JP2006123071A

JP2006123071A - 自動走行装置

Info

Publication number: JP2006123071A
Application number: JP2004314144A
Authority: JP
Inventors: Kiyoyuki Hosoda; 清之細田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】種々の環境において、安定した自動走行を可能とする自動走行装置を提供する。
【解決手段】テープ検出ユニット１０の高周波発振形の接近センサー１１〜１３を用いて、路面９に設置されたアルミテープ８を検出し、走行方向を制御する自動走行装置１を提供する。高周波発振形の接近センサーは、５〜１０ｍｍ前後の距離で、アルミテープ８の有無を精度良く検出する。したがって、路面の下に埋設された鉄筋や、昼夜の照度の相違などにより誤動作することなく、アルミテープ８に沿って、安定して自動走行装置１の走行方向を決定することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定のルートに沿って自動的に走行する自動走行装置に関するものである。

特開２００１−１９８７７７号公報には、工場の床面に磁気テープを貼り付けて、磁気テープ検出センサーでその磁気テープを検出する自走台車が開示されている。また、磁気テープ検出センサーの代わりに、発光部と受光部とを含む光学センサーでアルミ箔テープを検出する自走台車についても示唆されている。
特開２００１−１９８７７７号公報

磁気テープを検出しながら走行する自走台車の１つの問題は、多くの工場においては磁気センサーで検出されてしまう異物が多いことである。自走台車が走行する部分から、鉄粉や、鉄くずなどを除去することにより誤動作を防止できるが、コンクリート製の床面においては、内部に鉄筋が埋設されていることが多く、この影響を除去することは難しい。自走台車用に床を作り直すことで解決できるかもしれないが経済的ではない。

一方、光学センサーでアルミ箔テープを検出する方法は、鉄筋などの影響を受けない点でメリットがある。しかしながら、光学センサーの精度は照度によって大きく変化する。したがって、昼夜で調整が必要になったり、照度の異なる領域を行き来させることは難しい。さらに、アルミ箔が汚れたりするとトレースできないので、メンテナンスにも手間がかかる。

そこで、本発明においては、床に埋設された鉄筋などに影響されず、また、照度の変化にも影響されずに、自走させることができる自動走行装置を提供することを目的としている。

このため、本発明においては、高周波発振形の接近センサーにより金属箔テープを検出して誘導するタイプを採用する。すなわち、本発明の自動走行装置は、ボディーと、このボディーを路面の上で駆動する走行手段と、高周波発振形の第１の近接センサーを複数備え、それらの第１の近接センサーにより、路面の金属製テープに対する左右方向の位置を判断するテープ検出ユニットと、左右方向の位置の判断に基づき、走行方向を金属製テープの延びた方向に向ける走行制御装置とを有する。

高周波発振形の接近センサーは、発振回路を構成する検出コイルに、金属が近づくと渦電流が発生して、電磁誘導作用によって検出コイルのインピーダンスが変化し、それにより、高周波で発振していた発振回路が発振できなくなり発振レベルが低下することを利用している。したがって、アルミニウム箔（以降ではアルミ箔）などの非磁性の金属製テープを走行制御用のテープとして利用できる。さらに、接近センサーは極めて近接した状態で金属製テープを検出するので、床下に埋設されている金属に影響されたり、金属製テープの周囲に散乱しているかもしれない金属物に影響されることはなく、所望の金属製テープを検出できる。また、渦電流の影響を検出するので、照度や金属製テープの汚れなどにも影響されることなく金属製テープを検出し、その金属製テープをトレースして走行制御することができる。

さらに、高周波発振形の接近センサーは、個々の発振周波数を変えることにより、複数の接近センサーを接近して配置しても精度が低下することを防止できる。このため、テープ検出ユニットにより、少なくとも２つの接近センサーを用いて路面の金属製テープに対する左右の位置を判断することが容易であり、その判断に基づいて、走行制御装置により走行手段を制御したり、舵取り用の車輪を制御することにより、走行方向を金属製テープの延びた方向に向けることができる。

接近センサーは、それ自体を床面に近接した状態に保持しないと、金属製テープを実際に検出しているのかいないのかが担保されない。したがって、テープ検出ユニットをボディーに対して上下方向に独立して路面から支持するガイドを有することが望ましい。ガイドは、床面を滑るようなタイプでも良く、また、床面を走行する車輪であっても良い。床面の細かな上下変動に対してもテープ検出ユニットの高さをできる限り一定に保持することが望ましく、ガイドが車輪であれば、車輪の径は十分に小さいことが望ましい。このように、テープ検出ユニットの路面に対するガイドを、ボディーを路面に対して支持する車輪と独立させることにより、路面の凹凸とテープ検出ユニットとの間隔をより精度良く維持することが可能となる。

