JP3710451B2 - Method and apparatus for measuring position of moving object - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、例えば、移動体を無人走行させる場合の移動体の位置,方位等の計測方法及びその実施に適した装置に関し、特に、多目的軽量走行車両等の走行耐久試験のように高速で自動運転させる場合に適した移動体の位置,方位等の計測方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、多目的軽量走行車両と呼ばれる大きな荷台を後部に備えた小型四輪作業車が実用化されており、ゴルフ場、牧場、スキー場、砂浜等のフィールドで活躍している。
【0003】
このように、多目的軽量走行車両は、通常は、勾配が多く、凸凹の多い不整地での走行に使用されることから、その開発段階における走行耐久試験にあっては、同様の不整地で行なわれる。
【0004】
一般に、このような走行耐久試験は、何十時間と長時間連続して行なわれることから、運転者の疲労も大きい。また、耐久試験では、周辺地域への配慮から山中に特設された一定の走行路を幾度となく周回走行することも、運転者の疲労を大きくしている。
【0005】
従って、走行耐久試験に利用する車両等の移動体を自動走行させることが望まれ、例えば、走行路に沿って白線を設ける一方、白線を検出する一対の光学センサを移動体の下面に左右方向に並設し、一対の光学センサの間に白線を維持しながら白線に沿って移動体を走行させる技術がある。
【0006】
また、例えば、走行路に沿って磁気マーカ又は電波マーカ等を間欠的に埋設する一方、これらのマーカを検出する磁気又は電波センサを移動体の下面に配設し、センサの真下にマーカを維持しながらセンサに沿って移動体を走行させる技術もある。
【0007】
ところが、耐久試験に利用する走行路には、移動体の繰り返し走行により路面が削り取られる等の理由から、基本的には、走行路内に如何なる物体も敷設することはできない。
【0008】
そこで、例えば、走行路に沿って反射体を適宜の間隔で設置し、予め測量等により反射体の正確な位置を特定しておく一方、移動体に光ビーム照射/受光手段を備えさせ、移動体を走行させながら移動体から光ビームを照射し、その反射光の受光方向、及び反射体と移動体との相対距離から、移動体の位置,進路等を計測する技術が種々開発されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
【0009】
【特許文献1】
特開平11-183174号公報
【特許文献2】
特開平11-271043号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した如き従来技術にあっては、無人搬送車のような工場等で利用される移動体を想定しているものであって、すべての反射体は、所定の高さに設けられているものの、移動体の向きに対してどのような方位に設けられているかわからないため、移動体の光ビーム照射/受光手段は、全周囲を走査するように構成されている。
【0011】
このため、一回の位置,進路等の計測に時間を要するので、無人搬送車に比べてかなり高速で走行させる必要がある走行耐久試験の用途には不向きであった。
【0012】
本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所定の走行路を比較的高速で自動走行させる移動体の位置,進路等の計測に適しており、しかも、全周囲を走査する光ビーム照射/受光手段を必要としない移動体の位置計測方法及びその実施に適した装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明に係る移動体の位置計測方法は、所定の走行路を走行する移動体の前記走行路に沿った方向の前記移動体の進行方向位置と、前記走行路の幅方向における前記移動体の幅方向位置と、前記移動体の方位とを、前記移動体に搭載された慣性航法装置により推定すると共に、該慣性航法装置が発生する前記進行方向位置、前記幅方向位置、及び前記方位の誤差を補正する方法であって、前記移動体が前記所定の走行路の外側で該走行路に沿った所定の位置に設置された反射体の側方を通過する際に、前記移動体が具備する距離計測手段によって、前記反射体を計測基準とする距離計測手段の出力変化に基づいて前記移動体が前記反射体を通過することを検出すると共に、検出した前記反射体の位置から前記進行方向位置を求め、前記距離計測手段の出力から前記移動体と前記反射体との間の第1距離を求め、前記慣性航法装置により推定された前記幅方向位置から前記移動体と前記反射体との第2距離を求め、前記第1距離と前記第2距離との差に基づいて、前記慣性航法装置が推定する方位と幅方向位置とを補正すること、及び、前記進行方向位置に基づいて、前記慣性航法装置が推定する進行方向位置を補正することを、前記反射体を通過する毎に繰り返すことを特徴とする。
【0014】
また、本願発明に係る移動体の位置計測装置は、所定の走行路を走行する移動体の前記走行路に沿った方向の前記移動体の進行方向位置と、前記走行路の幅方向における前記移動体の幅方向位置と、前記移動体の方位とを、前記移動体に搭載された慣性航法装置により推定すると共に、該慣性航法装置が発生する進行方向位置、前記幅方向位置、及び前記方位の誤差を補正する装置であって、前記移動体に設けられる距離計測手段と、前記移動体が前記所定の走行路の外側で該走行路に沿った所定の位置に前記距離計測手段の計測基準となるべく設置された反射体の側方を通過する際に、前記距離計測手段の出力変化に基づいて前記移動体が前記反射体を通過することを検出する通過検出手段と、該通過検出手段により検出された前記反射体の位置から前記進行方向位置を演算する進行方向位置演算手段と、前記距離計測手段の出力から前記移動体と前記反射体との間の第1距離を演算する第1距離演算手段と、前記慣性航法装置により推定された前記幅方向位置から前記移動体と前記反射体との第2距離を演算する第2距離演算手段と、前記第1距離と前記第2距離との差に基づいて、前記慣性航法装置が推定する方位と幅方向位置とを補正する方位・幅方向位置補正手段と、前記方向位置演算手段により演算された進行方向位置に基づいて、前記慣性航法装置が推定する進行方向位置を補正する進行方向位置補正手段とを備え、前記方位・幅方向位置補正手段による補正と、前記進行方向位置補正手段とを、前記反射体を通過する毎に繰り返すべくなしてあることを特徴とする。
