(57)【要約】【課題】  測定対象までの距離が近い場合であっても高精度の測定が可能な超音波センサを提供する。【解決手段】  本発明に係る超音波センサは、超音波出射部から出射された超音波の内、直接に超音波入射部に入射する直接波の影響を排除して、受信波の大きさが複数の閾値Ｖ１、Ｖ２を通過する複数の時点Ｐ１、Ｐ２を検知する。そして、前記複数の閾値Ｖ１、Ｖ２と前記複数の時点Ｐ１、Ｐ２の時間データｔ１、ｔ２とを用いて反射波の大きさと時間の関係を直線或いは曲線で近似し、その直線或いは曲線が波形のゼロレベルと交差する点Ｐを反射波の立ち上がり時点として検知する。その後、送信波の立ち上がり時点から反射波の立ち上がり時点までの時間に基づいて、測定対象までの距離を算出する。例えば、前記複数の閾値には、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな閾値Ｖ２が含まれている。【選択図】      図６
2005128008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象へ向けて送信波を発すると共に、測定対象にて反射されて戻ってくる反射波を受けて、送信波の発信から反射波の受信までの時間計測に基づいて測定対象までの距離を測定する超音波センサにおいて、
受信波に応じた信号を出力する信号出力手段と、
超音波出射部から出射された超音波の内、直接に超音波入射部に入射する直接波の影響を排除して、信号出力手段の出力信号が複数の閾値を通過する複数の時点を検知する第１検知手段と、
前記複数の閾値と第１検知手段によって検知された複数の時点の時間データとを用いて反射波の大きさと時間の関係を直線或いは曲線で近似し、その直線或いは曲線が、信号出力手段の入力がない状態での出力レベルと交差する点を反射波の立ち上がり時点として検知する第２検知手段と、
送信波の立ち上がり時点から第２検知手段によって検知された反射波の立ち上がり時点までの時間に基づいて、測定対象までの距離を算出する演算手段
とを具えていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記複数の閾値には、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな閾値が含まれている請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記複数の閾値は、値の異なる第１の閾値と第２の閾値であって、第２の閾値は、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな値に設定される一方、第１の閾値は第２の閾値よりも小さな値に設定され、信号出力手段の出力信号と第１の閾値とを比較する第１比較器と、信号出力手段の出力信号と第２の閾値とを比較する第２比較器とを具え、前記第１検知手段は、第１比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第１の閾値を通過する時点を検知すると共に第２比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第２の閾値を通過する時点を検知し、前記第２検知手段は、２つの閾値と、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと、第２の閾値の通過が検知された時点の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記第１検知手段は、所定の時点から直接波の影響を排除することが可能な所定時間が経過した後に信号出力手段の出力信号が前記第２の閾値を通過する時点を検知する請求項３に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記第１検知手段は、所定の時点から直接波の影響を排除することが可能な所定時間が経過した後に信号出力手段の出力信号が前記複数の閾値を通過する複数の時点を検知する請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項６】
信号出力手段の出力信号が反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな閾値を通過する時点を検知する第３検知手段を具え、前記第１検知手段は、第３検知手段によって前記閾値の通過時点が検知された後に信号出力手段の出力信号が前記複数の閾値を通過する複数の時点を検知する請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記複数の閾値は、値の異なる第１の閾値と第２の閾値であって、両閾値は反射波のピーク値よりも小さな値に設定され、信号出力手段の出力信号と第１の閾値とを比較する第１比較器と、信号出力手段の出力信号と第２の閾値とを比較する第２比較器と、信号出力手段の出力信号と反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな第３の閾値とを比較する第３比較器とを具え、前記第１検知手段は、第１比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第１の閾値を通過する時点を検知すると共に第２比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第２の閾値を通過する時点を検知し、前記第３検知手段は、第３比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第３の閾値を通過する時点を検知し、前記第２検知手段は、第２の閾値の通過が検知された時点から所定時間内に第３の閾値の通過が検知されないときに、２つの閾値と、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと、第２の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する請求項６に記載の超音波センサ。
【請求項８】
測定対象へ向けて送信波を発すると共に、測定対象にて反射されて戻ってくる反射波を受けて、送信波の発信から反射波の受信までの時間計測に基づいて測定対象までの距離を測定する超音波センサを具え、該超音波センサによって障害物までの距離を測定する移動物体において、超音波センサは、
受信波に応じた信号を出力する信号出力手段と、
超音波出射部から出射された超音波の内、直接に超音波入射部に入射する直接波の影響を排除して、信号出力手段の出力信号が複数の閾値を通過する複数の時点を検知する第１検知手段と、
前記複数の閾値と第１検知手段によって検知された複数の時点の時間データとを用いて反射波の大きさと時間の関係を直線或いは曲線で近似し、その直線或いは曲線が、信号出力手段の入力がない状態での出力レベルと交差する点を反射波の立ち上がり時点として検知する第２検知手段と、
送信波の立ち上がり時点から第２検知手段によって検知された反射波の立ち上がり時点までの時間に基づいて、測定対象までの距離を算出する演算手段
とを具えていることを特徴とする移動物体。
【請求項９】
前記複数の閾値には、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな閾値が含まれている請求項８に記載の移動物体。
【請求項１０】
