JPS62161072A - 障害物検出センサ - 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〕 この発明は、超音波アレイを用いて移動口？ットの進路
に存在する障害物を検出するための障害物検出センサに
関する。

〔従来の技術〕

従来の超音波アレイを用いた障害物検出センサは、超音
波アレイとして送信と受信を兼用し、第８図のような回
路により実現されていた。すなわち、この第８図におい
て、ホストコンピュータ２４は超音波をどの方向に送波
するかを位相計算回路２３に送ると、そこで超音波アレ
イ２０１を構成するｎ個の振動子に加える送信信号の位
相すなわち時間遅れを決定する。その決定に基づきタイ
ミング回路２２１〜２２ｎに各各の時間遅れを設定する
。

さて、ホストコンピュータ２４からスタート信号ＳＴが
発せられると、各々のタイミング回路２２１〜２２ｎは
、設定された時間遅れだけ待機した後、励振回路２１１
〜２１ｎにトリが信号を送る。そこで励振信号が生成さ
れ、超音波アレイ２０１からホストコンピュータ２４で
決定された方向に向って超音波が発せられる。

一方、障害物（図示していない）で反射された超音波は
再び超音波アレイ２０１で受信され、増幅回路２５１〜
２５ｎで増幅後、Ａ／Ｄ変換回路３１１〜３１ｎに入る
。ここで受信信号はある時間Δを毎にサンプリングされ
、振幅に応じたデジタル信号に変換され、順次メモリ回
路２６１〜２６ｎに格納される。

ここでは、送信時に設定された時間遅れに対応して同じ
時間遅れだけ位相計算回路２７で決定されたその量だけ
メモリ回路２６１〜２６ｎで各々遅延される。

また、それぞれ遅延を受けた信号は加算器２８で加算さ
れ、その加算信号があるしきい値を超えたときに「ｌ」
となる２値化回路２９ｆ：通じ、時間測定回路３０に入
る。

ここでは、ホストコンピュータ２４からスタート信号Ｓ
Ｔを発してから２値化信号ＥＮＤを受けるまでの時間測
定をすることにより、障害物までの距離が求められ、そ
れをホストコンピュータ２４に送ることにより、送波方
向θとその距離とから障害物の位置を検出できる。同じ
要領で任意の方向θに超音波ビームを走査していく。

一般に、超音波アレイ２０１で超音波ビームを形成させ
た場合、第９図のように意図した方向（方位θ　）に対
し、ビーム４ノが発せられるが、サイドロープとして４
２も生じ、それが方向４４にも発せられる、 したがって、第１０図のように障害物４５や４７があれ
ば、そこで超音波が反射され、超音波アレイ２０ノの受
信指向性（この場合、送信時と同じ特性を持ち、メイン
ロープ４１とサイドロープ４２がある）に応じて反射波
４６や４８を受信する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、メインロープに対するサイドロープの感度の比
をｋとすると、受信された信号の振幅比はに２となり、
２値化回路２９のしきい値を適当な値にすることにより
、サイドロープ４２側の信号を除去できる。したがって
、所望の方位θ方向だけの障害物の検出が可能である。

但し、第１１図のようにサイドロープ４２側に存在する
障害物４７が障害物４５に比べて十分近い所に存在する
場合は、超音波の伝搬による減衰が少ないために２の比
の効果が少なくなり、２値化回路で識別不可能になる場
合もある欠点がある。

先に述べたように、従来の障害物検出センサは回路構成
としてｎ個の超音波振動子からなる超音波アレイ２０１
を用いる場合、タイミング回路、励損回路、増幅回路、
Ａ／Ｄ回路、メモリ回路としてｎ組用意しなければなら
ず、規模が大きくなる。

また、各受信信号を加算後２値化すると、先に説明した
ように、サイドローブ側の所望しない方向に存在する障
害物を誤って所望するメインローブ側（方位θ）に存在
すると判定してしまう可能性がある。

この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
もので、受信信号処理回路を大幅に簡易化できるととも
に、サイドローブの影響による障害物の誤検出をなくす
ることができる障害物検出センサラ折供することを目的
とする、〔問題点を解決するための手段〕 この発明の障害物検出センサは、送信用の超音波アレイ
と、送信号とは別に設けられた２個の受信用の振動子と
、この振動子の受信信号に対して反射波の先着順を判別
してメインロープ側の反射波とサイドロープ側の反射波
と全識別する回路とを設けたものである。