【0015】
本願発明によれば、非常に簡易に移動体の位置及び方位を求めることができるため、処理時間の短縮化を図れ、従って、所定の走行路を比較的高速で自動走行させる移動体の位置,進路等の検出に適しており、しかも、従来技術のような全周囲を走査する光ビーム照射/受光手段を必要としない。また、走行路への加工も不要である。
【0016】
なお、本願発明において、慣性航法装置は、ジャイロ、及び速度パルスを利用して走行距離等を検出する自動車等で利用されている一般的な速度センサ等を備えている。
【0017】
また、本願発明においては、移動体への適用として、前述したような多目的軽量走行車両又は無人搬送車のほかにも、例えば、自動車,除雪車,又は自動芝刈り機等に適用することができる。
【0018】
また、本願発明は、GPS航法装置及び慣性航法装置を併用する構成であって、山中等、GPS衛星からの電波を受信できないような場所又は環境での利用において慣性航法装置の測定誤差を補正することに適用可能である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係る位置計測方法を、添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【0020】
本願発明に係る位置計測方法によれば、次のような原理により、移動体の位置(x1,y1)及び方位φ1を計測することができる。
【0021】
図1に示すように、例えば、実線矢符方向に走行する移動体1の片側(図1においては右側)に、レーザ距離計等の距離計測手段2を設ける。なお、距離計測手段は、反射体との間の距離を計測できるものであればよく、例えば、光ビーム,超音波等を利用した距離計であってもよい。
【0022】
一方、所定の走行路Cの片側(図1においては右側)に沿って複数の反射体3,3…が設置されており、各反射体3の位置は、測量等により予め絶対座標位置として求められている。距離計測手段2は、移動体1の走行方向に直角な方向の距離を計測するものであり、移動体1と反射体3との間の相対的な距離を計測するものである。なお、反射体3の近傍には、距離計測手段2が反射体3と間違うような障害物は無いものとする。
【0023】
このとき、走行中に距離計測手段2の出力をモニタしておれば、反射体3の略直角の位置に移動体1が来たことを検知すること、及び反射体3と移動体1との間の距離を求めることができる。
【0024】
図1においては、反射体3を2個配置している。進行方向手前側の反射体3をB0、その先の反射体3をB1とし、移動体1によるB0,B1それぞれの反射体検出位置をP0,P1とする。また、P0の位置において、移動体1の位置(x0,y0)及び方位(φ0)が既に求められているものとする。
【0025】
以下では、P0の位置からP1の位置へ移動体1が走行する際に生じる誤差の補正方法について説明する。
【0026】
図1における破線の移動軌跡は、慣性航法のために移動体1に搭載している慣性航法装置が推定している軌跡であり、慣性航法装置を構成するジャイロのドリフト等の慣性航法装置が発生する出力誤差により、図1において実線で示す実際の走行軌跡とはずれている。
【0027】
いま、移動体1がP1の位置に来たとき、距離計測手段2で移動体1と反射体B1との間の距離dを求める。ここで、反射体B1の走行路Cの中央線(図1において一点鎖線で示す)に対する幅方向の距離が図1におけるD1(既知)、慣性航法装置が推定する走行路Cの中央線に対する移動体1の幅方向の距離をe1とすると、慣性航法装置の推定値から計算される移動体1と反射体B1との距離は、D1−e1となり、慣性航法装置の推定位置は距離計測手段2で計測した実際との誤差は、e2=(D1−e1)−dにより求められる。P0の位置からP1の位置に移動する移動体1の走行距離をLとすると、方位が概略e2/Lだけずれていることになり、慣性航法装置の推定しているP1の位置における方位をe2/Lだけ補正することで、慣性航法装置の誤差の蓄積を防止することができる。
【0028】
同時に、慣性航法装置の進行方向距離の推定値についても、既知の反射体B1の位置から走行路C側に距離d離れた位置に移動体1があるものとして位置(x1,y2)を補正することができる。
【0029】
以下、本願発明に係る位置計測方法を適用した移動体について説明する。
【0030】
図2は、本願発明の実施の形態に係る移動体の構成を示すブロック図である。本実施の形態の移動体1は、走行耐久試験用に自動操縦機能を持つ多目的軽量走行車両である。
【0031】
本実施の形態に係る移動体1は、所定の走行路(図示せず)の外側に所定の間隔で設置された反射体3にレーザ光等の光ビームを照射し、該反射体3で反射された光ビームを受光する一又は複数のレーザ距離計2と、移動体1のステアリング5,ブレーキ6,及びアクセル7等を操作して移動体1の自動操縦を行なう自動操縦装置4とを備えている。
【0032】
自動操縦装置4は、タイマ40aを内蔵した制御演算装置40,GPS受信機41,ジャイロ42,車速センサ43,及び駆動装置44等を備えており、基本的には、GPSデータに基づいた自動操縦を行い、ジャイロ42及び車速センサ43から構成される慣性航法装置45(図4参照)による慣性航法も可能となっている。
【0033】
なお、本実施の形態においては、自動操縦装置4が車速センサ43を備えるように構成してあるが、一般に、多目的軽量走行車両等の車両には、このような車速センサが元々取り付けられているため、これを利用することも可能である。
【0034】
GPS受信機41は、例えばリアルタイムキネマティック(Real Time Kinematic)方式のGPS受信機(RTK-GPS)であり、GPS衛星8及び図示しない地上の基準局から受信した情報(時間情報,位相情報等)を制御演算装置40に与えるようになっている。RTK方式では、受信位置を約数cmの誤差で測定することが可能である。なお、GPS受信機41には、多少精度は低下するが、ディファレンシャル方式のGPS受信機(DGPS)を採用することも可能である。
【0035】
慣性航法装置45を構成するジャイロ42は、ファイバオプティカル式,リングレーザ式等からなり、移動体1の3軸加速度を検出し、検出結果を制御演算装置40に与えるようになっている。
【0036】
