CN105190461A - 移动体和位置检测装置 - Google Patents

Abstract

在移动体(100)上安装位置检测装置，该位置检测装置配备利用距离传感器(3)和地图(2)来识别移动体的位置和角度的位置识别单元(5)和计算移动体相对于通过输入单元(6)设定的移动体的目标位置和目标角度的相对位置和相对角度的相对位置运算单元(7)，并且输出上述位置识别单元(5)的识别结果和上述相对位置运算单元(7)的运算结果。

Description

移动体和位置检测装置

技术领域

本发明涉及为了将移动体引导到目的地而安装了向移动体的行驶控制机构输出控制指令的位置检测装置的移动体和该位置检测装置。

背景技术

以往，例如在专利文献1(日本特开2010-95146号公报)中，已知有在工厂、物流仓库等中为了部件的搬运或装卸作业用途而在行驶路径上画出引导线后、沿该引导线行驶的被称为AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引车)的无人输送车。该无人输送车在车辆上设置有对引导线进行磁检测的路线检测器，来自该路线检测器的检测信号被发送到车辆侧的控制装置，通过控制驱动轮使无人输送车沿着引导线行驶。

此外，作为控制移动机器人向目的地的自主移动的技术，例如已知有专利文献2(日本特开2010-140247号公报)所示出的移动体系统。该移动体系统构成如下，其具有：检测到在移动机器人的探索范围内存在的物体的距离和方向的距离传感器、存储包括平板标识被设置的位置的行驶路径的地图信息的地图信息存储单元、以及对距离方向检测装置的检测结果与存储在地图信息存储单元中的地图信息进行对比来决定移动机器人的行进方向的行进方向决定单元，通过对地图信息与来自距离传感器的测量信息进行对比，推定移动机器人在地图上的位置并且控制移动机器人的行驶驱动系统(车轮)，从而将移动机器人沿预先设定的路径引导到目的地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-95146号公报

专利文献2：日本特开2010-140247号公报

发明内容

专利文献1中所示出的无人输送车由于通过检测行驶路径引导用的引导线而沿着车辆路径行驶，因此在变更无人输送车的行驶路径时需要重新设置引导线。另一方面，专利文献2所示出的移动体系统由于是用于沿预先设定的路径在移动路径内推定移动机器人的位置、姿态并且自主地移动的系统，因此具有仅简单地变更目的地的设定就能够改变移动机器人的路径的功能。

因此，如果对沿行驶路径引导用的引导线行驶的无人输送车进行改良，改良成无轨道的移动机器人，则能够实现仅简单地变更目的地的设定就能够改变移动机器人的路径的功能。然而，专利文献2所示出的移动体系统为包含移动机器人的驱动控制单元的完整系统，仅将专利文献2所用的移动体系统安装到专利文献1的无人输送车上是不能实现实际的自主型无人输送车的。进一步地，例如在移动体不具有驱动单元的通过手动行驶的手动操作型作业台车或操作者驾驶的有人自走型作业车等中，专利文献2所用的移动体系统对支持视觉上引导至目的地的需求也不能直接地对应。即，专利文献1所示出的移动体系统为作为自主行驶型移动机器人用途进行最优化而完成的系统，是用于通过对照地图信息来推定自身在地图上的位置并且控制移动机器人的行驶驱动系统(车轮)来控制移动机器人的前进后退和转向方向并将移动机器人引导到设定的目的地的系统。因此，为了在未配备这些自动引导功能的移动体中实现自动引导的功能，作为完整的控制系统，必须实现在各移动体中加入自动引导功能的控制系统。

因此，对于作为自主型移动体以外的用途，例如轨道引导型的移动体，即使在移植沿着到目的地的路线进行引导的技术的情况下，由于需要还包括用于控制移动体的驱动系统的控制单元在内的改良，因此不仅改良成本高，而且存在通用性差的问题。

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供安装了向移动体的行驶控制机构输出控制指令的位置检测装置的移动体以及该位置检测装置，其中该位置检测装置对于不限定于特定机种的多种移动体只需安装即可，可移植，通用性好。

