JP2010020514A - 無人車両の位置方位測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】無人車両が自身の位置方位を的確に判断して適切な走行を行うようにした無人車両の位置方位測定システムを提供すること。
【解決手段】自らの位置と方位を算出しながら指定された走行ルートに沿った無人車両１０の走行を制御するものであって、走行ルート上に複数個が埋設され、各々に固有の識別コード及び埋設された各箇所の位置情報をもった情報発信素子１５と、無人車両１０の車体の前後それぞれに搭載され、情報発信素子１５からの情報を検出する一対の情報受信装置２５と、位置方位演算装置２１によって走行距離検出器及びジャイロスコープからの検出値によって算出された無人車両１０の位置方位を、情報受信装置２５によって情報発信素子１５からの情報を基に補正データを算出する位置方位補正装置２７とを有する無人車両１０の位置方位測定システム。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自立走行する無人車両の位置および方位を補正する無人車両の位置方位測定システムに関する。

無人車両の走行には、ジャイロスコープや走行距離の検出手段が設けられており、角度変化と走行距離から現在位置が求められ、指定された目的地へ走行するようにしたものが知られている。具体例としては、例えば下記特許文献１に記載されたものを挙げることができる。ここで、図５は、同文献に記載された無人車両及び、その位置方位測定システムの一部を示した図であり、図６は、位置方位測定方法を示した図である。

無人車両１００には、車輪１１１の１つにロータリエンコーダが設けられ、車体中央部には不図示のジャイロスコープが搭載されている。そして、図５（ａ）（ｂ）に示すように、車体の先後端に方位検出器１０１，１０２が設けられ、車両中央にはＩＤタグ検出器１０３が設けられている。一方、無人車両１００が走行する走行ルート上には、図５（ｃ）に示すように、方位標識２０１、方向標識２０２およびＩＤタグ２０３が設けられている。

方位検出器１０１及び方向検出器１０２は、図６に示すように、所定間隔で複数の素子が設けられた磁気センサであり、方位標識２０１及び方向標識２０２は磁気マーカである。無人車両１００が方位標識を通過するときに前後両側の方位検出器１０１や方向検出器１０２によって、方位標識２０１や方向標識２０２が検出される。方位検出器１０１では、どの位置の素子がＯＮになるかを検出することで車体の方位のズレ角を知ることができる。また、前後両側のいずれかの方向検出器１０２が方向標識２０２を通過すると、前後の一方から検出信号が出されることによって進行方向を知ることができる。

また、走行ルート上に設けられたＩＤタグ２０３には、その地点の絶対位置情報が入力されており、ＩＤタグ検出器１０３からＩＤタグ２０３へ電磁誘導が行われ、ＩＤタグ２０３では誘導電圧を発生させて送信回路を作動させ、絶対位置情報が送信される。そこで、無人車両１００が所定のポイント位置を通過すると、方位検出器１０１、方向検出器１０２およびＩＤタグ検出器１０３からの信号を検出し、その信号に基づいて車体のズレ角が算出され、進行方向および絶対位置情報の比較が行われる。そして、無人車両１００の方位のズレ角や絶対位置とのズレ量が演算され、現在位置と方位が補正される。
特許第３３７８８４３号公報

ところで、こうした従来の位置方位測定システムでは、無人車両１００を走行ルート上に配置させた後は、走行開始に当たってオペレータが走行開始位置と進行方向を入力してやらなければならなかった。すなわち、方位検出器１０１及び方向検出器１０２が磁気センサであって、磁気マーカの方位標識２０１及び方向標識２０２を検出する構成では、無人車両１００自身の前後方向を区別ができる構成ではなかった。そのため、オペレータの入力ミスなどによって進行方向に間違いがあると、無人車両１００が逆走してしまうおそれがあった。特に、無人車両１００などは、普通自動車のように前後の区別がないものが多いためなおさらである。そして、こうした人為的ミスは、進行方向ばかりではなく、走行開始位置の入力においても起こり得ることであった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、無人車両が自身の位置方位を的確に判断して適切な走行を行うようにした無人車両の位置方位測定システムを提供することを目的とする。

