JP2000298518A - 無人搬送車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 無人搬送車の走行ルートに沿った方向での位
置を目標位置と比較し、走行モータにＰＤ制御を加え
る。また走行ルートから垂直な方向への変位に対して、
目標変位０として、ステアリングへの第１の制御量を決
定する。無人搬送車の向き（ヨー角）に対して、目標の
ヨー角を走行ルートのやや前方の点から求めて、ステア
リングへの第２の制御量を決定する。第１と第２の制御
量を加算し、ステアリングモータにＰＩＤ制御を加え
る。 【効果】 無人搬送車の位置と姿勢とを簡単に正しく制
御でき、円弧を走行する場合でも、ルートから外側に軌
跡が膨らむことが少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は無人搬送車の走行制御に
関し、特に操舵角の制御（ステアリング制御）に関す
る。

【０００２】

【従来技術】無人搬送車は工場や倉庫等を自律的に走行
するもので、レーザースキャナで周囲の建物等に設けた
基準マーク（リフレクタ）を認識し、あるいはＣＣＤカ
メラで周囲の画像を撮影し、現在位置を認識する。また
無人搬送車には、走行ルートに沿って設けた磁気誘導線
等からの信号で誘導されるものもある。いずれの場合
も、無人搬送車は現在位置や車体の姿勢、速度等の状態
を、これらに対する目標値と比較し、フィードバック制
御を加える。

【０００３】しかしながら、これらの制御は一般にはか
なり複雑な制御で、例えばファジー制御等が行われてい
る。無人搬送車の制御での第２の問題として、高速でカ
ーブを切る際に、走行ルートから外側に外れた軌跡を取
りやすいことや、姿勢がふらつきやすいことがある。

【０００４】

【発明の課題】この発明の基本的課題は、ＰIＤ制御や
ＰＤ制御等の簡単な制御で、無人搬送車のステアリング
制御を行うことにある（請求項１〜３）。請求項２，３
の発明での追加の課題は、高速でカーブを切る際に、無
人搬送車の軌跡が走行ルートから外側に外れることを抑
制し、かつこの際の姿勢のふらつきを防止することにあ
る。

【０００５】

【発明の構成】この発明の無人搬送車は、走行制御とス
テアリング制御とを行うようにした無人搬送車であっ
て、走行ルートからほぼ直角な方向への変位を解消する
ための第１の制御量を求めるための手段と、目標姿勢か
らの車体の姿勢のずれを解消するための第２の制御量を
求めるための手段と、第１の制御量と第２の制御量とを
加算して、ステアリング制御を行うための第３の制御量
を求めるための手段とを設けたことを特徴とする。第１
の制御量や第２の制御量は、例えばＰＤ制御やＰＩＤ制
御等で求める。

【０００６】好ましくは、円弧状の走行ルートに対し
て、無人搬送車の現在位置よりも走行ルート前方での車
体の目標姿勢に基づいて、第３の制御量を補正するため
の補正手段を設ける。この補正手段は、言い換えると、
現在の位置で定まる目標姿勢よりも、第３の制御量の位
相を走行ルートに沿って進ませるための手段である。

【０００７】この補正手段は例えば、走行ルートの曲率
に応じた補正値を発生し、第１及び第２の制御量と得ら
れた補正値とを加算して、第３の制御量を求めるものと
する。曲率に応じた補正値の発生はオープンループ制御
でも、無人搬送車の実際の曲率あるいは曲率を近似した
値と、目標曲率との相違に基づくフィードバック制御の
いずれでも良い。

【０００８】補正手段は例えば、少なくとも円弧状の走
行ルートの開始部と終了部とに対して、円弧に入る前の
位置で、円弧部での車体の目標姿勢を目標姿勢とし、円
弧から出る前の位置で、円弧から出た後の直線部等での
車体の目標姿勢を目標姿勢とするものとする。またこの
構成をやや一般化すると、補正手段は例えば、円弧状の
走行ルートに対して、現在位置よりも前方の位置での車
体の目標姿勢を目標姿勢として第２の制御量を求めるこ
とにより、第３の制御量を補正するものでも良い。