前記複数の閾値は、値の異なる第１の閾値と第２の閾値であって、第２の閾値は、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな値に設定される一方、第１の閾値は第２の閾値よりも小さな値に設定され、信号出力手段の出力信号と第１の閾値とを比較する第１比較器と、信号出力手段の出力信号と第２の閾値とを比較する第２比較器とを具え、前記第１検知手段は、第１比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第１の閾値を通過する時点を検知すると共に第２比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第２の閾値を通過する時点を検知し、前記第２検知手段は、２つの閾値と、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと、第２の閾値の通過が検知された時点の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する請求項９に記載の移動物体。
【請求項１１】
前記第１検知手段は、所定の時点から直接波の影響を排除することが可能な所定時間が経過した後に信号出力手段の出力信号が前記第２の閾値を通過する時点を検知する請求項１０に記載の移動物体。
【請求項１２】
超音波センサの超音波出射部及び超音波入射部の周囲には、吸音部材が配設されている請求項９乃至請求項１１の何れかに記載の移動物体。
【請求項１３】
前記第１検知手段は、所定の時点から直接波の影響を排除することが可能な所定時間が経過した後に信号出力手段の出力信号が前記複数の閾値を通過する複数の時点を検知する請求項８に記載の移動物体。
【請求項１４】
超音波センサは、信号出力手段の出力信号が反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな閾値を通過する時点を検知する第３検知手段を具え、前記第１検知手段は、第３検知手段によって前記閾値の通過時点が検知された後に信号出力手段の出力信号が前記複数の閾値を通過する複数の時点を検知する請求項８に記載の移動物体。
【請求項１５】
前記複数の閾値は、値の異なる第１の閾値と第２の閾値であって、両閾値は反射波のピーク値よりも小さな値に設定され、信号出力手段の出力信号と第１の閾値とを比較する第１比較器と、信号出力手段の出力信号と第２の閾値とを比較する第２比較器と、信号出力手段の出力信号と反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな第３の閾値とを比較する第３比較器とを具え、前記第１検知手段は、第１比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第１の閾値を通過する時点を検知すると共に第２比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第２の閾値を通過する時点を検知し、前記第３検知手段は、第３比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第３の閾値を通過する時点を検知し、前記第２検知手段は、第２の閾値の通過が検知された時点から所定時間内に第３の閾値の通過が検知されないときに、２つの閾値と、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと、第２の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する請求項１４に記載の移動物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定に用いる超音波センサ及びこれを具えた掃除ロボット等の移動物体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、障害物を避けながら進行方向を自動的に決定しつつ自走するロボットが知られており、例えば走行中に床面を清掃する掃除ロボットとして応用されている。
この様な自走ロボットにおいては、障害物までの距離を測定するために、超音波センサが用いられている。
【０００３】
超音波センサによる距離測定においては、超音波出射部から障害物へ向けて送信波を発信すると共に、障害物にて反射されて戻ってくる反射波を超音波入射部で受け、送信波の発信から反射波の受信までの時間計測に基づいて、障害物までの距離を測定する。
ここで、送信波としては、図１８に示す如く複数の矩形状パルスが送信される。一方、受信波としては、先ず、超音波センサの超音波出射部から出射された超音波の内、筐体内や空気中を振動して直接に超音波入射部に入射した直接波が受信された後、障害物にて反射された反射波が受信される。
送信波の発信から反射波の受信までの時間計測は、正確には、送信波の立ち上がりから反射波の立ち上がりまでの期間を対象として行なう必要があるが、反射波の立ち上がりについては、図１９に示す如く、受信波の大きさが一定の閾値を超えた時点を反射波の立ち上がり時点Ｐとして検知することとしている。
【０００４】
上記閾値は、検知される反射波の立ち上がり時点Ｐと真の立ち上がり時点とのずれを小さくするため、直接波のピーク値よりも僅かに大きな値に設定されている。従って、直接波の大きさが閾値を超える場合があり、直接波のレベルが閾値を超えた時点が反射波の立ち上がり時点として誤って検知される問題があった。又、この問題を回避するために閾値を大きな値に設定すると、近距離の測定を正確に行なえない問題があった。
そこで、図２０に示す如く閾値を直接波のピーク値よりも充分に大きな値に一定時間だけ維持した後に減少させて、受信波の大きさが閾値と一致した時点を反射波の立ち上がり時点Ｐとする超音波センサが提案されている(特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平８−１６６４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、反射波の波形は、図２０に示す如く測定対象の表面状態によって変化し、これによって反射波の大きさが閾値を超える時点が変化するため、測定値はまちまちとなり、測定距離が近い場合には、そのバラツキが測定距離に比べて無視出来ない大きな誤差となって、測定精度が低下する問題があった。
そこで本発明の目的は、測定対象までの距離が近い場合であっても高精度の測定が可能な超音波センサ及びこれを具えた移動物体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る超音波センサは、測定対象へ向けて送信波を発すると共に、測定対象にて反射されて戻ってくる反射波を受けて、送信波の発信から反射波の受信までの時間計測に基づいて測定対象までの距離を測定するものであって、
受信波に応じた信号を出力する信号出力手段と、
超音波出射部から出射された超音波の内、直接に超音波入射部に入射する直接波の影響を排除して、信号出力手段の出力信号が複数の閾値を通過する複数の時点を検知する第１検知手段と、
前記複数の閾値と第１検知手段によって検知された複数の時点の時間データとを用いて反射波の大きさと時間の関係を直線或いは曲線で近似し、その直線或いは曲線が、信号出力手段の入力がない状態での出力レベルと交差する点を反射波の立ち上がり時点として検知する第２検知手段と、
送信波の立ち上がり時点から第２検知手段によって検知された反射波の立ち上がり時点までの時間に基づいて、測定対象までの距離を算出する演算手段
とを具えている。
【０００７】
第１の具体的構成において、前記複数の閾値には、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな閾値が含まれている。
【０００８】
上記具体的構成においては、信号出力手段の出力信号が複数の閾値を通過する複数の時点が検知される。ここで、該複数の閾値には、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな閾値が含まれているので、該閾値の通過をもって確実に反射波を検知することが出来る。
