JPS6312521B2 - - Google Patents
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- JPS6312521B2 JPS6312521B2 JP57051580A JP5158082A JPS6312521B2 JP S6312521 B2 JPS6312521 B2 JP S6312521B2 JP 57051580 A JP57051580 A JP 57051580A JP 5158082 A JP5158082 A JP 5158082A JP S6312521 B2 JPS6312521 B2 JP S6312521B2
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- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
- G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Image Input (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、移動ロボツト等の移動機械が移動
過程で障害物を検出する場合等に使用する物体検
出装置に関するものである。
過程で障害物を検出する場合等に使用する物体検
出装置に関するものである。
移動ロボツト等は自分自身の視覚系により大小
の障害物や地面の段差等を確実に認識し、安全領
域内のみを動きまわることが理想的である。
の障害物や地面の段差等を確実に認識し、安全領
域内のみを動きまわることが理想的である。
障害物の検出方法としては受動的方法、能動的
方法の二つに大別することができる。受動的方法
としては、例えば、外部の情報をITVカメラ等
で取入れて障害物を検出する方法がある。この方
法では外光の影響を受けやすく、また複雑なパタ
ーン認識作業を伴うことが多い。一方、能動的方
法としては超音波計測法や赤外線等投光法などが
ある。この方法の最大の利点は外部環境にほとん
ど存在し得ないような信号を自由に作り出して発
振あるいは投光することができる点である。しか
しながら超音波計測法は原理上障害物の有無及び
その平均的な位置を判定するのには適しているが
形状を検出するのには不向きである。また赤外線
等を投光する方法ではビーム径を細くして走査し
ていけば障害物の位置、形状はかなり明確に捕ら
えることができるが、走査に時間がかかるし信号
処理も複雑になる。この様なことから、被検出物
体の有無とその三次元位置を容易、かつ確実に検
出する事ができる物体検出装置の開発が望まれて
いる。
方法の二つに大別することができる。受動的方法
としては、例えば、外部の情報をITVカメラ等
で取入れて障害物を検出する方法がある。この方
法では外光の影響を受けやすく、また複雑なパタ
ーン認識作業を伴うことが多い。一方、能動的方
法としては超音波計測法や赤外線等投光法などが
ある。この方法の最大の利点は外部環境にほとん
ど存在し得ないような信号を自由に作り出して発
振あるいは投光することができる点である。しか
しながら超音波計測法は原理上障害物の有無及び
その平均的な位置を判定するのには適しているが
形状を検出するのには不向きである。また赤外線
等を投光する方法ではビーム径を細くして走査し
ていけば障害物の位置、形状はかなり明確に捕ら
えることができるが、走査に時間がかかるし信号
処理も複雑になる。この様なことから、被検出物
体の有無とその三次元位置を容易、かつ確実に検
出する事ができる物体検出装置の開発が望まれて
いる。
この発明は上記のごとき事情に鑑みてなされた
ものであつて、被検出物体の有無とその三次元位
置を容易、かつ確実に検出する事ができる物体検
出装置を提供することを目的とするものである。
ものであつて、被検出物体の有無とその三次元位
置を容易、かつ確実に検出する事ができる物体検
出装置を提供することを目的とするものである。
この目的に対応して、この発明の物体検出装置
は、光学系と、前記光学系の焦点位置に位置する
光入射位置の検出機能を有する受光素子と、前記
光学系の中心軸回りの閉曲線に沿つて移動可能で
ビーム光を投光することができる光源と、及び前
記受光素子上の受光位置と前記ビーム光の角度を
入力して被検出物体の位置を演算する処理装置と
を備え、前記受光素子の大きさにより決定される
画角内領域と前記光源を前記閉曲線に沿つて動か
した時の前記ビーム光による包絡面との相貫体上
に存在する物体からの前記ビームの反射光を前記
受光素子で受光するように構成したことを特徴と
している。
は、光学系と、前記光学系の焦点位置に位置する
光入射位置の検出機能を有する受光素子と、前記
光学系の中心軸回りの閉曲線に沿つて移動可能で
ビーム光を投光することができる光源と、及び前
記受光素子上の受光位置と前記ビーム光の角度を
入力して被検出物体の位置を演算する処理装置と
を備え、前記受光素子の大きさにより決定される
画角内領域と前記光源を前記閉曲線に沿つて動か
