JPS61165614A - 超音波目標位置測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、目標体から送波される超音波に基づき、目標
体の位置を測定する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

超音波を利用して目標体の位置を距離および相対角度に
より求める場合、一般に測定装置側の２ケ所から交互に
超音波を送波し、これに応じ目標体から生ずる反射波を
２ケ所において受波し、送波から受波までの時間差を各
個に求め、これによって目標体との距離および相対角度
を求める手段が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、移動する目標体の位置を測定しながら、ロボッ
ト等の自動装置が目標体と一定距離を保って追縦を行な
う場合等には、測定位置に高信頼性を要し、従来の手段
によっては、いずれかの受波状況に誤差を生じた場合、
直ちに測定値が不正確となり、必要とする高信頼性が得
られない問題を生ずる。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の問題を解決するため、本発明はつぎの手段により
構成するものとなっている。

すなわち、目標体から一定周期により送波されるパルス
状の超音波を各個に受波する同一線上へ配された複数の
受波器と、これら各受波器の各受波出力に基づき前記一
定周期と同期して超音波の送波から受波までの時間差を
示す時間差パルスを各受波器と対応して送出する受信部
と、時間差パルスにより示される各対向距離中のいずれ
か１対づ＼の組み合せに応じて目標体との個別距離を求
めかつこの各個別距離を平均して目標体との距離を求め
ると共に、前記いずれか１対づ＼の各対向距離およびこ
れに基づく個別距離に応じて目標体との個別角度を求め
かつこの各個別角度を平均して目標体との相対角度を求
め、これらの相対距離および相対角度により前記目標体
の相対位置を求める演算部とを備えたものである。

〔作　用〕 したがって、自励または反射により目標体から一定周期
により送波器れたパルス状の超音波は、複数の受波器に
より各個に受波器れ、これらの各受波出力に応じ、受信
部における送波側の一定周期と同期した動作により、送
波から受波までの時間差を示す時間差パルスが各受波器
と対応して送出式れるものとなり、これらの各時間差パ
ルス中のいずれか１対づ＼の組み合せに応じて目標体と
の個別距離を求めることができるため、各組み合せに基
づいて求めた各個別距離を平均すれば、高信頼性かつ正
確な目標体との距離が求められると共に、各１対づ＼の
対向距離およびこれに基づく個別距離により目標体との
個別角度が求められ、各組み合せについて求めた個別角
度を平均することにより、正確かつ高信頼性を有する目
標体との相対角度が求められ、これによって目標体の位
置測定を高信頼性により行なうことができる。

〔実施例〕

以下、実施例を示す図によって本発明の詳細な説明する
。

第１図は全構成のブロック図、第２図は第１図における
各部の波形を示すタイミングチャートであり、移動する
目標体（以下、ＴＡＧ　）　１には、送波器１ａおよび
投光器１ｂが備えられ、送波器１ａからパルス状の超音
ａ（＆）が例えば５０ｍ５ｅｃの一定周期ｔ、により反
復して送波されると共に、これと同期して投光器１ｂ　
も発光を反復するものとなっている。

一方、自動走行する自動装置としてのロボット（以下、
ＲＯＢ　）　２側には、例えば水平方向の同一直線上へ
所定の間隔により配された受波器Ｓ、〜Ｓ。

が設けてあり、これらが超音波（ａ）を各個に受波し、
受波出力（Ｃ）〜Ｑ）を生ずるものとなっておシ、これ
らは受信部（以下、ＲＸ）３へ与えられ、ＴＡＧｌ側の
一定周期ｔ、と同期した同期パルス（ｂ）およびクロッ
ク／＜ルスＣＬＫヲ発生スルクロックパルス発生器（以
下、ＣＰＧ　）　４からの同期パルス（ｂ）に基づき、
超音波（ａ）の送波から受波までの時間差ｔ２〜１−。

に応じたパルス幅の時間差パルス（ｈ）〜（ハ）を噛が
送出するものとなっている。

なお、各受波出力（、）〜（ロ））は、各々が所定レベ
ルＬ、へ達したときを受渡時点としている一方、この例
では、受波器Ｓ００前方直線上にＴＡＧｌ　２＞４在す
るものとしてらる。

また、ＴＡＧＩがＲＯＢ２の誘導制御を行なう直前には
、投光器１ｂの発光をＲＯＢＺ側の受光器５へ与え、こ
れによってＣＰＧ４を周期ｔ、と同期した状態にセット
するものとなっており、これ以降は、ＴＡＧＩおよびＣ
ＰＧ４において高安定度の水晶発損器等により原発振を
行なっているため、例えば３０分間の実用上支障のない
一定時間中は両者間の同期状態が維持される。

時間差パルス（ｈ）〜＃ｎ）は、各々がカウンタ＃（以
下、αか）６の各カウンタへ与えられ、こ＼においテ、
同期パルス＜ｂ）にしたがってクロックパルスαＸのカ
ウントが開始され、時間差パルス（ｈ）〜６ＴＩ）の各
パルス幅期間がクロックパルスＣＬＫのカウント値へ各
個に変換てれたうえ、演算部（以下、ＡＬＵ　）　７へ
与えられる。

