JP2005265669A - 周囲環境センシング装置、周囲環境センシング方法、及び、周囲環境監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 常時監視センシングシステム待機中の消費電力を低減させる周囲環境センシング装置及び方法を提供する。
【解決手段】 超音波の送波１１１を行う超音波送波子１０１と、超音波の受波１１２を行う超音波受波子１０２と、白色、有色雑音を発生させる超音波信号発生装置１０３と、超音波の受波信号を用いて周囲環境をマッピングする受波信号処理装置１０４とを備え、背景雑音が周囲環境センシングに十分な場合は背景雑音を用い、不十分な場合は白色雑音を発生させて周囲環境をセンシングし、周囲環境が変化したことを検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロボットのセンシングやセキュリティー等に用いる周囲環境センシング装置、周囲環境センシング方法、及び、上記周囲環境センシング装置を有する周囲環境監視装置に関するものである。

従来の雑音を用いた周囲環境センシング装置としては、常に雑音を発生させ観測目標の方位や形状等を計測するものがあった（例えば、特許文献１参照）。図６は、上記特許文献１に記載された従来の周囲環境センシング装置を示すものである。

図６において、6００は音響計測処理手順を示している。ステップＳ６１０で雑音を発生させ、ステップＳ６２０で観測目標からの反射音を受波し、ステップＳ６３０で信号処理をして観測目標の方位、形状等を算出し、ステップＳ６４０で計測結果を表示していた。

特開平１１−２１１８２４号公報（第５頁、図２）

しかしながら、上記従来の構成では、常に雑音を発生させていたので、消費電力が大きいという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、常時監視センシングシステム待機中の消費電力を低減させる周囲環境センシング装置、周囲環境センシング方法、及び、上記周囲環境センシング装置を有する周囲環境監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の１つの態様によれば、周囲環境に対して超音波の送波を行う超音波送波子と、
上記周囲環境からの上記超音波の反射波及び上記周囲環境からの背景雑音の受波をそれぞれ行い上記超音波の受波信号を送出する超音波受波子と、
センシング用雑音を発生させるセンシング用雑音発生信号を上記超音波送波子に送信して上記超音波送波子から上記超音波の上記センシング用雑音の送波を行わせる超音波信号発生装置と、
上記超音波の受波信号を用いて上記周囲環境をマッピングするとともに、上記周囲環境の背景雑音のレベルに応じて、上記背景雑音、又は、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化したか否かを検出する受波信号処理装置とを備えるようにした周囲環境センシング装置を提供する。

本発明の別の態様によれば、上記態様に記載の上記周囲環境センシング装置と、
上記周囲環境センシング装置により、上記周囲環境をマッピングした結果の情報を基に上記周囲環境での異常が発生したと判断された場合には、より高精度なセンシングを行うセンシング装置とを備える周囲環境監視装置を提供する。

本発明のさらに別の態様によれば、超音波信号発生装置でセンシング用雑音を発生させるための信号を発生させ、発生した信号を超音波送波子に送信して、上記超音波送波子でセンシング用雑音を周囲環境に発生させ、
次いで、上記発生されたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、
上記周囲環境から反射してきた上記センシング用雑音の反射波の受波を超音波受波子で行い、上記超音波受波子からの上記反射波の受波信号を受波信号処理装置で受け取り、受け取った受波信号により、上記受波信号処理装置で、上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をマッピングし、
その後、上記周囲環境内の上記背景雑音の受波を上記超音波受波子で行い、上記超音波受波子からの上記背景雑音の受波信号を上記受波信号処理装置で受け取り、受け取った受波信号により、上記受波信号処理装置で上記背景雑音を用いて上記周囲環境をマッピングし、
次いで、上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をマッピングして得られた情報と上記背景雑音を用いて上記周囲環境をマッピングして得られた情報とを上記受波信号処理装置で比較し、その結果を、初期状態の情報とし、
上記初期状態の情報を基に、上記受波信号処理装置により、上記背景雑音又は上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化していないかをチェックし、
上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングにより、異常が発生したと上記受波信号処理装置で判断した場合には、より高精度なセンシングに切り替える一方、
上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングにより、異常無しと上記受波信号処理装置で判断した場合には、上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングを再び行うようにした周囲環境センシング方法を提供する。