車速センサ43は、移動体1の車軸に設けられた電気式,磁気式,又は光学式のセンサであり、車軸の1回転ごとにパルス信号を発生し、これを制御演算装置40に与えるようになっている。
【0037】
駆動装置44は、移動体1のステアリング5,ブレーキ6,及びアクセル7等を作動させる各種のアクチュエータからなり、制御演算装置40からの制御指示に応じてアクチュエータを作動し、移動体1の方位及び速度を調節する。
【0038】
次に、制御演算装置40の構成及び作用について、さらに、図3及び図4を参照しながら説明する。
【0039】
制御演算装置40は、マイクロプロセッサを備え、基本的には、図3に示すように、GPS受信機41から与えられる情報に基づいて移動体1の位置及び方位(x,y,φ)を演算し、この位置及び方位に基づいて、駆動装置44に制御指示を出力し、移動体1が所定の走行路の中央線に沿って走行するように制御している(ステップS1)。なお、走行路のコースデータは、反射体3の位置データと共に、制御演算装置40が内蔵するメモリ(図示せず)に記憶されている。
【0040】
しかし、GPS受信機41がGPS衛星8及び図示しない地上の基準局から情報を適切に受信できない状態となった場合には、GPS受信機41からの情報に依存することができなくなるので、この場合には、ジャイロ42及び車速センサ43等から構成される慣性航法装置45(図4参照)による慣性航法に切り換える(ステップS2)。
【0041】
ただし、ドリフト等によってジャイロ42から与えられる角速度データ、及び車速センサから与えられるパルス信号には、誤差が生じてくるため、定期的に補正する必要がある。補正は、GPSデータによる補正を優先的に行なうが、GPSデータに依存することができない場合には、レーザ距離計2によるレーザ距離定点位置計測(x1,y1,φ1)を行い、この結果に基づいて、慣性航法に利用する移動体1の位置及び方位(x,y,φ)を補正する(ステップS3)。
【0042】
より詳しくは、制御演算装置40は、図4に示すように、GPS位置検出部401,慣性航法位置検出部402,及び位置・方位補正処理部403等を備えており、該位置・方位補正処理部403は、方位補正演算部404及び位置補正演算部405等を備えている。
【0043】
GPS受信機41からのGPSデータは、GPS位置検出部401に与えられ、該GPS位置検出部401は、GPSデータに基づいて移動体1の位置及び方位を演算するようになっている。
【0044】
慣性航法装置45(ジャイロ42及び車速センサ43等)からの慣性航法データは、慣性航法位置検出部402に与えられ、該慣性航法位置検出部402は、GPS位置検出部401に演算された移動体1の位置及び方位を初期位置及び初期方位として利用し、慣性航法データに基づいて移動体1の位置及び方位を演算するようになっている。
【0045】
位置・方位補正処理部403は、前述した本願発明の第1及び/又は第2の観点の原理を用いて、方位補正演算部404により移動体1の方位を演算し、位置補正演算部405により移動体1の位置を演算するようになっている。
【0046】
位置・方位補正処理部403での移動体1の位置及び方位の演算で用いられる反射体3の設置間隔及びその絶対座標位置等の情報は、制御演算装置40が内蔵するメモリ(図示せず)に予め記憶されている。
【0047】
また、位置・方位補正処理部403での移動体1の位置及び方位の演算で用いられる走行距離及び走行速度等の情報は、車速センサ43からのパルス信号(又はジャイロ42からの加速度信号)と、タイマ40aからの時刻信号と、移動体1の車輪の周囲長の情報とに基づいて特定され、車輪の周囲長の情報は、制御演算装置40が内蔵するメモリ(図示せず)に記憶されている。
【0048】
【発明の効果】
以上のように、本願発明に係る移動体の位置計測方法及びその実施に適した装置によれば、所定の走行路を比較的高速で自動走行させる移動体の位置,進路等の計測に適しており、しかも、全周囲を走査する光ビーム照射/受光手段を必要としない等、本願発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明に係る移動体の位置計測方法を説明するための原理図である。
【図2】 本願発明の実施の形態に係る移動体としての走行耐久試験用に自動操縦機能を持った多目的軽量走行車両の構成を示すブロック図である。
【図3】 図2に示した移動体の自動操縦装置の位置及び方向検出の切り換え方法を示すフローチャートである。
【図4】 図2に示した移動体の制御演算装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 移動体
2 レーザ距離計
3 反射体
4 自動操縦装置
5 ステアリング
6 ブレーキ
7 アクセル
8 GPS衛星
40a タイマ
40 制御演算装置
41 GPS受信機
42 ジャイロ
43 車速センサ
44 駆動装置
45 慣性航法装置
401 GPS位置検出部
402 慣性航法位置検出部
403 位置・方位補正処理部
404 方位補正演算部
405 位置補正演算部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a method for measuring the position and orientation of a moving body when the moving body is unmanned, and an apparatus suitable for implementing the method, and in particular, automatically at high speed, such as a traveling durability test for a multi-purpose lightweight traveling vehicle. The present invention relates to a method and apparatus for measuring the position and orientation of a moving object suitable for driving.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a small four-wheel work vehicle equipped with a large loading platform called a multi-purpose lightweight traveling vehicle at the rear has been put into practical use, and is active in fields such as golf courses, ranches, ski resorts, and sand beaches.