すると、マイクロプロセッサ等のブロセツブおよびメモ
リ等からなるＡＬＵ７は、同期パルス（ｂ）に応じて割
込処理を開始し、各受波器Ｓ、〜Ｓ−，と対応する各カ
ウント値に基づき、クロツクパルスＣＬＫにしたがって
演算を行ない、各カウント値中のいずれか１対づ＼の組
み合せに応じてＴＡＧｌとの個別距離を求め、かつ、こ
れらを平均してＴＡＧｌとの距離を求めると共に、ワ０
１との相対角度を求め、この結果をＡＬＵ７と同様の制
御部（以下、ＣＮＴ　’＞　８へ与える。

したがって、ＣＮＴ８は、ＡＬＵ７からの距離データお
よび角度データに応じて走行制御上の判断を行ない、サ
ーボ駆動回路（以下、５ＤＲ）　９Ｌ、９Ｒを介してサ
ーボモータ（以下、ＳＭ　）　１０Ｌ、１０Ｒを制御し
、これらと各個に連結された左右の各動輪１１Ｌ。

１１Ｒｔ−駆動のうえ、ＴＡＧｌとの距離が例えばｂの
一定距離となる方向へ、かつ、ＴＡＧｌの移動速度に応
じた速度によりＲＯＢ２を走行させる。

たソし、この例では、移動機構をａＭｌ　０Ｌ、　１０
Ｒおよび動輪１０Ｌ、　１０Ｈにより構成し、別途に所
要数の車輪を設け、動輪１０Ｌ、１０Ｈの駆動状況によ
り方向転換を行なっているが、移動機構としては、各種
のエンジン、クローラ、歩行脚等を染件にしたがって組
み合せのうえ構成し、これに応じて５ＤＲ９Ｌ。

９Ｒを適合するものへ置換すればよい。

また、時間差パルス（ｈ）〜−は、受波出力（ｃ）〜（
ロ））が所定レベルＬ３へ達したときに微分パルス状の
ものを送出するものとし、これによってＣＵＴ６　　が
カウントを停止するものとしても同様である。

第３図は、ＴＡＧｌ側のブロック図であり、高安定度の
水晶発振器等による発振器（以下、０８ＣＴ）２１によ
シ、例えばＩＲａ（ｚの原発振を行ない、これの出力を
カウンタ等の分周器（以下、Ｄｖ？　）　２２により分
周して周期ｔ、の同期パルスとしてから、投光器１ｂの
駆動に適するパルス幅のパルスを発生する単安定マルチ
バイブレータ等のパルス発生器（以下、ＰＧＴ　）　２
３を駆動し、これの出力を電源の投入に応じてオンとな
るＭ〕ゲートＧ０　を介して投光器１ｂへ与え、周期ｔ
、による発光を行なわせている。

マタ゛、ＤＶＴ２２０出力は、ＰＧＴ２３と間際のＰＧ
Ｔ２４も駆動しており、これが例えば５００μｓｅｃ　
のパルス幅ｔ、を有するパルスを周期ｔ８により発生し
、絢ゲートＧ、の一方の入カヘ与えていると共に、他方
の入力には、超音波発振器（以下、５ｓｏ）２５から例
えば周波数４０ＫＨｚ　の出力が与えられているため、
この出力がＰＧＴ２４の出力に応じてＡＮＤゲートＧ、
を通過し、電力増幅器（以下、ＰＡ　）２６を介して送
波器１ａを駆動するものとなり、これによって、周期１
ｓのパルス状超音波が反復して送波される。

一方、ＤＶＴ２２の出力により、カウンタ等を用いたタ
イマー（以下、ＴＭ）２７が動作しており、これが例え
ば１０分間の設定時間後にタイムアンプすると、この出
力により電源制御回路（以下、ＰＣ）２８がリセットさ
れ、各部への電源供給が自動的に切断されると共に、電
源投入中を表示する発光ダイオードＬＤも消灯するもの
となっている。

なお、電源の投入は、を源スイッチＳＷをオンとすれば
、抵抗器Ｒ８を介して電池から印加式れている電源ｖｃ
ｃが地絡され、これに応じてフリップフロップ回路等を
用いた再トリガ防止回路（以下、ＲＴＩ　）　２９がセ
ットされるため、この出力によりＰＣ２８が電源投入を
行なうと共に、ＴＭ２７がクリアされてからスタートす
る一方、ＡｈＪＤｆ　−）　ａ。

がオンへ転する。

また、ＲＴＩ２９は、一旦セットされ＼ばＰＣ２Ｂ　が
リセットされて電源の切断が行なわれるまで、セット状
態を維持するため、スイッチＳＷの誤操作による再トリ
ガの防止が行なわれる。

したがって、電池の消耗が心安以上に行なわれることが
阻止でれ、効率良く運用することができる。

第４図は、送波器１ａの取付状況を示す図であり、囚は
側面図、（Ｂ）は正面図をはｙ原寸により示しており、
台板４１上）傾斜取付板４２ｔ−介して送波器１ａが固
定され、これの指向方向は水平方向から約１０　　上向
きに定められ、ＲＯＢ２の受波器Ｓ、〜Ｓ−，と所定距
離を介して対向する関係となっている。