【０００９】

【発明の作用と効果】請求項１の発明では、走行制御と
ステアリング制御とを分離し、ステアリング制御に関す
る、現在の状態の目標からのずれを、走行ルートからほ
ぼ直角な方向への変位と、目標姿勢からの車体の姿勢の
ずれの２種類に分解する。これらの変位や姿勢のずれ
は、無人搬送車の現在位置やその方位を認識して、現在
位置付近での走行ルートと比較すれば容易に求めること
ができる。そして第１の制御量と第２の制御量の加算値
で、ステアリング制御を行えば良く、制御が簡単であ
る。また第１の制御量や第２の制御量は、ＰＤ制御やＰ
ＩＤ制御等の線形制御等で、簡単に求めることができ
る。そして実施例で示すように、このような簡単な制御
で、円弧部を除き、無人搬送車を正確に走行ルートに沿
って走行させることができる。

【００１０】請求項２，３の発明では、現在位置よりも
走行ルート前方の位置での目標姿勢を加味するように、
第３の制御量を補正する。このため円弧上を走行する場
合、車体の目標姿勢に、より前方の地点での目標姿勢、
即ち車体前方がより円弧の中心側を向いた姿勢が加味さ
れることになる。このため車体の姿勢には、現在位置で
の目標姿勢よりも円弧の内側を向くように制御が加わ
る。一方円弧上を走行する場合、車体の目標姿勢が絶え
ず円弧の内側へと変化するため、常にステアリングが遅
れ気味となる。そこで、現在位置よりも前方の目標姿勢
を加味することにより、ステアリングの遅れを補正でき
る。この結果、無人搬送車の軌跡が円弧から外側に膨ら
むことを抑制できる。また、ステアリングが遅れるため
に過制御になり、円弧部への入り口や出口等で、無人搬
送車が蛇行することを防止できる。

【００１１】

【実施例】図１〜図８に実施例を示す。図１に無人搬送
車２の底面を示すと、４は車体で、６，６は前輪、８，
８は後輪、１０，１２はそれぞれ走行モータ、１４，１
６はそれぞれステアリングモータである。なおここでは
４輪駆動かつ４輪操舵の無人搬送車２を示したが、これ
に限るものではない。またステアリングモータ１４，１
６を設ける代わりに、各車輪６，６，８，８に例えば直
結するようにモータを接続して、回転数の差によりステ
アリングをしてもよい。その場合、図２（後述）の制御
量Ｈを各モータに均等に加え、制御量Ｆ1＋Ｆ2を左右の
車輪に対して正負を反転して加えればよい。無人搬送車
２の座標は、車体の中心等に設けた基準点ＰのＸＹ平面
（水平面）等での座標として表し、その姿勢は車体４の
長手方向が固定の座標軸に対して向くヨー角θとして定
める。

【００１２】図２に実施例での無人搬送車２の制御系を
示す。１８はレーザスキャナで、走行ルートの周囲に貼
り付けたリフレクタ等を認識する。レーザスキャナ１８
に代えて周囲の風景を撮影するためのＣＣＤカメラ等を
用いても良く、無誘導で自律的に現在位置を認識する無
人搬送車が特に重要である。２０は現在位置認識部で、
レーザースキャナ１８からの信号により現在位置と車体
の姿勢（ヨー角θ）を認識し、２２は走行ルートを記憶
したレイアウトマップで、目標位置や目標の姿勢を出力
する。

【００１３】２４は走行制御部で、走行ルート方向に沿
った座標ｒと目標座標ｒ0とを入力され、ＰＤ制御（比
例・微分制御）等により、走行モータ１０，１２への制
御量を出力する。走行制御部２４で得られる制御量Ｈは
例えば式(1)のようになる。 Ｈ＝Ｋ1・（ｒ0−ｒ）＋Ｋ2・（ｖ0−ｖ） (1) Ｋ1，Ｋ2は定数、ｒ0は目標位置で、ｖ0は目標速度、
ｒ，ｖは現実の位置と速度である。

