JPS60218014A - 姿勢測定装置 - Google Patents

姿勢測定装置

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JPS60218014A
JPS60218014A JP7418484A JP7418484A JPS60218014A JP S60218014 A JPS60218014 A JP S60218014A JP 7418484 A JP7418484 A JP 7418484A JP 7418484 A JP7418484 A JP 7418484A JP S60218014 A JPS60218014 A JP S60218014A
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JP
Japan
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waves
receivers
wave
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Pending
Application number
JP7418484A
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English (en)
Inventor
Nobuaki Takanashi
伸彰 高梨
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP7418484A priority Critical patent/JPS60218014A/ja
Publication of JPS60218014A publication Critical patent/JPS60218014A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/46Indirect determination of position data

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】 (産業上の利用分野) 本発明は超音波を用いた姿勢測定装置に関するものであ
る。
(従来技術とその問題点) 従来、超音波を用いた姿勢測定装置において、中央に送
波器、両側に2個の受波器を前記送波器及び受波器が直
線上に並ぶように配置し、送波器から送波される連続超
音波の対象物体による反射波を前記2個の受波器によシ
受波して得られる2つの信号間の位相差をめ、送受波器
の対象物体に対する姿勢をめるものがある。この装置は
構成が簡単であり、また、連続波を用いて偽るので安定
に測定を行うことができる。
しかしながら前記2個の受波器へ到達する反射波の伝搬
距離の差が、用いる波の波長よシ大きくなるような姿勢
を測定することはできない。前記位相差は前記伝搬距離
差に比例するが、2πの周期金持つ周期関数だからであ
る。従って前記従来の方式では送受波器と対象物体との
傾きが大きいような姿勢は測定できないという大きな欠
点がある。また、測定可能範囲を広げるため送波周波数
を低くすると送受波器の大きさが大きくなシ、実用的で
ないという問題がある。
例えば中嶋によって第26回自動制御連合講演会予稿集
261ページから262ページに「ロボットの径路なら
い制御のための超音波近接センサ」という題により、送
受波器及び対象物体間距離6副、送受波器間隔3.5π
M、超音波周波数23KIIzの条件下で13°の傾き
角までしか検出できないという実験結果が示されている
(発明の目的) 本発明の目的は前記従来の欠点を除去せしめた姿勢測定
装置を提供することにある。
(発明の構成) 本発明によれば、近接する周波数を持つ2mの波を交互
に送波するだめの発振器及び送波器と、対象物体からの
反射波を受波するための複数の受波器及び、前記複数の
受波器に接続された位相検出器を装備するとともに、前
記2種の波に対して前記位相検出器によυ得られた2種
の検出位相の差をめるための前記位相検出器に接続され
た演算装置を具備することt4I徴とする姿勢測定装置
が得られる。
(構成の詳細な説明) 以下に本発明に従う姿勢測定装置の構成の詳細を説明す
る。
本装置は第1図の構成によシ送受波器の対象物体に対す
る姿勢を測定する。測定は以下の手順によって行われる
。まず、第1に発振器10t−周波数f1で発振させ、
送波器20よシ周波数f1の超音波を送波する。対象物
体1で反射された波は受波器A31及び受波器B32に
よって検出される。受波器A31及び受波器B32によ
ってそれぞれ検出された2つの波の位相差を位相検出器
40によってめ、ψ、とする。第2に発振器10におけ
る発振周波数をf、として第4のものと同様の処理を行
い位相差ψ、をめる。次に、演算装置50によってψ、
とψ、の差を用いて受渡器A31及び受波器B52vi
−結んだ直線A−8と対象物体lとがなす傾き角αを次
式によってめる。
α−5tn−’(15片”)−L”) (1)h ただし L−p石=ηΣψ6 であ夛、Cは音速rjleflは発振周波数、ψ1.ψ
は検出位相差、Wは送波器と受波器間距離、hは送波器
