値が更新されるオフセットデータ、ゲ
インデータ及び前記複数の各鋸歯状波のピーク値にそれ
ぞれ対応する複数のスライスデータを内部に保持すると
共に、タイミング制御手段からの読出指令により、各超
音波送受信手段毎に保持する、オフセットデータを前記
減算器に、また前記ゲインデータを可変利得増幅手段に
それぞれ供給する制御手段とを備えたものである。

【０００５】その結果、本装置は、自走装置が湾曲して
いるレール上を走行する場合にも使用可能であり、また
レールが長い場合にも移動しながら走行上の監視領域を
監視するので問題なく使用できる。また複数の超音波ユ
ニット間に生じる受信感度のばらつきをデータ調整によ
り補正するので、信頼性のある障害物検知ができると共
に、複数の超音波ユニットの設置位置や制御タイミング
の変更により、異なる監視領域における障害物検知にも
容易に対応することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】

実施形態１ 図１は本発明の実施形態１，２，３に係る障害物検知装
置の構成図である。図１において、１はＣＰＵであり、
本装置及び自走装置の制御を行う。２はメモリであり、
制御プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時記憶す
るＲＡＭを含んでいる。３はタイミング制御・障害判定
手段であり、複数の各超音波ユニットの送信及び受信の
タイミング制御と、障害物が存在するか否かの判定を行
うと共に、複数の各超音波ユニットの送受信特性のばら
つきを補正するため、オフセットデータ、ゲインデータ
及び複数のスライスデータの保持・更新を行うものであ
る。なお、このタイミング制御・障害判定手段３は、特
許請求の範囲に記載のタイミング制御手段、判定手段及
び制御手段を１つに統合した手段に対応するものであ
り、具体的な装置としては、例えばゲートアレイのよう
な論理回路によって一括して構成することができる。４
は超音波分配手段であり、入力される超音波信号を複数
の各超音波ユニットに順番に分配するものである。

【０００７】図１の５は超音波ユニットであり、各ユニ
ットは内部に超音波の送信器６、受信器７及び増幅・波
形整形器８を含んでいる。送信器６は本装置の搭載され
た自走装置の走行上の監視領域に超音波を送信し、受信
器７は障害物から反射された超音波を受信する。増幅・
波形整形器８は受信器７の出力信号を増幅・検波し、そ
の包絡線（エンベロップ）信号を出力するものである。
この超音波ユニット５は、通常、複数個が自走装置に搭
載され、図１では＃１から＃６までの６個が搭載される
場合を示している。

【０００８】図２は図１の超音波ユニットの配置及びビ
ーム例を示す図である。一般に、超音波の送信器や受信
器に用いられる圧電素子等にはビーム指向特性を持たせ
ており、有効検知距離をある程度確保するためには、超
音波のビーム幅を余り広くできない。従って自走装置が
走行上の監視領域（３次元の領域）内における障害物を
すべて検出できるように、監視領域をいくつかに分割
し、この分割された小領域とその隣接する領域の一部を
超音波ビームがカバーするように、ビーム幅の余り広く
ない超音波ユニットをそれぞれ設けるのは、有効な方法
である。なお、この場合に、複数の超音波ユニットから
同時に超音波を送信すると、空中で超音波が互に干渉す
るため、障害物から正しい反射波が得られない。このた
め、最初のタイミングに＃１ユニットの送受信を行い、
次のタイミングに、＃２ユニットの送受信を行うという
ように、それぞれタイミングをずらせて順番に超音波の
送受信を行うようにしている。

【０００９】図２の（ａ）は、自走装置が前進方向と後
進方向の両方向において、それぞれ障害物を検出できる
ように、自走装置の前面に３個、背面に３個、また各面
では高さ方向の上、中、下段の３つの高さにそれぞれ超
音波ユニットを設けた例を示している。図２の（ｂ）
は、同図の（ａ）の自走装置を真横からみた図で、前面
には高さの異なる３つの超音波ビーム（＃１，＃５，＃
３ビーム）が示され、背面にも高さの異なる３つの超音
波ビーム（＃２，＃６，＃４ビーム）が示されている。

