JP2009294980A - 走行車及び走行車システム - Google Patents

Abstract

【構成】 走行ルートに沿って間隔を置いて配置されたマークを、走行車の前後方向の位置が異なる少なくとも一対のセンサで検出して、走行車の左右方向のマーク位置を求めることにより、走行ルートに対する向きを求める。一対のセンサの内で先にマークを検出したセンサでの、マークの左右方向位置を記憶し、一対のセンサで検出した各々のマークを識別し、一対のセンサで検出した各々のマークの位置情報を読み出し、位置情報と、一対のセンサで検出した各々のマークの左右方向位置とから、走行車の走行ルートに対する向きを算出する。
【効果】 マークの間隔が一対のセンサの間隔と一致しなくても良いので、マークの設置が容易になる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、走行ルートに沿って設けられたマークを検出して走行する走行車と、そのシステムとに関する。

走行ルートに沿って磁気マークなどのマークを設置し、走行車でマークを検出して走行することが知られている(特許文献１：特開昭６２−１０９１０５,特許文献２：特開昭５９−１３５５１４)。走行車は、車体の幅方向（左右方向）に沿って複数のセンサ要素を配列したセンサを例えば車体の前後に備え、マークを検出すると、センサは車体の幅方向中心線からの距離、即ちマークを検出したセンサ要素の番号を出力する。ここで前後のセンサが同時にマークを検出すると、走行ルートからの偏差が２点で判明するので、走行ルートに対する走行車の機体角度及び横ずれ量が判明する。

発明者は、マークによる走行をクリーンルームなどを走行する無人搬送車に適用することを検討した。クリーンルームの床面にはグレーティングが施されている場合が多く、マークはグレーティングの孔に設置するのが自然である。すると必ずしも所望の位置にマークを設置できず、マーク間の間隔が走行車の前後のセンサの間隔と一致しなくなる。
特開昭６２−１０９１０５ 特開昭５９−１３５５１４

この発明の課題は、マークの設置条件を緩和することにある。

この発明の走行車は、走行ルートに沿って間隔を置いて配置されたマークを、走行車の前後方向の位置が異なる少なくとも一対のセンサで検出して、走行車の左右方向に沿ったマーク位置を求めることにより、走行ルートに対する向きを求めるために、
前記一対のセンサの内で先にマークを検出したセンサでの、マークの左右方向位置を記憶するための記憶手段と、
前記一対のセンサで検出した各々のマークを識別するための手段と、
前記一対のセンサで検出した各々のマークの位置情報を読み出すための読み出し手段と、
前記位置情報と、前記一対のセンサで検出した各々のマークの左右方向位置とから、走行車の走行ルートに対する向きを算出するための算出手段、とを備えている。

好ましくは、前記位置情報はマークの座標であり、前記各々のマークの座標から、マーク間の距離を算出するための距離算出手段、をさらに備えている。
また好ましくは、前記位置情報はマーク間の距離である。
好ましくは、前記一対のセンサの一方が先にマークを検出した後に、所定の走行距離内で他方のセンサがマークを検出した際にのみ、走行車の走行ルートに対する向きを算出する。

またこの発明は、走行ルートに沿って間隔を置いて配置されたマークを、走行車の前後方向の位置が異なる少なくとも一対のセンサで検出して、走行車の左右方向に沿ったマーク位置を求めることにより、走行車の走行ルートに対する向きを求めるようにしたシステムであって、
走行車または地上側のコントローラに、マークの位置情報を記憶するための位置情報記憶手段を設けると共に、
走行車に、前記一対のセンサの内で先にマークを検出したセンサでの、マークの左右方向位置を記憶するための記憶手段と、前記一対のセンサで検出した各々のマークを識別するための手段と、各々のマークの位置情報を位置情報記憶手段から読み出すための読み出し手段と、前記位置情報と前記一対のセンサで検出した各々のマークの左右方向位置とから、走行車の走行ルートに対する向きを算出するための算出手段、とを設けたものである。

この発明の走行車や走行車システムでは、前記一対のセンサの内で先にマークを検出したセンサでの、マークの左右方向位置を記憶すると共に、前記一対のセンサで検出した各々のマークを識別し、前記一対のセンサで検出した各々のマークの位置情報を読み出す。これらのため前記一対のセンサで同時にマークを検出する必要が無い。さらにマークを識別し、マークの位置情報を走行車に記憶したマップやコントローラで記憶したマップなどの記憶手段から読み出すので、マークが所定のピッチで配置されていなくても、正確な位置情報が得られる。

