• 検索結果がありません。

Experimental Investigation of Obstacle-Avoiding Mobile Robots without Image Processing

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "Experimental Investigation of Obstacle-Avoiding Mobile Robots without Image Processing"

Copied!
16
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

Experimental Investigation of

Obstacle‑Avoiding Mobile Robots without Image Processing

著者 Masuda Hiroshi, Mimura Yoshio, Omura Yasuhisa journal or

publication title

Science and technology reports of Kansai University = 関西大学理工学研究報告

volume 50

page range 1‑15

year 2008‑03‑20

URL http://hdl.handle.net/10112/12436

(2)

S c i e n c e  a n d  T e c h n o l o g y  R e p o r t s  o f  K a n s a i  U n i v e r s i t y  N o .  5 0 ,  2 0 0 8  

E x p e r i m e n t a l  I n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A  v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s   w i t h o u t  Image P r o c e s s i n g  

H i r o s h i  MASUDA*, Y o s h i o  MIMURA*, a n d  Y a s u h i s a  OMURA* 

( R e c e i v e d  O c t o b e r  2 ,   2 0 0 7 )  

Abstract 

A  s i m p l e  method t o   d e t e c t  s t e p  h e i g h t ,  s l o p e  a n g l e  a n d  t r e n c h  w i d t h  u s i n g  f o u r  PSD  r a n g e  s e n s o r s   ( G P 2 D l 2 )   i s   p r o p o s e d ,  a n d  t h e  r e p r o d u c i b i l i t y  a n d  a c c u r a c y  o f  c h a r a c t e r i s t i c   p a r a m e t e r  d e t e c t i o n  a r e  e x a m i n e d .   The d e t e c t i o n  e r r o r  o f  upward s l o p e  a n g l e  i s   w i t h i n   2 . 5   d e g r e e s ,  w h i l e  t h a t  o f  downward s l o p e  a n g l e  e x c e e d e d  2 0  d e g r e e s  v e r y  l a r g e .   I n  o r d e r   t o   r e d u c e  s u c h  e r r o r s ,  a  r a n g e  s e n s o r  t h a t  h a s  b e t t e r  r a n g e ‑ v o l t a g e  p e r f o r m a n c e  must b e   i n t r o d u c e d ,  o r  we w i l l  h a v e  t o   i n c r e a s e  t r i a l  f r e q u e n c y  t o   p r e v e n t  d e t e c t i o n  d e l a y .   S t e p   h e i g h t  c a n  be i d e n t i f i e d  w i t h  a n  e r r o r  o f

1 . 5mm.  Trench w i d t h  c a n n o t  b e  r e l i a b l y   measured a t   t h i s  t i m e .   I t   i s   s u g g e s t e d  t h a t  a n  a d d i t i o 叫 methodi s   n e e d e d  i f   we a r e  t o   a d v a n c e  t h e  f i e l d  o f  o b s t a c l e  d e t e c t i o n .  

I n d e x  Terms ‑ o b s t a c l e  c l a s s i f i c a t i o n ,  PSD r a n g e  s e n s o r ,  I R  s e n s o r ,  t r e n c h ,  s l o p e ,  s t e p  

1 .   I n t r o d u c t i o n  

I n  t h e  l a s t  d e c a d e ,  autonomous m o b i l e  r o b o t s  have been a t t r a c t i n g  a  l o t   o f  a t t e n t i o n  and  t e c h n i c a l  l e v e l s  have d r a m a t i c a l l y  advanced  ( s e e ,   f o r  i n s t a n c e , 1 l ) .   Many r o b o t s  p r o v i d i n g   e n t e r t a i n m e n t ,  room c l e a n i n g  and o t h e r  s e r v i c e s  have a l r e a d y  been d e v e l o p e d 2 ) .   To be t r u l y   p r a c t i c a l ,  r o b o t s  must be a b l e  t o   a c q u i r e  environmental e v e n t s  and/  o r  s p a t i a l  i n f o r m a t i o n   about i t s   environment.  Some r o b o t s  f o r   entertainment have o p t i c a l  s e n s o r s ,  u l t r a s o n i c   s e n s o r s ,  t o u c h  s e n s o r s  and o t h e r  c o n f i g u r a t i o n s .   To c r e a t e  more autonomous r o b o t s  t h a t   s u i t  f u t u r e  a p p l i c a t i o n s ,  a  2 ‑ D  r a n g e  s e n s o r 3 l   and a  CMOS‑imager c a m e r a 4 l  a r e  b e i n g  s t u d i e d   e x t e n s i v e l y .   I n  t h e s e  s t u d i e s ,  s e n s o r  d o w n ‑ s i z i n g  i s   an o n ‑ g o i n g  c o n c e r n .   However, t h e  n e w l y ‑ d e v e l o p e d  s e n s o r s  a r e  s t i l l   e x p e n s i v e ,  and computing overheads a r e  a p t  t o  i n c r e a s e .   T h i s  i s   a  fundamental problem w i t h  t h e  p r e s e n t  r e s e a r c h  roadmap. 

砂 pathp l a n n i n g  f o r  m o b i l e  r o b o t s  has a l s o  been s t u d i e d  e x t e n s i v e l y 5 l  ;  i t   i s   thought  t h a t  combining t h e  path p l a n n i n g  m e t h o d 6 )  w i t h  t h e  p o t e n t i a l ‑ f i e l d  m e t h o d 7 l  o r  a  mapping  t e c h n i q u e  would be a  p r o m i s i n g   a p p r o a c h .   These t e c h n i q u e s  a r e  a l s o  needed f o r  a  f u t u r e   g e n e r a t i o n  o f  s e l f ‑ l e a r n i n g  r o b o t s .  

T h i s  paper i n v e s t i g a t e s  how t o   d e t e c t  and c l a s s i f y  o b s t a c l e s  i n  f r o n t  o f  a  r o b o t  w i t h o u t  a  c a m e r a .   The purpose o f  t h i s   paper i s   ( 1 )   t o  r e a l i z e  a  r o b o t  t h a t  can d e t e c t  t h e  d i f f e r e n c e s   between s t e p ,  s l o p e  and t r e n c h ,   ( 2 )   t o  form a r i t h m e t i c  p r o c e d u r e s  t o  e s t i m a t e  c h a r a c t e r i s t i c  

*  G r a d u a t e  S c h o o l  o f  S c i e n c e  a n d  E n g . ,  K a n s a i  U n i v e r s i t y ,  3 ‑ 3 ‑ 3 5  Y a m a t e ‑ c h o ,  S u i t a ,  O s a k a  5 6 4 ‑ 8 6 8 0 ,  

J a p a n .  

(3)

2  H i r o s h i  MASUDA, Y  o s h i o  MIMURA, a n d  Y  a s u h i s a  OMURA 

v a l u e s   ( s t e p  h e i g h t ,  s l o p e  a n g l e  and t r e n c h  w i d t h ) ,  and  ( 3 )   t o  p r o p o s e  a l g o r i t h m s  t h a t  y i e l d   r e l i a b l e  j u d g m e n t s .   Four PSD IR r a n g e  s e n s o r s  a r e  a p p l i e d  t o  t h e  r o b o t .   E x p e r i m e n t s  on t h e   r o b o t  c h a l l e n g e  i t s  s e n s o r  f u n c t i o n s  w i t h  s t e p s ,  s l o p e s  and/  o r  t r e n c h e s .  

The e l e c t r i c a l  o r  m e c h a n i c a l  c o n f i g u r a t i o n  o f  t h e  r o b o t  i s   d e s c r i b e d  i n   S e c t i o n  2 .   S e c t i o n   3  d e s c r i b e s  t h e  measurement a c c u r a c y  o f  t h e  PSD r a n g e  s e n s o r s  u s e d .   S e c t i o n  4  p r o p o s e s   a l g o r i t h m s  t h a t  a l l o w  t h e  r o b o t  t o  d e t e c t  o b s t a c l e s  and e s t i m a t e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s .   S e c t i o n   5  d e s c r i b e s  t h e  r e s u l t s  o f  a n  o b s t a c l e ‑ d e t e c t i o n  t e s t  and t h e  r e l i a b i l i t y  o f  o b s t a c l e  r e c o g n i t i o n .   F i n a l l y ,  some r e m a i n i n g  i s s u e s  a r e  s u m m a r i z e d .  

F i g .  1  P h o t o  o f  a n  a s s e m b l e d  r o b o t  f o r  t e s t i n g .  

2 .   Mechanical and E l e c t r i c a l  Architecture o f  t h e  Robot 

A p i c t u r e  o f  t h e  p r o t o t y p e  r o b o t  t e s t e d  h e r e  i s   shown i n   F i g .  1 .   The r o b o t  h a s  two n o n ‑ d r i v e n  c a s t e r  w h e e l s  a t  t h e  f r o n t  and two m o t o r ‑ d r i v e n  w h e e l s  a t   t h e  back whose r o t a t i o n   s p e e d s  a r e  c o n t r o l l e d  by a  m o t o r ‑ d r i v e  c i r c u i t .   The m o t o r ‑ d r i v e n  w h e e l s  have f o u r  r o t a t i o n   modes ( b r a k e ,  s t o p ,  f o r w a r d ,  and b a c k ) .   S i n c e  t h e s e  f o u r  f u n c t i o n s  a r e  i m p l e m e n t e d  on t h e   w h e e l s  i n d e p e n d e n t l y ,  t h e  r o b o t  c a n  move i n  any d i r e c t i o n .   Four r a n g e  s e n s o r s  a r e  p l a c e d  o n   t h e  f r o n t  o f  t h e  r o b o t   ( P S D l L ,  PSDlR, PSD2L and PSD2R, r e s p e c t i v e l y )   t o   d e t e c t  o b s t a c l e s   i n  f r o n t  o f  t h e  r o b o t   ( S e e  F i g .  2 ) .   These f o u r  s e n s o r s  d e t e c t  d i s t a n c e s  f r o m  t h e  s e n s o r  t o  t h e   f l o o r ,   and t h e  m i c r o ‑ c o n t r o l l e r  c a l c u l a t e s  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  f o r  e x a m p l e ,  t h e  s l o p e  a n g l e  0  when t h e  o b s t a c l e  i s   a  s l o p e .  