その後、前記複数の閾値と前記検知された複数の時点の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係が直線或いは曲線で近似され、その直線或いは曲線が、信号出力手段の入力がない状態での出力レベル、例えばゼロレベルと交差する点をもって、反射波の立ち上がり時点とされる。この様にして、反射波の波形に拘わらず、真の立ち上がり時点と同じ時点或いは近い時点を反射波の立ち上がり時点として検知することが出来るので、測定対象の表面状態の違いによって生じる測定値のバラツキは小さくなり、測定対象までの距離が近い場合であっても高い測定精度を得ることが出来る。
【０００９】
具体的には、前記複数の閾値は、値の異なる第１の閾値と第２の閾値であって、第２の閾値は、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな値に設定される一方、第１の閾値は第２の閾値よりも小さな値に設定される。そして、超音波センサは、信号出力手段の出力信号と第１の閾値とを比較する第１比較器と、信号出力手段の出力信号と第２の閾値とを比較する第２比較器とを具え、前記第１検知手段は、第１比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第１の閾値を通過する時点を検知すると共に第２比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第２の閾値を通過する時点を検知し、前記第２検知手段は、２つの閾値と、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと、第２の閾値の通過が検知された時点の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する。
【００１０】
該具体的構成においては、直接波が第１の閾値を通過した後、反射波が第１の閾値を通過するため、第１の閾値の通過が検知された時点の時間データの内、反射波が第１の閾値を通過した時点の時間データが最新のものとなる。一方、第２の閾値は、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな値に設定されているので、反射波のみが第２の閾値を通過することになる。
従って、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する際に、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと第２の閾値の通過が検知された時点の時間データとを用いることによって、反射波の立ち上がり時点を検知することが出来る。
【００１１】
又、具体的には、前記第１検知手段は、所定の時点から直接波の影響を排除することが可能な所定時間が経過した後に信号出力手段の出力信号が前記第２の閾値を通過する時点を検知する。
【００１２】
前記所定時間は、例えば超音波出射部と超音波入射部との間の距離に応じて設定される。
上記具体的構成によれば、万が一、直接波の大きさが第２の閾値を超えることがあったとしても、所定時間が経過した後の第２の閾値の通過をもって確実に反射波を検知することが出来る。
【００１３】
第２の具体的構成において、前記第１検知手段は、所定の時点から直接波の影響を排除することが可能な所定時間が経過した後に信号出力手段の出力信号が前記複数の閾値を通過する複数の時点を検知する。
【００１４】
前記所定時間は、例えば超音波出射部と超音波入射部との間の距離に応じて設定される。
上記具体的構成においては、所定の時点から前記所定時間が経過した後に信号出力手段の出力信号が複数の閾値を通過する複数の時点が検知される。この様に、所定時間が経過した後の複数の閾値の通過をもって確実に反射波を検知することが出来る。
その後、前記複数の閾値と前記検知された複数の時点の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係が直線或いは曲線で近似され、その直線或いは曲線が、信号出力手段の入力がない状態での出力レベル、例えばゼロレベルと交差する点をもって、反射波の立ち上がり時点とされる。この様にして、反射波の波形に拘わらず、真の立ち上がり時点と同じ時点或いは近い時点を反射波の立ち上がり時点として検知することが出来るので、測定対象の表面状態の違いによって生じる測定値のバラツキは小さくなり、測定対象までの距離が近い場合であっても高い測定精度を得ることが出来る。
【００１５】
第３の具体的構成において、超音波センサは、信号出力手段の出力信号が反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな閾値を通過する時点を検知する第３検知手段を具え、前記第１検知手段は、第３検知手段によって前記閾値の通過時点が検知された後に信号出力手段の出力信号が前記複数の閾値を通過する複数の時点を検知する。
【００１６】
上記具体的構成を有する超音波センサは、直接波のレベルを高めて直接波のピーク値が反射波のピーク値よりも大きくなる様に構成される。直接波のレベルを高める方法としては、超音波出射部及び超音波入射部を筐体の外周面よりも外側に突出させて配設する方法、超音波出射部を超音波入射部側前方に向けると共に超音波入射部を超音波出射部側前方に向ける方法、超音波出射部及び超音波入射部の前方にホーンを配設して超音波出射部及び超音波入射部の指向角を広げる方法等が採用される。
該超音波センサにおいては、信号出力手段の出力信号が反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな閾値を通過する時点が検知された後に該出力信号が複数の閾値を通過する複数の時点が検知される。この様に、反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな閾値の通過をもって直接波が検知されるので、その後の前記複数の閾値の通過をもって確実に反射波を検知することが出来る。
その後、前記複数の閾値と前記検知された複数の時点の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係が直線或いは曲線で近似され、その直線或いは曲線が、信号出力手段の入力がない状態での出力レベル、例えばゼロレベルと交差する点をもって、反射波の立ち上がり時点とされる。この様にして、反射波の波形に拘わらず、真の立ち上がり時点と同じ時点或いは近い時点を反射波の立ち上がり時点として検知することが出来るので、測定対象の表面状態の違いによって生じる測定値のバラツキは小さくなり、測定対象までの距離が近い場合であっても高い測定精度を得ることが出来る。
【００１７】
又、具体的には、前記複数の閾値は、値の異なる第１の閾値と第２の閾値であって、両閾値は反射波のピーク値よりも小さな値に設定される。そして、超音波センサは、信号出力手段の出力信号と第１の閾値とを比較する第１比較器と、信号出力手段の出力信号と第２の閾値とを比較する第２比較器と、信号出力手段の出力信号と反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな第３の閾値とを比較する第３比較器とを具え、前記第１検知手段は、第１比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第１の閾値を通過する時点を検知すると共に第２比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第２の閾値を通過する時点を検知し、前記第３検知手段は、第３比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第３の閾値を通過する時点を検知する。前記第２検知手段は、第２の閾値の通過が検知された時点から所定時間内に第３の閾値の通過が検知されないときに、２つの閾値と、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと、第２の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する。