した時の前記ビーム光による包絡面との相貫体上
に存在する物体からの前記ビームの反射光を前記
受光素子で受光するように構成したことを特徴と
している。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面に
ついて説明する。
ついて説明する。
この発明の物体検出装置１の原理的な構成は、
第１図及び第２図に示すように、レンズ２等の光
学系と、レンズ２等の光学系の焦点位置に位置す
る受光素子３と、及び光源４とを備える。受光素
子３の大きさにより画角内領域５が決定される。
ここで画角内領域というのは、その中に光の照射
を受けている被検出物体６がある場合に、その被
検出物体６からの反射光がレンズ２を通して受光
素子３に入射することができる領域であつて、つ
まり受光素子３が光学的に被検出物体６を検出可
能な領域を意味する。一方、光源４を光学系の中
心軸回りの任意の閉曲線１０に沿つて動かした
時、そのビーム７は包絡面８（斜線で表示）を形
成する。つまり、被検出物体６がこの包絡面８上
にあれば、その被検出物体６は光源４の移動周期
に合せてビーム７の照射を受けることになる。し
たがつて、前記の画角内領域５と前記の包絡面と
の相貫体により探索領域１１ａ（ABを直径とし、
Ｐを頂点とする円錐の底面を除く表面）、１１ｂ
（CDを直径とし、Ｐを頂点とする円錐の底面を除
く表面）が定まり、この探索領域１１ａ，１１ｂ
に被検出物体６が存在すれば、その被検出物体６
はビーム７が照射されかつそのビーム７の反射光
を受光素子３で受光することが可能であるから、
その被検出物体６の検出が可能である。
第１図及び第２図に示すように、レンズ２等の光
学系と、レンズ２等の光学系の焦点位置に位置す
る受光素子３と、及び光源４とを備える。受光素
子３の大きさにより画角内領域５が決定される。
ここで画角内領域というのは、その中に光の照射
を受けている被検出物体６がある場合に、その被
検出物体６からの反射光がレンズ２を通して受光
素子３に入射することができる領域であつて、つ
まり受光素子３が光学的に被検出物体６を検出可
能な領域を意味する。一方、光源４を光学系の中
心軸回りの任意の閉曲線１０に沿つて動かした
時、そのビーム７は包絡面８（斜線で表示）を形
成する。つまり、被検出物体６がこの包絡面８上
にあれば、その被検出物体６は光源４の移動周期
に合せてビーム７の照射を受けることになる。し
たがつて、前記の画角内領域５と前記の包絡面と
の相貫体により探索領域１１ａ（ABを直径とし、
Ｐを頂点とする円錐の底面を除く表面）、１１ｂ
（CDを直径とし、Ｐを頂点とする円錐の底面を除
く表面）が定まり、この探索領域１１ａ，１１ｂ
に被検出物体６が存在すれば、その被検出物体６
はビーム７が照射されかつそのビーム７の反射光
を受光素子３で受光することが可能であるから、
その被検出物体６の検出が可能である。
そこで始めに、二次元位置検出素子としての機
能をもつ受光素子３とレンズ２により形成される
画角内領域５への投光方法について検討する。任
意の点から画角内領域５内に投光する場合、検査
域は第１図のように投光ａの場合は線分Ａが、投
光ｂの場合は半直線Ｂがそれぞれ対応する。した
がつて投光位置を一次元的に動かした場合の検査
域は面となる。なお検査域とは、仮にその部分に
物体があるとき、その物体に当たつたスポツト光
の反射光の一部が受光素子３に入光しうる領域と
して定義する。ここで簡単な例として投光位置す
なわち光源４をレンズ系の軸と中心を一致させた
円に沿つて動かす場合を考える。投光方法として
は第３図のように４通り考えられる。ここで斜線
部は受光素子３の利用可能部分で、斜線部の重な
り部は検査域との対応が２：１対応になる領域で
ある。物体からの反射光の強度は距離の２乗に反
比例するため、遠くの物体を検出することは本質
的に困難である。また、の場合Ｚ＝∞に近づく
につれて位置検出精度は極端に悪くなる。それに
対しての場合の利点として(1)受光素子表面の有
効利用率が最も高い、(2)位置検出分解能は最も良
い、(3)有限検査域にある物体からの反射光のみが
受光素子上に入るため、限られた領域内の物体の
有無をON，OFF的に調べることができる。した
がつて以後のタイプの投光方法を採用する。
能をもつ受光素子３とレンズ２により形成される
画角内領域５への投光方法について検討する。任
意の点から画角内領域５内に投光する場合、検査
域は第１図のように投光ａの場合は線分Ａが、投
光ｂの場合は半直線Ｂがそれぞれ対応する。した
がつて投光位置を一次元的に動かした場合の検査
域は面となる。なお検査域とは、仮にその部分に
物体があるとき、その物体に当たつたスポツト光
の反射光の一部が受光素子３に入光しうる領域と
して定義する。ここで簡単な例として投光位置す
なわち光源４をレンズ系の軸と中心を一致させた
円に沿つて動かす場合を考える。投光方法として
は第３図のように４通り考えられる。ここで斜線
部は受光素子３の利用可能部分で、斜線部の重な
り部は検査域との対応が２：１対応になる領域で
ある。物体からの反射光の強度は距離の２乗に反