本发明的移动体的特征在于：具有输入移动体的移动目标位置的输入单元和测量从该移动体到周围环境的距离的距离传感器，安装有位置检测装置，该位置检测装置内置有：位置识别单元，其利用该移动体所处的周围环境的地图信息和从该距离传感器获得的信息来识别该移动体的位置和角度；和相对位置运算单元，其计算该移动体相对于通过上述输入单元设定的该移动体的目标位置和目标角度的相对位置和相对角度，基于上述位置识别单元的识别结果和上述相对位置运算单元的运算结果，向该移动体的行驶控制机构输出控制指令。

此外，在本发明的移动体中，上述输入单元和上述距离传感器内置于上述位置检测装置中。

此外，在本发明的移动体中，上述位置检测装置具有绝对位置运算单元，其通过输入单元输入地图原点的地图绝对坐标，利用该地图绝对坐标计算上述移动体的绝对位置和绝对角度。

此外，在本发明的移动体中，上述位置检测装置将上述绝对位置运算单元的运算结果输出到用于显示上述移动体的位置的显示装置。

进一步地，本发明的位置检测装置的特征在于：移动体是被称为AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引车)的无人输送车，上述位置检测装置构成为向该无人输送车的行驶控制机构输出来自安装于该无人输送车的位置检测装置的上述相对位置运算单元中的控制指令。

进一步地，本发明的位置检测装置的特征在于：移动体是作为手动型移动体的看护用步行器，上述位置检测装置构成为在显示装置上显示来自安装于该看护用步行器的上述位置检测装置的上述绝对位置运算单元中的该看护用步行器自身的绝对位置信息。

进一步地，本发明的位置检测装置的特征在于：移动体是叉车，上述位置检测装置构成为在显示装置上显示来自安装于该叉车的上述位置检测装置的上述绝对位置运算单元中的该叉车自身的绝对位置信息。

进一步地，本发明的位置检测装置的特征在于，包括：输入移动体的移动目标位置和目标角度的输入单元；位置识别单元，其利用从测量该移动体到周围环境的距离的距离传感器获得的信息和周围环境的地图信息来识别该移动体的位置和角度；和计算该移动体相对于上述目标位置和上述目标角度的相对位置和相对角度的相对位置运算单元，输出上述位置识别单元的识别结果和上述相对位置运算单元的运算结果。

进一步地，本发明的位置检测装置的特征在于，包括：输入移动体的目标路径的输入单元；位置识别单元，其利用从测量该移动体到周围环境的距离的距离传感器获得的信息和周围环境的地图信息来识别该移动体的位置和角度；和计算该移动体相对于上述目标路径的相对距离和相对角度的相对路径运算单元，输出上述位置识别单元的识别结果和上述相对路径运算单元的运算结果。

发明效果

安装了本发明的对移动体的行驶控制机构输出控制指令的位置检测装置的移动体通过向自主移动的移动体输出位置识别单元的识别结果和相对位置运算单元的运算结果，能够将自主型移动体沿用户在自主型移动体内设定的路径移动到目的地，另一方面，如果将绝对位置运算单元的运算结果输出到显示装置，则能够视觉地显示到目的地的路径等，对用户进行引导。

附图说明

图1是表示将本发明的位置检测装置应用于自主型移动体的控制系统的整体的概略结构框图。

图2是表示以地图的原点为基准的地图B中的起始点与目标点的关系的说明图。

图3是表示将本发明的位置检测装置安装在自主型移动体上的例子的外观立体图。

图4是表示用于将本发明的位置检测装置应用于无人输送车的、与图1不同的控制系统的整体的概略结构框图。

图5是表示应用于沿路径行驶的无人输送车时与图2不同的地图B中的起始点与目标点的关系的说明图。

图6表示将本发明的位置检测装置安装在手动型移动体上的例子的外观立体图。

图7是表示将本发明的位置检测装置安装在叉车上的例子的外观立体图。

附图记号说明

1……位置检测装置

2……地图数据

3……距离传感器

4……位置识别单元

6……输入单元

7……相对位置运算单元

8……绝对位置运算单元

10……位置识别组件

20……自主型移动机器人(移动体)