【００１４】２６は変位制御部で、走行ルートに対して
ほぼ直角な方向での、走行ルートからの現在位置の変位
ｄを入力され、ｄが０になるようにＰＤ制御等で第１の
制御量Ｆ1を発生する。２８はヨー角制御部で、車体の
姿勢θ（ヨー角）に対して、走行ルートによって定まる
目標の姿勢θ0との差に基づくＰＩＤ制御（比例・積分
・微分制御）等により、第２の制御量Ｆ2を発生する。
変位ｄやヨー角θの微分や積分は、変位制御部２６やヨ
ー角制御部２８で行う。３０は加算部で、第１の制御量
Ｆ1と第２の制御量Ｆ2とを加算して第３の制御量とし、
一対のステアリングモータ１４，１６を制御する。変位
制御部２６に対して目標変位は絶えず０であり、その制
御は例えば式(2)で表される。またヨー角制御部２８に
対して、その制御は例えば式(3)で表される。そしてＰ
Ｄ制御やＰＩＤ制御は線形制御であり、加算部３０で第
１の制御量Ｆ1と第２の制御量Ｆ2を加算するので、ステ
アリングモータ１４，１６への制御は全体として線形制
御となる。 Ｆ1＝Ｋ3・ｄ＋Ｋ4・ｖd (2) Ｋ3，Ｋ4は定数、ｖdは変位の変化率である。 Ｆ２＝Ｋ5・（θ0−θ）＋Ｋ6・ω＋Ｋ7・θ (3) Ｋ5，Ｋ6，Ｋ7は定数、ωは角速度でθの微分である。

【００１５】図３に変位ｄや姿勢のずれΔθ等の定め方
を示すと、４０は走行ルートで、一方通行である。変位
ｄは図のように、無人搬送車２の基準点Ｐから走行ルー
ト４０へと下ろした垂線の足の長さ等として定め、目標
となるヨー角θ0を垂線の足の位置での走行ルート４０
の接線方向等として定め、現実のヨー角θとの差をΔθ
とする。なお直線区間では目標のヨー角θ0は一定であ
る。

【００１６】図４に変位ｄへの制御量Ｆ1と、ヨー角θ
への制御量Ｆ2の合成を示す。加算部３０で第１の制御
量Ｆ1と第２の制御量Ｆ2とを加算することは、変位ｄと
ヨー角θとに対して、それぞれ独立に目標値からの誤差
が０となるように制御量を発生させて、これらの制御量
を加算することである。今図４の下から上へ垂直に走行
ルートが向いており、変位ｄの初期値は０でなく、ヨー
角θも目標値θ0からずれているものとする。実施例で
は変位ｄとヨー角θとに対して、それぞれ独立にこれら
の値の目標値からのずれが０になるように制御量を決定
するので、変位ｄに対して中央の鎖線矢印の制御が加え
られる。またヨー角θに対して左側の鎖線矢印の制御が
加えられる。なお図４において、個々の矢印の向きは車
体の向きを示し、多数の矢印が全体として軌跡を示すも
のとする。加算部３０はこれらの制御量を加算するの
で、無人搬送車２の実際の軌跡や姿勢は、図４の右側の
実線の矢印で示される。そして図４から明らかなよう
に、変位ｄに対する制御とヨー角θとを加算すれば、ヨ
ー角の目標値からの誤差を０にし、変位ｄを０にするよ
うに、制御できる。そして実施例では、走行制御とステ
アリング制御とを分離でき、ステアリング制御を変位に
対する制御とヨー角に対する制御に分離して処理できる
ので、制御は簡単である。

【００１７】図５に、円弧状の走行ルートでの軌跡の膨
らみを示す。無人搬送車２が走行ルート４０中の円弧状
の区間を走行しているものとし、例えば点Ｐ1で無人搬
送車２が走行ルート４０の直上にあって変位ｄが０で、
ヨー角θも円弧の接線方向を向いているものとする。図
２の実施例では、この状態で加算部３０の出力は０とな
る。ここから無人搬送車２が微少距離だけ前進して位置
Ｐ2に達すると、無人搬送車２は走行ルート４０からｄ
だけ外側に変位し、ヨー角θもΔθだけ外側を向いてい
る。そしてこれを打ち消すように制御を加えるが、制御
が達成された際には、走行ルート４０は無人搬送車２か
ら見てさらに内側にカーブしており、再び無人搬送車２
の軌跡が走行ルート４０の外側に膨らむことになる。こ
のため、円弧部では無人搬送車２の軌跡は走行ルートの
外側に膨らみ易い。そして軌跡が走行ルートから外側に
外れるのを防止するため、変位ｄやヨー角θに対するフ
ィードバック制御のゲインを大きくすると、過制御とな
り無人搬送車２が蛇行しやすい。