PSDl  PSD2 

PSDlL  PSDlR 

XI 

( a )  s i d e  view  ( b )  t o p  view 

F i g .   2  S c h e m a t i c  o f  s e n s o r s ' l a y o u t .  

D i s p l a y  T e r m i n a l  ( P C )  

F i g .   3  E l e c t r o n i c  c o n t r o l  s y s t e m  f o r  m o t o r  

d r i v e r  a n d  o t h e r s .  

(4)

E x p e r i m e n t a l  I n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s  w i t h o u t  I m a g e  P r o c e s s i n g   3 

The e l e c t r o n i c  a r c h i t e c t u r e  o f  t h e  r o b o t  i s   shown i n   F i g .  3 .   The c i r c u i t ‑ m o u n t e d  b o a r d   i n c l u d e s  a  m i c r o ‑ c o n t r o l l e r   ( A D u C 7 0 2 6 8 )   produced by Analog D e v i c e s  C o r p . )   t o   g i v e  t h e   r o b o t  a  d a t a  p r o c e s s i n g  f u n c t i o n .   The m i c r o ‑ c o n t r o l l e r  h a s  i n p u t  t e r m i 叫 sf o r  up t o   1 2   s i n g l e ‑ e n d e d  AID c o n v e r t e r s  and o t h e r  a n a l o g  p r o c e s s i n g  f u n c t i o n s .   The micro~controller r e c e i v e s  a n a l o g  s i g n a l s  from s e n s o r s  through i t s   b u i l t ‑ i n  AID c o n v e r t e r s ,  l o g i c a l l y  a s s i g n s   t h e  e n v i r o n m e n t  t o   o n e  o f  t h e  o b s t a c l e s  o r  no o b s t a c l e  and f i n a l l y  o u t p u t s  t h e  c h a r a c t e r i s t i c   v a l u e  o f  t h e  o b s t a c l e   ( s l o p e  a n g l e  0  f o r  t h e  s l o p e ,  s t e p  h e i g h t  h l  f o r  t h e  s t e p ,  and s o  o n ) .   The  m i c r o ‑ c o n t r o l l e r  on t h e  MPU  b o a r d  c a l c u l a t e s  t h e  o b s t a c l e ' s  d i m e n s i o n s ,  and t r a n s f e r s  t h e  d a t a   t o  a  PC v i a  t h e  R C ‑ 2 3 2  i n t e r f a c e .  

3 .   Accuracy and R e p r o d u c i b i l i t y  o f  Output S i g n a l  o f  PSD Sensor 

We s t a r t e d  by e v a l u a t i n g  t h e  p o t e n t i a l  o f  t h e  IR r a n g e  s e n s o r   ( G P 2 D l 2 9 >   produced by  SHARP C o r p . )   u s e d  t o   d e t e c t  o b s t a c l e s ;  we f o c u s  h e r e  on s e n s o r  p e r f o r m a n c e  a t t r i b u t e s  n o t   d e s c r i b e d  i n  t h e  c o m m e r c i a l  d a t a  s h e e t .   T h i s  s e n s o r  h a s  t h e  f o l l o w i n g  f e a t u r e s :  

( 1 )   The d i s t a n c e  d e t e c t i o n  r a n g e   ( s e n s o r  t o  o b j e c t )   i s   1 0  t o  8 0  c m .  

( 2 )   The IR s o u r c e  s i g n a l  o f  o n e  s e n s o r  i n t e r f e r e s  v e r y  l i t t l e  w i t h  t h e  f u n c t i o n i n g  o f  t h e  o t h e r   s e n s o r s .  

( 3 )   The s e n s o r  i s   b a s i c a l l y  i n s e n s i t i v e  t o  o b j e c t  c o l o r  and r e f l e c t i v i t y .   ( 4 )   The s e n s o r  i s   b a s i c a l l y  i n s e n s i t i v e  t o  room l i g h t .  

( 5 )   D i s t a n c e  from t h e  s e n s o r  t o  t h e  f l o o r  c a n  be d e t e c t e d  even when t h e  o b j e c t  s u r f a c e  i s   t i l t e d .   However, t h e  v a r i a t i o n  i n  r a n g e  i s   s i g n i f i c a n t  when t h e  t i l t  a n g l e  i s   l a r g e .  

( 6 )   Low c o s t  and s m a l l .  

As j u s t  d e s c r i b e d ,  t h e  PSD s e n s o r  h a s  many a d v a n t a g e s  o v e r  o t h e r  s e n s o r s .   I n  some  c a s e s ,  There i s   a  s i g n i f i c a n t  amount o f  e l e c t r i c a l  n o i s e  i n   t h e  o u t p u t  s i g n a l ,  h o w e v e r ,  when  we c o n s i d e r  some a p p l i c a t i o n s  t h a t  demand t h e  d e t e c t i o n  o f  s l o p e  a n g l e .   T h i s  s u g g e s t s  t h a t   we h a v e  t o  examine how a c c u r a t e l y  t h e  s e n s o r  d e t e c t s  d i s t a n c e  from t h e  s e n s o r  t o  t h e  o b j e c t   ( d e n o t e d  by XI and X2 f o r  two s e t s  o f  s e n s o r s ,  r e s p e c t i v e l y )   b e f o r e  we c a n  d e s i g n  an  a c c u r a t e  s e n s o r  c i r c u i t .  

As a n  e x a m p l e ,  we show r a n g e  d a t a  c r e a t e d  by t r a n s f o r m i n g  t h e  a n a l o g  s i g n a l s  o f  t h e  PSD  s e n s o r s  i n   F i g s .  4  and 5 ;   F i g .  4  shows t h e  o u t p u t  o f  t h e  m i c r o ‑ c o n t r o l l e r  when c h a l l e n g e d  w i t h   an 1 8 ‑ m m ‑ h i g h  upward s t e p ,  and F i g .  5  shows t h a t  f o r  a  2 0 ‑ d e g r e e  downward s l o p e .   I n  b o t h   c a s e s ,  t h e  r o b o t  had a  c o n s t a n t  v e l o c i t y  on t h e  f l o o r .   I n  F i g .  4  and F i g .  5 ,   t h e  t h i n  l i n e s  a r e   t h e  u n p r o c e s s e d  d i g i t a l  r a n g e  d a t a  t r a n s f e r r e d  from t h e  m i c r o ‑ c o n t r o l l e r ,  w h i l e  t h e  b o l d  l i n e s   a r e  t h e  r a n g e  d a t a  a f t e r  b e i n g  p a s s e d  t h r o u g h  a  median f i l t e r   (window number NI= 5 )   ( S e e   Appendix I ) .  

F i g .  4  shows t h a t  t h e  median f i l t e r  i s   e f f e c t i v e  i n  removing t h e  i m p u l s e  n o i s e .   I t   a l s o  shows  t h a t  t h e  f i l t e r  y i e l d s  a  t i m e  d e l a y ,  r e s u l t i n g  i n   a  5‑mm l o c a l  p o s i t i o n  d i f f e r e n c e  i n   t h e  c a s e  o f   NI =  5 .   The n o i s e  c a n  be f u r t h e r  r e d u c e d  by i n c r e a s i n g  N I ,  b u t  a t  t h e  c o s t  o f  s i m u l t a n e o u s l y   i n c r e a s i n g  t h e  t i m e  d e l a y .   B e c a u s e  o f  t h i s  t r a d e ‑ o f f ,  i t ' s   p r e f e r a b l e  t o   a d j u s t  NI t o   s u i t  t h e   a p p l i c a t i o n .  

I n  F i g .  5 ,   t h e  i m p u l s e  n o i s e  i s   s u f f i c i e n t l y  removed a t  s h o r t  d i s t a n c e s   ( a s  w e l l  a s  i n  F i g .  4 ) ,  

(5)

4  H i r o s h i  MASUDA, Y  o s h i o  MIMURA, and Y  a s u h i s a  OMURA 

l E 3

Z '

X ' [ X

Ul UP

g '

 

. a u U

J   p

g m s u g w  

27 

25 

23 

2 1  

1 9  

X2 

T h i n  l i n e s :  w / o  f i l t e r   B o l d  l i n e s :  w /  m e d i a n  f i l t e r  

1 7  

28  24  20  1 6   1 2  

The h o r i z o n t a l   d i s t a n c e   b e t w e e n   PSDl and  upward s t e p  [  cm] 

F i g .  4 Range d a t a  e v o l u t i o n  when t h e  r o b o t  i s   a p p r o a c h i n g   a n  upward s t e p .  

0 5  

0  0 

5 4 4 3   l u 5 l

へ X

[

u i u p g~uu1  

p g m s u g w  

3 5  

25  20 

T h i n  l i n e s :  w / o  f i l t e r   B o l d  l i n e s :  w /  m e d i a n  f i l t e r  

1 5  

28  24  20  1 6   1 2  

The h o r i z o n t a l   d i s t a n c e   b e t w e e n   PSDl and  downward s l o p e  [ c m ]  

F i g .  5 Range d a t a  e v o l u t i o n  when t h e  r o b o t  i s   a p p r o a c h i n g   a  downward s l o p e .  

but n o t  a t  d i s t a n c e s  beyond 50 cm.  This i s   due t o  t h e  s e n s o r ' s  performance l i m i t a t i o n   [ 9 ]   ;  when Xl ( >  50 cm), even a  s m a l l  v o l t a g e  s h i f t  o f  output s i g 叫 o fs e n s o r  r e s u l t s  i n   a  l a r g e   v a r i a t i o n  i n  range d a t a .   When t h e  a n g l e  between t h e  I R ‑ l i g h t  beam from t h e  s e n s o r  and t h e   o b j e c t  s u r f a c e  i n c r e a s e s ,  t h e  IR s i g n a l  returned a t t e n u a t e s ,  and t h e  i n f l u e n c e  o f  room l i g h t   becomes s i g n i f i c a n t .  This means t h a t  a  downward s l o p e  y i e l d s  a  l a r g e  v a r i a t i o n  i n   d e t e c t e d   s i g n a l .  

