JP2006107027A - 無人搬送車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 車両本体の横方向偏差yeとヨー角偏差φeとに基づいて求められる走行ライン上での移動速度VLから前後方向偏差xeを求め、これらの偏差に従って車両本体に対する進行速度指令値ur、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrを求める。そしてこれらの指令値と、推定横行速度および推定旋回速度とに従って追従制御に必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る操舵角δy,δpを求めて、前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する。
【選択図】 図1
Description
この種の無人搬送車は、例えば走行距離センサ、操舵角センサおよび姿勢角センサ(ジャイロ)を備え、これらの各センサにより検出される自車の走行位置データと前記走行ラインのデータとから、前記走行ラインに沿って走行する為の目標姿勢角を求めて操舵制御するように構成される。この際、算出した目標姿勢角に達するまで、予め設定した走行距離毎に徐々に角度が変化する姿勢角指令を求めて操舵制御することで、積載重量に拘わることなく安定した走行を実現することが提唱されている(例えば特許文献1を参照)。
(a) 前記走行ラインに対する車両本体の横方向偏差ye、ヨー角偏差φe、および走行速度Vをそれぞれ検出する検出手段と、
(b) 前記車両本体の走行速度Vを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度VLを求める射影手段と、
(c) 前記車両本体に対する目標速度udの積分値と前記車両本体の移動速度VLの積分値との差から前記走行ライン方向の前後方向偏差xeを求める距離差検出手段と、
(d) 前記車両本体の横方向偏差ye、ヨー角偏差φe、前後方向偏差xe、および前記目標走行速度udとから、前記車両本体に対する進行速度指令値ur、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrをそれぞれ求める指令値演算手段と、
(e) 前記横方向偏差yeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定する横行速度推定手段と、
(f) 推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとに基づいて前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する操舵制御手段と
を具備したことを特徴としている。
車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差yeおよびヨー角偏差φeと、前記車両本体の走行速度Vとをそれぞれ検出し(検出手段a)、前記横方向偏差yeとヨー角偏差φeとに基づいて前記車両本体の走行速度Vを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度を求めると共に(射影手段b)、この移動速度の積分値と目標速度udの積分値との差から前記車両本体の前記走行ライン方向における前後方向偏差xeを求める(距離差検出手段c)。
ur=ud・cosφe+Kx・xe
νr=Ky・ud・ye
γr=Kp・ud・sinφe
但し、Kx,Ky,Kpはそれぞれ正の制御ゲイン
として一義的に求める(指令値演算手段d)。
尚、上記車両本体の旋回速度γについては、例えば前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径R0と前記車両本体の走行速度Vとから推定(旋回速度推定手段g)するようにすれば良い。そして横行速度と旋回速度γとから操舵角δf,δrを決定するに際しては、例えば横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を[0]とする第1の操舵角δyを求める(第1の演算手段h)と共に、旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を[0]とする第2の操舵角δpを求め(第2の演算手段i)、これらの第1および第2の操舵角δy,δφから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを、
δf=0.5δp+δy , δr=−0.5δp+δy