本発明に係る無人車両の位置方位測定システムは、走行距離検出器と走行方向を検出するジャイロスコープを搭載して自らの位置と方位を位置方位演算装置によって算出しながら、その位置方位演算装置からの制御信号によって走行制御装置を介して車輪装置を駆動し、それによって無人車両を指定された走行ルートに沿って走行させるためのものであって、前記走行ルート上に複数個が埋設され、各々に固有の識別コード及び埋設された各箇所の位置情報をもった情報発信素子と、前記無人車両の車体の前後に搭載され、前記情報発信素子からの情報を検出する一対の情報受信装置と、前記無人車両の位置方位について前記情報受信装置を介して取得した前記情報発信素子からの情報を基に補正データを算出する位置方位補正装置とを有するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る無人車両の位置方位測定システムは、前記情報受信装置は、車体幅方向に複数の受信コイルが設けられたものであり、前記位置方位補正装置は、前記情報発信素子の対応する位置に従って複数の受信コイルのそれぞれに誘起される電圧の大きさから当該情報受信装置の中心位置から前記情報発信素子の中心位置のズレ量を算出するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る無人車両の位置方位測定システムは、走行ルートに沿って埋設された複数の前記情報発信素子が、前記無人車両に搭載された一対の情報受信装置の距離を基準にし、その整数分の１の間隔で配置されたものであることが好ましい。

本発明によれば、情報受信装置の検出値から位置方位補正装置によって補正データを算出し、それに基づいて無人車両の走行位置や方位を補正するため、走行ルートに沿った正確な走行が可能になる。また、情報発信素子の識別コードによって絶対位置が確認できるため、走行ルートの途中からの走行するような場合でも、無人車両自らの位置および方位を簡便に補正でき、その後の走行を行うことができる。特に、検出した一対の情報発信素子の識別コードの読み取りによって車体前後方向が確認できるため、無人車両はその車体前後方向を確実に判断し、入力された目的地に向かって進行方向をとり、走行ルートに従った走行を開始することができる。

次に、本発明に係る無人車両の位置方位測定システムについて、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、無人車両の位置方位測定システムの一部について簡略化して示した図である。
本実施形態の無人車両１０は、例えば図５（ａ）に示す無人車両であって、製鉄所構内で大型鋼材等の重量物を搬送するものである。従って、昇降装置を有する複数の車輪によって走行し、荷台を上下させることが可能な車両であるが、図１では単純化して示している。

無人車両１０は、平らな荷台をもった車体１１を有し、前後の区別はなくいずれの方向を先頭にしても走行可能な車両である。無人車両１０は、車体を支える４つの車輪１２に複輪式の走行装置が構成され、各走行装置は、それぞれが操舵モータと走行モータとが設けられた全４輪独立駆動・全４輪独立操舵方式によって構成されている。走行装置の各操舵モータ及び走行モータを走行制御装置２８（図２参照）が駆動制御することで、前後走行や横行、或いは斜行などを行いながら予め指定された所定の走行ルートに沿った自動搬送が可能になっている。

ここで図２は、無人車両の制御部を示したブロック図である。無人車両１０には、例えばマイコンからなる位置方位演算装置２１が設けられており、これは各検出データに基づいて車両の走行位置や方位を算出するものである。位置方位演算装置２１は走行制御装置２８に接続され、算出した走行位置や方位に従って無人車両１０の走行を制御する制御信号が送信される。一方、車輪１２の１つには回転を検出するロータリエンコーダ２２や、車輪１２の角度を検出する舵角検出器２３が設けられ、それぞれが位置方位演算装置２１に接続されている。また、車体１１の中央部には回転角度を検出するジャイロスコープ２４が搭載され、位置方位演算装置２１に接続されている。