自動走行装置は、安全のため、テープ検出ユニットが金属製テープを検出できないときは、自動的に停止する。したがって、自動走行装置を停止したい位置において、金属製テープがテープ検出ユニットから検出されないようにすることで、自動走行装置を制御できる。例えば、金属製テープを分断しておくことが可能である。しかしながら、テープ検出ユニットが金属製テープを検出できないと、再スタートするときは、テープ検出ユニットが金属製テープを検出できる位置まで作業員が押すなどの操作を行なう必要がある。そこで、本発明においては、テープ検出ユニットに、金属製テープの左右のいずれか一方の側で、金属製テープから所定の距離離れた位置にある非磁性の金属箔を検出する第２の接近センサーを設け、走行制御装置は、金属箔が検出されると走行を停止するようにしている。金属製テープを分断することなく、自動走行装置を自動停止できるので、再スタートするときは、その位置から金属製テープに沿って次の停止位置まで作業員の手を借りずに自動走行できる。

自動走行装置のボディーは、荷物を搭載する台車部と、他の台車を牽引する牽引装置とを備えている。牽引装置を設けることにより、自車だけではなく、複数の台車を共に金属製テープに沿って自動走行させることができ、大量の荷物を運搬できる。

また、走行開始および走行停止を指示する操作パネルは、左右両面あるいは前後両面に操作面を備えていることが望ましい。操作パネルを、左右あるいは前後の２方向から操作できるので、自動走行装置の停止位置において、作業員は、自動走行装置のいずれの側でも作業を行なえる。

本発明の自動走行装置においては、テープ検出ユニットの高周波発振形の接近センサーを用いて、路面に設置されたアルミニウム箔製のテープ（以降ではアルミテープ）などの非磁性の金属テープを検出し、走行方向を制御する。高周波発振形の接近センサーは、５〜１０ｍｍ前後の距離で、アルミテープの有無を精度良く検出する。したがって、路面の下に埋設された鉄筋や、昼夜の照度の相違などにより誤動作することなく、アルミテープに沿って、安定して自動走行装置の走行方向を決定することができ、種々の環境において、安定した自動走行を可能とする自動走行装置を提供することができる。

図１に、本発明の自動走行装置１の概要を側面図により示してある。また、図２に、自動走行装置１を上方から見た様子を示してある。本例の自動走行装置１は、自走台車であり、ボディー２０と、このボディー２０を路面の上で駆動する走行ユニット３０と、路面９に貼られたアルミ箔テープ（以降ではアルミテープ）８を検出するテープ検出ユニット１０と、操作パネルを兼ねた走行制御ユニット４０とを有する。本例のボディー２０は、走行ユニット３０などを支持するシャーシ２１と、シャーシ２１を支持する車輪２５と、シャーシ２１の上に組み立てられた台車部２２と、他の台車２９を牽引するための牽引装置２３とを備えている。台車部２２は、上方に長方形に延びたフレーム２４で構成されており、塗装用の部品をフレーム２４に吊り下げて搭載することができるようになっている。牽引される台車２９も同様に、車輪２５と、フレーム２４と、さらに他の台車を牽引するための牽引装置２３を備えており、部品をフレーム２４に吊り下げた状態で搭載して運搬できると共に、さらに他の台車を牽引することができる。

自動走行装置１のシャーシ２１の下方には、前方（進行方向）５から、左右２つの障害物センサー３９ａおよび３９ｂと、テープ検出ユニット１０と、走行ユニット３０と、走行ユニット３０の駆動電源となる左右のバッテリー３８ａおよび３８ｂとを備えている。走行ユニット３０は、それぞれ直流モータ３１ａおよび３１ｂと、直流モータ３１ａおよび３１ｂにそれぞれ直結された駆動車輪３２ａおよび３２ｂとを備えている。走行制御ユニット４０は、テープ検出ユニット１０によって検出されたアルミテープ８の延びた方向に沿うように、左右の直流モータ３１ａおよび３１ｂの回転数を制御することにより、走行ユニット３０の向きを変え、自動走行装置１の走行方向を制御する。さらに、テープ検出ユニット１０が、アルミテープ８の右側に貼られたアルミ箔７を検出すると、走行制御ユニット４０は、左右の直流モータ３１ａおよび３１ｂを停止して、自動走行装置１を停止する。