としてそれぞれ求めるようにすれば良い。そしてこれらの各操舵角δf,δrに従って前記前輪および後輪をそれぞれ操舵すると共に、前記進行速度指令値urに従って前記車両本体の走行速度Vを制御するようにすれば良い。
尚、重量物搬送用の車両には、前輪および/または後輪をその前後方向にタンデム配列した、いわゆる多軸輪型のものもある。しかしタンデム配列された車輪については、等価的に1つの車輪(1軸)として捉えることができるので、ここでは多軸輪型の車両を含めて4輪操舵型の車両として説明する。また左右一対の前輪WFL,WFRおよび/または左右一対の後輪WRL,WRRをその車軸に複数の車輪を同軸に重ねて装着した、いわゆるダブルタイヤ等として実現する場合もある。これらの多重に装着された複数の車輪についても等価的に1つの車輪として看做すことができるので、ここでは多重に装着された車輪を含めて前輪および後輪として説明する。
<制御系の全体構成>
図4は走行制御部5によって構築される無人走行車の全体的な制御系の構成を示している。
ur=ud・cosφe+Kx・xe
νr=Ky・ud・ye
γr=Kp・ud・sinφe
としてそれぞれ一括して求めるように構成される。
<車両姿勢の推定処理>
車両本体1に設けられた前後一対のセンサ4f,4rは、前述したように車両本体1の幅方向に複数の磁気センシング素子を所定のピッチpで直線状に配列したものからなる。そしてこれらの磁気センシング素子の内、図3に示すように走行ライン(磁気ライン)Lに対向する部位に位置付けられた磁気センシング素子だけが該走行ラインLからの磁力を受けてその出力を変化させる。従ってセンサ4f,4rを構成する複数の磁気センシング素子の各出力を所定の閾値で弁別すれば、走行ライン(磁気ライン)L上に位置付けられた磁気センシング素子だけが走行ライン検出信号を出力することになる。
e={(iL+iR)−(N+1)}・p/2
として算出することが可能となる。つまり磁気センシング素子の配列ピッチpの半分の分解能で前記走行ラインLの中心線の位置eを検出することができる。また前記センサ4f,4rが車両本体1の中心軸を中心として左右対称に設けられているものとすれば、上述した如く検出される走行ラインLの中心線の位置eは、取りも直さず車両本体1の前記走行ラインLからの横方向へのずれ量を示すことになる。この結果、前後一対のセンサ4f,4rにて車両本体1の前輪側および後輪側における前記走行ラインLからの横方向へのずれ量ef,erがそれぞれ求められることになる。
ye=(ef+er)/2
として幾何学的に求めることが可能となる。
φe=tan-1{(ef−er)/LS}
として求めることができる。
<移動距離の推定>
ところで上述した如く求めた横方向偏差yeとヨー角偏差φeとに従って操舵制御しながら車両本体1を走行させた場合、その制御系の構成によっては操舵の追従遅れ等に起因して、例えば図6にその概念を示すように走行ラインLに対して車両本体1の走行軌跡が破線aとして示すように蛇行したり、或いは走行ラインLの曲がりに対してアンダーステア(二点鎖線b)やオーバーステア(一点鎖線c)を生じて、その走行軌跡が走行ラインLからずれることがある。このような走行ラインLに対する蛇行やずれを生じながら車両本体1が走行した場合、例えば車輪径とその回転数とにより求められる車両本体1の走行距離と、走行ラインLに沿った車両本体1の実質的な移動距離との間にずれが生じることが否めない。この為、車両本体1の走行距離に応じて該車両本体の停止位置を制御すると、目標停止位置に至る前に車両本体1が停止すると言う不具合が生じる。
VL=V・cosφe
として求めることができる。
ΔS=(R+ye)・γ・Δt
として表すことができる。また微小時間Δtにおける旋回運動による移動量は、直進運動による移動量に等しいと看做し得るので、微小時間Δtに車両本体1が進む距離ΔSは
ΔS=V・Δt
としても表すことができる。従って図8に示すように走行ラインLから偏差yeのずれをもって旋回する車両本体1の走行速度Vを上記走行ラインL上に射影することで走行ラインL上での移動速度VLを、
VL=R・γ=V−ye・γ
であると推定することが可能となる。
<追従制御指令>
ところで走行ラインLに沿って車両本体1を走行させるには、前述した走行ラインLに対する車両本体1の横ずれ量を示す横方向偏差yeと、車両本体1の向き(角度)のずれ量を示すヨー角偏差φeとに従って、これらの横方向偏差yeおよびヨー角偏差φeをそれぞれ[0]とするように前記速度制御部2および操舵制御部3を用いてその走行速度と操舵角とをそれぞれ制御することが必要である。
ur=ud・cosφe+Kx・xe
γr=γd+ud(Ky・ye+Kp・sinφe)