【００１０】図２の（ｃ）は、同図の（ａ）の自走装置
を真上からみた図で、前面の＃１，＃３超音波ユニット
は取付位置が面の端であるため、超音波ビームの向きを
面の中央側にやや傾けてある。同様に背面の＃２，＃４
超音波ユニットの取付位置も面の端であるため、超音波
ビームの向きを同様にやや傾けてある。なお一般に、隣
接する超音波ビームには重複する領域を設け、ビーム間
の隙間により障害物の検出漏れがないようにしている。

【００１１】図１の９は波形統合手段であり、この例で
は６個の各超音波ユニット５内の増幅・波形整形器８か
らの出力波形を統合するものである。１０，１２はそれ
ぞれＤ／Ａ変換器、１１は減算器であり、波形統合手段
９の出力からＤ／Ａ変換器１０の出力を減算する。１３
は可変利得増幅器であり、Ｄ／Ａ変換器１２の出力によ
り増幅利得（ゲイン）が制御される。１４は積分器、１
５はＡ／Ｄ変換器、１６はゲート回路、１７，１８，１
９，２０はそれぞれ＃１，＃２，＃３，＃４タイマであ
る。

【００１２】図３は図１の同期信号、ゲート信号及び＃
２〜＃４タイマ出力信号の波形図、図４は図１のセレク
ト信号の波形図、図５は図１の各超音波ユニットの送受
信信号の波形図、図６は図１の波形統合手段の入出力信
号の波形図、図７は図１の積分器の出力波形とスライス
レベルの説明図、図８は図１のタイミング制御・障害判
定手段のデータ調整フローチャートである。図３〜図８
を参照し、以下に図１の動作説明を行う。

【００１３】最初に＃１〜＃４タイマ１７〜２０につい
て説明する。この４つの独立したタイマ１７〜２０は、
例えばＣＰＵ１に内蔵されたものでも、別に設けたもの
でもよいが、以下の２つの動作モードを有する。第１は
ワンショットモードであり、タイマに外部からトリガが
入力すると、一定時間だけ“Ｈ”レベル信号を出力す
る。第２はタイマモードであり、タイマに設定した時間
値により、“Ｈ”レベルと、“Ｌ”レベルとを交互に繰
返す信号を出力する。

【００１４】図１の＃１タイマ１７は、タイマモードと
して使用されており、所定周期によるクロック信号ａを
出力し、タイミング制御・障害判定手段３に供給する。
タイミング制御・障害判定手段３は、クロック信号ａを
所定の分周比（例えば１／２，１／４等）で分周した同
期信号ｅ（図３を参照）を＃２タイマ１８とゲート回路
１６に供給する。＃２タイマ１８は、ワンショットモー
ドとして使用され、同期信号ｅの立上り及び立下りエッ
ジをトリガとして、一定時間幅のクリア信号Ｐ（図３を
参照）を出力し、積分器１４へ供給する。

【００１５】ゲート回路１６は、タイミング制御・障害
判定手段３から入力する同期信号ｅ及びセレクト信号ｄ
（後述する）により、同期信号ｅの４周期毎に、最初の
（３＋１／２）周期は“Ｈ”、次の１／２周期は“Ｌ”
のゲート信号ｆ（図３を参照）を出力し、＃３タイマ１
９へ供給する。なお、このゲート信号ｆの１周期（同期
信号ｅの４周期）が、１つの超音波ユニット５が送受信
動作を行うために割当てられる時間になっている。また
タイミング制御・障害判定手段３では、同期信号ｅの１
／２周期（“Ｈ”又は“Ｌ”の期間）を１単位の基準時
間Ｔ（図３参照）としている。従って１つの超音波ユニ
ット５に割当てられる時間は８Ｔ（図３参照）であり、
この８Ｔの間に発生されるクリア信号Ｐの発生数は８個
（図３参照）となる。

【００１６】＃３タイマ１９は、ワンショットモードと
して使用され、入力されるゲート信号ｆをトリガとし
て、ほぼ同期信号ｅの３周期分の時間の超音波ゲート信
号ｂ（図３を参照）を発生し、この信号を＃４タイマ２
０へ供給する。＃４タイマ２０は、タイマモードとして
使用され、入力される超音波ゲート信号ｂの時間内に超
音波周波数信号ｃ（図３を参照）を発生し、この信号を
超音波分配手段４へ供給する。

