JP2004138481A

JP2004138481A - Position measuring device and robot using it

Info

Publication number: JP2004138481A
Application number: JP2002302929A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Koda; 甲田　哲也; Yumiko Hara; 原　由美子; Keiko Noda; 野田　桂子; Hirotsugu Kamiya; 上谷　洋次; Masayo Haji; 土師　雅代
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position measuring device capable of specifying a region where a measuring object exists. <P>SOLUTION: This position measuring device is equipped with sensor means 4, 5 by ultrasonic sensors, distance measuring means 7, 8 of the measuring object for measuring the distance to the measuring object by inputting sensor values from the sensor means 4, 5, and a measuring object region determination means 10 for determining the measuring object region by inputting the sensor values from the sensor means 4, 5. Existence of the measuring object in a measurable range of the sensor can be known by specifying the sensor into which a received wave by the measuring object is inputted. Hereby, an existence region where the measuring object exists can be determined. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて測定対象物の位置を測定する位置測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の位置測定装置としては、以下に示すようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。図９は、従来技術の構成を示すものである。
【０００３】
図９において、１５は距離測定開始手段であり、距離測定を開始する際に距離測定開始信号を出力する。
【０００４】
送出信号出力手段１６は、距離測定開始手段１５による距離測定開始信号が入力されると、超音波送信センサ１７に、ある特定周波数の信号を送信する。
【０００５】
１７は超音波送信センサであり、送出信号出力手段１６による特定周波数の信号が入力されることにより、距離を測定する測定対象物に対して超音波を送出する。
【０００６】
１８は超音波受信センサであり、超音波送信センサ１７から送出された超音波の測定対象物の反射波を受信し、受信信号を出力する。
【０００７】
距離測定手段１９は、距離測定開始手段１５による距離測定開始信号と超音波受信センサ１８による受信信号を入力とし、距離測定開始信号と受信信号から測定対象物までの距離を計算し、距離出力として出力する。
【０００８】
また、図１０は、従来の技術の動作を示すものである。そして、超音波送信センサ１７による超音波の送信波、直接波、超音波受信センサ１８による反射波を示すものである。だだし、横軸を時間、縦軸を波形の振幅とする。
【０００９】
図１０に示すように、超音波送信センサ１７の超音波の送信波と超音波受信センサ１８の反射波には時間のずれΔｔが生じている。これは、超音波送信センサ１７から送出された超音波が測定対象物に反射して超音波受信センサ１８に返ってくるまでに時間Δｔかかることを示している。
【００１０】
よって、時間のずれΔｔ（ｓｅｃ）は、
Δｔ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖ
と表すことができる。
【００１１】
だだし、超音波送信センサ１７から測定対象物までの距離Ｌ１（ｃｍ）、測定対象物から超音波受信センサ１８までの距離Ｌ２（ｃｍ）、超音波の速度をＶ（ｃｍ／ｓｅｃ）とする。
【００１２】
超音波送信センサ１７と超音波受信センサ１８はほぼ同じ場所に設置されるとすると、距離測定装置と測定対象物の距離ＬはＬ＝Ｌ１＝Ｌ２となるので、上記式は以下のように表すことができる。
Ｌ（ｃｍ）＝１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）×Δｔ（ｍｓｅｃ）
だだし、超音波の速度を３４０００（ｃｍ／ｓｅｃ）として計算した。
【００１３】
つまり、超音波送信センサ１７の超音波送信時間ｔ１、超音波受信センサ１８の反射波の受信時間ｔ２を測定し、その時間差Δｔを求めることにより、超音波送信センサ１７、超音波受信センサ１８が設置される距離測定装置と測定対象物との距離を測定できる。
【００１４】
また、図１０に直接波も同時に示した。直接波とは、超音波送信センサ１７から超音波受信センサ１８へプリント基板、筐体等により直接伝達する超音波波形であり、その時間、振幅は送信波の送信時間、送信エネルギ等によって決定する。
【００１５】
距離測定手段１９は、距離測定開始手段１５による距離測定開始信号と超音波受信センサ１８による受信信号が入力される時間ｔ１、ｔ２を測定し、その時間差Δｔを求めることにより、距離を測定するものである。
【００１６】
【特許文献１】
特開平５−７００８１号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術によると、超音波センサの送信波と受信波の時間差Δｔを測定することにより、超音波センサと測定対象物の距離を測定することができる。
【００１８】
しかし、従来の技術による測定方法では超音波センサと測定対象物との距離のみしか測定できず、超音波センサに対する測定対象物の方角が未知であるため、測定対象物が存在する領域を特定することができないという課題があった。
【００１９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、測定対象物が存在する領域を特定することが可能な位置測定装置の提供を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、複数の超音波センサによるセンサ手段と、前記センサ手段のセンサ値を入力として測定対象物の距離を測定する測定対象物距離測定手段と、前記センサ手段のセンサ値を入力として測定対象物領域を確定する測定対象物領域確定手段とを備えるものである。
【００２１】
上記発明の構成によると、測定対象物による受信波が入力したセンサを特定することによりそのセンサの測定可能範囲内の測定対象物が存在することがわかるため、測定対象物が存在する存在領域を確定することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、超音波センサによるセンサ手段と、前記センサ手段のセンサ値を入力として測定対象物の距離を測定する測定対象物距離測定手段と、前記センサ手段のセンサ値を入力として測定対象物領域を確定する測定対象物領域確定手段とを備えたものである。
【００２３】
これにより、受信波が入力されたセンサ手段を特定することができ、測定対象物が特定されたセンサ手段の測定可能範囲内に存在することがわかるので、測定対象物の存在領域を決定することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、隣り合うセンサ手段による測定可能範囲が重なるように、センサ手段を設置する構成とするものであり、測定可能範囲を重ねることにより測定対象物の存在領域の検知精度を向上させることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１または２に記載の超音波センサで使用する周波数を変更する構成とするものであり、周波数を変更することにより、超音波の干渉がなくなるので、安定して受信波を測定することができ、測定対象物の存在領域の検知をより安定した状態で行うことができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波センサの超音波送出時間を変更する構成とするものであり、超音波センサの超音波送出時間をずらして超音波による干渉を防止することができるので、安定して受信波を測定することができ、測定対象物の存在領域の検知をより安定した状態で行うことができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発明に加えて、超音波センサの超音波範囲を決定する超音波ホーン手段と、前記超音波ホーン手段の超音波ホーン範囲を記憶するホーン範囲記憶手段と、前記ホーン範囲記憶手段のホーン範囲とセンサ手段のセンサ値とを入力して測定対象物領域を確定する第一の測定対象物領域確定手段を備えたものである。
【００２８】
従って、ホーン手段のホーン形状を変更することによりセンサ手段による測定可能範囲を任意に変更することにより、センサ手段の数を増やすことなく、正確に測定対象物の存在領域を測定したい場合でも対応することができる。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発明に加えて、超音波センサの超音波出力量を決定する超音波出力決定手段と、前記超音波出力決定手段の超音波出力とセンサ手段のセンサ値とを入力して測定対象物領域を確定する第二の測定対象物領域確定手段とを備えたものである。
【００３０】
従って、センサ手段の出力を変更することによりセンサ手段による測定可能範囲を任意に変更することにより、センサ手段の数を増やすことなく、正確に測定対象物の存在領域を測定したい場合でも対応することができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の測定対象物領域確定手段が、複数のセンサ入力手段のセンサ値と超音波センサの測定範囲とから測定対象物領域を確定するものであり、測定対象物の存在領域を確定するセンサ手段の数を複数個にすることによりより多くの測定対象物の存在領域情報を得ることができるので、より精密に測定対象物の存在領域を測定することができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、特に、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の測定対象物領域確定手段による測定対象物領域と測定対象物距離測定手段による測定対象物距離とから、測定対象物の位置を決定する測定対象物位置決定手段を備えたものであり、センサ手段の発信方向に対して横方向である測定対象物の存在領域と縦方向である測定対象物の距離を用いることにより、測定対象物の存在領域に加えて測定対象物の位置を測定することができる。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、特に、請求項８に記載の測定対象物位置決定手段による測定対象物の位置の変化から測定対象物の相対速度を決定するものであり、測定対象物の相対速度を求めることにより、測定対象物の存在領域、位置に加えて測定対象物の相対速度を求めることができ、より多くの測定対象物の情報を得ることができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、特に、請求項９に記載の測定対象物位置決定手段による測定対象物の位置と測定対象物速度決定手段による測定対象物の相対速度とから、測定範囲の測定対象物の位置マップを作成する測定対象物位置マップ作成手段を備えるものであり、測定範囲内の測定対象物の位置マップを作成することにより、測定対象物が、超音波センサが設置されている筐体に向かっているか、筐体が測定対象物にぶつかりそうかどうか等の色々な環境情報を得ることができる。
