JP2665738B2 - 地点追従方式による無人移動機械の誘導方法 - Google Patents
地点追従方式による無人移動機械の誘導方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は地点追従方式による無人移動機械の誘導方法
に関する。 〔従来の技術〕 従来のこの種の誘導方法としては、第６図に示すよう
に予定走行経路を地点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを教示するこ
とにより設定し、これらの各地点を結ぶ経路上におい
て、例えば経路▲▼上を走行する時には、地磁気セ
ンサを用いて移動車の現在位置を算出したうえで、車輪
の方向が常に地点Ｂに向くように制御するようにしたも
のがある（特開昭53−26032）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上記誘導方法は、操舵輪を目標とする地点に
向けて制御する方式であるため、後輪操舵車や前輪操舵
車を後進で運転する場合に直接適用することができな
い。 これに対し、後輪操舵車を前進で運転する場合、本来
は固定輪であるところの前輪を仮に目標地点に向けるこ
とを想定し、このときの前輪の操舵角を求め、この操舵
角の符号を反転した値をそのまま後輪の操舵指令値にす
ることが考えられるが、この場合には前輪を操舵する場
合に比べ操舵角が不足し、目標地点には迂回して到達す
るという問題がある。すなわち、この方式では、前輪を
操舵する場合と同様の走行軌跡が得られない。 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、無人移動
機械の進行方向に対して後方の車輪が操舵輪となる場合
に、無人移動機械を目標地点に向ける際に好適な操舵角
で誘導制御することができる地点追従方式による無人移
動機械の誘導方法を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば、無人移動機械の予定走行経路をその
予定走行経路上における各地点の点列として教示し、前
記無人移動機械の現在位置を計測しながら該無人移動機
械が前記教示された各地点を目標地点としてこれら各地
点を順次追従するように該無人移動機械を誘導する方法
であって、無人移動機械の固定輪と操舵輪のうち、無人
移動機械の進行方向に対して後方の車輪が操舵輪となる
場合において、前記固定輪から前記無人移動機械のホイ
ールベースだけ前方の位置に仮想の操舵輪を想定し、該
操舵輪を当該目標地点に向けたときの操舵角を求め、こ
の操舵角の符号を反転した値を前記無人移動機械の操舵
輪の操舵指令値とするようにしたことを特徴とする。 〔作用〕 上記のようにして操舵輪の操舵角を求め、この求めた
操舵角になるように後方の車輪が操舵輪となる無人移動
機械を操舵制御することにより、前方の固定輪の軸を中
心に線対称移動してなる前方の車輪が操舵輪となる仮想
の無人移動機械を操舵する場合と同等の制御、すなわち
ある目標地点に対する無人移動機械の旋回半径および旋
回中心を前記仮想の無人移動機械と同一にする制御がで
き、前輪操舵の場合とほぼ同様の走行軌跡が得られるよ
うにする。すなわち、固定輪からホイールベースだけ前
方位置の仮想操舵輪を目標地点に向けたときの操舵角を
符号反転した値を操舵指令値とする事により、単に固定
輪を目標地点に向けたときの操舵角を符号反転した値を
操舵指令値とする方式より操舵角を大きくし、これによ
り単に固定輪を目標地点に向けたときの操舵角を符号反
転した値を操舵指定値とする方式の操舵角不足を解消す
る。 〔実施例〕 以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。 まず、無人移動機械として後輪操舵車両を想定し、第
１図に示すようにこの車両を等価二輪車で代表するとい
う一般に広く利用される表現方法で記述し、この車両の
操舵輪の操舵角を求める方法について説明する。 本発明では、固定前輪１から車両のホイールベースの
長さだけ前方の位置に仮想の操舵輪２′を想定する。こ
の操舵輪２′の座標Ｔ′（xt′,yt′）は、第１図に示
