WO2016047201A1 - 障害物判定装置および障害物判定方法 - Google Patents

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WO2016047201A1
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obstacle
distance measuring
acceleration
obstacle determination
measuring device
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正三 森谷
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シャープ株式会社
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems

Definitions

  • the present invention relates to an obstacle determination device and an obstacle determination method, and more particularly, to prevent erroneous detection of the ground as an obstacle when determining an obstacle using an optical distance measuring device.
  • the present invention relates to an obstacle determination device and an obstacle determination method.
  • An automatic traveling device has been developed that uses sensor information to determine its own behavior and act autonomously.
  • an optical distance measuring device ranging sensor
  • the device is used as a safety device for detecting and avoiding obstacles.
  • Patent Document 1 discloses an obstacle on a road surface on which the moving body travels even if the depth sensor fluctuates and the depression angle fluctuates during traveling of the moving body
  • An obstacle detection device for detecting an object includes a depth sensor, a depression angle estimation unit that estimates a depression angle ⁇ of the depth sensor based on a distance image acquired by the depth sensor, a depression angle ⁇ , a height h of the depth sensor, and a distance r of the distance image.
  • a detecting unit for detecting an obstacle present on the road surface includes a depth sensor, a depression angle estimation unit that estimates a depression angle ⁇ of the depth sensor based on a distance image acquired by the depth sensor, a depression angle ⁇ , a height h of the depth sensor, and a distance r of the distance image.
  • Patent Document 2 discloses a mobile robot control method for performing laser sensing over a wide range in the height direction using a laser range sensor having only a two-dimensional detection capability.
  • the vehicle body of the mobile robot is provided with a laser range sensor provided to emit a laser in a substantially horizontal direction from the vehicle body in the inverted control state.
  • the mobile robot control method includes a step of changing the tilt angle of the vehicle body, a step of detecting the tilt angle of the vehicle body, a step of sampling a detection value by the laser range sensor, a laser emission angle, and a sensor value of the laser range sensor. And a merge process so as to associate them with each other.
  • the distance to the object can be measured by the distance measuring device, but it is detected when the ground is included in the measurement range of the distance measuring device.
  • the obstacle that should be detected cannot be detected separately from the ground.
  • the relative angle between the distance measuring device and the ground fluctuates, making it difficult to distinguish and detect the obstacle and the ground.
  • Patent Document 1 estimates the relative angle between the ground and the sensor by data processing, so that an obstacle on the road surface can be detected even if the depression angle at which the depth sensor sways during the movement of the moving body fluctuates. .
  • the invention of Patent Document 2 requires a mechanism for changing the angle of the vehicle body of the mobile robot, and the configuration is complicated. By a complicated algorithm, the obstacle is determined from the inclination angle of the vehicle body and the detection value by the laser range sensor. Need to be detected.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is an obstacle determination device that can distinguish and detect a ground and an obstacle with a simple algorithm without requiring a complicated configuration and algorithm. It is another object of the present invention to provide an obstacle determination method.
  • the first technical means of the present invention is based on a distance measuring device that measures a distance to an object, and a measurement result of the distance to the object detected by the distance measuring device.
  • An obstacle determination device having an obstacle determination unit that determines that there is an obstacle within the measurement range of the distance measuring device, the acceleration sensor detecting downward acceleration of the obstacle determination device,
  • a data removal unit that removes at least a part of the measurement result by the distance measuring device while the acceleration detected by the acceleration sensor is equal to or greater than a predetermined threshold; The obstacle determination unit determines an obstacle using the measurement result after being removed by the data removal unit.
  • the data removal unit performs the measurement while the acceleration greater than the threshold is measured. All of the measurement results obtained by the distance device are removed.
  • the data removing unit is A reference axis that passes through the center of the measuring range of the distance measuring device and coincides with the horizontal axis within the measuring range when the obstacle determination device is placed on a horizontal installation surface is detected in advance and detected by the acceleration sensor.
  • the measured acceleration is equal to or greater than the predetermined threshold
  • a displacement angle in the downward direction of the reference axis with respect to the horizontal axis is calculated from the acceleration detected by the acceleration sensor, and the acceleration equal to or greater than the threshold is detected. Removing the measurement result of the area below the reference axis from the measurement result of the distance measuring apparatus, and removing the measurement result of the area displaced by the displacement angle upward from the reference axis. It is obtained by the butterfly.
  • the data removing unit when a direction orthogonal to gravity is a horizontal direction and an axis extending in a horizontal direction forward from the distance measuring device is a horizontal axis, the data removing unit is When the obstacle determination device is installed on a horizontal installation surface through the center of the measurement range of the distance measuring device, a reference axis that coincides with the horizontal axis in the measurement range is stored in advance and placed on the horizontal plane.
  • the acceleration detected by the acceleration sensor is equal to or greater than a predetermined threshold, and the horizontal axis
  • the measurement result by the distance measuring device while the acceleration equal to or greater than the threshold is detected is below the previously stored reference axis.
  • Area measurement results It is characterized by removing.
  • the data removing unit when the direction orthogonal to gravity is the horizontal direction and the axis extending in the horizontal direction forward from the distance measuring device is the horizontal axis, the data removing unit is When the obstacle determination device is placed on a horizontal installation surface through the center of the measurement range of the distance measuring device, a reference axis that coincides with the horizontal axis in the measurement range is stored in advance and placed on the horizontal plane.
  • the acceleration sensor detects if the acceleration detected by the acceleration sensor is equal to or greater than a predetermined threshold.
  • a downward displacement angle ⁇ of the reference axis with respect to the horizontal axis and an angle ⁇ displacement angle ⁇ angle ⁇ ( ⁇ > 0) are calculated, and the angle ⁇ is lowered downward from the reference axis.
  • a sixth technical means includes a driving unit that causes the obstacle determination device to travel, a drive control unit that controls driving of the driving unit, and the obstacle determination unit according to any one of the first to fifth technical means. And a main body operation control unit that controls the precursor drive control unit so as to perform an operation of avoiding the determined obstacle based on the determination result of the above.
  • the seventh technical means is an obstacle determination method for determining that there is an obstacle within the measurement range of the distance measuring device based on the measurement result of the distance measuring device that measures the distance to the object,
  • an acceleration sensor detects the downward acceleration of the obstacle determination device including the distance measuring device and the acceleration detected by the acceleration sensor is equal to or greater than a predetermined threshold, while the acceleration equal to or greater than the threshold is measured
  • at least a part of a measurement result obtained by the distance measuring sensor is removed, and an obstacle is determined using the measurement result after the removal.
  • an obstacle determination device and an obstacle determination method that can distinguish and detect the ground and an obstacle with a simple algorithm without requiring a complicated configuration and algorithm.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structural example of the obstruction determination apparatus by this invention. It is a figure which shows the example of an external appearance structure of an obstruction determination apparatus. It is a figure explaining the example of a distance measurement by the ranging device of an obstacle judging device. It is a figure for demonstrating the state from which the measurement range of a distance measuring device changes with the unevenness
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an obstacle determination apparatus according to the present invention.
  • the obstacle determination device of this example is configured as an automatic travel device that automatically travels while avoiding an obstacle while detecting the obstacle.
  • the obstacle determination device 1 has a main body 3 and an optical distance measuring device 2 attached to the main body 3.
  • the distance measuring device 2 measures the distance to the object using an optical measurement mechanism.
  • the optical distance measuring device 2 modulates the measurement light output from the laser light source, irradiates the object through the optical window, and detects the reflected light from the object through the optical window by the light receiving element to measure the distance.
  • An AM (Amplitude Modify) method and a TOF (Time of Flight) method have been put to practical use as measurement light modulation methods.
  • the measurement light that has been AM-modulated with a sine wave and its reflected light are photoelectrically converted, a phase difference between these signals is calculated, and a distance is calculated from the phase difference.