[0003]
As described above, a multi-purpose light-duty vehicle is usually used for traveling on rough terrain with a lot of slope and unevenness. Therefore, in the running endurance test in the development stage, it is performed on the same rough terrain. It is.
[0004]
In general, such a running durability test is performed continuously for a long time of several tens of hours. Also, in the durability test, driving around a certain traveling path specially provided in the mountains several times in consideration of surrounding areas also increases driver fatigue.
[0005]
Accordingly, it is desirable to automatically move a moving body such as a vehicle used for the running durability test. For example, a white line is provided along the traveling path, and a pair of optical sensors for detecting the white line is provided on the lower surface of the moving body in the left-right direction. And moving a moving body along the white line while maintaining the white line between the pair of optical sensors.
[0006]
In addition, for example, while magnetic markers or radio wave markers are intermittently embedded along the traveling path, a magnetic or radio wave sensor for detecting these markers is disposed on the lower surface of the moving body, and the marker is maintained directly below the sensor. There is also a technique for moving a moving body along a sensor.
[0007]
However, basically no object can be laid on the traveling road used for the durability test because the road surface is scraped off by repeated traveling of the moving body.
[0008]
Therefore, for example, reflectors are installed at appropriate intervals along the travel path, and the accurate position of the reflector is specified in advance by surveying or the like, while the moving body is provided with light beam irradiation / light receiving means to move the reflector. Various techniques have been developed to irradiate a light beam from a moving body while moving the body, and to measure the position, path, etc. of the moving body from the light receiving direction of the reflected light and the relative distance between the reflector and the moving body. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-183174 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-271043
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art as described above, a moving body used in a factory such as an automatic guided vehicle is assumed, and all the reflectors are provided at a predetermined height. However, since the orientation of the moving body is not known, the light beam irradiation / light receiving means of the moving body is configured to scan the entire periphery.