【００１７】タイミング制御・障害判定手段３は、６ビ
ットのセレクト信号ｄ（ｄ₅ 〜ｄ₀）を発生し、超音波
分配手段４及び波形統合手段９へ供給する。このセレク
ト信号ｄは、図４に示されるように最小周期のｄ₀ に対
して、順次２倍の周期をもつ信号であり、このセレクト
信号ｄ₀ の１／２周期が前記基準時間Ｔに等しくなるよ
うにしている。従ってタイミング制御・障害判定手段３
は、この６ビットのセレクト信号（ｄ₅ 〜ｄ₀ ）の組合
せにより、６４Ｔの識別可能なタイミングを発生するこ
とができ、いま１つの超音波ユニット５に８Ｔのタイミ
ングを割当てると、８個までの各超音波ユニット５の送
受信動作を個別に制御するタイミングが得られる。

【００１８】そして８個の各超音波ユニット５の制御タ
イミングが識別可能であるので、タイミング制御・障害
判定手段３は、各超音波ユニット５に生じやすい超音波
受信感度のばらつき等を補正するように、後述するオフ
セットデータｊ、ゲインデータｋ及び複数の（この例で
は８つの）スライスデータの値を各超音波ユニット毎に
調整することができる。

【００１９】超音波分配手段４は、＃４タイマ２０から
供給される超音波周波数信号ｃを、タイミング制御・障
害判定手段３から供給されるセレクト信号（ｄ₅ 〜
ｄ₀ ）により選択された超音波ユニット５内の送信器６
へ送信信号ｇ（図５を参照）として供給する。送信器６
は、入力される送信信号ｇにより所定ビーム（図２の
（ｂ），（ｃ）を参照）の超音波を送信する。そして自
走装置の走行上の監視領域内に障害物が存在する場合、
障害物からの反射波が受信器７で受信される（図５の受
信信号を参照）。この受信信号は一般に微弱な信号であ
り、雑音等も含んでいるが、そのなかからエコー信号の
検出を行うため、増幅・波形整形器８により増幅・検波
され、増幅・包絡線信号ｈ（図５を参照）として波形統
合手段９へ供給される。

【００２０】このようにして＃１〜＃６超音波ユニット
５が、順番に超音波の送受信を行うと、波形統合手段９
は、時間の経過とともに順番に入力される増幅・包絡線
信号ｈ₁ 〜ｈ₆ を統合した時系列的な統合信号ｉを出力
し、減算器１１の正入力端へ供給する（図６を参照）。

【００２１】ここで自走装置の監視領域には、高周波成
分を有する音響雑音が発生することもあり、また一般に
増幅・波形整形器８にはオフセット出力（入力が零でも
生じる出力）があることが多いので、前記統合信号ｉに
は、オフセット電圧成分が含まれていると想定される。
そこでこのオフセット電圧成分を除去するため、タイミ
ング制御・障害判定手段３は、各超音波ユニット５毎に
複数ビットよりなるオフセットデータｊをＤ／Ａ変換器
１０に出力し、Ｄ／Ａ変換器１０はこのオフセットデー
タｊをアナログ電圧に変換して、減算器１１の負入力端
へ供給する。減算器１１は、前記統合信号ｉに含まれる
各増幅・包絡線信号ｈ₁ 〜ｈ₆ から対応するオフセット
電圧０₁ 〜０₆ をそれぞれ減算して可変利得増幅器１３
へ出力する。

【００２２】またタイミング制御・障害判定手段３は、
各超音波ユニット５毎に、複数ビットよりなるゲインデ
ータｋをＤ／Ａ変換器１２へ出力し、Ｄ／Ａ変換器１２
はこのゲインデータｋをアナログ電圧に変換し、このア
ナログ電圧を可変利得増幅器１３の利得を制御する電圧
として用いる。このように各超音波ユニット５毎に可変
利得増幅器１３の利得を制御するのは、各超音波ユニッ
ト５の間で生じる受信感度のばらつきを補正できるよう
にするためである。