【００３５】
請求項１１に記載の発明は、特に、請求項１０に記載の測定対象物位置マップ作成手段による測定対象物位置マップから、測定対象物、超音波センサなどの全体のマップを作成する全体位置マップ手段を備えたものであり、全体位置マップを作成することにより、超音波センサが設置されている筐体の環境全体を知ることができる。
【００３６】
請求項１２に記載の発明は、特に、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の位置測定装置を、ロボットに搭載するものであり、測定対象物の位置、走行するロボットの環境等多くの情報を得ることができるので、より性能の高いロボットを提供することができる。
【００３７】
【実施例】
以下に本実施例の構成、動作を説明する。
【００３８】
まず、本実施例の構成について図１で説明する。図１において、２は第一のホーン手段であり、第一のホーン手段２の構成を変えることにより第一のセンサ手段４が発生する送信波の送信範囲を変更することができる。３は第二のホーン手段であり、第二のホーン手段３の構成を変えることにより第二のセンサ手段５が発生する送信波の送信範囲を変更することができる。第一のセンサ手段４は、第一のセンサ出力決定手段６による第一のセンサ出力で超音波を送信する。
【００３９】
また、第一の距離測定手段７は、第一のセンサ出力手段６による第一のセンサ出力タイミングと第一のセンサ手段による第一の受信波入力タイミングから測定対象物１の距離を測定し、第一の測定対象物距離信号を出力する。
【００４０】
同様に、第二のセンサ手段５は第二のセンサ出力決定手段９による第二のセンサ出力で超音波を送信する。また、第二の距離測定手段８は、第二のセンサ出力手段６による第二のセンサ出力タイミングと第一のセンサ手段による第二の受信波入力タイミングから測定対象物１の距離を測定し、第二の測定対象物距離信号を出力する。
【００４１】
測定対象物領域測定手段１０は、第一のセンサ手段４による第一の受信波入力信号と第二のセンサ手段による第二の受信波入力信号を入力としており、第一の受信波入力信号と第二の受信波入力信号から測定対象物の存在領域を特定し、測定対象物領域信号を出力する。測定対象物位置決定手段１１は、第一の距離測定手段による第一の測定対象物距離信号と第二の距離測定手段による第二の測定対象物距離信号と測定対象物領域測定手段による測定対象物領域を入力し、入力された距離、存在領域から測定対象物１の位置を決定し、測定対象物位置信号を出力する。さらに、測定対象物速度決定手段１２は、測定対象物位置決定手段１１による測定対象物位置信号から測定対象物の速度を計算し、測定対象物速度信号を出力する。
【００４２】
測定対象物マップ作成手段１３は、測定対象物位置決定手段１１による測定対象物位置と測定対象物速度決定手段１２による測定対象物速度信号から測定井範囲内に存在する測定対象物のマップを作成し、測定対象物マップ信号を出力する。
全体位置マップ測定手段１４は、測定対象物マップ作成手段１３による測定対象物マップ信号を入力として、測定範囲内に存在する測定対象物のマップから位置測定装置が存在する部屋全体のマップを作成する。
【００４３】
次に、本実施例の動作について説明する。まず、超音波の送信波、受信波、直接波について従来例の図９，図１０を用いて説明する。図１０は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅Ａ１，Ａ２、横軸として時間ｔとした。
【００４４】
図１０に示すように、一般に約４０ｋＨｚの超音波領域に属する超音波を測定対象物に対して送信信号送信センサ１７から発信される。測定対象物から反射した超音波の反射波は、受信波が発信されてから時間差Δｔに超音波受信センサ１８で受信される。また、超音波送信センサ１７と超音波受信センサ１８は同じ距離測定装置に設定されているので、送信波が距離測定装置のボディ、プリント基板を介して時間Δｔ１の直接波となって超音波受信センサ１８に伝搬する。
【００４５】
まず、超音波測定装置による距離測定の原理について説明する。超音波送信センサ１７から測定対象物までの距離をＬ１、測定対象物から超音波受信センサ１８までの距離をＬ２とすると、
Δｔ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖ
と計算することができる。だだし、Ｖは音波の速度であり、
Ｖ≒約３４０００（ｃｍ／ｓｅｃ）
となる。
【００４６】
超音波送信センサ１７と超音波受信センサ１８の設定位置が同じ場所であるとすると、
Ｌ＝Ｌ１＝Ｌ２
となるから、上式は
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）　　　　　　　（１）
と変形することができ、式（１）に測定した時間差Δｔを代入することにより位置測定装置と測定対象物の距離Ｌを求めることができる。
【００４７】
次に、測定対象物領域測定手段１０の動作を図２で説明する。図２は、超音波を発生する第一のセンサ手段４と第二のセンサ手段５で測定できる測定範囲を示した図である。また、同時に、第一のホーン手段２、第二のホーン手段３も示した。
【００４８】
図２に示すように、第一のホーン手段２により超音波で距離を測定できる範囲、第一の領域を決定することができる。同様に、第二のホーン手段３により超音波で距離を測定できる範囲、第二の範囲を決定することができる。故に、図２の上図に示す位置に測定対象物１が存在している場合、第一のセンサ手段４でのみ測定対象物１までの距離を測定でき、第二のセンサ手段５で測定対象物１の距離を測定することができない。
【００４９】
また、図２の中図に示す位置に測定対象物１が存在している場合、第一のセンサ手段４で測定対象物１までの距離を測定することが出来るし、第二のセンサ手段５でも測定対象物１までの距離を測定することが出来る。
【００５０】
さらに、図２の下図に示す位置に測定対象物１が存在している場合、第一のセンサ手段４で測定対象物１までの距離を測定することができないが、第二のセンサ手段５で測定対象物１までの距離を測定することができる。故に、上記で説明した様に、測定対象物１の位置を測定できるセンサ手段を知ることにより測定対象物１が存在する領域を決定することができる。測定対象物領域測定手段１０は、上記で述べたように第一のセンサ手段４の第一のセンサ信号と第二のセンサ手段５の第二のセンサ信号から測定対象物１が存在する領域を決定する。
【００５１】
上記測定対象物領域測定手段１０の動作によると、測定対象物１による超音波の受信波を受信したセンサ手段を特定することにより、測定対象物１の存在領域を知ることができる。
【００５２】
次に、第一のセンサ手段４、第二のセンサ手段６の動作について図３で説明する。図３は、第一のセンサ手段４、第二のセンサ手段の送信波、受信波を、横軸時間ｔ、縦軸信号の振幅Ａ１、Ａ２として、示した図である。
【００５３】
図３に示すように、第一のセンサ手段４による送信波の出力、受信波の入力が終了した後、第二のセンサ手段５による送信波の出力をすることにより、送信波間の相互干渉を防止することできる。故に、上記送信波出力タイミングをずらすことにより、誤検知なく、測定対象物１が存在する領域を決定することが出来る。
【００５４】
次に、第一のセンサ出力手段６、第二のセンサ出力手段９の動作について説明する。
【００５５】
第一のセンサ出力手段６による第一のセンサ手段４の送信波出力を変えることにより、第一のセンサ手段４の測定範囲を変更することができる。故に、第一の距離測定手段７で測定対象物１の距離を測定できる第一のセンサ出力の範囲を知ることにより、測定対象物１の存在範囲を限定することができる。
【００５６】
次に、測定対象物位置決定手段１１の動作について図４で説明する。図４は、測定対象物１の存在領域と測定対象物の距離ｒ１を示した図である。距離ｒ１の円に示すように測定対象物１の距離だけでは測定対象物１の位置を決定することができない。
【００５７】
しかし、図４に示すように、測定対象物領域測定手段１０による測定対象物が存在する領域を知ることにより、測定対象物１の位置を決めることができる。上記測定対象物位置決定手段１１の動作によると、測定対象物領域測定手段１０による測定対象物の存在領域と第一の距離測定手段７による第一の測定距離信号、第二の距離測定手段８による第二の測定距離信号を用いることにより、測定対象物１の位置を決定することができる。
【００５８】
また、図５に示すように、測定対象物１が複数個存在する場合でも、対応する測定対象物１の存在領域と距離測定手段による距離信号を知ることにより、測定対象物１の位置を決定することができる。
【００５９】
次に、測定対象物速度決定手段１２の動作について図６で説明する。図６は、測定対象物１の時間ｔの位置（ｘ０，ｙ０）、時間ｔ＋Δｔの位置（ｘ１，ｙ１）を同時に示したものである。
【００６０】
図６に示すように、時間ｔ、ｔ＋Δｔの時の測定対象物の位置を知ることにより、ｘ方向の速度Ｖｘ、ｙ方向の速度Ｖｙを以下の式で計算することができる。
Ｖｘ＝（ｘ１−ｘ０）／Δｔ
Ｖｙ＝（ｙ１−ｙ０）／Δｔ
測定対象物速度決定手段１２の動作によると、測定対象物位置決定手段１１による測定対象物１の位置から、測定対象物１の速度を測定することができる。
【００６１】
次に、測定対象物マップ作成手段１３の動作について図７で説明する。図７は位置測定装置の周囲の測定対象物の位置と速度を示した図である。四角形は位置測定装置、円は複数の測定対象物の位置を示している。だだし、同時に測定対象物の速度ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）も同時に示した。
【００６２】
図７に示すように、測定対象物位置決定手段１１による測定対象物の位置と測定対象物速度決定手段１２による測定対象物の速度から位置測定装置の周囲の測定対象物１の位置、速度の２次元情報を得ることができる。よって、図７に示すセンサ手段の範囲内に存在する測定対象物のマップを作成することができる。
【００６３】
次に、全体位置マップ作成手段１４の動作について図８で説明する。図８は位置測定装置が存在する部屋全体の測定対象物の位置と速度を示した図である。四角形は位置測定装置、円は複数の測定対象物の位置を示している。だだし、同時に測定対象物の速度ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）も同時に示した。
【００６４】
図８に示すように、位置測定装置を動かすことにより得られる測定対象物マップ作成手段１３による位置測定装置の複数回数の周囲のマップを使用することにより、部屋全体の測定対象物１の位置と速度を決定することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１から１２に記載の発明によれば、受信波が入力されたセンサ手段を特定することにより、測定対象物が特定されたセンサ手段の測定可能範囲内に居ることがわかるので、測定対象物の存在領域を決定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における位置測定装置の構成を示す図
【図２】（ａ）同、第一の領域の測定対象物を測定する場合を示す図
（ｂ）同、第二の領域の測定対象物を測定する場合を示す図
（ｃ）同、第三の領域の測定対象物を測定する場合を示す図
【図３】（ａ）同、位置測定装置における第一のセンサ手段の動作を示す図
（ｂ）同、位置測定装置における第二のセンサ手段の動作を示す図
【図４】同、位置測定装置における測定対象物の位置決定方法を示す図
【図５】同、位置測定装置における測定対象物位置決定手段の動作を示す図
【図６】同、位置測定装置における測定対象物速度決定手段の動作を示す図
【図７】同、位置測定装置における測定対象物マップ作成手段の動作を示す図
【図８】同、位置測定装置における全体位置マップ測定手段の動作を示す図
