(57)【要約】【課題】検知範囲を広げるために所定の視野角θを有する距離測定手段を可動させることで可動部の複雑化や、障害物を乗り越える際の衝撃による動作の不安定性があり、また距離測定手段そのものを多数配置する必要があり、その制御が複雑かつ高価であった。【解決手段】超音波を送信及び受信する複数の超音波振動子２，３と、送信用超音波振動子２を駆動する駆動手段４ｃと超音波を水平方向の全方位に反射させる全方位反射手段４ａから構成される送信手段４と、前記送信手段４から送信された超音波が障害物で反射した超音波を受信するまでの時間を計時する計時手段６と、前記計時手段６が計時した時間から前記被測定物までの距離を算出する距離算出手段７とで構成され、広範囲に超音波を送信し広い範囲の障害物を検知できる距離測定装置とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物へ向けて超音波を送信する送信用超音波振動子と、被測定物からの反射波を受信する受信用超音波振動子と、前記受信用超音波振動子の受信信号を処理する受信信号処理手段と、超音波が送信されてから前記受信信号処理手段で受信されるまでの時間を計時する計時手段と、前記計時手段が計時した時間から被測定物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、前記送信用超音波振動子からの超音波の送信は、超音波を水平方向の全方位に反射させる全方位反射手段を介して行うようにした距離測定装置。
【請求項２】
全方位反射手段は、放物線の一部を回転させてできる放物線回転体形状とした請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
送信用超音波振動子は、全方位反射手段における放物線の焦点位置に設置した請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
全方位反射手段によって反射される超音波の反射方向を特定方向に限定する反射方向限定手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項５】
反射方向限定手段は、放物線反射板とした請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項６】
送信用超音波振動子は、反射方向限定手段における放物線の焦点を通る線上位置に設置した請求項５に記載の距離測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の距離測定装置を、走行手段を有する本体に備え、前記距離測定装置により測定される距離に基づき走行手段を制御する自律走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用し被測定物からの反射波より被測定物との距離を測定する距離測定装置およびこれを搭載した自律走行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の距離測定装置は、自律走行装置に搭載する際、測定範囲を広げるために水平方向に可変、または鉛直方向に回動、あるいは昇降可能にするとともに、複数設置している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６、図７は従来の自律走行装置を示すものであり、自律走行装置の本体２０の下部に駆動輪２１および従輪２２が設けられ、本体２０は矢印Ａ１、Ａ２の方向に前進後退が可能になっている。また、左右の駆動輪２１の回転数または回転方向を変えることで自律走行装置の本体２０が旋回できるようになっている。そして、自律走行装置の本体２０には右方、前方、左方に向けて超音波を発し、被測定物（障害物）で反射した反射波を受信することで本体２０周囲の被測定物の有無と、被測定物までの距離を測定する距離測定装置２３〜２５が取り付けられ、この距離測定装置２３〜２５により右方、前方、左方の被測定物との距離を順次測定し、被測定物を回避して自律走行を行うようになっている。また、距離測定装置２３〜２５は、図７に示すように距離測定が可能な視野角θを有している。
【特許文献１】特開２０００−２１４９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、距離測定装置は、自律走行装置に搭載する際、測定範囲を広げるために水平方向に可変、または鉛直方向に回動、あるいは昇降可能にする構成とするものであるので、可動部の構成が複雑になり、被測定物を乗り越える際の衝撃などに弱く故障しやすいという課題を有していた。また、距離測定装置は自律走行装置に多数配置する必要があるという課題もあった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するために、広い範囲の方向にある被測定物（障害物）の距離が可動部を必要とすることなく測定できる距離測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、少ない距離測定装置で、広範囲の方向にある被測定物を検知し、被測定物との距離を正確に測定して被測定物の回避走行を行うことができる自律走行装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の距離測定装置は、送信用超音波振動子からの超音波の送信は、超音波を水平方向の全方位に反射させる全方位反射手段を介して行うようにしたものである。