〔作用〕

この発明は、２個の受信用の振動子で反射波を受信し、
この反射波の受信信号の先着順を判別し、その判別の結
果からメインローブ側の反射波とサイドローブ側の反射
波とを識別して、サイドローブ側からの反射信号により
誤って障害物の方向をメインローブ側にあると判断する
ことをなくするように作用する。

〔実施例〕

以下、この発明の障害物検出センサの実施例について図
面に基づき説明する。第１図はその一実施例の構成を示
すブロック図である。この第１図において、第７図と同
一部分は重複を避けるために、同一符号を付するにとど
め、第７図とは異なる部分を主体に述べる。

この第１図を第７図と比較しても明らかなように、第１
図では、送信用の超音波アレイ２０に関する回路、すな
わち、符号２１１〜２１ｎ、２２１〜２２ｎ、２３．２
４で示す部分は第７図と同様である。

送信用の超音波アレイ２０は第３図に示すように配置さ
れており、送信用アレイ２０として従来と同じｎ個のア
レイ２０１〜２０ｎを用いるものとし、受信用として２
個の振動子１，２を並べて、第４図に示すように受信用
アレイ５０としている。送信用アレイ２０のピッチＤＴ
や受信用の振動子１，２のピッチＤＢはアレイの指向特
性（第８図のようなメインロープとサイドロープの関係
）に影響を与えるが、ここではそれらは特に問題にしな
い。

受信用アレイ５０の振動子１で受波した反射波の信号は
増幅回路３を経て検波２値化回路５に導入されるように
なっている。この検波２値化回路５の出力は先着判別回
路７に送出するようにしている。

同様にして、振動子２で受波した反射波の信号は増幅回
路４で増幅された後、検波２値化回路６に入力され、検
波２値化回路６の出力は先着判別回路７に入力するよう
にしている。

先着判別回路７はホストコンピュータ２４が決定した方
位θの値に対して、先着の判別を行って、その出力（ス
トップ信号）をカウンタ８に送出するようにしている。

カウンタ８には、スタート信号ＳＴ　１が入力されるよ
うになっており、そのスタート信号ＳＴＩにより、クロ
ック発振器９からのクロック信号をカウントして、出力
を距離計算回路１０に送出するようになっている。距離
計算回路１０の出力はホストコンピュータ２４に送出す
るようになっている。

次に、この発明の障害物検出センサの動作について説明
する。送信用アレイ２０により所望の方位θに超音波を
発すると、第５図のように、サイドロープの方向（爾の
方向）にも超音波が発することは前に述べた通りである
。

障害物４５や４７で超音波が反射し、受信用アレイの振
動子１と２に入ると、第１図および第２図に示す信号Ｓ
Ａ　、　ＳＢが生じる。この信号ＳＡ　、　ＳＢはそれ
ぞれ増幅回路３，４で増幅後包路線検波としきい値で２
値化する検波、２値化回路５．６全通して第２図に示す
ように信号Ｓ八１゜ＳＢ１となる。

この信号ＳＡ　Ｚ　、　ＳＢ　１は先着判別回路７に送
られる。先着判別回路７はあらかじめホストコンピュー
タ２４が決定した方位θ（第５図）の値に対して次の判
別を行う（次の第１表参照）。

（１）　　第５図のθ〉θＴ（同右半分の方位）のとき
、右側の振動子２側の信号ＳＢ１が左側の振動子１側の
信号ＳＡ　１に比べて先着した場合、カウンタ停止信号
５ＴＯＰを発生してカウンタ８に送出する。

（２）　　第５図のθく−０丁（同左半分の方位）のと
き、左側の振動子１側の信号ＳＡ　１が右側の振動子２
側の信号ＳＢＩに比べて先着した場合、カウンタ停止信
号５ＴＯＰ　’ｉ発生する。

（３）（θ１≦θτ（図の０６付近の方向）のとき、左
右の振動子１，２の信号ＳＡ　１　、　ＳＢ　１がある
しきい値Ｔ、以下の時間差で到着したとき、カウンタ停
止信号５ＴＯＰを発生する。

たとえば、第５図に示す場合、設定方位θ〉θアであシ
、障害物４５と４７で反射された超音波によりｗｃ２図
のような受信信号ＳＡＪ、ＳＢ２となるが、時間ｔｌ、
ｔ２の信号ＳＡ７．ＳＢＪは上の条件（１）を満足せず
無視される。