30……显示单元

31……显示装置

50……无人输送车(移动体)

60……看护用步行器(移动体)

70……叉车(移动体)

82……路径偏差运算单元

100……移动体

具体实施方式

以下对本发明的实施方式具体地进行说明。

图1是表示将本发明的位置检测装置1应用于自主型移动体的控制系统的整体的概略结构框图。如该图所示，可安装在移动体100上的位置检测装置1由组件10构成，设置有用于输入移动体100的目标位置(Xg，Yg)(根据需要也包括目标角度(θg))的输入单元6和用于读取移动体100的周围环境数据的激光距离传感器3。可安装在移动体100上的位置检测装置1包括：由记录在记录方式不限定的记录介质中的地图数据2和将该地图数据2与从距离传感器3得到的测量数据比较对照的数据对比单元4构成的位置识别单元5、计算移动体100相对于用户通过输入单元6设定的移动体100的目标位置(Xg，Yg)(根据需要也包括目标角度(θg))的相对位置(根据需要也包括相对角度)的相对位置运算单元7、以及计算通过位置识别单元5的识别结果而得到的移动体100的位置(根据需要也包括角度)的绝对位置运算单元8。通过将这些作为组件10单元化，能够安装在各种移动体上。

距离传感器3例如为二维激光测距仪等二维扫描型距离传感器，其激光光线在不向左右倾斜的平面(扫描平面)内以传感器安装位置为中心270°左右呈扇状地扫描照射，并接收其反射光，测量到墙壁或架子等周围物体的距离。地图数据2由墙壁或架子等周围物体的边界数据构成。位置识别单元5读取来自距离传感器3的测量数据，与地图数据2对比，通过绝对位置运算单元8计算处理移动体100在地图上的自身的绝对位置X、Y(根据需要也包括绝对角度(θ))，通过将装置自身的该绝对位置X、Y(根据需要也包括绝对角度(θ))与来自输入单元6的目标位置(Xg，Yg)(根据需要也包括目标角度(θg))，计算本装置绝对位置相对于目标位置的相对位置。

用户通过键盘或鼠标等输入单元6预先设定目的地点的位置(Xg，Yg)(根据需要也包括目标角度θg)或者到达该目标地点的路径或路线等，将其作为路径数据输入到相对位置运算单元7中。在此对存在目标角度θg的情况进行说明。在此，该路径数据为移动体50自主地移动所需要的数据，由计划(指定)的路径的经由地点的位置(坐标)、移动(行驶)到目的地的路线或路径等、以及表示在目的地点的姿态(姿势)(角度)的数据构成。由相对位置运算单元7运算处理后的路径数据作为控制指令21(dx，dy，dθ)输出到自主型移动机器人20的行驶驱动单元23。自主型移动机器人20中配备了由用于对该自主型移动机器人20进行移动控制的左右车轮和可分别独立地驱动这些车轮的电动机(马达)等构成的行驶驱动单元23，通过将来自相对位置运算单元7的控制指令21(dx，dy，dθ)输出到行驶控制机构22，来控制自主型移动体机器人20的速度(通过dx、dy控制)和转向角(通过dθ控制)，能够使自主型移动机器人20沿着用户设定的路径将其引导到目的地。

