JP2515733B2 - 無人移動体の誘導方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、視覚手段を用いて無人搬送車や移動ロボッ
ト等の無人移動体を誘導する方法に関し、特に無人移動
体を所望の目標（停止）位置に誘導するに際しての誘導
（停止）精度を改善するに好適な方法に関する。

〔従来の技術〕

視覚手段を用いて無人移動体を誘導する方法は、従来
から種々提案されている。たとえば、特開昭59−62917
号には、走行路に沿って離散的に配置された再帰反射標
識を無人移動体に設けた視覚手段で認識するとともに、
認識された標識に基づいて無人移動体の方位ズレおよび
横ズレを検出し、これらのズレが補正されるように該移
動体を操舵する誘導方法が開始されている。また、こう
した視覚手段を用いて無人移動体を誘導する方法にあっ
ては、同移動体の安定した走行を図るために、上記標識
をこれら移動体の前方で認識するようにしているのが一
般的でもある。

ところで、こうした方法によって無人移動体を誘導す
る場合、上記標識の設置が自由に行なえる場所であれば
特に問題は生じないが、例えば上記誘導すべく走行路の
端部に壁等が存在してそれより先には同標識が設置でき
ないにもかかわらず、上記無人移動体をこの壁際まで誘
導することが所望とされるような場合には、当然ながら
この正常な誘導はおぼつかないものとなる。そこで従来
は、こうした場合に備えて同移動体自身の車輪の回転数
を検出するなどによりその横ずれや姿勢角を検出する手
段をも併せ具え、上記標識が認識できない領域に入った
時点でこうした手段による誘導に切り替えるといった方
法も採用していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の方法によっても確かに壁際等の標識が設置
できないような箇所への誘導は実現されるが、こうした
無人移動体自身の車輪の回転数を検出するといった方法
では、その床面の状態に大きく影響されることとなっ
て、例えばその車輪がスリップしたような場合には、当
の誘導にかかる精度や停止精度が保証されないといった
新たな問題を抱えることとなっていた。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

この発明では、予設定基準経路に沿って間欠的に配置
した標識を無人移動体に設けられた視覚手段によって無
人移動体の前方で認識させ、該認識結果に基づいて無人
移動体を前記基準経路に沿って予め指定された目標位置
まで誘導走行する無人移動体の誘導方法において、無人
移動体の走行中、前記標識の座標位置および前記視覚手
段による認識結果に基づいて無人移動体の前在位置を逐
次測定すると共に、前記無人移動体の前記基準経路に沿
っての前進走行中に前記測定結果に基づき無人移動体が
予め設定された前進走行の限界位置に到達したことを検
出すると、既に認識した標識を無人移動体の前方にて認
識できる所定角度まで無人移動体を旋回させ、これ以降
無人移動体を後進走行させて前記標識を認識させつつ無
人移動体を前記指定された目標位置まで誘導するように
ている。これにより、いかなる状況下にあっても、その
床面の状態等に影響されることもなく、高い精度をもっ
て同無人移動体の誘導が図られるようになる。

〔発明の効果〕

このように、この発明にかかる無人移動体の誘導方法
によれば、通常では標識の認識が不能な位置についても
高い精度をもって同無人移動体を誘導することができ
る。また、同方法によれば、本来の標識認識に基づく誘
導手段のみ搭載されておれば、他に前述したように無人
移動体自身の車輪の回転数を検出する手段等は一切不要
であり、従来の方法に比して搭載装置の簡素化をも図る
ことができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第３図および第４図は、各々本発明の方法によって誘
導する無人移動体１の一例を概念的に示した側面図およ
び平面図である。

同図に示すように、この移動体１は車体２の前後部両
側にキャスタ３が、また中央部両側に格別なモータM_R,M
_Lで回動される駆動輪4R,4Lが各々配設されている。そし
て車体２の前方部分に突設された支持台５上に視覚手段
たるITVカメラ６が配設され、このカメラ６の上部に投
光器７が配設されている。