  • the TOF method is a method in which a measurement light modulated in a pulse shape and its reflected light are photoelectrically converted, and a distance is calculated from a delay time between these signals. Any of the above-described methods can be applied to the distance measuring apparatus of the present embodiment.
  • the distance measuring apparatus 2 measures the distance to the object 11 within a certain measurement range by scanning the measurement light two-dimensionally in the vertical and horizontal directions and receiving the reflected light.
  • the light emitting unit emits light such as infrared light without scanning light
  • the light receiving element is a two-dimensional light receiving sensor (for example, a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)).
  • a two-dimensional light receiving sensor for example, a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)
  • the distance measuring device of FIG. 1 drives and scans a light emitting unit 22 that outputs measurement light, a light receiving unit 25 that receives reflected light of the measurement light emitted from the light emitting unit 22, and an optical path of the emitted measurement light.
  • An optical mechanism unit 23 having an optical path adjusting means such as a mirror for guiding reflected light to the light receiving unit 25, an optical window 26 through which the measurement light emitted from the light emitting unit 22 and the reflected light pass, and the light emitting unit 22
  • the measurement target 11 is based on a drive control unit 21 that performs light emission drive and drive control of the optical path adjustment means of the optical mechanism unit 23, an output signal photoelectrically converted by the light receiving unit 25, and optical path drive information from the drive control unit 21.
  • a distance calculation unit 24 that outputs a distance information measurement result.
  • the distance measurement result output from the distance calculation unit 24 is input to the data removal unit 32 of the distance information calculation unit 31 of the main body unit 3.
  • the main body 3 is provided with an acceleration sensor 34 and detects at least an acceleration in the downward direction of the main body 3.
  • the acceleration sensor 34 a known measurement type acceleration sensor such as a mechanical displacement measurement method, a method using vibration, an optical method, and a semiconductor method can be appropriately employed.
  • the data removal unit 32 removes at least a part of the measurement result by the distance measuring device 2 while the acceleration equal to or greater than the threshold is measured. That is, when the obstacle determination device 1 receives an impact or the like and an acceleration of a predetermined level or more occurs in the downward direction, at least a part of the distance measurement result output from the distance calculation unit 24 is removed, and the obstacle in the subsequent stage Do not use for object judgment. When the acceleration in the downward direction is large, the ground that should not be determined as an obstacle may be measured. Therefore, it is removed so that the measurement result of the distance at this time is not used. Specific data processing examples of the data removal unit 32 will be described in detail in the following embodiments.
  • the obstacle determination unit 33 inputs the distance measurement result output from the data removal unit 32 and determines that there is an obstacle within the measurement range of the distance measuring device 2. For example, when it is determined that there is an object within a predetermined distance range from the obstacle determination device 1, the object is determined as an obstacle.
  • the main body unit 3 is provided with a drive unit 37 that causes the obstacle determination device 1 to travel.
  • the drive unit 37 includes, for example, a plurality of wheels and a motor for rotating the wheels.
  • the drive control unit 36 controls the drive of the drive unit 37 according to the control of the main body operation control unit 35. Further, the main body operation control unit 35 controls the drive control unit 36 so as to perform an operation for avoiding the obstacle based on the determination result by the obstacle determination unit 33.
  • the information is output to the main body operation control unit 35, and the main body operation control unit 35, for example, a traveling obstacle so as to avoid the obstacle. Control is performed such that the traveling direction of the determination apparatus 1 is changed or stopped before an obstacle. Based on this control, the drive control unit 36 can control the drive unit 37 to perform operations such as changing or stopping the traveling direction.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an external configuration example of the obstacle determination device.
  • the obstacle determination device can be configured as an automatic traveling device that automatically travels while avoiding obstacles.
  • the obstacle determination device 1 includes a main body 3 and a distance measuring device 2 attached to the upper portion of the main body 3.
  • Four wheels 4 are attached as a drive unit of the main body 3 to enable automatic traveling.
  • An acceleration sensor 34 is provided inside the main body 3 and measures acceleration generated in the obstacle determination device 1 that automatically travels.
  • the obstacle determination device 1 determines an obstacle based on the output of the acceleration sensor 34, the operation of the wheel 4 is controlled so as to avoid the obstacle.
  • an embodiment will be described in which an obstacle is detected by appropriately removing the measurement result of the distance measuring device by the obstacle determination device having the above-described configuration.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of distance measurement by the distance measuring device of the obstacle determination device
  • FIG. 3 (A) is a diagram for explaining the state of the obstacle and the ground existing in the measurement range of the distance measuring device
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a distance measurement result in the distance measuring apparatus in the state of FIG.
  • the distance measuring device 2 performs distance measurement by scanning measurement light in the horizontal direction (X-axis) and the vertical direction (Y-axis).
  • the measurement range R has a vertical and horizontal fan shape centered on the optical mechanism 23 of the distance measuring device 2.
  • FIG. 3A shows the measurement range R in the vertical direction.
  • a normal measurement limit distance is set, and it is impossible to accurately measure the distance of an object at a position farther than the measurement limit distance.
  • the distance measuring device 2 stores the position of the reference axis Z that is orthogonal to the X axis and the Y axis and passes through the center of the measurement range of the distance measuring device 2.
  • the reference axis Z places the obstacle determination device 1 on the horizontal ground (installation surface) 12. Sometimes coincides with the horizontal axis. It is assumed that the distance measuring device 2 can measure the distance of the measurement range R in six steps from 1 to 6, and can measure the measurement range in seven steps every 10 ° C. from ⁇ 30 to 30 °.
  • the distance closest to the distance measuring device 2 is “1”, the distance increases sequentially as the distance increases, and the distance farthest is “6”.
  • the position that coincides with the reference axis Z is set to an angle “0 °”, the angle increases from “10 °” to “30 °” in order downward, and conversely, from “ ⁇ 10 °” to The angle decreases to “-30 °”.
  • measurement is performed in seven stages from “ ⁇ 10 °” to “30 °” in the horizontal direction.
  • the distance measurement and angle measurement resolution (measurement accuracy) of the actual distance measuring device 10 is sufficiently higher than this, but here, for simplicity, the distance measurement and the angle measurement will be simplified as described above. The same applies to the following embodiments.
  • the distance measuring apparatus measures the distance to the ground 12.
  • the distance is also measured for the obstacle 13.
  • the distance measurement result in the state of FIG. 3A is as shown in FIG. FIG. 3B shows the measurement results of the distance to the object at each of the seven positions (-30 to 30 degrees) in the horizontal direction and the seven stages (-30 to 30 degrees) in the vertical direction.
  • the measurement result is one of the distance data of 1 to 6, or infinity (“ ⁇ ”). Infinite indicates that there is no measurement object such as the obstacle 13 within the measurement limit distance of the distance measuring device 2.
  • the distance “4” is measured at all the measurement positions in the horizontal direction at the position of 30 ° in the vertical direction, and the horizontal direction at the position of 20 ° in the vertical direction.
  • the distance “6” is measured at all positions except the angle ⁇ 10 °. These are all measured based on the reflected light reflected by the ground 12.
  • the distance of the obstacle 13 is measured at a horizontal angle of ⁇ 10 ° C. and at a vertical position of ⁇ 10 to 20 °. The measurement result at this time is “4” or “5” depending on the angle.
  • the obstacle determination device 1 determines that there is an obstacle at the position from the measurement result of the ground 12, and Unnecessary obstacle avoidance operations such as change and travel stop will be performed.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a state where the measurement range of the distance measuring device varies due to road surface unevenness or the like.
  • the road surface on which the obstacle determination device 1 travels is in a horizontal state
  • the measurement range R of the distance measuring device 2 is in a predetermined range in front of the obstacle determination device 1
  • its reference axis Z Corresponds to the horizontal axis H.
