JPS5918724B2 - 移動機械におけるランドマ−クの検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、路面に付設したランドマークに追従して所要
の経路を走行する移動機械において、上記ランドマーク
を検出するための方法に関するものである。

例えば、盲導犬に代る移動機械、或いは工場、病院、一
般道路等において機材を運搬する移動機械を所要の経路
に沿つて自動走行させるには、移動機械を路面に離散的
に付設したランドマークに追従して所要の経路に沿つて
走行させるのが有効であり、この場合、移動機械におい
てそのランドマークとの相対的位置を検出する必要があ
る。

本発明は、上記ランドマークの検出を行うに際し、移動
機械上に多数の光電変換素子を一列に配置してなるラン
ドマークセンサを路面に対向させて配設し、それぞれ隣
接する二つの光電変換素子出力の差分をとつて、その差
分がコンパレータの基準信号として与えられる閾値より
も大きくなつた部分をランドマークのエッジとして検出
するように構成し、特に上記閾値をランドマークセンサ
が受ける光量に応じて自動調節できるようにした点に特
徴を有するものである。図面を参照して本発明をさらに
詳細に説明するに、まず、第１図に示すように、移動機
械１が走行する通路には、その主要部分、例えば交差点
や一定間隔ごとの路面上に移動機械の走行予定経路に沿
つてそれを誘導するためのランドマーク２を離散的に付
設する。

このランドマークは、例えば塗料やテープ等により形成
されたものである。いま、移動機械１が一つのランドマ
ークにさしかかると、移動機械の前後に取付けたランド
マークセンサ３が動作してランドマーク２を検出し、そ
のランドマーク２の中心線と移動機械における前方のセ
ンサ３の中心とのずれΔｙ）及びランドマークの中心線
に対する移動機械の姿勢角Δψが求められ、移動機械１
の走行軌道は、次式で与えられる操舵角θによりランド
マークに正しく追従するように修正される。θ＝に、Δ
ｙ ＋ に２Δψ （ｋｌ、に２は定数） 上記ランドマークセンサ３は、第２図に例示するように
、カバー４内にランドマーク２を照明する螢光灯５を横
設し、ランドマークや路面で反射した光をライトガイド
６を通して指向性を高めたうえで光電変換素子としての
フオトトランジスタ７で受けるように構成することがで
きる。

勿論、カバー４及び螢光灯５を除去して外部の光を利用
しても差支えない。そして、このランドマークセンサ３
においては、第３図に模式的に示すように、多数個のフ
オトトランジスタ７を移動機械の進行方向に対してほぼ
直角の方向に一列に、かつランドマークの巾よりも広く
配列設置し、隣接する二つのフオトトランジスタを一組
として、それらの出力の差分を差動アンプにおいて増幅
し、この差動アンプの出力に基づいてマークエツジの検
出を行う。即ち、路面とランドマークとでは反射光の光
量に差異があり、従つて隣接するフオトトランジスタの
出力の差が比較的大きい場合には、両フオトトランジス
タの取付位置の間にランドマークのエツジが位置するも
のとして、ランドマークに対する移動機械の相対的位置
を検知することができる。しかるに、隣接するフオトト
ランジスタの出力の差は、螢光灯の劣化や外部の光の強
度変化に応じてある程度変化し、従つて上記出力の差を
コンパレータにおいて基準信号と比較することにより論
理信号に変換する場合に、そのコンパレータの基準信号
として与える閾値を常時適切な値に調整し、ランドマー
ク及び路面が明るい場合には閾値を大きく、また暗い場
合には閾値を小さくする必要がある。

本発明においては、このような閾値をランドマークや路
面からの反射光量に応じて自動調整するにあたり、移動
機械が、任意のランドマーク２を利用して中心線のずれ
及び姿勢角を修正して、そのランドマーク２に対して正
しい位置、即ちそのランドマーク２をランドマークセン
サ３の中央でとらえ得るような位置に達したときに、上
記差動アンプの出力に基づいて、以下に詳述するように
上記閾値を設定する。

まず、上記差動アンプの出力はコンパレータにおいて単
調増加する波形の基準信号と比較するが、ここではその
基準信号の一例として三角波を用いる場合について説明
する。