無人車両１０が走行する製鉄所内などには所定の走行ルートが設定されており、その走行ルート上には図１に示すように複数の情報発信素子であるトランスポンダ１５が路面に埋設されている。本実施形態の無人車両１０には、こうしたトランスポンダ１５を検出するための情報受信装置であるトランスポンダ受信機２５が設けられている。特に、車体１１の走行方向（車体前後方向）両端部にトランスポンダ受信機２５がそれぞれ搭載されている。トランスポンダ１５の埋設ピッチは、無人車両１０に搭載された前後のトランスポンダ受信機２５の距離の整数分の１に設定されている。走行ルートに沿って無人車両１０が走行した場合に、前後のトランスポンダ受信機２５が同時に異なるトランスポンダ１５上に位置するようにするためである。

トランスポンダ１５は、本体にコンデンサや空芯のコイル、それに情報が書き込まれたメモリを有するＩＣチップが絶縁体の合成樹脂材によってモールドして構成されている。そのトランスポンダ１５には、固有のＩＤ（識別コード）や埋設された箇所の絶対位置情報が書き込まれている。よって、トランスポンダ受信機２５は、走行ルート上に埋設された各々のトランスポンダ１５からＩＤ情報や位置情報を取得することができ、更には、トランスポンダ１５を検出することにより、当該受信機とトランスポンダ１５の中心位のズレ量が算出できるようになっている。

図３は、トランスポンダ受信機２５の構成を概念的に示した図である。本実施形態のトランスポンダ受信機２５は、図示するように車体幅方向に複数の受信コイル２５１が設けられたものであり、それぞれの受信コイル２５１に誘起される電圧の大きさによって、受信機の中心位置Ｃ１からトランスポンダ１５の中心位置Ｃ２までのズレ量ｄが算出できるように構成されている。

無人車両１０は、走行ルート上に設けられた複数のトランスポンダ１５について、それらが埋設された絶対位置（ＸＹ座標）を記憶したデータベース２６を有している。従って、トランスポンダ１５を検出する毎にデータベース２６が検索され、各々のＩＤに従って当該トランスポンダ１５の位置が得られ、そこから無人車両１０の走行位置が確認できるようになっている。また、無人車両１０は、車体前後にトランスポンダ受信機２５を有しているため、それぞれが検出したトランスポンダ１５のＩＤ情報によって、無人車両１０自身の車体方向が確認できるようになっている。

位置方位演算装置２１には、ロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４からの信号に基づいて無人車両１０の走行位置や車体方向について演算処理を行い、走行ルートに沿って目的地へと走行できるようにしたナビゲーション機能（プログラム）が格納されている。すなわち、各検出値による演算結果を基に無人車両１０の位置や方位が得られ、その位置及び方位が走行ルートに従って比較される。そして、その結果に基づいて走行ルートに沿って走行するための指令信号が、位置方位演算装置２１から走行制御装置２８へと送られる。その走行制御装置２８では、指定された走行ルートと走行速度に従って車輪１２の操舵や走行速度の制御が行われる。

ところが、ロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４による回転角度による走行距離の検出値はともに誤差を有するため、走行距離が長く曲線が多い程累積されて走行位置や方位にズレが生じてしまう。そこで、本実施形態の無人車両１０には位置方位補正装置２７が設けられている。位置方位補正装置２７は、トランスポンダ受信機２５から得られた位置方位の検出値に基づいて、無人車両１０の位置及び方位について位置方位補正データを算出するものである。

製鉄所の構内で大型鋼材等の重量物を搬送する場合、無人車両１０は、その走行ルートの走行開始位置に配置され、入力装置２９から現在位置と目的地を示す走行ルートの入力が行われ、走行が開始される。この走行開始時点では、前後のトランスポンダ受信機２５が２箇所のトランスポンダ１５上に配置され、検出した一対のトランスポンダ１５のＩＤの読み取りによって車体前後方向が確認できる。従って、無人車両１０は、その車体前後方向と入力された目的地とを基に進行方向を判断し、走行ルートに従った走行を開始する。