  • the distance to the ground 12 is measured at vertical angles of 20 ° and 30 °. If there is an obstacle 13, the distance to the obstacle 13 is measured. Since this state is a normal state, a threshold value is provided at a measurement position corresponding to the ground surface during normal driving so that the ground surface 12 is not measured. Ignore the measurement results. For example, when the measurement result of the distance of the region G in FIG. 4A is obtained at an angular position where the region G should exist, the measurement result is regarded as the ground and ignored.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a state in which the obstacle determination device rides on the convex portion of the ground.
  • the reference axis Z of the distance measuring device 2 is the horizontal axis H.
  • the measurement range R is also directed upward from the normal time. In this case, the measurement result of the distance measuring device 2 can determine an obstacle in the measurement range R because the measurement result of a distance shorter than the ground region G is not measured unless there is another obstacle. .
  • FIG. 4 (C) is a diagram illustrating a state immediately after the obstacle determination device gets over the convex portion.
  • the obstacle determination device 1 rides on the convex portion 14 of the ground 12 and gets over the top, the obstacle determination device 1 tilts forward, and the reference axis Z of the distance measuring device 2 is below the horizontal axis H. Facing.
  • the ground 12 is also present in the area D within the measurement range of the distance measuring device 2, a measurement result at a distance closer to the measurement result detected from the original area G is measured.
  • the region D is erroneously determined as an obstacle, and an operation for avoiding the obstacle is performed.
  • the obstacle determination device enters the recess 15 of the ground 12. Also in this case, the obstacle determination device 1 tilts forward, the reference axis Z of the distance measuring device 2 faces downward with respect to the horizontal axis H, and a measurement result at a distance closer to the measurement result detected by the original region G is obtained. It is measured and misjudged.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the measurement result removal processing according to the first embodiment of the present invention.
  • the vertical axis indicates an output indicating the acceleration a [m / s 2 ] in the downward direction of the acceleration sensor, and the horizontal direction indicates the output. It shows time t [s].
  • the data removal unit 32 of the obstacle determination device 1 performs distance measurement while acceleration exceeding the threshold is measured when the downward acceleration detected by the acceleration sensor 34 is greater than or equal to a predetermined threshold. All the measurement results by the apparatus 2 are removed.
  • the obstacle determination device 1 gets over the convex portion or enters the concave portion and the reference axis Z of the distance measuring device 2 faces downward with respect to the horizontal axis H, the acceleration in the downward direction increases. Accordingly, when downward acceleration equal to or greater than a predetermined threshold is detected, the distance measurement result output from the distance measuring device 2 is removed while the acceleration equal to or greater than the threshold is detected, and the obstacle is determined. Don't use it.
  • a threshold Th for acceleration in the downward direction is set in advance.
  • a negative acceleration upward acceleration
  • a large acceleration is measured in the downward direction (S2).
  • S3 the distance measurement result during the period in which the acceleration equal to or greater than the threshold Th is detected is removed from the measurement result used for the obstacle determination.
  • the reference axis Z of the distance measuring device 2 faces downward and the ground 12 is measured, so that erroneous determination as an obstacle can be avoided. If the acceleration that is equal to or greater than the threshold value is smaller than the threshold value, the obstacle determination process is immediately resumed, so that it is possible to prevent erroneous determination while reducing the risk of contact with the obstacle.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of obstacle determination when the obstacle determination device is tilted forward.
  • the obstacle determination device 1 is tilted forward due to the unevenness of the ground 12, and the reference axis Z set in the distance measuring device 2 is tilted downward with respect to the horizontal axis H.
  • FIG. 6B is a diagram showing a detection result of the distance measuring device in the state of FIG. As shown here, the distance between the obstacle 13 and the ground 12 is measured without distinction in the measurement result of the distance measuring device 2.
  • the distance measurement result output from the distance measuring device 2 is removed while the acceleration equal to or higher than the threshold is detected. It was not used for judging obstacles.
  • the second embodiment when the downward acceleration equal to or greater than the predetermined threshold is measured, the measurement result of the distance in the region below the horizontal axis H is removed, and the obstacle is determined. Don't use it.
  • the data removal unit 32 stores in advance a reference axis Z that coincides with the horizontal axis H within the measurement range when the obstacle determination device 1 is placed on the horizontal ground (installation surface) 12. .
  • the downward acceleration detected by the acceleration sensor 34 is equal to or greater than a predetermined threshold
  • the downward displacement angle ⁇ of the reference axis Z with respect to the horizontal axis H is calculated from the acceleration detected by the acceleration sensor 34.
  • the downward displacement angle ⁇ and the reference axis Z are calculated.
  • the data removal unit 32 removes the measurement result of the region below the reference axis Z from the measurement result by the distance measuring device 2 while the acceleration equal to or higher than the threshold is detected, and further upwards from the reference axis Z.
  • the measurement result of the region displaced by the calculated displacement angle ⁇ is removed. That is, while the acceleration equal to or greater than the threshold is being measured, the obstacle determination is performed without using the measurement result in the region below the position regarded as the horizontal axis H.
  • the displacement angle ⁇ in the Y direction of the reference axis Z with respect to the horizontal axis H is 10 °
  • the obstacle detection can be performed by removing the measurement result of the angle of 10 ° to 30 ° detecting the ground 12.
  • the measurement result below the horizontal axis is not used, so that the ground is used as an obstacle. It is possible to prevent erroneous determination.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining another example of the obstacle determination when the obstacle determination device is tilted forward.
  • the obstacle determination device 1 is tilted forward due to road surface unevenness and the like, and the reference axis Z set in the distance measuring device 2 is tilted downward with respect to the horizontal axis H. .
  • the horizontal axis H position is calculated from the magnitude of the acceleration while the acceleration is detected, and an area above the horizontal axis H is calculated. Obstacles were determined using.
  • the third embodiment when an acceleration equal to or higher than the threshold is detected, the measurement result in the region below the reference axis Z is not used while the acceleration is detected.
  • the data removal unit 32 stores in advance a reference axis Z that coincides with the horizontal axis H within the measurement range when the obstacle determination device 1 is placed on the horizontal ground (installation surface) 12. Further, the maximum range in which the distance measuring device 2 of the obstacle determination device 1 placed on the horizontal ground 12 does not detect the ground 12 is indicated by an angle ⁇ with respect to the horizontal axis H.
  • the angle ⁇ is uniquely determined from the measurement limit distance l of the distance of the distance measuring device 2 and the height h from the ground 12 to the distance measuring device 2 (light emitting position of the distance measuring device).
  • the height h at this time is the height when the obstacle determination device 1 is placed on the horizontal ground 12.
  • the above measurement limit distance l is a value unique to the distance measuring device 2 and is a fixed value such as 10 m, for example. If this measurement limit distance is exceeded, the distance of the measurement object cannot be measured.
  • the data removal unit 32 moves the acceleration detected by the acceleration sensor 34 downward from the reference axis Z with respect to the horizontal axis H.
  • the displacement angle ⁇ is calculated.
  • the downward displacement angle ⁇ and the reference axis Z are calculated.
  • the obstacle determination apparatus 1 when the obstacle determination apparatus 1 is tilted forward and acceleration equal to or higher than the threshold value is generated, the measurement result of the region above the reference axis Z is used without using the measurement result of the region below the reference axis Z. Check the obstacles. At this time, if the displacement angle ⁇ is larger than the angle ⁇ , even if the measurement result of the region above the reference axis Z is used, the ground is measured in that region, and there is a possibility that erroneous determination is caused. is there.
  • the measurement result by the distance measuring device 2 while the acceleration equal to or greater than the threshold is detected is below the reference axis Z. Obstacle determination is performed by removing the measurement result of the area.
  • the displacement angle ⁇ in the Y direction of the reference axis Z with respect to the horizontal axis H is 10 °, and the angle ⁇ is 15 °.
  • the obstacle detection can be performed by removing the measurement result of the angle of 10 ° to 30 ° detecting the ground 12.
  • the displacement angle ⁇ of the reference axis Z is equal to or less than the angle ⁇ indicating the maximum range in which the ground 12 is not detected.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining still another example of the obstacle determination when the obstacle determination device is tilted forward.