比例するため、遠くの物体を検出することは本質
的に困難である。また、の場合Ｚ＝∞に近づく
につれて位置検出精度は極端に悪くなる。それに
対しての場合の利点として(1)受光素子表面の有
効利用率が最も高い、(2)位置検出分解能は最も良
い、(3)有限検査域にある物体からの反射光のみが
受光素子上に入るため、限られた領域内の物体の
有無をON，OFF的に調べることができる。した
がつて以後のタイプの投光方法を採用する。
第４図、第５図にはこの発明の一実施例に係わ
る物体検出装置が示されており、この第４図、第
５図において、１は物体検出装置であり、物体検
出装置１はレンズ２を備えている。レンズ２は焦
点距離ｆの集光レンズである。レンズ１の焦点位
置に位置検出素子として機能する受光素子３が置
かれている。受光素子３の後方にはレンズ２の光
軸と一致して光源４が配置されている。なお光源
としては散乱等がほとんどないレーザー光が最適
で、以下光源としてレーザーを使用するものとす
る。この場合、外光の無い場所で使用する場合を
除き、レーザー光による反射光と外光との区別を
明確にするため、レーザー光をパルス的に発振さ
せる方が良い。なお半導体レーザーには数ＭHzの
パルス発振可能なタイプもあり、反射ミラーの回
転数を物理的に可能な領域まで増加させたとして
も分解能の低下は無視できる。光源４の前方には
光軸上に反射ミラー１２が配設されており、ま
た、光軸の外側に反射ミラー１３が配設されてい
る。反射ミラー１２，１３は相互に固定された位
置関係をなしており、光軸に関して回転可能であ
る。反射ミラー１２は光源４からのビームを反射
ミラー１３に向けて光路変更し、反射ミラー１３
はそのビームをレンズ２前方の光軸に向けて反射
する。したがつて反射ミラー１３からの反射光は
光軸とＰ点において交わる。反射ミラー１２，１
３の回転はモーター１４によつて行ない、またそ
の回転角度の検出はポテンシヨメーター２２によ
り行なう。
る物体検出装置が示されており、この第４図、第
５図において、１は物体検出装置であり、物体検
出装置１はレンズ２を備えている。レンズ２は焦
点距離ｆの集光レンズである。レンズ１の焦点位
置に位置検出素子として機能する受光素子３が置
かれている。受光素子３の後方にはレンズ２の光
軸と一致して光源４が配置されている。なお光源
としては散乱等がほとんどないレーザー光が最適
で、以下光源としてレーザーを使用するものとす
る。この場合、外光の無い場所で使用する場合を
除き、レーザー光による反射光と外光との区別を
明確にするため、レーザー光をパルス的に発振さ
せる方が良い。なお半導体レーザーには数ＭHzの
パルス発振可能なタイプもあり、反射ミラーの回
転数を物理的に可能な領域まで増加させたとして
も分解能の低下は無視できる。光源４の前方には
光軸上に反射ミラー１２が配設されており、ま
た、光軸の外側に反射ミラー１３が配設されてい
る。反射ミラー１２，１３は相互に固定された位
置関係をなしており、光軸に関して回転可能であ
る。反射ミラー１２は光源４からのビームを反射
ミラー１３に向けて光路変更し、反射ミラー１３
はそのビームをレンズ２前方の光軸に向けて反射
する。したがつて反射ミラー１３からの反射光は
光軸とＰ点において交わる。反射ミラー１２，１
３の回転はモーター１４によつて行ない、またそ
の回転角度の検出はポテンシヨメーター２２によ
り行なう。
受光素子としては以下のようなものを使用する
ことができる。つまり画像の走査を行わないで、
照射させた入射光の位置を検出することのできる
二次位置検出素子（Position Sensitive
Device；PSD）で半導体表面におけるを
“Lateral Photo Effect”を利用したものである。
ことができる。つまり画像の走査を行わないで、
照射させた入射光の位置を検出することのできる
二次位置検出素子（Position Sensitive
Device；PSD）で半導体表面におけるを
“Lateral Photo Effect”を利用したものである。
第１４図に二次位置検出素子の断面構造を示
す。高抵抗半導体（シリコン）２５の片面、或い
は両面が均一な抵抗層２６により形成されてお
り、層の両端に信号取り出し用の一対の電極２７
（電極Ａ）、電極２８（電極Ｂ）が設けられてい
る。また表面層は光電効果を持つている。二次位
置検出素子の電極Ａ及びＢの間の距離をＬ、抵抗
RLとし、電極Ａより光入射位置までの距離をＸ、
その部分の抵抗をRXとすると、光入射位置で発
生した光エネルギーは入射エネルギーに比例する
光電流として抵抗層２６に到達し、それぞれの電
極までの抵抗値に逆比例するように分割され、電
極Ａ及びＢより取り出される。入射光より生成さ
れた光電流をIpとし、電極Ａ及びＢに取り出され
る電流をIA，IBとすると IA＝Ip｛（RL−RX）／RL｝ IB＝Ip（RX／RL） ここで抵抗層２６が均一で、長さと抵抗値が比
例するとすれば、 IA＝Ip｛（Ｌ−ｘ）／Ｌ｝ IB＝Ip（ｘ／Ｌ） ∴IA／IB＝（Ｌ／ｘ）−１ つまり入射エネルギーに無関係に光の入射位置