【００１８】図６は、円弧部を蛇行せずに走行ルート４
０に沿って走行するための実施例を示し、図２の実施例
との違いは、曲率制御部３２とスイッチ３４とを追加し
たことである。曲率制御部３２はＰＤ制御やＰＩＤ制御
を行うものとし、目標値として円弧部での曲率（曲率半
径Ｒの逆数）等を入力し、曲率に対応する実際の値とし
てω／ｖ（ωは無人搬送車２の角速度で、ｖは走行ルー
ト４０方向に沿った速度）等を入力する。なおω／ｖに
代えて単にωを入力しても良いが、ω／ｖは無人搬送車
２の速度に依存しない量で、曲率も速度に依存しないた
め、正確な制御を行うことが出来る。曲率制御部３２で
の制御はＰＤ制御等の線形フィードバック制御が好まし
いが、ω／ｖを入力せずに、オープン制御としても良
い。スイッチ３４は曲線区間（円弧状区間）でのみオン
するスイッチで、曲線区間か否かはレイアウトマップ２
２で判断する。曲率制御部３２での制御量Ｆ3は例えば
式(4)で定まる。 Ｆ3＝Ｋ8・（１／Ｒ−ω／ｖ）＋Ｋ9・ω／ｖ＋Ｋ10・ω／ｖ (4) Ｋ8，Ｋ9，Ｋ10は定数、ωは角速度、ｖは無人搬送車の
速度である。

【００１９】ｓはレイアウトマップ２２からスイッチ３
４への制御信号である。スイッチ３４を設けるのは、直
線区間で曲率制御部３２を動作させると、曲率の目標値
が０なため、第１の制御量や第２の制御量を弱めるよう
に補正量が加わり、ステアリングへの制御不足となりが
ちだからである。なおスイッチ３４を設けず、全区間に
渡って曲率の制御を行っても良い。そして図６の実施例
の場合、変位制御部２６からの第１の制御量Ｆ1とヨー
角制御部２８からの第２の制御量Ｆ2と曲率制御部３２
からの第３の制御量Ｆ3を加算部３０で加算して、ステ
アリングモータ１４，１６を制御する。

【００２０】図７は図６の実施例をより一般化した実施
例を示す。図６の実施例において、曲率を制御すること
は、ω／ｖの目標値を０とせず、ヨー角θが絶えず変化
することを円弧部での目標値とすることである。そして
ヨー角θの目標値を絶えず変化させることは、ヨー角θ
に対して、現在位置での走行ルートに応じた目標値θ0
ではなく、現在位置よりも所定距離前進した位置での、
走行ルートに応じたヨー角θｆを目標とすること、に等
しい。ここでθｆは、現在位置に対して一定の距離だけ
前進した位置での目標姿勢を用いても良く、あるいは無
人搬送車２の速度の可変範囲が広い場合、現在位置ｒに
距離ａｖを加算した位置（ａは定数、ｖは無人搬送車の
速度）での目標姿勢を用いても良い。

【００２１】図７において、３６は遅れ補正部で、レイ
アウトマップ２２の現在位置での接線方向で定まる目標
ヨー角θ0ではなく、それよりも所定の距離前方の走行
ルートでの接線方向から定まるヨー角θｆを目標値とし
て、ヨー角制御部２８に入力する。ただしこの記法は制
御信号の意味を示すためのもので、実際にはレイアウト
マップ２２から、現在位置から走行ルート４０への垂線
の足の位置よりも、所定の距離前方の位置の姿勢を目標
姿勢θfとして出力する。

