(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一方向を向く投光器と受光器を周囲空間に向けて所定のステップ角ずつ回転させ、各回転ステップ毎に、投光器から照射した変調光の位相と、この光が検出物体で反射し受光器に戻った反射光の位相の差を検出して検出物体までの距離を測定し、これらの距離によって障害物の有無を判定する無人搬送車の障害物検知センサにおいて、
各回転ステップ毎に前記変調光の変調周波数を相対的に大きい周波数と相対的に小さい周波数に変えて１回づつ測定を行い、隣接する２ステップの距離測定値の差を求めると共に、該距離測定値が、前記変調周波数が相対的に大きい変調光の測定可能上限距離より近い物体からの反射光によるものか、遠い物体からの反射光によるものかを区別するための基準値を設定し、前記距離測定値の差が前記基準値以下であるとき、該距離測定値を正しい距離測定値として扱い、前記距離測定値の差が前記基準値を超えたとき、該距離測定値をエラーとして排除することを特徴とする無人搬送車の障害物検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、変調光を物体に当て、その反射光の受光信号に、物体までの往復距離に応じて発生する位相変化から距離を測定し、この距離から障害物であるか否かを判定する無人搬送車の障害物検知センサにおいて、変調周波数によって決まる測定可能距離より遠い位置にある反射率の高い物体による誤動作を防止することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
工場内の走行路を、所定の誘導手段に案内されて走行する無人搬送車は、衝突事故を防止するために障害物検知センサが取り付けられる。
【０００３】
この障害物検知センサとして、図３に示すように同方向を向く投光器１と受光器２を回転駆動機構３により所定の角度範囲内で同時に回転させ、図４に示すように所定の回転ピッチΔθ毎に、投光器１から出た変調光が検出物体４で反射して受光器２に戻ったときの位相変化φから物体４までの距離Ｌを求め、この距離Ｌが所定の検知エリアａ内にあるか否かにより障害物の有無を判定するものがある。
【０００４】
この距離測定の原理を図５で説明する。投光器１は発振回路５で生成した高周波パルスｆ1（ω1ｔ）で発光する。受光器２には、物体４で反射して戻り、往復距離２Ｌに応じた位相変化φを持つ高周波パルス光が入射する。この受光信号ｆ1（ω1ｔ＋φ）に、混合回路６で局部発振信号ｆ2（ω2ｔ）をミキシングしてビートダウン信号ｆ3（ω3ｔ＋φ）を得る。このビートダウン信号の周波数はｆ1とｆ2の周波数差ｆ3＝ｆ1−ｆ2であり、位相差φを保持している。このビートダウン信号ｆ3（ω3ｔ＋φ）をローパスフィルタ７で取り出し、位相測定回路８で位相基準信号ｆ4（ω3ｔ）により位相差φを測定する。物体までの距離Ｌは、光速をＣとするとき、Ｌ＝Ｃ・（φ／２π）／２ｆ1であるので、距離演算回路９で測定したφに所定の係数を掛けることにより距離Ｌを求めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記位相差方式の距離測定は、光波が往復する距離２Ｌが、その光波の１波長λよりも小さいという条件で測定が可能であり、変調周波数ｆ1で測定が不可能になる上限距離ＬMが決まる。すなわち、光の速度をＣ（ｍ／秒）とすると、ＬM＝Ｃ／２ｆであり、例えば、光の変調周波数が８ＭＨZのときは距離が１８．７５ｍに達するまでは測定可能であるが、距離が１８．７５ｍになると測定される距離が０ｍとなって測定不能になる。
【０００６】
無人搬送車の障害物の検知は、一般に、３ｍ程度あれば要求性能を満たす。しかし、無人搬送車の走行路の壁面は、一面がステンレス板で形成されている場合のように、反射率が高い素材で作られている場合がある。このとき、図６に示すように、１８．７５ｍ離れたステンレス板１０からの反射光ｌsの強さと、０．５ｍ前にいる黒い服を着た人１１からの反射光ｌmの強さが区別できない。
【０００７】
この対策として、光を下方や上方に向け、光学的に光が戻らないようにする方式も考えられる。しかし、床面と天井面を複数回反射して光が戻る可能性もあり、この角度を大きくすると、反射位置の高さによって測定距離が変動する問題が生じる。さらに、背の低い検出物が測定できないという不具合も生じる。
【０００８】