を知ることができる。従つて、第１５図のような
処理装置３１，３２，３３をもつ回路を構成すれ
ばｘに対応した出力を得ることができる。
す。高抵抗半導体（シリコン）２５の片面、或い
は両面が均一な抵抗層２６により形成されてお
り、層の両端に信号取り出し用の一対の電極２７
（電極Ａ）、電極２８（電極Ｂ）が設けられてい
る。また表面層は光電効果を持つている。二次位
置検出素子の電極Ａ及びＢの間の距離をＬ、抵抗
RLとし、電極Ａより光入射位置までの距離をＸ、
その部分の抵抗をRXとすると、光入射位置で発
生した光エネルギーは入射エネルギーに比例する
光電流として抵抗層２６に到達し、それぞれの電
極までの抵抗値に逆比例するように分割され、電
極Ａ及びＢより取り出される。入射光より生成さ
れた光電流をIpとし、電極Ａ及びＢに取り出され
る電流をIA，IBとすると IA＝Ip｛（RL−RX）／RL｝ IB＝Ip（RX／RL） ここで抵抗層２６が均一で、長さと抵抗値が比
例するとすれば、 IA＝Ip｛（Ｌ−ｘ）／Ｌ｝ IB＝Ip（ｘ／Ｌ） ∴IA／IB＝（Ｌ／ｘ）−１ つまり入射エネルギーに無関係に光の入射位置
を知ることができる。従つて、第１５図のような
処理装置３１，３２，３３をもつ回路を構成すれ
ばｘに対応した出力を得ることができる。
なお、実際には背光の影響を除くためビームは
変調される。従つて変調光としての取扱いとな
り、X1に対応する信号を得るためには例えば第
１６図に示すような、増幅機３４，バンドパスフ
イルタ３５及びAC／DCコンバータ３６を有する
処理手段が必要となる。つまり第１６図に示す処
理手段を使用した場合は増幅器３４→バンドパス
フイルタ３５→AD／DCコンバータ３６→直流
出力となり、X1，X2に対応した信号となる。
変調される。従つて変調光としての取扱いとな
り、X1に対応する信号を得るためには例えば第
１６図に示すような、増幅機３４，バンドパスフ
イルタ３５及びAC／DCコンバータ３６を有する
処理手段が必要となる。つまり第１６図に示す処
理手段を使用した場合は増幅器３４→バンドパス
フイルタ３５→AD／DCコンバータ３６→直流
出力となり、X1，X2に対応した信号となる。
この様な構成において、光源４からのビームは
一定、同一回転数で回転する反射ミラー１２，１
３によりレンズ系の画角内領域内に投光される。
検査域は点Ｐを頂点としてAB，CDを直径とす
る円錐表面の底面を除く部分である。この円錐形
状はレンズ２の焦点距離ｆ、画角α、投光角β、
反射ミラーの半径l1、及びミラー回転面と受光素
子３との距離l2により決定される。円錐の頂点Ｐ
は受光素子３の中心に対応し、直径AB、CDの
円の円周は受光素子３の外周上に対応する。例え
ば、第６図のようにＳ、S′は受光素子３上では同
一点を示すが、レーザーの投光位置が180゜ずれて
いるため、判定は極めて容易におこなうことがで
きる。すなわち、被検出物体６の検出位置の座標
を（x0，y0，z0）とし、受光素子３上でのスポツ
トの位置を（ｒ，θ）、レーザー投光位置の角度
をθ′とするとき (1) θ′＝θの場合 x0＝−r0・cosθ y0＝−r0・sinθ z0＝｛ｆ・l1−ｒ・（l2＋ｆ）｝／（ｆ・tanβ−
ｒ） ただしr0＝ｒ｛l1−（l2＋ｆ）・tanβ｝／｛ｆ・
tanβ−ｒ｝ (2) θ′＝θ＋180゜の場合 x0＝−r′0・cosθ y0＝−r′0・sinθ z0＝｛ｆ・l1＋ｒ（l2＋ｆ）｝／｛ｆ・tanβ＋ｒ｝ ただしr′0＝ｒ｛l1−（l2＋ｆ）tanβ｝／｛ｆ・
tanβ＋ｒ｝ 以上の式より被検出物体６の検出位置がわか
る。ここにθ、θ′はｚ軸を回転軸としてｘ軸より
計つた角度で、方向はレーザー発振器側から見て
反時計回りの方向を正とする。なお被検出物体６
の検出において実質的に使用されるのは(1)のケー
ス、すなわちCDを含む円錐の底面を除く表面上
である。したがつて被検出物体６がこのCDをふ
くむ円錐の内部にあつて円錐の表面と接していな
い時はその被検出物体６は理論上は検出できない
けれども、第７図に示すように、円錐の底面内に
被検出物体６が存在すると、それが空中に浮いて
いるものでないかぎり、どこかに脚１６が出てい
るはずであり、この脚１６が円錐の表面と接する
から、したがつて光源４を一回転させるだけで実
質的に円内を走査するのと等価な効力を発揮し、
実際は被検出物体６の検出が可能である。この物
体検出装置を実際に移動ロボツトに搭載した例を
第８図に示す。移動ロボツト１８が障害物１９に
近づくと円錐頂点がＰの位置にあるときは、レー
ザー光が仮に障害物１９に当たつてもその反射光
は受光素子３に入つてこないが、ロボツト１８が
前進して障害物１９の一部が円錐の底面を除く表
面の一部に接すると、レーザーの反射光の一部が
受光素子３上で受光され、投光された周波数と同
じ周波数の信号を含んだ出力が得られる。さらに
検出位置の情報を得る場合には、出力信号をｒ、
θに変換して前述の演算を行なえばよい。
一定、同一回転数で回転する反射ミラー１２，１
３によりレンズ系の画角内領域内に投光される。
検査域は点Ｐを頂点としてAB，CDを直径とす