【０００８】
これによって、広い範囲の方向にある被測定物の距離が可動部を必要とすることなく測定できるものである。
【０００９】
また、本発明の自律走行装置は、超音波を水平方向の全方位に反射させる全方位反射手段を介して行う距離測定装置を備え、これにより測定される距離に基づき走行手段を制御
するようにしたものである。
【００１０】
これによって、少ない距離測定装置で、広範囲の方向にある被測定物を検知し、被測定物との距離を正確に測定して被測定物の回避走行を行う自律走行装置が提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の距離測定装置は、広い範囲の方向にある被測定物の距離が可動部を必要とすることなく測定できる。
【００１２】
また、本発明の自律走行装置は、少ない距離測定装置で、広範囲の方向にある被測定物を検知し、被測定物との距離を正確に測定して被測定物の回避走行を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、被測定物へ向けて超音波を送信する送信用超音波振動子と、被測定物からの反射波を受信する受信用超音波振動子と、前記受信用超音波振動子の受信信号を処理する受信信号処理手段と、超音波が送信されてから前記受信信号処理手段で受信されるまでの時間を計時する計時手段と、前記計時手段が計時した時間から被測定物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、前記送信用超音波振動子からの超音波の送信は、超音波を水平方向の全方位に反射させる全方位反射手段を介して行うようにした距離測定装置とすることにより、広い範囲の方向にある被測定物の距離が可動部を必要とすることなく測定できるものである。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明において、全方位反射手段は、放物線の一部を回転させてできる放物線回転体形状としたことにより、送信用超音波振動子から送信される超音波は、その鉛直方向の視野を絞って略水平方向の全方位に反射させることができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第２の発明において、送信用超音波振動子は、全方位反射手段における放物線の焦点位置に設置したことにより、送信用超音波振動子から送信される超音波は、その鉛直方向の視野を絞って略水平方向の全方位に確実に反射させることができ、例えば、受信用超音波振動子は床から反射される不要受信波を受信することがなくなり、高さの低い被測定物でも正確に距離を測定することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、全方位反射手段によって反射される超音波の反射方向を特定方向に限定する反射方向限定手段を備えたことにより、使用者は使用目的に応じて超音波の反射方向を限定することが可能となり、使い勝手が向上する。
【００１７】
第５の発明は、特に、第４の発明において、反射方向限定手段は、放物線反射板としたことにより、送信用超音波振動子から送信される超音波は、全方位反射手段の放物線で反射して、さらに反射方向限定手段によりその反対方向（超音波の反射方向を限定しようとする方向）に反射され、超音波方向を効率よく限定することができる。
第６の発明は、特に、第５の発明において、送信用超音波振動子は、反射方向限定手段における放物線の焦点を通る線上位置に設置したことにより、反射方向限定手段によりその反対方向（超音波の反射方向を限定しようとする方向）に精度良く超音波信号が同じ方向に反射され、超音波方向を効率よく限定することができる。
【００１８】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明における距離測定装置を、走行手段を有する本体に備え、前記距離測定装置により測定される距離に基づき走行手段を制御することにより、可動部を必要としない距離測定装置で広範囲の被測定物を検知し、被測定物との距離を正確に測定して、走行手段を制御することができる。また、距離測定装
置に可動部がないので乗り越え時の衝撃に強く耐久性能が向上する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態）
図１〜図５は、本発明の実施の形態における距離測定装置および自律走行装置を示すものである。
【００２１】
図１に示すように、自律走行装置の本体１は、次の各手段を有する距離測定装置を備えている。すなわち、距離測定装置は、被測定物へ向けて超音波を送信する送信用超音波振動子２、被測定物からの反射波を受信する受信用超音波振動子３、送信用超音波振動子２を駆動し超音波を発生させる送信手段４、制御手段５、前記受信用超音波振動子３の受信信号の増幅および検知の処理を行う受信信号処理手段６、送信手段４により送信用超音波振動子２から超音波を送信してから前記受信信号処理手段６で受信信号を検知するまでの時間を計時する計時手段７、前記計時手段７の計時した時間より被測定物までの距離を算出する距離算出手段８を有している。なお、前記制御手段５は、距離算出手段８の出力を受け、送信手段４、駆動手段１１を制御するものである。