この発明では、マークを前記一対のセンサの間隔と異なる間隔で設置しても良いので、マークの設置が容易になる。また予定の位置と異なる位置にマークを設置した場合でも、マークを取り外して再施工する必要がない。さらに読み出し手段で読み出した位置情報を基準に走行車の向きを定めるので、正確な向きを求めることができる。なお走行車の向きの他に、走行方向位置と左右方向位置を同時に求めても良い。

ここで位置情報としてマークの座標を読み出すと、正確にマーク間の距離を求めることができる。
また位置情報としてマーク間の距離を読み出すと、マーク間の距離を算出する必要がない。
さらに、一方のセンサが先にマークを検出した後に、所定の走行距離内で他方のセンサがマークを検出した際にのみ走行ルートに対する向きを算出すると、走行車の直進からのずれや、所定のステアリング角でのステアリングからのずれなどの影響を小さくできる。またマークの識別も容易な場合にのみ、向きを求めることができる。従って向きの識別の信頼性が増す。

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図４に、実施例の無人搬送車２とそのシステムとを示す。無人搬送車２は図１に示すように、走行制御部４と走行駆動部６並びに位置認識部８を備えている。位置認識部８は、走行ルートに沿って設けられた磁石などから成るマーク２０を検出して、現在位置並びに走行ルートに対する機体角度θを求める。走行制御部４は求めた現在位置と機体角度とに従って走行駆動部６を駆動し、走行駆動部６は、走行モータの回転数やジャイロなどにより、無人搬送車の速度とステアリング角を、走行制御部４並びに位置認識部８へ供給する。１８は地上のコントローラで、無人搬送車２に対して搬送指令を割り付ける。

図２に無人搬送車２での磁気センサ１４,１６の配置を示す。無人搬送車２は前後一対の磁気センサ１４,１６を備え、各センサ１４,１６はホール素子などのセンサ要素を車体の左右方向に沿って配列したものである。なおこの明細書で、幅方向と左右方向は同じもので、車体の走行方向に対する左右などで示し、前後方向は走行方向で、極端な場合、磁気センサ１４，１６は無人搬送車２の前部あるいは後部に前後方向位置を変えて配置しても良い。無人搬送車２は例えば４輪の駆動車輪１０を備え、各々走行モータ１２で駆動される。そして駆動車輪１０と走行モータ１２とで走行駆動部を形成し、例えば４個の走行モータ１２を独立に駆動することにより、ステアリングする。

無人搬送車２の底面の中心P等を基準点とし、その座標(XP,YP)により無人搬送車２の現在位置を表す。また無人搬送車２の車体の長さ方向中心線からの角度θにより、機体角度θを表す。角度θは向きがあり、正及び負の値をとる。センサ１４の左右方向の中心位置をセンサ中心Sとし、センサ１６の左右方向の中心位置をセンサ中心Rとする。そしてセンサ１４,１６でマーク２０を検出した際の、センサ中心からの左右方向のシフトをLF及びLRで表す。LF及びLRには正と負の値があり、正となる方向はセンサ１４,１６で逆である。さらにセンサ１４,１６間の間隔を２・C2とし、C2はセンサ１４と基準点Pの間隔であり、また同様に基準点Pとセンサ中心Rとの間隔である。

図３にマーク２０の配置を示す。マーク２０は走行ルートに沿って配置され、センサ１４,１６間の間隔２・C2とほぼ等しい間隔のマークを、対として検出する。対となる２つのマーク間の間隔をLとし、無人搬送車２の走行方向前方側のマークの座標を(XMF,YMF)、後方のマークの座標を(XMR,YMR)とする。グレーティングを施した床の場合、グレーティングの孔にマーク２０を設置するので、マーク間の間隔Lをセンサ１４,１６間の間隔２・C2と一致させることが難しい。またグレーティング床の場合でなくても、マーク２０を正確に所望の位置に設置するのが難しいので、マーク間の間隔Lはセンサ１４,１６間の間隔２・C2から外れることがある。さらにマーク２１のように、走行ルートから左右方向にシフトした位置にマークを設置することがある。この場合に備えて、前後のマークを結ぶ線と走行ルートとの間の角をφで表す。角φにも正及び負の向きがある。

無人搬送車２に対して、走行ルートに対する機体角の向きをθで表し、センサ中心Sの座標を(XS,YS)で、センサ中心Rの座標を(XR,YR)で表す。またセンサ１４でマークを検出した際の左右方向の検出位置をLFで、センサ１６側でマークを検出した際の左右方向の検出位置をLRで表し、これらには向きがある。