  • the obstacle determination device 1 is tilted forward due to road surface unevenness and the like, and the reference axis Z set in the distance measuring device 2 is tilted downward with respect to the horizontal axis H. ing.
  • the reference axis Z Obstacles were determined by removing the measurement results in the lower area.
  • the angle ⁇ the displacement angle ⁇ the angle ⁇ ( ⁇ > 0) is calculated, and the region displaced from the reference axis Z by the angle ⁇ The obstacle is determined using the region above the reference axis Z. That is, when an acceleration equal to or greater than the threshold is detected, the measurement result of the distance to be used is extended to a range of the angle ⁇ ( ⁇ ) further lower than that of the third embodiment, and the obstacle is determined.
  • the data removal unit 32 stores in advance a reference axis Z that coincides with the horizontal axis H within the measurement range when the obstacle determination device 1 is placed on the horizontal ground (installation surface) 12. Further, the maximum range in which the distance measuring device 2 of the obstacle determination device 1 placed on the horizontal ground 12 does not detect the ground 12 is indicated by an angle ⁇ with respect to the horizontal axis H.
  • the angle ⁇ is calculated in the same manner as in the third embodiment.
  • the data removal unit 32 moves the acceleration detected by the acceleration sensor 34 downward from the reference axis Z with respect to the horizontal axis H.
  • the displacement angle ⁇ is calculated.
  • the downward displacement angle ⁇ and the reference axis Z are calculated.
  • displacement angle ⁇ displacement angle ⁇ angle ⁇ ( ⁇ > 0) is calculated. That is, when downward acceleration equal to or greater than the threshold is detected, it is determined whether there is an angle ⁇ of ( ⁇ > 0) below the reference axis Z displaced downward by the displacement angle ⁇ .
  • the displacement angle ⁇ in the Y direction of the reference axis Z with respect to the horizontal axis H is 10 °, and the angle ⁇ is 15 °.

Abstract

　本発明によれば、複雑な構成とアルゴリズムを必要とすることなく、単純なアルゴリズムで地面と障害物とを区別して検出できるようにする。障害物判定装置（１）は、対象物までの距離を計測する測距装置（２）と、測距装置（２）が検出した対象物までの距離の計測結果に基づいて、測距装置（２）の計測範囲内に障害物があることを判定する障害物判定部（３３）と、障害物判定装置（１）の下方向への加速度を検出する加速度センサ（３４）と、加速度センサ（３４）が検出した加速度が所定の閾値以上である場合、閾値以上の加速度が検出されている間の測距装置（２）による計測結果の少なくとも一部を除去するデータ除去部（３２）と、を有し、障害物判定部（３３）は、データ除去部（３２）により除去された後の計測結果を使用して、障害物を判定する。

Description

障害物判定装置および障害物判定方法
　本発明は、障害物判定装置および障害物判定方法に関し、より詳細には、光学式の測距装置を用いて障害物を判定する際に、地面を障害物として誤検知することを防ぐようにした障害物判定装置及び障害物判定方法に関する。
　センサ情報を利用して自己の動作を決定し、自律的に行動する自動走行装置が開発されている。例えば光学式の測距装置（測距センサ）は、測定範囲内に存在する物体との距離を計測することができ、１次元あるいは２次元の距離データマップを取得することができるため、自動走行装置が障害物を検知して回避するための安全装置として用いられている。
　自動走行装置のような移動体が障害物を検知するための構成に関して、例えば特許文献１には、移動体の走行時にデプスセンサが揺れて俯角が変動しても、移動体が走行する路面における障害物を検出するための障害物検出装置が開示されている。この障害物検出装置は、デプスセンサと、デプスセンサにより取得された距離画像に基づいて、デプスセンサの俯角αを推定する俯角推定部と、俯角αと、デプスセンサの高さｈと、距離画像の距離ｒとに基づいて、路面に存在する障害物を検出する検出部とを備えている。
　また、特許文献２には、二次元的な検出能力しかもたないレーザレンジセンサを用いて高さ方向にも広い範囲でレーザセンシングを行うための移動ロボットの制御方法が開示されている。移動ロボットの車体には、倒立制御状態にある車体から略水平方向にレーザを発射するように設けられたレーザレンジセンサが備えられる。移動ロボットの制御方法は、車体の傾斜角度を変更する工程と、車体の傾斜角度を検出する工程と、レーザレンジセンサによる検出値をサンプリングする工程と、レーザの発射角度とレーザレンジセンサのセンサ値とを関連づけるようにマージ処理する工程と、を有する。
特開２０１３－２５４４７４号公報 特開２０１０－２１８５０８号公報
　光学式の測距装置を利用して障害物を検出する構成では、測距装置によって物体との距離を計測することができるものの、測距装置による計測範囲内に地面が含まれる場合、検出すべき障害物と地面とを区別して検出することができない。障害物と地面とを区別して検出するためには、測距装置と地面との相対角度と計測距離とに基づいて、計測点が地面かどうかを判別する必要がある。しかしながら、この方法では、車体および測距装置に揺れが生じた場合に、測距装置と地面との相対角度が変動するため、障害物と地面を区別して検出するのは困難になる。
　地面と障害物とを区別して検出するための構成としては、例えば視野角内に地面が入らないように測距装置を設置することが考えられる。しかしながらこの場合、予め測距装置の縦揺れ幅を上回るマージンを付加して視野角を設定する必要がある。また、屋外で使用する用途等では大きな縦揺れが生じる場合があり、このような縦揺れを考慮して視野角を設定すると計測範囲が狭くなり、実用的ではない。
　また、測距装置の出力データに基づいてデータ処理を行い、障害物とは別のオブジェクトとして地面を正しく認識することが考えられるが、この場合、データ処理の負荷が大きくなる。また、衝撃による縦揺れをデータ処理により補正するためには、アルゴリズムがより複雑となり、更にデータ処理の負荷が大きくなる。負荷の大きいデータ処理を行うためには、高性能で高コストの処理系が必要となる。