[0011]
For this reason, since it takes time to measure a position, a course, etc. once, it is not suitable for an application of a running durability test that needs to run at a considerably high speed as compared with an automatic guided vehicle.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is suitable for measuring the position, path, etc. of a moving body that automatically travels a predetermined traveling path at a relatively high speed, and that scans the entire periphery. It is an object of the present invention to provide a method for measuring the position of a moving body that does not require beam irradiation / light receiving means and an apparatus suitable for the implementation.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a method for measuring a position of a moving body according to the present invention includes a moving direction position of the moving body in a direction along the traveling path of the moving body traveling on a predetermined traveling path, and a position of the traveling path. The position in the width direction of the moving body and the direction of the moving body are estimated by an inertial navigation device mounted on the moving body, and the traveling direction position generated by the inertial navigation device, the width direction A method for correcting an error in position and orientation, wherein the moving body passes through a side of a reflector installed at a predetermined position along the traveling path outside the predetermined traveling path. The distance measuring means provided in the moving body detects that the moving body passes through the reflector based on the output change of the distance measuring means using the reflector as a measurement reference, and the detected reflector. Progress from the position of A direction position is obtained, a first distance between the moving body and the reflector is obtained from an output of the distance measuring means, and the moving body and the reflector are obtained from the position in the width direction estimated by the inertial navigation device. The second distance is corrected, and based on the difference between the first distance and the second distance, the azimuth and the width direction position estimated by the inertial navigation device are corrected, and based on the traveling direction position. The correction of the position in the traveling direction estimated by the inertial navigation device is repeated every time the reflector passes.
[0014]
The moving body position measuring apparatus according to the present invention may be configured such that a moving body that travels along a traveling path in a predetermined traveling path travels along the traveling direction of the moving body and moves in the width direction of the traveling path. The position of the body in the width direction and the azimuth of the moving body are estimated by an inertial navigation device mounted on the moving body, and the traveling direction position generated by the inertial navigation device, the width direction position, and the direction An apparatus for correcting an error, comprising: a distance measuring unit provided in the moving body; and a measuring reference of the distance measuring unit at a predetermined position along the traveling path outside the predetermined traveling path. Passing detection means for detecting that the moving body passes through the reflector based on a change in the output of the distance measuring means when passing through the side of the reflector installed as much as possible, and detection by the passage detection means Said reflector Traveling direction position computing means for computing the traveling direction position from a position; first distance computing means for computing a first distance between the moving body and the reflector from the output of the distance measuring means; and the inertial navigation Based on a difference between the first distance and the second distance, a second distance calculating means for calculating a second distance between the movable body and the reflector from the position in the width direction estimated by the apparatus, the inertia An azimuth / width direction position correcting means for correcting the azimuth and width direction position estimated by the navigation device, and a traveling direction position estimated by the inertial navigation device based on the traveling direction position calculated by the direction position calculating means. And a traveling direction position correcting unit for correcting, the correction by the azimuth / width direction position correcting unit and the traveling direction position correcting unit are to be repeated every time it passes through the reflector.
[0015]
According to the present invention, since the position and orientation of the moving body can be obtained very easily, the processing time can be shortened. Accordingly, the position of the moving body that automatically travels at a relatively high speed on a predetermined traveling path, It is suitable for detecting the course and the like, and does not require a light beam irradiation / light receiving means for scanning the entire periphery as in the prior art. In addition, there is no need to process the road.
[0016]
In the present invention, the inertial navigation system includes a gyro and a general speed sensor used in an automobile or the like that detects a travel distance or the like using a speed pulse.
[0017]
Further, in the present invention, as an application to a moving body, it can be applied to, for example, an automobile, a snowplow, an automatic lawn mower, etc., in addition to the multipurpose lightweight traveling vehicle or the automatic guided vehicle as described above. .
[0018]
Further, the present invention is a configuration in which a GPS navigation device and an inertial navigation device are used in combination, and corrects measurement errors of the inertial navigation device when used in places or environments where radio waves from GPS satellites cannot be received, such as in the mountains. It is particularly applicable.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the position measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
According to the position measurement method according to the present invention, the position (x 1 , y 1 ) and the azimuth φ 1 of the moving body can be measured based on the following principle.
[0021]
As shown in FIG. 1, for example, a distance measuring means 2 such as a laser distance meter is provided on one side (right side in FIG. 1) of the moving body 1 traveling in the direction of the solid arrow. The distance measuring means may be any means that can measure the distance to the reflector, and may be a distance meter using a light beam, an ultrasonic wave, or the like.
[0022]
On the other hand, a plurality of reflectors 3, 3... Are installed along one side (a right side in FIG. 1) of a predetermined traveling path C, and the position of each reflector 3 is obtained as an absolute coordinate position in advance by surveying or the like. It has been. The distance measuring means 2 measures the distance in a direction perpendicular to the traveling direction of the moving body 1, and measures the relative distance between the moving body 1 and the reflector 3. It is assumed that there is no obstacle in the vicinity of the reflector 3 such that the distance measuring means 2 is mistaken for the reflector 3.
[0023]
At this time, if the output of the distance measuring means 2 is monitored during traveling, it is detected that the moving body 1 has come to a position substantially perpendicular to the reflector 3, and the reflector 3 and the moving body 1 The distance between them can be determined.
