JP2006004204A - Automatic traveling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走行物体を自動走行させるシステムに関するものである。 The present invention relates to a system for automatically running a traveling object.
自動走行させるためには、走行物体の位置や方向を検出し、これらのデータと、目的とする走行データとを演算してモータなどを制御する必要がある。
この位置や方向の情報を得るために、図12のようにマトリックス状に導線を引き、これに交流電流を流し、走行物体に設けられた2個のピックアップコイルでこの電流を検出し、走行物体の位置ならびに向きを検出していた。しかしながら線をマトリックス状に張り巡らすにはコストや作業に大きな問題があった。
In order to obtain information on the position and direction, a conducting wire is drawn in a matrix as shown in FIG. 12, an alternating current is passed through this, and this current is detected by two pickup coils provided on the traveling object. The position and orientation were detected. However, there are significant problems in terms of cost and work to stretch the lines in a matrix.
解決しようとする問題点は、導線を使用したマトリックスなどのようなフィールド構造体を使わずに走行物体の向きと位置等の情報を得て目的に添った走行をさせることである。 The problem to be solved is to obtain information such as the direction and position of the traveling object without using a field structure such as a matrix using a conducting wire, and to travel according to the purpose.
本発明は、赤外線などの無線信号の直線飛来性などを利用し、固定側に設けた少なくとも送信または受信するポートと走行物体に設けた送受信センサーの組み合わせにより、互いの相対角度を検出してそのデータをもとに計算して走行物体の向きを制御することにより実現している。 The present invention utilizes the linear flight characteristics of radio signals such as infrared rays, and detects the relative angle of each other by combining at least a transmission or reception port provided on the fixed side and a transmission / reception sensor provided on a traveling object. This is achieved by calculating based on the data and controlling the direction of the running object.
本発明によれば、固定側ポートと走行物体の間で送受信し無線信号の飛来方向などを検出することにより走行物体を自動走行またはプログラムコントロールすることが可能になる。しかもフィールド自体を特殊な構造にする必要が無く、また走行物体を自動、手動適宜切り替えなども可能で、自動格納や、充電設備への自動セットなどが可能になる。 According to the present invention, the traveling object can be automatically traveled or program-controlled by transmitting and receiving between the fixed side port and the traveling object and detecting the flying direction of the radio signal. In addition, the field itself does not need to have a special structure, and the traveling object can be automatically or manually switched as appropriate, and can be automatically stored or automatically set in the charging facility.
自動走行させるための最小の構成は、実施例2に示すように固定側で走行データなどを送信し、同時に放射方向を特定でき、走行物体側で受信し、同時に飛来方向を特定でき、受信レベルで距離データを得て、演算し、走行制御をする方法である。 As shown in the second embodiment, the minimum configuration for automatic traveling is to transmit traveling data and the like on the fixed side, simultaneously specify the radiation direction, receive on the traveling object side, and simultaneously specify the flying direction, and the reception level In this method, distance data is obtained, calculated, and run control is performed.
図1(a),(b)は2つの赤外線ポートを使い、走行物体1との間で信号を送受して、走行物体1の向きと位置座標を得る原理を示す。また、信号のタイミング図を図4に示す。
図1(a)で走行物体1はフィールド2の上に置かれていて、フィールドの外の点Pと点Qの位置にそれぞれ赤外線ポート10,11がある。点Pを原点とし、点PからQに引いた線をX軸、点Pから縦に引いた線をY軸とする。また赤外線ポート10には、フィールド全体を赤外線で照らす発光素子4と、受信した赤外線の飛来方向を検出する受光センサー7がついている。他方、赤外線ポート11には、受信した赤外線の飛来方向を検出する受光センサー8だけが付いている。
FIGS. 1A and 1B show the principle of obtaining the direction and position coordinates of the
In FIG. 1A, the
ポート10の発光素子4から赤外線が発射され、走行物体1の受光センサ5にあたる。受光センサ5は図5に示すように4個の受光素子からなり、その4つの出力を計算することにより、赤外線の飛来角θを知ることができる。つぎに、走行物体1の発光素子6から赤外線が放射されると、ポート10の受光センサ7がそれを受光し、同様にそれを計算して飛来角γを得る。
Infrared rays are emitted from the
情報γは赤外線にのせて走行物体1に送信されると、走行物体1ではθとγが得られ、図1の走行物体1の固定座標に対する向きφ=θ+γを得る。
図1(b)で、走行物体1の発光素子6から赤外線が放射されるとポート11の受光センサ8も動作して、飛来角δを得る。このδも赤外線にのせて送信すると、走行物体1は、θ,γのほかδも得ることになる。ここで発光素子6の位置の点Cからx軸に引いた垂線との交点をMとすると、図から明らかなように角PCM=δ、角MCQ=γとなる。
When the information γ is transmitted to the
In FIG. 1B, when infrared rays are emitted from the
ここで点PとQの間の距離をL、点Pと点Mとの距離をxとする。また点Cと点Mの距離はyである。
この関係を数式であらわすとつぎのようになる。
y=x/tanδ (式1)
y=(L−x)/tanγ (式2)
Here, the distance between the points P and Q is L, and the distance between the points P and M is x. The distance between point C and point M is y.