また、台板４１には取付穴４３．４４等が穿設され、移
動体への装着を容易としであるが、人間が用いる場合に
は、上着の背面等へ送波器１＆を突出させる透孔を穿設
すると共に、これの内面側へ台板４１を収容するポケッ
トを設け、これによって全体を保持するのに便利な形状
、寸法としである。

なお、送波器１＆からは、リード線４５が引出され、こ
れの先端へ図上省略したプラグが接続されており、これ
によって本体との接続が行なわれる。

第５図は、本体の外観をはソ原寸により示し、（４）は
平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｑは正面図でめり、軽量金
属板等により製された外筺５１中へ第３図の各部および
電池が収容され、上面には角状の透孔５２が穿設された
うえ、これの内部に投光器１ｂの発光面が配されている
。

また、側面には、ノンロック形のスイッチＳＷ１および
、これのボタンへ穿設した透孔中へ露出して発光ダイオ
ードＬＤが設けであると共に、送波器１＆からのプラグ
を挿入するコネクタ５３が設けてあり、ねじ５４等の脱
去によりカバーの取外しが自在となり、電池の交換およ
び内部の点検を行なうことができるものとなっている。

なお、全体が小形、軽量のため、上着のポケット等へ収
容することが自在となっており、特に収容スペースを必
要としなめ形状に製されている。

第６図は、ＡＬＵＴによる演算状況の７０−チャートで
あり、メモリ中の命令をプロセラ丈が実行し、かつ、必
要とするデータをメモリへアクセスしながら行なわれる
。

すなわち、同期パルスＣｂ）に応じて割込処理“ＩＮＴ
”を開始し、カウント値が安定となるまでの例えば２５
ｍ５ｅｃとして定めた“信号整定時間待機”１０１を行
なってから、“入力処理”　１０２により、α理６から
の各カウント値、ＢＵＳＹ信号、および、ＣＵＴ６を介
する頑からの異常信号を取入れてメモリへ格納する。

なお、異常信号は、受波器Ｓ、〜Ｓ−２からの受波出力
（Ｃ）〜０）が生じない場合に送出され、ＢＵＳＹ信号
は、信号整定時間を経過してもＣＵＴ６によるカウント
が継続する場合に送出される。

ついで、異常信号に応じて“受波器異常？”１１１を判
断すると共に、ＢＵＳＹ信号に応じてＢＵＳＹ・３ＣＨ
以上？　”　１１２を判断し、いずれもＮＯであれば、
正常なカウント値に応じて後述の“基礎データ・正当性
チェック”１２１を行なったうえ、正当な基礎データの
みを用いて後述の“距離・角度・演算”１２２を行ない
、これらの結果を“出力処理”１３１によりＣＮＴ８へ
送出する。

たソし、ステップ１１１または１１２のいずれかソＹＥ
Ｓとなれば、“異常処理”１４１へ移行し、○Ｊ８を介
して図上省略した表示部により一報表示を行なうと共に
、走行の停止制御等を行なう。

したがって、ステップ１１１，１１２により、受波器Ｓ
、〜Ｓ１乃至α汀６による５ＣＨ（チャネル）の受信系
中、３ＣＨ１でか正常であればステップ１２１以降が実
行され、かつ、ステップ１２１の“正当性チェック”に
より、高信頼性かつ正確な測定結果が得られる。

なお、“正当性チェック”は、時間差パルス（ｈ）〜に
）による各位が信頼すべきものか否かを判断するもので
あり、後述の演算により行なわれる。

第７図および第８図は、個別距離および個別角度を求め
る原理図であり、第７図のとおり、受波器Ｓ、〜乳、を
Ｘ軸上へ間隔りにより配列し、これらの各々とＴＡＧｌ
との対向距離を一〜Ｌよとすれば、受波器Ｓ、〜Ｓ−８
中のりずれか二つを１対とし、各々とＴＡＧｌとの対向
距離をＲ１，Ｒｊとしたとき、１対の受渡器の各Ｘ軸座
標位置は、第８図のとおり、Ｄ−ｉ　、Ｄ−ｊとして与
えられ、中央の受波器Ｓ０を原点０としたうえ、これと
ＴＡＧｌとの個別距離をＲＢとし、かつ、原点Ｏと直交
するｙ軸とＴＡＧｌとの間隔をＸ。、ＴＡＧＩのＸ軸と
の距離をｙ。とすれば、ピタゴラスの定理から次式が成
立する。

Ｒ１”　＋＝　（ＫＯ−Ｉ）ｉ）”　＋　ｙ６”　　　
　”　　（１）Ｒｊ”＝（ｘ６−１）ｊ）”　”　ｙＯ
”　　　・・・・（２１Ｒ１Ｊ　”　Ｘｏ　　”　）’
ｏ”　　　　　　　・・・・ｆ３）このため、（１）　
、　（２１式から次式が得られる。