[0024]
In FIG. 1, two reflectors 3 are arranged. The reflector 3 on the front side in the traveling direction is B 0 , the reflector 3 ahead thereof is B 1, and the reflector detection positions of B 0 and B 1 by the moving body 1 are P 0 and P 1 , respectively. Further, it is assumed that the position (x 0 , y 0 ) and direction (φ 0 ) of the moving body 1 have already been obtained at the position P 0 .
[0025]
Hereinafter, a method for correcting an error that occurs when the moving body 1 travels from the position P 0 to the position P 1 will be described.
[0026]
The movement trajectory indicated by a broken line in FIG. 1 is a trajectory estimated by the inertial navigation device mounted on the moving body 1 for inertial navigation, and an inertial navigation device such as a drift of a gyro constituting the inertial navigation device is generated Due to the output error, the actual travel locus shown by the solid line in FIG. 1 deviates.
[0027]
Now, when the moving body 1 has reached the position P 1 , the distance measurement means 2 determines the distance d between the moving body 1 and the reflector B 1 . Here, the distance in the width direction with respect to the center line of the travel path C of the reflector B 1 (indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 1) is D 1 (known) in FIG. 1, and the center line of the travel path C estimated by the inertial navigation system If the distance in the width direction of the moving body 1 with respect to is assumed to be e 1 , the distance between the moving body 1 and the reflector B 1 calculated from the estimated value of the inertial navigation device is D 1 −e 1 , and the inertial navigation device estimate An error from the actual position measured by the distance measuring means 2 is obtained by e 2 = (D 1 −e 1 ) −d. Assuming that the travel distance of the moving body 1 moving from the position P 0 to the position P 1 is L, the direction is shifted by approximately e 2 / L, and the position of P 1 estimated by the inertial navigation device By correcting the bearing at e 2 / L, it is possible to prevent accumulation of errors in the inertial navigation system.
[0028]
At the same time, the estimated value of the traveling direction distance of the inertial navigation system is also assumed to be the position (x 1 , y 2 ) assuming that the moving body 1 is located at a distance d away from the position of the known reflector B 1 on the traveling path C side. Can be corrected.
[0029]
Hereinafter, the moving body to which the position measuring method according to the present invention is applied will be described.
[0030]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the moving body according to the embodiment of the present invention. The moving body 1 of the present embodiment is a multipurpose lightweight traveling vehicle having an automatic steering function for a traveling durability test.
[0031]
The moving body 1 according to the present embodiment irradiates a reflector 3 installed at a predetermined interval outside a predetermined traveling path (not shown) with a light beam such as a laser beam and reflects the reflected light by the reflector 3. One or a plurality of laser rangefinders 2 that receive the received light beam, and an autopilot device 4 that automatically steers the mobile body 1 by operating the steering 5, the brake 6, the accelerator 7, and the like of the mobile body 1. ing.
[0032]
The autopilot device 4 includes a control arithmetic device 40 with a built-in timer 40a, a GPS receiver 41, a gyro 42, a vehicle speed sensor 43, a drive device 44, and the like, and basically an autopilot based on GPS data. Thus, inertial navigation by an inertial navigation device 45 (see FIG. 4) composed of the gyro 42 and the vehicle speed sensor 43 is also possible.
[0033]
In the present embodiment, the automatic pilot device 4 is configured to include the vehicle speed sensor 43. In general, however, such a vehicle speed sensor is originally attached to a vehicle such as a multi-purpose lightweight traveling vehicle. Therefore, it is possible to use this.
[0034]
The GPS receiver 41 is, for example, a real time kinematic GPS receiver (RTK-GPS), and receives information (time information, phase information, etc.) received from the GPS satellite 8 and a ground reference station (not shown). The control arithmetic unit 40 is provided. In the RTK method, the reception position can be measured with an error of about several centimeters. The GPS receiver 41 may be a differential GPS receiver (DGPS), although the accuracy is somewhat reduced.
[0035]
The gyro 42 constituting the inertial navigation device 45 is a fiber optical type, a ring laser type, or the like, detects the triaxial acceleration of the moving body 1, and gives the detection result to the control arithmetic unit 40.
[0036]
The vehicle speed sensor 43 is an electric, magnetic, or optical sensor provided on the axle of the moving body 1 so as to generate a pulse signal for each rotation of the axle and to provide the control arithmetic unit 40 with the pulse signal. It has become.
[0037]
The driving device 44 includes various actuators that operate the steering 5, the brake 6, the accelerator 7, and the like of the moving body 1. The driving device 44 operates the actuator in accordance with a control instruction from the control arithmetic device 40, and determines the orientation and the moving body 1. Adjust the speed.
[0038]
Next, the configuration and operation of the control arithmetic unit 40 will be further described with reference to FIGS.