そこで、本発明は検知エリアより遠い位置で強い反射があっても、これを検知エリア外の物体からの反射であるとして、測定対象から除外できる無人搬送車の障害物検知装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる無人搬送車の障害物検知センサは、同一方向を向く投光器と受光器を周囲空間に向けて所定のステップ角ずつ回転させ、各回転ステップ毎に、投光器から照射した変調光の位相と、この光が検出物体で反射し受光器に戻った反射光の位相の差を検出して検出物体までの距離を測定し、これらの距離によって障害物の有無を判定する無人搬送車の障害物検知センサにおいて、各回転ステップ毎に前記変調光の変調周波数を相対的に大きい周波数と相対的に小さい周波数に変えて１回づつ測定を行い、隣接する２ステップの距離測定値の差を求めると共に、該距離測定値が、前記変調周波数が相対的に大きい変調光の測定可能上限距離より近い物体からの反射光によるものか、遠い物体からの反射光によるものかを区別するための基準値を設定し、前記距離測定値の差が前記基準値以下であるとき、該距離測定値を正しい距離測定値として扱い、前記距離測定値の差が前記基準値を超えたとき、該距離測定値をエラーとして排除することを特徴とする。
【００１０】
【実施形態】
本発明は、図３〜図５に示す構成の障害物検知センサにおいて、投光器１から照射する変調光の周波数を、投光器１と受光器２を１ステップ回転させる毎に、例えば８ＭＨZと７．５ＭＨZに切換えて距離測定を行う。
【００１１】
本発明の障害物検知センサは、具体的には、例えば図１に示すようにＡ／Ｄコンバータを内蔵したワンチップマイクロコンピュータを用いて構成される。
【００１２】
図１において、４は検出物体、１２は投受光器である。投受光器１２は、回転駆動機構であるパルスモータ１３により同一方向に向けて同時に回転させられる投光用ミラー１４及び受光用ミラー１５と、投光用ミラー１４を介して高周波パルス光を照射する投光素子１６及び検出物体４で反射した高周波パルス光を受光用ミラー１５を介して受光する受光素子１７とから構成される。
【００１３】
１８は発振回路で、投光素子１６に供給する高周波パルス信号ｆ1、混合用の高周波パルス信号ｆ2、位相基準信号ｆ3を発生する。これらの信号ｆ1，ｆ2，ｆ3は、例えば８ＭＨZで測定するときと７．５ＭＨZで測定するときで周波数が切換えられる。１９はＡＧＣ回路付きのアンプで、受光素子１７の出力する受光信号ｆ1（ω1ｔ＋φ）を増幅する。２０はヘテロダイン検波を行う混合回路で、アンプ１７で増幅された受光信号ｆ1（ω1ｔ＋φ）と、混合用の高周波パルス信号ｆ2（ω2ｔ）を混合してビートダウン信号ｆ3（ω3ｔ＋φ）を生成する。このビートダウン信号は、投光素子１６から検出物体４を介して受光素子１７に到るまでの往復距離２Ｌに応じて受光信号ｆ3に生じる位相変化φを持っている。
【００１４】
２１はレベル変換回路で、ビートダウン信号ｆ3（ω3ｔ＋φ）に生じている位相変化φを、位相基準信号ｆ3（ω3ｔ）と位相比較し、位相遅れに対応する電圧信号Ｖ1を出力する。２２はＡ／Ｄ変換器を内蔵したワンチップマイクロコンピュータで、レベル変換回路２１から入力されるアナログ電圧Ｖ1を距離の測定値として受け、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換した後に障害物有無の判定を行い、出力回路２３を通して出力する。このマイクロコンピュータ２２は、発振回路１８及びモータドライブＩＣ２４に対する制御をも行う。
【００１５】
図１の障害物検知センサＡの動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。始めに初期化を行う。これは、内部データを初期化すると共に、パルスモータ１３によって投受光器１２を回転位置を初期位置に戻すものである。次に、図４に示したようなΔθ（例えば１．６°）の１回転ステップ毎に距離測定を行いながら、例えば１６０°の測定範囲の距離測定を行い、全ての測定値を記憶する。この測定は、１回転ステップ毎に、変調光の変調周波数をｆ1を、例えば８ＭＨZと７．５ＭＨZに切換えて行われる。この切り換えに連動して、局部発振周波数ｆ2と位相基準信号ｆ3の周波数の切換えも同時に行われる。
【００１６】
これらの測定が終了すると、図６で説明した測定可能範囲外からの反射光による測定値を排除するための処理を行う。
【００１７】
