(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向に長く構成された光源と、撮像手段と、前記光源を一定時間毎にＯＮ／ＯＦＦさせる手段と、光源ＯＮ時の撮像データと光源ＯＦＦ時の撮像データとの差分を算出して光源画像を抽出する手段と、光源画像位置に基づいて対象物までの距離測定を行う手段とを備え、移動装置に設けられた距離測定装置であって、前記移動装置の移動に伴う前記光源ＯＮ時の撮像データ及び光源ＯＦＦ時の撮像データ間のずれにより生じる前記差分に表れるノイズの幅よりも前記光源画像の幅が大きくなるように前記光源の投光幅を大きく設定するとともに、所定の幅よりも大きな幅を有する光画像を光源画像と判断する手段とを備えたことを特徴とする移動装置の距離測定装置。
【請求項２】
前記光源が、ＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１記載の移動装置の距離測定装置。
【請求項３】
前記撮像手段が、斜め下方を向くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の移動装置の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、清掃ロボット等の移動装置に設けられる距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、夜間の無人状態においてビルのフロア等を清掃する清掃ロボットが知られている。この種の清掃ロボットは、進行方向にある障害物等の存在を自動的に検知し、当該障害物等を回避しながら清掃を遂行していく必要があるため、障害物までの距離を検出する距離測定装置を備えている。そして、従来より、距離測定装置として、超音波を出射してその反射波を検出することにより障害物までの距離を測定するようにした装置、或いは、パルス状レーザー光を投光してその反射光を検出することにより障害物までの距離を測定するようにした装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記超音波を用いる装置では、例えば、厚手のカーテンのように音を吸収してしまう物体に対しては、反射波が得られないため、当該物体までの距離測定を確実に行うことが困難であるという問題点がある。また、レーザー光を用いて該当物体までの距離測定を行う方式では、レーザー光の急峻なパルス状の反射が必要であるため、レーザー光を集中させる必要があるが、人体等への安全性に問題があった。また、レーザー光は急峻なパルス状の信号となるため、ロボットの移動によって生じるパルス状のノイズとの分離が難しく、正確な距離測定が行えない。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑み、安全かつ確実に距離測定が行える距離測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の移動装置用の距離測定装置は、横方向に長く構成された光源と、撮像手段と、前記光源を一定時間毎にＯＮ／ＯＦＦさせる手段と、光源ＯＮ時の撮像データと光源ＯＦＦ時の撮像データとの差分を算出して光源画像を抽出する手段と、光源画像位置に基づいて対象物までの距離測定を行う手段とを備え、移動装置に設けられた距離測定装置であって、前記移動装置の移動に伴う前記光源ＯＮ時の撮像データ及び光源ＯＦＦ時の撮像データ間のずれにより生じる前記差分に表れるノイズの幅よりも前記光源画像の幅が大きくなるように前記光源の投光幅を大きく設定するとともに、所定の幅よりも大きな幅を有する光画像を光源画像と判断する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、上記の構成において、光源としてＬＥＤ光源を用いても良く、又、前記撮像手段が、斜め下方を向くように配置されていてもよい。
【０００７】
【作用】
上記の構成によれば、光源を用いるので、超音波を用いる場合の音吸収体対象物の検出漏れが回避できる。又、ＬＥＤ光源を用いる場合は、集中させたレーザー光を用いる場合の安全上の問題等を回避することができる。
【０００８】
ここで、移動装置が移動している状態で、光源ＯＮ時とＯＦＦ時の撮像データを得る場合、当該ＯＮからＯＦＦまでの時間に移動装置は移動するから、その移動の分だけずれた位置を撮像することになり、このずれによって両撮像データの差分にはノイズが表れる。しかし、光源画像の幅は前記ノイズの幅よりも広いので、その両幅の差によって両者を区別することが可能であり、確実に光源画像を識別して正確に距離を測定することができる。
【０００９】
また、前記撮像手段が斜め下方を向くように配置した場合は、移動装置から見て近い側（手前側）の撮像範囲は幾分狭くなり、遠い側の撮像範囲は幾分広くなる。従って、移動装置から見て近い側では比較的高い解像度で障害物等を判断することが可能なる一方、遠い側においては、広い範囲で障害物等を検出することが可能になる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明をその実施例を示す図に基づいて説明する。