利用图2对以地图B上规定的原点为基准的、从起始点G0到达目标点Gn时的动作进行说明。在地图B上将xb轴和yb轴的交点设为地图B的原点。地图B上的坐标用(Xb，Yb，θb)表示。角度(θb)是意味着移动体100的姿态(朝向)的值。移动体100在起始点G0时水平向右，起动后保持状态不变水平地向装置4之前的第一经由地点G1移动，从第一经由地点G1起以一定的旋转半径向左旋转90度并垂直向上到达第二经由地点G2。接着，在装置1跟前的第三经由地点G3之前以一定的旋转半径向右旋转，向右旋转90度变成水平朝向右，并保持状态不变地前进到第三经由地点G3。进一步地，移动体100直线(一直)前进到装置5的旁边、装置3跟前的第四经由地点G4后，以一定的旋转半径向左旋转90度，变成垂直向上，直线前进至目的地Gn。移动体100在目的地Gn保持相对于装置3为水平的姿态。移动体100预先存储了以地图B的原点为基准的B栋的内侧间隔(内部尺寸)和装置1至5的外形组成的地图数据，移动体100在每次采样时刻测量移动体100自身到周围环境的数据，在比较该测量数据与地图数据来进行匹配并求取自身的绝对位置以及相对于目标位置的相对位置的同时控制行驶。

如上所述，本发明的可安装在移动体100上的位置检测装置1的绝对位置运算单元8能够对坐标系中的绝对位置进行运算处理，其中该坐标系以移动体100所移动的环境内的预先决定的地图的特定地点为原点。从该绝对位置运算单元8获得的绝对坐标能够输出到移动体100的显示单元30的显示装置31上。由此，能够在移动体100的显示单元30中配备的显示装置31上显示移动体100的绝对位置(X、Y坐标)和移动体100的绝对角度，能够进行到目的地的路线的显示。

如上所述，本发明将位置检测装置1单元化为组件10，使其能够安装在各种移动体100，从该被安装的位置检测装置1向移动体100输出计算完成后的控制指令，因此位置检测装置1不限定在特定的移动体上，能够安装在多种移动体上。

即，图1中作为移动体示出了自主型移动机器人20，但是例如如图3所示，也能够将位置检测装置1作为组件10安装在作为移动体的称为AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引车)的无人输送车50上，这种情况下，如果变更为向组装在无人输送车50中的行驶控制机构22输出控制指令21，能够容易地控制无人输送车50的行驶和转向角，以无轨道的方式将无人输送车50沿规定路径控制引导到目的地。由此，在改变无人输送车50的路径的情况下，无需变更形成为路径的引导线A的设置而仅需变更目的地的设定，即能够简单地改变无人输送车50的路径。

图4表示应用于沿路径A移动的无人输送车50时的实施例。与图1不同之处在于从输入单元6输入到位置检测装置1的信息仅为目标位置Xg、Yg而不输入目标角度θg。目标角度θg在目标角度运算单元81中利用目标位置Xg、Yg计算。例如，通过下式求取目标点G2的目标角度θg2。

θg2＝tan^－1{(Yg2－Yg1)/(Xg2－Xg1)}

即，计算从前一个目标点G1到目标点G2的线段的斜率(倾斜度)。由此，能够减少从输入单元6输入的信息。进一步地，如图5所示，通过设定目标点G0～Gn能够确定无人输送车50行驶的路径A。

然后，在图4的相对位置运算单元7中计算到目标点的相对距离dx、dy和相对角度dθ这一点与图1相同，而在将其输入到路径偏差运算单元82这一点不同。

向目标点G4行驶时的无人输送车50处于如图5所示的状态时，由于与路径A的位置偏差d相当于与目标点G4的相对距离dy，能够通过选择其来求取位置偏差d。此外，由于相对于路径A的角度偏差γ相当于相对角度dθ，所以选择其作为角度偏差γ输出。对其通过向无人输送车50的行驶控制机构22输出控制指令21来实现与以往的无人输送车相同的控制。由于不需要以往的设置在现场的磁性带或标记等而仅需替换位置检测装置1，就能够以相同的控制方法使无人输送车行驶，因此有能够构筑具有灵活性的系统的优点。

此外，如图6所示，如果应用于作为移动体的例如医院内康复等用途的看护用步行器60(手动型移动体)，从绝对位置运算单元8向看护用步行器60中设置的显示装置31显示自身的绝对位置，在沿预先指定的路线接受看护用步行器60的辅助下步行的情况下，能够显示看护用步行器60的行进方向，沿该设定的路线引导用户。由此，能够利用显示装置31视觉地将用户引导到目的地的同时辅助步行。