また、（２１、＋３）式より次式が得られる。

Ｒ”１ｊ＝　Ｒ”ｊ（１）ｊ）”　＋　２（＋）ｊ）　
ｘ　　　　”・（５）（５）式へ（４）式を代入すれば
、 ＋Ｄｌ・１・ｊ　　　・・・（６） たソし、ΔＲ−Ｒｊ−Ｒ１ （６）式を変形すると、 こ＼において、 また、 とすれば、（８）式は次式のものとなる。

こ＼において、ΔＲ＝Ｒｊ−Ｒ１であるため、したがっ
て、受渡器Ｓ、Ｉ−Ｌ、中のいずれか１対のものからの
時間差パルスに基づいてＲ４，Ｒｊを求めれば、（９）
式より個別距離１ｔＢが求められ、これを受波器Ｓ８〜
Ｌ、の各対電に行なったうえ、次式により平均値を求め
れば、ＴＡＧｌとの距離Ｒが正確かつ高信頼性を有する
ものとして得られる。

べ たソし、Ｎは受波器Ｓ、〜＆、中の各１対づ＼によって
求めた個別距離Ｒ１ｊＯ数である。

なお、員式を荷重平均により平均値を求めるものとして
も同様である。

一方、第８図に示す原点０を基準としたＴＡＧｌのｙ軸
との個別角度θ１ｊは、つぎの演算により求められる。

すなわち、θｌｊは、 （１１）式へ＋４１　、　（５）式を代入すると、こ＼
において、 θｌｊ＜＜１とすれば、 したがってに０式の場合と同様にＲ１，Ｒｊを求めれば
、（１３）式か、ら角度θ１ｊが求められ、これを受波
器Ｓ、〜Ｌ、の各対電に行なったうえ、各々の角度を平
均することにより、正確かつ高信頼性な相対角度θが求
められる。

すなわち、Ｒ１式と同様に、 Ｎ により相対角度θを求めればよい。

なお、（１４）式を荷重平均により平均値を求めるもの
としても同様である。

第９図乃至第１１図は、正当性チェックの原理図であり
、第７図を前提とすれば、対向距離Ｒ８〜Ｌ、中のいず
れか１対をＲ１，Ｒｊとしたとき、第８図から、受波器
間隔ｌ　１−ｊＩＤ　とＲ１、Ｒｊとの間には次式の関
係が存在する。

ｌ　Ｒ１−Ｒｊｌ≦Ｉｔ−ｊｌＤ　　　　　　・・・・
・（２１）こ＼において、（２１）式の等号が成立する
のは、Ｄ−ｉ、Ｄ−ｊとＴＡＧｌとが一直線上に存在す
る場合であり、変数ｋをＯＳｋ≦１として次式の条件を
考えれば、 ＩＲＩ−ＲｊＩ＝ｌ　１−ｊｌＤ−ｋ　　　　・・・・
・（２２）（２２）式のｌ、ｊを各々固定値としたとき
、ｋをパラメータとする双曲線が第９図のとおりに、画
かれるものとなる。

また、第１０図および第１１図の破断線により示すとお
り、ＴＡＧｌの測定範囲をＸ軸に沿った方向をｙ軸に対
し一１ｍ〜＋Ｉｎ、ｙ軸に沿った方向をＸ軸から１〜４
ｍとして制約すれば、ｋの最大値は、原点ＯからＴＡＧ
ｌまでの距離Ｒの関数となる。

なお、第９図のに、、ｋｓは、 ０＜ｋ工＜　ｋ、　＜　１の関係である。

一方、第１０図および第１１図のとおり、ＴＡＧｌの測
定範囲を前述の制約に応じて定めれば、距離Ｒにより（
２２）式のｋが最大値となるｔ＋ｊと、ＴＡＧｌの座標
位置Ｔｘ、Ｔｙとは、次式のものとなる。

第１０図の場合 ｉ＝２　　、　　ｊ＝１ ）　・・・・（２３） Ｔｘ　＝−１（ｒｎ）　＋　Ｔｙ　＝２可（ｒｎ）第１
１図の場合 １＝−２、ｊ＝−１ （２３）　、　（２４）式では、ｙ軸に対して対称な値
を１゜Ｊ　＋　Ｔｚが示しており、かつ、Ｔｙが等しく
、ｋについては同等であり、 （１＋Ｊ、Ｔｚ、Ｔｙ）＝（２＋１＋−１＋Ｌゴ）につ
いて展開すると、次式が得られる。

ｌ　Ｒｉ−Ｒｊｌ　＝　Ｒ，−Ｒ。

・・・・・（２５） また、 １−ｊｌＤ （２−１）Ｄ たｙし、距離Ｒは最終的に求めるものであり、正当性チ
ェックの際は、第７図の各対向距離Ｒ２〜Ｌ２中からＴ
ＡＧＩの測定範囲上不当でない最小値ＲＭＩ　Ｎを求め
、これをＲの代りに用いて次式によりｋを演算すればよ
い。

したがって、（２１）式へｋを導入し、かつ、許容誤差
αを考慮のうえ、受波器Ｓ、〜＆、中の各１対による１
０組の各組み合せ毎に、次式の条件をチェックし、この
条件を満たせば、基礎データとしての各対向距離Ｒ１，
Ｒｊに正当性おり、満たさなければ正当性なしと判断す
ることができる。