　特許文献１の発明は、データ処理によって地面とセンサとの相対角度を推定することにより、移動体の走行時にデプスセンサが揺れた俯角が変動しても路面上の障害物を検出できるようにしている。しかしながら、地面とセンサとの相対角度を得るために、複雑なアルゴリズムに基づいて多量の演算処理を行う必要があり、高性能の処理装置が必要となる。
　また、特許文献２の発明は、移動ロボットの車体の角度を変更する機構が必要となって構成が複雑になり、複雑なアルゴリズムにより、車体の傾斜角度とレーザレンジセンサによる検出値とから障害物を検出する必要がある。
　本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、複雑な構成とアルゴリズムを必要とすることなく、単純なアルゴリズムで地面と障害物とを区別して検出できるようにした障害物判定装置および障害物判定方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、対象物までの距離を計測する測距装置と、該測距装置が検出した対象物までの距離の計測結果に基づいて、前記測距装置の計測範囲内に障害物があることを判定する障害物判定部を有する障害物判定装置であって、前記障害物判定装置の下方向への加速度を検出する加速度センサと、該加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、該閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果の少なくとも一部を除去するデータ除去部と、を有し、
前記障害物判定部は、前記データ除去部により除去された後の前記計測結果を使用して、障害物を判定すること、を特徴としたものである。
　第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記データ除去部が、前記加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、該閾値以上の加速度が計測されている間の前記測距装置による計測結果の全てを除去することを特徴としたものである。
　第３の技術手段は、第１の技術手段において、重力に直交する方向を水平方向とし、前記測距装置から前方に水平方向に延びる軸を水平軸とするとき、前記データ除去部は、前記測距装置の計測範囲の中心を通り、前記障害物判定装置が水平な設置面に置かれたときに前記計測範囲内で前記水平軸に一致する基準軸を予め記憶し、前記加速度センサにより検出した加速度が前記所定の閾値以上である場合、前記加速度センサが検出した加速度から、前記水平軸に対する前記基準軸の下方向への変位角度を算出し、前記閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果のうち、前記基準軸より下側の領域の計測結果を除去するとともに、前記基準軸から上方に前記変位角度だけ変位した領域の計測結果を除去する、ことを特徴としたものである。
　第４の技術手段は、第１の技術手段において、重力に直交する方向を水平方向とし、前記測距装置から前方に水平方向に延びる軸を水平軸とするとき、前記データ除去部は、前記測距装置の計測範囲の中心を通り、前記障害物判定装置が水平な設置面に設置かれたときに前記計測範囲内で前記水平軸に一致する基準軸を予め記憶し、前記水平面に置かれた前記障害物判定装置の前記測距装置が前記設置面を検知しない最大範囲を前記水平軸に対する角度γで示すとき、前記加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上であって、前記水平軸に対する前記基準軸の変位角度が、前記角度γ以下であるときに、該閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果のうち、前記予め記憶した基準軸より下側の領域の計測結果を除去することを特徴としたものである。
　第５の技術手段は、第１の技術手段において、重力に直交する方向を水平方向とし、前記測距装置から前方に水平方向に延びる軸を水平軸とするとき、前記データ除去部は、前記測距装置の計測範囲の中心を通り、前記障害物判定装置が水平な設置面に置かれたときに前記計測範囲内で前記水平軸に一致する基準軸を予め記憶し、前記水平面に置かれた前記障害物判定装置の前記測距装置が前記水平面を検知しない最大範囲を水平軸に対する角度γで示すとき、前記加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、前記加速度センサが検出した加速度から、前記水平軸に対する前記基準軸の下方向への変位角度βと、角度γ－変位角度β＝角度α（α>０）とを算出し、前記基準軸から下側に角度αだけ変位した領域と、前記基準軸より上側の領域と、を除く計測結果を、前記閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果から除去することを特徴としたものである。
　第６の技術手段は、第１～５のいずれか１の技術手段において、前記障害物判定装置を走行させる駆動部と、該駆動部の駆動を制御する駆動制御部と、前記障害物判定部による判定結果に基づいて、判定した障害物を回避する動作を行わせるように前駆駆動制御部を制御する本体動作制御部と、を有することを特徴としたものである。
　第７の技術手段は、対象物までの距離を計測する測距装置の計測結果に基づいて、前記測距装置の計測範囲内に障害物があることを判定する障害物判定方法であって、前記測距装置を備えた障害物判定装置の下方向の加速度を加速度センサにより検出し、該加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、該閾値以上の加速度が計測されている間の前記測距センサによる計測結果の少なくとも一部を除去し、該除去された後の前記計測結果を使用して、障害物を判定すること、を特徴としたものである。
　本発明によれば、複雑な構成とアルゴリズムを必要とすることなく、単純なアルゴリズムで地面と障害物とを区別して検出できるようにした障害物判定装置および障害物判定方法を提供することができる。
本発明による障害物判定装置の構成例を示すブロック図である。 障害物判定装置の外観構成例を示す図である。 障害物判定装置の測距装置による距離の計測例を説明する図で 路面の凹凸等により測距装置の計測範囲が変動する状態を説明するための図である。 本発明による第１の実施形態の計測結果の除去処理について説明するための図である。 障害物判定装置が前方に傾いたときの障害物判定の一例を説明するための図である。 障害物判定装置が前方に傾いたときの障害物判定の他の例を説明するための図である。 障害物判定装置が前方に傾いたときの障害物判定の更に他の例を説明するための図である。
　図１は、本発明による障害物判定装置の構成例を示すブロック図である。本例の障害物判定装置は、障害物を検知しながら障害物を回避して自動走行する自動走行装置として構成されている。
　障害物判定装置１は、本体部３と、本体部３に取り付けられる光学式の測距装置２とを有している。測距装置２は、光学式の計測機構により対象物までの距離を計測する。
　光学式の測距装置２は、レーザ光源から出力される測定光に変調を加えて光学窓を通して対象物に照射し、対象物からの反射光を光学窓を通して受光素子で検出して距離を測定する。測定光の変調方式としてＡＭ（Amplitude Modify）方式とＴＯＦ（Time of Flight）方式が実用化されている。ＡＭ方式は、正弦波でＡＭ変調された測定光とその反射光を光電変換して、それらの信号間の位相差を計算し、位相差から距離を演算する。ＴＯＦ方式は、パルス状に変調された測定光とその反射光を光電変換し、それらの信号間の遅延時間から距離を演算する方式である。本実施形態の測距装置は、上記いずれの方式も適用することができる。
　測距装置２は、測定光を縦方向および横方向に２次元的に走査して、反射光を受光することで一定の計測範囲内における対象物１１までの距離を計測する。
　また、この他、光を走査することなく発光部から赤外光などの光を照射し、受光素子に２次元受光センサ（例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor））を使用して、２次元受光センサの受光結果により一定の測定範囲内における対象物までの距離を計測するようにすることもできる。
　図１の測距装置は、測定光を出力する発光部２２と、発光部２２から発光された測定光の反射光を受光する受光部２５と、発光された測定光の光路を駆動走査し、反射光を受光部２５に導くためのミラー等の光路調整手段を備えた光学機構部２３と、発光部２２から発光された測定光およびその反射光を通過させる光学窓２６と、発光部２２の発光駆動および光学機構部２３の光路調整手段の駆動制御を行う駆動制御部２１と、受光部２５で光電変換された出力信号および駆動制御部２１からの光路駆動情報に基づいて、計測対象物１１までの距離を算出し、距離情報の計測結果として出力する距離算出部２４とを有する。