この処理は、隣接する測定点の測定値を比較し、その差が基準値（例えば０．５ｍ）以下であるとき正しい距離測定値と判定し、基準値を超えたときエラー値に置き換える処理を、測定エリアの一端から他端まで繰り返して行う。これは、測定可能範囲にある物体までの距離が測定されたときは、変調周波数ｆ1を変えても正しい距離が計測されるのに対し、測定範囲外を測定したときは変調周波数ｆ1を変えると測定値が大きく変動することを利用したものである。
【００１８】
これを、さらに説明する。測定可能範囲で、変調周波数ｆ1を変えて回転の１ステップ毎に行われる測定は、測定対象位置が変動するので、測定値は厳密には一致しない。しかし、測定対象位置は、検出物体の外形に沿って移動するので隣接する２点を比較しても距離の変化は少ない。一方、測定可能範囲よりも遠い位置にある物体からの反射光で測定を行ったときは、測定値が大きく変動する。例えば、８ＭＨZと７．５ＭＨZで測定を行なうと、８ＭＨZでは１８．５ｍで測定距離が０ｍ、７．５ＭＨZで２０ｍに達したとき測定距離が０ｍとなるので、図６に示すように、距離Ｌが１８．５ｍ≦Ｌ＜２０ｍの区間では、差が１８．５ｍ、２０ｍ以上の距離では１．５ｍの差が生じる。この関係を利用することにより、測定可能範囲の測定値のみを正しいデータとして取り出すことができる。
【００１９】
なお、変調周波数を８ＭＨZと７．５ＭＨZに変化させて測定を行なうと、距離が３００ｍに達したとき両者の測定値が０ｍとなり、理論上３００ｍ〜３１８．５ｍの区間で両者の測定値が同一となる。しかし、３００ｍ以上という距離では光の減衰が著しく、この反射光が検出されることはないので問題にならない。
【００２０】
測定範囲外からの反射光による測定値をエラーとして排除する処理が終わると、測定された距離が検知エリアａにあるか否かにより、障害物の有無を判定する。
【００２１】
上記実施例は、回転の１ステップ毎に変調光の周波数を変化させ、各回転ステップ毎に１回ずつ測定を行っている。これは、測定時間を短縮するためである。同一の測定対象位置について変調周波数ｆ1を変化させて２回ずつ測定を行うと、測定回数が２倍になって、測定に長い時間を必要とすることになり、無人搬送車を高速移動させるための障害になる。
【００２２】
また、本発明では、測定可能範囲外からの反射光による測定値を排除するために隣接する測定点の測定値を比較する処理を行っているが、この処理は、ノイズによる誤った測定値を排除するため、元々行う必要があるものであり、この処理は処理時間に影響を及ぼさない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の請求項１にかかる発明は、検知物体で反射して戻る変調光の位相変化を検出して距離測定を行う障害物検知装置において、変調周波数によって制限される測定可能距離よりも遠い位置にある物体からの反射光による測定値を、１回転ステップ毎に変調周波数を変え、隣接する測定点の距離測定値と比較することによりエラー値として排除することができる。特に、本発明は、１回転ステップに１回ずつ測定を行えばよく、隣接する測定点との比較はノイズ除去のための処理として本来必要な処理であって処理時間を増加させるものではない。このため、測定時間を短く保て、無人搬送車を高速走行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図
【図２】図１の装置の動作を説明するフローチャート
【図３】位相検出による距離測定を行う投光器と受光器を示す図
【図４】測定値から障害物の有無判定を行う検知エリアを説明する図
【図５】位相検出による距離測定の原理を説明するブロック図
【図６】測定可能範囲より遠く離れた物体からの反射によって誤動作する原因を説明する図
【符号の説明】
１  投光器
２  受光器
４  検出物体
１２  投受光器
１３  パルスモータ（回転駆動機構）
１４  投光用ミラー
１５  受光用ミラー
１６  投光素子
１７  受光素子
１８  発振回路
で、投光素子１６に供給する
高周波パルス信号ｆ1、混合用の高周波パルス信号ｆ2、位相基準信号ｆ3を発生する。これらの信号ｆ1，ｆ2，ｆ3は、例えば８ＭＨZで測定するときと７．５ＭＨZで測定するときで周波数が切換えられる。
１９  アンプ
２０  混合回路
２１  レベル変換回路
２２  ワンチップマイクロコンピュータ
２３  出力回路
２４  モータドライブＩＣ
ａ  検知エリア
【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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