第３図の三角波発生回路において発生させる三角波基準
信号は、第５図Ａに示すようなもので、三角波における
低い値が基準信号としてコンパレータに加えられている
ときは、一般的に差動アンプ出力がそれよりも大きく、
従つて各コンパレータから論理１の出力があり、基準信
号が次第に大きくなるに従つて出力が論理０のコンパレ
ータが増加し、遂には基準信号がマークエツジに対応す
る差動アンプを除く他の差動アンプ出力よりも大きくな
つて、マークエツジに対応する差動アンプに接続したコ
ンパレータのみが論理１の出力をもつようになる。

この状態における基準信号レベルａは、適正な閾値の下
限に相当するものである。また、基準信号がさらに大き
くなつて、マークエツジに対応する差動アンプ出力より
も大きくなると、その時点ですべてのコンパレータ出力
が論理０となる。この状態における基準信号レベルｂが
適正な閾値の上限に相当し、以後は基準信号が大きくな
つても各コンパレータ出力は論理０の状態に維持される
。このように、コンパレータの基準信号として三角波等
の単調増加する波形の基準信号を用いることにより、マ
ークエツジに対応する差動アンプ出力のみを論理信号と
して抽出できる基準信号の上限と下限とを検出すること
ができる。

なお、上記単調増加する波形の基準信号は、上述した三
角波の場合から明らかなように、最小値として検出すべ
き閾値の下限よりも小さく、最大値として検出すべき閾
値の上限よりも大きい範囲内において変動し、しかもそ
の間において単調に増加する信号であることが必要であ
る。

コンパレータに接続したビツト一致回路は、各コンパレ
ータにおける比較結果として得られた論理信号と予め与
えた基準パターン信号とが一致するか否かにより、第５
図Ｂに示すように、適正な閾値の下限と上限との間にお
いて論理１を出力し、それ以外のときに論理０を出力す
るもので、このビツト一致回路出力が論理０から論理１
になつたとき、即ち前記適正な閾値の下限においては、
ビツト一致回路出力の立上りをトリカーとして、アナロ
グメモリＩにその時点におけるコンパレータの基準信号
レベルを記憶させ、またビツト一致回路出力が論理１か
ら論理０になつたとき、即ち前記適正な閾値の上限にお
いては、ビツト一致回路出力の立下りをトリカーとして
、アナログメモリにその時点におけるコンパレータ基準
信号レベルを記憶させる。

従つて、ビツト一致回路は単調増加する基準信号レベル
のどの部分が適正な上限または下限となるかを示し、両
アナログメモリに記録のタイミングを与え、これに対し
て両アナログメモリは基準信号レベルの上限と下限を記
憶保持するためのものである。

第４図は、上記ビツト一致回路の一例を示すものである
。

このビツト一致回路においては、１，０のビツトパター
ンとして予め与えた基準パターン信号と各コンパレータ
の出力とを比較するため、基準パターン信号における各
０ビツトの信号とそれに対応するコンパレータ出力とが
、それぞれオア素子１に送られる。上記基準パターン信
号とは、ランドマークセンサが正しくランドマークを検
出した際のコンパレータの出力パターンを示し、即ちラ
ンドマークセンサがその中央でランドマークをとらえ、
しかも外光の変化などの外乱に影響されることなくラン
ドマークを検出した際のコンパレータの出力パターンと
同一のものである。

結果的には、後述するアンド素子の出力として、ランド
マークセンサ３によつて正しくランドマークを検出した
場合に有効な基準信号の下限及び上限が得られることに
なる。コンパレータ出力は、前述したように三角波の基
準信号レベルが低い場合にはその殆んどが論理１を出力
し、そのため上記オア素子の殆んどは１の出力をもつが
、基準信号レベルが次第に高くなるに従つて出力が論理
０のコンパレータが増加し、基準信号レベルが適正な閾
値の下限に達したときには、マークエツジに対応するコ
ンパレータを除く他のコンパレータ出力、即ち基準パタ
ーン信号における各０ビツトの信号に対応するコンパレ
ータ出力がすべて論理０となり、各オア素子１からの出
力がすべてＯになる。

従つて、各オア素子１に接続したオア素子においては、
基準信号レベルが適正な閾値の下限に達したときに、そ
れまで出力されていた１の信号がＯに変化し、これをイ
ンバータにおいて反転することにより、上記閾値の下限
において立上りを示す出力信号を得ることができる。一
方、基準パターン信号における１の信号とそれに対応す
るコンパレータ出力とは、それぞれアンド素子１に送ら
れ、各アンド素子においては、コンパレータにおける基
準信号レベルが適正な閾値の上限に達することによりコ
ンパレータ出力が論理０になつたとき、それまで出力さ
れていた１の信号がＯになり、各アンド素子１に接続し
たアンド素子においてもその出力が立下りを示す。