4 .   Method of Extracting S p a t i a l  Values 

I n  S e c t i o n  4 . 1 ,   we d e s c r i b e  how t h e  r o b o t  i d e n t i f i e s  s t e p s ,  s l o p e s ,  and t r e n c h e s  u s i n g  t h e  

upper and lower s e n s o r s   (PSDl and PSD2).  S e c t i o n  4 . 2   d e s c r i b e s  t h e  mathematical model 

t h a t  t h e  r o b o t  a p p l i e s  t o  c a l c u l a t e  s t e p  h e i g h t ,  s l o p e  a n g l e  o r  t r e n c h  w i d t h .   S e c t i o n  4 . 3  d e t a i l s  

t h e  r e s u l t s  o f  experiments on t h e  r o b o t ' s  d e t e r m i n a t i o n  o f  s t e p  h e i g h t ,  s l o p e  a n g l e  and t r e n c h  

w i d t h .  

(6)

E x p e r i m e n t a l  I n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s  w i t h o u t  I m a g e  P r o c e s s i n g   5 

I n  t h i s  c h a p t e r ,  we assume t h a t  t h e  r o b o t  d i r e c t l y  f a c e s  t h e  o b s t a c l e   ( t h e  w i d t h  o f  which  i s   t a k e n  t o   be e f f e c t i v e l y  i n f i n i t e ) .   N o t e  t h a t  a l l   t h e  r a n g e  d a t a   ( X l L ,  XlR, X 2 L ,  and X2R)  d i s p l a y e d  i n   t h e  f i g u r e s  a r e  t h e  r e s u l t  o f  median f i l t e r i n g .   R e s u l t s  o b t a i n e d  a s s u m i n g  more  p r a c t i c a l  s i t u a t i o n s  a r e  shown i n  S e c t i o n  5 .  

4 . 1   How  t o  c l a s s i f y  s l o p e s ,  s t e p s  and t r e n c h e s  

F i r s t ,  we s h o u l d  e x p l a i n  t h e  n o t a t i o n s  used i n   t h i s   s e c t i o n .   Xl and X2 s t a n d  f o r  t h e   d i s t a n c e s  g i v e n  by PSDl and P S D 2 ,  r e s p e c t i v e l y .   When t h e  r o b o t  r u n s  on a  f l a t  f l o o r ,  i t   i s   assumed t h a t  PSDl and PSD2 y i e l d  d i s t a n c e  d a t a  Xlo and X 2 o ,  r e s p e c t i v e l y .   I n  a  p r a c t i c a l   s i t u a t i o n ,  we have t o  t a k e  a c c o u n t  o f  n o i s e  i n  t h e  d a t a  y i e l d e d  by t h e  s e n s o r s .   A c c o r d i n g l y ,  we  i n t r o d u c e  p o s i t i v e  t h r e s h o l d  v a l u e s  o f  XlT and X2T t o  i m p r o v e  t h e  d e t e c t i o n  r e p r o d u c i b i l i t y  o f   d i s t a n c e  d a t a  when d e t e r m i n i n g  whether t h e  e v e n t   ( i .   e . ,   s l o p e ,  s t e p ,  o r  t r e n c h )   h a s  o c c u r r e d .   When PSDl o u t p u t s  d a t a  s a t i s f y i n g  t h e  c o n d i t i o n  of~1-Xlo\<XlT, t h e  r o b o t ' t h i n k s ' t h a t  h e   i s   on a  f l a t  f l o o r .   I n  t h i s  c a s e ,  we s a y  t h a t  S ( P S D l )   = " F l a t " .   When PSDl o u t p u t s  d a t a   s a t i s f y i n g  t h e  c o n d i t i o n  of~1-Xlo\> X l T ,  t h e  r o b o t ' e t h i n k s ' t h a t  h e  may b e  f a c i n g  a  s l o p e ,  a  s t e p ,  o r  a  t r e n c h .   I n  t h i s  c a s e ,  we s a y  t h a t  S ( P S D l )   =  " N O N ‑ F " .   I n  t h e  p r e s e n t  e x p e r i m e n t ,   we e m p i r i c a l l y  s e t  XlT=0.8 [ c m ]   and XlT=0.5  [ c m ]   by t a k i n g  a c c o u n t  o f  t h e  n o i s e  l e v e l   shown i n   F i g s .  4  and 5 ,   r e s p e c t i v e l y .   For e x a m p l e ,  when t h e  r o b o t  i s   r u n n i n g  on a  f l a t  f l o o r ,   t h e  " s t a t e s "  o u t p u t  f r o m  t h e  4  s e n s o r s  a r e  " f l a t " ,  and we u s e  t h e  f o l l o w i n g  d e s c r i p t i o n s :  

S  ( P S D l L )  =  " F l a t " ,   S  (PSDlR) =  " F l a t " ,   S  ( P S D 2 L )  =  " F l a t " ,   S  (PSD2R) =  " F l a t " .  

( 1 )   ( 2 )   ( 3 )   ( 4 )   N e x t ,  we d e s c r i b e  how t h e  r o b o t  u s e s  t h e  g e o m e t r i c  method shown i n  F i g .  6  t o  d i f f e r e n t i a t e   s l o p e s ,  s t e p s ,  and t r e n c h e s .  

( a )   F l a t  f l o o r  

When t h e  r o b o t  compares t h e  r a n g e  d a t a  t o   t h e  t h r e s h o l d  v a l u e  g i v e n  i n   t h e  p r e v i o u s   S e c t i o n ,  and PSDl and PSD2 o u t p u t  d a t a  s a t i s f y i n g  t h e  c o n d i t i o n  o f  S ( P S D l )   ="FLAT"  & S 

( P S D 2 )   ="FLAT", t h e  r o b o t ' t h i n k s ' t h a t  he i s   on a  f l a t  f l o o r   ( s e e  F i g .  6  ( a ) ) .   The e q u i v a l e n t   m a t h e m a t i c a l  r e l a t i o n s h i p  c a n  be e x p r e s s e d  a s  

I  XI ‑Xlo 区 XlTand  I  X2  ‑ X 2 o l  s ; X 2 T .   ( 5 )   ( b )   Downward s t e p  

When PSDl and PSD2 o u t p u t  d a t a  s a t i s f y i n g  t h e  f o l l o w i n g  c o n d i t i o n ,  t h e  r o b o t ' t h i n k s ' t h a t   h e  i s   f a c i n g  a  downward s t e p   ( s e e  F i g .  6  ( b ) ) .  

Xl ‑Xlo>  XlT and X2  ‑ X2o>  X2T and 以 1‑ X l o l  -~2 ‑ X2ol<X1T  +  X 2 T .   ( 6 )   ( c )   Upward s t e p  

When PSDl and PSD2 o u t p u t  d a t a  s a t i s f y i n g  t h e  f o l l o w i n g  c o n d i t i o n ,  t h e  r o b o t ' t h i n k s ' t h a t  

h e  i s   f a c i n g  a n  upward s t e p   ( s e e  F i g .  6  ( c ) ) .  

(7)

6  H i r o s h i  MASUDA, Y  o s h i o  MIMURA, a n d  Y a s u h i s a  OMURA 

Xl ‑Xl 廷 XlTand X2‑X2 廷 X2Tand~1 ‑ Xlol — ~2-X2o収1T+X2T. ( 7 a )   o r  

/  Xl ‑Xlo  /~XlT and X2‑X2 咋 X 2 T . ( 7 b )   ( d )   Trench 

When PSDI and PSD2 o u t p u t  d a t a  s a t i s f y i n g  t h e  f o l l o w i n g  c o n d i t i o n ,  t h e  r o b o t ' t h i n k s ' t h a t   he i s   f a c i n g  a  t r e n c h   ( s e e  F i g .  6 ( d ) ) .   I n  t h i s  c a s e ,  t h e  PSD s e n s o r  r e c e i v e s  t h e  I R  s i g n a l   r e f l e c t e d  from t h e  s i d e  w a l l  o f  t h e  t r e n c h  o r  t h e  I R  s i g n a l  r e f l e c t e d  f r o m  t h e  b o t t o m  o f  t h e   t r e n c h  a s  shown i n   F i g .  7 ( c ) .   The  a l g o r i t h m  i n   i t s   s i m p l e  p r e s e n t  f o r m  c a n n o t  d i s t i n g u i s h   t h e s e  two c a s e s .  

I  Xl ‑ Xlo  I~XlT and X2  ‑ X2o>X2T.  ( 8 )  

( e )   Downward s l o p e  

When PSDl and PSD2 o u t p u t  d a t a  s a t i s f y i n g  t h e  f o l l o w i n g  c o n d i t i o n ,  t h e  r o b o t ' t h i n k s ' t h a t   he i s   f a c i n g  a  downward s l o p e   ( s e e  F i g .   6  ( e ) ) .  

( K l  ‑Xlol>XlT and  ( X 2  ‑X2ol>X2T and  ( X l  ‑ X l o )   ‑(X2 ‑ X 2 o )   >XlT +  X2T  ( 9 )   ( f )   Upward s l o p e  

When PSDI and PSD2 o u t  d a t a  s a t i s f y  t h e  f o l l o w i n g  c o n d i t i o n ,  t h e  r o b o t ' t h i n k s ' t h a t  i t   i s   f a c i n g  a n  upward s l o p e   ( s e e  F i g .   6  ( f ) ) .  

~1 ‑Xlo/>XlT and~2 ‑X2o/>X2T and  ( X I  ‑ X l o )   ‑(X2‑X2o)  <XlT +  X 2 T .   ( 1 0 )  

4 . 2   Equations t o  c a l c u l a t e  s l o p e  a n g l e ,  s t e p  h e i g h t ,  trench width 

S l o p e  a n g l e ,  s t e p  h e i g h t  and t r e n c h  w i d t h  c a n  b e  c a l c u l a t e d  from r a n g e  d a t a   ( X l ,  X 2 ) .   F i g .  7  i l l u s t r a t e s  t h e  g e o m e t r i c  t e c h n i q u e s  u s e d .  