すように固定前輪１の座標をＴ（xt,yt）、ホイールベ
ースを長さをＬ、車両の方位角をｔとすると、次式、 と表わされる。 次に、仮想の操舵輪２′を車両の通過目標地点Ｐに向
けるための操舵角θ′を求める。 いま、目標地点の座標がＰ（xp,xp）とすると、ｘ軸
と線分▲′▼とのなす角αは次式のようになる。 したがって、車両の方位角（ｘ軸と車両の長手方向と
のなす角）をｔとすると、前記仮想の操舵輪２′の操
舵角θ′は、 θ′＝α−ｔ …（３） で表わされる。 この操舵角θ′は、仮想の操舵輪２′の操舵角であ
り、実際の操舵輪２の操舵角θは、上記第（３）式で求
めた操舵角θ′の符号を反転させた値、すなわち、次
式、 θ＝−θ′ …（４） で表わされる。したがって、上記第（４）式に第（１）
式〜第（３）式を代入して、最終的には、となる。 よって、車両の現在位置Ｔ（xt,yt）と車両の方位角
ｔを計測し、上記第（５）式に代入することにより、
目標地点Ｐ（xp,yp）に追従するに必要な操舵角θを求
めることができる。 また、上記操舵角θとなるように操舵輪２が制御され
る後輪操舵車両と、仮想の操舵輪２′が操舵角θ′とな
るように制御される前輪操舵車両とは、第１図からも明
らかなように旋回中心０および旋回半径が一致する。し
たがって、これらの同一目標位置に対する走行軌跡はほ
ぼ同じものとなる。因みに、後輪操舵車を前進で運転す
る場合、本来は固定輪であるところの前輪を仮に目標地
点に向けることを想定し、このときの前輪の操舵角を求
め、この操舵角の符号を反転した値をそのまま後輪の操
舵指令値にした場合は、操舵角は第１図にθ１（＜θ）
で示すようになり、この場合には操舵角が不足して目標
地点には迂回して到達することになる。 なお、車両の方位角ｔは、例えばジャイロコンパス
によって計測することができる。また、車両の現在位置
Ｔ（xt,yt）は、走行距離計とジャイロコンパスによっ
て推定することができる。すなわち、車両の現在位置Ｔ
（xt,xy）は、ジャイロコンパスによって計測される車
両の方位角ｔと、走行距離計によって計測される１サ
ンプリング時間当りの走行距離ΔＳと、車両の出発点の
位置（x0,y0）とから、次式、 により求めることができる。 また、車両の方位角を計測する手段としては、上記ジ
ャイロコンパスの他に、地磁気センサ、レートジャイ
ロ、２重種分ジャイロ、振動ジャイロ、レーザージャイ
ロ又は左右の車輪の回転数差で方向を知るもの等が考え
られる。更にまた、車両の現在位置は電波測量法などで
直接計測してもよい。 次に、上記のようにして求めた操舵角θを使用して、
後輪操舵車両を、予め点列として教示した予定走行経路
に沿って誘導する場合の好ましい実施例について説明す
る。 まず、第１に、目標地点に一定の範囲を与えて、この
範囲内に車両の仮想のが入ると、目標地点に到達したも
のとみなし、次の地点を新たな目標地点とする。具体的
には、第２図に示すように目標地点Ｐを中心に半径Ｒの
円内を目標地点の範囲とし、目標地点Ｐと車両の仮想の
現在位置Ｔ′との距離ａを計算し、この距離ａが半径Ｒ
よりも小さいならば目標地点に到達したものとみなす。 第２に、車両の仮想の現在位置が上記目標地点に到達
したものとみなす範囲に到達できずに通過してしまう場
合には、その目標地点通過時点から次の地点を新たな目
標地点とする。ここで、目標地点通過時点の判断は次の
ようにする。 第３図に示すように車両の仮想の現在位置をＴ′ｔ、
単位時間前の位置をＴ′t-1として各車両の位置毎にお
ける目標地点Ｐまでの距離at,at-1を計算し、次式の条
件、 at＞at-1 …（７） の成立時点を目標地点を通過した時点として判断する。 上記第１、第２の方法を用いて新たな目標地点を決定
することにより、例えば路面の凹凸によりハンドルが取
られたり、障害物のために所定経路を迂回して走行した
後も、予定走行経路に復帰することが可能である。 次に、上記方法を第４図に示すフローチャートを用い
て説明する。 まず、車両の現在位置Ttおよび方位角ｔを測定し仮
想の現在位置Ｔ′ｔを計算する（第（１）式）（ステッ
プ10）。この計算した仮想の現在位置Ｔ′ｔと目標地点
Ｐとの距離atを計算する（ステップ11）。 次に、上記算出した距離atが予め設定した所定の半径