　距離算出部２４から出力された距離の計測結果は、本体部３の距離情報演算部３１のデータ除去部３２に入力される。本体部３には加速度センサ３４が備えられていて、本体部３の下方向への加速度を少なくとも検出する。加速度センサ３４には、機械的変位測定方式、振動を用いる方式、光学的方式、半導体方式などの公知の計測方式の加速度センサを適宜採用することができる。
　データ除去部３２は、加速度センサ３４が検出した加速度が所定の閾値以上である場合、閾値以上の加速度が計測されている間の測距装置２による計測結果の少なくとも一部を除去する。すなわち、障害物判定装置１が衝撃等を受けて下方向に所定レベル以上の加速度が生じたときに、距離算出部２４から出力された距離の計測結果の少なくとも一部を除去し、後段の障害物判定に用いないようにする。下方向への加速度が大きいときには、障害物として判定してはならない地面が計測される可能性があるため、このときの距離の計測結果が用いられないようにするために除去する。データ除去部３２の具体的なデータ処理例は、下記の各実施形態にて詳述する。
　障害物判定部３３は、データ除去部３２から出力された距離の計測結果を入力し、測距装置２の計測範囲内に障害物があることを判定する。例えば、障害物判定装置１から所定の距離範囲内に物体があることが判定される場合には、その物体を障害物として判定する。
　本体部３には、障害物判定装置１を走行させる駆動部３７が備えられる。駆動部３７は、例えば複数の車輪とその車輪を回転駆動するためのモータ等により構成される。
　駆動制御部３６は、本体動作制御部３５の制御に従って駆動部３７の駆動を制御する。また本体動作制御部３５は、障害物判定部３３による判定結果に基づいて障害物を回避する動作を行わせるように駆動制御部３６を制御する。ここでは障害物判定部３３により障害物が判定されると、その情報が本体動作制御部３５に出力され、本体動作制御部３５では、障害物を回避するように例えば、走行している障害物判定装置１の走行方向を変更したり、障害物の手前で停止させるような制御を行う。この制御に基づいて駆動制御部３６が駆動部３７を制御し、走行方向の変更や停止などの動作を行わせることができる。
　図２は、障害物判定装置の外観構成例を示す図である。上記のように障害物判定装置は、障害物を回避しながら自動走行する自動走行装置として構成することができる。
　図２に示す例では、障害物判定装置１は、本体部３と本体部３の上部に取り付けられた測距装置２から構成される。本体部３の駆動部として４輪の車輪４が取り付けられ、自動走行を可能とする。本体部３の内部には、加速度センサ３４が設けられていて、自動走行する障害物判定装置１に生じる加速度を計測する。障害物判定装置１は、加速度センサ３４の出力に基づき障害物が判定された場合、その障害物を回避するように車輪４の動作が制御される。
　以下に、上記の構成の障害物判定装置により、測距装置の計測結果を適切に除去して障害物を検出する実施形態を説明する。
（実施形態１）
　図３は、障害物判定装置の測距装置による距離の計測例を説明する図で、図３（Ａ）は、測距装置の計測範囲に存在する障害物および地面の様子を説明する図、図４（Ｂ）は図３（Ａ）の状態のときの測距装置における距離の計測結果を説明する図である。
　図３（Ａ）において、測距装置２は横方向（Ｘ軸）と縦方向（Ｙ軸）に測定光を走査して距離計測を行う。計測範囲Ｒは、測距装置２の光学機構部２３を中心とした縦横扇形の形状となる。図３（Ａ）では、縦方向の計測範囲Ｒを示している。また測距装置２には、通常計測限界距離が定められていて、計測限界距離よりも遠い位置にある物体については精度よく距離を計測することはできない。
　図３（Ａ）において、測距装置２は、Ｘ軸およびＹ軸に直交し、測距装置２の計測範囲の中心を通る基準軸Ｚの位置を記憶する。重力に直交する方向を水平方向とし、測距装置２から前方に水平方向に延びる軸を水平軸とするとき、基準軸Ｚは、障害物判定装置１を水平の地面（設置面）１２においたときに水平軸に一致する。
　測距装置２は、計測範囲Ｒの距離を１～６の６段階で計測できるものとし、また、計測範囲を－３０～３０°まで１０℃ごとに７段階で計測できるものとする。ここでは測距装置２に一番近い距離を“１”とし、遠くなるに従って順に距離が増加し、最も遠い距離を“６”とする。また、基準軸Ｚに一致する位置を角度“０°”とし、下方に向かって順に“１０°”～“３０°”と角度が増加し、逆に上方に向かって順に“－１０°”～“－３０°”と角度が減少するものとする。図示しないが横方向においても“－１０°”～“３０°”まで７段階で計測されるものとする。
　実際の測距装置１０の距離計測と角度計測の分解能（計測精度）はこれよりも十分に高いが、ここでは簡単のため上記のように距離計測と角度計測を単純化して説明する。以下の実施形態でも同様とする。
　図３（Ａ）の例では、計測範囲Ｒに地面１２が含まれているため、測距装置では、地面１２までの距離を計測してしまう。また、計測範囲Ｒには、障害物１３が含まれているため、この障害物１３についても距離が計測される。
　図３（Ａ）の状態の距離計測結果は、図３（Ｂ）のようになる。図３（Ｂ）は、横方向に７段階（－３０°～３０°）、縦方向に７段階（－３０°～３０°）の各位置における対象物までの距離の計測結果を示している。計測結果は、１～６の距離データのいずれか、もしくは無限遠（“－”）になる。無限遠は、測距装置２の計測限界距離以内には障害物１３等の計測対象物が存在しないことを示す。
　図３（Ｂ）に示すように、縦方向の角度３０°の位置には、横方向の全ての計測位置で距離“４”が計測され、縦方向の角度２０°の位置には、横方向の角度－１０°を除く全ての位置で距離“６”が計測される。これらは、全て地面１２で反射した反射光に基づき計測されたものである。
　一方、横方向の角度－１０℃の位置で、縦方向に－１０～２０°の位置に障害物１３の距離が計測される。このときの計測結果は、角度に応じて“４”または“５“になっている。
　上記のような計測結果の場合、地面１２と障害物１３とを区別なく計測するため、障害物判定装置１では、地面１２の計測結果からその位置に障害物があると判断し、走行方向の変更や走行停止等の不必要な障害物回避動作が行われることになる。
　以下に、上記の構成の障害物判定装置により、測距装置の計測結果を除去して障害物を適切に検出する実施形態を説明する。
（実施形態１）
　図４は、路面の凹凸等により測距装置の計測範囲が変動する状態を説明するための図である。図４（Ａ）では、障害物判定装置１が走行する路面が水平状態であり、測距装置２の計測範囲Ｒは、障害物判定装置１の前方の所定に範囲にあり、その基準軸Ｚは、水平軸Ｈに一致する。
　この場合、縦方向の角度２０°および３０°において地面１２までの距離が計測される。また障害物１３が有る場合には、その障害物１３までの距離が計測される。この状態は通常状態であるため、地面１２を計測しないように、通常走行時の地面に相当する計測位置にしきい値を設け、そのしきい値以上の計測値であれば、地面であるとみなしてその計測結果を無視するようにする。例えば図４（Ａ）の領域Ｇの距離の計測結果が、領域Ｇが存在するはずの角度位置で得られたときは、その計測結果を地面とみなして無視するようにする。
　図４（Ｂ）は、障害物判定装置が地面の凸部に乗り上げた状態を説明する図である。
水平な地面１２上に凸部１４があり、その凸部１４に障害物判定装置１が乗り上げた場合、例えば図４（Ｂ）に示すように、測距装置２の基準軸Ｚが水平軸Ｈに対して上方を向き、計測範囲Ｒも通常時より上方に向く。この場合には、測距装置２の計測結果は、他の障害物がなければ、地面の領域Ｇより短い距離の計測結果が計測されないため、計測範囲Ｒにある障害物を判定することがでる。
　図４（Ｃ）では、障害物判定装置が凸部を乗り超えた直後の状態を説明する図である。障害物判定装置１が地面１２の凸部１４に乗り上げて、その頂部を乗り越えた直後は、障害物判定装置１が前方に傾き、測距装置２の基準軸Ｚは水平軸Ｈに対して下方を向く。この場合、測距装置２の計測範囲内の領域Ｄの部分にも地面１２が存在するため、本来の領域Ｇにより検出される計測結果よりも近い距離の計測結果が計測される。この場合、領域Ｄの部分を障害物と誤判定し、障害物回避のための動作を行ってしまう。
　図４（Ｄ）に示すように、障害物判定装置が地面１２の凹部１５に突入したときも同様である。この場合も障害物判定装置１が前方に傾き、測距装置２の基準軸Ｚは水平軸Ｈに対して下方を向き、本来の領域Ｇにより検出される計測結果よりも近い距離の計測結果が計測されて誤判定となる。
　図５は、本発明による第１の実施形態の計測結果の除去処理について説明するための図で、縦軸は加速度センサの下方向の加速度ａ［ｍ／ｓ２］を示す出力、横方向は時間ｔ［ｓ］を示すものである。