在这种情况下，看护用步行器60配备用于行驶的动力是安全上的问题。虽不详细地进行说明，不过能够在自走的车轮上配备编码器，用于根据来自相对位置运算单元的控制指令监视是否在自走(自动行驶)。此外，在要向与目的不同的方向行驶时也能够发挥制动力。

进一步地，如图7所示，在应用于作为移动体的驾驶者所驾驶的自走式叉车70的情况下，如果从绝对位置运算单元8向叉车70上设置的显示装置31输出信息，则能够在工厂、物流仓库等中向驾驶者显示叉车70前进的方向，沿预先设定的路线进行引导。

如上所述，在本发明中将位置检测装置1单元化为组件10，能够安装在自主式、自走型、手动型等各种移动体上，通用性良好，并且位置检测装置1自身也不需要用于控制移动体的行驶驱动系统的结构，因此也能够使结构简化。

Claims (9)

1.一种移动体，其特征在于：

具有输入移动体的移动目标位置的输入单元和测量从该移动体到周围环境的距离的距离传感器，

安装有位置检测装置，该位置检测装置内置有：位置识别单元，其利用该移动体所处的周围环境的地图信息和从该距离传感器获得的信息来识别该移动体的位置和角度；和相对位置运算单元，其计算该移动体相对于通过所述输入单元设定的该移动体的目标位置和目标角度的相对位置和相对角度，基于所述位置识别单元的识别结果和所述相对位置运算单元的运算结果，向该移动体的行驶控制机构输出控制指令。

2.如权利要求1所述的移动体，其特征在于：

所述输入单元和所述距离传感器内置于所述位置检测装置中。

3.如权利要求1所述的移动体，其特征在于：

所述位置检测装置具有绝对位置运算单元，其通过输入单元输入地图原点的地图绝对坐标，利用该地图绝对坐标计算所述移动体的绝对位置和绝对角度。

4.如权利要求3所述的移动体，其特征在于：

所述位置检测装置将所述绝对位置运算单元的运算结果输出到用于显示所述移动体的位置的显示装置。

5.一种位置检测装置，其特征在于：

权利要求1所述的移动体是被称为AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引车)的无人输送车，所述位置检测装置构成为向该无人输送车的行驶控制机构输出来自安装于该无人输送车的位置检测装置的所述相对位置运算单元中的控制指令。

6.一种位置检测装置，其特征在于：

权利要求1所述的移动体是作为手动型移动体的看护用步行器，所述位置检测装置构成为在显示装置上显示来自安装于该看护用步行器的所述位置检测装置的所述绝对位置运算单元中的该看护用步行器自身的绝对位置信息。

7.一种位置检测装置，其特征在于：

权利要求1所述的移动体是叉车，所述位置检测装置构成为在显示装置上显示来自安装于该叉车的所述位置检测装置的所述绝对位置运算单元中的该叉车自身的绝对位置信息。

8.一种位置检测装置，其特征在于，包括：

输入移动体的移动目标位置和目标角度的输入单元；

位置识别单元，其利用从测量该移动体到周围环境的距离的距离传感器获得的信息和周围环境的地图信息来识别该移动体的位置和角度；和

计算该移动体相对于所述目标位置和所述目标角度的相对位置和相对角度的相对位置运算单元，

输出所述位置识别单元的识别结果和所述相对位置运算单元的运算结果。

9.一种位置检测装置，其特征在于，包括：

输入移动体的目标路径的输入单元；

位置识别单元，其利用从测量该移动体到周围环境的距离的距离传感器获得的信息和周围环境的地图信息来识别该移动体的位置和角度；和

计算该移动体相对于所述目标路径的相对距离和相对角度的相对路径运算单元，

输出所述位置识别单元的识别结果和所述相对路径运算单元的运算结果。