る円錐表面の底面を除く部分である。この円錐形
状はレンズ２の焦点距離ｆ、画角α、投光角β、
反射ミラーの半径l1、及びミラー回転面と受光素
子３との距離l2により決定される。円錐の頂点Ｐ
は受光素子３の中心に対応し、直径AB、CDの
円の円周は受光素子３の外周上に対応する。例え
ば、第６図のようにＳ、S′は受光素子３上では同
一点を示すが、レーザーの投光位置が180゜ずれて
いるため、判定は極めて容易におこなうことがで
きる。すなわち、被検出物体６の検出位置の座標
を（x0，y0，z0）とし、受光素子３上でのスポツ
トの位置を（ｒ，θ）、レーザー投光位置の角度
をθ′とするとき (1) θ′＝θの場合 x0＝−r0・cosθ y0＝−r0・sinθ z0＝｛ｆ・l1−ｒ・（l2＋ｆ）｝／（ｆ・tanβ−
ｒ） ただしr0＝ｒ｛l1−（l2＋ｆ）・tanβ｝／｛ｆ・
tanβ−ｒ｝ (2) θ′＝θ＋180゜の場合 x0＝−r′0・cosθ y0＝−r′0・sinθ z0＝｛ｆ・l1＋ｒ（l2＋ｆ）｝／｛ｆ・tanβ＋ｒ｝ ただしr′0＝ｒ｛l1−（l2＋ｆ）tanβ｝／｛ｆ・
tanβ＋ｒ｝ 以上の式より被検出物体６の検出位置がわか
る。ここにθ、θ′はｚ軸を回転軸としてｘ軸より
計つた角度で、方向はレーザー発振器側から見て
反時計回りの方向を正とする。なお被検出物体６
の検出において実質的に使用されるのは(1)のケー
ス、すなわちCDを含む円錐の底面を除く表面上
である。したがつて被検出物体６がこのCDをふ
くむ円錐の内部にあつて円錐の表面と接していな
い時はその被検出物体６は理論上は検出できない
けれども、第７図に示すように、円錐の底面内に
被検出物体６が存在すると、それが空中に浮いて
いるものでないかぎり、どこかに脚１６が出てい
るはずであり、この脚１６が円錐の表面と接する
から、したがつて光源４を一回転させるだけで実
質的に円内を走査するのと等価な効力を発揮し、
実際は被検出物体６の検出が可能である。この物
体検出装置を実際に移動ロボツトに搭載した例を
第８図に示す。移動ロボツト１８が障害物１９に
近づくと円錐頂点がＰの位置にあるときは、レー
ザー光が仮に障害物１９に当たつてもその反射光
は受光素子３に入つてこないが、ロボツト１８が
前進して障害物１９の一部が円錐の底面を除く表
面の一部に接すると、レーザーの反射光の一部が
受光素子３上で受光され、投光された周波数と同
じ周波数の信号を含んだ出力が得られる。さらに
検出位置の情報を得る場合には、出力信号をｒ、
θに変換して前述の演算を行なえばよい。
次ぎに第９図に示すように、円錐底面の円の一
部が地面と交わるように設定すると、もし地面に
段差がなければ、地面からの反射光による影響が
反射ミラーの回転角θ′に対して規則的に現われる
はずであるが、地面に段差があれば、その規則性
が崩れる。このことを利用して段差まで含めた障
害物の検出も可能である。以上の物体検出の操作
の流れ図を第１０図に示す。
部が地面と交わるように設定すると、もし地面に
段差がなければ、地面からの反射光による影響が
反射ミラーの回転角θ′に対して規則的に現われる
はずであるが、地面に段差があれば、その規則性
が崩れる。このことを利用して段差まで含めた障
害物の検出も可能である。以上の物体検出の操作
の流れ図を第１０図に示す。
以上の物体検出装置１をON，OFF的に使用す
る場合には第１１図に示すように、受光素子３を
３ａ，３ｂの上下二つの部分に分割し、それぞれ
の部分の電圧Ea、Ebを検出し得るように構成す
る。この場合受光素子としては安価な太陽電池で
十分である。光源４の回転角θ′が 0゜＜θ′＜180゜の場合で もしEa＝０，Eb≠０ならば円錐面ａに被検出物
体６が存在することとなり またEa≠０、Eb＝０ならば円錐面ｂに被検出
物体６が存在することとなる。
る場合には第１１図に示すように、受光素子３を
３ａ，３ｂの上下二つの部分に分割し、それぞれ
の部分の電圧Ea、Ebを検出し得るように構成す
る。この場合受光素子としては安価な太陽電池で
十分である。光源４の回転角θ′が 0゜＜θ′＜180゜の場合で もしEa＝０，Eb≠０ならば円錐面ａに被検出物
体６が存在することとなり またEa≠０、Eb＝０ならば円錐面ｂに被検出
物体６が存在することとなる。
180゜＜θ′＜360゜の場合で
もしEa＝０、Eb≠０ならば円錐面ｂに被検出
物体６が存在することとなり またEa≠０、Eb＝０ならば円錐面ａに被検出
物体６が存在することとなる。
物体６が存在することとなり またEa≠０、Eb＝０ならば円錐面ａに被検出
物体６が存在することとなる。
この物体検出装置を使用した場合の最大の長所
は、被検出物体６の位置情報を犠牲にすれば、受
光素子出力に対して投光されたパルス周波数と同
じ周波数の信号の有無のみを調べることにより、
演算をおこなうことなしに、予め決められた領域
における被検出物体６の有無を決定することがで
きる点である。したがつて移動ロボツトに限ら
ず、自動車を含む高速移動機械、マニピユレータ
等の視覚系の一部として使用することが可能であ
る。