操作パネルを兼ねた走行制御ユニット４０は、右側の操作面４１ａと、左側の操作面４１ｂとを備えており、同じ機能を操作できるスイッチ類４２〜４７が配置されている。まず、操作面の下側には、電源オンスイッチ４２、スタートスイッチ４３、ストップスイッチ４４が配置されている。その上には、左右の操作面４１ａおよび４１ｂに共通のブザー４５が配置されている。その上には、バッテリーチェックボタン４６が配置され、その上に、左右のバッテリーチェックのＬＥＤ４７ａおよび４７ｂが配置されている。したがって、作業員は、自動走行装置１の左右のいずれの方向からもこれらのスイッチを操作して、自動走行装置１を制御できる。さらに、走行制御ユニット４０の側面には、図示されていないが、バッテリー３８ａおよび３８ｂを充電するためのコンセントも用意されている。

図３ないし図６に、自動走行装置１の前方５の構成を幾つかの方向から示してある。なお、これらの図に示した構成は説明のための概要であり、細かな構造、例えば、補強部材の一部、ボルトナットなどを省いて示している。図３に示すように、シャーシ２１の前方には、走行ユニット３０が、ベアリング３６により左右方向に旋回できるように取り付けられている。図４に示すように、走行ユニット３０は、左右の駆動タイヤ３２ａおよび３２ｂと、それぞれの駆動タイヤ３２ａおよび３２ｂを駆動する直流モータ３１ａおよび３１ｂと、直流モータ３１ａおよび３１ｂを支持する下部サポート３５ｂと、下部サポートを支持する上部サポート３５ａとを備えており、上部サポート３５ａがシャーシ２１に対しベアリング３６により、水平な左右方向に回転するように取り付けられている。上部サポート３５ａおよび下部サポート３５ｂとは、水平方向に延びたピン３５ｃにより取り付けられている。したがって、下部サポート３５ｂは、シャーシ２１に対して垂直な左右方向に若干の角度だけ旋回できるようになっている。このため、路面９が左右に傾いているときに、下部サポート３５ｂだけを旋回して駆動タイヤ３２ａおよび３２ｂを路面９に接地させることが可能であり、台車部２２をそれほど傾けずに、駆動タイヤ３２ａおよび３２ｂを路面９に密着させ、十分な駆動力を得ることができる。

上部サポート３５ａの前方５には、左右の上部サポート３５ａを中心方向に引っ張る、弾性力のそれほど強くないバネ３４が取り付けられている。このため、走行ユニット３０の走行方向は、バネ３４によりそれほど強くない力で中心に向くようになっている。したがって、直流モータ３１ａおよび３１ｂの相互の回転数を変えれば、走行ユニット３０の走行向きを制御でき、また、直流モータ３１ａおよび３１ｂの回転数が略同じであれば、バネ３４により両方の駆動タイヤ３２ａおよび３２ｂが同一方向を向くので、直進できる。

図３に示すように、走行ユニット３０の下部サポート３５ｂの前方に、テープ検出ユニット１０が取り付けられている。図５に、テープ検出ユニット１０を前方から見た様子を示し、図６に、テープ検出ユニット１０を下側、すなわち、路面９の方向から見た様子を示してある。テープ検出ユニット１０は、下部サポート３５ｂに対して、ガイドシャフト１９に沿って上下に動くように取り付けられており、路面９から、ガイドタイヤ１８により支持されている。したがって、テープ検出ユニット１０は、水平の左右方向には、走行ユニット３０と同じ方向を向き、上下方向では、ガイドシャフト１９の範囲で、ガイドタイヤ１８により走行ユニット３０とは独立して路面９から支持されている。テープ検出ユニット１０は、４つの接近センサー１１〜１４が下向きに配置された検出面１５を備えており、ガイドタイヤ１８により検出面１５と路面９との隙間Ｇが５ｍｍ前後あるいはそれ以下になるように保持されている。図示されている接近センサー１１〜１４の配線は簡略のために途中までしか記載していないが、適当な配線により接近センサー１１〜１４の情報は、走行制御ユニット４０に伝達される。

