JPH0643935A - 走行ロボットの障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走行ロボットの姿勢変化に影響されることな
く、確実に障害物を検出できるようにする。 【構成】 走行ロボット１の走行方向前方の路面１０
に、走行方向とは交差する所定パターンのスリット光２
０を照射する手段と、このスリット光の照射部分を撮像
する手段３と、撮像されたスリット光のパターンを解析
して走行方向前方の障害物の有無を判定する手段４とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自走式の走行ロボット
に搭載される障害物検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無人搬送ロボット、床面掃除ロボット、
建築用移動ロボット等の走行ロボットは、一般に走行ガ
イドのようなものを使用せずに自律的に作業現場を走行
する。この種の自走式走行ロボットは、自らの判断で走
行方向前方の障害物（壁、凸部、凹部等）を検出し、そ
の障害物を避けるように走行方向を変更したり、単純に
は障害物の手前で停止することにより、衝突、転倒等の
事態を未然に回避できることが望ましい。

【０００３】従来の障害物検出方式の代表的なものに
は、（１）超音波パルスを走行方向前方に発信し、その
エコーが戻ってくるまでの時間を測定して、障害物まで
の距離を算出する超音波センサ方式、（２）スリット光
を走行方向前方の路面に照射し、その反射光をＴＶカメ
ラや１次元センサで読み取って、その反射光の受光面上
での位置（１次元センサの場合は反射光の有無）から障
害物の有無を判定するスリット光方式、等がある。

【０００４】後者のスリット光方式の障害物検出には、
例えば特開平１−１６３８０６号公報に示されている方
式がある。この方式では、ロボットの走行方向に沿った
スリット光を走行方向前方の路面に照射し、その反射光
を例えば２次元センサで受光する。この場合、その路面
に凹部があれば反射光の受光面上での位置は平坦路に比
べて上方にずれ、逆に凸部があれば反射光の受光面上で
の位置は平坦路に比べて下方にずれるため、これで障害
物検出ができるものとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスリット光方式の障害物検出は、反射光の受光面上で
の位置を問題とする方式であるため、走行ロボット本体
が例えば傾いたり、或いは振動した結果、反射光の受光
面上での位置が基準位置からずれてしまった場合、これ
を障害物有りと誤判定する欠点がある。

【０００６】本発明は、走行ロボットの姿勢変化に影響
されることなく、確実に障害物を検出できるようにする
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、走行ロボットの走行方向前方の路面に、走
行方向とは交差する所定パターンのスリット光を照射す
る手段と、このスリット光の照射部分を撮像する手段
と、撮像されたスリット光のパターンを解析して走行方
向前方の障害物の有無を判定する手段とを備えてなるこ
とを特徴としている。

【０００８】

【作用】走行方向とは交差する所定パターンのスリット
光、例えば走行方向に対し交差した直線スリット光を走
行方向前方の路面に照射すると、路面が平坦であればそ
の照射部分においてスリット光は所定パターンの直線性
を保つ。しかし、照射部分に凹部、凸部、壁面等の障害
物があると、その障害物の縁部で照射スリット光は屈曲
する。このスリット光の照射部分での屈曲の有無を、撮
像手段および解析手段によって判定する本発明の障害物
検出装置は、走行ロボット本体の姿勢が変化しても照射
パターンに屈曲部が形成されることはないので、例えば
走行中に走行ロボットが傾いたり、振動しても誤動作す
ることはない。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の実施例に係る構成図で、１は自
走式の走行ロボット、２はその走行方向前方の路面１０
上にＶ字状のスリット光２０を照射するスリット光投光
器、３は路面１０上のスリット光照射部分を視野３０で
撮像するＴＶカメラ、４はこのカメラ３の出力を処理し
て障害物の有無を判定する信号処理部である。