【００１１】
図１（ａ）は移動装置である清掃ロボット１を示した平面図であり、同図（ｂ）は同側面図である。清掃ロボットの進行方向面には、距離測定装置における光源としての赤外光を出射するＬＥＤアレイ２がその投光方向を床面に対して水平な方向となるように設置されている。また、ＬＥＤアレイ２の上方には、撮像手段としてのＣＣＤカメラ３が斜め下方を向くように設置されている。
【００１２】
図２は、前記ＬＥＤアレイ２を示した正面図である。このＬＥＤアレイ２は、多数のＬＥＤ２ａ…を横方向に配置して成るものである。ＬＥＤアレイ２の横方向投光範囲は、ＣＣＤカメラ３の横方向撮像範囲に対応させてある。また、図３は、ＬＥＤアレイ２の縦断面図である。ＬＥＤアレイ２の前方にはシリンドリカルレンズ２ｂが設けられ、このシリンドリカルレンズ２ｂを経たＬＥＤアレイ光は、投光窓２ｅから清掃ロボット１の前方に投光される。また、ＬＥＤアレイ２の後方にはＬＥＤ基板２ｃ及びＬＥＤ制御基板２ｄが配置されている。
【００１３】
図４は、距離測定装置の概略構成を示したブロック図である。ＣＣＤカメラ３から出力されるＮＴＳＣ信号は所定ビットでＡ／Ｄ変換されて画像データとされ、この画像データは第１フレームメモリ５又は第２フレームメモリ６に格納される。なお、一方のフレームメモリ５（６）の画像データを画像処理ＣＰＵ７が処理している間、他方のフレームメモリ６（５）に画像データが書き込まれるようになっている。また、本実施例では、フレームメモリに、画像が縦２５６×横５１２ドット×２画面で格納されるようにしている。
【００１４】
画像処理ＣＰＵ７は、フィールド毎（１／６０秒）に、ＬＥＤアレイ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うべく、セレクタ１０を介してＬＥＤ制御基板２ｄに制御信号を出力する。また、フレーム毎（１／３０秒）に、フレームメモリ５，６のアクセス切替え制御を行い、また、セレクタ１０を介してＣＣＤカメラ３のシャッタ速度のチェック及び必要な速度設定を行うとともに、距離を算出してデュアルポートＲＡＭ８に転送するようになっている。
【００１５】
距離の算出は、ＬＥＤアレイＯＮ時の画像データとＬＥＤアレイＯＦＦ時の画像データとの差分を算出してＬＥＤアレイ光映像を抽出し、ＬＥＤアレイ光映像位置が撮像範囲のどこにあるかによって行う。また、ＬＥＤアレイ光映像の抽出に際して、清掃ロボット１の移動によるノイズを除去するように構成されている。その具体的処理内容については、後述する。
【００１６】
ロボット制御用ＣＰＵ９は、前記デュアルポートＲＡＭ８に格納された距離データを読み出して走行制御等を行うようになっている。
【００１７】
前記ＣＣＤカメラ３の撮像画像は、ＬＥＤアレイＯＮ時においては、例えば、図５（ａ）に示すように、物体Ａ及び物体Ａに反射されたＬＥＤアレイ光を撮った映像となり、その１／６０秒後のＬＥＤアレイＯＦＦ時の画像は、同図（ｂ）に示すように、ＬＥＤアレイ光映像の無い物体Ａのみの映像となる。そして、上記図５（ａ）の画像の図中点線で示す方向に抽出した撮像データは、図６（ａ）に示すように、物体Ａの映像にＬＥＤアレイ光の映像を加えたものとなり、図５（ｂ）の画像の図中点線で示す方向に抽出した撮像データは、図６（ｂ）に示すように、物体Ａの映像のみに対応したものになる。
【００１８】
前記の画像処理ＣＰＵ７は、上記の両画像データに基づいて、以下のように距離データを算出する。即ち、図６（ａ）の画像データから、図６（ｂ）の画像データを減算すると、図６（ｃ）に示すように、ＬＥＤアレイ光の画像データだけが抽出されることになり、このＬＥＤアレイ光の画像が、画像範囲のどの位置に在るかを判断して距離を算出することができる。具体的には、画像処理ＣＰＵ７は、画像範囲の上端又は下端から前記ＬＥＤアレイ光映像までのドット数を計算し、このドット数に基づいて物体Ａまでの距離を三角測量的に算出する。なお、画像範囲の下側の位置にＬＥＤアレイ光映像が在れば、清掃ロボット１から物体Ａまでの距離は短く、画像範囲の上側の位置にＬＥＤアレイ光映像が在れば、清掃ロボット１から物体Ａまでの距離は長いということになる。
【００１９】
ところで、清掃ロボット１が移動している場合には、ＬＥＤアレイＯＮ時のＣＣＤ撮像画像が、図７（ａ）のようであったとすると、その１／６０秒後のＬＥＤアレイＯＦＦ時の画像は、同図（ｂ）に示すように、その移動の分だけずれた状態の物体Ａの画像となる。そして、上記図７（ａ）の画像の図中点線で示す方向に抽出した画像データは、図８（ａ）に示すようになり、図７（ｂ）の画像の図中点線で示す方向に抽出した画像データは、図８（ｂ）に示すようになり、両画像データの間にはずれが生じる。
【００２０】