走行中、無人車両１０はロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４からの検出信号に基づき、その走行位置や車体方向を判断しながら走行ルートに従って進行する。また、そうした走行ルート上にはトランスポンダ１５が埋設されているため、その上を通過するトランスポンダ受信機２５が所定の間隔で情報を受け取っていく。複数あるトランスポンダ１５は、無人車両１０に設けられた前後のトランスポンダ受信機２５の距離に対し、その整数分の１の間隔で埋設されている。そのため、前後一対のトランスポンダ受信機２５は、走行中に同じタイミングで前後２箇所のトランスポンダ１５を検出することになる。

ここで、図４は、前後のトランスポンダ受信機２５（２５ａ，２５ｂ）が、２個のトランスポンダ１５（１５ａ，１５ｂ）の上を同時に通過する場合の位置関係を示した平面図である。無人車両１０は、Ｆ方向に走行している。
位置方位演算装置２１では、ジャイロスコープ２４からの回転角の検出情報とロータリエンコーダ２２からの走行距離の検出情報とを受け取り、演算処理によって無人車両１０の進行方向が求められると共に、走行位置すなわち進行方向における走行距離が求められる。そして、その位置及び方位データが位置方位演算装置２１に記憶される。

一方、前後のトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂでは、２箇所のトランスポンダ１５ａ，１５ｂがそれぞれ検出される。検出された一対のトランスポンダ１５ａ，１５ｂからは、それぞれ固有のＩＤ（識別コード）や絶対位置の情報が前後のトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂによって読み取られる。また、各トランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂでは、図３に示すように、車体幅方向の中心位置Ｃ１からのズレ量に応じた受信コイル２５１に誘起される電圧の大きさが検出される。従って、トランスポンダ１５ａ，１５ｂに対する各ＩＤ情報と電圧値が、それぞれ検出信号として位置方位補正装置２７へ送信される。

トランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂによって得られたトランスポンダ１５ａ，１５ｂのＩＤに従い、データベース２６内に格納された埋設位置（ＸＹ座標）が検索され、これによってトランスポンダ１５ａ，１５ｂの位置から無人車両１０の走行位置が確認される。そして、車体前後のトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂが検出する、異なるトランスポンダ１５ａ，１５ｂのＩＤに基づいて無人車両１０の車体方向が算出される。

また、無人車両１０の方位は次の演算によって求められる。
まず、トランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂで得られたトランスポンダ１５ａ，１５ｂのズレ量が、前後それぞれにおいてｄ１，ｄ２であるとする。そして、この時点における無人車両１０の車体中心座標が（Ｎ０，Ｅ０）であるとする。ここで、トランスポンダ１５ａ，１５ｂを結んだ直線の方向をＮ軸とし、それに直交する方向をＥ軸とする。そして、トランスポンダ１５ａ，１５ｂのそれぞれの位置（Ｎ１，Ｅ１）、（Ｎ２，Ｅ２）であるとする。また、無人車両１０に設置されたトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂの前後方向の距離はａである。

そこで、無人車両１０について、車体中心座標（Ｎ０，Ｅ０）と車体の方位角θは次のようにして求められる。
Ｎ０＝（Ｎ１＋Ｎ２）／２
Ｅ０＝｛（Ｅ１＋ｄ１）＋（Ｅ２＋ｄ２）｝／２
θ＝ｔａｎ^-1｛（ｄ１−ｄ２）／ａ｝