本発明によれば、必要な場合のみ雑音を発生させるため、常時監視センシングシステム待機中の消費電力を低減させることができる。すなわち、上記周囲環境の背景雑音のレベルに応じて、上記背景雑音、又は、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化したか否かを検出することができるため、上記背景雑音を使用するときには上記センシング用雑音を発生させる必要はなく、上記センシング用雑音を発生させるための電力を削減することができる。

本発明の実施形態を説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様によれば、周囲環境に対して超音波の送波を行う超音波送波子と、
上記周囲環境からの上記超音波の反射波及び上記周囲環境からの背景雑音の受波をそれぞれ行い上記超音波の受波信号を送出する超音波受波子と、
センシング用雑音を発生させるセンシング用雑音発生信号を上記超音波送波子に送信して上記超音波送波子から上記超音波の上記センシング用雑音の送波を行わせる超音波信号発生装置と、
上記超音波の受波信号を用いて上記周囲環境をマッピングするとともに、上記周囲環境の背景雑音のレベルに応じて、上記背景雑音、又は、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化したか否かを検出する受波信号処理装置とを備えるようにした周囲環境センシング装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、上記発生させるセンシング用雑音が白色雑音又は有色雑音である、第１の態様に記載の周囲環境センシング装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、上記超音波送波子と上記超音波受波子を１つの送受波子で構成して、上記送受波子で上記超音波の送波及び受波を行うようにした、第１又は２の態様に記載の周囲環境センシング装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、上記超音波送波子又は上記超音波受波子の少なくともいずれか一方が、１次元素子又は２次元アレイ化した素子又は３次元アレイ化して構成されている、第１〜３のいずれか１つの態様に記載の周囲環境センシング装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、上記受波信号処理装置は、上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能である場合には上記背景雑音を使用し、上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能でない場合には上記センシング用雑音を発生させて、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化したか否かを検出する、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の周囲環境センシング装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の上記周囲環境センシング装置と、
上記周囲環境センシング装置により、上記周囲環境をマッピングした結果の情報を基に上記周囲環境での異常が発生したと判断された場合には、より高精度なセンシングを行うセンシング装置とを備える周囲環境監視装置を提供する。

本発明の第７態様によれば、超音波信号発生装置でセンシング用雑音を発生させるための信号を発生させ、発生した信号を超音波送波子に送信して、上記超音波送波子でセンシング用雑音を周囲環境に発生させ、
次いで、上記発生されたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、
上記周囲環境から反射してきた上記センシング用雑音の反射波の受波を超音波受波子で行い、上記超音波受波子からの上記反射波の受波信号を受波信号処理装置で受け取り、受け取った受波信号により、上記受波信号処理装置で、上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をマッピングし、
その後、上記周囲環境内の上記背景雑音の受波を上記超音波受波子で行い、上記超音波受波子からの上記背景雑音の受波信号を上記受波信号処理装置で受け取り、受け取った受波信号により、上記受波信号処理装置で上記背景雑音を用いて上記周囲環境をマッピングし、
次いで、上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をマッピングして得られた情報と上記背景雑音を用いて上記周囲環境をマッピングして得られた情報とを上記受波信号処理装置で比較し、その結果を、初期状態の情報とし、
上記初期状態の情報を基に、上記受波信号処理装置により、上記背景雑音又は上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化していないかをチェックし、
上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングにより、異常が発生したと上記受波信号処理装置で判断した場合には、より高精度なセンシングに切り替える一方、
上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングにより、異常無しと上記受波信号処理装置で判断した場合には、上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングを再び行うようにした周囲環境センシング方法を提供する。

本発明の第８態様によれば、上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能である場合には上記背景雑音を使用して上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能でない場合には上記センシング用雑音を発生させて、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングする第７の態様に記載の周囲環境センシング方法を提供する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態における、常時監視センシングシステム待機状態の周囲環境センシング装置の構成図である。この周囲環境センシング装置は周囲環境センシング方法を実施することができ、かつ上記周囲環境センシング装置を備えることで周囲環境監視装置（一例としては、図１の一点鎖線の構成をも含めたシステム。）を構成することができるものである。