　本実施形態では、障害物判定装置１のデータ除去部３２は、加速度センサ３４が検出した下方向への加速度が所定の閾値以上である場合、閾値以上の加速度が計測されている間の測距装置２による計測結果の全てを除去する。障害物判定装置１が凸部を乗り越えたり、凹部に突入して、測距装置２の規準軸Ｚが水平軸Ｈに対して下を向くときには、下方向への加速度が大きくなる。従って所定の閾値以上の下方向への加速度が検出された場合、その閾値以上の加速度が検出されている間は、測距装置２から出力される距離の計測結果を除去し、障害物の判定に用いないようにする。
　図５の例では、下方向への加速度の閾値Ｔｈを予め設定する。障害物判定装置１が地面１２の凸部１４に乗り上げたときは、下方向にマイナスの加速度（上方向の加速度）が計測される（Ｓ１）。そして障害物判定装置１が凸部１４を乗り越えた直後に、下方向に大きな加速度が計測される（Ｓ２）。また、地面１２の凹部１５に突入したときにも、下方向に大きな加速度が計測される（Ｓ３）。この場合、閾値Ｔｈ以上の加速度が検出されたＳ２，Ｓ３の部分において、閾値Ｔｈ以上の加速度が検出されている期間の距離の計測結果を、障害物判定に用いる計測結果から除去する。これにより、測距装置２の規準軸Ｚが下方を向いて地面１２を計測し、障害物として誤判定することを回避することができる。閾値以上を示していた加速度が閾値より小さくなれば、ただちに障害物判定処理を復帰するので、障害物に接触する危険性を少なくしつつ、誤判定を防止することができる。
（実施形態２）
　図６は、障害物判定装置が前方に傾いたときの障害物判定の一例を説明するための図である。図６（Ａ）では、地面１２の凹凸等により障害物判定装置１が前方に傾き、測距装置２に設定された基準軸Ｚが、水平軸Ｈに対して下方に傾いている。
　図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の状態のときの測距装置の検出結果を示す図である。ここに示すように、測距装置２の計測結果には、障害物１３と地面１２との距離が区別なく計測される。
　実施形態１では、所定の閾値以上の下方向への加速度が検出された場合、その閾値以上の加速度が検出されている間は、測距装置２から出力される距離の計測結果を除去し、障害物の判定に用いないようにした。これに対して本実施形態２では、所定の閾値以上の下方向への加速度が計測されたときに、水平軸Ｈよりも下側の領域の距離の計測結果を除去して、障害物の判定に用いないようにする。
　この処理を行うために、データ除去部３２は、障害物判定装置１が水平の地面（設置面）１２に置かれたときに計測範囲内で水平軸Ｈに一致する基準軸Ｚを予め記憶する。そして加速度センサ３４により検出した下方向への加速度が所定の閾値以上である場合、加速度センサ３４が検出した加速度から、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの下方向への変位角度βを算出する。ここでは加速度の大きさに基づいて、下方向にどれだけの変位角度βで基準軸Ｚが傾いたかを算出する。
　そして、データ除去部３２は、閾値以上の加速度が検出されている間の測距装置２による計測結果のうち、基準軸Ｚより下側の領域の計測結果を除去し、さらに基準軸Ｚから上方に、上記計算した変位角度βだけ変位した領域の計測結果を除去する。つまり、閾値以上の加速度が計測されている間は、水平軸Ｈとみなされる位置より下側の領域の計測結果を使用することなく、障害物判定を行うようにする。
　図６（Ｂ）の例で説明すると、規準軸Ｚは、（Ｘ，Ｙ）＝（０°，０°）の位置にある。ここで水平軸Ｈに対する基準軸ＺのＹ方向の変位角度βが１０°であったとすると、基準軸Ｚの位置から上方に１０°変位した領域の計測結果を除去する。すなわち、Ｙ＝－１０°より下側の領域（Ｙ＝０°～３０°）までの計測結果を測距装置２からの計測結果から除去し、Ｙ＝－１０°～－３０°の領域の計測結果のみを用いて障害物検出を行う。この場合、地面１２を検出している角度１０°～３０°の計測結果を除去して障害物検出を行うことができる。
　上記のように、下方向に閾値以上の加速度が生じて、障害物判定装置１が前方に傾いたときには、水平軸より下側の計測結果を使用しないようにすることで、地面を障害物として誤判定してしまうことを防ぐようにすることができる。
（実施形態３）
　図７は、障害物判定装置が前方に傾いたときの障害物判定の他の例を説明するための図である。図７では、実施形態２と同様に、路面の凹凸等により障害物判定装置１が前方に傾き、測距装置２に設定された基準軸Ｚが、水平軸Ｈに対して下方に傾いている。
　実施形態２では、閾値以上の下方向への加速度が検出された場合には、その加速度が検出されている間、加速度の大きさから水平軸Ｈ位置を算出し、水平軸Ｈの上方の領域を用いて障害物判定を行っていた。これに対して本実施形態３では、閾値以上の加速度が検出された場合、その加速度が検出されている間は、基準軸Ｚより下側の領域の計測結果を使用しないようにする。
　具体的には、データ除去部３２は、障害物判定装置１が水平の地面（設置面）１２に置かれたときに計測範囲内で水平軸Ｈに一致する基準軸Ｚを予め記憶する。また水平な地面１２に置かれた障害物判定装置１の測距装置２が、地面１２を検知しない最大範囲を水平軸Ｈに対する角度γで示す。
　角度γは、測距装置２の距離の計測限界距離ｌと、地面１２から測距装置２（測距装置の発光位置）までの高さｈとから一義的に決まる。このときの高さｈは、水平な地面１２に障害物判定装置１が置かれたときの高さである。また、上記の計測限界距離ｌは、測距装置２に固有の値で、例えば１０ｍなどの固定値であり、この計測限界距離を超えると計測対象物の距離が計測できない数値である。
　ここで、データ除去部３２は、加速度センサ３４が検出した下方向への加速度が所定の閾値以上である場合、加速度センサ３４が検出した加速度から、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの下方向への変位角度βを算出する。ここでは加速度の大きさに基づいて、下方向にどれだけの変位角度βで基準軸Ｚが傾いたかを算出する。そして、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの変位角度βが、角度γ以下であるときに、閾値以上の加速度が検出されている間の測距装置２による計測結果のうち、基準軸Ｚより下側の領域の計測結果を除去する。
　つまり、障害物判定装置１が前方に傾いて閾値以上の加速度が生じたときに、基準軸Ｚより下の領域の計測結果を使用することなく、基準軸Ｚから上の領域の計測結果を用いて障害物判定を行う。このときに、変位角度βが、角度γより大きくなってしまうと、基準軸Ｚより上の領域の計測結果を使用したとしても、その領域で地面を計測してしまい、誤判定を生じるおそれがある。従って、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの変位角度βが角度γ以下であるときに、閾値以上の加速度が検出されている間の測距装置２による計測結果のうち、基準軸Ｚより下側の領域の計測結果を除去して障害物判定を行うようにする。
　実施形態２で示した図６（Ｂ）の例で説明すると、測距装置２の規準軸Ｚは、（Ｘ，Ｙ）＝（０°，０°）の位置にある。ここで水平軸Ｈに対する基準軸ＺのＹ方向の変位角度βが１０°であったとし、角度γが１５°であったとする。この場合、基準軸Ｚの変位角度βは、１５°以下であるため、基準軸Ｚより下側の領域（Ｙ＝１０°～３０°）の計測結果を除去し、Ｙ＝０°～－３０°の領域の計測結果のみを用いて障害物検出を行う。この場合、地面１２を検出している角度１０°～３０°の計測結果を除去して障害物検出を行うことができる。
　上記のように、下方向に閾値以上の加速度が生じて、障害物判定装置１が前方に傾いたとき、基準軸Ｚの変位角度βが、地面１２を検知しない最大範囲を示す角度γ以下であるときには、基準軸Ｚより下側の計測結果を使用しないようにすることで、地面を障害物として誤判定してしまうことを防ぐようにすることができる。
（実施形態４）
　図８は、障害物判定装置が前方に傾いたときの障害物判定の更に他の例を説明するための図である。図８では、実施形態２、３と同様に、路面の凹凸等により障害物判定装置１が前方に傾き、測距装置２に設定された基準軸Ｚが、水平軸Ｈに対して下方に傾いている。
　実施形態３では、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの変位角度βが角度γ以下であるときに、閾値以上の加速度が検出されている間の測距装置２による計測結果のうち、基準軸Ｚより下側の領域の計測結果を除去して障害物判定を行っていた。これ対して本実施形態では、閾値以上の加速度が検出された場合、角度γ－変位角度β＝角度α（α>０）を算出し、基準軸Ｚから下側に角度αだけ変位した領域と、基準軸Ｚより上側の領域とを用いて障害物の判定を行う。つまり閾値以上の加速度が検出された場合、実施形態３より更に下方の角度α（γ―β）の範囲まで、使用する距離の計測結果を拡張して、障害物の判定を行う。