ＩＲｌ−Ｒｊｌ　＜　ｌ　ｉ−ｊ　ｌ　Ｄ−に＋α　　
　・・・・・（２８）また、（２８）式のチェックを行
ない、正当性ありのときはＣ１ｊ＝０、なしのときはＣ
Ｂ＝１の値へ変換し、これらを次表のとおりテーブルと
してメモリへ格納のうえ、横方向の各位を合計し、これ
が３以上となれば、これと対応する受波器から得た対向
距離Ｒ１を無効とし、以降の演算に使用しないものとす
ることにより、最終的に求める距離Ｒの信頼性が確保で
きる。

たソし、受波器Ｓ、〜ｓ−３の数に応じて前表を作成し
、各合計値ΣＣ１ｊの使用、不使用を定める限界値ｔ−
３のみならず、適宜に選定するものとすればよい。

したがって、以上の正当性チェックにより、測定位置の
高信頼性が得られると共に、確度も向上し、ＲＯＢ２の
追縦制御が安全かつ正確に行なわれる。

第１２図は、ＣＰＧ４のブロック図であり、水晶発振器
等の安定な発振器（以下、０８ＣＲ）６１により、第３
図の０８ＣＴ２１と同じく例えばＩＭＨｚのりａンクパ
ルスαＸを発生し、これを第１および第２の分周器（以
下、ＤＶＲ）　６２および６３により各個に同一分周比
によって分周し、第３図の周期ｔ。

と同一の周期ｔ、を有する局部同期パルス面および同期
パルスＳＹＮ　を送出するものとなっており、各ＤＶＲ
６２，６３は、データの設定を行なう設定部（以下、Ｄ
ＳＴ）６４および、ダウンカウンタ（以下、ＤＣＴ　）
　６５　、６６ならびにＯＲゲート６７゜６８により構
成され、各々の０ＣＴ６５．６６は、自己のカウント値
零の出力Ｒ，Ｃ，または、スタートパルス−評するいは
プリセットパルス百がＯＲゲ一一ト６７または６８を介
してロード端子りへ与えられると、Ｉ）ＳＴ６４からの
データをプリセットのうえ、０８ＣＲ６１からのクロッ
クパルスＣＬＫに基づく減算を開始するため、スタート
パルス“ＳＴ“またはプリセットパルス百により、各同
期パルス面。

慕πの同期状態を設定することができるものとなってい
る。

また、受光器５からの第３図に示す周期ｔ、の発光に応
じた受光パルス而は、トリガ部（以下、ＴＲＧ　）　７
１において最初の１パルスのみが選択式れ、これに応じ
てクロックツくルスＣＬＫと同期しかつこれの周期と同
一幅のスタートパルス評がＴＲＧ７１から１パルスのみ
送出されるため、ＤＣＴ６５がこれにしたがって安定に
受光パルス゛口′との同期状態へ移行するものになって
いると共に、同様のトリガパルスπが受光パルス口に応
じ反復して送出されるものとなっており、スタートパル
ス“ｇ下の送出は、リスタートパルスＲ８が与えられ＼
ば、同様に１パルスのみの送出全反復するものとなって
いる。

トリガパルス■および局部同期パルス罷は、位相差検出
部（以下、ＰＤＴ　”）　７２へ与えられており、こ＼
において両者の位相差が検出され、位相差が所定値以内
であれば、ロードパルス■を１パルスのみ送出し、かつ
、トリガパルス五と同期した検出パルス而を反復して送
出する一方、位相差が所定値を起えると、検出パルスＰ
Ｄを送出せず、ロードパルス゛Ｌ６をトリガパルス五と
同期のうえ反復して送出するものとなっている。

これラノ各パルス面および正は、ＤＣＴを主体とする連
続検出部（以下、ＣＤＴ　）　７３へ与えられ、。−ド
バルス］に応じてＣＤＴ７３中のＤＣＴへ一定値がプリ
セットされたうえ、検出パルス而にしたがって減算がな
され、カウント値が零になると検出完了パルスＯＫおよ
び面を送出するものとなっており、検出完了パルス泳お
よびロードパルス■は、入力反転形のＯＲゲート７４を
介し、リスタートパルスＲ８としてＴＲＧ７１へ与えら
れる一方、検出完了パルスＯＫは、ゲート部（以下、Ｇ
ＡＴ　）　７５へ与えられ、これをオンへ転するものと
なっている。

たソし、ＧＡＴＴ５は、オンへ転じて局部同期パルス■
を１パルスのみ通過させ、プリセットパルス西として送
出すれば、りぎの検出完了パルスＯＫが与えられるまで
オフへ転じ、プリセットパルス舖を連続的には送出しな
いものとなっている。

なお、ＴＲＧ７１　、　ＰＤＴ７２　、ＣＤＴ７３には
、電源投入に応じて生ずるイニシャルリセットパルスＩ
Ｒが与えられており、これによって初期状態の設定が行
なわれる。