Ｒよりも小さいか否かを判別する（ステップ12）。at＜
Ｒのときには目標地点Ｐに到達したものとみなしてステ
ップ13に移行し、ステップ13では予定走行経路として与
えられた点列の次の地点を新たな目標地点にしてステッ
プ10に戻す。at≧Ｒのときには目標地点Ｐに到達してい
ないので、ステップ14に移行する。 ステップ14はatが単位時間前のat-1よりも大きいか否
かを判別する。at＞at-1のときには車両が目標地点Ｐか
ら遠ざかるのでこの時点を目標地点Ｐを通過した時点と
して判断してステップ13に移行する。at≦at-1のときに
は車両は目標地点Ｐに近づきつつあるのでステップ15に
移行する。 ステップ15は前記第（５）式に基づいて操舵指令θを
計算し、ステップ16は操舵指令を操舵装置に出力する。 そして、atをat-1に書き換え（ステップ17）、単位時
間Δｔの経過後、再びステップ10に移行する。 このように、第４図に示した目標地点の切替え方式に
よれば、固定輪１の位置ではなく、固定輪１よりホイー
ルベースだけ前方の仮想輪２′の位置によって目標地点
を次の目標地点に切り換えるようにしているので、ステ
アリングの切り遅れなく車両をより最短なコースで地点
追従させることが可能になる。 第５図は、地点P1→P2→P3を経由した走行を行わせた
場合の、本実施例による走行方式（仮想輪２′で操舵角
を決定する）による走行軌跡と、従来方式（固定輪１で
操舵角を定める）による走行軌跡を示すものである。こ
の第５図からも判るように、本実施例方式では、前輪操
舵による前進走行と同様の走行軌跡が得られるが、従来
方式ではその走行軌跡は迂回したものとなる。 なお、本実施例では後輪操舵車両について説明した
が、本発明は前輪操舵車両で後進する場合にも適用でき
ることはいうまでもない。また、地点追従方式も本実施
例に限定されず、種々のものに適用できる。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、無人移動機械の
進行方向に対して後方の車輪が操舵輪となる場合に、無
人移動機械を目標地点に向ける際に、前方の車輪が操舵
輪となる場合と同等の好適な操舵角で誘導制御すること
ができる。
に関する。 〔従来の技術〕 従来のこの種の誘導方法としては、第６図に示すよう
に予定走行経路を地点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを教示するこ
とにより設定し、これらの各地点を結ぶ経路上におい
て、例えば経路▲▼上を走行する時には、地磁気セ
ンサを用いて移動車の現在位置を算出したうえで、車輪
の方向が常に地点Ｂに向くように制御するようにしたも
のがある（特開昭53−26032）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上記誘導方法は、操舵輪を目標とする地点に
向けて制御する方式であるため、後輪操舵車や前輪操舵
車を後進で運転する場合に直接適用することができな
い。 これに対し、後輪操舵車を前進で運転する場合、本来
は固定輪であるところの前輪を仮に目標地点に向けるこ
とを想定し、このときの前輪の操舵角を求め、この操舵
角の符号を反転した値をそのまま後輪の操舵指令値にす
ることが考えられるが、この場合には前輪を操舵する場
合に比べ操舵角が不足し、目標地点には迂回して到達す
るという問題がある。すなわち、この方式では、前輪を
操舵する場合と同様の走行軌跡が得られない。 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、無人移動
機械の進行方向に対して後方の車輪が操舵輪となる場合
に、無人移動機械を目標地点に向ける際に好適な操舵角
で誘導制御することができる地点追従方式による無人移
動機械の誘導方法を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば、無人移動機械の予定走行経路をその
予定走行経路上における各地点の点列として教示し、前
記無人移動機械の現在位置を計測しながら該無人移動機
械が前記教示された各地点を目標地点としてこれら各地