[0039]
The control arithmetic unit 40 includes a microprocessor, and basically calculates the position and direction (x, y, φ) of the moving body 1 based on information given from the GPS receiver 41 as shown in FIG. Then, based on this position and orientation, a control instruction is output to the drive device 44 to control the mobile body 1 to travel along the center line of a predetermined travel path (step S1). The course data of the traveling road is stored together with the position data of the reflector 3 in a memory (not shown) built in the control arithmetic device 40.
[0040]
However, if the GPS receiver 41 cannot properly receive information from the GPS satellite 8 and a ground reference station (not shown), it cannot depend on the information from the GPS receiver 41. Is switched to inertial navigation by an inertial navigation device 45 (see FIG. 4) including the gyro 42 and the vehicle speed sensor 43 (step S2).
[0041]
However, since errors occur in the angular velocity data given from the gyro 42 and the pulse signal given from the vehicle speed sensor due to drift or the like, it is necessary to correct them periodically. The correction is performed preferentially by the GPS data, but when it cannot depend on the GPS data, the laser distance fixed point position measurement (x 1 , y 1 , φ 1 ) is performed by the laser distance meter 2, Based on the result, the position and orientation (x, y, φ) of the moving body 1 used for inertial navigation are corrected (step S3).
[0042]
More specifically, as shown in FIG. 4, the control arithmetic device 40 includes a GPS position detection unit 401, an inertial navigation position detection unit 402, a position / orientation correction processing unit 403, and the like. The unit 403 includes an azimuth correction calculation unit 404, a position correction calculation unit 405, and the like.
[0043]
The GPS data from the GPS receiver 41 is given to the GPS position detector 401, and the GPS position detector 401 calculates the position and orientation of the moving body 1 based on the GPS data.
[0044]
Inertial navigation data from the inertial navigation device 45 (such as the gyro 42 and the vehicle speed sensor 43) is given to the inertial navigation position detection unit 402, and the inertial navigation position detection unit 402 is calculated by the GPS position detection unit 401. The position and orientation of 1 are used as the initial position and initial orientation, and the position and orientation of the moving body 1 are calculated based on the inertial navigation data.
[0045]
The position / azimuth correction processing unit 403 calculates the azimuth of the moving body 1 by the azimuth correction calculation unit 404 using the principle of the first and / or second aspect of the present invention described above, and the position correction calculation unit 405 The position of the moving body 1 is calculated.
[0046]
Information such as the installation interval of the reflector 3 and its absolute coordinate position used in the calculation of the position and orientation of the moving body 1 in the position / orientation correction processing unit 403 is a memory (not shown) built in the control arithmetic unit 40 Is stored in advance.
[0047]
Further, information such as the travel distance and travel speed used in the calculation of the position and orientation of the moving body 1 in the position / orientation correction processing unit 403 includes a pulse signal from the vehicle speed sensor 43 (or an acceleration signal from the gyro 42). The wheel circumference information is specified based on the time signal from the timer 40a and the wheel circumference information of the moving body 1, and the wheel circumference information is stored in a memory (not shown) built in the control arithmetic unit 40. ing.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for measuring the position of the moving body and the apparatus suitable for the implementation according to the present invention, it is suitable for measuring the position, path, etc. of the moving body that automatically travels a predetermined traveling path at a relatively high speed. In addition, the present invention has an excellent effect, for example, that no light beam irradiating / receiving means for scanning the entire periphery is required.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram for explaining a method of measuring a position of a moving body according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a multi-purpose lightweight traveling vehicle having an autopilot function for a traveling durability test as a moving body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a method for switching the position and direction detection of the automatic control apparatus for a moving body shown in FIG. 2;
4 is a block diagram showing a detailed configuration of the control arithmetic device for a moving body shown in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1 Mobile
2 Laser distance meter
3 Reflector
4 Autopilot
5 Steering
6 Brake
7 Accelerator
8 GPS satellite
40a timer
40 Control unit
41 GPS receiver
42 Gyro
43 Vehicle speed sensor
44 Drive unit
45 Inertial navigation system
401 GPS position detector
402 Inertial navigation position detector