【００１０】信号処理部４における障害物判定は次のよ
うにして行われる。即ち、スリット光２０を照射した路
面１０が平坦であれば、図２示すように、カメラ３の視
野３０内に収まるスリット光２０の照射（反射）パター
ンはＶ字状である。この照射パターンは、図３のように
障害物１１があると図４のように変化する。この障害物
１１は例えば路面１０から上方に突出した段部であるた
め、照射パターン２０は障害物１１の前縁で屈曲する。
２１がその屈曲点であり、２２は本来のＶ字パターン
（点線で示す）にない障害物パターンになる。

【００１１】信号処理部４は、カメラ３の映像信号１フ
レーム分の中から照射（反射）パターンを抽出し、それ
を直線ベクトルで近似する。この処理を行うと、図２の
ケースではＶ字状の平坦路パターン２０の直線ベクトル
だけが検出されるが、図４のケースではＶ字状の平坦路
パターン２０の直線ベクトルだけでなく、それとは方向
の異なるパターン２２の直線ベクトルも検出されるた
め、この違いから走行方向前方の障害物１１の有無を判
定することができる。

【００１２】図５は、信号処理部４の処理を示すフロー
チャートである。先ず、ステップＳ１において、ＴＶカ
メラ３からの画像信号をＡ／Ｄ変換して取り込む。この
Ａ／Ｄ変換出力は多値画像信号であるため、デジタル処
理し易いようにステップＳ２のしきい値処理で２値化す
る。次のステップＳ３では、２値化された画像データを
順次フレームメモリへ書き込み、２次元的なつながりを
持つ画像パターンを作成する。ステップＳ４のスリット
光画像線追跡処理では、フレームメモリ内の画像パター
ンをスキャンして、スリット光画像を抽出する。更に、
ステップＳ５では、抽出されたスリット光画像を直線近
似してベクトル化し、次のステップＳ６でこのベクトル
から障害物の有無を判定する。

【００１３】ステップＳ２のしきい値処理は、図６に示
すように行われる。即ち、同図（ａ）はＡ／Ｄ変換され
た多値画像データ（変換前のアナログ波形で表現してい
る）を所定のしきい値で２値化する様子を示しており、
同図（ｂ）はこのしきい値処理で２値化されたパルス波
形を示している。このパルスについて必要な情報は、
０，１の論理情報と、横軸の位置情報とである。ステッ
プＳ３の処理で２値画像データが順次書き込まれるフレ
ームメモリは、図７の様に２次元的な広がりを持ち、そ
の内部にスリット光画像が書き込まれている。すなわ
ち、４０がフレームメモリ、５０がスリット光画像であ
る。このスリット光画像５０は、例えば周辺部のドット
パターンを「０」としたとき、「１」を書き込むように
して記憶する。

【００１４】ステップＳ４のスリット光画像線追跡処理
は、図８の様に行われる。即ち、フレームメモリ４０の
広がりをＸ，Ｙ平面に見立てた場合、Ｙ方向の下から上
に向けて、順次Ｘ方向に走査して「１」の部分を検出す
る。この走査を行うと、先ず走査線ａによってスリット
光画像５０の先端画素の座標（Ｘ０，Ｙ０）が検出さ
れ、図９の（ａ）の様な出力が得られる。これがベクト
ルの始点になる。次に走査線ｂによって走査すると、図
９の（ｂ）の様な出力が得られる。このときの座標（Ｘ
１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ１）と始点座標（Ｘ０，Ｙ０）か
ら、この間の直線の傾きを知ることができる。この直線
の傾きの基準値は、投光器２によって作成されたスリッ
ト光が持っているもので、これと同じ若しくは近い傾き
であれば、路面１０は平坦であると判断して差し支えな
い。

【００１５】同様の走査を継続すると、やがて走査線ｃ
によって図９の（ｃ）の様な出力が得られる。このとき
検出された座標（Ｘ３，Ｙ２），（Ｘ４，Ｙ２）は、直
線の傾きを大きく変化させる屈曲点となり、ここが障害
物の前縁と判定される。この屈曲点より更に上方へ走査
を継続すると、Ｖ字状のベクトルとは傾きの異なる直線
ベクトルが検出される。即ち、図１０に示すように、Ｖ
１，Ｖ２が始点（Ｘ０，Ｙ０）、終点（Ｘ３，Ｙ２），
（Ｘ４，Ｙ２）の平坦路ベクトルであり、Ｖ３，Ｖ４が
（Ｘ３，Ｙ２），（Ｘ４，Ｙ２）を始点とした傾きの異
なる障害物ベクトルである。