図４に、位置認識部８の構成と動作とを示す。センサ１４でマークを検出すると、マークの検出位置並びに検出時刻TFをメモリ３０に記憶する。同様にセンサ１６でマークを検出すると、検出位置LRと検出時刻TRをメモリ３１に記憶する。検出の時点でセンサ中心Sやセンサ中心Rの現在位置を推定し、マップ３８と照合することによりどのマークを検出したのかを識別し、マークのID等をメモリ３０,３１に記憶してもよい。また検出時刻TF,TR自体は以下の処理では使用せず、実際に用いるのはどちらのセンサが先にマークを検出したかと、２つのマークを検出する間の時差ΔT＝｜TF−TR｜である。

間隔チェック部３２は、走行制御部などから推定現在速度を入力され、マークを検出する間の時差ΔTから距離ΔT×ｖを求め、これが許容値C1以下かどうかを判別する。この距離がC1を超える場合、現在位置や機体角度の算出を行わない。C1は現在位置の認識を行うための許容値で、パラメータ入力部３３から入力し、間隔チェック部３２などで記憶する。また実施例では、時差ΔTの間、無人搬送車は直線走行をしているものと仮定するが、より条件を緩め、角速度が０もしくは一定の角速度で機体角度を変更しつつあるものとしても良い。

走行制御部４では走行駆動部６からのデータで車体中心(基準点P)の位置を絶えず推定し、センサ中心位置推定部３４は、車体中心の推定位置と、パラメータC2からセンサ中心S,Rの現在位置を推定する。マークを検出した位置LF,LR並びに２つのマークの検出時刻の差ΔTがセンサ１４,１６から求まり、センサ中心S,Rの座標を推定できる。

マーク照合部３６はマップ３８から、センサ１４,１６で検出した２つのマークの座標(XMF,YMF),(XMR,YMR)を読み出す。座標(XMF,YMF)は走行方向前方のセンサ１４で検出したマークの座標で、座標(XMR,YMR)は後方のセンサ１６で検出したマークの座標である。マーク照合部３６では、センサ中心の推定位置からLFやLRだけ離れた位置の付近にマークが存在するマークをマップ３８から求める。なおより単純に、無人搬送車２は全てのマークを見落とさずに認識しているものとして、マークの検出個数をカウンタでカウントしても良い。

マップ３８は実施例では無人搬送車２に設けるが、地上に固定のコントローラ１８に設けても良い。その場合、マーク照合部３６も例えばコントローラ１８側に設け、無人搬送車側から図示しない通信手段により、センサ中心位置の推定座標やLF,LRなどを送信して、マークの座標を読み出すようにする。

機体角度算出部４０は、マップでのマークの座標に基づいて前後のマーク間の距離Lを算出する。従ってマーク間のピッチは一定である必要がない。次に (LF＋LR)／L＝sinθ などにより、機体角θを算出する。なおマップ３８にマーク間の距離Liを記載しておくと、距離の算出は不要である。例えばi番目のマークに対し、例えば走行方向前方のセンサで検出された際の、走行方向後方のセンサで検出されるマークとの距離Liを、マップ３８に記載しておく。

センサ中心座標算出部４２は、後で検出した方のマークの座標を用いて、対応するセンサ中心の座標を算出する。実施例ではΔT＝TF−TRとして、ΔT＞０の場合を説明し、これはセンサ１４側が後でマークを検出した場合に対応する。センサ１６側が後でマークを検出した場合、センサ１６の中心位置Rの座標(XMR,YMR)を求める。

図３から分かるように、XS＝XMF−LF・sinθ, YS＝YMF＋LF・cosθ となる。なおセンサ１６でマークを後で検出した場合、 XR＝XMR−LR・sinθ, YR＝YMR＋LR・cosθ となる。センサ１４と機体中心との間隔はC2なので、 XP＝XS−C2・cosθ,
YP＝YS−C2・sinθ となる。なおセンサ１６側のデータを用いる場合、
XP＝XR＋C2・cosθ, YP＝YR＋C2・sinθ となる。ここでは、センサ１４,１６間の中心に無人搬送車２の基準点があるものとしているが、それ以外の場合、センサ１４から基準点までの距離と、センサ１６から基準点までの距離とを、別の値とする。

図３のマーク２１のように、マークが走行ルートから左右にずれた位置に存在する場合、マークの走行ルートからのシフトを示す角度φにより、角度θを補正する。このような補正を行う場合、例えばマップ３８に各マーク（iはマークの番号）に対して傾斜角φiを記載する。この角度は例えばi番目のマークが先に検出されたものとして、対となるマークと結ぶ線が走行ルートから成す角とする。そしてマーク傾斜補正部４６では、θ−φにより補正済みの機体角θ'を求める。マーク傾斜補正部４６を設けると、マークを走行ルートから左右方向にシフトした位置に設置することもできる。