と対象物体間距離の2倍である。
送波される周波数11の波w1及び周波数!、の波w2
と、位相差ψ1.ψ2.ψ□の関係tsgz図を用いて
説明する。第2図は、前蛇受波器A及び前記受波器Bで
受波される2種の波の伝搬距離の差ヲtとして横軸にと
ったものであシ、たて軸は°φ*+9’z+9□につい
ては位相差を示し、Wl ’t w2については送波さ
れた波の振s’を示したものである。wl 、 wlの
波長をそれぞれλ富、λ、としたとき、前記伝搬距離差
tt−大きくするに、従って、tに対してλ、ま九はλ
2の周期で前記位相差ψ、及びψ、は0から2πまで変
化する。ところがψ□は!、とf、の差−の周波数をも
つ波の波長λ6の周期で0から2πまで変化する。従っ
てψ、のみ測定していた前記従来の装置ではtくλ、の
範囲においてのみ姿勢を測定可能であっ九が、本発明に
よる装置ではtくλ6の範囲において姿勢t−#J定可
能である。
前記2種の発振周波数f1及びb′t−近接させ、/+
−/*<It及びf、とすることにょルλ、及びλ。
くλ□となる。また、前記伝搬距離の差tは送受波器と
対象物体とがなす角αに直接対応しておル、測定可能な
tの範囲が広いということはすなわち測定可能な姿勢の
範囲が広いということである。
以上の理由によシ、本発明による装置Fi前記従来の装
置に比lぺて測定可能な姿勢の範囲を大きく広げること
が可能である。
(実施例) 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
第3図は本発明の第1の実施@を示すブロック図であシ
、f、の発振周波数を持つ発振器A11′と、/、の発
振周波数を持つ発振器B12が切換スイッチ15に接続
される。制御回路61の信号によシ前記2檜の発振器の
出力が切換スイッチ15’に通して選択され、駆動回路
18によシ送波器20から超音波が対象物体1へ送波さ
れる。愉体からの反射波は受波器A31及び受波器B3
2によりて検出され、増幅回路A35及び増幅回路B3
6によって一定振幅に増幅された後、前記2種受波信号
間の位相差が位相検出器40によって検出される。検出
された位相差は、送波信号の周波数がflでありた場合
サンプルホールド回路A62へψ、として保持され、f
、でありた場合にはサンプルホールド回路B63へψ、
として保持逼れる。送受波器の対象物体に対する姿勢、
すなわち前記傾き角αは演算増幅回路55によシψ、と
ψ、の差から前述の(13式によ請求められる。第3図
の実施例はアナログ回路によシ構成されておシ、構成が
容易である。
第4図は本発明の第2の実施例を示すプロ、り図であシ
、発振器10で方形波を発振する。演算制御装置50に
よって設定された分局比によル発振器10の出力は分局
器13において分周され、駆動回路1Bを経て送波器2
0よ〕超音波が対象物体へ送波される。受波器A及びB
による受波信号間の位相差は第1の実施例と同様に検出
され、ψ、tたはψ!とじて輌算制御装置50に入力さ
れる。分局器130分局比を変えて得た前記2糧の位相
差ψ、及びψ、を用いて前述の(1)式によシ前記傾き
角αをめる。第4図の実施例で社デジタル処理によって
スヘての操作を行っている。
第5図は本発明の第3の実施例を示すプロ、り図であシ
、第4図の実施例における発振器10と分局器13の組
み合わせf:PLL(フェーズロ、クトループ(Pha
se Lock@d Loop) )制御による発振器
10<よって置き換え友ものであシ、制御はデジタル処
理によって行い、信号はアナログ処理によって扱われる
第6図は本発明の#r40冥施例を示すブロック図であ
シ、前記j11.第2.篤3の実施例が送受波器の対象
物体に対する姿勢を1方向に対してのみめてbたのに対
し、異なる2方向に対してめるととKよシ、前記姿勢′
t3次元的にめるものである。前記姿勢に対するx−x
’方向の傾き角α工は、受波器31及び32と位相検出
器X41にによって得られる前記2種の位相差ψ18及
びψ、Xから前述の(1)式によってめられる。同様に
Y−Y′方向の傾き角α□は受波器33及び34と位相
検出器Y42によって得られる位相差ψ1Y及びψ2Y
を用いてめられる。なお、発振器10f:制御すること
によシ送波器20から周波数f、及びf、の超音波を交
°互に送波するのは第1’c第2.第3の実施例と同様
である。
(発明の効果) 前述のとおシ、前記従来の姿勢測定装置は例えば送受波
器及び対象物体間距離6 on *送受波器間隔3.5
one超音波周波数23kHzの条件下で13″の傾き
角までしか測定できなかった。この値は前述の(1)式
においてψ□=πとし、w=3.5α、h=12cm 
e e = 340−/、r f@ −23,0kHz
 + fl =Okhとすることによシ得られる。
本発明による装置において、fl−23,0kHz 、
 /1= 18.1 kllzとした場合、前記従来の
装置と全(同じ条件の下で83°の傾き角まで測定可能
となる。
前記従来の装置において、送波周波数を低くすることに
よシ測定可能範囲t−広げることは可能であるが、低周
波において効率の良い送受波器は大きさが大きくなル、
実用的でない。
本発明による姿勢測定装置では送波周波数を高く選んだ