【００２３】このように増幅・包絡線信号ｈからオフセ
ット電圧成分が除去され、最適な利得で増幅された信号
は、積分器１６に入力されて積分されるが、クリア信号
ｃが入力されると、その積分値は直ちにクリアされ零レ
ベルになる（図７を参照）。ここで積分器１６を設ける
理由は、入力信号にパルス性の雑音等が含まれていて
も、これを積分することで除去できるからである。積分
器１４は、クリア信号ｃが入力される度に、それまでの
積分値をクリアし、クリア信号ｃが無くなると再び積分
動作を行うため図７に示すような複数の“鋸歯状波形”
の信号ｍをＡ／Ｄ変換器１５へ供給する。

【００２４】なおタイミング制御・障害判定手段が、前
記基準時間Ｔの間隔でクリア信号ｃを積分器１４へ供給
するのは、１つの超音波ユニット５に割当てた時間（８
Ｔ）を８分割し、この分割された時間（Ｔ）毎の積分ピ
ーク値を計測できるようにするためである。Ａ／Ｄ変換
器１５は、積分器１４の出力信号ｍを順次デジタル信号
ｎに変換し、タイミング制御・障害判定手段３へ供給で
きるが、ここで、特に、積分器１４のクリア直前におけ
る複数の各ピーク値（図７の丸印を参照）は必須のデー
タであるので、この複数の各ピーク値は必ずタイミング
制御・障害判定手段３へ供給する。

【００２５】タイミング制御・障害判定手段３は、Ａ／
Ｄ変換器１５から順次入力されるデジタル信号ｎのうち
で、特に前記複数の各ピーク値は、必ず内部に記憶す
る。これはタイミング制御・障害判定手段３は、各超音
波ユニット５毎の複数の各ピーク値にそれぞれ対応する
複数の（この例では８つの）スライスデータ（閾値デー
タともいう）を内部に保持しており、前記複数の各ピー
ク値が対応する個別のスライスデータの値を越えるか否
かをそれぞれ判定し、いずれかのピーク値が対応するス
ライスデータを越えた場合には、障害物が存在すると判
定し、いずれのピーク値も対応するスライスデータを越
えない場合には、障害物が存在しないと判定する（図７
のスライスレベルと積分ピーク値との関係を参照）。従
ってこの複数の各スライスデータの値は、障害物が無い
場合には、各積分ピーク値はスライスデータ値に対して
十分なマージン（余裕、電圧差）を確保できると共に、
障害物が有る場合には、積分ピーク値はスライスデータ
値を十分に越えるように設定される。

【００２６】実際に本障害物検知装置を用いて障害物の
検知を行うためには、まず障害物が無い状態で、複数の
各超音波ユニット５によって超音波の送受信を行い、こ
れらの受信信号を統合した波形統合手段９の出力信号ｉ
を用いて、前記オフセットデータｊ、ゲインデータｋ及
び複数の各スライスデータの調整を行う必要がある。

【００２７】図８は図１のタイミング制御・障害判定手
段のデータ調整フローチャートであり、図のＳに続く数
値はステップ番号を示す。図８のＳ１では、タイミング
制御・障害判定手段３に、各超音波ユニット５毎の設計
時点におけるオフセットデータｊ、ゲインデータｋ及び
複数の各スライスデータの初期値をそれぞれ書込む。Ｓ
２では、Ｓ１で書込んだ初期値を用いて超音波の送受信
を行い、各超音波ユニット５毎のオフセットデータｊの
最適値を求める。このＳ２では、ゲインデータｋ及び複
数の各スライスデータは初期値のままで、波形統合手段
５の出力する各増幅・包絡線信号ｈ₁ 〜ｈ₆ に含まれる
オフセット成分の除去は最大となり、且つ信号成分の除
去は最小となるような最適除去レベルを各超音波ユニッ
ト５毎に求めるものである。

【００２８】このためタイミング制御・障害判定手段３
は、メモリ２に格納されている調整プログラムに従い、
各超音波ユニット５毎にＤ／Ａ変換器１０に与えるオフ
セットデータｊの値を試験的に上下に変化させ、積分器
１４の各ピーク値をＡ／Ｄ変換器１５を介して読込み、
この積分ピーク値の対応するスライスレベルに対するマ
ージンを求めて、予め決めたマージンの最適値に近づく
か、遠ざかるか、（即ち良い結果となったか、悪い結果
となったか）を判定して、この判定結果により良い結果
が得られるようにオフセットデータ値の変更を繰返すこ
とにより、自動的に最適データ値を算出することができ
る（図７を参照）。しかしこの場合に、調整員が図５の
受信信号や図６の増幅・包絡線信号ｈ及び図７の積分器
１４のピーク値等の各波形を測定して、さらに手動設定
を行うこともできる。