( a )   S t e p  h e i g h t  

S t e p  h e i g h t  h l  i s   c a l c u l a t e d  u s i n g  E q .   ( 1 1 ) .   A d i a g r a m  i s   shown i n  F i g .  7 ( a ) .  

h l  = ( X 2 o  ‑ X2)  s i n a ,   ( 1 1 )   where a  i s   t h e  a n g l e  o f  s e n s o r  s i g n a l  a g a i n s t  a  f l a t  f l o o r   ( h e r e ,  a= 4 5  d e g . )   .  When h l  <  0 ,   a  downward s t e p  i s   s u g g e s t e d ,  and when hl >  0 ,   a n  upward s t e p  i s   s u g g e s t e d .  

( b )   S l o p e  a n g l e  

S l o p e  a n g l e  0  i s   c a l c u l a t e d  u s i n g  E q .  ( 1 2 ) .   A d i a g r a m  i s   shown i n  F i g .  7  ( b ) .  

0  =  p / 2  ‑a  ‑t a n ‑ 1  ( ( X l  ‑ X 2 )  I L ) .   ( 1 2 )  

When0 <  0 ,   a  downward s l o p e  i s   s u g g e s t e d ,  and when0 >  0 ,   a n  upward s l o p e  i s   s u g g e s t e d .  

( c )   Trench w i d t h  

(8)

E x p e r i m e n t a l  I n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s  w i t h o u t  Image P r o c e s s i n g   7 

~1-Xl o l  SXJ  T  &~2-X2ol SX2T 

( a )  F l a t  f l o o r  

XI‑XI こ 互 XJT&X2

2 砂 X2T

&叩ぷJoi—⑫X孤<XIT+X2T

Xl‑Xlo>XJT &X2‑X2o>X2T  二

& 叩 ‑ X l o 隅 2 ‑ X 2 o l

XJT+X2T ( b )  Downward s t e p  

¥ X l ‑ X 二 l o l

XJT&  X2‑X2o : = : : ‑ x 2 r   ( c )  Upward s t e p  

こ 叩 ぷl 心 XJT&  X2‑X2o>  こ X2T  ( d )  T r e n c h  

~1-Xlol>XJT &~2-X2ol>X2T こ

& ( X J ‑ X l o ) ‑ ( X

2o)>XJT+X2T ( e )  Downward s l o p e  

¥ X l ‑ X l o l > X J T  & ¥ X 2 ‑ X 2 o l > X 2 T  

& ( X l ‑ X l o ) ‑ ( X 2 ‑ X 2 o )

XJT+X2T ( f )  Upward s l o p e  

F i g .  6 How t o  c l a s s i f y  s l o p e s ,  s t e p s  and t r e n c h e s .  

( a )  S t e p  

M a t h e m a t i c a l  a l g o r i t h m s  a r e  s h o w n .  

‑‑‑―↑―‑‑‑‑

( c )  T r e n c h  

( b )  S l o p e  

:~ ~:

h2•

F i g .  7 How t o  c l a s s i f y  s l o p e s ,  s t e p s  and t r e n c h e s .  

The c h a r a c t e r i s t i c  p a r a m e t e r  e x t r a c t i o n  method i s   s h o w n .  

(9)

8  H i r o s h i  MASUDA, Y o s h i o  MIMURA, a n d  Y a s u h i s a  OMURA 

When t h e  r o b o t  f a c e s  a  t r e n c h ,  s e n s o r  o u t p u t  may b e  o n e  o f  two c a s e s ;   ( i )   t h e  s e n s o r   s i g n a l  i s   r e f l e c t e d  f r o m  t h e  b o t t o m  o f  t h e  t r e n c h ,   ( i i )   t h e  s e n s o r  s i g n a l  i s   r e f l e c t e d  f r o m  a  s i d e   w a l l  o f  t h e  t r e n c h .   I n i t i a l l y ,  t h e  r o b o t  c a n n o t  j u d g e  which i s   c o r r e c t .   Our s o l u t i o n  i s   t o  f o r c e   t h e  r o b o t  t o  c a l c u l a t e  two d i m e n s i o n s ,  t r e n c h  d e p t h  and t r e n c h  w i d t h .   Trench d e p t h  h l  i s   c a l c u l a t e d  u s i n g  t h e  f o l l o w i n g  e q u a t i o n :  

h l  = ( X 2 o  ‑ X2)  s i n  a .   ( 1 3 )   Trench w i d t h  h2 i s   c a l c u l a t e d  w i t h  t h e  n e x t  e q u a t i o n :  

h2 = ( X 2 o  ‑ X 2 )   c o s a .   ( 1 4 )   S i n c e  a l l  s e n s o r s  a r e  p o s i t i o n e d  s o  t h a t  t h e i r  s u r f a c e s  a r e  a n g l e d  a t  4 5 ° a g a i n s t  a  f l a t  f l o o r ,  t h e   c a l c u l a t e d  v a l u e s  o f  h l  a n d  h2 a r e  i d e n t i c a l .   When t h e  r o b o t  a p p r o a c h e s  t h e  t r e n c h ,  i t ' s   judgment  o f  whether o r  n o t  i t   c a n  c r o s s  t h e  t r e n c h  d e p e n d s  o n  t h e  d i a m e t e r   ( D w )   o f  t h e  r o b o t ' s  w h e e l s .   C o n s i d e r  c a s e   ( i ) .   When  Dw  i s   much l a r g e r  t h a n  t h e  t r e n c h  d e p t h ,  t h e  r o b o t  may b e  a b l e   t o  c r o s s  t h e  t r e n c h .   C o n s i d e r  c a s e   ( i i ) .   When  Dw  i s   much l a r g e r  t h a n  t h e  t r e n c h  w i d t h ,  t h e   r o b o t  c a n  g o  o v e r  t h e  t r e n c h .   T h e r e f o r e ,  t h e  r o b o t  c a n  p a s s  t h r o u g h  t h e  t r e n c h  i n  b o t h  c a s e s ,   ( i )   and ( i i ) ,   when h l  o r  h2 i s   much s m a l l e r  t h a n   D w .   I n  o t h e r  w o r d s ,  i t   i s   n o t  n e c e s s a r y  f o r   u s  t o  d i s t i n g u i s h  c a s e s   ( i )   and ( i i ) ;   we c a n  a p p l y  E q .  ( 1 3 )   t o  d e c i d e  whether t h e  r o b o t  c a n  g o   f o r w a r d  o r  n o t  when t h e  r o b o t  d e t e c t s  a  t r e n c h .  

I n  p r a c t i c a l  a p p l i c a t i o n s ,  i t   i s   n o t  a l w a y s  p o s s i b l e  t o  d e r i v e  p r e c i s e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  i n   o r d e r  t o  u s e  t h e  a b o v e  e q u a t i o n s  b e c a u s e  o f  v a r i o u s  n o i s e s   ( i n c l u d i n g  e x t e r n a l  d i s t u r b a n c e )   a n d / o r  s p a t i a l  d i s p e r s i o n  o f  t h e  e m i t t e d  I R  s i g n a l .   T h i s  s u g g e s t s  t h e  need f o r  a n  a d d i t i o n a l   method t o  g u a r a n t e e  t h e  a c c u r a c y  o f  t h e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  and judgment r e l i a b i l i t y ;  d e t a i l s   w i l l  b e  g i v e n  i n  S e c t i o n  5  b e l o w .  

4 . 3   Measurement r e s u l t s :  s t e p  h e i g h t ,  s l o p e  a n g l e ,  and trench width 

Measurement r e s u l t s  o f  s t e p  h e i g h t  f o r  which t h e  r o b o t  s h o u l d  s t o p  i n  f r o n t  o f  t h e  s t e p  a r e   summarized i n  T a b l e  I .   1 0 0 0  s e n s i n g  t r i a l s  were a v e r a g e d  i n  e a c h  e v e n t  o f  o b s t a c l e  d i s c o v e r y   and t h e  m e d i a l  f i l t e r  number  ( N l )   was 5 .   As i s   e v i d e n t  i n  T a b l e   I ,   t h e  v a r i a t i o n  o f  e v a l u a t e d   s t e p  h e i g h t  h l  i s   v e r y  s m a l l ;  t h e  d i f f e r e n c e  between t h e  maximal v a l u e  and t h e  m i n i m a l  v a l u e   i s   a b o u t   3  m m   f o r  t h e  upward s t e p  and a b o u t  6  m m   f o r  t h e  downward s t e p .   We  c a n  s e e  t h a t   t h e  p r e s e n t  e v a l u a t i o n  t e c h n i q u e  d o e s  n o t  a l w a y s  y i e l d  a c c u r a t e  d a t a .  

Measurement r e s u l t s  o f  upward s l o p e  a n g l e   ( 0 )   a r e  shown i n  T a b l e  I I .   1 0 0 0  s e n s i n g  t r i a l s  

were a v e r a g e d  i n   e a c h  e v e n t  o f  o b s t a c l e  d i s c o v e r y  and t h e  m e d i a l  f i l t e r  number was 5  o r  2 1 .  

I n  t h e  e x p e r i m e n t ,  we assumed 3  c a s e s  o f  h o r i z o n t a l  d i s t a n c e   ( d l )   between t h e  f r o n t  e d g e  

o f  t h e  r o b o t  and t h e  boundary o f  t h e  f l a t  f l o o r  and t h e  s l o p e   O  c m ,  4  c m ,  and 7  c m .   The s l o p e  

a n g l e s  were 2 0  d e g . ,  1 5  d e g .  and 1 0  d e g .   I t  c a n  b e  s e e n  f r o m  T a b l e  I I  t h a t  t h e  a v e r a g e d  v a l u e  

o f  0  i n c r e a s e s  w i t h  d l .   I n  t h i s  s t u d y ,  t h e  s l o p e  a n g l e  e v a l u a t i o n  a l g o r i t h m  d o e s  n o t  e s t i m a t e  

d i s t a n c e  d l ,  and s o  t h e  r o b o t  e s t i m a t e s  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  w i t h o u t  s t o p p i n g  a s  i t   a p p r o a c h e s  

t h e  o b s t a c l e ,  r e s u l t i n g  i n   a  s l i g h t  d r o p  i n   a c c u r a c y .   I t   i s   a l s o  e v i d e n t  from T a b l e  I I   t h a t  a 

l a r g e  Nl v a l u e  r e d u c e s  t h e  v a r i a t i o n  i n   e s t i m a t e d  v a l u e s ,  a l t h o u g h  a  l a r g e  Nl v a l u e  r e s u l t s  i n  

a  l o n g e r  t i m e  b e f o r e  j u d g m e n t .   I n  a d d i t i o n ,  we n o t e  t h a t  f o r  Nl  = 2 1 ,  t h e  d i f f e r e n c e  between 

(10)

Experimental I n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s  w i t h o u t  Image P r o c e s s i n g   9 

Table I .   S t e p  h e i g h t  e v a l u a t i o n  r e s u l t s  i n  u n i t s  o f  c m .   1 0 0 0  s e n s i n g  t r i a l s  a r e  a v e r a g e d .   The m e d i a l  f i l t e r  number ( N I )   i s   5 .   The r e a l  s t e p  h e i g h t   ( h l )   i s   1 . 3 0  c m .  