【図９】従来技術の構成を示す図
【図１０】従来技術の距離測定手段の動作を示す図
【符号の説明】
１　測定対象物
２　第一のホーン手段
３　第二のホーン手段
４　第一のセンサ手段
５　第二のセンサ手段
６　第一のセンサ出力決定手段
７　第一の距離測定手段
８　第二の距離測定手段
９　第二のセンサ出力決定手段
１０　測定対象物領域測定手段
１１　測定対象物位置決定手段
１２　測定対象物速度決定手段
１３　測定対象物マップ作成手段
１４　全体位置マップ測定手段
１５　距離測定開始手段
１６　送信信号出力手段
１７　超音波送信センサ
１８　超音波受信センサ
１９　距離測定手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position measuring device that measures the position of a measurement target using ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
As a conventional position measuring device, there has been one as shown below (for example, see Patent Document 1). FIG. 9 shows a configuration of a conventional technique.
[0003]
In FIG. 9, reference numeral 15 denotes a distance measurement start unit that outputs a distance measurement start signal when starting distance measurement.
[0004]
When the distance measurement start signal from the distance measurement start means 15 is input, the transmission signal output means 16 transmits a signal of a specific frequency to the ultrasonic transmission sensor 17.
[0005]
An ultrasonic transmission sensor 17 transmits an ultrasonic wave to a measurement object whose distance is to be measured when a signal of a specific frequency is input by the transmission signal output unit 16.
[0006]
Reference numeral 18 denotes an ultrasonic receiving sensor which receives a reflected wave of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitting sensor 17 from the object to be measured, and outputs a reception signal.
[0007]
The distance measurement unit 19 receives the distance measurement start signal from the distance measurement start unit 15 and the reception signal from the ultrasonic receiving sensor 18 as inputs, calculates the distance to the measurement target from the distance measurement start signal and the reception signal, and outputs the distance as a distance output. Output.
[0008]
FIG. 10 shows the operation of the conventional technique. Further, the figure shows a transmission wave of an ultrasonic wave by the ultrasonic transmission sensor 17, a direct wave, and a reflected wave by the ultrasonic reception sensor 18. However, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents waveform amplitude.
[0009]
As shown in FIG. 10, a time lag Δt occurs between the transmission wave of the ultrasonic wave from the ultrasonic transmission sensor 17 and the reflected wave of the ultrasonic reception sensor 18. This indicates that it takes time Δt for the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmission sensor 17 to be reflected on the measurement target and returned to the ultrasonic reception sensor 18.
[0010]
Therefore, the time lag Δt (sec) is
Δt = (L1 + L2) / V
It can be expressed as.
[0011]
However, the distance L1 (cm) from the ultrasonic transmission sensor 17 to the measuring object, the distance L2 (cm) from the measuring object to the ultrasonic receiving sensor 18, and the velocity of the ultrasonic wave are V (cm / sec). .
[0012]
Assuming that the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 18 are installed at substantially the same place, the distance L between the distance measuring device and the object to be measured is L = L1 = L2, so the above expression is expressed as follows. be able to.
L (cm) = 17 (cm / msec) × Δt (msec)
However, the calculation was performed assuming that the speed of the ultrasonic wave was 34000 (cm / sec).
[0013]
In other words, the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 18 measure the ultrasonic transmission time t1 of the ultrasonic transmission sensor 17 and the reception time t2 of the reflected wave of the ultrasonic reception sensor 18 and obtain the time difference Δt. The distance between the installed distance measuring device and the object to be measured can be measured.
[0014]
FIG. 10 also shows a direct wave. The direct wave is an ultrasonic waveform transmitted directly from the ultrasonic transmission sensor 17 to the ultrasonic reception sensor 18 by a printed circuit board, a housing, or the like, and the time and amplitude thereof are determined by the transmission time, transmission energy, and the like of the transmission wave. .
[0015]
The distance measuring means 19 measures the distances t1 and t2 at which the distance measurement start signal from the distance measurement start means 15 and the reception signal from the ultrasonic receiving sensor 18 are input, and obtains the time difference Δt to measure the distance. It is.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-5-70081 [0017]
[Problems to be solved by the invention]
According to the related art, the distance between the ultrasonic sensor and the object to be measured can be measured by measuring the time difference Δt between the transmission wave and the reception wave of the ultrasonic sensor.
[0018]
However, in the measurement method according to the related art, only the distance between the ultrasonic sensor and the measurement target can be measured, and since the direction of the measurement target with respect to the ultrasonic sensor is unknown, the region where the measurement target exists is specified. There was a problem that it was not possible.