【００２９】Ｓ３では、Ｓ２で求めたオフセットデータ
ｊと複数の各スライスデータの初期値を用いて、超音波
の送受信を行い、各超音波ユニット５毎のゲインデータ
ｋの最適値を求める。これは主として各超音波ユニット
５間で生じる受信感度のばらつきを補正するものである
が、使用環境の温度による感度変動をも補正するもので
ある。このためタイミング制御・障害判定手段３は、メ
モリ２に格納されている調整プログラムに従い、各超音
波ユニット５毎にＤ／Ａ変換器１２に与えるゲインデー
タｋの値を試験的に上下に変化させ、Ｓ２と同様の方法
によって自動的に最適データ値を求めることができる
が、さらに調整員が図５〜図７の各波形を測定して手動
設定を行うこともできる。

【００３０】Ｓ４では、Ｓ２，Ｓ３で算出したオフセッ
トデータｊ、ゲインデータｋを用いて、超音波の送受信
を行い、各超音波ユニット５毎の複数の各スライスデー
タの最適値を求める。この複数の各スライスデータは、
図７で説明したように、積分器１４の出力する複数の各
ピーク値にそれぞれ対応して、障害物が無い場合のマー
ジンの確保と、障害物が有る場合の確実な障害物検知の
両方を考慮して算出されねばならない。

【００３１】従ってまず、タイミング制御・障害判定手
段３が、メモリ２に格納されている調整プログラムに従
い、内部に設定されている複数の各スライスデータの値
を試験的に上下に変化させ、障害物が無い場合の積分ピ
ーク値とスライスレベル間のマージンを求め、最適デー
タ値を決定する。次に、調整員は障害物を超音波ビーム
内に設けて、超音波の送受信を行い、積分器１４の積分
ピーク値が十分にスライスデータを上廻り、障害物の検
知が可能であることを確認する。

【００３２】上記のように、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４により、
オフセットデータｊ、ゲインデータｋ及び複数の各スラ
イスデータの最適値を求めたが、これらの最適値がＳ１
で設定した初期値と大きく異なる場合には、これらの最
適値を初期値とみなして、再びＳ２，Ｓ３，Ｓ４の処理
を行い、最適値の確認を行えば、さらによい値が得られ
る。このようにして確認された３つのデータの最適値
が、Ｓ５において、タイミング制御・障害判定手段３内
に保持され、調整動作が終了する。そしてこの調整動作
が終了すると、本装置を用いて実際に障害物の検知が可
能となる。障害物が実際に検知されると、ＣＰＵ１は走
行停止指令を出力し、自走装置の走行を停止させる。

【００３３】上記のように本実施形態１によれば、本装
置に含まれる複数の超音波ユニットを用いて、広い監視
領域内における障害物も十分に検知できるので、自走装
置が湾曲しているレール上を走行する場合にも使用可能
であり、またレールが長い場合にも移動しながら走行上
の監視領域を監視するので問題なく使用することができ
る。また複数の各超音波ユニット間に生じる受信感度の
ばらつき等をオフセットデータ・ゲインデータ及び複数
の各スライスデータの調整により補正することができる
ので、誤動作することがなく、信頼性のある障害物検知
が可能である。また複数の各超音波ユニットの設定位置
や制御タイミングを変更することにより、異なる監視領
域における障害物検知にも容易に対応することができ
る。

【００３４】実施形態２ 本実施形態２は、前記実施形態１の障害物検知機能に、
毎日本装置が運用に入る前に（例えば毎朝）、自動的に
装置の調整動作を行い、オフセットデータｊ及び複数の
各スライスデータを最適値に更新する機能を付加したも
のである。図１の超音波ユニット５を用いた障害物検知
装置は、温度特性を有し、調整時と運用時とで環境温度
が変化すると、送信及び受信感度が変化する。特に空調
装置により冷・暖房が行われている環境では、空調装置
のオフされている夜間と、オンされている昼間の勤務時
間帯とでは温度差が大きいので、上記２種類のデータの
設定が不適当の場合には障害物の誤検知が発生すること
もある。