Upward s t e p  h e i g h t   [ c m ]   Downward s t e p  h e i g h t   [ c m ]   Mean v a l u e   1 . 3 0   ‑ 1 . 3 3  

Max. v a l u e   1 . 4 5   ‑ 1 . 0 0   M i n .  v a l u e   1 . 1 8   ‑ 1 . 5 6   V a r i a n c e   0 . 0 0 5 7   0 . 0 0 1 9  

Table I L   Upward s l o p e  a n g l e  e v a l u a t i o n  r e s u l t s  i n  u n i t s  o f  cm.  1 0 0 0  s e n s i n g  t r i a l s  a r e  a v e r a g e d .   The m e d i a l  f i l t e r  number ( N I )   i s   5  o r  2 1 .  

Median f i l t e r  number Real s l o p e  a n g l e   d l   Mean v a l u e  Max. Value M i n .  Value  Variance  ( N I )   [ d e g . ]   [cm]  [cm]  [ c m ]   [ c m ]   [cm] 

5  2 0 . 0   0 . 0 0   1 7 . 0 0   1 9 . 4 3   1 5 . 8 7   0 . 4 6 4 8   4 . 0 0   1 8 . 9 0   2 1 . 0 0   1 7 . 4 9   0 . 5 6 0 8   7 . 0 0   2 0 . 4 7   2 2 . 1 5   1 7 . 3 9   1 . 0 1 2 9   1 5 . 0   0 . 0 0   1 4 . 7 0   1 6 . 5 0   1 3 . 0 1   0 . 2 1 7 6   4 . 0 0   1 5 . 2 9   1 6 . 1 8   1 4 . 2 4   0 . 1 2 1 0   7 . 0 0   1 6 . 0 9   1 8 . 7 3   1 2 . 8 0   1 . 8 9 4 3   1 0 . 0   0 . 0 0   9 . 6 8   1 2 . 0 5   7 . 7 4   0 . 2 4 2 6   4 . 0 0   1 0 . 2 9   1 3 . 3 9   7 . 8 4   1 . 3 5 5 2   7 . 0 0   1 0 . 8 2   1 3 . 1 8   9 . 2 6   0 . 1 6 1 7   2 1   2 0 . 0   0 . 0 0   1 6 . 9 0   1 8 . 1 1   1 6 . 4 6   0 . 0 9 5 1   4 . 0 0   1 9 . 6 9   2 0 . 4 8   1 8 . 8 5   0 . 1 1 0 0   7 . 0 0   1 9 . 2 5   2 2 . 1 5   1 8 . 4 4   0 . 2 8 4 1   1 5 . 0   0 . 0 0   1 4 . 5 7   1 5 . 3 2   1 2 . 9 6   0 . 1 0 4 1   4 . 0 0   1 4 . 7 6   1 7 . 5 8   1 3 . 5 4   0 . 8 7 3 2   7 . 0 0   1 5 . 4 6   1 6 . 3 2   1 4 . 8 3   0 . 1 2 8 7   1 0 . 0   0 . 0 0   9 . 8 0   1 0 . 4 8   9 . 1 1   0 . 0 6 3 0   4 . 0 0   9 . 8 9   1 0 . 6 6   8 . 2 1   0 . 1 1 3 7   7 . 0 0   9 . 4 0   1 1 . 4 8   8 . 5 9   0 . 2 5 4 9  

Table I I I .   Downward s l o p e  a n g l e  e v a l u a t i o n  r e s u l t s  i n  u n i t s  o f  c m .   1 0 0 0  s e n s i n g  t r i a l s   a r e  a v e r a g e d .   The m e d i a l  f i l t e r  number ( N I )   i s   2 1 .  

Real s l o p e  a n g l e   dl  Mean v a l u e   Max. v a l u e   M i n .  v a l u e   Variance  [ d e g . ]   [cm]  [cm]  [cm]  [ c m ]   [ c m ]  

‑ 2 0 . 0   1 0 . 0 0   ‑ 1 9 . 9 1   ‑ 1 3 . 7 2   ‑ 2 3 . 2 3   2 . 0 6 1 9   5 . 0 0   ‑ 1 8 . 9 0   ‑ 1 0 . 4 2   ‑ 2 5 . 4 1   7 . 6 8 7 5   2 . 0 0   ‑ 1 8 . 3 7   ‑ 1 0 . 3 5   ‑ 2 7 . 1 6   1 0 . 2 6 4 2  

‑ 1 5 . 0   1 0 . 0 0   ‑ 1 4 . 5 6   ‑ 1 0 . 1 2   ‑ 1 8 . 0 2   1 . 4 0 9 6   5 . 0 0   ‑ 1 4 . 2 3   ‑ 1 0 . 0 2   ‑ 2 1 . 7 0   3 . 7 5 9 4   2 . 0 0   ‑ 1 4 . 4 6   ‑ 1 0 . 0 4   ‑ 1 9 . 7 6   4 . 3 5 3 7  

‑ 1 0 . 0   1 0 . 0 0   ‑ 1 0 . 5 8   ‑ 7 . 5 5   ‑ 1 3 . 6 6   1 . 4 4 9 9  

5 . 0 0   NA  NA  NA  NA 

2 . 0 0   NA  NA  NA  NA 

(11)

1 0   H i r o s h i  MASUDA, Y  o s h i o  MIMURA, a n d  Y a s u h i s a  OMURA 

t h e  maximal v a l u e  and t h e  m i n i m a l  v a l u e  i s   n o t  a l w a y s  r e d u c e d .  

T a b l e  I I I   shows measurement r e s u l t s  o f  downward s l o p e  a n g l e .   As i s   e v i d e n t  i n   T a b l e   I I I ,   t h e  v a r i a t i o n  o f  measurement r e s u l t s  i s   v e r y  l a r g e  i n  c o n t r a s t  t o  t h e  upward s l o p e  v a l u e s .   T h i s  s u g g e s t s  a  need t o  improve judgment r e l i a b i l i t y  f o r  p r a c t i c a l  a p p l i c a t i o n s .  

5 .   Dynamic D e t e c t i o n  o f  O b s t a c l e s  i n  a  Test Road 

I n  s e c t i o n s   5 . 1   t o   5 . 4 ,   we d e s c r i b e  a n  a l g o r i t h m  t o  b e  u s e d  i n  p r a c t i c a l  s i t u a t i o n s .   S e c t i o n   5 . 5   d e t a i l s  t h e  a c c u r a c y  o f  s e v e r a l  e v a l u a t i o n s .  

5 . 1   L o g i c a l  Flow 

A s c h e m a t i c  f l o w  showing how t h e  r o b o t  a v o i d s  o b s t a c l e s  i s   shown i n   F i g .   8 .   F i r s t ,   when t h e  l e f t   o r  t h e  r i g h t  s e n s o r  s t a t e  " N O N ‑ F " ,  t h e  r o b o t  c h a n g e s  i t ' s   p o s i t i o n  s o  t h a t  t h e   f r o n t  e d g e  o f  t h e  r o b o t  r e m a i n s   p a r a l l e l  t o  t h e  b o r d e r  l i n e  o f  t h e  o b s t a c l e  and t h e  f l a t  f l o o r .   N e x t ,  t h e  r o b o t  a p p r o a c h e s  t h e  b o r d e r  l i n e ,   a g a i n  d e t e c t s  s i g n a l s  from t h e  o b s t a c l e ,  and  s u b s e q u e n t l y  c o n c l u d e s  whether t h e  o b s t a c l e  f a c i n g  i t   i s   a  s l o p e ,   s t e p  o r  t r e n c h .   F i n a l l y ,   when t h e  r o b o t  r e c o g n i z e s  t h a t  t h e  o b s t a c l e  i s   a  s t e p ,  i t   c a l c u l a t e s  t h e  t e n t a t i v e  s t e p  h e i g h t ,   compares t h e  c a l c u l a t e d  v a l u e  t o   t h e  t h r e s h o l d  v a l u e ,  and t h e n  c o n c l u d e s  whether i t   h a s  t o   a v o i d  t h e  o b s t a c l e  o r  n o t .   When t h e  r o b o t  d e t e c t s  a  s l o p e  o r  a  t r e n c h ,  t h e  r o b o t  t r a c e s  t h e   same l o g i c a l  f l o w .   As j u s t  d e s c r i b e d ,  i n   o r d e r  t o  c l a s s i f y  t h e  o b s t a c l e  s u c c e s s f u l l y  and t o  g e t   r e l i a b l e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s ,  t h e  c a u s e s  o f  e r r o r s  i n   d e t e c t i n g  t h e  s i g n a l s  f r o m  t h e  o b s t a c l e   must b e  a n a l y z e d .  

S(PSD2L) =  "NON‑F" 

o r  

S(PSD2R)  =  "NON‑F" 

! R e c o g n i t i o n  o f  o b s t a c l e s  

C a l c u l a t i o n  o f  a  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e   J u d g m e n t  w h e t h e r  r o b o t  w i l l   a v o i d   t h e  o b s t a c l e  o r  n o t  

F i g .  8 A l g o r i t h m  f o r  t h e  r o b o t  i n  o r d e r  t o   d e t e c t  a n  o b s t a c l e  a n d  a v o i d  i t .  