点を順次追従するように該無人移動機械を誘導する方法
であって、無人移動機械の固定輪と操舵輪のうち、無人
移動機械の進行方向に対して後方の車輪が操舵輪となる
場合において、前記固定輪から前記無人移動機械のホイ
ールベースだけ前方の位置に仮想の操舵輪を想定し、該
操舵輪を当該目標地点に向けたときの操舵角を求め、こ
の操舵角の符号を反転した値を前記無人移動機械の操舵
輪の操舵指令値とするようにしたことを特徴とする。 〔作用〕 上記のようにして操舵輪の操舵角を求め、この求めた
操舵角になるように後方の車輪が操舵輪となる無人移動
機械を操舵制御することにより、前方の固定輪の軸を中
心に線対称移動してなる前方の車輪が操舵輪となる仮想
の無人移動機械を操舵する場合と同等の制御、すなわち
ある目標地点に対する無人移動機械の旋回半径および旋
回中心を前記仮想の無人移動機械と同一にする制御がで
き、前輪操舵の場合とほぼ同様の走行軌跡が得られるよ
うにする。すなわち、固定輪からホイールベースだけ前
方位置の仮想操舵輪を目標地点に向けたときの操舵角を
符号反転した値を操舵指令値とする事により、単に固定
輪を目標地点に向けたときの操舵角を符号反転した値を
操舵指令値とする方式より操舵角を大きくし、これによ
り単に固定輪を目標地点に向けたときの操舵角を符号反
転した値を操舵指定値とする方式の操舵角不足を解消す
る。 〔実施例〕 以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。 まず、無人移動機械として後輪操舵車両を想定し、第
１図に示すようにこの車両を等価二輪車で代表するとい
う一般に広く利用される表現方法で記述し、この車両の
操舵輪の操舵角を求める方法について説明する。 本発明では、固定前輪１から車両のホイールベースの
長さだけ前方の位置に仮想の操舵輪２′を想定する。こ
の操舵輪２′の座標Ｔ′（xt′,yt′）は、第１図に示
すように固定前輪１の座標をＴ（xt,yt）、ホイールベ
ースを長さをＬ、車両の方位角をｔとすると、次式、 と表わされる。 次に、仮想の操舵輪２′を車両の通過目標地点Ｐに向
けるための操舵角θ′を求める。 いま、目標地点の座標がＰ（xp,xp）とすると、ｘ軸
と線分▲′▼とのなす角αは次式のようになる。 したがって、車両の方位角（ｘ軸と車両の長手方向と
のなす角）をｔとすると、前記仮想の操舵輪２′の操
舵角θ′は、 θ′＝α−ｔ …（３） で表わされる。 この操舵角θ′は、仮想の操舵輪２′の操舵角であ
り、実際の操舵輪２の操舵角θは、上記第（３）式で求
めた操舵角θ′の符号を反転させた値、すなわち、次
式、 θ＝−θ′ …（４） で表わされる。したがって、上記第（４）式に第（１）
式〜第（３）式を代入して、最終的には、となる。 よって、車両の現在位置Ｔ（xt,yt）と車両の方位角
ｔを計測し、上記第（５）式に代入することにより、
目標地点Ｐ（xp,yp）に追従するに必要な操舵角θを求
めることができる。 また、上記操舵角θとなるように操舵輪２が制御され
る後輪操舵車両と、仮想の操舵輪２′が操舵角θ′とな
るように制御される前輪操舵車両とは、第１図からも明
らかなように旋回中心０および旋回半径が一致する。し
たがって、これらの同一目標位置に対する走行軌跡はほ
ぼ同じものとなる。因みに、後輪操舵車を前進で運転す
る場合、本来は固定輪であるところの前輪を仮に目標地
点に向けることを想定し、このときの前輪の操舵角を求
め、この操舵角の符号を反転した値をそのまま後輪の操
舵指令値にした場合は、操舵角は第１図にθ１（＜θ）
で示すようになり、この場合には操舵角が不足して目標
地点には迂回して到達することになる。 なお、車両の方位角ｔは、例えばジャイロコンパス
によって計測することができる。また、車両の現在位置
Ｔ（xt,yt）は、走行距離計とジャイロコンパスによっ
て推定することができる。すなわち、車両の現在位置Ｔ
（xt,xy）は、ジャイロコンパスによって計測される車
両の方位角ｔと、走行距離計によって計測される１サ
ンプリング時間当りの走行距離ΔＳと、車両の出発点の
位置（x0,y0）とから、次式、 により求めることができる。 また、車両の方位角を計測する手段としては、上記ジ