[0019]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problem, and an object of the present invention is to provide a position measuring device capable of specifying an area where a measurement target exists.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, a sensor means using a plurality of ultrasonic sensors, a measuring object distance measuring means for measuring a distance of a measuring object by inputting a sensor value of the sensor means, and the sensor means And a measurement target area determination unit that determines a measurement target area using the sensor value of the input as an input.
[0021]
According to the configuration of the present invention, it is possible to know that the measurement target exists within the measurable range of the sensor by specifying the sensor to which the reception wave from the measurement target is input. Can be determined.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor unit using an ultrasonic sensor, a measuring object distance measuring unit that measures a distance of a measuring object using a sensor value of the sensor unit as an input, and a sensor value of the sensor unit. And a measuring object region determining means for determining the measuring object region.
[0023]
This makes it possible to specify the sensor means to which the received wave has been input, and to know that the measurement target exists within the measurable range of the specified sensor means. Can be.
[0024]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, the sensor units are installed so that the measurable ranges of adjacent sensor units overlap each other, and the measurable ranges are overlapped. Thereby, the detection accuracy of the area where the measurement target exists can be improved.
[0025]
The invention according to claim 3 has a configuration in which the frequency used in the ultrasonic sensor according to claim 1 or 2 is changed, and the interference of the ultrasonic wave is eliminated by changing the frequency. Thus, the received wave can be measured stably, and the detection area of the object to be measured can be detected in a more stable state.
[0026]
According to a fourth aspect of the invention, in particular, the ultrasonic transmission time of the ultrasonic sensor according to any one of the first to third aspects is changed, and the ultrasonic transmission time of the ultrasonic sensor is changed. , The interference of the ultrasonic wave can be prevented, so that the received wave can be measured stably, and the detection of the area where the measurement object exists can be performed in a more stable state.
[0027]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to any one of the first to fourth aspects, an ultrasonic horn means for determining an ultrasonic range of an ultrasonic sensor, and an ultrasonic horn means A horn range storage unit that stores a sound wave horn range; and a first measurement target region determination unit that determines a measurement target region by inputting a horn range of the horn range storage unit and a sensor value of a sensor unit. Things.
[0028]
Therefore, by changing the horn shape of the horn means to arbitrarily change the measurable range by the sensor means, it is possible to accurately measure the existence area of the measurement object without increasing the number of sensor means. be able to.
[0029]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic output determining means for determining an ultrasonic output amount of an ultrasonic sensor, and the ultrasonic output determining means. A second measuring object area determining means for inputting the ultrasonic output of the means and the sensor value of the sensor means to determine the measuring object area.
[0030]
Therefore, by arbitrarily changing the measurable range of the sensor means by changing the output of the sensor means, it is possible to accurately measure the existence area of the measurement object without increasing the number of sensor means. Can be.
[0031]
According to a seventh aspect of the present invention, in particular, the measuring object region determining means according to any one of the first to sixth aspects measures from a sensor value of a plurality of sensor input means and a measuring range of the ultrasonic sensor. The object area is determined, and the existence area information of a larger number of measurement objects can be obtained by setting the number of the sensor means for determining the existence area of the measurement object to be more than one. It is possible to measure the area where the measurement object exists.
[0032]
According to an eighth aspect of the present invention, in particular, a measurement object region determined by the measurement object region determining unit according to any one of claims 1 to 7 and a measurement object distance determined by the measurement object distance measurement unit are defined by: It is provided with measurement object position determination means for determining the position of the measurement object, and determines the distance between the existence area of the measurement object which is horizontal to the transmission direction of the sensor means and the measurement object which is vertical. By using this, the position of the measurement target can be measured in addition to the region where the measurement target exists.
[0033]