5 . 2   Aligning t h e  r o b o t  t o  t h e  o b s t a c l e  

I n  t h i s  s e c t i o n ,  we d e s c r i b e  how t h e  r o b o t  p o s i t i o n s  h i m s e l f  i n   t h e  v i c i n i t y  o f  t h e  o b s t a c l e .   For a l l   o b s t a c l e s ,  t o  maximize d e t e c t i o n  a c c u r a c y ,  t h e  r o b o t  s h o u l d  d i r e c t l y  f a c e  t h e  o b s t a c l e .   T h i s  p r o c e s s  i s   d e t a i l e d  b e l o w   ( s e e  F i g .  9 ) .  

( 1 )   F i r s t ,  t h e  r o b o t  a p p r o a c h e s  t h e  o b s t a c l e ,  r e c e i v e s  r a n g e  d a t a ,  and e x a m i n e s  whether t h e  

(12)

E x p e r i m e n t a l  I n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s  w i t h o u t  I m a g e  P r o c e s s i n g   1 1  

S(PSD2L)='NON‑F" 

& 

S(PSD2R)=''FLAT" 

S(PSD2L)='NON‑F" 

& 

S(PSD2R)='NON‑F" 

S(PSD2L)=''FLAT" 

& 

S(PSD2R)=''FLAT" 

F i g .  9 F r o n t  e d g e  a l i g n m e n t  o f  t h e  r o b o t  f a c i n g   t h e  o b s t a c l e .  

d a t a  s a t i s f i e s  t h e  c o n d i t i o n  S  ( P S D 2 L )  =  "NON‑F" A S  (PSD2R) =  "FLAT" ( s e e  F i g .   9  ( a ) ) .   ( 2 )   The r o b o t  moves f o r w a r d  s l i g h t l y ,  a g a i n  r e c e i v e s  r a n g e  d a t a ,  and e x a m i n e s  whether t h e  

d a t a  s a t i s f i e s  t h e  c o n d i t i o n  S  ( P S D 2 L )  =  "NON‑F" A S  (PSD2R) =  "NON‑F" ( s e e  F i g .   9  ( b ) ) .   ( 3 )   When b o t h  PSD2L and PSD2R d e t e c t  "NON‑F" s i g n a l s ,  t h e  r o b o t  moves a s  f o l l o w s   ( s e e  

F i g .   9  ( c ) ) .  

(i) When S  ( P S D 2 L )  ="NON‑F" f o r  e x a m p l e ,  t h e  l e f t  motor r e v e r s e s .   ( i i )   When S  ( P S D 2 L )  ="FLAT", t h e  l e f t  motor i d l e s .  

( i i i )   When S  (PSD2R) ="NON‑F", t h e  r i g h t  motor r e v e r s e s .   ( i v )   When S  (PSD2R) ="FLAT", t h e  r i g h t  motor i d l e s .  

The a b o v e  a l g o r i t h m  e n s u r e s  t h a t  t h e  r o b o t  d i r e c t l y  f a c e s  t h e  o b s t a c l e .  

( 4 )   When both motors s t o p ,   t h e  a l g o r i t h m  h a s  s u c c e s s f u l l y  t e r m i n a t e d  and t h e  r o b o t   a p p r o a c h e s  t h e  o b s t a c l e  a g a i n .  

I n  t h e  d e t e c t i n g  p r o c e s s  from  ( 1 )   t o   ( 2 ) ,  when t h e  t i m e  i n t e r v a l  o f  "NON‑F" e v e n t s  o f  two  s e n s o r s  i s   l o n g e r  t h a n  a  c e r t a i n  v a l u e ,  t h e  r o b o t  t u r n s  a r o u n d  b e f o r e  r e a c h i n g  t h e  e x p e c t e d   o b s t a c l e .   I n  o t h e r  w o r d s ,  t h e  r o b o t  d o e s n ' t  e s t i m a t e  t h e  v e r t i c a l  o f f s e t  when t h e  i n c i d e n t  a n g l e   i s   v e r y  s m a l l .  

The p r e s e n t  a l g o r i t h m  y i e l d s  a  s m a l l  d e g r e e  o f  u n c e r t a i n t y  a s  t o  t h e  r o b o t ' s  a l i g n m e n t ,  due  t o  t h e  u s e  o f  t h e  t h r e s h o l d  v a l u e s  XlT and X 2 T .   I n  t h i s  e x p e r i m e n t ,  we f o u n d  a l i g n m e n t  e r r o r   o f  up t o  1 0 ° .   L a t e r ,  we e v a l u a t e  t h e  i n f l u e n c e  o f  t h i s  a l i g n m e n t  e r r o r  on t h e  d e t e r m i n a t i o n  o f   c h a r a c t e r i s t i c  p a r a m e t e r s .  

5 . 3 .   How  t o  c l a s s i f y  o b s t a c l e s  u s i n g  sensor p a i r s  

F i r s t ,  we e x p l a i n  how t o  c l a s s i f y  s l o p e s ,  s t e p s  and t r e n c h e s   ( s e e  F i g .  8 ) .   U s i n g  t h e  s i m p l e   method d e s c r i b e d  i n   S e c t i o n  4 ,   t h e  r o b o t  m a y ,  f o r  e x a m p l e ,  i n c o r r e 叫 yc l a s s i f y  a  r e a l  s l o p e  a s   a  s t e p  o r  a  f l a t  f l o o r .   T h i s  e r r o n e o u s  judgment comes from s e n s o r  n o i s e  and r e l a t i v e l y  l a r g e   t h r e s h o l d  v a l u e s   (X2T and X l T ) .   When t h e s e  t h r e s h o l d  v a l u e s  a r e  l a r g e ,  e r r o n e o u s  judgment  becomes more common.  To a v o i d  t h i s   d i f f i c u l t y ,  we make t h e  r o b o t  c a l c u l a t e  c h a r a c t e r i s t i c   v a l u e s  r e p e a t e d l y ,  t o  g e t  t h e  mean o r  median v a l u e .   T h i s  f l o w  i s   d e s c r i b e d  b e l o w .  

( 1 )   When t h e  r o b o t  d e t e c t s  a n  o b j e c t ,  i t   c a l c u l a t e s  t h e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  2 0  t i m e s ,  and 

(13)

1 2   H i r o s h i  MASUDA, Y  o s h i o  MIMURA, a n d  Y  a s u h i s a  OMURA 

s t o r e s  t h i s  d a t a  i n  memory. 

( 2 )   The r o b o t  c l a s s i f i e s  t h e  o b s t a c l e  a c c o r d i n g  t o  t h e  h i g h e s t  f r e q u e n c y  o f  c l a s s i f i c a t i o n  a f t e r   t h e  2 0  t r i a l s .  

( 3 )   When t h e  f r e q u e n c y  o f  " t r e n c h "  exceeds 5  o u t  o f  2 0  t r i a l s ,   t h e  r o b o t  c l a s s i f i e s  t h e   o b s t a c l e  a s  a  t r e n c h .  

We  have c o n f i r m e d  t h a t  t h i s  m a j o r i t y ‑ d e c i s i o n  p r o c e s s  r e d u c e s  t h e  f r e q u e n c y  o f  e r r o n e o u s   j u d g m e n t .  

5 . 4   How  t o  c a l c u l a t e  t h e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  o f  a  s p e c i f i c  o b s t a c l e   Here we d e s c r i b e  a  method f o r  c a l c u l a t i n g  t h e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s .  

( 1 )   When upward ( o r   downward)  s t e p  h e i g h t  h l  i s   c a l c u l a t e d ,  t h e  r o b o t  c a l c u l a t e s  t h e   mean o f  2 0   t r i a l s .  

( 2 )   When upward ( o r  downward) s l o p e  a n g l e  0  i s   c a l c u l a t e d ,  t h e  r o b o t  c a l c u l a t e s  t h e  mean  o f  2 0  t r i a l s .  

N e x t ,  when t h e  r o b o t  s t o p s ,  t h e  r o b o t  g e t s  t h e  d a t a  s e t  XlL, XlR, X2L, and X2R 2 0 0   t i m e s .   A f t e r  d e t e r m i n i n g  t h e  mean v a l u e s  o f  X l L ,  XlR, X 2 L ,  and X2R, t h e y  a r e  l a b e l e d  X l L ' ,   X l R ' ,  X 2 L ' ,  and X 2 R ' ,  r e s p e c t i v e l y .   F i n a l l y ,  u s i n g  v a l u e s  o f  X l L ' ,  X l R ' ,  X 2 L ' ,  and X2R'and  E q .   ( 9 ) ,  t h e  r o b o t  c a l c u l a t e s  t h e  d o w n w a r d ‑ s l o p e  a n g l e  0 .   T h i s  t e c h n i q u e  i s   v e r y  e f f e c t i v e  f o r   s u p p r e s s i n g  n o i s e   ( a s  d e s c r i b e d  i n   s e c t i o n s  3  and 4 ) .   T h i s  b e n e f i t  i n c u r s  t h e  c o s t  o f  a  5 ‑ s e c .   d e l a y  i n  d e t e r m i n i n g  t h e  d o w n w a r d ‑ s l o p e  a n g l e .  

5 . 5   E v a l u a t i o n  r e s u l t s  o f  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  

T a b l e s  IV t o  VI show t h e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s  y i e l d e d  by t h e  l o g i c a l  p r o c e s s  d e s c r i b e d  i n   t h e  p r e v i o u s  s e c t i o n .  