ャイロコンパスの他に、地磁気センサ、レートジャイ
ロ、２重種分ジャイロ、振動ジャイロ、レーザージャイ
ロ又は左右の車輪の回転数差で方向を知るもの等が考え
られる。更にまた、車両の現在位置は電波測量法などで
直接計測してもよい。 次に、上記のようにして求めた操舵角θを使用して、
後輪操舵車両を、予め点列として教示した予定走行経路
に沿って誘導する場合の好ましい実施例について説明す
る。 まず、第１に、目標地点に一定の範囲を与えて、この
範囲内に車両の仮想のが入ると、目標地点に到達したも
のとみなし、次の地点を新たな目標地点とする。具体的
には、第２図に示すように目標地点Ｐを中心に半径Ｒの
円内を目標地点の範囲とし、目標地点Ｐと車両の仮想の
現在位置Ｔ′との距離ａを計算し、この距離ａが半径Ｒ
よりも小さいならば目標地点に到達したものとみなす。 第２に、車両の仮想の現在位置が上記目標地点に到達
したものとみなす範囲に到達できずに通過してしまう場
合には、その目標地点通過時点から次の地点を新たな目
標地点とする。ここで、目標地点通過時点の判断は次の
ようにする。 第３図に示すように車両の仮想の現在位置をＴ′ｔ、
単位時間前の位置をＴ′t-1として各車両の位置毎にお
ける目標地点Ｐまでの距離at,at-1を計算し、次式の条
件、 at＞at-1 …（７） の成立時点を目標地点を通過した時点として判断する。 上記第１、第２の方法を用いて新たな目標地点を決定
することにより、例えば路面の凹凸によりハンドルが取
られたり、障害物のために所定経路を迂回して走行した
後も、予定走行経路に復帰することが可能である。 次に、上記方法を第４図に示すフローチャートを用い
て説明する。 まず、車両の現在位置Ttおよび方位角ｔを測定し仮
想の現在位置Ｔ′ｔを計算する（第（１）式）（ステッ
プ10）。この計算した仮想の現在位置Ｔ′ｔと目標地点
Ｐとの距離atを計算する（ステップ11）。 次に、上記算出した距離atが予め設定した所定の半径
Ｒよりも小さいか否かを判別する（ステップ12）。at＜
Ｒのときには目標地点Ｐに到達したものとみなしてステ
ップ13に移行し、ステップ13では予定走行経路として与
えられた点列の次の地点を新たな目標地点にしてステッ
プ10に戻す。at≧Ｒのときには目標地点Ｐに到達してい
ないので、ステップ14に移行する。 ステップ14はatが単位時間前のat-1よりも大きいか否
かを判別する。at＞at-1のときには車両が目標地点Ｐか
ら遠ざかるのでこの時点を目標地点Ｐを通過した時点と
して判断してステップ13に移行する。at≦at-1のときに
は車両は目標地点Ｐに近づきつつあるのでステップ15に
移行する。 ステップ15は前記第（５）式に基づいて操舵指令θを
計算し、ステップ16は操舵指令を操舵装置に出力する。 そして、atをat-1に書き換え（ステップ17）、単位時
間Δｔの経過後、再びステップ10に移行する。 このように、第４図に示した目標地点の切替え方式に
よれば、固定輪１の位置ではなく、固定輪１よりホイー
ルベースだけ前方の仮想輪２′の位置によって目標地点
を次の目標地点に切り換えるようにしているので、ステ
アリングの切り遅れなく車両をより最短なコースで地点
追従させることが可能になる。 第５図は、地点P1→P2→P3を経由した走行を行わせた
場合の、本実施例による走行方式（仮想輪２′で操舵角
を決定する）による走行軌跡と、従来方式（固定輪１で
操舵角を定める）による走行軌跡を示すものである。こ
の第５図からも判るように、本実施例方式では、前輪操
舵による前進走行と同様の走行軌跡が得られるが、従来
方式ではその走行軌跡は迂回したものとなる。 なお、本実施例では後輪操舵車両について説明した
が、本発明は前輪操舵車両で後進する場合にも適用でき
ることはいうまでもない。また、地点追従方式も本実施
例に限定されず、種々のものに適用できる。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、無人移動機械の
進行方向に対して後方の車輪が操舵輪となる場合に、無
人移動機械を目標地点に向ける際に、前方の車輪が操舵
輪となる場合と同等の好適な操舵角で誘導制御すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る操舵角の求め方を説明するために