テープ検出ユニット１０を路面９に対して支持するガイドタイヤ１８の直径は、例えば、３０ｍｍ程度であり、直径が１１０ｍｍ程度の駆動タイヤ３２ａおよび３２ｂと比較すると、非常に小さい。したがって、ガイドタイヤ１８により、路面９の凹凸、湾曲あるいは傾斜に対し、精度良く追従してテープ検出ユニット１０の高さを制御し、路面９と検出面１５との隙間Ｇをほぼ一定に保持することができる。したがって、接近センサー１１〜１４は、路面９のアルミテープ８の存在を精度良く検出できる。また、接近センサー１１〜１４は、アルミテープ８に５〜１０ｍｍ程度接近した状況でアルミテープ８の有無を的確に判断する。このため、アルミテープ８から数ｃｍはなれた位置にある他のテープや金属を検出して誤動作したり、路面９の内部の数ｃｍに埋設された金属を検出して誤動作したりすることはなく、安定してアルミテープ８を検出できる。

検出面１５に配置された４つの接近センサー１１〜１４の内、３つのセンサー１１〜１３は、アルミテープ８で路面９に形成されたラインを検出するラインセンサー（第１の接近センサー）である。これらのセンサー１１〜１３から、上方から見て進行方向５に左側に離れた位置にある接近センサー１４は、停止位置を検出する停止センサー（第２の接近センサー）である。これらの接近センサー１１〜１４は、高周波発振形の接近センサーと称されるものである。高周波形の接近センサーは、発振回路を構成する検出コイルに、金属が近づくと渦電流が発生して、電磁誘導作用によって検出コイルのインピーダンスが変化し、それにより、高周波で発振していた発振回路が発振できなくなり発振レベルが低下することを利用し、アルミ箔などの非磁性の金属製テープの存在を精度良く検出できる。このような接近センサーとしては、サンクス（ＳＵＮＸ）社製のＧＬ−１８ＨＬ型センサーなどを用いることができる。これらのセンサーは、１０ｍｍ前後までの距離の範囲内でアルミテープを検出することが可能であり、さらに、異周波タイプを採用することによりセンサー毎に異なる周波数で発振させることができる。このため、複数のセンサーを接近した状態で用いても誤動作することがなく、安定してアルミテープ８を検出することができる。

図７に、本例の自動走行装置１の走行制御ユニット４０において、マイクロコンピュータなどを用いて実行される制御フローを示してある。また、図８に、制御フローの中におけるセンサーの名称を示してある。ステップ５１において、操作パネル４０の電源スイッチ４２がオンになると、ランプを点灯して、次のステップに進む。ステップ５２において、スタートスイッチ４３がオンになると、ステップ５３において、低速モードをセットする。後述するように、走行ユニット３０の直流モータ３１ａおよび３１ｂは、低速モード、中速モードおよび高速モードの３段階に分けて制御できるようになっており、スタートするときは、再スタートであっても、いつでも必ず低速モードからスタートする。次に、ステップ５４において、ストップスイッチ４４がオン、または、ステップ５５において、停止センサー１４が停止用のアルミテープ７を検出してオンであれば、ステップ６９において、走行ユニット３０を停止して、電源を停止し、制御を終了する。したがって、ステップ６９から、制御を開始するときは、ステップ５１に戻って電源をオンするところから再開する。

ステップ５６において、中心のラインセンサーＡ（センサー１１）がオン、ステップ５７において、左側のラインセンサーＢ（センサー１２）がオン、ステップ５８において、右側のラインセンサーＣ（センサー１３）がオンであれば、走行装置１は、アルミテープ８の上にいるので、ステップ５９で直進する。低速モードにおいては、低速で直進する。

ステップ５８で、右側のラインセンサーＣがオフであれば、アルミテープ８は左側にいるので、ステップ６０において走行ユニット３０を左側に向け、走行装置１の走行方向を左側にする。例えば、左側の直流モータ３１ａの回転速度を下げるか、右側の直流モータ３１ｂの回転速度を上げる。ステップ５７において、左側のセンサーＢがオフであり、ステップ６１において、右側のセンサーＣがオンであれば、アルミテープ８は右側にいるので、ステップ６２において、走行ユニット３０を右側に向け、走行装置１の走行方向を右側にする。直流モータ３１ａおよび３１ｂの関係を上記と逆にすれば良い。ステップ６１において、左側のセンサーＢと共に、右側のセンサーＣがオフの場合は、アルミテープ８の検出不良であるので、ステップ６９において、走行ユニット３０を停止して電源をオフする。