位置方位補正装置２７では、こうしてトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂからの検出値から、無人車両１０の位置及び方位について位置方位補正データが算出され、それが位置方位演算装置２１へと送信される。よって、一定間隔で検出されるトランスポンダ１５ａ，１５ｂからの情報によって車体中心座標（Ｎ０，Ｅ０）と車体の方位角θが求められ、走行中、常に送られてくるロータリエンコーダ２２、舵角検出器２３及びジャイロスコープ２４からの情報によって算出される走行位置や方位との比較が行われる。

位置方位演算装置２１では、ロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４の検出値から求めた無人車両１０の位置と方位に関する値と、その位置方位補正データとが比較され、無人車両１０の方位のズレ角と絶対位置とのズレ量を演算して現在位置と方位が補正される。そして、その補正値に基づいた制御信号が走行制御装置２８へと送信され、指定された走行ルートと走行速度に従って、車輪１２の走行装置に対して操向制御および速度制御が行われる。

本実施形態の無人車両の位置方位測定システムによれば、トランスポンダ受信機２５の検出値から位置方位補正装置２７によって補正データを算出し、それに基づいて無人車両１０の走行位置や方位を補正するため、走行ルートに沿った正確な走行が可能になる。
また、トランスポンダ１５のＩＤによって絶対位置が確認できるため、走行ルートの途中からの走行するような場合でも、無人車両１０自らの位置および方位を簡便に補正でき、その後の走行を行うことができる。特に、検出した一対のトランスポンダ１５のＩＤの読み取りによって車体前後方向が確認できるため、無人車両１０はその車体前後方向を確実に判断し、入力された目的地に向かって進行方向をとり、走行ルートに従った走行を開始することができる。

以上、本発明に係る無人車両の位置方位測定システムについて実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

無人車両の位置方位測定システムの実施形態について、その一部を簡略化して示した図である。 無人車両の制御部を示したブロック図である。 トランスポンダ受信機の構成を概念的に示した図である。 前後のトランスポンダ受信機が、２個のトランスポンダの上を同時に通過する場合の位置関係を示した平面図である。 従来の無人車両及び、その位置方位測定システムの一部を示した図である。 従来の位置方位測定システムにおける位置方位測定方法を示した図である。

符号の説明

１０ 無人車両
１５ トランスポンダ
２１ 位置方位演算装置
２２ ロータリエンコーダ
２３ 舵角検出器
２４ ジャイロスコープ
２５ トランスポンダ受信機
２６ データベース
２７ 位置方位補正装置
２８ 走行制御装置

Claims (3)

1. 走行距離検出器と走行方向を検出するジャイロスコープを搭載して自らの位置と方位を位置方位演算装置によって算出しながら、その位置方位演算装置からの制御信号によって走行制御装置を介して車輪装置を駆動し、それによって無人車両を指定された走行ルートに沿って走行させるための無人車両の位置方位測定システムにおいて、
   前記走行ルート上に複数個が埋設され、各々に固有の識別コード及び埋設された各箇所の位置情報をもった情報発信素子と、
   前記無人車両の車体の前後に搭載され、前記情報発信素子からの情報を検出する一対の情報受信装置と、
   前記無人車両の位置方位について前記情報受信装置を介して取得した前記情報発信素子からの情報を基に補正データを算出する位置方位補正装置と
   を有するものであることを特徴とする無人車両の位置方位測定システム。
2. 請求項１に記載する無人車両の位置方位測定システムにおいて、
   前記情報受信装置は、車体幅方向に複数の受信コイルが設けられたものであり、
   前記位置方位補正装置は、前記情報発信素子の対応する位置に従って複数の受信コイルのそれぞれに誘起される電圧の大きさから当該情報受信装置の中心位置から前記情報発信素子の中心位置のズレ量を算出するようにしたものであることを特徴とする無人車両の位置方位測定システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載する無人車両の位置方位測定システムにおいて、
   走行ルートに沿って埋設された複数の前記情報発信素子は、前記無人車両に搭載された一対の情報受信装置の距離を基準にし、その整数分の１の間隔で配置されたものであることを特徴とする無人車両の位置方位測定システム。

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