This relationship can be expressed as follows:
y = x / tan δ (Formula 1)
y = (L−x) / tan γ (Formula 2)
この方程式をxについて解くと
x=L・tanδ/(tanδ+tanγ)
式1に代入すると
y=L/(tanδ+tanγ) (式3)
Solving this equation for x: x = L · tan δ / (tan δ + tan γ)
Substituting into
となり、走行物体1の位置座標(x、y)が(式1)と(式3)のようにL、δ、γで表わすことが出来る。また走行物体1の向きφも求まっているので、進むべき方向をもとめて、走行物体1の向き制御をすることにより、任意の曲線に沿って自動走行させることが可能になる。
この場合、x、yともにLに比例することになるので、同じプログラムで走行させても、Lを調整することにより走行経路を任意に拡大縮小させることができる特徴がある。
Thus, the position coordinates (x, y) of the
In this case, since both x and y are proportional to L, there is a feature that the travel route can be arbitrarily enlarged or reduced by adjusting L even if the vehicle is driven by the same program.
図2は走行図を側面から見た図である。
また、図3は走行物体1のブロック図である。4個の受光素子21,22,23,24の出力はセレクタスイッチ25で選択され、可変増幅器27で適度な増幅をされ、検波器28で検波される。コード信号は波形成形された後、S/P変換されてコマンドとしてマイクロプロセッサ32に採りこまれる。定められたタイミングで検波出力には無変調信号が取り込まれ、受光素子の選択と合わせ、A/Dコンバータ31でレベルを検出し、受光入力信号の強さが求められる。そしてそれを演算することによって赤外線の飛来方向を知ることが出来る。
FIG. 2 is a side view of the traveling diagram.
FIG. 3 is a block diagram of the
図5(a)(b)は4個の受光素子の例のそれぞれ平面図と側面図である。
走行物体1の向きの変更はPWMドライバ33、34を通して左右のモータ35,36の回転速度を違えることにより行い、走行速度の変更は左右同時に回転速度を増減することにより行う。
5A and 5B are a plan view and a side view, respectively, of an example of four light receiving elements.
The direction of the
図4は、信号のタイミングの例を示す。コンピュータシステム40が全体のコントロールを行い,それぞれの走行物体1にアドレス、コマンドを送る。その次に飛来方向検出用の無変調信号を送る。走行物体1はそのタイミングでセレクタスイッチ25の走査をしてθを得る。次に走行物体1は自分の発光素子6から無変調信号を送出する。そしてそのタイミングでポート側は受光センサ7、8を通じてγとδを得る。また必要に応じ、走行物体はθを固定側に送る。θ、γ、δを得ることによりコンピュータシステムは走行物体1の位置情報、向き情報を得て、走行に必要なモータ制御のコマンドを送る。
FIG. 4 shows an example of signal timing. The
走行物体の位置と向きを検出する別の例を図6に示す。図6(a)は平面図であり、図6(b)は側面図である。ポート50の上部に発光部51があって内部に8個の発光素子52a,52b,...,52hが放射状にならんでいる。この8個の発光素子から放射される信号は、図7に示す。発光素子52a,52b,...,52hは図7の(a),(b),....,(h)である。アドレス、コマンド、無変調信号までは共通であり、最後のs0,s1,....,s7はそれぞれのタイミングで発せられる。
Another example of detecting the position and orientation of the traveling object is shown in FIG. FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a side view. There is a light emitting portion 51 at the top of the
アドレスは走行物体の識別アドレスであり、コマンドはそのアドレスにたいする命令であり、無変調信号は走行物体が赤外線の飛来方向θを検出するために使用される信号である。次のs0,s1,....,s7は信号自体は無変調信号であるが、順に時間をずらして放射するため、受光側では、図7(i)のように信号の大きさが変化する。そしてこれを計算することにより走行物体の受光センサーの位置の方向γを検出することが出来る。 The address is an identification address of the traveling object, the command is a command for the address, and the non-modulated signal is a signal used by the traveling object to detect the direction of incidence of infrared rays θ. The following s0, s1, ..., s7 are unmodulated signals, but they are emitted in sequence in order of time, so the signal magnitude changes on the light receiving side as shown in Fig. 7 (i). To do. And by calculating this, the direction γ of the position of the light receiving sensor of the traveling object can be detected.