従って、図８（ａ）の画像データから図８（ｂ）の画像データを減算すると、図８（ｃ）に示すように、前記ずれによって両画像データの差分データにはノイズ▲１▼が表れる。このノイズ▲１▼の幅（ドット）は、清掃ロボット１の移動速度
とＬＥＤアレイ２のＯＮ／ＯＦＦ間隔によって定まる。
【００２１】
一方、ＬＥＤアレイ光映像▲２▼の幅（ドット）は、ＬＥＤアレイ２の投光窓２
ｅの幅によって定まる。そして、ＬＥＤアレイ２の投光窓２ｅの幅は、前記ノイズ▲１▼の幅よりもＬＥＤアレイ光映像▲２▼の幅が大きくなるように設定してある
。
【００２２】
前記の画像処理ＣＰＵ７は、所定のレベルよりも高いレベルであって、所定の幅（ドット）よりも大きな幅（ドット）の光画像をＬＥＤアレイ光映像と判断する。例えば、処理の高速化のために、フレームメモリの縦２５６×横５１２ドットの画像を間引いて縦３２×横６４ドットを用いて計算するとした場合、前記所定のレベルを越えた差分データが例えば３ドット以上続けて検出されたときに、その差分データをＬＥＤアレイ光映像のデータとして処理する。もちろん、ノイズ▲１▼は、この場合には、前記３ドットよりも少ない２ドット或いは１ドットの
幅で表れることになる。
【００２３】
上記の構成においては、図９に示しているように、距離測定のために、ＬＥＤアレイ２による投光を行い（ステップ１）、ＣＣＤカメラ３にて撮像し（ステップ２）、その出力をＡ／Ｄ変換して画像データを生成し（ステップ３）、この画像データをフレームメモリ５，６へ格納し（ステップ４）、画像処理ＣＰＵ７にて距離測定処理を行う（ステップ５）。そして、この距離測定処理においては、前述のように、ＬＥＤアレイＯＮ時の撮像データとＬＥＤアレイＯＦＦ時の撮像データとの差分を算出してＬＥＤアレイ光映像▲２▼を抽出するが、ＬＥＤアレイ
光映像▲２▼の幅は前記ノイズ▲１▼の幅よりも広いので、その両幅の差によって両
者を明確に区別することができ、確実にＬＥＤアレイ光映像▲２▼を識別して正確
に距離を測定することができる。
【００２４】
また、本実施例では、前記ＣＣＤカメラ３が斜め下方を向くように配置しているので、図１（ａ）からも分かるように、清掃ロボット１から見て近い側（手前側）の撮像範囲は幾分狭くなり、遠い側の撮像範囲は幾分広くなる。従って、清掃ロボット１から見て近い側では比較的高い解像度で障害物等を判断することが可能なる一方、遠い側においては、広い範囲で障害物等を検出することが可能になる。
【００２５】
尚、本実施例では光源としてＬＥＤ光源を用いたが、本発明においてはレ−ザ−光線を集中させる必要はないので光源としてレ−ザ−光線を用いたとしても安全上の問題を生じることはない。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光源を用いるので、超音波を用いる場合の音吸収体対象物の検出漏れが回避できる。又、ＬＥＤ光源を用いる場合には、集中させたレーザー光を用いる場合の安全上の問題等を回避することができる。そして、移動装置の移動によるノイズをキャンセルできるので、確実に光源画像を識別して正確に距離を測定することができる。また、移動装置から見て近い側では比較的高い解像度で障害物等を判断できるとともに、遠い側においては、広い範囲で障害物等を検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】同図（ａ）は本発明の距離測定装置が設けられた清掃ロボットを示す平面図、同図（ｂ）は同側面図である。
【図２】本発明のＬＥＤアレイの正面図である。
【図３】本発明のＬＥＤアレイの縦断面図である。
【図４】本発明の距離測定装置のブロック図である。
【図５】本発明の清掃ロボットが移動していないときの光源ＯＮ時の撮像映像及び光源ＯＦＦ時の撮像映像を示す説明図である。
【図６】本発明の清掃ロボットが移動していないときに光源映像のみが抽出される様子を示す説明図である。
【図７】本発明の清掃ロボットが移動しているときの光源ＯＮ時の撮像映像及び光源ＯＦＦ時の撮像映像を示す説明図である。
【図８】本発明の清掃ロボットが移動しているときに光源映像の他にノイズが表れるとともに、当該ノイズを排除して光源映像を検出する様子を示す説明図である。
【図９】本発明の距離測定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    清掃ロボット（移動装置）
２    ＬＥＤアレイ（光源）
３    ＣＣＤカメラ（撮像手段）
５    フレームメモリ
６    フレームメモリ
７    画像処理ＣＰＵ
８    デュアルポートＲＡＭ
９    ロボット制御用ＣＰＵ
１０  セレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003568274.tif 000008
【図８】
0003568274.tif 000009
【図９】
0003568274.tif 000010