として求めている。但し、上記udは目標進行速度であり、またγdは目標旋回速度である。またKx,Ky,Kpは、それぞれその制御ゲインである。しかし車両本体1の絶対位置とその向きを[x,y,φ]を取得するには、例えばジャイロ等の方位センサや、GPS(全方位測位システム)等の位置検出センサが必要となり、その構成が複雑化することが否めない。
ur=ud・cosφe+Kx・xe
νr=Ky・ud・ye
γr=Kp・ud・sinφe
としてそれぞれ一括に求めることが可能となる。
<操舵角の決定>
ところで上述した横行指令νrおよび旋回速度指令γrに基づいて横行速度と旋回速度とを制御するには、操舵角を制御することが必要である。即ち、或る速度で走行している状態において操舵すれば、その走行速度に応じた横行速度と旋回速度とが生じることは自明であり、逆に所望とする横行速度と旋回速度とを得るには、操舵角を決定することが必要である。
δf=(δFL+δFR)/2
δr=(δRL+δRR)/2
なる関係が成立する。換言すれば上記操舵角の関係が成立する場合、4輪操舵型の車両(無人搬送車)を上述した二輪モデルとして捉えることができる。
δp=δf−δr
δy=(δf+δr)/2
なる関係を満たすように、前輪側および後輪側の各操舵角δf,δrを決定すれば良い。そこで速度制御器40においては、走行ラインLを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得るための操舵角成分δp,δyが求められたならば、これらの各操舵各成分δp,δyに従って
δf=0.5δp+δy
δr=−0.5δp+δy
として前輪側および後輪側の各操舵角δf,δrをそれぞれ決定している。
<旋回速度の推定>
ところで走行ラインLを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る制御系は、一般的には図10に示すようにPI(比例・積分)制御系にて構成される。具体的には指令横行速度(横行指令νr)が決定されたならば、そのときの車両本体1の実横行速度νとの偏差Δνを求め、この偏差Δνを[0]とする操舵指令値(制御値)δyを求めるようにすれば良い。同様に指令旋回速度(旋回速度指令γr)が決定されたならば、そのときの車両本体1の実旋回速度γとの偏差Δγを求め、この偏差Δγを[0]とする操舵指令値(制御値)δpを求めるようにすれば良い。
νr=Ky・ud・ye
γr=Kp・ud・sinφe
として求めることができる。また車両本体1の実横行速度νについては、前述した走行ラインLに対する車両本体1の横方向偏差yeの変化から推定することが可能である。しかし車両本体1の実旋回速度γについては、例えばヨーレートセンサを用いない限り計測することは困難である。
R1=Wf/sinδ
R0=R1cosδ=Wf・cosδ/sinδ
として示される。但し、Wfは車両の前後方向における中心点Oから前輪までの距離(ホイールベース長の半分)である。尚、上式において[sinδ]にて除する項は、操舵角δが小さい程その旋回半径が大きく、操舵角δが[0]ならば、旋回半径は無限大、つまり直進運動であることを示している。
γ=V/R0
として推定することができる。尚、このようにして旋回速度γを推定する場合には、内輪の操舵角δが必要となる。この操舵角δについては、例えば車輪を操舵するシリンダのストローク長から求めるようにしたり、ストローク長指令に適当な制御遅れ要素を加味して求めるようにすれば良い。また或いは前述したセンサ4f,4rの出力から旋回速度γを計算しても良いことは言うまでもない。
<制御ゲインの調整>
ところで前述した旋回速度γは車両本体1の走行速度Vに依存する。具体的には低速走行時に比較して高速走行時には、同じ操舵角であっても旋回速度γが早くなる。即ち、或る操舵角および走行速度で1秒間に車両本体1が旋回し得る角度が明らかである場合、その走行速度が2倍になれば、当然のことながら車両本体1が1秒間に旋回する角度も2倍となる。
<変形例>
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばこの実施形態においては、走行ラインLに対する車両本体1の横方向偏差yeおよびヨー角偏差φeを、前後一対の磁気センサ4f,4rにて求められる前輪側および後輪側のすれ量ef,erから算出するようにしたが、ジャイロ等を用いて求められる車両本体1の地表座標に対する絶対角と走行ラインLの向きを示すデータとからヨー角偏差を求めたり、またGPSを用いて検出される地表座標位置と走行ラインLの座標データとから、その横方向偏差を算出するようにしても良い。