上記カメラ６は、車体２の前方側路面の所定範囲が視
野内に入るように適当な俯角をもたせて取付けられてお
り、また投光器７はカメラ６の視野を照明しうるように
取付けられている。

路面に配設された標識８……は、移動体１を誘導する
ための目印として機能するものであり、この実施例では
再帰反射性、つまり入射光と同一の方向に光を反射させ
る性質をもつガラス玉を使用している。これらの標識８
は、移動体１の走行に沿って配列設置されており、それ
らを結ぶラインは後述するように移動体１に対する基準
経路として機能する。そして少なくとも２個の標識が常
時カメラ６の視野内に入るようにそれらの配置間隔が設
定されている。

ここで、上記カメラ６で標識８を捕えながら移動体１
を誘導する原理について説明する。

いま、第５図に示す如く路面ＰにX,Y軸を、またカメ
ラ６のイメージ面Ｑにx,y軸を各々設定した場合、路面
Ｐの座標Ｍとこれに対応するイメージ面Ｑの座標ｍとは
幾何的な対応関係がある。それ故、イメージ面Ｑの座標
ｍが検出されれば路面Ｐの座標Ｍを求めることができ、
また線分▲▼と路面Ｐとのなす角度β（俯角）およ
び該線分▲▼を路面Ｐに投影した線分OMとＹ軸との
なす角γ（方位角）も求められる。

なお、同図においてＣ点はカメラ６のレンズ主点を示
している。また、路面ＰにおけるX,Y座標は、Ｃ点を通
る垂線が路面と交わる点を座標原点０とし、そのＹ軸は
前記移動体１の進行方向に設定されている。

つぎに、第６図に示す如く路面上の座標M₁,M₂がカメ
ラ６の視野内に存在する場合を考える。

上記座標M₁についての俯角β_１、方位角γ_１および座
標M₂についての俯角β_２、方位角γ_２は、前述したよう
にカメラ６のイメージ面Ｑにおける対応座標m₁,m₂（図
示せず）から求められる。そしてこれらが求められれ
ば、座標M₁,M₂を通る線分とＹ軸とのなす角および該
線分に対するＯ点からの垂線の長さｄを各々下式（１）
および（２）に基づいて算出することができる。

ただし、ｈはＣ点とＯ点間の距離 上記座標M₁,M₂が前記標識８の位置を示しているとす
ると、角はそれらの標識８間を結ぶ線分に対する移動
体１の偏角を、また距離ｄは上記線分に対する移動体１
の偏位（横ズレ）を示すことになる。

そこで、上記標識８によって第10図に例示するような
基準経路l₁を構成するとともに、この経路l₁について示
すべき上記移動体の目標偏位dr（あるいは該偏位drdrと
目標偏角ｒ）を予め設定し、上記各区間についての移
動体１の実偏位ｄ（あるいは偏位ｄと偏角）がそれら
の区間についての予設定偏位dr（あるいは該偏位drと偏
角ｒ）に合致するように移動体１を操舵すれば、上記
基準経路l₁を基準とする種々の経路、たとえば同図に示
す経路l₁´に添って移動体１を誘導走行させることがで
きる。

以上が同誘導のための基本原理であり、こうした移動
体の誘導は第７図に例示するような装置を用いて実施さ
れる。

第７図のように、上記カメラ６より出力されるビデオ
信号は、A/D変換器13で２値化されたのちフレームメモ
リ14に書き込まれ、１画面が作成される毎にこのフレー
ムメモリ14の記憶内容がCPU12に取込まれる。

前記したように、上記標識８は回帰反射性を有するガ
ラス玉で形成されているので、カメラ６によって輝点画
像として捕えられる。そこでCPU12は、フレームメモリ1
4に格納された輝点画像データに基づいてカメラ６の視
野内に存在する複数（たとえば２〜３個）の標識８を認
識し、それらの標識のうちの２個、たとえば移動体に近
いものから２個の標識を選択する。そしてこの２個の標
識についての第６図に示した路面上での座標M₁,M₂を求
めるとともに、座標M₁についての俯角β_１、方位角γ_１
および座標M₂についての俯角β_２、方位角γ_２を算出
し、ついで前記（１），（２）式に示した演算を実行し
て移動体１の偏角と偏位ｄを求める。