According to a ninth aspect of the present invention, the relative speed of the measurement target is determined from a change in the position of the measurement target by the measurement target position determination means. By calculating the speed, the relative speed of the measurement object can be obtained in addition to the existence area and position of the measurement object, and more information on the measurement object can be obtained.
[0034]
According to a tenth aspect of the present invention, a measuring range is measured from the position of the measuring object by the measuring object position determining means and the relative speed of the measuring object by the measuring object speed determining means. It is provided with a measurement object position map creating means for creating a position map of the object, and the measurement object is provided with an ultrasonic sensor by creating a position map of the measurement object within the measurement range. Various environmental information such as whether the user is facing the housing or whether the housing is likely to hit the measurement target can be obtained.
[0035]
According to an eleventh aspect of the present invention, in particular, an entire position map for creating an entire map of a measuring object, an ultrasonic sensor, and the like from the measuring object position map by the measuring object position map creating means according to the tenth aspect. It is possible to know the entire environment of the housing in which the ultrasonic sensor is installed by creating an entire position map.
[0036]
According to a twelfth aspect of the present invention, in particular, the position measuring device according to any one of the first to eleventh aspects is mounted on a robot. , It is possible to provide a robot with higher performance.
[0037]
【Example】
Hereinafter, the configuration and operation of the present embodiment will be described.
[0038]
First, the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a first horn means. By changing the configuration of the first horn means 2, the transmission range of the transmission wave generated by the first sensor means 4 can be changed. Reference numeral 3 denotes a second horn means. By changing the configuration of the second horn means 3, the transmission range of the transmission wave generated by the second sensor means 5 can be changed. The first sensor unit 4 transmits an ultrasonic wave with the first sensor output by the first sensor output determination unit 6.
[0039]
Further, the first distance measuring means 7 measures the distance of the measuring object 1 from the first sensor output timing by the first sensor output means 6 and the first received wave input timing by the first sensor means, A first measurement object distance signal is output.
[0040]
Similarly, the second sensor means 5 transmits an ultrasonic wave with the second sensor output by the second sensor output determination means 9. Further, the second distance measuring means 8 measures the distance of the measuring object 1 from the second sensor output timing by the second sensor output means 6 and the second reception wave input timing by the first sensor means, A second measurement object distance signal is output.
[0041]
The measurement object area measuring means 10 receives the first received wave input signal from the first sensor means 4 and the second received wave input signal from the second sensor means as inputs, and A region where the measurement target exists is specified from the second received wave input signal, and a measurement target region signal is output. The measuring object position determining means 11 includes a first measuring object distance signal by the first distance measuring means, a second measuring object distance signal by the second distance measuring means, and a measuring object by the measuring object area measuring means. An object area is input, the position of the measurement object 1 is determined from the input distance and the existing area, and a measurement object position signal is output. Further, the measuring object speed determining means 12 calculates the speed of the measuring object from the measuring object position signal by the measuring object position determining means 11, and outputs a measuring object speed signal.
[0042]
The measuring object map creating means 13 creates a map of the measuring object existing in the measuring well range from the measuring object position by the measuring object position determining means 11 and the measuring object speed signal by the measuring object speed determining means 12. Then, a measurement object map signal is output.
The overall position map measuring means 14 receives the measurement object map signal from the measurement object map creating means 13 as an input and creates a map of the entire room in which the position measuring device exists from the map of the measurement objects existing within the measurement range. .
[0043]
Next, the operation of the present embodiment will be described. First, transmission waves, reception waves, and direct waves of ultrasonic waves will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a diagram showing a time chart of the transmitted wave, the received wave, and the reflected wave of the ultrasonic wave. However, the amplitudes A1 and A2 of the ultrasonic waves are shown on the vertical axis, and the time t is shown on the horizontal axis.
[0044]