403 Position / azimuth correction processing section
404 Azimuth correction calculator
405 Position correction calculator

Claims (2)

所定の走行路を走行する移動体の前記走行路に沿った方向の前記移動体の進行方向位置と、前記走行路の幅方向における前記移動体の幅方向位置と、前記移動体の方位とを、前記移動体に搭載された慣性航法装置により推定すると共に、該慣性航法装置が発生する前記進行方向位置、前記幅方向位置、及び前記方位の誤差を補正する方法であって、
前記移動体が前記所定の走行路の外側で該走行路に沿った所定の位置に設置された反射体の側方を通過する際に、前記移動体が具備する距離計測手段によって、前記反射体を計測基準とする前記距離計測手段の出力変化に基づいて前記移動体が前記反射体を通過することを検出すると共に、検出した前記反射体の位置から前記進行方向位置を求め、
前記距離計測手段の出力から前記移動体と前記反射体との間の第1距離を求め、
前記慣性航法装置により推定された前記幅方向位置から前記移動体と前記反射体との第2距離を求め、
前記第1距離と前記第2距離との差に基づいて、前記慣性航法装置が推定する方位と幅方向位置とを補正すること、及び、前記進行方向位置に基づいて、前記慣性航法装置が推定する進行方向位置を補正することを、前記反射体を通過する毎に繰り返す
ことを特徴とする移動体の位置測定方法。
A traveling direction position of the moving body in a direction along the traveling path of a moving body traveling on a predetermined traveling path, a width direction position of the moving body in a width direction of the traveling path, and an orientation of the moving body A method for correcting an error in the traveling direction position, the width direction position, and the azimuth generated by the inertial navigation apparatus, as estimated by the inertial navigation apparatus mounted on the moving body,
When the moving body passes by a side of a reflector installed at a predetermined position along the traveling path outside the predetermined traveling path, the distance measuring means included in the moving body causes the reflector to Based on the change in the output of the distance measuring means based on the measurement reference, the moving body is detected to pass through the reflector, and the traveling direction position is determined from the detected position of the reflector,
Obtaining a first distance between the movable body and the reflector from the output of the distance measuring means;
Obtaining a second distance between the movable body and the reflector from the position in the width direction estimated by the inertial navigation device;
Based on the difference between the first distance and the second distance, the azimuth and the width direction position estimated by the inertial navigation apparatus are corrected, and the inertial navigation apparatus estimates based on the traveling direction position. The moving body position measuring method is characterized in that correcting the position in the traveling direction is repeated every time the reflector passes.
所定の走行路を走行する移動体の前記走行路に沿った方向の前記移動体の進行方向位置と、前記走行路の幅方向における前記移動体の幅方向位置と、前記移動体の方位とを、前記移動体に搭載された慣性航法装置により推定すると共に、該慣性航法装置が発生する進行方向位置、前記幅方向位置、及び前記方位の誤差を補正する装置であって、
前記移動体に設けられる距離計測手段と、
前記移動体が前記所定の走行路の外側で該走行路に沿った所定の位置に前記距離計測手段の計測基準となるべく設置された反射体の側方を通過する際に、前記距離計測手段の出力変化に基づいて前記移動体が前記反射体を通過することを検出する通過検出手段と、
該通過検出手段により検出された前記反射体の位置から前記進行方向位置を演算する進行方向位置演算手段と、
前記距離計測手段の出力から前記移動体と前記反射体との間の第1距離を演算する第1距離演算手段と、
前記慣性航法装置により推定された前記幅方向位置から前記移動体と前記反射体との第2距離を演算する第2距離演算手段と、
前記第1距離と前記第2距離との差に基づいて、前記慣性航法装置が推定する方位と幅方向位置とを補正する方位・幅方向位置補正手段と、
前記方向位置演算手段により演算された進行方向位置に基づいて、前記慣性航法装置が推定する進行方向位置を補正する進行方向位置補正手段と
を備え、
前記方位・幅方向位置補正手段による補正と、前記進行方向位置補正手段とを、前記反射体を通過する毎に繰り返すべくなしてある
ことを特徴とする移動体の位置計測装置。
A traveling direction position of the moving body in a direction along the traveling path of a moving body traveling on a predetermined traveling path, a width direction position of the moving body in a width direction of the traveling path, and an orientation of the moving body An apparatus that estimates the inertial navigation device mounted on the moving body and corrects the error in the traveling direction position, the width direction position, and the azimuth generated by the inertial navigation device,
A distance measuring means provided in the moving body;
When the moving body passes by a side of a reflector installed as a measurement reference of the distance measuring means at a predetermined position along the traveling path outside the predetermined traveling path, the distance measuring means Passage detecting means for detecting that the moving body passes through the reflector based on an output change;
Traveling direction position calculating means for calculating the traveling direction position from the position of the reflector detected by the passage detecting means;
First distance calculating means for calculating a first distance between the movable body and the reflector from the output of the distance measuring means;
Second distance calculation means for calculating a second distance between the movable body and the reflector from the position in the width direction estimated by the inertial navigation device;
An azimuth / width direction position correcting means for correcting an azimuth and a width direction position estimated by the inertial navigation device based on a difference between the first distance and the second distance;
Traveling direction position correcting means for correcting the traveling direction position estimated by the inertial navigation device based on the traveling direction position calculated by the direction position calculating means;
An apparatus for measuring a position of a moving body, wherein the correction by the azimuth / width direction position correcting means and the traveling direction position correcting means are to be repeated every time the light passes through the reflector.
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