【００１８】
該具体的構成においては、第３の閾値は、反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな値に設定されているので、直接波は第１の閾値、第２の閾値及び第３の閾値を通過するが、反射波は第１の閾値及び第２の閾値のみを通過し、第３の閾値を通過しない。従って、第２の閾値の通過が検知されてから所定時間内に第３の閾値の通過が検知されないことをもって反射波を検知することが出来る。又、直接波が第１及び第２の閾値を通過した後に、反射波が第１及び第２の閾値を通過するので、第１の閾値の通過が検知された時点の時間データの内、反射波が第１の閾値を通過した時点の時間データが最新のものとなると共に、第２の閾値の通過が検知された時点の時間データの内、反射波が第２の閾値を通過した時点の時間データが最新のものとなる。
従って、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する際に、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと第２の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データとを用いることによって、反射波の立ち上がり時点を検知することが出来る。
【００１９】
本発明に係る移動物体は、測定対象へ向けて送信波を発すると共に、測定対象にて反射されて戻ってくる反射波を受けて、送信波の発信から反射波の受信までの時間計測に基づいて測定対象までの距離を測定する超音波センサを具え、該超音波センサによって障害物までの距離を測定するものである。ここで、超音波センサは、
受信波に応じた信号を出力する信号出力手段と、
超音波出射部から出射された超音波の内、直接に超音波入射部に入射する直接波の影響を排除して、信号出力手段の出力信号が複数の閾値を通過する複数の時点を検知する第１検知手段と、
前記複数の閾値と第１検知手段によって検知された複数の時点の時間データとを用いて反射波の大きさと時間の関係を直線或いは曲線で近似し、その直線或いは曲線が、信号出力手段の入力がない状態での出力レベルと交差する点を反射波の立ち上がり時点として検知する第２検知手段と、
送信波の立ち上がり時点から第２検知手段によって検知された反射波の立ち上がり時点までの時間に基づいて、測定対象までの距離を算出する演算手段
とを具えている。
【００２０】
本発明に係る移動物体は、例えば自走ロボットに実施され、該移動物体においては、障害物までの距離を測定するために、上記本発明に係る超音波センサが構成されている。自走ロボットに実施した場合には、上記超音波センサによって高い精度で障害物までの距離が測定され、その測定結果に基づいて、進行方向が適切に制御される。
【００２１】
具体的には、前記複数の閾値は、値の異なる第１の閾値と第２の閾値であって、第２の閾値は、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな値に設定される一方、第１の閾値は第２の閾値よりも小さな値に設定される。そして、超音波センサは、信号出力手段の出力信号と第１の閾値とを比較する第１比較器と、信号出力手段の出力信号と第２の閾値とを比較する第２比較器とを具え、前記第１検知手段は、第１比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第１の閾値を通過する時点を検知すると共に第２比較器の比較結果に基づいて信号出力手段の出力信号が第２の閾値を通過する時点を検知し、前記第２検知手段は、２つの閾値と、第１の閾値の通過が検知された時点の最新の時間データと、第２の閾値の通過が検知された時点の時間データとを用いて、反射波の大きさと時間の関係を線形近似する。
【００２２】
又、具体的には、超音波センサの超音波出射部及び超音波入射部の周囲には、吸音部材が配設されている。
該具体的構成においては、超音波センサの超音波出射部から出射された超音波の内、周囲に拡散した一部の波が吸音部材によって吸収されるため、直接波のレベルが低下する。これによって、直接波のレベルが第２の閾値を超えることを防止することが出来る。又、第１の閾値を小さな値に設定することが出来るので、第２の閾値の通過をもってより確実に反射波を検知することが出来、高い精度で近距離の測定を行なうことが出来る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る超音波センサ及びこれを具えた移動物体によれば、測定対象までの距離が近い場合であっても、高い精度で測定対象までの距離を測定することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を自走掃除ロボットに実施した形態につき、３つの実施例に基づいて具体的に説明する。
第１実施例
本実施例の自走掃除ロボットは、図１に示す如く円筒体(１)の内側に配備された左右一対の車輪(２)(２)によって自走するものであり、走行中にブラシの回転によってごみを掃き集める掃除機構(図示省略)を具えている。
【００２５】
又、上記自走掃除ロボットは、障害物を避けながら進行方向を自動的に決定しつつ自走することが可能であって、障害物までの距離を測定するための超音波センサを具えている。図１及び図２に示す如く、円筒体(１)の外周面には、進行方向の前部に２つの凹部(10)(10)が形成されており、これらの凹部(10)(10)に、ウレタンなどの吸音材料からなる円筒状の吸音部材(11)(11)が配設され、これらの吸音部材(11)(11)の内部にそれぞれ、超音波センサの送信器(31)及び受信器(32)が配設されている。この様に、送信器(31)及び受信器(32)の周囲に吸音部材(11)(11)を配設することによって、送信器(31)から出射された超音波の内、直接に受信器(32)に入射する直接波のレベルを低下させることが出来る。
【００２６】
図３は、本実施例の超音波センサ(３)の構成を表わしている。
該超音波センサ(３)においては、マイクロコンピュータ(30)から信号作成回路(34)へトリガパルスが供給され、信号作成回路(34)では、該トリガパルスに応じて矩形状パルスが作成される。作成された矩形状パルスは、駆動回路(33)を経て送信器(31)から外部へ送信される。
マイクロコンピュータ(30)は、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点で、内蔵するタイマ(図示省略)をリセットして時間計測を開始する。
【００２７】
受信器(32)によって受信された信号は、アンプ回路(35)によって増幅された後、フィルタ回路(36)に供給される。フィルタ回路(36)では、アンプ回路(35)から供給された信号から特定の周波数の信号が抽出され、抽出された信号は検波器(37)によって検波された後、第１比較器(38a)及び第２比較器(38b)に供給される。
【００２８】
第１比較器(38a)では、検波器(37)の出力信号と図６(ａ)に示す第１の閾値Ｖ１とが比較され、同図(ｂ)の如く検波器(37)の出力信号が第１の閾値Ｖ１を下回っている場合にローとなり、上回っている場合にハイとなる信号がマイクロコンピュータ(30)に供給される。
一方、第２比較器(38b)では、検波器(37)の出力信号と同図(ａ)に示す第２の閾値Ｖ２とが比較され、同図(ｂ)の如く検波器(37)の出力信号が第２の閾値Ｖ２を下回っている場合にローとなり、上回っている場合にハイとなる信号がマイクロコンピュータ(30)に供給される。
