JPS61151490A - 物体検出装置 - 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】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明は物体検出装置に関し、移動ロボット等が障害
物を検出してどれを避けたり進路を変更したりするのに
必要なものである。

［従来の技術］ 従来この種の物体検出装置として用いられているものに
はテレビカメラや半導体装置検出装置（ＰＳＤ）を用い
たものが発明されている。

テレビカメラを用いたものは、外光または投光した光の
被検出物体による反射光を受光して、信号を取出し、こ
れらをコンピュータにより計暉処即するものであるが、
探索領域が２次元又は３次元であるため処理過程が複雑
で計算量も多くなるため時間がかかり、移動するロボッ
トのリアルタイムには向かないという欠点がある。ＰＳ
Ｄを用いた場合は、他の物体から乱反射された光も一緒
に受光されこれらの光陽が加重平均されるため、物体が
真の位置とは異なる位置にあるように認識される、とい
う欠点があり、また装置そのものもデリケートであり、
精度の高い検出測定が困難である、という問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、計算処理量が少ないため計算処理に要する時間が少
なく、移動するロボットのリアルタイムに適当で、構造
も簡単で安価であり、ロボットの移動のための前方領域
の物体検出という目的を十分に果し得る物体検出装置を
提供することを目的としている。

（ロ）発明の構成 ［問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の物体検出装置は、定位
置から第１の反射系の平反射面に向かう定方向に平行光
線束を発し得る発光系と、前記平行光線束と垂直である
第１の回転軸に平行な姿勢で前記第１の回転軸の回りに
回転し得る第１の平反射面を有する第１の反射系と、前
記第１の回転軸と平行かつ対向して位置する第２の回転
軸の回りに前記第２の回転軸に平行な姿勢で前記第１の
回転軸と同じ方向に回転し１ｑてかつ回転位相が前記第
１の平反射面と一定角だけ異なる第２．の平反射面を有
する第２の反射系と、及び前記第２の反射系からの光線
束を集光する光学系と前記光学系の焦点位置に位置する
受光素子とを有する受光系とを備えることを特徴として
いる。

以下、この発明の詳細を、一実施例を示す図面について
説明する。

第１図、第２図、第３図及び第４図において１は物体検
出装置である。物体検出装置１は発光系２と、第１の反
射系３と、第２の反射系４と、及び受光系５を備えてい
る。

発光系２は、レーザ光１１６８を発する発光器７と発せ
られたレーザ光線６ａを平行光線束６ｂに変える光学器
機９と、定位置において平行光線束６ｂを一定方向に反
射して第１の反射系３の平反射面８に向かって発ぼられ
る平行光線束６Ｃとなし１ｑる平１１ｉｌｉ鏡１１とを
有する。

第１の反射系３は、平行光線束６Ｃと垂直である第１の
回転軸Ｃ１に平行な４つの平反射面８ａ。

８ｂ　、８ｃ　、８ｄを有し、これら４つの平反射面は
、回転軸Ｃ１を中心軸とする正四角柱の４つの側面の外
側に１つずつ平面視この順に時計回りに同じ高さで位置
しており、相互の相対位置を変えずに、第１の回転軸Ｃ
１に平行な姿勢で第１の回転軸Ｃ１の回りに方向１２へ
回転可能である。

第２の反射系４は、第１の回転軸ＣＩと平行かつ対向し
て位置する第２の回転軸Ｑに平行な４つの平反射面１３
ａ　、１３ｂ　、１３ｃ　、１３ｄを有し、これら４つ
の平反射面は回転軸Ｃｆｒ中心軸とする正四角柱の４つ
の側面の外側に１つずつ平面視この順に時計回りに同じ
高さで位置しており、相互の相対位置を変えずに第２の
回転軸Ｃ２に平行な姿勢で第２の回転軸への回りに方向
１２へ回転可能であり、第１及び第２の反射系の径は等
しい。

平行光線束６Ｃの光軸及びその延長を基線１５とし、平
反射面８ａと平反射面１３ａとが基線１５となす角をそ
れぞれσ、τとするときτ−σ＝一定＝９０”　＋　（
γ／２）　　（γニ一定）・・・■ となるように、 即ち平反射面８ａと平反射面１３ａとは同じ方向１２に
回転するが、常に回転位相が一定角９０”＋（γ／２）
だけずれているように構成する。