【００３５】そこで実施形態２では、本装置内（例えば
ＣＰＵ１内）に常時給電される時計を設け、毎朝一定時
刻（例えば午前９時）になると、この時計出力に基づ
き、タイミング制御・障害判定手段３は、メモリ２内に
格納された定時データ調整プログラム（図８のフローチ
ャートよりＳ３のゲインデータの算出を除外したもの）
を読出し、前日の運用時におけるデータを初期値とみな
して、障害物の無い状態において、オフセットデータｊ
及び複数の各スライスデータの最適値を求め、この最適
値にそれぞれのデータを更新させる。そして毎朝この自
動的なデータ更新が行われた後に、本装置を実際に運用
させるようにしている。

【００３６】以上のように本実施形態２によれば、毎朝
本装置の運用前に、自動的にオフセットデータ及び複数
の各スライスデータの各最適値を求め、この各最適値へ
のデータ更新が行われるので、本装置の運用停止時に、
空調装置がオフとなるような環境で使用する場合にも誤
検知がなくなる。

【００３７】実施形態３ 本実施形態３は、前記実施形態１の障害物検知機能に、
本装置が運用中の一定時間毎に、但し障害物が無い状態
において、データのサンプリングを行い、このサンプリ
ングデータの平均値に基づき、オフセットデータｊ及び
複数の各スライスデータを更新する機能を付加したもの
である。

【００３８】前記実施形態２を実行することによって、
前日からの温度変化によるデータの最適値変化には追随
することはできる。しかし運用中の温度変化には追随す
ることはできない。即ち運用中に温度変化による受信感
度の変動等で、積分ピーク値の対応するスライスレベル
に対するマージンが確保されなくなると、誤検知が発生
しやすく、また前記マージンが過大であると実際に障害
物があっても検知できなくなる。そして実施形態２の自
動調整動作は長時間を要し運用中に実行するのは不適当
であるため、運用中に実行できるデータ調整方法とし
て、下記に説明する実施形態３の機能を設けたものであ
る。

【００３９】本実施形態３では、本装置が運用中に動作
する時計を本装置内（例えばＣＰＵ１内）に設け、この
時計出力に基づき、タイミング制御・障害判定手段３
は、運用中の一定時間毎に、複数の各超音波ユニット毎
のオフセットデータ値を、試験的に単位値（＋１又は−
１）だけ増加又は減少させたときの前記積分ピーク値を
サンプルデータとして複数回にわたり計測し記憶する。
次にこの記憶した複数回にわたるサンプルデータのう
ち、障害物が存在しない状態（即ちスライスレベルを越
えない状態）における値のみを用いて、その平均値を求
める。この平均化処理は、サンプルデータの値が変動す
る場合にこの変動を平滑化するものである。

【００４０】次にこの平均化処理された複数の各ピーク
値の対応するスライスデータ値に対するマージンが予め
記憶していた最適値に近づいたか（良い結果になった
か）、最適値から遠ざかった（悪い結果になったか）を
判定し、良い結果が得られた場合はそちらの方へオフセ
ットデータｊの値をさらに１だけ変化させる。そして再
びこの試験的にデータを増減させる動作を繰返し、良い
結果が得られなくなったらデータの変化を終了し、この
時のデータをオフセットデータの最適値とする。

【００４１】タイミング制御・障害判定手段３は、オフ
セットデータの最適値を求めた場合の方法と同一の方法
によって、次に各超音波ユニット毎の複数の各スライス
データの最適値を求め、現在の各データをそれぞれ最適
値のデータに更新して内部に保持する。このようにし
て、積分ピーク値とスライスレベルとのマージンが小さ
くなっている（即ち誤検知が発生しやすくなっている）
超音波ユニット５に対しては、一定時間毎に適切な値の
マージンを確保するように調整するデータ更新が自動的
に行われる。

【００４２】なお上記一定時間毎のデータ調整中に、障
害物が存在すると、障害物から反射される受信データ
は、過大で調整データとして使用することができない。
従って積分ピーク値がスライスデータを越えた場合に
は、この場合のサンプルデータは廃棄し、調整データと
しては使用しないようにしている。