飛来方向θの検出は実施例1と同じ方法で求めることが出来る。さらに、この無変調信号の信号レベルは8個の発光素子が同時に発射しているので、概ね方向γに無関係に一定の光線密度で照射されている。そしてたて横同じように広がるとすれば、走行物体1の受光センサーの受ける赤外線の大きさはポート50からの距離Lの2乗に逆比例することが推測できる。
The detection of the flying direction θ can be obtained by the same method as in the first embodiment. Further, the signal level of the unmodulated signal is emitted with a constant light density regardless of the direction γ since eight light emitting elements are simultaneously emitted. If it spreads in the same horizontal direction, it can be estimated that the magnitude of infrared rays received by the light receiving sensor of the traveling
そして、γに対する光線密度のむらなどを含めて実測データをもとめておくことにより、走行物体1の受光レベルを求め、そのデータから、距離Lを求めることができる。
ここで距離Lと角度γが求まっているので図6のようにxy座標を定義したとすると次の式でx、yが求められる。
x=L・cosγ (式4)
y=L・sinγ (式5)
Then, by obtaining actual measurement data including the unevenness of the light density with respect to γ, the light reception level of the traveling
Here, since the distance L and the angle γ are obtained, if xy coordinates are defined as shown in FIG. 6, x and y are obtained by the following equations.
x = L · cosγ (Formula 4)
y = L · sinγ (Formula 5)
またγとθが求まっているので
φ=γ+θ (式6)
φはx軸に対する走行物体1の方向であり、固定軸に対する走行物体1の向きということになる。
式4と式5から、走行物体1の位置座標(x,y)が求まり、式6から走行物体1の向きがわかることになるので、走行物体1を任意にプログラム走行させることが可能になる。
Since γ and θ are obtained
φ = γ + θ (Formula 6)
φ is the direction of the traveling
Since the position coordinates (x, y) of the traveling
この例の場合、固定のポート側は赤外線の発光のみで、走行物体1の側は受光センサーのみとなり、構成が単純になる利点がある。
In the case of this example, the fixed port side only emits infrared light, and the traveling
図8は実施例2の距離データを測定するために鉛直方向に向いた受光素子62を備え、水平方向の受光素子21、22、23、24の出力と比較することにより、仰角κを得て、これから距離Lは、
L=H・cotκ (式7)
で求まる。ただしHは、ポート50の発光素子51の高さと、走行物体1の受光センサーの高さの差である。
FIG. 8 includes a light receiving element 62 oriented in the vertical direction to measure the distance data of the second embodiment, and the elevation angle κ is obtained by comparing with the outputs of the
L = H · cotκ (Formula 7)
It is obtained by However, H is the difference between the height of the light emitting element 51 of the
図9(a)は図6のシステムのポート50にジョイスティックをつけたものを、一つの操縦器3のなかに収納した例をしめす。この場合、ポートからの赤外線放射領域は180度以内であり、発光部15の発光素子の数も半分以下になる。このように構成することにより、操縦器3は走行物体1を操縦すると同時に、いろいろな機能ボタンをつけることにより、一連の動作をひとつのボタン操作で行わせるなどいわゆるインテリジェントな操縦システムとなる。
またこの操縦器3に受動操作部のみの操縦器3kを繋いで図9(b)のような二人用のインテリジェント操縦システムをつくることが出来る。
FIG. 9A shows an example in which a joystick attached to the
Further, an intelligent control system for two persons as shown in FIG. 9B can be made by connecting a controller 3k having only a passive operation unit to the
図10は、4台の走行物体1a,1b,1c,1dをひとつのフィールド上で操縦するゲーム機の例である。ポート10とポート11がフィールドの外にあり、電線で結ばれた操縦器16a,16b,16c,16dがフィールドの外のへりに取り付けられていて四人の操縦者はこれで各々の走行物体を各々のジョイスティックを使って操縦する。コンピュータシステム40は、これらの情報をもとにポート10の発光素子4を通して4台の走行物体に走行のコマンドを送信する。
走行物体は、バッテリーを積んでおり、ゲームの終了毎に各々の充電場所に行って充電する。充電場所に入って行くためには、進入角度や走行経路は、精度が必要になるため通常のポートからの制御では難しい。
FIG. 10 shows an example of a game machine that controls four traveling objects 1a, 1b, 1c, and 1d on one field.
The running object is loaded with a battery, and is charged by going to each charging place at the end of the game. In order to go into the charging place, the approach angle and the traveling route require accuracy, and it is difficult to control from a normal port.