第７図に示した経路メモリ15には、移動体１が基準経
路の各位置においてとるべき目標偏位drと目標偏角φｒ
および個々の座標値が予め格納されている。すなわち、
たとえば標識８による第10図に示すような基準経路l₁が
構成されている場合、該経路メモリ15には目標偏位dr＝
d₄および目標偏角ｒ＝０が格納される。

CPU12は、目標偏位drおよび目標偏角ｒをメモリ15
から読出し、そして読出したdr,ｒと検出された移動
体１の実際の偏位ｄおよび偏角ｒとの基づいて第４図
に示したモータM_R,M_Lに対する速度指令V_R,V_Lを作成出力
する。

すなわちCPU12は、第８図に示すようち移動体１の走
行速度指令Ｖに値Ｋを加算して速度指令V_Rを作成し、か
つ速度Ｖから値Ｋを減算して速度指令V_Lを作成するプロ
グラムを有し、作成された指令V_R,V_Lは各々D/A変換器1
6,17を介してサーボアンプ18,19に加えられる。

上記値ＫはΔＶ＝（dr−ｄ）＋（ｒ−）に対し第
９図に示す態様で変化される。したがって予設定偏位dr
と実偏位drの差および目標偏角ｒと実偏角の差が共
に小さくてΔＶが同図に示す不感帯Ｄ内の値をもつ場合
には、Ｋ＝０となってV_R＝V,V_L＝Ｖなる速度指令が作成
さされ、この場合、前記駆動輪4R,4Lが等速回転して移
動体１が直進走行することになる。

またΔＶが不感帯Ｏの内の値より大きな正の値をとる
場合には、V_R〉V_Lとなるので右駆動輪4Rの回転速度が左
駆動輪のそれよりも大きくなって移動体１が左方向に操
舵され、逆に不感帯０内よりも大きな負の値をとる場合
には、V_R〉V_Lとなるので移動体１が右方向に操舵され
る。

なお上記において、ΔＶの絶対値が大きいほど舵角が
大きくなる。

上記装置はかかる作用をもつので、目標偏位drがd₄に
設定され、目標偏角ｒがｒ＝Ｏに設定された場合、
第10図に点線で示す経路l₁´が移動体１の走行軌跡とな
る。

なおこうした誘導手法によれば、上記基準経路の各区
間毎に異なる目標偏位drや目標偏角ｒを設けて移動体
１を誘導することも可能であり、また、基準経路と同一
の経路に沿って移動体１を誘導することも当然可能であ
る。

以上が、この発明の誘導方法において基本的に採用す
るとする移動体１の誘導手法並びに誘導装置の一例であ
り、以下第１図および第２図を参照して同移動体１の本
発明にかかる誘導方法の一実施例について詳述する。

ここでは、第１図に示すように、標識８によって構成
された基準経路の端部に壁ｗが存在し、移動体１をその
進行方向Ｙについて座標Y₁の位置にある該壁ｗのすぐ手
前の座標Ycの位置まで誘導する場合の誘導方法の一例に
ついて説明する。勿論こうした場合、上記壁ｗの先方す
なわちＹ≦Y₁となる位置には標識８は設置できない。ま
たここでは簡単のため、同移動体１の上記基準経路に対
する目標偏位drおよび目標偏角ｒは共に零すなわちdr
＝0,ｒ＝０に設定されているとする。なお同第１図に
おいて、80は移動体１の誘導起点となる標識であり（Ｙ
軸上の各座標はこれを原点として与えられる）、Ｑ′は
同移動体１の前記カメラ６による認識領域であり、また
特に第１図（ｂ）における座標Yoは同移動体１がその前
方にて標識８を認識できる限界の位置である。すなわち
Y₁〉Ｙ〉Yoの領域にあっては通常の標識認識に基づく誘
導は行なえない。同様１図（ｂ）の座標Yo´の位置に破
線で示す状態はこうした誘導が不可能な状態を示す。