また4輪操舵型の無人搬送車において前輪WFL,WFRおよび後輪WRL,WRRを同相に操舵した場合等、車両本体1は走行ラインLに対して斜めに走行し、前輪側および後輪側のセンサ4f,4rの一方が走行ラインL上から脱線することがある。この場合には、例えば脱線したセンサ4f,4rの出力を無視し、同相操舵による斜行だけが行われるようにその走行を制御すれば良い。具体的には一方のセンサ4f(4r)の出力だけを用い、他方のセンサ4r(4f)については上記一方のセンサ4f(4r)と同じ値(ずれ量)を出力しているものと看做すことで、ヨー角偏差φeが存在せず、同相操舵による斜行だけが行われるようにすれば良い。
b 射影手段
c 距離差検出手段
d 指令値演算手段
e 横行速度推定手段
f 操舵制御手段
g 旋回速度推定手段
h 第1の演算手段(第1の操舵角δy)
i 第2の演算手段(第2の操舵角δp)
L 走行ライン
1 車両本体
2 速度制御部
3 操舵制御部
4f,4r センサ(磁気センサ)
5 走行制御部
10 センサ処理部
20 デッドレコニング処理部
30 軌道追従速度指令生成器
40 速度制御器
Claims (5)
- 前輪および後輪をそれぞれ操舵し、路面に設定された走行ラインに沿って走行駆動される無人搬送車であって、
前記走行ラインに対する車両本体の横方向偏差ye、ヨー角偏差φe、および走行速度Vをそれぞれ検出する検出手段と、
前記車両本体の走行速度Vを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度VLを求める射影手段と、
前記車両本体に対する目標速度udの積分値と前記車両本体の移動速度VLの積分値との差から前記走行ライン方向の前後方向偏差xeを求める距離差検出手段と、
前記車両本体の横方向偏差ye、ヨー角偏差φe、前後方向偏差xe、および前記目標走行速度udとから、前記車両本体に対する進行速度指令値ur、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrをそれぞれ求める指令値演算手段と、
前記横方向偏差yeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定する横行速度推定手段と、
推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとに基づいて前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する操舵制御手段と
を具備したことを特徴とする無人搬送車。 - 前記走行ラインは、路面に敷設された磁気ラインであって、
前記車両本体の横方向偏差yeおよびヨー角偏差φeは、前記車両本体に設けられた前後一対のライン型磁気センサにてそれぞれ検出される前記車両本体の前輪側および後輪側における前記磁気ラインからの幅方向のずれ量ef,erからそれぞれ求められるものである請求項1に記載の無人搬送車。 - 前記射影手段は、前記車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差yeおよびヨー角偏差φeに基づいて前記車両本体の走行速度Vを前記走行ライン上に射影するものである請求項1に記載の無人搬送車。
- 前記操舵制御手段は、前記前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径R0と前記車両本体の走行速度Vとから該車両本体の旋回速度γを推定する旋回速度推定手段を備え、
前記横行速度推定手段にて推定した横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を[0]とする第1の操舵角δyを求めると共に、前記旋回速度推定手段にて推定した旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を[0]とする第2の操舵角δpを求め、
これらの第1および第2の操舵角δy,δpから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定して前記前輪および後輪をそれぞれ操舵するものである請求項1に記載の無人搬送車。 - 前記第1および第2の操舵角δy,δpをそれぞれ求める演算手段は、前記車両本体の走行速度Vに応じて前記第1および第2の操舵角δy,δpに対する制御ゲインを変更するものであって、
前記車両本体の走行速度Vが予め設定された定速走行速度V0以下の場合には、一定の制御ゲインの下で前記第1および第2の操舵角δy,δpをそれぞれ求め、
前記車両本体の走行速度Vが前記定速走行速度V0を越える場合には、前記走行速度Vが大きくなるに従って小さく設定される制御ゲインの下で前記第1および第2の操舵角δy,δpをそれぞれ求めるものである請求項4に記載の無人搬送車。
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