As shown in FIG. 10, an ultrasonic wave generally belonging to an ultrasonic region of about 40 kHz is transmitted from the transmission signal transmission sensor 17 to the measurement target. The ultrasonic wave reflected from the measurement object is received by the ultrasonic receiving sensor 18 at a time difference Δt after the reception wave is transmitted. Also, since the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 18 are set in the same distance measuring device, the transmitted wave becomes a direct wave of time Δt1 via the body of the distance measuring device and the printed circuit board, and the ultrasonic wave is received. Propagate to the sensor 18.
[0045]
First, the principle of distance measurement by the ultrasonic measurement device will be described. Assuming that the distance from the ultrasonic transmission sensor 17 to the measuring object is L1 and the distance from the measuring object to the ultrasonic receiving sensor 18 is L2,
Δt = (L1 + L2) / V
Can be calculated. However, V is the speed of the sound wave,
V ≒ about 34000 (cm / sec)
It becomes.
[0046]
If the setting positions of the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 18 are the same,
L = L1 = L2
From the above equation, L (cm) = Δt (msec) · 17 (cm / msec) (1)
By substituting the measured time difference Δt into the equation (1), the distance L between the position measuring device and the object to be measured can be obtained.
[0047]
Next, the operation of the measuring object area measuring means 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a measurement range that can be measured by the first sensor unit 4 and the second sensor unit 5 that generate ultrasonic waves. At the same time, the first horn means 2 and the second horn means 3 are also shown.
[0048]
As shown in FIG. 2, the first horn means 2 can determine the range in which the distance can be measured by ultrasonic waves and the first region. Similarly, the second horn means 3 can determine the range in which the distance can be measured by ultrasonic waves and the second range. Therefore, when the measuring object 1 exists at the position shown in the upper diagram of FIG. 2, the distance to the measuring object 1 can be measured only by the first sensor means 4, and the measuring object 1 is measured by the second sensor means 5. The distance of the object 1 cannot be measured.
[0049]
When the measurement target 1 exists at the position shown in the middle diagram of FIG. 2, the distance to the measurement target 1 can be measured by the first sensor unit 4 and the second sensor unit 5 can be measured. However, the distance to the object 1 can be measured.
[0050]
Further, when the measuring object 1 exists at the position shown in the lower diagram of FIG. 2, the distance to the measuring object 1 cannot be measured by the first sensor means 4, but the second sensor means 5 cannot measure the distance to the measuring object 1. The distance to the measurement object 1 can be measured. Therefore, as described above, the area where the measurement target 1 exists can be determined by knowing the sensor means that can measure the position of the measurement target 1. As described above, the measurement target area measurement means 10 determines the area where the measurement target 1 exists from the first sensor signal of the first sensor means 4 and the second sensor signal of the second sensor means 5. decide.
[0051]
According to the operation of the measuring object area measuring means 10, the existence area of the measuring object 1 can be known by specifying the sensor means which has received the ultrasonic wave received by the measuring object 1.
[0052]
Next, the operation of the first sensor means 4 and the second sensor means 6 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the transmission wave and the reception wave of the first sensor unit 4 and the second sensor unit as the horizontal axis time t and the vertical axis signal amplitudes A1 and A2.
[0053]
As shown in FIG. 3, after the output of the transmission wave by the first sensor means 4 and the input of the reception wave are completed, the output of the transmission wave by the second sensor means 5 reduces the mutual interference between the transmission waves. Can be prevented. Therefore, by shifting the transmission wave output timing, it is possible to determine an area where the measurement target 1 exists without erroneous detection.
[0054]
Next, the operation of the first sensor output means 6 and the second sensor output means 9 will be described.
[0055]
By changing the transmission wave output of the first sensor means 4 by the first sensor output means 6, the measurement range of the first sensor means 4 can be changed. Therefore, by knowing the range of the first sensor output in which the distance of the measurement target 1 can be measured by the first distance measuring means 7, the existence range of the measurement target 1 can be limited.
[0056]
Next, the operation of the measuring object position determining means 11 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a distance r1 between the area where the measurement target 1 exists and the measurement target. As shown in the circle of the distance r1, the position of the measuring object 1 cannot be determined only by the distance of the measuring object 1.