さて、この誘導方法を実施するにあたって、前記CPU1
2には第２図にフローチャートで示すようなプログラム
ご設定され、また前記経路メモリ15には上述した目標偏
位dr＝０および目標偏各ｒ＝０を示すデータに加えて
上記移動体１の行き先座標Ycを示すデータ並びに上記標
識認識限界位置に対応する座標Yoを示すデータがそれぞ
れ格納される。

したがっていま、図示しない適宣の手段を通じて当該
移動体１に対する走行指令が発せられるとともに、上記
経路メモリ15を通じてその行き先座標Ycが指示されたり
すると（第２図ステップ100参照）、上記CPU12では以下
次の態様をもって同移動体１の走行制御を実行する。

上記指示された行き先座標Ycと上記標識認識限界位
置に対応する座標（以下これを限界位置座標という）Yo
と比較し（第２図ステップ200）、これがYc＞Yoであれ
ば、第２図に示す210のルーチンに従って当該移動体１
を第１図（ａ）の如く前進走行せしめ（第２図ステップ
211）、またYc≦Yoであれば、同第２図に示す220のルー
チンに従がって当該移動体１を同様に第１図（ａ）の如
く前進走行せしめる（第２図ステップ211）。なおこの
走行の際、CPU12では、予め既知である標識８の客間隔
と先の第５図に示した原理に基づく認識標識の座標Ｍの
検出とに基づいて当該移動体１の前記誘導起点標識80か
らの随時の現在位置座標Ｙを知るとする。因みに、上記
220のルーチンは、通常の経路途上での走行停止に関す
るルーチンであり、この場合CPU12は、こうして知るこ
とのできる当該移動体１の現在位置座標Ｙが行き先座標
Ycに到達したことを判断した時点で（第２図ステップ22
2）同移動体１を停止せしめる（２図ステップ223）。以
下は上記210のルーチンに関しての誘導手順である。

上記前進走行（第２ステップ211）に際して上述の
態様で知る当該移動体１の現在位置座標Ｙと上記限界位
置座標Yoとを逐次対比しながら前述した標識認識に基づ
き同走行を続行せしめ、この現在位置座標Ｙが第１図
（ｂ）に示す如く限界位置座標Yoに到達したときこの旨
判断して（第２図ステップ212）、同移動体１を一時停
止せしめるとともに、前述したモータM_R,M_Lに対する速
度指令V_R,V_Lを例えば相反する符号をもって与えるなど
してこれを略180゜旋回せしめる（第２図ステップ21
3）。なおこの旋回に際しては、上記認識領域Ｑ´に鑑
みて少なくとも同移動体１後方の既に認識した標識が再
確認できる角度であればよく、あとは本来の標識認識に
基づく操舵機能によって十分にこの姿勢を補正すること
ができる。

その後、第１図（ｃ）に示す態様で同移動体１を後
進走行せしめるとともに（第２図ステップ214）、今後
はその現在位置座標Ｙ（この場合のこの値も標識８に関
する座標Ｍの見方が逆になるだけで同様の手法により継
続して知ることができる）と行き先座標Ycとを逐次比
し、これが第１図（ｄ）に示す如く一致する位置に至っ
た旨判断したとき（第２図ステップ215）同移動体１を
停止せしめる（第２図ステップ216）。

以上で態様で移動体１の走行制御することにより、本
来の標識認識に基づく誘導機能のみで通常は該標識認識
による誘導が不能とされた区域についても有効にこれを
誘導することができる。