　具体的には、データ除去部３２は、障害物判定装置１が水平の地面（設置面）１２に置かれたときに計測範囲内で水平軸Ｈに一致する基準軸Ｚを予め記憶する。また水平な地面１２に置かれた障害物判定装置１の測距装置２が、地面１２を検知しない最大範囲を水平軸Ｈに対する角度γで示す。角度γは、上記実施形態３と同様に算出する。
　ここで、データ除去部３２は、加速度センサ３４が検出した下方向への加速度が所定の閾値以上である場合、加速度センサ３４が検出した加速度から、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの下方向への変位角度βを算出する。ここでは加速度の大きさに基づいて、下方向にどれだけの変位角度βで基準軸Ｚが傾いたかを算出する。
　そして、さらに変位角度γ－変位角度β＝角度α（α>０）を算出する。つまり、閾値以上の下向きの加速度が検出されたときに、変位角度βだけ下方に変位した基準軸Ｚの下方に、さらに（α>０）の角度αがあるか判断する。角度αは、これを超えると測距装置２が地面１２を計測してしまう範囲を示し、基準軸Ｚから下方に角度αの範囲は、測距装置２が地面を検出しない範囲である。従って、下方向への加速度が所定の閾値以上である場合、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの下方向への変位角度βと、角度γ－変位角度β＝角度α（α>０）とを算出し、基準軸Ｚから下側に角度αだけ変位した領域と、基準軸Ｚより上側の領域と、を使用して、障害物判定を行うようにする。このときのデータ除去部３２の動作としては、下方向への加速度が閾値以上である場合、水平軸Ｈに対する基準軸Ｚの下方向への変位角度βと、角度γ－変位角度β＝角度α（α>０）とを算出し、基準軸Ｚから下側に角度αだけ変位した領域と、基準軸Ｚより上側の領域と、を除く計測結果を、加速度が所定の閾値以上である間の測距装置２による計測結果から除去する。
　これにより、実施形態３と比較して、さらに基準軸Ｚの下方の領域まで、地面を検出しない範囲で障害物判定に用いることができる。
　実施形態２で示した図６（Ｂ）の例で説明すると、測距装置２の規準軸Ｚは、（Ｘ，Ｙ）＝（０°，０°）の位置にある。ここで水平軸Ｈに対する基準軸ＺのＹ方向の変位角度βが１０°であったとし、角度γが１５°であったとする。この場合、角度α＝角度γ－変位角度β＝５°であるため、基準軸Ｚから下側に角度α＝５°だけ変位した領域と、基準軸Ｚより上側の領域とを除く計測結果を、測距装置による計測結果から除去する。本例の計測角度は１０°ごとに計測できるため、角度１０°～３０°の計測結果を除去して障害物検出を行うことができる。実際に角度検出の分解能はもっと細かいため、角度αを考慮した計測結果の除去処理が可能となる。
　上記のように、下方向に閾値以上の加速度が生じて、障害物判定装置１が前方に傾いたとき、角度γ－変位角度β＝角度α（α>０）を算出し、基準軸Ｚから下側に角度αだけ変位した領域と、前記基準軸Ｚより上側の領域とを除く計測結果を、閾値以上の加速度が検出されている間の測距装置による計測結果から除去することで、地面を障害物として誤判定してしまうことを防ぐようにすることができる。
　上記の各実施形態で記載されている技術的特徴（構成要件）は、お互いに組み合わせ可能であり、組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１…障害物判定装置、２…測距装置、３…本体部、１０…測距装置、１１…対象物、１２…地面、１３…障害物、１４…凸部、１５…凹部、２１…駆動制御部、２２…発光部、２３…光学機構部、２４…距離算出部、２５…受光部、２６…光学窓、３１…距離情報演算部、３２…データ除去部、３３…障害物判定部、３４…加速度センサ、３５…本体動作制御部、３６…駆動制御部、３７…駆動部。

Claims (7)

  1. 　対象物までの距離を計測する測距装置と、該測距装置が検出した対象物までの距離の計測結果に基づいて、前記測距装置の計測範囲内に障害物があることを判定する障害物判定部を有する障害物判定装置であって、
    　前記障害物判定装置の下方向への加速度を検出する加速度センサと、該加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、該閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果の少なくとも一部を除去するデータ除去部と、を有し、
    　前記障害物判定部は、前記データ除去部により除去された後の前記計測結果を使用して、障害物を判定すること、を特徴とする障害物判定装置。
  2. 　請求項１に記載の障害物判定装置において、
    　前記データ除去部は、前記加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、該閾値以上の加速度が計測されている間の前記測距装置による計測結果の全てを除去することを特徴とする障害物判定装置。
  3. 　請求項１に記載の障害物判定装置において、
    　重力に直交する方向を水平方向とし、前記測距装置から前方に水平方向に延びる軸を水平軸とするとき、
    　前記データ除去部は、前記測距装置の計測範囲の中心を通り、前記障害物判定装置が水平な設置面に置かれたときに前記計測範囲内で前記水平軸に一致する基準軸を予め記憶し、
    　前記加速度センサにより検出した加速度が前記所定の閾値以上である場合、前記加速度センサが検出した加速度から、前記水平軸に対する前記基準軸の下方向への変位角度を算出し、前記閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果のうち、前記基準軸より下側の領域の計測結果を除去するとともに、前記基準軸から上方に前記変位角度だけ変位した領域の計測結果を除去する、ことを特徴とする障害物判定装置。
  4. 　請求項１に記載の障害物判定装置において、
    　重力に直交する方向を水平方向とし、前記測距装置から前方に水平方向に延びる軸を水平軸とするとき、
    　前記データ除去部は、前記測距装置の計測範囲の中心を通り、前記障害物判定装置が水平な設置面に設置かれたときに前記計測範囲内で前記水平軸に一致する基準軸を予め記憶し、
    　前記水平面に置かれた前記障害物判定装置の前記測距装置が前記設置面を検知しない最大範囲を前記水平軸に対する角度γで示すとき、
    　前記加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上であって、前記水平軸に対する前記基準軸の変位角度が、前記角度γ以下であるときに、該閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果のうち、前記予め記憶した基準軸より下側の領域の計測結果を除去することを特徴とする障害物判定装置。
  5. 　請求項１に記載の障害物判定装置において、
    　重力に直交する方向を水平方向とし、前記測距装置から前方に水平方向に延びる軸を水平軸とするとき、
    　前記データ除去部は、前記測距装置の計測範囲の中心を通り、前記障害物判定装置が水平な設置面に置かれたときに前記計測範囲内で前記水平軸に一致する基準軸を予め記憶し、
    　前記水平面に置かれた前記障害物判定装置の前記測距装置が前記水平面を検知しない最大範囲を水平軸に対する角度γで示すとき、
    　前記加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、前記加速度センサが検出した加速度から、前記水平軸に対する前記基準軸の下方向への変位角度βと、角度γ－変位角度β＝角度α（α>０）とを算出し、前記基準軸から下側に角度αだけ変位した領域と、前記基準軸より上側の領域と、を除く計測結果を、前記閾値以上の加速度が検出されている間の前記測距装置による計測結果から除去することを特徴とする障害物判定装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか１に記載の障害物判定装置において、
    　前記障害物判定装置を走行させる駆動部と、
    　該駆動部の駆動を制御する駆動制御部と、
    　前記障害物判定部による判定結果に基づいて、判定した障害物を回避する動作を行わせるように前駆駆動制御部を制御する本体動作制御部と、を有することを特徴とする障害物判定装置。
  7. 　対象物までの距離を計測する測距装置の計測結果に基づいて、前記測距装置の計測範囲内に障害物があることを判定する障害物判定方法であって、
    　前記測距装置を備えた障害物判定装置の下方向の加速度を加速度センサにより検出し、該加速度センサが検出した加速度が所定の閾値以上である場合、該閾値以上の加速度が計測されている間の前記測距装置による計測結果の少なくとも一部を除去し、該除去された後の前記計測結果を使用して、障害物を判定すること、を特徴とする障害物判定方法。
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