この場合、平反射面８ｂと１３ｂ　、８０と１３０．８
ｄと１３６も回転位相が常に９０°＋（γ／２）１だけ
ずれることになるが、このような回転を第１及び第２の
反射系に与える方法としては例えばエンドレスのタイミ
ングベルトによってこれらの反射系を連結して等速で駆
動する方法をとることができる。実際、第５図に示すよ
うに、タイミングベルト１４を矢印２４の方向に駆動し
て、正四角柱状の第１の反射系３を第１の回転軸ＣＩの
回りにＧＨＩＪで示す位置からＧ’　Ｈ’　　ビＪ′で
示す位置へ方向１２へ中心角ωだけ回転させたとき、反
射面８ａが基線１５となす角はσからσ′へと変化する
ものとすれば簡単な計算によりσ′　＝σ＋ω　　　　
　　　　　　　・・・■となる。

このとき反射面１３ａが基ｌ１１１５となす角がτから
τ′に変化するものとすると、同様に、τ′＝τ＋ω　
　　　　　　　　・・・■となるから、■、■から τ′−σ′　＝τ−σ となり、２つの平反射面の回転位相の差は常に一定であ
る。従って初めのτ、σについて式■を満たすようにセ
ットしておけばよい。

受光系５は平面鏡１６を有している。平面鏡１６は定位
置にあって第２の反射系４により反射され基４１１５に
沿って進む平行光線束６ｆを、光学系の集光レンズ１７
に向かう定方向に反射し嵜る。

集光レンズ１７の焦点位置には受光素子１８が位置して
いる。

なお、この実施例ではフィルターによって外光との区別
が容易で平行光線の得易いレーザ光線を用いたが、レー
ザ光線に限る必要はなく、暗所で使用したりな／υらか
の方法で外光との区別が可能である場合には他の光の使
用も可能である。

また、平反射面８及び１３を、回転位相が常に一定角９
０’＋（γ／２）だけずれているように同期して回転さ
せる方法としては、タイミングベルトの代りに、電気的
に制御する方法、例えば電磁オシログラフに用いられる
ガルバノメータの技術等を用いることができる。

この場合、平反射面８及び１３として４枚の鏡の組では
なく、各１枚の鏡を電流により制御する。

熱論発光器７、または受光素子１８を基線１５上に配置
した場合は、光路変更用の平面鏡１１、または１６は不
要となる。

［作用］ このように構成された物体検出装置１においては、発光
系２の発光器７から発せられたレーザ光ＷＡ６ａは、光
学器機９により平行光線束６ｂに変えられ、平面ｌ１１
１により反射されて平行光線束６Ｇとなり、基１１５に
沿って進み、第１の反射系３の平反射面８のうちの例え
ば平反射面８ａの表面の点Ｅ及びその近傍に至り、反射
されて平行光線束６ｄとなる。ここで、平反射面８ａは
回転しているから、その回転位相により反射光である平
行光線束６ｄが基線１５となす角φは変化する。

今、平行光線束６ｄが物体２１の表面上の点Ｐ及びその
近傍で乱反射されてそのうちの一部である平行光線束６
ｅが基線１５と角ψをなして平反射面１３ａ上の点Ｆ及
びその近傍に向かい、Ｆ及びその近傍で平反射面１３ａ
により反射され、前記平行光線束６ｆになって１１線１
５に沿って進んだとすると、平行光線束６ｆは、平面１
！１６で反射されて平行光線６ｇとなり集光レンズ１７
によって集光され収束する光６ｈとなり、受光素子１８
に受光される。

このとき、平行光線束６ｄの光軸である投光軸と平行光
線束６ｅの光軸である受光軸とのなす角乙ＥＰＦは、ψ
−φであるが、式■に、筒中な計算によって１りられる を代入して簡単にすることにより、 ψ−φ＝γ　　　　　　　　・・・■ と求められ、ＬＥＰＦは一定となる。

従ってＰは弦ＥＦに立つ円周角がγ（一定）である円弧
Ｃの上にあることになる。

角φにより反射点ＥＦは幾分変動するが、この変動は小
さいから、このような点Ｐの軌跡は円弧Ｃで近似される
曲線りを描く。

平反射面８と平面鏡１１との位置関係による制約や、同
様に平反射面１３と平面鏡１６との位置関係に・よる制
約、及びロボットの進路にある物体を検出する目的等か
ら、曲線りのうち投光軸２２が基線１５となす角φは一
定角α以上で、また受光軸２３が基線となす角ψは一定
角β以下の範囲にある略円弧ΔＢ（実線で示す）上にあ
る点Ｐについてのみ、投光された光が受光素子１８に受
光されるように構成しておけば、略円弧ＡＢ上にある任
意の物体からの反射光が受光素子１８に受光される（第
２図）。