なお、上述した実施例においては、限界位置座標Yoが
既知であろうとしてこれを予め経路メモリ15に設定登録
するようにしたが、該座標Yoについては、移動体１の前
進走行に伴なうその都度の標識認識状況に応じてこれ自
身（正確にはCPU12自身）に随時検知させるようにする
こともできる。すなわちこの場合、ある１つ目の標識が
認識されて後２つ目の標識も同時に認識されてよい十分
な距離だけ走行したにもかかわらず、この２つ目の標識
が認識されなかった等の条件が満たされる位置の座標を
同限界位置座標Yoとし、第２図に示したプログラムにつ
いても、こうした条件が満たされたもののすなわち該限
界位置座標Yoに達したものの末だ行き先座標Ycには到達
していないとき先のステップ213（一時停止および180゜
旋回）に移り、同条件が満たされる以前にすなわち該限
界位置座標Yoに達する以前に行き先座標Ycに到達したと
き先のステップ223（停止）に移るといったプログラム
に変更すればよい。

また同実施例では、標識８として再帰反射性を有する
ガラス玉を使用しているが、このガラス玉に代えてコー
ナーキューブプリズム、再帰反射性を有する所定形状の
粘着テープ、ガードレール等に使用されている光反射器
等を使用してもよい。かかる標識を使用する場合、それ
らに所定の形状をもたせれば画像上における他物体との
識別がより容易となる。

また標識８としてLED、電球、蛍光灯等の発光体を使
用することも可能であり、この場合上記投光器７は不要
となる。なお特定の波長の光を発光する発光体を標識と
して使用すれば、視覚手段側に該特定波長の光のみを通
すフィルタを設けることにより外乱を除去することがで
きる。また、発光体を所定周期で点滅させ、視覚手段で
上記点滅の周期を利用した画像処理を施すようにすれ
ば、やはり外乱を除去することができる。

要するに標識８としては、視覚手段が他物体と区別で
きるものであれば種々のものを適用でき、移動体１の走
行環境に最適なものを選択使用すればよい。

さらに上記実施例では、視覚手段としてテレビカメラ
６を使用しているが、上記標識８として発光体を使用す
る場合には２次元半導体位置検出器（ポジションセン
サ）を視覚手段として用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる無人移動体の誘導方法の一実
施例を示す平面図、第２図は同実施例方法を実行するに
あたってのプログラム例を示すフローチャート、第３図
および第４図は各々本発明の方法によって誘導される無
人移動体の一例を概念的に示した側面図および平面図、
第５図はカメラのイメージ面における座標と路面におけ
る座標との幾何的関係を示した図、第６図は移動体の偏
位と偏角を求める場合の説明図、第７図は本発明を実施
する場合に適用される誘導装置の一例を示したブロック
図、第８図は速度指令信号を作成するための系を例示し
た図、第９図は第８図に示す値Ｋの変化態様を示したグ
ラフ、第10図は基準走路に対する移動体の誘導態様を例
示した概念図である。 １……無人移動体、4R,4L……駆動輪、６……ITVカメ
ラ、７……投光器、８……標識、12……CPU、13……A/D
変換器、14……フレームメモリ、15……経路メモリ、ｗ
……壁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予設定基準経路に沿って間欠的に配設した
   標識を無人移動体に設けられた視覚手段によって無人移
   動体の前方で認識させ、該認識結果に基づいて無人移動
   体を前記基準経路に沿って予め指定された目標位置まで
   誘導走行する無人移動体の誘導方法において、 無人移動体の走行中、前記標識の座標位置および前記視
   覚手段による認識結果に基づいて無人移動体の現在位置
   を逐次測定すると共に、 前記無人移動体の前記基準経路に沿っての前進走行中に
   前記測定結果に基づき無人移動体が予め設定された前進
   走行の限界位置に到達したことを検出すると、既に認識
   した標識を無人移動体の前方にて認識できる所定角度ま
   で無人移動体を旋回させ、これ以降無人移動体を後進走
   行させて前記標識を認識させつつ無人移動体を前記指定
   された目標位置まで誘導するようにしたことを特徴とす
   る無人移動体の誘導方法。