【００２２】図８に、図６の実施例や図７の実施例での
無人搬送車２への制御を示す。図６の実施例の場合、無
人搬送車２−１の目標姿勢は、走行ルート４０の接線方
向で定まるものに、曲率に応じた補正を加えたものとな
る。このため図８のように、無人搬送車２−１の姿勢が
接線方向を向いている場合、ステアリングモータ１４，
１６には、車体前方の向きを円弧の内側に向けるステア
リングが加わる。このため円弧部を蛇行せずにかつ走行
ルートから外側にはみ出さずに走行できる。

【００２３】しあｋし図６の実施例の場合、走行ルート
４０の円弧部の開始点で軌跡がルートの外側に膨らみ、
円弧部の終了点で軌跡が走行ルートの内側に寄るという
問題が生じる。これは実際に円弧部に入るまでは、無人
搬送車２に対して直線走行が目標とされ、直線部から円
弧部への移り変わりでステアリングが遅れるためであ
る。また円弧部から直線部への移り変わりで、円弧部で
は絶えず円弧の内側へ向けてステアリングするように曲
率による補正が加わるため、円弧部の終了直後にステア
リング過剰となり、走行ルートの内側に寄るためであ
る。

【００２４】これに対して図７の実施例の場合、ヨー角
θの制御に対して、走行ルートの先読みが働き、ステア
リングの遅れが解消される。例えば図８の無人搬送車２
−２の場合、円弧部の入り口付近で無人搬送車２−２に
与えられる目標姿勢θｆは、走行ルート４０の接線方向
よりも内側にシフトしたものとなっており、円弧部に入
るよりもやや手前からステアリングが開始される。この
ため、円弧部への入り口で軌跡が外側に膨らむことがな
い。また同様に円弧部の出口では、出口のやや手前から
直線走行を目標とするステアリングが加わるため、円弧
部の出口で軌跡が走行ルートの内側に寄ることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の無人搬送車の底面図

【図２】 実施例での無人搬送車の制御系を示す図

【図３】 走行ルートからの無人搬送車の変位ｄとヨー
角θの定め方を示す図

【図４】 実施例での、変位ｄ単独への制御とヨー角θ
単独への制御と、これらの双方（ｄ，θ）への合成制御
との関係を示す図

【図５】 円弧部での、走行ルートの外側への無人搬送
車の軌跡の膨らみを示す図

【図６】 第２の実施例での、曲率を加味した無人搬送
車の制御系を示す図

【図７】 第３の実施例での、遅れ補正を加味した無人
搬送車の制御系を示す図

【図８】 第２の実施例の無人搬送車２−２や、第３の
実施例の無人搬送車２−３での、ステアリング制御を示
す図

【符号の説明】

２ 無人搬送車 ４ 車体 ６，６ 前輪 ８，８ 後輪 １０，１２ 走行モータ １４，１６ ステアリングモータ １８ レーザースキャナ ２０ 現在位置認識部 ２２ レイアウトマップ ２４ 走行制御部 ２６ 変位制御部 ２８ ヨー角制御部 ３０ 加算部 ３２ 曲率制御部 ３４ スイッチ ３６ 遅れ補正部 ４０ 走行ルート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行制御とステアリング制御とを行うよ
   うにした無人搬送車であって、走行ルートからほぼ直角
   な方向への変位を解消するための第１の制御量を求める
   ための手段と、目標姿勢からの車体の姿勢のずれを解消
   するための第２の制御量を求めるための手段と、前記第
   １の制御量と第２の制御量とを加算して、前記ステアリ
   ング制御を行うための第３の制御量を求めるための手段
   とを設けたことを特徴とする、無人搬送車。
2. 【請求項２】 円弧状の走行ルートに対して、無人搬送
   車の現在位置よりも走行ルート前方での車体の目標姿勢
   に基づいて、前記第３の制御量を補正するための補正手
   段を設けたことを特徴とする、請求項１の無人搬送車。
3. 【請求項３】 前記補正手段が走行ルートの曲率に応じ
   た補正値を発生し、前記第１及び第２の制御量と前記補
   正値とを加算して、前記第３の制御量を求めることを特
   徴とする、請求項２の無人搬送車。