は、被検出物体６の位置情報を犠牲にすれば、受
光素子出力に対して投光されたパルス周波数と同
じ周波数の信号の有無のみを調べることにより、
演算をおこなうことなしに、予め決められた領域
における被検出物体６の有無を決定することがで
きる点である。したがつて移動ロボツトに限ら
ず、自動車を含む高速移動機械、マニピユレータ
等の視覚系の一部として使用することが可能であ
る。
第１２図及び第１３図にはこの発明の他の実施
例に係わる物体検出装置１ａが示されている。こ
の第１２図及び第１３図に示す物体検出装置１ａ
では光源４、レンズ２と受光素子３を向かい合せ
にして探査方向の軸２３と直角に配置したもの
で、その間に両面反射鏡２４が配置してある。光
源４からのビームは両面反射鏡２４で反射し、次
ぎに反射ミラー１２で反射し、さらに反射ミラー
１３で反射して画角内領域に投光される。また、
画角内領域の被検出物体からの反射光は両面反射
鏡２４で反射してレンズ２を通り、受光素子３に
入射する。
例に係わる物体検出装置１ａが示されている。こ
の第１２図及び第１３図に示す物体検出装置１ａ
では光源４、レンズ２と受光素子３を向かい合せ
にして探査方向の軸２３と直角に配置したもの
で、その間に両面反射鏡２４が配置してある。光
源４からのビームは両面反射鏡２４で反射し、次
ぎに反射ミラー１２で反射し、さらに反射ミラー
１３で反射して画角内領域に投光される。また、
画角内領域の被検出物体からの反射光は両面反射
鏡２４で反射してレンズ２を通り、受光素子３に
入射する。
以上の説明から明らかな通り、この発明によれ
ば、被検出物体の有無とその三次元位置を容易、
かつ確実に検出する事ができる物体検出装置を得
ることができる。
ば、被検出物体の有無とその三次元位置を容易、
かつ確実に検出する事ができる物体検出装置を得
ることができる。
第１図は画角内領域と検査域との関係を示す説
明図、第２図は画角内領域と検査域との関係を示
す斜視説明図、第３図は投光方法を示す説明図、
第４図はこの発明の一実施例に係わる物体検出装
置の斜視説明図、第５図は物体検出装置の側面説
明図、第６図は被検出物***置と受光素子上の対
応関係を示す説明図、第７図は被検出物体認識の
基本的な考え方を示す説明図、第８図は物体検出
装置をロボツトに搭載した例を示す説明図、第９
図は地面の段差を検出する状態を示す説明図、第
１０図は検出操作の手順を示す流れ図、第１１図
は物体検出装置をON，OFF的に使用する場合の
変形例を示す説明図、第１２図は他の実施例に係
わる物体検出装置を示す平面説明図、第１３図は
他の実施例に係わる物体検出装置を示す側面説明
図、第１４図は二次位置検出素子を示す断面説明
図、第１５図は演算回路の構成図、及び第１６図
は変調処理回路の構成図である。 １……物体検出装置、２……レンズ、３……受
光素子、４……光源、５……画角内領域、６……
被検出物体、７……ビーム、８……包絡面、１
１，１２……反射ミラー。
明図、第２図は画角内領域と検査域との関係を示
す斜視説明図、第３図は投光方法を示す説明図、
第４図はこの発明の一実施例に係わる物体検出装
置の斜視説明図、第５図は物体検出装置の側面説
明図、第６図は被検出物***置と受光素子上の対
応関係を示す説明図、第７図は被検出物体認識の
基本的な考え方を示す説明図、第８図は物体検出
装置をロボツトに搭載した例を示す説明図、第９
図は地面の段差を検出する状態を示す説明図、第
１０図は検出操作の手順を示す流れ図、第１１図
は物体検出装置をON，OFF的に使用する場合の
変形例を示す説明図、第１２図は他の実施例に係
わる物体検出装置を示す平面説明図、第１３図は
他の実施例に係わる物体検出装置を示す側面説明
図、第１４図は二次位置検出素子を示す断面説明
図、第１５図は演算回路の構成図、及び第１６図
は変調処理回路の構成図である。 １……物体検出装置、２……レンズ、３……受
光素子、４……光源、５……画角内領域、６……
被検出物体、７……ビーム、８……包絡面、１
１，１２……反射ミラー。
Claims (1)
- １ 光学系と、前記光学系の焦点位置に位置する
光入射位置の検出機能を有する受光素子と、前記
光学系の中心軸回りの閉曲線に沿つて移動可能で
ビーム光を投光することができる光源と、及び前
記受光素子上の受光位置と前記ビーム光の角度を
入力して被検出物体の位置を演算する処理装置と
を備え、前記受光素子の大きさにより決定される
画角内領域と前記光源を前記閉曲線に沿つて動か
した時の前記ビーム光による包絡面との相貫体上
に存在する物体からの前記ビームの反射光を前記
受光素子で受光するように構成したことを特徴と
する物体検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57051580A JPS58167902A (ja) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | 物体検出装置 |