T a b l e  IV shows s l o p e  a n g l e  v a l u e s  e x t r a c t e d  from s i g n a l s  g i v e n  by s e n s o r s  mounted on  t h e  r o b o t ;  t h e  o f f s e t  v a l u e  o f  s e n s o r  s i g n a l s  i s   c o n s i d e r e d  i n   c a l c u l a t i n g  t h e  c h a r a c t e r i s t i c   v a l u e s ,  and t h e  r o b o t  l o g i c a l l y  d e t e r m i n e s  which o b s t a c l e  h a s  been e n c o u n t e r e d .   As a  r e s u l t ,   t h e  r o b o t  showed v e r y  few e r r o r s  i n  c l a s s i f i c a t i o n  o f  o b s t a c l e s .   E r r o n e o u s  j u d g m e n t ,  h o w e v e r ,   s o m e t i m e s  t a k e s  p l a c e  when d e a l i n g  w i t h  a  g e n t l e  s l o p e ,  which depends o n  t h r e s h o l d  v a l u e s  o f   XlT and X 2 T .   A g e n t l e  s l o p e  s o m e t i m e s  g i v e s  t h e  s e n s o r  a  n o i s y  s i g n a l  t h a t  c a n n o t  b e  e a s i l y   d e t e c t e d  a s  m e a n i n g f u l  d a t a ;  i n  t h i s  c a s e ,  t h e  r o b o t  f a i l s  t o  c o r r e c t l y  d e t e r m i n e  t h e  s l o p e  a n g l e .   R a i s i n g  t h e  v a l u e s  o f  XlT and X2T y i e l d s  more c o n c l u s i v e  d a t a  a t   t h e  c o s t  o f  l i m i t i n g  t h e   d e t e c t a b l e  r a n g e  o f  s l o p e  a n g l e .  

N e x t ,  we d i s c u s s  t h e  a c c u r a c y  o f  e x t r a c t e d  s l o p e  a n g l e  0 .   I n  t h e  p r e s e n t  e x p e r i m e n t ,  t h e   d e t e c t a b l e  r a n g e  o f  s l o p e  a n g l e  0  i s   20°to ‑ 1 0 , ゜ andt h e  d e v i a t i o n  o f  e x t r a c t e d  s l o p e  a n g l e   i s   a t   most 2 . 5 ° .   At 0  =  ‑ 2 0 ° ,   h o w e v e r ,  t h e  u n c e r t a i n t y  i n   d e t e c t e d  a n g l e  r i s e s  t o   4 ° .   When  t h e  a n g l e  o f  t h e  s e n s o r ‑ l i g h t  i n c i d e n t  on t h e  o b j e c t ' s  s u r f a c e  becomes s m a l l ,  t h e  i n t e n s i t y  o f   t h e  r e f l e c t e d ‑ l i g h t  s i g n a l  becomes v e r y  w e a k .   T h i s  r e s u l t s  i n   a  l o w e r  dynamic r a n g e  i n   t h e   s e n s o r ' s  o u t p u t  s i g n a l ;  b a s i c a l l y  t h e  same phenomenon d e s c r i b e d  i n  s e c t i o n  3 .  

S i n c e  t h e  s e n s o r  e m i t s  a n  i n f r a ‑ r e d  l i g h t  s i g 叫 t h er e f l e c t i o n  r a t e  o f  t h e  l i g h t  depends o n  

t h e  c o l o r  o f  t h e  o b j e c t ' s  s u r f a c e .   I n  a d d i t i o n ,  t h e  s e n s o r ' s  o u t p u t  a t t e n u a t e s  a s  t h e  d i s t a n c e  o f  

t h e  s e n s o r  from t h e  o b j e c t  i n c r e a s e s .   When t h e  c o l o r  o f  t h e  o b j e c t  i s   d a r k ,  t h e  s e n s o r ' s  o u t p u t  

f a l l s ,   a s  d o e s  i t s   dynamic r a n g e .   As a  r e s u l t ,  i t   i s   u s u a l l y  d i f f i c u l t  t o   d e t e c t  a c c u r a t e l y  t h e  

(14)

E

p e r i m e n t a lI n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s  w i t h o u t  Image P r o c e s s i n g   1 3  

T a b l e  I V .   S u c c e s s f u l  t r i a l s  i n  d e t e c t i n g  s l o p e s .   I n   d e t e c t i o n  o f  t h e  s l o p e  a n g l e ,  d e t e c t e d   d a t a  a r e  a v e r a g e d  f r o m  1 0 0   t r i a l s .  

R e a l  s l o p e  a n g l e   S u c c e s s f u l   Mean v a l u e   Max. v a l u e   M i n .  v a l u e   V a r i a n c e   [ d e g . ]   d e t e c t i o n  r a t e   [ c m ]   [ c m ]   [ c m ]   [ c m ]  

‑ 2 0 . 0   1 0 0 / 1 0 0   ‑ 2 0 . 0 0   ‑ 1 8 . 2 6   ‑ 2 4 . 0 6   0 . 9 2 5 5  

‑ 1 0 . 0   1 0 0 / 1 0 0   ‑ 1 2 . 7 1   ‑ 1 1 . 4 4   ‑ 1 3 . 9 8   0 . 2 6 1 4   1 0 . 0   1 0 0 / 1 0 0   1 0 . 2 7   1 0 . 9 1   9 . 5 2   0 . 0 7 4 8   2 0 . 0   1 0 0 / 1 0 0   2 1 . 3 5   2 2 . 2 6   2 0 . 0 9   0 . 1 6 7 8   T a b l e  V .   S u c c e s s f u l  t r i a l s  i n   d e t e c t i n g  s t e p s .   I n  d e t e c t i o n  o f  t h e  s t e p  h e i g h t ,  d e t e c t e d  

d a t a  a r e  a v e r a g e d  f r o m  1 0 0   t r i a l s .  

R e a l  s t e p  h e i g h t   S u c c e s s f u l   Mean v a l u e   M a x .  v a l u e   M i n .  v a l u e   V a r i a n c e   [ c m ]   d e t e c t i o n  r a t e   [ c m ]   [ c m ]   [ c m ]   [ c m ]  

1 . 3 0   1 0 0 / 1 0 0   1 . 3 7   1 . 4 7   1 . 1 7   0 . 0 0 1 7  

‑ 1 . 3 0   1 0 0 / 1 0 0   ‑ 1 . 2 1   ‑ 1 . l l   ‑ 1 . 3 3   0 . 0 0 2 2   T a b l e  V I .   S u c c e s s f u l  t r i a l s  i n  d e t e c t i n g  t r e n c h e s .   I n  d e t e c t i o n  o f  t h e  t r e n c h  w i d t h ,  d e t e c t e d  

d a t a  a r e  a v e r a g e d  f r o m  1 0 0   t r i a l s .  

R e a l  t r e n c h   S u c c e s s f u l   Mean v a l u e   Max. v a l u e   M i n .  v a l u e   V a r i a n c e   d i m e n s i o n   d e t e c t i o n  r a t e   [ c m ]   [ c m ]   [ c m ]   [ c m ]   1 . 3 0   [ c m ]  x  1 . 3 0   [ c m ]   5 5 / 1 0 0   ‑ 0 . 9 4   ‑ 0 . 8 5   ‑ 1 . 2 6   0 . 0 0 9 8   2 . 0 0   [ c m ]  x  2 . 0 0   [ c m ]   9 0 / 1 0 0   ‑ 1 . 6 7   ‑ 1 . 2 4   ‑ 2 . 3 2   0 . 0 3 1 0  

a n g l e  o f  a  s t e e p  s l o p e .   Two p o s s i b l e  ways t o  remove t h i s  d i f f i c u l t y  a r e :  t o  u s e  a  PSD s e n s o r ,   whose d i s t a n c e ‑ o u t p u t ‑ v o l t a g e  c h a r a c t e r i s t i c  i s   a l m o s t  l i n e a r ,  and t o  widen t h e  window o f  t h e   median f i l t e r ,  a l t h o u g h  t h i s  would i n c r e a s e  t h e  d e t e c t i o n  t i m e .  

T a b l e  V shows s t e p  h e i g h t  v a l u e s  t h a t  a r e  r e c a l c u l a t e d  by t h e  s e n s o r  module w i t h  some  o f f s e t  a n g l e  when t h e  r o b o t  a p p r o a c h e s  t h e  s t e p .   Erroneous d e t e c t i o n  d i d  n o t  o c c u r .   The  d e t e c t e d  s t e p  h e i g h t  was more a c c u r a t e  t h a n  t h a t  d e s c r i b e d  i n   S e c t i o n  4 ,   where t h e  s i g n a l ‑ f i l t e r i n g  t e c h n i q u e  was a p p l i e d  t o  t h e  s t e p ‑ h e i g h t  d e t e c t i o n .   When t h e  maximal s t e p  h e i g h t   t h a t  f o r c e s  t h e  r o b o t  t o   back away i s   1 3  mm, t h e  maximal v a l u e  o f  c a l c u l a t e d  s t e p  h e i g h t   s h o u l d  be 1 1  mm, b e c a u s e  t h e  maximal v a r i a t i o n  i n  t h e  o u t p u t  v o l t a g e  s i g n a l  o f  t h e  s e n s o r  i s   e q u i v a l e n t  t o  t h e  s t e p  h e i g h t  o f   2  mm. 

T a b l e  VI shows t r e n c h ‑ w i d t h  v a l u e s  d e t e r m i n e d  by t h e  r o b o t ;  t h e  o f f s e t  v a l u e  o f  s e n s o r   s i g n a l s  was c o n s i d e r e d  i n  c a l c u l a t i n g  t h e  c h a r a c t e r i s t i c  v a l u e s .  

The b a s i c  a l g o r i t h m  used t o  d e t e c t  a  t r e n c h  was d e s c r i b e d  i n   s e c t i o n  3 .   When t h e  r o b o t   a p p r o a c h e s  t h e  t r e n c h  a t  an o b l i q u e  a n g l e   ( s e e  F i g .  1 0 ) ,  t h e  c o r r e c t i o n  o f  t r e n c h  d e p t h ,  used  i n   t h e  a l g o r i t h m  d e s c r i b e d  i n   s e c t i o n  5 . 1 ,  c a n n o t  be employed b e c a u s e  t h e  a l g o r i t h m  assumes  a  d i r e c t  a p p r o a c h  t o  t h e  t r e n c h .   I n  t h i s  e x p e r i m e n t ,  t h e  r o b o t  was l i m i t e d  t o  a p p r o a c h i n g  t h e   t r e n c h  a t  n e a r l y  9 0   d e g .   T h i s  e x p e r i m e n t  was made on two t r e n c h e s  o f  d i f f e r e n t  s i z e s .  