したがって、受光パルス゛［百が連続的に与えられても
、最初の１パルスに応じてスタートパルス「が１パルス
のみ送出され、これにしたがってＤｖＲ６２が受光パル
ス■と同期状態になると共に、受光パルス葛−と同期し
たトリガパルス■と局部同期パルス■との位相差が所定
値以内であれば、１パルスのロードパルスロによりプリ
セットされた一定値から、反復する検出パルスＰＤに応
じた減算がＣＤＴ７３中において行なわれ、減算の完了
にしたがって検出完了パルスＯＫ、ＯＫが送出されるた
め、減算完了までの一定期間中位相差が所定頃以内であ
り、受光パルス百と局部同期パルス爾とが同期状態であ
ることを前提としてＧＡＴＴ５がオンとなり、プリセッ
トパルス“Ｖπが送出式れてＤＶＲ６３もＷＨ６２と同
一の同期状態となり、受光パルスｍと同期した同期パル
ス需が送出される。

このため、同期パルスＳＹＮは、みだ９にタイミングの
変化を生ぜず、これに応じて動作する第１図の各部が安
定な動作状況となる。

第１３図はＴＲＧ７１のブロック図、第１４図は第１３
図における各部の波形を示すタイミングチャートであり
、クロックパルスＣＬＫ（ａ　）を基準として動作し、
イニシャルリセツ“トパルス■＜ｍ）に応じて各部の初
期状態が設定された後、受光パルスＬ３（ｂ）が“Ｌ゛
′（低レベル）として与えられ＼ば、これに応じてイン
バータ（以下、　　ＩＮ　）　２１１の出力が“Ｈ″（
高レベル）となるのにしたがい、Ｄ形のフリップフロッ
プ回路（以下、ＦＦＣ）　２１２がクロックパルス（、
）の“Ｌｌｌから“ｒへの立上りに応じてセットされ、
出力Ｑ（（りを“１（ＩＩとするため、ＦＦＣ２１３も
セットされて出力Ｑ（ｄ）を“Ｈ″とし、かつ、出力Ｑ
（ｅ）を“Ｌｌｌとして、出力（、）をトリガパルス覇
として送出する。

また、出力（ｄ）はＮＡＮＤゲート２１４へ与えられ、
これには、ｌＮ２１５を介してクロックパルス（、）も
与えられているため、これの”Ｌ″に応じてＮＡＮＤゲ
ート２１４の出力（ｆ）が“Ｌ″へ転じたうえ、クロッ
クパルス（−）の′Ｌ”から“Ｈ″への立上りにしたが
って出力（ｆ）が“Ｈ”へ復すると、これによってＦＦ
Ｃ２１６がセットされ、出力Ｑ（ｇ）を“Ｗｏとするの
に応じ、ＮＯＲゲート２１７の出力が“Ｌ”となり、こ
れによってＦＦＣ２１３，２１６がリセットされ、トリ
ガパルス〒６としては、クロックパルス（、）と同期し
かつこれの周期ｔｃ　と同一パルス幅のパルスが送出さ
れ、受光パルスｍに応じて以上の動作を反復する。

一方、イニシャルリセットパルス（ｍ）の終了に応じて
ｌＮ２２１の出力はＬ″となっており、ＮＯＲゲ−）　
２２２をオンとし、リスタートパルスＲ８（ｈ　）の通
過を許容する状態になっているが、ＦＦＣ２２３、２２
４はいずれもリセットされ、出力Ｑ（ｊ）、（ｋ）が“
Ｌｌｌであり、入力反転形の凧ゲート２２５もオンとな
っているため、トリガパルスＴｏを通過させ、これをｌ
Ｎ２２６へ与えて出力＜１＞を“Ｌｌｌとし、スタート
パルス百〒とじて送出する。

すると、これの送出終了に応じてＦＦＣ２２３がセット
され、出力（ｊ）を“Ｈ″とするため、これにつぐクロ
ックパルス（、）の立上りにしたがってＦＦＣ２２４も
セットされ、出力（ｋ）を′Ｈ″として駒ゲ−）　２２
５をオフとすることにより、リスタートパルス（ｈ）が
与えられ、ＦＦＣ２２３，２２４がリセットざれるまで
はスタートパルスＳＴの送出を行なわないものとなる。

第１５図は、ＰＤＴ７２およびＣＤＴ７３のブロック図
、第１６図は第１５図における各部の波形を示すタイミ
ングチャートであり、第１５図（ト）は同期状態、同図
（Ｂ）は非同期状態を示している。

こ＼において、トリガパルスＴｏ（ａ　）および局部同
期パルス５Ｌ（ｂ　）は、入力反転形のＯＲゲート３１
１へ与えられており、いずれか早く生じた方の“Ｌ＋＋
から′″Ｈ１ｌへの立上りに応じてパルス発生器（以下
、ＰＧＲ）　３１２が駆動され、リトリガブル単安定マ
ルチバイブレータ等を用いたＰＧＲ３１２は、可変抵抗
器ＲＶの設定に応じた時間幅ｔ１のパルス（Ｃ）を発生
し、これをＦＦＣ３１３へ与える。

