JPS612089A - 障害物検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は、自動台車等の車輌や移動ロボットなど自走
能力のある移動物において、障害物に衝突するのを避け
るための障害物検知センサに関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 自走能力のある移動物が障害物に衝突するのを防ぐため
の障害物検知センサとしては、従来光を利用したものや
超音波を利用したものがある。光を利用した障害物検知
センサの原理は、発光ダイオードなどの発光部から発し
た光が障害物に反射して戻って来るのを、フォトダイオ
ード等の受光センサで検知するものである。この光を利
用した障害物検知センサでは障害物の色によって反射光
の量が大幅に異なるため、動作が非常に不安定であると
いった欠点がある。

−・方、超音波を利用した障害物検知センサの原理は、
超音波発生器から発した超音波が障害物に反射して戻っ
て来る迄の時間差を計時して、障害物と移動物本体との
距離を検出するものである。この超音波を利用した障害
物検知センサは、環境に存在する超音波を検出して誤動
作することがあり、指向性も強くて、１個の障害物検知
センサだけでは障害物の検知範囲が狭いといった問題点
がある。また、指向性の欠点を除□　去するために複数
個の障害物検知センサを設け、互いに障害物を検知する
範囲をオーバーラツプさせるようにすると、障害物検知
センサ同志の干渉によって誤検出の可能性が高まる欠点
を生ずる。さらに、超音波を利用した障害物検知センサ
の原理としては、ドツプラ効果を用いることも考えられ
るが、これは障害物及び移動物本体の速度に左右される
ため汎用性がないといった欠点がある。

（発明の目的） この発明は上述のような事情からなされたものであり、
光や超音波を用いずに障害物との間の浮遊容量や抵抗損
失などの変化を利用し、自走能力のある移動物に最適な
障害物検知センサを提供することを目的としている。

（発明の概要） この発明は、障害物との間の浮遊容量や抵抗損失などの
変化を利用した障害物検知センサに関し、移動物の障害
物に対向する部分に設置された第１の感知板と、この第
１の感知板との間隔を平行に保って設置された第２の感
知板と、第１及び第２の感知板に接続された高周波発振
回路と、この高周波発振回路の出力及び上記第１、第２
の感知板の出力関係から上記障害物の有無を検知するた
めのスイッチ回路とで構成したものである。

（発明の実施例） 先ず、この発明に用いる発振回路とスイッチ回路との原
理を説明すると、第１図に示すように鉄板等の電磁誘導
材料で成る方形状の第１の感知板２及び第２の感知板３
と、この２枚の感知板２及び３を電波放射のアンテナの
一部とすると共に、それら感知板２，３から同軸ケーブ
ル等のフィーダでもしくは直接接続されて配設された高
周波発振（例えば１〜２０ＭＨｚ　）回路ｌと、この高
周波発振回路ｌの出力レベルを検知して制御対象物を制
御するための、高周波発振回路ｌ及び感知板２，３に接
続された自動復帰型のスイッチ回路６とで構成されてい
る。なお、高周波発振回路１はたとえばコルピッツ型発
振回路であり、２枚の感知板２，３の間隔は一定（たと
えば１５＋ｏ＋ｓ）で、発振回路ｌ及びスイッチ回路６
を任意場所に配設しても大幅な発振条件の違いが生じな
いようになっている。

ここにおいて、非接地側の感知板２は電波放射のアンテ
ナとして機能するものである。

そして、スイッチ回路６は自動復帰型増幅部とコンパレ
ータ部とで成っており、自動復帰型増幅部は、直流増幅
部６１の非反転入力端子に発振回路ｌからのレベル信号
が入力されると共に、反転入力端子に抵抗Ｒ５を介して
コンデンサＣ８が接続され、直流増幅器８１の出力ｖ０
はコンパレータ６２の一方に入力ごれると共に、抵抗Ｒ
６を介して反転入力端子に、ダイオードＩ］２を介して
コンデンサＣ８及び抵抗Ｒ５の接続点に印加されるよう
になっている。また、コンパレータ８２の他方には可変
抵抗器Ｒ７からの電圧が基準用として与えられており、
コンパレータ６２の出力は抵抗Ｒ８を経てトランジスタ
Ｑ２のベースに入力され、トランジスタＱ２のコレクタ
にはリレーの励磁巻線ＲＹがサージ吸収用のダイオード
Ｄ３と共に接続されている。