この周囲環境センシング装置の装置構成としては、センシング用雑音として超音波の送波１１１を行う超音波送波子１０１と、上記超音波送波子１０１から送波されて上記周囲環境センシング装置の周囲環境（言い換えれば監視領域）内のどこかの物体に当たって反射してきた反射波、又は周囲環境内の背景雑音の受波１１２を行う超音波受波子１０２と、超音波送波子１０１に接続されてセンシング用雑音を発生させるための信号を超音波送波子１０１に送信する超音波信号発生装置１０３と、初期状態の情報などを記憶する記憶装置１０５と、超音波受波子１０２と接続されて超音波受波子１０２からの上記超音波の受波信号を受け取り、受け取った受波信号を用いて周囲環境をマッピングして周囲環境内での異常の有無を判断する受波信号処理装置１０４と、受波信号処理装置１０４により判断された異常の有無の結果を表示するモニターなどの表示装置１０６とを備えて構成されている。

上記超音波信号発生装置１０３の一例としての白色、有色雑音発生装置１０３では、受波信号処理装置１０４で定められたタイミングで白色雑音信号又は有色雑音信号を生成して、超音波送波子１０１に送信する。

超音波送波子１０１では、上記白色、有色雑音発生装置１０３からの白色雑音信号又は有色雑音信号を基に白色雑音又は有色雑音をセンシング用雑音として周囲環境に送波１１１する。ここで、白色雑音とは、図２Ａに示すように、パワースペクトルが連続スペクトルをなし、周波数によらず強度が一定の雑音を意味する。有色雑音とは、図２Ｂに示すようなパワースペクトルが周波数により変化する（言い換えれば、特定の周波数領域でのみある強度を有する）雑音を意味する。このセンシング用雑音の送波１１１は、常に行われるのではなく、必要に応じて（例えば、後述するように背景雑音が使用困難若しくは使用不可能な場合に）行われる。

超音波送波子１０１から送波１１１された上記センシング用雑音が、周囲環境内のどこかの物体に当たって反射してきた反射波、又は周囲環境内の背景雑音は超音波受波子１０２で受波１１２される。

超音波受波子１０２で受波１１２された情報は、周囲環境をマッピングする受波信号処理装置１０４で信号処理される。背景雑音とは、周囲環境の場に存在する音である。周囲環境が室内である場合の例を挙げると、エアコンや冷蔵庫等から出る雑音が背景雑音である。その後、必要に応じて、表示装置１０６で、受波信号処理装置１０４で信号処理された結果である、１次元、２次元、３次元いずれかのマッピング情報を表示させる。

なお、装置構成を単純化させ低価格化するためには、超音波の送波ための超音波送波子１０１と超音波の受波のための超音波受波子１０２を１つの超音波送受波子１４０で行えばよい。

また、センシングを高精度化するためには、センサをアレイ化する方法が考えられる。
図７に示されるように、１個の素子１２０ａから、１次元配列の素子１２０ｂ、２次元配列の素子１２０ｃ、３次元配列の素子１２０ｄにするほどセンシングの高精度化が図れる。

周囲環境監視装置の一例としては、セキュリティーシステムとして活用することができる。

周囲環境センシング装置９５は、部屋全体を監視しやすくするため、障害物が少ない、部屋の天井の真ん中（図４の点線参照）、部屋の隅の天井近傍、誤動作を少なくするため、雑音発生源より離れた側などに配置する。

次に、図３を用いて、白色雑音を用いた場合の周囲環境センシング方法を説明する。有色雑音を用いた場合の周囲環境センシング方法も同様であり、白色雑音を有色雑音と読み替えればよい。

まず、受波信号処理装置１０４の制御下で超音波信号発生装置１０３でセンシング用雑音を発生させるための信号を発生させ、発生した信号を超音波送波子１０１に送信して、超音波送波子１０１でセンシング用の白色雑音を周囲環境に発生させる（ステップＳ３０１）。