[0057]
However, as shown in FIG. 4, the position of the measurement target 1 can be determined by knowing the region where the measurement target exists by the measurement target region measuring means 10. According to the operation of the measuring object position determining means 11, the existence area of the measuring object by the measuring object area measuring means 10, the first measuring distance signal by the first distance measuring means 7, the second distance measuring means 8 , The position of the measuring object 1 can be determined.
[0058]
Also, as shown in FIG. 5, even when there are a plurality of measurement objects 1, the position of the measurement object 1 is determined by knowing the corresponding existence area of the measurement object 1 and the distance signal by the distance measuring means. can do.
[0059]
Next, the operation of the measuring object speed determining means 12 will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the position (x0, y0) of the measuring object 1 at time t and the position (x1, y1) of time t + Δt at the same time.
[0060]
As shown in FIG. 6, by knowing the position of the measuring object at time t, t + Δt, the velocity Vx in the x direction and the velocity Vy in the y direction can be calculated by the following equations.
Vx = (x1−x0) / Δt
Vy = (y1-y0) / Δt
According to the operation of the measuring object speed determining means 12, the speed of the measuring object 1 can be measured from the position of the measuring object 1 by the measuring object position determining means 11.
[0061]
Next, the operation of the measurement object map creating means 13 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing the position and speed of the measurement object around the position measuring device. The squares indicate position measuring devices, and the circles indicate positions of a plurality of measurement objects. However, the velocity vector (Vx, Vy) of the measurement object is also shown at the same time.
[0062]
As shown in FIG. 7, the position and speed of the measurement object 1 around the position measuring device are determined from the position of the measurement object by the measurement object position determination unit 11 and the speed of the measurement object by the measurement object speed determination unit 12. Two-dimensional information can be obtained. Therefore, a map of the measurement object existing within the range of the sensor means shown in FIG. 7 can be created.
[0063]
Next, the operation of the entire position map creating means 14 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing the position and speed of the measurement target in the entire room where the position measurement device is located. The squares indicate position measuring devices, and the circles indicate positions of a plurality of measurement objects. However, the velocity vector (Vx, Vy) of the measurement object is also shown at the same time.
[0064]
As shown in FIG. 8, the position of the measurement target 1 in the entire room can be determined by using a map around the position measurement device a plurality of times by the measurement target map creating unit 13 obtained by moving the position measurement device. Speed can be determined.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to twelfth aspects of the present invention, by specifying the sensor unit to which the received wave is input, the object to be measured may be within the measurable range of the specified sensor unit. Therefore, the existence area of the measurement object can be determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a position measuring device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating a case where a measurement target in a first area is measured. FIG. FIG. 3 (c) shows a case of measuring a measurement object in a region, and FIG. 3 (a) shows a case of measuring a measurement object in a third region. FIG. 4B shows the operation of the second sensor means in the position measuring device. FIG. 4 shows the method of determining the position of the measurement object in the position measuring device. FIG. 6 shows the operation of a measuring object position determining means in the position measuring device. FIG. 6 shows the operation of the measuring object speed determining means in the position measuring device. FIG. 7 shows the measuring object map in the position measuring device. FIG. 8 shows the operation of the creation means. [EXPLANATION OF SYMBOLS] shows an operation of FIG. 10 shows a prior art distance measuring means shown Figure 9 of the prior art structure showing the operation of the flop measurement means
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement object 2 First horn means 3 Second horn means 4 First sensor means 5 Second sensor means 6 First sensor output determination means 7 First distance measurement means 8 Second distance measurement means 9 Second sensor output determination means 10 Measurement target area measurement means 11 Measurement target position determination means 12 Measurement target speed determination means 13 Measurement target map creation means 14 Overall position map measurement means 15 Distance measurement start means 16 Transmission signal Output means 17 Ultrasonic transmission sensor 18 Ultrasonic reception sensor 19 Distance measuring means