ここで、第１図の等価回路は第２図のようになり、発振
回路１はコンデンサＧｏ及びインダクタンスＬ０の共振
によって周波数ｆ。で最大レベルとなり、たとえばコル
ピッツ型の発振回路で構成されている。これに対し、こ
の発振系に接続された感知板２及び３で成る感知部は、
見掛上のコンデンサＣ２と誘導コイル４のインダクタン
スＬ、とで共振回路を形成しており、発振周波数ｆ１と
共振周波数ｆｏとの関係はたとえば第３図に示すように
、共振周波数ｆ１の方を少し高くしておく。そして、感
知部に人物等の誘導体が近づいたり接触して共振周波数
ｆ、が発振周波数ｆ。に近づくと、人体等でＱ（共振回
路における電圧上昇比）も低下されたタンク回路である
ので、共振周波数ｆ１によってＱダンプされて発振周波
数ｆ０のピーク値Ｐ１がＰ２のようにレベル低下する。

したがって、発振出力ＶｏｕｔのＰｉからＰ２へのレベ
ル低下をスイッチ回路６で検出することにより、感知板
２への人物等の接近を検出することができる。なお、Ｌ
述では感知部の共振周波数ｆ１が発振回路ｌの発振周波
数ｆ０よりも高い場合を示した力く、共振周波数ｆＩが
発振数端数ｒｏよりも低１．Ｘ場合には、人物等の接近
による共振周波数ｆ１の低下に対して１発振出力はＶｏ
ｕｔは第４図に示すよにＰｌからＰ３の如く上昇する。

このような発振出力Ｖｏｕｔの上昇変化も、同様なスイ
ッチ回路で検出することができる。

一方、上述の例では高周波発振回路ｌを感知板２及び３
に直接導線で接続するようにしてｌ、ｚるが、同軸ケー
ブル等のフィーダで接続するようにしても良い。第５図
は同軸ケーブル５を用いて接続した例を示すものであり
、同軸ケーブル５をコンデンサＣ３成分として用いてお
り、感知板２及び３のＣ２とで容量（Ｃ２＋　Ｃ３）を
形成し、これと誘導コイル４のインダクタンスし１とで
共振回路を構成している。このような同軸ケーブル５の
接続によっても、上述の発振周波数ｆＯのレベル変化を
検出すること番こよって、感知部への人物等の接近を感
知することが可能である。また、第６図は誘導３４１１
番こよる電磁誘導の代りに、コンデンサＣ４のカップリ
ングを用いて共振回路を形成した例を示すものであり、
コンデンサＣ２及びインダクタンスＬ＋　と、直列に接
続されたコンデンサＣ４とで共振周波数ｆＩを決定する
ことになる。

ところで、上述では共振回路ｌの出力Ｖｏｕ　ｔのレベ
ルの変化をスイッチ回路６で検出するようにしているが
、たとえば第５図の共振周波数ｆ１発振周波数ｆＯ側に
移動することを検出する位相検波によっても、感知板２
への誘導体の接近を検知することができる。第７図はそ
の一実施例を示すものであり、発振回路ｌの発振出力を
誘導コイル７で感知板２．３に同軸ケーブル５を介して
供給すると共に、差動増幅型の乗算器８のトランジスタ
Ｑ６に被乗算値の１つとして入力している。なお、同軸
ケーブル５はなくても良い。そして、感知板２及び３か
らの周波数信号は誘導コイル７を経て乗算器８の２つの
トランジスタＱ４及びＣ５に差動信号として入力されて
いる。また、誘導コイル７には周波数調整用の可変コン
デンサＣ５が並列接続されており、この可変コンデンサ
Ｃ５の容量を調整することによって感知部との間で、共
振周波数ｆｏと位相差のない共振周波数ｆ１を得るよう
になっている。このように、差動増幅型乗算器８に発振
回路１の発振周波数ｆＯ及び感知部で形成される共振周
波数１１を入力すると、画周波数信号の位相差の変化分
がトランジスタＱ５　（又はＣ４）のコレクタ出力から
得られ、これを上述したスイッチ回路６に入力すること
によって感知部への人物等の接近を検知することができ
る。

この発明は上述のような発振回路とスイッチ回路とを自
走能力のある移動ロボット等の移動物に塔載したもので
あり、第８図はその−・例を示す外観図であり、移動物
１０はアンテナ１１を介して受信する指令に従って車輪
１２でＭ方向に走行するようになっており、その頂部に
旋回したり伸縮したりする作業アーム１３が設けられて
いる。移動物ｌＯは自動走行するので１作業員や固定物
、柱等との衝突を絶対に避けなければならず、そのため
に前面に上述したような原理で動作するセンサ２０が設
けられており、その外観構成はたとえば第９図に示す如
くなっている。すなわち、コの字状に折曲された２枚の
感知板２１．２２が絶縁物２３を挾んで平行に配列され
ており、この感知板２１．２２が車のバンパーの如く移
動物１０の前面（又は後面）に取付けられて〜いる。こ
の感知板２１．２２は必ずしもコの字状に曲折されてい
る必要はないが、本例のように移動物１０が方向を変え
ながら自動走行するような場合、斜め前方の障害物をも
確実に検出することができる。したがって、直進のみの
場合には真直な２枚の平板で構成しても良い。そして、
感知板２１．２２は前述の感知板２，３にそれぞれ対応
するものであり、感知板２１．２２に前述の発振回路１
及びスイッチ回路６がフィーダ又は直接接続されている
。また、この例では外方（前方）に対する感知度を向上
するために、外方の感知板２１の面積（幅）を内側の感
知板２２の面積（幅）よりも小さくしている。