次いで、発生された白色雑音により周囲環境をセンシングし（ステップＳ３０２）、周囲環境の物体に当たって反射してきた白色雑音の反射波の受波１１２を超音波受波子１０２で行う。すなわち、超音波受波子１０２からの上記反射波の受波信号を受波信号処理装置１０４で受け取り、受け取った受波信号により、受波信号処理装置１０４で、白色雑音を用いて周囲環境をマッピングする（ステップＳ３０３）。周囲環境をマッピングするというのは、上記周囲環境センシング装置に対する周囲環境内の物体の方位、上記物体の形状等を計測して上記物体の位置を同定することである。一般的には、白色雑音を用いて周囲環境をマッピングする（ステップＳ３０３）。このように白色雑音を用いて周囲環境をマッピングして得られた情報は、受波信号処理装置１０４の制御により記憶装置１０５に記憶される。ただし、マッピング精度がそれほど必要でない場合は、有色雑音を用いて周囲環境をマッピングする。これにより、必要な周波数でしか発振させないため、白色雑音を発生させるときよりも電力が少なくてすむ。

その後、背景雑音センシングに切替え（ステップＳ３０４）（ここでは、基本的に超音波受波子１０２の感知周波数は、高感度・広帯域で全スペクトルを受波していることが好ましく、背景雑音用に実動作として切り替えるのではなく、背景雑音センシング動作を行わせる程度の意味である。）、周囲環境内の背景雑音の受波１１２を超音波受波子１０２で行う。すなわち、超音波受波子１０２からの上記背景雑音の受波信号を受波信号処理装置１０４で受け取り、受け取った受波信号により、背景雑音を用いて周囲環境を受波信号処理装置１０４でマッピングする（ステップＳ３０５）。このように背景雑音を用いて周囲環境をマッピングして得られた情報は、受波信号処理装置１０４の制御により記憶装置１０５に記憶される。一例として、図４に、天井の真ん中に上記周囲環境センシング装置９５を配置して（点線で示す。）、ある高さで部屋９３の室内を２次元マッピングした簡単な例を示す。部屋９３の中には、テーブル９０、いす９１、テレビ９２等があり、９６はドア（一点鎖線で示す。）である。

記憶装置１０５にそれぞれ記憶された、ステップＳ３０３において白色雑音を用いて周囲環境をマッピングして得られた情報とステップＳ３０５において背景雑音を用いて周囲環境をマッピングして得られた情報を受波信号処理装置１０４で比較し（ステップＳ３０６）、その結果を、受波信号処理装置１０４により、初期状態の情報として記憶装置１０５に記憶保持させておく。簡単な初期状態情報の記憶の一例は、マッピング範囲をマトリックス化し、物体の存在する部分に「１」、存在しない部分に「０」の情報を入れたものである。記憶装置１０５での初期状態情報の記憶は、マトリックス化してもよいし、関数化してもよい。また、その他の方法でもかまわない。