Claims

Sensor means using a plurality of ultrasonic sensors, measurement object distance measurement means for measuring the distance of the measurement object using the sensor values of the sensor means as input, and measurement object area determined using the sensor values of the sensor means as input A position measuring device provided with a measuring object region determining means for performing measurement.

The position measuring device according to claim 1, wherein the sensor units are installed such that the measurable ranges of adjacent sensor units overlap.

The position measuring device according to claim 1, wherein a frequency used in the ultrasonic sensor is changed.

The position measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein an ultrasonic transmission time of the ultrasonic sensor is changed.

Ultrasonic horn means for determining the ultrasonic range of the ultrasonic sensor, horn range storage means for storing the ultrasonic horn range of the ultrasonic horn means, the horn range of the horn range storage means and the sensor value of the sensor means and The position measuring device according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a first measurement object area determination unit configured to determine a measurement object area by inputting a command.

Ultrasonic output determining means for determining the ultrasonic output amount of the ultrasonic sensor, and second measurement for inputting the ultrasonic output of the ultrasonic output determining means and the sensor value of the sensor means to determine the measurement target area The position measuring device according to any one of claims 1 to 5, further comprising an object region determining unit.

The position measuring device according to claim 1, wherein the measurement target area determination unit determines the measurement target area from the sensor values of the plurality of sensor input units and the measurement range of the ultrasonic sensor.

8. The method according to claim 1, further comprising: measuring object position determining means for determining a position of the measuring object from a measuring object area determined by the measuring object area determining means and a distance of the measuring object measured by the measuring object distance measuring means. The position measuring device according to claim 1.

9. The position measuring apparatus according to claim 8, further comprising a measuring object speed determining means for determining a relative speed of the measuring object from a change in the position of the measuring object by the measuring object position determining means.

A measuring object position map creating means for creating a position map of the measuring object in the measuring range from the position of the measuring object by the measuring object position determining means and the relative speed of the measuring object by the measuring object speed determining means; The position measuring device according to claim 9.

11. The position measuring apparatus according to claim 10, further comprising: an entire position map unit that creates an entire map of the measurement object, the ultrasonic sensor, and the like from the position map of the measurement object by the measurement object position map creation unit.

A robot equipped with the position measuring device according to claim 1.