たソし、ＰＧＢ３１２．ｆｆＣ３１３，３１４は、イニ
７ヤルリセットパルスＩＲ（ｊ　）により初期状態が設
定されていると共に、■においては、時間幅ｔ１　より
各パルス（ａ）　、　（ｂ）の位相差ｔｄが小さく、か
つ、トリガパルス…の方が早く生じており、これにつぐ
局部同期パルスπによりＰＧＲ３１２が再度トリガされ
、パルス（Ｃ）の時間幅が延長されている。

ＦＦＣ３１３は、パルス（ｃ）の“ＬｏからＨ′′への
立上りに応じてセット、リセットを反復するものとなっ
ており、最初のパルス（Ｃ）によりセットされると、出
力Ｑ（ｄ）を“Ｗｏとするため、つぎのトリガパルス刊
によってＦＦＣ３１４もセットされ、出力Ｑ（＠）を“
）ＩＮとし、りぎのパルス（Ｃ）によってはＦＦＣ３１
３がリセットされ、これにりぐトリガパルス（ａ）に応
じてＦＦＣ３１４もリセットされ、以上の動作を反復す
る。

これらの出力（ｄ）、（ｅ）は、各々が直接、入力反転
形の駒ゲート３２１，３２２へ与えられていると共に、
ｌＮ３２３　、３２４を介してＭのゲート３２１．３２
２へ与えられており、かつ、農ゲー）　３２１，３２２
の各出力はＮＯＲゲート３２５へ与えられているため、
同ゲート３２５の出力は、出力（ｄ）、（ａ）が共に“
Ｈ”、または“Ｌｏ”のときにのみ“ｒとなり、これが
ＮＡＮＤゲート３２６へ与えられると共に、ｌＮ３２７
により反転されて出力（ｆ）となり、ＮＡＮＤゲート３
２８へ与えられる。

このため、出力（ｆ）が“ＨＩＴの間はＮＡＮＤゲート
３２８がオンとなり、ｌＮ３２９を介するトリガパルス
（、）を通過させて出力（ｇ）とし、これを検出パルス
ＰＤとして反復のうえ送出するが、ＮＡＮＤゲート３２
６はＮＡＮＤゲート３２Ｂと反対の関係によりオンとな
るため、ＦＦＣ３１３がセットされる以前のトリガパル
ス（ａ）のみを通過させ、この出力（ｈ）をロードパル
ス…とじて送出するが、これ以降は同パルス…の送出を
行なわない。

したがって、両パルス（、）、（ｂ）の位相差ｔ４が時
間幅ｔ６により定められる所定値以内であれば、以上の
状態が維持される。

これに対し、（Ｂ）のとおり時間幅ｔｌＬを小さく設定
すれば、位相差ｔ、がこれを超えるものとなり、ＦＦＣ
３１３，３１４のセット、リセットが両パルス　−（ａ
）、（ｂ）に応じて反復され、今度は、ＮＡＮＤゲート
３２６がオンのときにトリガパルス（、）が通過するも
のとなり、ロードパルスロが反復して送出される反面、
ＮｋＮＤゲート３２８の出力（ｇ）は“Ｈ”へ固定され
、検出パルス而が送出されない。

このため、位相差ｔｄが時間幅ｔ、を超える非同期状態
となれば、以上の状態が維持式れる。

一方、ＣＤＴ７３においては、入力反転形のＯＲゲ−ト
４１１およびＮＯＲゲート４１２を介するイニンヤルリ
セットパルス（ｊ）またはロードパルスロに応じ、ＤＣ
Ｔ４１３へ、この例では「１６」が一定ｔａとしてプリ
セットされ、ｌＮ４１４を介する検出パルス而に応じて
減算を行なｉ、カウント値が尋となれば“Ｈ”の検出完
了パルスＯＫ　ｉ送出すると共に、ｌＮ４１５により反
転した“Ｌ”の同パルス面を送出し、かつ、ＮＯＲゲー
ト４１２を介して自からプリセットを行ない、以上の動
作を反復するものとなっている。

したがって、両パルス（ａ）、　（ｂ）の同期状態では
、ロードパルス山によりプリセット嘔れたうえ、検出パ
ルス而の周期ｔ、に応するカウント終了までの一定時間
中、同期状態が維持式れ＼ば構出完了パルスＯＫ、ＯＫ
が送出され、非同期状態においては、ロードパルスＬＤ
によるプリセットが反復てれると共に、減算がなされず
、検出完了パルスＯＫ、ＯＫの送出が行なわれない。

第１７図は、ＧＡＴＴ５のブロック図であり、局部同期
パルス■の与えられた入力反転形のかのゲ−）５１１、
および、ｌＮ５１２が縦続接続されており、当初ｌＮ５
１２の出力が“Ｈ”となればＦＦＣ５２１がセットされ
、出力ＱのＨ″がｌＮ５２２により“Ｌ”としてＦＦＣ
５２３のプリセット端子ＰＲＩへ印加されるため、これ
によってＦＦＣ５２３もセット状態となり、出力Ｑを“
ｒ、出力可を“Ｌ”とし、膳ゲート５１１をオフにする
と共に、ＦＦＣ５２１をリセットし、この状態を保つも
のとなっている。