上記初期状態の情報を基に、受波信号処理装置１０４により、背景雑音を用いて定期的にセンシングし、周囲環境が変化していないかをチェックする（ステップＳ３０７）。つまり、ステップＳ３０７で、受波信号処理装置１０４により定められたタイミングで、周囲環境の背景雑音の受波１１２を超音波受波子１０２で行い、センシングエリアである周囲環境の音場が変化していないかをチェックするのである。背景雑音状態が変化したときに考えられるのは、物体が移動したか、新たな物体がセンシングエリアに侵入したか、雑音発生源の雑音状態が変化したか等である。物体が移動した場合、物体の位置が変化したことにより、背景雑音の音場が変化する。背景雑音レベル３０８が周囲環境センシングに十分な場合は、背景雑音を用いて周囲環境をマッピング可能なため、物体が移動して背景雑音の音場が変化したのかの判断が受波信号処理装置１０４により可能である。背景雑音レベル３０８が周囲環境センシングに十分かどうかの、判断の一例を図５に示す。あらかじめ、ステップＳ３０２での周囲環境の白色雑音センシングにより、センシング可能受波強度の閾値Hを受波信号処理装置１０４で求めておく。背景雑音のレベルが閾値H以上であれば（図５Aの実線A参照）センシング可能と受波信号処理装置１０４で判断する。しかし、背景雑音レベル３０８が閾値H未満であるため周囲環境センシングに不十分であると受波信号処理装置１０４で判断した場合には、背景雑音を用いて周囲環境をマッピング３１０できない。そのため、ステップＳ３０９において、受波信号処理装置１０４の制御下で、超音波信号発生装置１０３で連続波又はパルス波で白色雑音を発生させるための信号を発生させて超音波送波子１０１に送信して、超音波送波子１０１でセンシング用の連続波若しくはパルス波で白色雑音（図５Ｂの実線Ｃ参照）を周囲環境に向けて発生させて周囲環境をセンシング３１０する必要が生じる。一例として、図５Ａの実線Ａに示す背景雑音で周囲環境の音場が変化していないかをチェックするとき、周囲環境である部屋９３内にドア９６から人が入ってくると、図５Ａの点線Ｂに示すように周波数と受波強度との関係が変化する。また、別の例として、図５Ｂの実線Ｃに示す連続波若しくはパルス波の白色雑音で周囲環境の音場が変化していないかをチェックするとき、周囲環境である部屋９３内にドア９６から人が入ってくると、図５Ｂの点線Ｄに示すように周波数と受波強度との関係が変化する。

ステップＳ３１０において、背景雑音、又は連続波若しくはパルス波の白色雑音による周囲環境センシングにより、異常が発生した、つまり、周囲環境の物体が移動したり、センシングエリアに新たな物体が侵入したりしたと、受波信号処理装置１０４で判断した場合には、ステップＳ３１１において、詳細な情報を取得するため高精度なセンシングに切り替える。この高精度なセンシングとは、例えば、上記検出頻度を高くしたり、周囲環境センシング装置９５によるセンシングからＣＣＤカメラなどの高精度センシング装置１８０（図１参照）での監視に切り替えたりするなどして、物体の数、方向、距離、位置、形状、構成要素物性等を高精度に検知することである。又は、高精度なセンシングを行う代わりに、ステップＳ３１２においてスタンバイ状態に入るようにしてもよい。ステップＳ３１０において異常無しと受波信号処理装置１０４で判断した場合には、ステップＳ３０７に戻る。

本発明の上記実施形態にかかる周囲環境センシング装置での周囲環境センシングは、基本的に周囲環境内で物体が移動したかどうかの判断を行うのみの粗いセンシングである。これは、家庭用の介護、家事のロボットや不法侵入者検出、防犯等のセキュリティーシステムなどの待機状態であり、周囲環境に物体、つまり人、動物等が入ってきて、本格的な制御を行う高精度センシングステップＳ３１１を開始するためのトリガーである。

上記実施形態によれば、必要な場合のみ雑音を発生させるため、常時監視センシングシステム待機状態での省電力化が可能となる。すなわち、上記周囲環境の背景雑音のレベルに応じて、上記背景雑音、又は、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化したか否かを検出することができるため、上記背景雑音を使用するときには上記センシング用雑音を発生させる必要はなく、上記センシング用雑音を発生させるための電力を削減することができる。

また、上記周囲環境センシング装置９５は、物体に回り込むことができる超音波を使用して周囲環境のセンシングを行うものである。よって、例えば、カーテンで覆われた窓のガラスが外部から割られたとき、従来の監視カメラではカーテンにより窓が覆われているため、ガラスが割れた状態を検出することができなくても、本実施形態の周囲環境センシング装置によれば、カーテンの外側の窓まで超音波が回り込むことができ、背景雑音のレベルが大きく変わるのを検出することができて、窓が割れたことを検出することができる。

なお、上記周囲環境センシング装置による周囲環境センシングの頻度は、例えば、１秒間に１回程度の頻度で検出動作を行うのが好ましい。 なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。