さて、平反射面８ａが平面鏡１１からの平行光線束６０
を受ける位置にある場合に、まず第２図に示すようにφ
−αのとき、八に物体がなければ平行光線束５ｄｌ、Ｌ
Ａを通って前方に進み受光素子１８は受光しない。平反
射面８ａの回転につれφは増し平行光線束６ｄは略円弧
ＡＢである曲線Ｄトの点を走査してゆき、物体２１上の
点Ｐで、受光素子８は受光する（第１図）が、第３図に
示すように平行光線束６ｄが曲線り上の点Ｒの前方、曲
ｍＤの外側にある物体２５の表面上の点Ｑ及びその近傍
で反射された場合は、その反射光の一部６ｊは平反射面
１３ａには向かわず、また他の一部６には平反射面１３
ａに反射されてもその反射光６１１１は基線１５と平行
とはならず従って平面鏡１６に向かわないか、向かって
も平面鏡１６による反射光１６ｎは集光レンズ１７に向
かわないかあるいは向かっても受光素子１８には受光さ
れない。いずれにしてもＱからの反射光線は受光素子１
８には受光されない。

物体がＲの手前にある場合も同様の理由でその反射光は
受光素子１８には受光されない。

第４図に示すように略円弧ＡＢ上の探索領域を過ぎると
物体２６があってもその反射光はやはり受光素子１８に
は受光されないし、ロボット進路の障害にもならない。

平反射面８ａについてφが１８０°を過ぎると次の平反
射面８ｂが平行光線束６Ｃを反射し、同じことを８ｃ　
、　８ｄ　、　８ａ　。

・・・と繰返す。この間のロボットの進行によりＰが曲
線りの内側に入るとＰは検出されなくなるが、ロボット
の記憶装置に入れておき進路変更を行ない物体２１を避
けるようにすることができる。

（ハ）発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明の物体検出装
置は、検出領域である略円弧ＡＢをロボットの進行面と
平行になるように構成することにより、唯一つのパラメ
ータ、例えばφについての受光量の分布を得ることがで
きるから、テレビカメラやＰＳＯを用いたものと違って
１次元であり受光素子の個数も少なく計算が処理量が極
く少なくなり、移動ロボットのリアルタイムに適すると
共に、構造が簡単で安価である。必要によりロボットの
進行面と垂直な方向に沿って複数の１外体検出装置１を
配置して検出領域を３次元的に拡大することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の物体検出装置により物体を検出する
仕組みを示す平面説明図、第２図はこの発明の物体検出
Ｈ置の検出領域の境界における状態を示す平面説明図、
第３図はこの発明の物体検出装置の検出領域外の物体と
の関係を示す平面説明図、第４図はこの発明の物体検出
装置の検出領域外の伯の物との関係を示す平面説明図、
及び第５図は第１図の反射系が回転軸の回りに回転した
ときの平反射面と基線のなす角の変化を示す平面説明図
である。 １・・・物体検出装置　　２・・・発光系　　３・・・
第１の反射系　　４・・・第２の反射系　　５・・・受
光系６ａ・・・レープ光線　　６ｂ・・・平行光線束　
　６ｃ・・・平行光線束　　７・・・光学器Ｉａ　　８
・・・平反射面９・・・光学器機　　１１・・・平面鏡
　　１２・・・方向１３・・・平反射面　　１４・・・
タイミングベルト１５・・・基線　　１６・・・平面鏡
　　１７・・・集光レンズ　　１８・・・受光素子　　
２１・・・物体　　２２・・・投光軸　　２３・・・受
光軸　　２４・・・矢印　　２５・・・物体　　２６・
・・物体 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 定位置から第１の反射系の平反射面に向かう定方向に平
   行光線束を発し得る発光系と、前記平行光線束と垂直で
   ある第１の回転軸に平行な姿勢で前記第１の回転軸の回
   りに回転し得る第１の平反射面を有する第１の反射系と
   、前記第１の回転軸と平行かつ対向して位置する第２の
   回転軸の回りに前記第２の回転軸に平行な姿勢で前記第
   １の回転軸と同じ方向に回転し得てかつ回転位相が前記
   第１の平反射面と一定角だけ異なる第２の平反射面を有
   する第２の反射系と、及び前記第２の反射系からの光線
   束を集光する光学系と前記光学系の焦点位置に位置する
   受光素子とを有する受光系とを備えることを特徴とする
   物体検出装置