ステップ５６において、中央のセンサーＡがオフの場合は、アルミテープ８が大きく左右のいずれかにずれているか、アルミテープ８が検出できないかのいずれかである。まず、ステップ６３において、左側のセンサーＢがオンで、ステップ６４において、右側のセンサーＣがオフであれば、アルミテープ８が大きく左側にシフトしている。このため、ステップ６５において、走行ユニット３０を大きく左に向ける（左左と記載している）。そのためには、直流モータ３１ａおよび３１ｂの速度差を大きくすれば良い。一方、ステップ６４において、右側のセンサーＣがオンの場合は、異常なので、ステップ６９において、走行ユニット３０を停止して電源をオフする。

ステップ６３において、左側のセンサーＢがオフであり、ステップ６６において、右側のセンサーＣがオンの場合は、アルミテープ８が大きく右側にシフトしている。このため、ステップ６７において、走行ユニット３０を大きく右側に向ける（右右と記載している）。そのためには、直流モータ３１ａおよび３１ｂの速度差を大きくすれば良い。一方、ステップ６６において、右側のセンサーＣがオフの場合は、アルミテープ８を完全に検出できていないので、ステップ６９において、走行ユニット３０を停止して電源をオフする。

さらに、ステップ７０において、障害物センサー３９ａまたは３９ｂがオンになると、ステップ７１において、走行ユニット３０を停止する。そして、障害物がなくなると、ステップ５３に戻って、低速モードで走行を開始する。また、ステップ７２において、上記のような制御サイクルが、予め設定された回数Ｔａだけ繰り返されると、ステップ７３において、中速モードが設定され、走行ユニット３０のスピードが上昇する。さらに、ステップ７４において、制御サイクルが、予め設定された回数Ｔｂ（回数Ｔａより多い）だけ繰り返されると、ステップ７５において、高速モードが設定され、走行ユニット３０のスピードがさらに上昇する。したがって、走行の安全が確認されると、本例の自動走行装置１はスピードを自動的に上昇し、アルミテープ８で規定されたルートを走行し、種々の荷物を自動的に搬送する。

このように、本例の自動走行装置１は、テープ検出ユニット１０において、高周波発振形の近接センサー１１〜１３を用いて路面９のアルミテープ８に対する左右方向の位置を判断し、その左右方向の位置の判断に基づき、走行制御ユニット４０により走行ユニット３０を制御し、走行方向５をアルミテープ８の延びた方向に向けることができる。したがって、磁気センサーのように、床に埋設された鉄筋あるいはその他の鉄製品が誤動作の要因となることはなく、また、光学センサーのように、昼夜の明るさの相違や、エリア毎の照度の相違が誤動作の要因になることがない。このため、自動走行装置１は、極めて安定して動作し、アルミテープ８でルートを指定するだけで、それに沿って、荷物を自動的に運搬することができる。

本発明の自動走行装置の概略構成を示す側面図である。図１に示す自動走行装置を上方から示す平面図である。自動走行装置の前方の走行ユニットの付近の構造を示す図である。走行ユニットを走行方向から見た図である。テープ検出ユニットを走行方向から見た図である。テープ検出ユニットを路面方向から見た図である。自動走行装置の制御方法を示すフローチャートである。フローチャートに対応した自動走行装置の制御要素の配置を示す図である。

符号の説明

１自動走行装置
８アルミテープ、９路面
１０テープ検出ユニット、１１〜１４接近センサー
２０ボディー、３０走行ユニット、４０走行制御ユニット

Claims

ボディーと、このボディーを路面の上で駆動する走行手段と、
高周波発振形の第１の近接センサーを複数備え、それらの第１の近接センサーにより、前記路面の金属製テープに対する左右方向の位置を判断するテープ検出ユニットと、
前記左右方向の位置の判断に基づき、走行方向を前記金属製テープの延びた方向に向ける走行制御装置とを有する自動走行装置。
請求項１において、前記金属製テープは非磁性である、自動走行装置。
請求項１において、前記テープ検出ユニットを前記ボディーに対して上下方向に独立して前記路面から支持するガイドを有する自動走行装置。
請求項１において、前記テープ検出ユニットは、前記金属製テープの左右のいずれか一方の側に、前記金属製テープから所定の距離離れた位置にある非磁性の金属箔を検出する第２の接近センサーを備えており、前記走行制御装置は、前記金属箔が検出されると走行を停止する、自動走行装置。
請求項１において、前記ボディーは、荷物を搭載する台車部と、他の台車を牽引する牽引装置とを備えている自動走行装置。
請求項１において、走行開始および走行停止を指示する操作パネルを有し、この操作パネルは、左右両面あるいは前後両面に操作面を備えている、自動走行装置。