以上の状態において、検出完了パルスＯＫが与、ｔられ
ると、ＦＦＣ５２３がリセットされ、出力Ｑを“Ｌ”、
出力可を“Ｈ”とし、ＡＮＤゲート５１１をオンとする
ため、これにつぐ局部同期ノくルスｍが同ゲート５１１
を通過し、ｌＮ５１２を経てプリセラトノくルス面とし
て送出される一方、ＦＦＣ５２１はクリア状態が解除さ
れており、送出したブリセットノクルス“Ｆπ°が終了
し、ｌＮ５１２の出力が“）Ｉｌｌへ復するのに応じて
ＦＦＣ５２１がセットされ、上述と同様にＦＦＣ５２３
のセットを行ない、これによってＦＦＣ５２１がリセッ
トされ、待機状態となる。

したがって、プリセットパルス西は、４＊出完了パルス
ＯＫの与えられた後に、１パルスのみが送出され、再度
、検出完了パルスＯＫの与えられるまでは送出が行なわ
れない。

以上のとおり、ＴＡＧｌから送波される超音波を受波器
Ｓ、〜ｓ−２により直接受波し、距離および相対角度に
よる位置を測定するため、ＲＯＢ２側から超音波を送波
し、これのＴＡＧｌによる反射波を受波する場合に比し
、周囲条件の変化による雑音等の影響が軽減嘔れ、受渡
出力の信号対雑音比が向上し、測定状況が安定になると
共に、複数の受波器Ｓ、〜Ｌ２を用い、かつ、平均値を
ＭｔｒｆＳ的に用いているため、測定値が正確かつ高信
頼性となり、追縦制御の安全性が維持てれる。

たソし、受波器Ｓ２〜ｓ−８の数は条件に応じて定めれ
ばよく、各定数および時間の設定も同様であると共に、
ＲＯＢ２から超音波を送波し、ＴＡＧｌがこれを反射す
るものとしてもよく、各部の構成も状況にしたがった選
定が任意でらり、ロボットのみならず、自走運搬車等の
移動機能を有する各種の自動装置、あるいは、高信頼性
を要する各種用途の目標位置測定へ適用してもよい等、
種々の変形が自在である。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなとおり本発明によれば、ＴＡ
Ｇの位置測定が正確かつ高信頼性により行なわれ、自動
装置の追縦制御が安全となるほか、超音波による位置測
定を高信頼性として行なう各種の装置において顕著な効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示し、第１図は全構成のブロック
図、第２図は第１図における各部の波形を示すタイミン
グチャート、第３図はＴＡＧ側のブロック図、第４図は
ＴＡＧ側送液送波器付状況を示す図、第５図は第４図の
送波器と共に用いる本体の外観を示す図、第６図は演算
状況のフローチャート、第７図および第８図は個別距離
および個別角度を求める原理図、第９図乃至第１１図は
正当性チェックの原理図、第１２図はＣＰＧのブロック
図、第１３図はＴＲＧのブロック図、第１４図は第１３
図における各部の波形を示すタイミングチャート、第１
５図はＰＤＴおよびＣＤＴのブロック図、第１６図は第
１５図における各部の波形を示すタイミングチャート、
８１７図はＧＡＴのブロック図である。 １・・・・ＴＡＧ　（目標体）、１＆　・・・・送波器
、１ｂ　　・・・・投光器、２・・・・ＲＯＢ　（ロボ
ット）、３・・・・ＲＸ　（受信部）、４・・・・ＣＰ
Ｇ　（クロックパルス発生器）、５・・・・受元器、６
−・−・ＣＵＴ（カウンタ群）、７・・・・ｇ（演算部
）、８・・・・α直制御部）、−〜Ｌ、　、Ｒｉ　、Ｒ
ｊ　　・・・・対向距離、Ｒｉｊ・・・・側刃１１距離
、θ１ｊ・・・・個別角度、Ｓ、〜８−２・・・・受波
器。 特許出願人　　山弐ノ・ネウエル株式会社代理人　山川
数置（ｔ／ピλ２名） 第２図 第４＠ （Ａ）　　　　　　　　　　　ＣＢ） 第５図 （Ａ） 第６図 第７＠　　　。 會 第９図 に−０ 第１０図　　　　　　　　　第１１図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目標体から一定周期により送波されるパルス状の超音波
   を各個に受波する同一線上へ配された複数の受波器と、
   該各受波器の各受波出力に基づき前記一定周期と同期し
   て前記超音波の送波から受波までの時間差を示す時間差
   パルスを前記各受波器と対応して送出する受信部と、前
   記時間差パルスにより示される各対向距離中のいずれか
   １対づゝの組み合せに応じて前記目標体との個別距離を
   求めかつ該各個別距離を平均して前記目標体との距離を
   求めると共に前記いずれか１対づゝの各対向距離および
   これに基づく個別距離に応じて前記目標体との個別角度
   を求めかつ該各個別角度を平均して前記目標体との相対
   角度を求めこれらの相対距離および相対角度により前記
   目標体の相対位置を求める演算部とを備えたことを特徴
   とする超音波目標位置測定装置。