例えば、本発明の変形例として、自走式ロボットに上記周囲環境センシング装置９５を載置する場合には、図８に示されるように、ロボット１７０のヘッドの頂部又は胴部の周囲に上記周囲環境センシング装置９５を配置して、ロボット１７０の周囲の環境を検出することができる。これにより、例えば、ロボット１７０の周囲の環境に応じて、ロボット自体を走行させてもよいか否かの判断や、ロボットアーム１７０ａを動作させて先端のハンド１７０ｂで物体１７０ｃを把持するなどの所望の動作を行わせても良いか否かの判断が可能となる。また、ロボット１７０の周囲の環境を検出することにより、無人の部屋でドア９６が開いてその部屋９３内に人が入って来ることを検出すれば、当該人からの命令を受けることが可能なように、図１に示すように受波信号処理装置１０４からのスタンバイ動作信号をロボット１７０で受信可能に接続して、図３のステップＳ３１２のスタンバイ動作を行うようにしてもよい。この場合、予めドア９６が開いたときの背景雑音のレベルの変動パターンを記憶装置１０５に記憶させておき、検出された背景雑音のレベルの変動パターンと、記憶装置１０５に記憶された背景雑音のレベルの変動パターンとを判断部の一例である受波信号処理装置１０４で比較すれば、ドア９６が開いた否かの判断を受波信号処理装置１０４で行うことができる。

また、本発明の別の変形例として、介護分野などに本発明を適用する場合、例えば、赤ん坊や老人や病人などの被検出者がベッドなどの所定の領域外に移動したときの背景雑音のレベルの変動パターンを記憶装置１０５に予め記憶させておき、検出された背景雑音のレベルの変動パターンと、記憶装置１０５に記憶された背景雑音のレベルの変動パターンとを判断部（例えば、受波信号処理装置１０４）で比較して、赤ん坊や老人や病人などの被検出者がベッドなどの所定の領域外に移動した否かの判断を行うことができる。もし、判断部（例えば、受波信号処理装置１０４）で所定の領域外に被検出者が移動したと判断した場合には、通信機器や通信回線などを使用して、異常を通知すべき機器（例えば、ナースステーションの異常発生通報器や携帯機器など）１９０に連絡するようにしてもよい。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明にかかる周囲環境センシング装置及び方法及び上記周囲環境センシング装置を有する周囲環境監視装置は、常時監視センシングシステム待機状態での省電力化の効果を有し、ロボットの制御等として有用である。また、セキュリティー等の用途にも応用できる。

本発明の一実施形態における周囲環境センシング装置の概念図である。 本発明の上記実施形態における周囲環境センシング装置の白色雑音の強度と周波数との関係を示すグラフである。 本発明の上記実施形態における周囲環境センシング装置の有色雑音の強度と周波数との関係を示すグラフである。 本発明の上記実施形態における周囲環境センシング装置の環境センシング手順を示すフローチャートである。 本発明の上記実施形態における周囲環境センシング装置の周囲環境をマッピングした結果を示す図である。 本発明の上記実施形態における周囲環境センシング装置の背景雑音を示す受波強度と周波数との関係を示すグラフである。 本発明の上記実施形態における周囲環境センシング装置の連続波若しくはパルス波の白色雑音を示す受波強度と周波数との関係を示すグラフである。 従来の環境センシング手順の説明図である。 上記周囲環境センシング装置のセンサの種々の例を示す斜視図である。 上記周囲環境センシング装置をロボットの頭頂部に取り付けたときの説明図である。 図８の上記周囲環境センシング装置により周囲環境をマッピングした結果を示す図である。

符号の説明

９０ テーブル
９１ いす
９２ テレビ
９３ 部屋
９５ 周囲環境センシング装置
９６ ドア
１０１ 超音波送波子
１０２ 超音波受波子
１０３ 白色雑音発生装置
１０４ 受波信号処理装置
１０５ 記憶装置
１０６ 表示装置
１１１ 送波
１１２ 受波
１２０ａ １個の素子
１２０ｂ １次元配列の素子
１２０ｃ ２次元配列の素子
１２０ｄ ３次元配列の素子
１４０ 超音波送受波子
１７０ ロボット
１７０ａ ロボットアーム
１７０ｂ ハンド
１７０ｃ 物体
１８０ 高精度センシング装置
１９０ 異常を通知すべき機器

Claims (8)