ここで、第１の閾値Ｖ１は、直接波のピーク値よりも小さな値に設定される一方、第２の閾値Ｖ２は、直接波のピーク値よりも大きく、且つ反射波のピーク値よりも小さな値に設定される。尚、直接波のピーク値及び反射波のピーク値は、測定距離や測定対象によって変化するが、予め実験的或いは経験的に求めることが出来る。本実施例の超音波センサは０〜５０ｃｍの範囲を測定範囲としており、第１の閾値Ｖ１は２Ｖ、第２の閾値Ｖ２は４Ｖに設定される。
【００２９】
マイクロコンピュータ(30)は、図６(ｂ)の如く第１比較器(38a)から供給される信号がローからハイに切り替わった時点を検知して、その時点のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリ(図示省略)に格納する動作を実行する。該動作によって、先ず、同図(ａ)の如く直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回る時点Ｐ１′が検知されて、該時点のタイムカウント値が内蔵メモリに格納され、その後、反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回る時点Ｐ１が検知されて、該時点のタイムカウント値が内蔵メモリに格納される。このとき、該タイムカウント値は、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回る時点の前記タイムカウント値の記録領域に上書きされる。
又、図６(ｂ)の如く第２比較器(38b)から供給される信号がローからハイに切り替わった時点を検知して、その時点のタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納する動作を実行する。該動作によって、反射波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回る時点Ｐ２が検知されて、該時点のタイムカウント値が内蔵メモリに格納される。
【００３０】
その後、上述の如く内蔵メモリに格納されたタイムカウント値ｔ１、ｔ２を用いて、下記数１から、第１の閾値Ｖ１の通過時点Ｐ１から第２の閾値Ｖ２の通過時点Ｐ２までの経過時間Δｔを算出する。
【００３１】
(数１)
Δｔ＝ｔ２−ｔ１
【００３２】
そして、算出された経過時間Δｔが３５０μ秒未満である場合には、第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２と上述のタイムカウント値ｔ１、ｔ２とを用いて、図６に一点鎖線で示す如く反射波の大きさと時間の関係を直線近似し、その直線が波形のゼロレベルと交差する点Ｐを反射波の立ち上がり時点として、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出する。
【００３３】
これに対し、算出された経過時間Δｔが３５０μ秒以上である場合には、上述のタイムカウント値ｔ１、ｔ２を用いて下記数２から算出される時間を、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔとする。
【００３４】
(数２)
ｔ＝ｔ２−(ｔ２−ｔ１)／３
尚、上記数２は実験的に求められる。
【００３５】
その後、上述の如く得られた時間ｔから所定のオフセット時間を減算し、その減算結果に基づいて障害物までの距離を算出する。ここで、所定のオフセット時間が減算される理由は、図３に示す信号作成回路(34)及び駆動回路(33)の回路特有の遅れや送信器(31)と受信器(32)の取付け位置のずれによって、信号作成回路(34)に対するトリガパルスの供給開始時点と送信波の立ち上がり時点との間に時間のずれが生じるからである。オフセット時間は、センサ固有の値として、予め実験的に求めておくことが出来る。
上述の如く得られた障害物までの距離の算出結果は、進行方向の制御に供される。
【００３６】
図４及び図５は、上記マイクロコンピュータ(30)が内蔵タイマによる時間計測を開始した後に実行する手続きを表わしている。尚、図４及び図５に示す手続きは、例えば多重処理によって同時に実行される。
図４のステップＳ１では、第１比較器(38a)の出力がハイであるか否かを判断し、ノーと判断された場合には、ステップＳ１にて同じ判断を繰り返す。
その後、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回ると、その時点で第１比較器(38a)の出力がローからハイに切り替わってステップＳ１にてイエスと判断され、ステップＳ２に移行して、その時点のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに格納した後、ステップＳ３では、第１比較器(38a)の出力がハイであるか否かを判断する。ここで、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回っているので、イエスと判断され、ステップＳ４に移行してタイムカウント値が所定値を超えたか否かを判断し、ノーと判断された場合はステップＳ３に戻る。その後、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を下回ると、その時点で第１比較器(38a)の出力がハイからローに切り替わってステップＳ３にてノーと判断され、ステップＳ１に戻る。
【００３７】
その後、反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回ると、その時点で第１比較器(38a)の出力がローからハイに切り替わってステップＳ１にてイエスと判断され、ステップＳ２にて、その時点のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに格納する。このとき、該タイムカウント値ｔ１は、過去に取得されたタイムカウント値ｔ１の記録領域に上書きされる。次にステップＳ３では、反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回っているのでイエスと判断される。
その後、タイムカウント値が前記所定値を超えると、ステップＳ４にてイエスと判断されて手続きを終了する。
上記手続きによって、反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回る時点のタイムカウント値ｔ１が内蔵メモリに格納されることになる。
【００３８】
図５のステップＳ１１では、第２比較器(38b)の出力がハイであるか否かを判断し、ノーと判断された場合には、ステップＳ１１にて同じ判断を繰り返す。
その後、反射波の大きさが第２の閾値Ｖ２を通過すると、その時点で第２比較器(38b)の出力がローからハイに切り替わってステップＳ１１にてイエスと判断され、ステップＳ１２に移行して、その時点のタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納する。
【００３９】
続いてステップＳ１３では、図４の手続きによって内蔵メモリに格納されたタイムカウント値ｔ１を読み出した後、ステップＳ１４では、読み出したタイムカウント値ｔ１とステップＳ１２にて取得したタイムカウント値ｔ２とを用いて、上記数１から、反射波の大きさが第１の閾値を上回った時点Ｐ１から第２の閾値を上回った時点Ｐ２までの経過時間Δｔを算出する。
【００４０】
その後、ステップＳ１５では、前記経過時間Δｔが３５０μ秒未満であるか否かを判断し、イエスと判断された場合には、ステップＳ１６に移行して、第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２と上述のタイムカウント値ｔ１、ｔ２とを用いて、反射波の大きさと時間の関係を直線近似し、その直線が波形のゼロレベルと交差する点を反射波の立ち上がり時点として、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出して、手続きを終了する。