【００４３】上記のように本実施形態３によれば、本装
置の運用中、一定時間毎に、マージンが減少して誤検知
が発生しやすくなっている超音波ユニットに対して、マ
ージンが最適値になるように調整が行われるので、運用
中の環境温度の変化に追随して調整データが自動的に更
新され、誤検知エラーがなくなる。また障害物の有無を
調べて、サンプリングデータの無効・有効の処理を行う
ので、調整データが最適値に更新され、誤検知エラーが
なくなると共に、検知能力を良い状態に保持することが
できる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、自走装置
に搭載され、この自走装置の走行上の監視領域内に存在
する障害物を検知する装置において、前記監視領域を複
数の小領域に分割してそれぞれ担当を決め、この決めら
れた自手段の担当領域とその隣接領域の一部に対して、
タイミング制御手段からの送信指令により、それぞれ超
音波信号の送信と障害物からの反射波の受信を行う複数
の超音波送受信手段と、予め決められたタイミングに従
い、前記複数の各超音波送受信手段に対して順次送信指
令を出力し、積分手段に対して各超音波送受信手段の送
受信毎に複数のクリア信号を出力し、制御手段に対して
各超音波送受信手段の送受信毎に読出指令を出力するタ
イミング制御手段と、前記複数の各超音波送受信手段が
それぞれ出力する受信信号を順次入力し、時系列的な受
信信号に統合して出力する信号統合手段と、前記信号統
合手段の出力する時系列的な各受信信号に対して、それ
ぞれ制御手段から供給されるオフセットデータの値だけ
減算して出力する減算手段と、前記減算手段の出力する
時系列的な各減算結果信号に対して、それぞれ制御手段
から供給されるゲインデータの値による可変利得増幅を
行って出力する可変利得増幅手段と、前記可変利得増幅
手段の出力する時系列的な各可変利得増幅結果信号に対
して、それぞれ前記タイミング制御手段から供給される
複数のクリア信号を除外する期間だけ積分処理を行うこ
とにより、複数の鋸歯状波を出力する積分手段と、前記
積分手段の出力する時系列的なそれぞれ複数の各鋸歯状
波のピーク値をそれぞれ読取るピーク値読取手段と、前
記ピーク値読取手段により読取られた時系列的な複数の
各ピーク値に対して、制御手段が保持する複数の各ピー
ク値に対応する個別のスライスデータの値を越えるか否
かをそれぞれ判定し、いずれかのピーク値が対応するス
ライスデータの値を越える場合には、障害物が存在する
と判定する判定手段と、前記複数の各超音波送受信手段
毎に、最初に初期値が設定されその後初期値から順次そ
の値が更新されるオフセットデータ、ゲインデータ及び
前記複数の各鋸歯状波のピーク値にそれぞれ対応する複
数のスライスデータを内部に保持すると共に、タイミン
グ制御手段からの読出指令により、各超音波送受信手段
毎に保持する、オフセットデータを前記減算器に、また
前記ゲインデータを可変利得増幅手段にそれぞれ供給す
る制御手段とを備えるようにしたので、本装置は自走装
置が湾曲しているレールを走行する場合にも使用可能で
あり、またレールが長い場合にも移動しながら走行上の
監視領域を監視するので問題なく使用することができ
る。また、複数の超音波ユニット間に生じる受信感度の
ばらつきをデータ調整により補正するので、信頼性のあ
る障害物検知ができると共に、複数の超音波ユニットの
設置位置や制御タイミングの変更により、異なる監視領
域における障害物検知にも容易に対応することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１，２，３に係る障害物検知
装置の構成図である。