用いた図、第２図および第３図はそれぞれ地点追従方式
の一例を示すために用いた図、第４図は本発明に係る処
理手順の一例を示すフローチャート、第５図は本発明方
式と従来方式とによる走行軌跡図である。 １……固定前輪、２……操舵輪、２′……仮想の操舵
輪。
用いた図、第２図および第３図はそれぞれ地点追従方式
の一例を示すために用いた図、第４図は本発明に係る処
理手順の一例を示すフローチャート、第５図は本発明方
式と従来方式とによる走行軌跡図である。 １……固定前輪、２……操舵輪、２′……仮想の操舵
輪。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．無人移動機械の予定走行経路をその予定走行経路上
における各地点の点列として教示し、前記無人移動機械
の現在位置を計測しながら該無人移動機械が前記教示さ
れた各地点を目標地点としてこれら各地点を順次追従す
るように該無人移動機械を誘導する方法であって、無人
移動機械の固定輪と操舵輪のうち、無人移動機械の進行
方向に対して後方の車輪が操舵輪となる場合において、 前記固定輪から前記無人移動機械のホイールベースだけ
前方の位置に仮想の操舵輪を想定し、該操舵輪を当該目
標地点に向けたときの操舵角を求め、この操舵角の符号
を反転した値を前記無人移動機械の操舵輪の操舵指令値
とするようにしたことを特徴とする地点追従方式による
無人移動機械の誘導方法。 ２．前記仮想の操舵輪が目標地点に到達したと判断され
たときに、当該目標地点の次の点を新たな目標地点とす
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の地
点追従方式による無人移動機械の誘導方法。 ３．現在の目標地点と前記仮想の操舵輪の距離を所定の
サンプリング周期で逐次算出し、現サンプリング周期で
算出した前記距離が前回サンプリング周期のときに算出
した距離より長くなったときに、当該目標地点の次の点
を新たな目標地点とすることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の地点追従方式による無人移動機械の
誘導方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
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| DE3789919T DE3789919T2 (de) | 1986-07-11 | 1987-03-26 | Verfahren zur Steuerung eines führerlosen Fahrzeuges. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP61164319A JP2665738B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 地点追従方式による無人移動機械の誘導方法 |
Publications (2)
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| JPS6319011A JPS6319011A (ja) | 1988-01-26 |
| JP2665738B2 true JP2665738B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=15790892
Family Applications (1)
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Country Status (4)
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- 1987-03-26 EP EP87104452A patent/EP0252219B1/en not_active Expired - Lifetime
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