【００１６】障害物ベクトルは、障害物の性状をある程
度示している。即ち、図１１（ａ）のように障害物部分
が平行になったパターンは、同図（ｂ）の様な高い障害
物（例えば、壁）をＶ字状スリット光で照射したときに
得られる。また、図１２（ａ）のようにＶ字パターンの
途中が外部へ屈曲するパターンは、同図（ｂ）の様な低
い凸部（段差）をＶ字状スリット光で照射したときに得
られる。更に、図１３（ａ）のようにＶ字パターンの途
中が内部へ屈曲するパターンは、同図（ｂ）の様な低い
凹部（段差）をＶ字状スリット光で照射したときに得ら
れる。いずれの場合も、得られたパターンは走行方向に
対し対称であるが、障害物が走行方向中心線の片側にあ
ると他方の側は平坦路であるから、得られるパターンは
左右非対称になる。このことから、パターン解析によっ
て、障害物が走行方向の左右いずれの側にあるかを知る
こともできる。

【００１７】以上の実施例で説明したスリット光２０
は、走行方向前方に拡開する左右対象なＶ字型である
が、逆Ｖ字型でも、Ｗ型でも良い。最も単純には斜めの
直線だけでも良い。さらには、円弧のような非直線パタ
ーンも考えられるが、処理の簡便さからは、直線が望ま
しい。実際の運用に際しては、スリット光２０には赤外
線レーザ等を使用し、カメラ３に可視光カットのフィル
タをつける等して外囲光の影響を避けると良い。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、走行
方向に交差するパターンのスリット光を照射し、その反
射パターンを解析して障害物の有無を判定するようにし
たので、走行ロボットの姿勢変化に影響されることな
く、確実に障害物を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す構成図である。

【図２】 平坦路のＴＶ画像を示す説明図である。

【図３】 障害物のある路面の説明図である。

【図４】 障害物のある路面のＴＶ画像を示す説明図で
ある。

【図５】 本発明の処理を示すフローチャートである。

【図６】 しきい値処理の説明図である。

【図７】 フレームメモリの説明図である。

【図８】 画像線追跡処理の説明図である。

【図９】 画像線追跡処理で得られる信号のタイムチャ
ートである。

【図１０】 ベクトル化処理の説明図である。

【図１１】 高い障害物のベクトルパターンの説明図で
ある。

【図１２】 低い凸部のベクトルパターンの説明図であ
る。

【図１３】 低い凹部のベクトルパターンの説明図であ
る。

【符号の説明】 １…走行ロボット、２…スリット光投光器、３…ＴＶカ
メラ、４…信号処理部、１０…路面、１１…障害物、２
０…スリット光、２１…屈曲点、３０…撮像視野、４０
…フレームメモリ、５０…スリット光画像、Ｖ１〜Ｖ４
…直線ベクトル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｆ 15/64 Ｃ 9073−5Ｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行ロボットの走行方向前方の路面に、
   走行方向とは交差する所定パターンのスリット光を照射
   する手段と、 このスリット光の照射部分を撮像する手段と、 撮像されたスリット光のパターンを解析して走行方向前
   方の障害物の有無を判定する手段と、を備えてなること
   を特徴とする走行ロボットの障害物検出装置。
2. 【請求項２】 走行ロボットの走行方向前方の路面にＶ
   字状のスリット光を照射する手段と、 このスリット光の照射部分を撮像する手段と、 撮像されたスリット光のパターンを直線ベクトル近似
   し、得られた直線ベクトルの屈曲点の有無から走行方向
   前方の障害物の有無を判定する手段と、を備えてなるこ
   とを特徴とする走行ロボットの障害物検出装置。