以上により、一対のマークをセンサ１４,１６の各々で検出する毎に、無人搬送車の基準点の座標並びに機体角度を求めることができる。そしてこの角度を基に、走行制御部で走行駆動部を制御し、次に現在位置と機体角度とを求めるまでの間、走行駆動部からの速度やステアリング角により推測走行を行う。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) マーク２０,２０間の間隔をセンサ１４,１６間の間隔と等しくする必要がない。このためマークの設置が容易になる。例えばグレーティングの孔などマークの設置が容易な箇所に設置でき、マークの正確な位置は例えば後で測量して、マップ３８に記憶させればよい。
(2) マーク傾斜補正部４６を設けると、マークを走行ルートから左右にずれた位置にも設置できる。
(3) 無人搬送車の現在位置の算出では、後で検出した側のセンサ中心の座標を用いる。このため先にマークを検出した後、後でマークを検出するまでの時差ΔTの間の、走行距離や直線走行からのずれなどの影響が小さい。
(4) 前記一対のセンサの間隔がパラメータC1を越える場合、現在位置や機体角度の認識を行わない。このため無人搬送車の蛇行などによる誤差が小さい。またマーク間の間隔が所定の範囲なので、マップとの照合が容易になる。
(5) マップにマークの２次元座標を記憶しておくと、マーク間の距離を正確に算出できる。あるいはマップに前後のマーク間の距離を記載しておくと、マーク間の間隔Lの算出が不要になる。

実施例の無人搬送車の制御系を示すブロック図 実施例の無人搬送車でのセンサと走行車輪の配置とを示す図 実施例で用いる記号や座標の意味を示す図 実施例の位置認識部の構成とデータ処理とを示すブロック図

符号の説明

２ 無人搬送車
４ 走行制御部
６ 走行駆動部
８ 位置認識部
１０ 駆動車輪
１２ 走行モータ
１４,１６ 磁気センサ
１８ コントローラ
２０,２１ マーク
３０,３１ メモリ
３２ 間隔チェック部
３３ パラメータ入力部
３４ センサ中心位置推定部
３６ マーク照合部
３８ マップ
４０ 機体角度算出部
４２ センサ中心座標算出部
４４ 機体中心座標算出部
４６ マーク傾斜補正部

Claims (5)

1. 走行ルートに沿って間隔を置いて配置されたマークを、走行車の前後方向の位置が異なる少なくとも一対のセンサで検出して、走行車の左右方向に沿ったマーク位置を求めることにより、走行ルートに対する向きを求めるようにした走行車であって、
   前記一対のセンサの内で先にマークを検出したセンサでの、マークの左右方向位置を記憶するための記憶手段と、
   前記一対のセンサで検出した各々のマークを識別するための手段と、
   前記一対のセンサで検出した各々のマークの位置情報を読み出すための読み出し手段と、
   前記位置情報と、前記一対のセンサで検出した各々のマークの左右方向位置とから、走行車の走行ルートに対する向きを算出するための算出手段、とを備えた、走行車。
2. 前記位置情報はマークの座標であり、前記各々のマークの座標から、マーク間の距離を算出するための距離算出手段、をさらに備えたことを特徴とする、請求項１の走行車。
3. 前記位置情報はマーク間の距離であることを特徴とする、請求項１の走行車。
4. 前記一対のセンサの一方が先にマークを検出した後に、所定の走行距離内で他方のセンサがマークを検出した際にのみ、走行車の走行ルートに対する向きを算出するようにしたことを特徴とする、請求項１の走行車。
5. 走行ルートに沿って間隔を置いて配置されたマークを、走行車の前後方向の位置が異なる少なくとも一対のセンサで検出して、走行車の左右方向に沿ったマーク位置を求めることにより、走行車の走行ルートに対する向きを求めるようにしたシステムであって、
   走行車または地上側のコントローラに、マークの位置情報を記憶するための位置情報記憶手段を設けると共に、
   走行車に、前記一対のセンサの内で先にマークを検出したセンサでの、マークの左右方向位置を記憶するための記憶手段と、前記一対のセンサで検出した各々のマークを識別するための手段と、各々のマークの位置情報を位置情報記憶手段から読み出すための読み出し手段と、前記位置情報と前記一対のセンサで検出した各々のマークの左右方向位置とから、走行車の走行ルートに対する向きを算出するための算出手段、とを設けた走行車システム。
   

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