【００２２】
また、自律走行装置の本体１は、駆動輪９と従輪１０および駆動輪９を駆動し本体１を走行させる駆動手段１１からなる走行手段を備えており、制御手段５により制御される。
【００２３】
また、図２、図３に示すように、前記送信手段４は、送信用超音波振動子２からの超音波を水平方向の全方位に反射させる全方位反射手段４ａと、この全方位反射手段４ａを介して反射される超音波の反射方向を特定方向（本実施の形態では主として前方方向）に限定する反射方向限定手段４ｂを備えている。前記全方位反射手段４ａは、放物線の一部を回転させてできる放物線回転体形状としたものであり、送信用超音波振動子２は、全方位反射手段４ａにおける放物線の焦点を通る線上位置に設置している。また、前記反射方向限定手段４ｂは、放物線反射板としている。そして、全方位反射手段４ａ、反射方向限定手段４ｂおよび送信用超音波振動子２の支持部は一体的に構成され、送信用超音波振動子２は反射方向限定手段４ｂにおける放物線の焦点を通る線上位置に設置されている。その結果、全方位反射手段４ａの中心（頂点Ａ）は反射方向限定手段４ｂの焦点を通る線上に位置する。
【００２４】
以上のように構成された距離測定装置および自律走行装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００２５】
まず、距離測定装置は、送信手段４により送信用超音波振動子２を駆動すると、被測定物で反射された超音波を受信用超音波振動子３で受け、受信信号処理手段６により増幅などの処理を行い超音波の受信を検知する。計時手段７では送信手段４により超音波を送信してから受信信号処理手段６により受信を検知するまでの時間を計時する。この計時手段７が計時した時間より距離算出手段８で被測定物までの距離を算出する。
【００２６】
制御手段５は、送信手段４を制御し超音波を発信させたり、距離算出手段８で算出した被測定物までの距離を基に駆動手段１１を制御したりして駆動輪９を動かし本体１を移動させる。
【００２７】
ここで、図４、図５を用いて送信手段４を詳しく説明する。
【００２８】
図４に示すように、送信用超音波振動子２からの超音波の送信は、超音波を水平方向の
全方位に反射させる全方位反射手段４ａを介して行う。すなわち、全方位反射手段４ａの放物面で反射して、超音波の鉛直方向の視野を絞って略水平方向の全方位に反射される。送信用超音波振動子２から送信された超音波で焦点を通る超音波（点線矢印ａ、ｂ）は水平に、送信用超音波振動子２の端から送信され焦点を通らないものは（点線矢印ｃ、ｄ）は、やや上方向に反射される。そして、図５に示すように、全方位反射手段４ａの中心（頂点）は放物線反射板とした反射方向限定手段４ｂの焦点を通る線上の位置にあるので、全方位反射手段４ａで反射された超音波のうち、反射方向限定手段４ｂ方向に反射した超音波は、放物線反射板とした反射方向限定手段４ｂにより、超音波送信方向Ｄの方向へ同じ向きに反射される（図５の点線矢印ｈ〜ｋ）。
【００２９】
全方位反射手段４ａで反射された超音波のうち、反射方向限定手段４ｂ方向に反射しなかった残りの超音波はそのまま送信される（図５の点線矢印ｅ〜ｇ）。従って、送信用超音波振動子２から送信された超音波は、全方位反射手段４ａおよび反射方向限定手段４ｂにより反射され、超音波送信方向Ｄの水平方向の広い範囲に送信され、可動部を必要とすることなく、広い範囲の方向にある被測定物の距離が測定できるものである。
【００３０】
以上のように、本実施の形態においては、送信用超音波振動子２から送信された超音波を全方位反射手段４ａにより水平方向の全方位に反射させる、また反射方向限定手段４ｂにより任意の方向に超音波を送信することにより、広い範囲の方向にある被測定物の距離が可動部を必要とすることなく測定できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかる距離測定装置および自律走行装置は、広い範囲の方向にある被測定物の距離が可動部を必要とすることなく測定でき、また、少ない距離測定装置で、広範囲の方向にある被測定物を検知し、被測定物との距離を正確に測定して被測定物の回避走行を行うことができるので、掃除ロボット、監視ロボットあるいは搬送ロボットなどに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態における距離測定装置および自律走行装置のブロック図
【図２】同距離測定装置の送信手段部分を示す縦断面図
【図３】図２のＡ−Ａ線による断面図
【図４】同距離測定装置における全方位反射手段の説明用の断面図
【図５】同距離測定装置における反射方向限定手段の説明用の断面図
【図６】従来の自律走行装置の側面図
【図７】同従来の自律走行装置の上面図
【符号の説明】
【００３３】
１  本体
２  送信用超音波振動子
３  受信用超音波振動子
４  送信手段
４ａ  全方位反射手段
４ｂ  反射方向限定手段
５  制御手段
６  受信信号処理手段
７  計時手段
８  距離算出手段
９  駆動輪（走行手段）
１０  従輪（走行手段）
１１  駆動手段（走行手段）
【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】
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