このような構成において、移動物１０が障害物に遭遇し
ていなければ内蔵の発振回路ｌは正常な出力レベル又は
位相差を保ち、これがスイッチ回路６に伝えられてリレ
ー接点がオフ（又はオン）されており、移動物ＩＯはそ
の駆動回路が作動して移動することができる。ところが
、移動物ｌＯが移動中に障害物に近づくと、障害物と感
知板２１及び２２との間の浮遊容量や抵抗損失などによ
って発振回路１の周波数が変化すると共に、前述Ｑの変
化に従って出力レベル及び周波数が変化する。そして、
この出力レベル及び周波数の変化が上述のようにスイッ
チ回路６に伝えられてリレー接点がオン（又はオフ）さ
れ、駆動回路が作動しなくなって移動物ｌＯが停止する
。ここで、障害物が取除かれると、発振回路１の出力レ
ベル及び周波数は再び正常レベルに戻るから、上述のよ
うにスイッチ回路６ではリレー接点がオン（又はオフ）
されて移動物１０はその駆動回路が作動して再び移動し
始めることになる。

−・方、障害物が取除かれないと、発振回路ｌの出力レ
ベル及び周波数は低下（上昇）したままであるかが、ス
イッチ回路６は自動復帰型であり上述したようにコンデ
ンサ０日が次第に放電し、発振回路ｌの出力レベルが低
下した状態でもリレー接点をオン（又はオフ）して移動
物ｌＯは移動を再開することになる。すると、移動物１
０はさらに障害物に接近するから、発振回路ｌの出力レ
ベルもそれだけ低下（又は上昇）し、これがスイッチ回
路６に伝えられてリレー接点がオン（又はオフ）されて
移動物ｌＯは停止する。そして、障害物が静止物のよう
に取除かれないものであればスイッチ回路６の自動復帰
作用により再び移動物１０は移動し始め、停止。

移動を繰返して最後には障害物と接触することになる。

そこで、このような事態を回避するためには移動物ｌＯ
の停止回数を計数して、ある回数具−１＝停止、移動を
繰返す場合には、移動物１０の移動回路を別に設けたス
イッチ手段によってオフするようにすれば良い。

ここにおいて、センサ２０の障害物に対する感知距離を
実験によって求めたところ、人、金属、動物で約３０〜
４０ｃｍで感知するように設定後、コンクリート酸の柱
では約３０Ｃ１１で感知し、コンクリートの壁では約３
０ｃｎ＋で感知し、ゴムタイヤでは約２０ｃｍで感知す
ることがわかった。また、合成樹脂の箱等は高周波絶縁
の程度によっても異なるが、３〜４ｃｍで感知できるこ
とが確認された。

なお、センサ２０の感知板の形状は、第１０図に示す如
く円弧状の感知板２４．２５に曲折しても良く、移動物
１０の外形の形状に合せて任意の形とすることができる
。要は２枚の感知板を平行に配設すれば良い。

（発明の効果） 以トのようにこの発明の障害物検知センサによれば、比
較的簡易な構成で人や物体等の障害物を確実に検出する
ことができ、環境によって検出精度が左右されない利点
がある。また、感知板の形状を移動物の形に合せること
ができ、広範囲にわたって障害物を検知することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いるセンサの回路例を示す結線図
、第２図はこの発明の動作原理を説明するための等価回
路図、第３図及び第４図はその動作を説明するための図
、第５図〜第７図はそれぞれこの発明の他の実施例を示
す結線図、第８図はこの発明の一実施例を示す移動物の
外観図、第９図及び第１Ｏ図はそれぞれこの発明の感知
板の構造例を示す図である。 １・・・高周波発振回路、２，３，２１，２２，２４．
２５・・・感知板、４・・・誘導コイル、５・・・同軸
ケーブル、６・・・スイッチ回路、１０・・・移動物、
２０・・・センサ。 第　４　図 第　９　図 第　５　図 第　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 移動物の障害物に対向する部分に設置された第１の感知
   板と、この第１の感知板との間隔を平行に保って設置さ
   れた第２の感知板と、前記第１及び第２の感知板に接続
   された高周波発振回路と、この高周波発振回路の出力及
   び前記第１、第２の感知板の出力関係から前記障害物の
   有無を検知するためのスイッチ回路とで構成されている
   ことを特徴とする障害物検知セン サ。