As i s   seen i n   Table V I ,  when trench width i s   r e d u c e d ,  t h e  frequency o f  erroneous 

judgment r i s e s .   One c a u s e  i s   i n c o m p l e t e n e s s  o f  t h e  d e t e c t i o n  a l g o r i t h m ;  t h e  r o b o t  i n c o r r e c t l y  

j u d g e s  t h e  t r e n c h  a s  a  f l a t  f l o o r .   A way o f  overcoming t h i s  d i f f i c u l t y  i s   t o  r e d u c e  t h e  v a l u e s  o f  

XlT  and X 2 T .   Another approach i s   t o  i n c r e a s e  t h e  d i a m e t e r  o f  t h e  w h e e l s .  

(15)

1 4   H i r o s h i  MASUDA, Y  o s h i o  MIMURA, a n d  Y a s u h i s a  OMURA 

S(PSD2L)="FLAT" 

& 

S(PSD2R)="NON‑F" 

F i g .  1 0   How t o  d e t e c t  a  t r e n c h .  

6 .   Concluding remarks 

We  have p r o p o s e d  a  s i m p l e  method f o r  d e t e c t i n g  s t e p  h e i g h t ,  s l o p e  a n g l e  and t r e n c h  w i d t h   u s i n g  f o u r  PSD r a n g e  s e n s o r s   ( G P 2 D l 2 ) ,  and have examined t h e  r e p r o d u c i b i l i t y  and a c c u r a c y   o f  c h a r a c t e r i s t i c  parameter d e t e c t i o n .   D e t e c t i o n  e r r o r  o f  upward s l o p e  a n g l e  i s   a b o u t  2 . 5 , ゜ w h i l e  t h e  d e t e c t i o n  e r r o r  f o r  downward s l o p e  a n g l e s  e x c e e d i n g  2 0 ° i s  v e r y  l a r g e .   To r e d u c e   t h e s e  e r r o r s ,  we w i l l  have t o  u s e  a  r a n g e  s e n s o r  t h a t  o f f e r s  b e t t e r  r a n g e ‑ v o l t a g e  p e r f o r m a n c e ,   o r  we c o u l d  i n c r e a s e  t h e  t r i a l   frequency s o  a s  n o t  t o   i n c r e a s e  t h e  d e t e c t i o n  d e l a y .   S t e p   h e i g h t  i s   e x t r a c t e d  w i t h  an e r r o r  o f

1 . 5mm.  The c u r r e n t  a l g o r i t h m  f o r  t r e n c h  width i s   q u i t e  a c c u r a t e .   An a d d i t i o n a l  method must b e  i n t r o d u c e d  t o  advance t h e  o b s t a c l e  d e t e c t i o n   t e c h n i q u e .  

Appendix I :   Median f i l t e r  algorithm 

I n  t h i s  p a p e r ,  we used t h e  f o l l o w i n g  a l g o r i t h m  i n   o r d e r  t o   r e d u c e  t h e  e l e c t r i c a l  n o i s e  i n   t h e  o r i g i n a l  s i g 叫 F i r s t ,we g e t  N datum p o i n t s  from t h e  m i c r o ‑ c o n t r o l l e r .   A f t e r  s o r t i n g   t h e  N d a t a   ( D [ l }  t o  D[NJ)  ,  we e x t r a c t  t h e  maximal v a l u e ,  Dmax, and t h e  m i n i m a l  v a l u e ,   Dmin, from a l l   d a t a ,  and o r d e r  t h e  d a t a  s e t   ( n =  1  t o  N) ;    e . i . ,   D[l}= Dmax and D[NJ= Dmin. 

F i n a l l y ,  we g e t  D[N/2] a s  t h e  median v a l u e .   S e t s  o f  D[N/2] a r e  p l o t t e d  i n  F i g s .   4  and 5 .  

References 

1 )   J .   V e l a g i c ,  B .  L a c e v i c ,  a n d  B .   P e r u n i c i c ,  "A 3 ‑ l e v e l  a u t o n o m o u s  m o b i l e  r o b o t  n a v i g a t i o n  s y s t e m   d e s i g n e d  by u s i n g  r e a s o n i n g /  s e a r c h  a p p r o a c h e s , "  R o b o t i c s  and A u t o n o m o u s  S y s t e m s ,  V o l .  5 4 ,   p p .   9 8 9 ‑ 1 0 0 4 ,  2 0 0 6 .  

2 )   T .  M i y a k e ,  H .  I s h i h a r a ,   R .   S h o j i ,  a n d  S .   Y o s h i d a ,  " D e v e l o p m e n t  o f  s m a l l ‑ s i z e  window c l e a n i n g  r o b o t   w i t h  a  t r a v e l i n g  d i r e c t i o n  c o n t r o l  o n  v e r t i c a l  s u r f a c e  u s i n g  a c c e l e r o m e t e r , "  IEEE I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e  o n  M e c h a t r o n i c s  and A u t o m a t i o n .   ( L u o y a n g ,  2 0 0 6 ) ,  p p .  1 3 0 2 ‑ 1 3 0 7 .  

3 )   H .  K a w a t a ,  A .  O h y a ,  S .   Y u t a ,   W.  S a n t o s h ,  a n d   T .   M o r i ,  " D e v e l o p m e n t  o f  u l t r a ‑ s m a l l  l i g h t w e i g h t   o p t i c a l  r a n g e  s e n s o r  s y s t e m , "  IEEE/RS] I n t e r n a t i o n a l  C o n f e r e n c e  o n  I n t e l l i g e n t  R o b o t s  a n d  S y s t e m s .  

( L u o y a n g ,  2 0 0 5 ) ,  p p .  1 0 7 8 ‑ 1 0 8 3 .  

4 )   P .   G e m e i n e r  a n d  M .  V i n c z e ,  " M o t i o n  a n d  s t r u c t u r e  e s t i m a t i o n  f r o m  v i s i o n  a n d  i n e r t i a l  s e n s o r  

(16)

E x p e r i m e n t a l  I n v e s t i g a t i o n  o f  O b s t a c l e ‑ A v o i d i n g  M o b i l e  R o b o t s  w i t h o u t  Image P r o c e s s i n g   1 5  

d a t a  w i t h  h i g h ‑ s p e e d  CMOS c a m e r a , "  IEEE I n t e r n a t i o n a l  C o n f e r e n c e  o n  R o b o t i c s  and A u t o m a t i o n .   ( B a r c e l o n a ,  2 0 0 5 ) ,  p p .  1 8 5 3 ‑ 1 8 5 8 .  

5 )   H .   Z h a n g ,  S .   L i u ,  a n d  S .   X .  Y a n g ,  "A h y b r i d  r o b o t  n a v i g a t i o n  a p p r o a c h  b a s e d  on p a r t i a l  p l a n n i n g   and e m o t i o n ‑ b a s e d  b e h a v i o r  c o o r d i n a t i o n , "  IEEE/RS] I n t e r n a t i o n a l  C o n f e r e n c e  o n  I n t e l l i g e n t  R o b o t s   and S y s t e m s .   ( B e i j i n g ,  2 0 0 6 ) ,  p p .  1 1 8 3 ‑ 1 1 8 8 .  

6 )   D .  F .   W o l f ,  G .   S .   Sukhatme, D .   F o x ,  and W. B u r g a r d ,  "Autonomous t e r r a i n  mapping and  c l a s s i f i c a t i o n   u s i n g  Hidden Markov M o d e l s , "  IEEE I n t e r n a t i o n a l  C o n f e r e n c e  o n  R o b o t i c s  and  A u t o m a t i o n .   ( B a r c e l o n a ,  2 0 0 5 ) ,  p p .  2 0 2 6 ‑ 2 0 3 1 .  

7 )   D .  H .  Kim and S .   S h i n ,  " L o c a l  p a t h  p l a n n i n g  u s i n g  a  new a r t i f i c i a l  p o t e n t i a l  f u n c t i o n  c o n f i g u r a t i o n   and i t s  a n a l y t i c a l  d e s i g n  g u i d e l i n e s , "  A d v a n c e d  R o b o t i c s ,  V o l .  2 0 ,  N o .  1 ,   p p .  1 1 5 ‑ 1 3 5 ,  2 0 0 6 .  

8)  h t t p : / / w w w . a n a l o g . c o m / U p l o a d e d F i l e s / D a t a ̲ S h e e t s /  A D U C 7 0 1 9 ̲ 7 0 2 0 ̲ 7 0 2 1 ̲ 7 0 2 2 ̲ 7 0 2 4 ̲ 7 0 2 5 ̲ 7 0 2 6  

̲ 7 0 2 7 . p d f  

9)  h t t p : / / w w w . a c r o n a m e . c o m / r o b o t i c s / p a r t s / S h a r p G P 2 D l 2 ‑ l 5 . p d f  

Table I L   Upward s l o p e  a n g l e  e v a l u a t i o n  r e s u l t s  i n  u n i t s  o f  cm.  1 0 0 0  s e n s i n g  t r i a l s  a r e  a v e r a g e d

参照

関連したドキュメント

At first, we explain about a virtual disparity image, which is used for estimating geometrical relation between road surface and stereo camera in the next sub-section. Now, we

In this study, the standard deviation of gray level intensity Gsa, the ratio of surface area RA, the ratio of X-direction length RLX and the one of Y

a uniform appearance, resulting in a low standard deviation. Distribution of height values is obviously varied with increasing of wrinkle, although the mean of

position by processing the image of preceding the cost function is concerned with the errors control.. of

 第一の方法は、不安の原因を特定した上で、それを制御しようとするもので

The study on the film of the block copolymer ionomer with a cesium neutralized form (sCs-PS- b -f-PI) revealed that a small amount of water and thermal annealing promoted the

An iterative method for solving single variable nonlinear equation fx 0, with n 1, n ≥ 1, evaluations per iteration reaches to the maximum order of convergence 2 n and the

TOSHIKATSU KAKIMOTO Yonezawa Women's College The main purpose of this article is to give an overview of the social identity research: one of the principal approaches to the study