| US06/464,914 US4558215A (en) | 1982-03-30 | 1983-02-08 | Object detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57051580A JPS58167902A (ja) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | 物体検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58167902A JPS58167902A (ja) | 1983-10-04 |
| JPS6312521B2 true JPS6312521B2 (ja) | 1988-03-19 |
Family
ID=12890874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57051580A Granted JPS58167902A (ja) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | 物体検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4558215A (ja) |
| JP (1) | JPS58167902A (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3423536C2 (de) * | 1984-06-26 | 1986-09-11 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik, 7808 Waldkirch | Lichtelektrische Schutzzonenvorrichtung an einem Fahrzeug |
| US5040116A (en) * | 1988-09-06 | 1991-08-13 | Transitions Research Corporation | Visual navigation and obstacle avoidance structured light system |
| US4954962A (en) * | 1988-09-06 | 1990-09-04 | Transitions Research Corporation | Visual navigation and obstacle avoidance structured light system |
| US5051906A (en) * | 1989-06-07 | 1991-09-24 | Transitions Research Corporation | Mobile robot navigation employing retroreflective ceiling features |
| JPH0833767B2 (ja) * | 1990-04-20 | 1996-03-29 | 本田技研工業株式会社 | 自走車の操向制御装置 |
| US5150026A (en) * | 1990-11-19 | 1992-09-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Obstacle avoidance for redundant robots using configuration control |
| JPH0587922A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Aisin Seiki Co Ltd | 障害物検知装置 |
| US6407817B1 (en) | 1993-12-20 | 2002-06-18 | Minolta Co., Ltd. | Measuring system with improved method of reading image data of an object |
| US5668631A (en) * | 1993-12-20 | 1997-09-16 | Minolta Co., Ltd. | Measuring system with improved method of reading image data of an object |
| JP3264109B2 (ja) * | 1994-10-21 | 2002-03-11 | 三菱電機株式会社 | 障害物検知装置 |
| US6152662A (en) * | 1997-07-31 | 2000-11-28 | Machine Magic, Llc | Key duplication apparatus and method |
| US7424766B2 (en) * | 2003-09-19 | 2008-09-16 | Royal Appliance Mfg. Co. | Sensors and associated methods for controlling a vacuum cleaner |