一方、ステップＳ１５にてノーと判断された場合には、ステップＳ１７に移行して、上述のタイムカウント値ｔ２と前記経過時間Δｔとを用いて、上記数２から、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出して、手続きを終了する。
その後、上述の如く算出された時間ｔと所定のオフセット時間とに基づいて、障害物までの距離を算出する。
【００４１】
本実施例の自走掃除ロボットにおいては、図２に示す如く超音波センサの送信器(31)及び受信器(32)の周囲に吸音部材(11)(11)を配設することによって直接波のレベルを低下させることにより、直接波のレベルが第２の閾値Ｖ２を超えることを防止することが出来る。従って、第２比較器(38b)の出力がハイとなることをもって確実に反射波を検知することが出来、直接波による誤検知を防止することが出来る。
又、図７に示す如く、反射波の波形に拘わらず、真の立ち上がり時点Ｐ０と同じ時点或いは近い時点を反射波の立ち上がり時点Ｐ、Ｐ′として検知することが出来るので、障害物の表面状態の違いによって生じる測定値のバラツキは小さくなる。このため、従来は７〜８ｃｍ程度の距離までしか測定できなかったのに対し、本発明の超音波センサによれば、２ｃｍ程度の近い距離を測定する場合であっても、高い測定精度を得ることが出来る。この様な測定結果に基づいて進行方向を制御することにより、壁面に衝突させることなく走行させて、壁面の隅部の清掃を行なうことが出来る。
更に、本発明の超音波センサによれば、第１比較器(38a)と第２比較器(38b)を用いただけの簡単な回路構成で、高い精度での近距離の測定が可能となる。
【００４２】
第２実施例
本実施例の自走掃除ロボットは、図１及び図２に示す第１実施例の自走掃除ロボットと同一の外観構成を有しており、障害物までの距離を測定するための超音波センサを具えている。該超音波センサの構成は、マイクロコンピュータを除いて、図３に示す第１実施例の超音波センサと同一である。
本実施例のマイクロコンピュータは、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点で、内蔵するタイマをリセットして時間計測を開始した後、第１実施例と同様にして、図１０(ａ)の如く反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回る時点Ｐ１を検知して、該時点のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに格納する。
【００４３】
又、同図(ｂ)の如く第２比較器から供給される信号がローからハイに切り替わり、且つタイムカウント値が所定値Ｔより大きい時点Ｐ２を検知して、その時点のタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納する。ここで、タイムカウント値が所定値Ｔとなるまでの時間Ｔ０[ｍｓ]は、送信器(31)と受信器(32)との間の距離Ｌ[ｍｍ]、音速ｃ[ｍｍ／ｍｓ]、安全率ｒを用いて、下記数３から算出される。
(数３)
Ｔ０＝Ｌ・ｒ／ｃ
尚、上記安全率ｒは実験的に求められ、例えば１.２に設定される。
【００４４】
その後、第１実施例と同様にして、上述の如く内蔵メモリに格納されたタイムカウント値ｔ１、ｔ２を用いて、上記数１から第１の閾値Ｖ１の通過時点Ｐ１から第２の閾値Ｖ２の通過時点Ｐ２までの経過時間Δｔを算出し、該経過時間Δｔが３５０μ秒未満である場合には、第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２とタイムカウント値ｔ１、ｔ２とを用いて、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出する。これに対して、前記経過時間Δｔが３５０μ秒以上である場合には、タイムカウント値ｔ１、ｔ２を用いて、上記数２から信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出する。この様にして算出された時間ｔから所定のオフセット時間を減算し、その減算結果に基づいて障害物までの距離を算出する。
【００４５】
図８及び図９は、本実施例のマイクロコンピュータが内蔵タイマによる時間計測を開始した後に実行する手続きを表わしている。尚、図８及び図９に示す手続きは、例えば多重処理によって同時に実行される。
図８に示す手続きは、第１実施例のマイクロコンピュータによって実行される図４に示す手続きと同一であって、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回ると、ステップＳ２２にてその時点Ｐ１′のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに格納し、その後、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を下回ると、その時点でステップＳ２３にてノーと判断されてステップＳ２１に戻る。
その後、反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回ると、ステップＳ２２にてその時点Ｐ１のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに上書き記録して、手続きを終了する。
【００４６】
図９のステップＳ３１では、第２比較器(38b)の出力がハイであって、且つタイムカウント値ｔｃが前記所定値Ｔよりも大きいか否かを判断する。ここで、図１０(ａ)(ｂ)の如く、万が一、直接波の大きさが第２の閾値Ｖ２を通過して第２比較器(38b)の出力がローからハイに切り替わったとしても、その時点ではタイムカウント値が所定値Ｔよりも小さいため、ノーと判断される。
その後、反射波の大きさが第２の閾値Ｖ２を通過して第２比較器(38b)の出力がローからハイに切り替わると、その時点ではタイムカウント値が前記所定値Ｔよりも大きいため、ステップＳ３１にてイエスと判断されて、ステップＳ３２に移行し、その時点のタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納する。
【００４７】
続いてステップＳ３３では、図８の手続きによって内蔵メモリに格納されたタイムカウント値ｔ１を読み出した後、ステップＳ３４では、読み出したタイムカウント値ｔ１とステップＳ３２にて取得したタイムカウント値ｔ２とを用いて、上記数１から、反射波の大きさが第１の閾値を上回った時点Ｐ１から第２の閾値を上回った時点Ｐ２までの経過時間Δｔを算出する。
【００４８】
その後、ステップＳ３５では、前記経過時間Δｔが３５０μ秒未満であるか否かを判断し、イエスと判断された場合には、ステップＳ３６に移行して、第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２と上述のタイムカウント値ｔ１、ｔ２とを用いて、反射波の大きさと時間の関係を直線近似し、その直線が波形のゼロレベルと交差する点を反射波の立ち上がり時点として、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出して、手続きを終了する。
一方、ステップＳ３５にてノーと判断された場合には、ステップＳ３７に移行して、上述のタイムカウント値ｔ２と前記経過時間Δｔとを用いて、上記数２から、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出して、手続きを終了する。