次に、時間ｔ３．ｔ４に受信信号ＳＢ　１　、８Ａ１が
入ってくるが、このときは（１）の条件を満足するので
、カウンタ停止信号５ＴＯＰを先着判別回路７から発す
る。

一方、カウンタ８はスタート信号ＳＴ　Ｊの入力された
時点から周期τのクロック発振器９のクロック信号を計
数し、カウンタ停止信号５ＴＯＰで計数を停止する。ス
タート信号ＳＴ　１は送信用超音波アレイの中心にある
振動子が超音波を発射した時に出すものとし、カウンタ
８は反射波が受信用の振動子１，２に入り、条件（１）
〜（３）のいずれかを満足した時点まで計数し、その値
Ｎを距離計数回路１０に送る。このＮ×Δｔは第２図、
第５図の例では超音波がＯ→Ｐ→Ａと伝搬してきた時間
Ｔとなる。

超音波の伝搬速度υは既知であるから、その時間Ｔから
第６図の幾何学的考察かられかるように、障害物４５ま
での距離ＯＰが求められる。

すなわち、０Ｐ））ＯＡと仮足すると、１０ＲＡ＝９０
’、’、ｏｐ中（υ・Ｔ−ＡＲ）／２ Ｒ ＝　（Ｍ　−Ｔ　−−ｓ　１ｎθ）／２この計算を距離
計算回路１０で行い、その結果をホストコンビーータ２
４に送る。

この発明では、θ〉θ７で送信時、第７図のような信号
が入ってきた場合、すなわち、第２図のｔｌ、ｔ２の信
号の組とｔ３．ｔ４の信号の組が互いに重なって入って
くるような場合、次のような動作をする。

このときの判定は第７図では、カウンタ停止信号５ＴＯ
Ｐは本来ｔ４で生じなげればならないが、ｔｌで生じて
しまう。しかし、この時間の誤差は比較的小さく、また
、設定した方位θに対して何も存在しないのにもかかわ
らず、サイドローブの方向にある障害物を誤ってθ方向
に存在すると判定することは決してあり得ないので、特
に問題はない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の障害物検出センサによれば、
送信用超音波アレイとは別個に２個の振動子による受信
用アレイを設げ、この２個の振動子で障害物からの反射
波を受波し、その受信信号を検波・２値化回路で２値化
した後、先着順を判別してメインローブ側とサブローブ
側の反射波を識別するようにしたので、受信信号処理回
路を大幅に簡易化することができる。

また、２個の受信用の振動子で生じる受信信号を独立に
処理し、その到着時間全判別することによりサイドロー
ブの影響による障害物の誤検出をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の障害物検出センサの一実施例の構成
を示すブロック図、第２図は同上障害物検出センサの動
作を説明するための各部の信号波形図、第３図は同上障
害物検出センサにおける送信用の超音波アレイと受信用
の振動子との配置関係を示す図、第４図は同上送信用の
超音波アレイと受信用の振動子の斜視図、第５図および
第６図はそれぞれ同上障害物検出センサの動作を説明す
るための図、第７図は二つの受信信号が重なって入って
きた場合の第１図における各部の信号波形図、第８図は
従来の障害物検出センサのブロック図、第９図ないし第
１１図は第８図の障害物検出センサの動作を説明するた
めの図である。 １．２・・・受信用の振動子、５，６・・・検波・２値
化回路、７・・・先着判別回路、８・・・カウンタ、９
・・・クロック発振器、１０・・・距離計数回路、２０
・・・送信用超音波アレイ、２１〜２１ｎ・・・励損回
路、２２１〜２２ｎ・・・タイミング回路、２３・・・
位相計数回路、２４・・・ホストコンピュータ。 出願人復代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の振動子により構成された送信用の超音波アレイ
   と、ホストコンピュータからの超音波送波方向指示に基
   づきそれぞれ所定の遅延時間と位相差をもって障害物に
   向って上記各振動子から超音波を発生させる回路と、２
   個の振動子で構成され上記超音波の障害物から反射波を
   受波する受信用アレイと、この受信用アレイの２個の振
   動子で受波された受信信号から上記反射波の先着順を判
   別する回路と、上記超音波の発生と同時に計数して上記
   回路で先着順を判別した時点までの計数を行って上記超
   音波アレイから障害物までの距離を算出する回路とを具
   備する障害物検出センサ。