| US7237298B2 (en) * | 2003-09-19 | 2007-07-03 | Royal Appliance Mfg. Co. | Sensors and associated methods for controlling a vacuum cleaner |
| US7599758B2 (en) * | 2003-09-19 | 2009-10-06 | Royal Appliance Mfg. Co. | Sensors and associated methods for controlling a vacuum cleaner |
| EP1976656B1 (en) | 2006-01-23 | 2014-10-29 | Hy-Ko Products Company | Key duplication machine |
| US9101990B2 (en) | 2006-01-23 | 2015-08-11 | Hy-Ko Products | Key duplication machine |
| US8229228B2 (en) * | 2008-09-16 | 2012-07-24 | Robert Bosch Gmbh | Image analysis using a pre-calibrated pattern of radiation |
| US8634655B2 (en) | 2009-05-01 | 2014-01-21 | Hy-Ko Products Company | Key blank identification system with bitting analysis |
| WO2010127352A2 (en) | 2009-05-01 | 2010-11-04 | Hy-Ko Products | Key blank identification system with groove scanning |
| WO2017024043A1 (en) | 2015-08-03 | 2017-02-09 | Hy-Ko Products Company | High security key scanning system |
| CN112204486A (zh) | 2018-04-03 | 2021-01-08 | 尚科宁家运营有限公司 | 机器人导航的飞行时间传感器布置及用其定位的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3091699A (en) * | 1959-10-15 | 1963-05-28 | Philips Corp | Photoelectric device for indicating spots on a surface |
| US3072798A (en) * | 1959-10-27 | 1963-01-08 | Erwin K Sick | Photoelectric device |
| US3476946A (en) * | 1968-02-19 | 1969-11-04 | Sylvania Electric Prod | Optical intrusion detection system using dual beam peripheral scanning and light directing tubes |
| US4059758A (en) * | 1976-10-07 | 1977-11-22 | Honeywell Inc. | Autofocus system |
| JPS55108130A (en) * | 1979-02-13 | 1980-08-19 | Omron Tateisi Electronics Co | Reflection type photoelectric switch |
| US4427880A (en) * | 1981-06-29 | 1984-01-24 | Westinghouse Electric Corp. | Non-contact visual proximity sensing apparatus |
| US4413180A (en) * | 1982-02-26 | 1983-11-01 | Automatix Incorporated | Method and apparatus for image acquisition utilizing a hollow shaft motor and a concave, cylindrical reflector |
-
1982
- 1982-03-30 JP JP57051580A patent/JPS58167902A/ja active Granted
-
1983
- 1983-02-08 US US06/464,914 patent/US4558215A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58167902A (ja) | 1983-10-04 |
| US4558215A (en) | 1985-12-10 |
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