【図２】図１の複数の超音波ユニットの配置及びビーム
例を示す図である。

【図３】図１の同期信号、ゲート信号及び＃２〜＃４タ
イマ出力信号の波形図である。

【図４】図１のセレクト信号の波形図である。

【図５】図１の各超音波ユニットの送受信信号の波形図
である。

【図６】図１の波形統合手段の入出力信号の波形図であ
る。

【図７】図１の積分器の出力波形とスライスレベルの説
明図である。

【図８】図１のタイミング制御・障害判定手段のデータ
調整フローチャートである。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ メモリ ３ タイミング制御・障害判定手段 ４ 超音波分配手段 ５ 超音波ユニット ６ 送信器 ７ 受信器 ８ 増幅・波形整形器 ９ 波形統合手段 １０ Ｄ／Ａ変換器 １１ 減算器 １２ Ｄ／Ａ変換器 １３ 可変利得増幅器 １４ 積分器 １５ Ａ／Ｄ変換器 １６ ゲート回路 １７ ＃１タイマ １８ ＃２タイマ １９ ＃３タイマ ２０ ＃４タイマ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自走装置に搭載され、この自走装置の走
   行上の監視領域内に存在する障害物を検知する装置にお
   いて、 前記監視領域を複数の小領域に分割してそれぞれ担当を
   決め、この決められた自手段の担当領域とその隣接領域
   の一部に対して、タイミング制御手段からの送信指令に
   より、それぞれ超音波信号の送信と障害物からの反射波
   の受信を行う複数の超音波送受信手段と、 予め決められたタイミングに従い、前記複数の各超音波
   送受信手段に対して順次送信指令を出力し、積分手段に
   対して各超音波送受信手段の送受信毎に複数のクリア信
   号を出力し、制御手段に対して各超音波送受信手段の送
   受信毎に読出指令を出力するタイミング制御手段と、 前記複数の各超音波送受信手段がそれぞれ出力する受信
   信号を順次入力し、時系列的な受信信号に統合して出力
   する信号統合手段と、 前記信号統合手段の出力する時系列的な各受信信号に対
   して、それぞれ制御手段から供給されるオフセットデー
   タの値だけ減算して出力する減算手段と、 前記減算手段の出力する時系列的な各減算結果信号に対
   して、それぞれ制御手段から供給されるゲインデータの
   値による可変利得増幅を行って出力する可変利得増幅手
   段と、 前記可変利得増幅手段の出力する時系列的な各可変利得
   増幅結果信号に対して、それぞれ前記タイミング制御手
   段から供給される複数のクリア信号を除外する期間だけ
   積分処理を行うことにより複数の鋸歯状波を出力する積
   分手段と、 前記積分手段の出力する時系列的なそれぞれ複数の各鋸
   歯状波のピーク値をそれぞれ読取るピーク値読取手段
   と、 前記ピーク値読取手段により読取られた時系列的な複数
   の各ピーク値に対して、制御手段が保持する複数の各ピ
   ーク値に対応する個別のスライスデータの値を越えるか
   否かをそれぞれ判定し、いずれかのピーク値が対応する
   スライスデータの値を越える場合には、障害物が存在す
   ると判定する判定手段と、 前記複数の各超音波送受信手段毎に、最初に初期値が設
   定されその後初期値から順次その値が更新されるオフセ
   ットデータ、ゲインデータ及び前記複数の各鋸歯状波の
   ピーク値にそれぞれ対応する複数のスライスデータを内
   部に保持すると共に、タイミング制御手段からの読出指
   令により、各超音波送受信手段毎に保持する、オフセッ
   トデータを前記減算器に、また前記ゲインデータを可変
   利得増幅手段にそれぞれ供給する制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする障害物検知装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段が保持する複数の各超音波
   送受信手段毎のオフセットデータ及び複数の各スライス
   データについて、毎日前記障害物検知装置を運用させる
   前に、障害物が存在しない状態において前記ピーク値読
   取手段により読取られた複数の各ピーク値とこれに対応
   する個別のスライスデータ値とのマージンを確保するよ
   うに、前記オフセットデータ及び複数の各スライスデー
   タを自動的に更新するデータ更新手段を付加したことを
   特徴とする請求項１記載の障害物検知装置。
3. 【請求項３】 前記障害物検知装置の運用中の一定時間
   毎に、前記制御手段が保持する複数の各超音波送受信手
   段毎のオフセットデータ及び複数の各スライスデータに
   ついて、オフセットデータ値を単位値だけ順次増減させ
   たときの前記ピーク読取手段により読取られた複数の各
   ピーク値を複数回記憶し、この記憶した複数回における
   複数の各ピーク値のうち障害物が存在しいな状態におけ
   る値のみを用いて複数の各ピーク値の平均値を求め、こ
   の平均化処理された複数の各ピーク値とこれに対応する
   個別のスライスデータとのマージンを確保するように、
   前記オフセットデータ及び複数の各スライスデータを自
   動的に更新するデータ更新手段を付加したことを特徴と
   する請求項１記載の障害物検知装置。