場合にも広い測定範囲′ft′a保することが可能でち
ゃ、効率の良い小型の姿勢測定装置を実現可能である。
特に実施例1はアナログ回路によって容易に構成するこ
とができ、実施例2及び3はデジタル処理を多用するた
め1チツプマイクロ ゛プ党セ、す上用いて安価・小I
IKm成する仁とができる。また、実施例4によシ、3
次元的な細き音測定する装置の構成も可能である。
以上、詳細に述べた通シ、本発明によれば前記従来の欠
点を除去せしめ、広範囲を精度良く測定する姿勢測定装
置を安価かつ小型に構成することが可能である。
また、測定に用いる波動として超音波を用いて説明した
が、元、電波等積々の波動を用いる変形が考えられ、こ
れらの変形は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行っても
よいことは明らかでIり、以上の記述が本発明の範囲を
限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従う姿勢測定装置の構成を示すブロッ
ク図、′i42図は本装置の測定原理を示す波形図、第
3図は本発明の第1の実施例を示すプロ、り図、第4図
は本発明の第2の実施例を示すプロ、り図、第5図は本
発明の第3の実施例を示すプロ、り図、第6図は本発明
の菌4の実施例を示すブロック図である。 図において1は対象物体、10及び11及び12は発振
器、13は分周器、15は切換えスイッチ。 18は駆動回路、20は送波器、31及び32及び33
及び34は受波器、35及び36は増幅回路。 40及び41及び42は位相検出器、50は演算制御装
置、55は演算増幅回路、61は制御回路、62及び6
3はサンプルホールド回路である。 またW1紘周波数!、による送波波形e Wlは周波数
/、による送波波形、ψ1はwlについて伝搬距離差t
の波を受波した21f1の受渡器における受波信号相互
の位相差の変化、ψ2は同様に町に対する位相差の変化
、ψ6はψ、−ψ!の変化、0は送波点。 Pは受波点、λ1は町の波長、λ、は町の波長。 λ、1はW、の節からPまでの伝搬距離差、λ、2は町
の節からPtでの伝搬距離差、λ6は/1− /。 の周波数を持つ波の波長を示す。 。 71−2 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 超音波を用いて送受波器のi象物体に対する姿勢を測定
    する装置において、近接する周波数を持つ2種の波を交
    互に送波する苑□めの発振器及び送11 波器と、対象物体からの反射波を受波するための複数の
    受渡器及び、前記複iの受渡器に接続された位相検出器
    を装備するとと゛もに!前記2sの波に対して前記位相
    検出器によシ得られた2種の検出位相の差をめるための
    前記位相検出器に接続された演算装置を具備することを
    特徴とする穀勢測定装置。
JP7418484A 1984-04-13 1984-04-13 姿勢測定装置 Pending JPS60218014A (ja)

Priority Applications (1)

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JP7418484A JPS60218014A (ja) 1984-04-13 1984-04-13 姿勢測定装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP7418484A JPS60218014A (ja) 1984-04-13 1984-04-13 姿勢測定装置

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JPS60218014A true JPS60218014A (ja) 1985-10-31

Family

ID=13539826

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7418484A Pending JPS60218014A (ja) 1984-04-13 1984-04-13 姿勢測定装置

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JP (1) JPS60218014A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01242922A (ja) * 1988-03-24 1989-09-27 Japan Radio Co Ltd 回転体の回転角度測定装置
JP2012251895A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Mitsubishi Electric Corp 障害物検出装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01242922A (ja) * 1988-03-24 1989-09-27 Japan Radio Co Ltd 回転体の回転角度測定装置
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