その後、上述の如く算出された時間ｔと所定のオフセット時間とに基づいて、障害物までの距離を算出する。
【００４９】
本実施例の自走掃除ロボットにおいては、図９に示す如く、第２比較器(38b)の出力がハイとなり、且つタイムカウント値が所定値Ｔを超えた時点で初めて、距離の算出に供されるタイムカウント値が保持されるので、図１０(ａ)に示す如く、万が一、直接波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回ったとしても、その時点でのタイムカウント値が保持されることはなく、反射波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回った時点のタイムカウント値を保持することが出来る。これによって、直接波による誤検知を確実に防止して反射波の立ち上がり時点を検知することが出来る。
【００５０】
第３実施例
本実施例の自走掃除ロボットは、直接波のレベルを高めて、受信波の大きさが図１５(ａ)に示す第３の閾値Ｖ３を超えた後の第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２の通過をもって反射波を検知するものである。
本実施例の自走掃除ロボットにおいては、図１１に示す如く、超音波センサの送信器(41)及び受信器(42)がそれぞれ超音波出射部及び超音波入射部を円筒体(１)の外周面よりも前方に突出させて配設されている。これによって、直接波のレベルを高めることが出来る。尚、直接波のレベルを高める方法としては、図１６に示す如く送信器(41)の超音波出射部を受信器(42)側前方に向けると共に受信器(42)の超音波入射部を送信器(42)側前方に向ける方法や、図１７に示す如く送信器(41)の超音波出射部及び受信器(42)の超音波入射部の前方にホーン(49)(49)を配設して送信器(41)及び受信器(42)の指向角を広げる方法を採用することも可能である。
【００５１】
図１２は、本実施例の超音波センサ(４)の構成を表わしており、該超音波センサの構成は、第３比較器(48c)及びマイクロコンピュータ(40)を除いて、第１実施例の超音波センサと同一である。
第３比較器(48c)では、検波器(47)の出力信号と図１５(ａ)に示す第３の閾値Ｖ３とが比較され、同図(ｂ)の如く検波器(47)の出力信号が第３の閾値Ｖ３を下回っている場合にローとなり、上回っている場合にハイとなる信号がマイクロコンピュータ(40)に供給される。
ここで、第３の閾値Ｖ３は、反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな値、例えば１０Ｖに設定される。尚、第１の閾値Ｖ１及び第２の閾値Ｖ２はそれぞれ、例えば第１実施例と同じ２Ｖ、４Ｖに設定される。
【００５２】
マイクロコンピュータ(40)は、２つのタイマを内蔵しており、信号作成回路(44)に対するトリガパルス供給開始時点で、第１タイマをリセットして時間計測を開始した後、第１実施例と同様にして、反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回る時点Ｐ１を検知し、該時点での第１タイマのタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに格納する。
【００５３】
又、図１５(ｂ)の如く第２比較器(48b)から供給される信号がローからハイに切り替わった時点を検知して、その時点での第１タイマのタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納する動作を実行する。該動作によって、同図(ａ)の如く直接波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回る時点Ｐ２′が検知されて、該時点のタイムカウント値が内蔵メモリに格納される。又、その時点で第２タイマをリセットして時間計測を開始した後、同図(ｂ)の如く第３比較器(48c)から供給される信号がローからハイに切り替わる時点を監視する動作を開始する。その後、第２タイマのタイムカウント値が所定値Ｔ１に達するまでに直接波の大きさが第３の閾値Ｖ３を上回る時点Ｐ３が検知され、再び、第２比較器(48b)から供給される信号がローからハイに切り替わる時点を検知して第１タイマのタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納する動作を実行する。該動作によって、同図(ａ)の如く反射波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回る時点Ｐ２が検知されて、該時点のタイムカウント値が内蔵メモリに格納される。このとき、該タイムカウント値は、直接波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回る時点の前記タイムカウント値の記録領域に上書きされる。尚、前記所定値Ｔ１は、実験的に求められる。
【００５４】
その後、第１実施例と同様にして、上述の如く内蔵メモリに格納されたタイムカウント値ｔ１、ｔ２を用いて、上記数１から第１の閾値Ｖ１の通過時点Ｐ１から第２の閾値Ｖ２の通過時点Ｐ２までの経過時間Δｔを算出し、該経過時間Δｔが３５０μ秒未満である場合には、第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２とタイムカウント値ｔ１、ｔ２とを用いて、信号作成回路(44)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出する。これに対して、前記経過時間Δｔが３５０μ秒以上である場合には、タイムカウント値ｔ１、ｔ２を用いて、上記数２から信号作成回路(44)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出する。この様にして算出された時間ｔから所定のオフセット時間を減算し、その減算結果に基づいて障害物までの距離を算出する。
【００５５】
図１３及び図１４は、本実施例のマイクロコンピュータが第１タイマによる時間計測を開始した後に実行する手続きを表わしている。尚、図１３及び図１４に示す手続きは、例えば多重処理によって同時に実行される。
図１３に示す手続きは、第１実施例のマイクロコンピュータによって実行される図４に示す手続きと同一であって、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回ると、ステップＳ４２にてその時点Ｐ１′のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに格納し。その後、直接波の大きさが第１の閾値Ｖ１を下回ると、その時点でステップＳ４３にてノーと判断されてステップＳ４１に戻る。
その後、反射波の大きさが第１の閾値Ｖ１を上回ると、ステップＳ４２にてその時点Ｐ１のタイムカウント値ｔ１を内蔵メモリに上書き記録して、手続きを終了する。
【００５６】
図１４のステップＳ５１では、フラグを１に設定した後、ステップＳ５２では、第２比較器(48b)の出力がハイであるか否かを判断し、ノーと判断された場合には、ステップＳ５３にてフラグを１に設定した後、ステップＳ５１に戻る。
その後、直接波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回ると、その時点で第２比較器(48b)の出力がローからハイに切り替わってステップＳ５２にてイエスと判断され、ステップＳ５４に移行してフラグが１であるか否かを判断する。このとき、上述の如くフラグは１であるのでイエスと判断され、ステップＳ５５に移行して、その時点での第１タイマのタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納すると共に、第２タイマをリセットして時間計測を開始する。