1. 周囲環境に対して超音波の送波を行う超音波送波子（１０１）と、
   上記周囲環境からの上記超音波の反射波及び上記周囲環境からの背景雑音の受波をそれぞれ行い上記超音波の受波信号を送出する超音波受波子（１０２）と、
   センシング用雑音を発生させるセンシング用雑音発生信号を上記超音波送波子に送信して上記超音波送波子から上記超音波の上記センシング用雑音の送波を行わせる超音波信号発生装置（１０３）と、
   上記超音波の受波信号を用いて上記周囲環境をマッピングするとともに、上記周囲環境の背景雑音のレベルに応じて、上記背景雑音、又は、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化したか否かを検出する受波信号処理装置（１０４）とを備えるようにした周囲環境センシング装置。
2. 上記発生させるセンシング用雑音が白色雑音又は有色雑音である、請求項１に記載の周囲環境センシング装置。
3. 上記超音波送波子と上記超音波受波子を１つの送受波子（１４０）で構成して、上記送受波子で上記超音波の送波及び受波を行うようにした、請求項１又は２に記載の周囲環境センシング装置。
4. 上記超音波送波子又は上記超音波受波子の少なくともいずれか一方が、１次元素子又は２次元アレイ化した素子又は３次元アレイ化して構成されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の周囲環境センシング装置。
5. 上記受波信号処理装置（１０４）は、上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能である場合には上記背景雑音を使用し、上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能でない場合には上記センシング用雑音を発生させて、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化したか否かを検出する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の周囲環境センシング装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の上記周囲環境センシング装置（９５）と、
   上記周囲環境センシング装置により、上記周囲環境をマッピングした結果の情報を基に上記周囲環境での異常が発生したと判断された場合には、より高精度なセンシングを行うセンシング装置（１８０）とを備える周囲環境監視装置。
7. 超音波信号発生装置（１０３）でセンシング用雑音を発生させるための信号を発生させ、発生した信号を超音波送波子（１０１）に送信して、上記超音波送波子（１０１）でセンシング用雑音を周囲環境に発生させ（ステップＳ３０１）、
   次いで、上記発生されたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングし（ステップＳ３０２）、
   上記周囲環境から反射してきた上記センシング用雑音の反射波の受波を超音波受波子（１０２）で行い、上記超音波受波子（１０２）からの上記反射波の受波信号を受波信号処理装置（１０４）で受け取り、受け取った受波信号により、上記受波信号処理装置（１０４）で、上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をマッピングし（ステップＳ３０３）、
   その後、上記周囲環境内の上記背景雑音の受波を上記超音波受波子（１０２）で行い、上記超音波受波子（１０２）からの上記背景雑音の受波信号を上記受波信号処理装置（１０４）で受け取り、受け取った受波信号により、上記受波信号処理装置（１０４）で上記背景雑音を用いて上記周囲環境をマッピングし（ステップＳ３０５）、
   次いで、上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をマッピングして得られた情報と上記背景雑音を用いて上記周囲環境をマッピングして得られた情報とを上記受波信号処理装置（１０４）で比較し（ステップＳ３０６）、その結果を、初期状態の情報とし、
   上記初期状態の情報を基に、上記受波信号処理装置（１０４）により、上記背景雑音又は上記センシング用雑音を用いて上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境が変化していないかをチェックし（ステップＳ３０７）、
   上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングにより、異常が発生したと上記受波信号処理装置（１０４）で判断した場合には、より高精度なセンシングに切り替える（ステップＳ３１１）一方、
   上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングにより、異常無しと上記受波信号処理装置（１０４）で判断した場合には、上記背景雑音又は上記センシング用雑音による上記周囲環境のセンシングを再び行う（ステップＳ３０５〜Ｓ３１０）ようにした周囲環境センシング方法。
8. 上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能である場合には上記背景雑音を使用して上記周囲環境をセンシングし、上記周囲環境の上記背景雑音がセンシング用として使用可能でない場合には上記センシング用雑音を発生させて、上記発生させられたセンシング用雑音により上記周囲環境をセンシングする請求項７に記載の周囲環境センシング方法。
   

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