充電場所の構造を図11に示す。2つの充電電極18と中心線から左右に向きを変えて設置された発光素子17aと17bからなる。走行物体1が充電場所に近づくと通常の制御モードから、進入モードに変る。そうすると、発光素子17a,17bは、交互に信号が送出する。受光センサーはこれを捕らえて飛来方向θと中心線からのずれδを得る。角度δが0ならばθ=0になるように走行物体1の向きを制御するが、δが0で無い場合は、その大きさによってθの大きさを決め、走行物体1の向きを制御する。
The structure of the charging place is shown in FIG. It consists of two charging
このようにすると、走行物体1は、中心線からのずれを補正しながら進み、精度よく制御されて充電装置に進入することができる。
充電装置から出る場合も、精度良く中心線に沿って出て行くように制御すればこじるような心配がなく、安全に脱出できる。
図11(b)は2つの発光素子17a,17bからの赤外線を受光素子5が受光した場合の横軸をδとしたときの、感度特性であり、(c)は2つの曲線の差の曲線である。
これを参照してθを決めることになる。
If it does in this way, the traveling
Even when exiting the charging device, if it is controlled so that it exits along the center line with high accuracy, there is no fear of messing, and it is possible to escape safely.
FIG. 11B shows sensitivity characteristics when the horizontal axis when the
With reference to this, θ is determined.
1 走行物体
2 フィールド
3 操縦器
4 発光素子
5 受光センサー
6 発光素子
7 受光センサー
8 受光センサー
10 ポート
11 ポート
50 ポート
51 発光素子群
52 発光素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記走行物体から見た前記無線ポートの方向θと、前記無線ポートから見た前記走行物体位置の方向γと、前記走行物体と前記無線ポート間の距離Lと、を検出し、Lとγから前記走行物体の位置情報を求め、φ=γ+θから走行物体の向き情報を求め、前記位置情報と前期向き情報に基づいて前記走行変更手段を駆動することを特徴とする走行制御システム。 A traveling control system that uses a traveling object having a traveling change means and a wireless port that constitutes a system that detects a wireless signal propagation direction between the traveling object,
A direction θ of the wireless port viewed from the traveling object, a direction γ of the traveling object position viewed from the wireless port, and a distance L between the traveling object and the wireless port are detected. A travel control system that obtains position information of the traveling object, obtains orientation information of the traveling object from φ = γ + θ, and drives the travel changing means based on the position information and the previous direction information.
前記走行物体から見た第一無線ポートの方向θと、前記第一無線ポートから見た前記走行物体の方向γと、前記走行物体から見た前記第二無線ポートの方向δと、を検出し、前記第一無線ポートと第二無線ポートの距離Lと前記γと前記δと前記θに基づいて演算し、前記走行変更手段を駆動することにより走行制御をおこなわせることを特徴とする走行制御システム。 A traveling control system that uses a traveling object having a traveling change means and at least two wireless ports that detect a wireless signal propagation direction between the traveling object,
The direction θ of the first wireless port viewed from the traveling object, the direction γ of the traveling object viewed from the first wireless port, and the direction δ of the second wireless port viewed from the traveling object are detected. The travel control is calculated based on the distance L between the first wireless port and the second wireless port, the γ, the δ, and the θ, and the travel change means is driven to perform the travel control. system.
前記走行物体は前記無線信号伝播方向検出手段の相手局である無線ポートを含む定められたエリア内では、定められた走行線に沿うように走行制御されることとを特徴とする走行制御システム。 A traveling object that has traveling means and wireless signal propagation direction detection means, and that drives the direction changing means based on the direction detected by the wireless signal propagation direction direction detection means;
The travel control system according to claim 1, wherein the travel object is travel-controlled along a predetermined travel line in a predetermined area including a wireless port which is a counterpart station of the wireless signal propagation direction detecting means.
前記走行物体は命令を受けると、前記無線信号伝播方向検出手段の相手局である無線ポートに近づくように制御され、その間に、定められた走行誘導信号を検出すると、前記走行誘導信号に沿って走行するように走行制御されることとを特徴とする走行制御システム。
A traveling object that has traveling means and wireless signal propagation direction detection means, and that drives the direction changing means based on the direction detected by the wireless signal propagation direction detection means;
When the traveling object receives a command, the traveling object is controlled to approach a wireless port that is a counterpart station of the wireless signal propagation direction detecting means, and when a predetermined traveling guidance signal is detected during that time, along with the traveling guidance signal A travel control system characterized in that travel control is performed so as to travel.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004180373A JP2006004204A (en) | 2004-06-18 | 2004-06-18 | Automatic traveling system |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010043990A (en) * | 2008-08-14 | 2010-02-25 | Fujitsu Ltd | Radar system control method, radar system, moving object, and transmitting/receiving apparatus |
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WO2023080152A1 (en) * | 2021-11-04 | 2023-05-11 | 英之 吉川 | Direction detector, object being steered, steering instrument, and distance detector |
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2004
- 2004-06-18 JP JP2004180373A patent/JP2006004204A/en active Pending
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