【００５７】
続いてステップＳ５６では、第３比較器(48c)の出力がハイであるか否かを判断し、ノーと判断された場合には、ステップＳ５８に移行して、第２タイマのタイムカウント値ｔｃが前記所定値Ｔ１よりも大きいか否かを判断し、ノーと判断された場合にはステップＳ５６に戻る。
その後、直接波の大きさが第３の閾値Ｖ３を上回ると、その時点で第３比較器(48c)の出力がローからハイに切り替わってステップＳ５６にてイエスと判断され、ステップＳ５７にてフラグを０に設定した後、ステップＳ５２に戻る。
【００５８】
そして、ステップＳ５２及びステップＳ５４の処理が繰り返され、直接波の大きさが第２の閾値Ｖ２を下回ると、その時点でステップＳ５２にてノーと判断され、ステップＳ５３にてフラグが１に設定された後、ステップＳ５２に戻る。
その後、ステップＳ５２及びステップＳ５３の処理が繰り返され、反射波の大きさが第２の閾値Ｖ２を上回ると、その時点でステップＳ５２にてイエスと判断された後、ステップＳ５４にてイエスと判断され、ステップＳ５５に移行して、その時点での第１タイマのタイムカウント値ｔ２を内蔵メモリに格納すると共に、第２タイマをリセットして時間計測を開始する。このとき、該タイムカウント値ｔ２は、過去に取得されたタイムカウント値ｔ２の記録領域に上書きされる。
【００５９】
その後、ステップＳ５６及びステップＳ５８の判断が繰り返される。第３の閾値Ｖ３は、上述の如く反射波のピーク値よりも大きな値に設定されているので、反射波の大きさが第３の閾値Ｖ３を上回って第３比較器(48c)の出力がハイとなることはなく、第２タイマのタイムカウント値ｔｃが前記所定値Ｔ１を上回った時点でステップＳ５８にてイエスと判断されてステップＳ５９に移行する。
ステップＳ５９では、図１３の手続きによって内蔵メモリに格納されたタイムカウント値ｔ１を読み出した後、ステップＳ６０では、読み出したタイムカウント値ｔ１とステップＳ５５にて取得したタイムカウント値ｔ２とを用いて、上記数１から、反射波の大きさが第１の閾値を上回った時点Ｐ１から第２の閾値を上回った時点Ｐ２までの経過時間Δｔを算出する。
【００６０】
その後、ステップＳ６１では、前記経過時間Δｔが３５０μ秒未満であるか否かを判断し、イエスと判断された場合には、ステップＳ６２に移行して、第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２と上述のタイムカウント値ｔ１、ｔ２とを用いて、反射波の大きさと時間の関係を直線近似し、その直線が波形のゼロレベルと交差する点を反射波の立ち上がり時点として、信号作成回路(44)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出して、手続きを終了する。
一方、ステップＳ６１にてノーと判断された場合には、ステップＳ６３に移行して、上述のタイムカウント値ｔ２と前記経過時間Δｔとを用いて、上記数２から、信号作成回路(44)に対するトリガパルス供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間ｔを算出して、手続きを終了する。
その後、上述の如く算出された時間ｔと所定のオフセット時間とに基づいて、障害物までの距離を算出する。
【００６１】
本実施例の自走掃除ロボットにおいては、図１５(ａ)に示す如く、第３の閾値Ｖ３は、反射波のピーク値よりも大きく、且つ直接波のピーク値よりも小さな値に設定されているので、第３比較器(48c)の出力がハイとなることをもって直接波を検知することが出来る。従って、その後に第１比較器(48a)及び第２比較器(48b)の出力がハイとなることをもって確実に反射波を検知することが出来、直接波による誤検知を防止することが出来る。
【００６２】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、第１乃至第３実施例の何れの実施例においても、２つの閾値Ｖ１、Ｖ２と２つのタイムカウント値ｔ１、ｔ２とを用いて反射波の大きさと時間の関係を直線近似しているが、３つの閾値と３つのタイムカウント値を用いて２次曲線で近似することも可能である。
又、第１及び第２比較器(38a)(38b)を省略して、検波器(37)の出力信号と第１の閾値Ｖ１との比較、及び検波器(37)の出力信号と第２の閾値Ｖ２との比較を、マイクロコンピュータ(30)によって行なうことも可能である。
更に、信号作成回路(34)に対するトリガパルス供給開始時点にて時間計測を開始し、該供給開始時点から反射波の立ち上がり時点までの時間から所定のオフセット時間を減算しているが、トリガパルスの供給開始時点から所定オフセット時間が経過した後に時間計測を開始することも可能である。
更に又、本発明を自走掃除ロボットに実施しているが、これに限らず、周知の種々の移動物体に実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明を実施した自走掃除ロボットの外観を表わす斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【図３】第１実施例の超音波センサの構成を表わすブロック図である。
【図４】第１実施例の超音波センサにおいて距離測定時に実行される第１の手続きを表わすフローチャートである。
【図５】上記超音波センサにおいて距離測定時に実行される第２の手続きを表わすフローチャートである。
【図６】上記超音波センサにおいて測定距離を求める手順を説明する波形図である。
【図７】表面状態が異なる２種類の障害物を測定対象とした場合に得られる受信波の波形図である。
【図８】第２実施例の超音波センサにおいて距離測定時に実行される第１の手続きを表わすフローチャートである。
【図９】上記超音波センサにおいて距離測定時に実行される第２の手続きを表わすフローチャートである。
【図１０】上記超音波センサにおいて測定距離を求める手順を説明する波形図である。
【図１１】第３実施例の超音波センサの送信器及び受信器の位置を表わす拡大断面図である。
【図１２】上記超音波センサの構成を表わすブロック図である。
【図１３】上記超音波センサにおいて距離測定時に実行される第１の手続きを表わすフローチャートである。
【図１４】上記超音波センサにおいて距離測定時に実行される第２の手続きを表わすフローチャートである。
【図１５】上記超音波センサにおいて測定距離を求める手順を説明する波形図である。
【図１６】超音波センサの送信器及び受信器の向きを変更した他の実施例の自走掃除ロボットの拡大断面図である。
【図１７】送信器及び受信器の前方にホーンを配設した他の実施例の自走掃除ロボットの拡大断面図である。
【図１８】送信波と受信波の波形図である。
【図１９】閾値が一定の従来の超音波センサにおいて反射波の立ち上がり時点を説明する波形図である。
【図２０】閾値を変化させる従来の超音波センサにおいて反射波の立ち上がり時点を説明する波形図である。
【符号の説明】
【００６４】
(１)   円筒体
(11)   吸音部材
(２)   車輪
(３)   超音波センサ
(30)   マイクロコンピュータ
(31)   送信器
(32)   受信器
(33)   駆動回路
(34)   信号作成回路
(35)   アンプ回路
(36)   フィルタ回路
(37)   検波器
(38a)  第１比較器
(38b)  第２比較器
【図１】
2005128008.tif 000003
【図２】
2005128008.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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