従つて、前記インバータの反転出力及び上記アンド素子
の出力をアンド素子に送ることにより、その出力として
、第５図Ｂに示すように適正な閾値の下限と上限との間
において論理１の出力を発生させることができる。第３
図において、前述したようにアナログメモリＩ，に記憶
させた適切な閾値の上限及び下限に相当する基準信号レ
ベルは、平均化回路においてそれらの平均値に相当する
出力（第５図Ｃ参照）を発生させ、これをその後のコン
パレータの基準信号とするため、スイツチ回路において
上記三角波と平均化回路出力との切換えを行わせる。

スイツチ回路における両者の切換えは、スイツチ信号に
より三角波発生回路において三角波を発生させると共に
、スイツチ回路をその三角波がコンパレータに基準信号
として印加されるように切換え、また三角波の最後にあ
られれる波形の変化、例えば三角波の最大値またはその
立下りによつて、スイツチ回路を平均化回路の出力がコ
ンパレータに送られるように切換えるものである。さら
に、上記平均化回路においては、正しくランドマークを
検出できる閾値の上限及び下限に相当する信号の平均値
（ａ−ｂ）／２に相当する信号を発生させることができ
る。

第６図は、差動アンプ出力の変化の一例を示す。

ｃはマークと路面とのエツジ上の平均レベル、ｄはマー
クあるいは路面上の平均レベルを示す。ここで、マーク
あるいは路面上での差動アンプ出力に大きな雑音がのつ
ていると仮定すると、（ａ＋ｂ）／２，（ｃ＋ｄ）／２
は図のような関係となる。従つて、（ａ＋ｂ）／２をそ
の後のコンパレータの基準信号にすることは、第６図か
られかるように、単に（ｃ＋ｄ）／２を閾値にするのに
比べて、路面やランドマークの汚れ、照明光量の変化に
基づいて基動アンプ出力が変動しても、最大の余裕をも
つてその影響を受けにくくすることができる。従つて、
単にスイツチ信号を与えることにより上記閾値を適切な
値に設定することができ、このスイツチ信号を、ランド
マークがランドマークセンサの中央でとらえられたとき
に発生させ、あるいは複数のランドマークを通過するご
とに、ランドマークセンサがその中央でランドマークを
とらえるように移動機械の中心線のずれ及び姿勢角を修
正したうえで発生させることにより、閾値を常に適切な
値に調整することができる。

なお、ランドマークに対する移動機械の相対的位置また
は姿勢を検出して操蛇制御を行う方法は、本発明と直接
的に関係がないのでここでは詳述しない。

また、第３図に基づいて説明したフオトトランジスタの
出力信号の処理は、第３図の回路と実質的に同一機能を
もたせたコンピユータによつて行うこともできる。以上
に詳述したところから明らかなように、本発明において
は、隣接する光電変換素子出力の差分によつてマークエ
ツジを検出するため、ランドマークが汚れたり反射光量
が変化することがあつても、ランドマークと路面との間
に反射光量の差があればよく、極めて確実なマークエツ
ジの検出を行うことができ、また上記差分と比較する閾
値を、マークエツジに対応する差分のみが抽出できる三
角波の基準信号の上限値と下限値の平均値に設定してい
るため、上記閾値として光電変換素子の受光量が変動し
てもマークエツジの誤認識を行うことがない最適値を与
えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はランドマークによる移動機械の走行誘導方法に
ついての概念図、第２図はランドマークセンサの構成図
、第３図は本発明を実施する装置の回路構成図、第４図
はビツト一致回路の構成図、第５図Ａ−Ｃ及び第６図は
本発明の作用説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 移動機械が路面に付したランドマーク上を走行する
   際にそのランドマークを検出するセンサを、移動機械の
   進行方向に対してほぼ直角の方向に多数の光電変換素子
   をランドマークの巾より広く配列させることにより構成
   し、それぞれ隣接する二つの光電変換素子を一組として
   、それらの出力の差分を単調増加する波形の基準信号と
   比較し、その比較結果として得られた論理信号と予め与
   えた基準パターン信号とが一致するか否かにより、マー
   クエッジに対応する上記差分のみが論理信号として抽出
   できる基準信号の上限と下限とを検出し、上記差分と比
   較する閾値をその上限と下限に相当する基準信号レベル
   の平均値に設定して、この閾値と上記差分の比較により
   ランドマークの検出を行うことを特徴とする移動機械に
   おけるランドマークの検出方法。