JP2770525B2 - 無人走行車の誘導装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、磁気式のガイドラインを用いる磁気誘導式
の無人走行車の誘導装置に関する。本発明の誘導装置は
例えば、無人フォークリフトなどに使用される。

［従来の技術］ 従来の無人走行車の誘導装置では、各種の誘導方式が
実用あるいは提案されている。その一方式として、磁気
誘導方式がある。

この磁気誘導方式の一例を第11図〜第13図により説明
する。

これは、例えばアモルファス磁性体などの磁性体テー
プ９を床面に貼付し、車体下部左右に一対のピックアッ
プコイルＲ、Ｌを装着し、ピックアップコイルＲ、Ｌの
中間点下方に磁性体テープ９が常に位置するように走行
を誘導する方式であり（第11図参照）、その原理は、両
コイルＲ、Ｌに搬送電流を通電し、磁性体テープ９の近
接／離遠の影響による両コイルＲ、Ｌのインピーダンス
の差を、両コイルＲ、Ｌの出力電圧Vr、Vlの差電圧ΔＶ
として検出している（第12図参照）。

信号処理の詳細について第13図を参照して説明すれ
ば、両コイルＲ、Ｌは、二磁心マルチバイブレータ型の
発振回路51からそれぞれ一定周波数foのパルス電流が給
電されており、両コイルＲ、Ｌのインピーダンスに差が
生じると、エミッタ電圧Ve1、Ve2がAM変調される。した
がって、これらエミッタ電圧Ve1、Ve2から中心周波数fo
のバンドパスフィルタ52a、52bで信号帯域を抽出し、検
波回路53a、53bで検波し、図示しないローパスフィルタ
で高域遮断し、差動アンプ54で差動増幅する。

このようにすれば、両コイルＲ、Ｌが磁性体テープ９
のほぼ直上にある場合に両コイルＲ、Ｌの交流インピー
ダンスが増加して各出力電圧Vr、Vlはともに増加して、
差電圧ΔＶは０となる。一方、両コイルＲ、Ｌの一方が
磁性体テープ９から離れると、離れた方のピックアップ
コイルの交流インピーダンスが減少してその出力電圧が
減少する。したがって、両コイルＲ、Ｌの差電圧ΔＶを
制御信号として操舵制御することにより磁性体テープ９
に沿って走行を誘導することができる。

なお、上記した従来装置では、両コイルＲ、Ｌの磁性
芯材10a、10bは透磁率が一定の領域で用いられる。

また、無人走行車の誘導装置の他方式として、床に布
設された電線に交流電流を通電し、この交流電流を一対
のピックアップコイルで検出する電磁誘導方式も知られ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来の磁気誘導方式の無人走
行車の誘導装置は、両コイルＲ、Ｌと磁性体テープ９と
の単なる距離差による両コイルＲ、Ｌの交流インピーダ
ンス差に基づいて走行誘導を行っているものの、磁性体
テープ９に対するピックアップコイルの相対変位による
交流インピーダンスの変化は僅かであるので、基本的に
感度（SN比）が低いという問題があった。

一方、電磁誘導方式によれば、床に布設された電線が
信号源となっているので、両コイルＲ、Ｌの検出感度
（SN比）が高い利点があるが、配設及び保守に手間がか
かるという不利がある。

本発明はこのような問題に鑑みなされたもので高感度
でかつ配設及び保守が簡単な無人走行車の誘導装置を提
供することをその解決すべき課題としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の無人走行車の誘導装置は、低保磁力の角型ヒ
ステリシス特性をもち所定の臨界磁界で跳躍的に磁束反
転する単数または複数の磁性部材を床部に断続的に布設
してなる磁気式のガイドラインと、無人走行車に装着さ
れるとともに所定周波数の搬送磁界を与えて上記磁性部
材に上記磁束反転を周期的に発生させる励磁コイルと、
無人走行車に装着されるとともに該ガイドラインの左右
に隔設されて各透磁率が上記磁束反転により振幅変調さ
れる一対の磁性芯材と、該磁性芯材対に個別に巻装され
各インダクタンスが上記磁束反転により振幅変調される
一対のピックアップコイルと、該ピックアップコイル対
のインダクタンス差により走行を誘導する制御部とを備
えている。

磁性部材としては、例えば、Fe−Si−Ｂ系、Co−Si−
Ｂ系のアモルファスワイヤ（ユニチカ株式会社製）、Fe
−6.5％Si組成の単結晶磁性ワイヤ（東洋紡績株式会社
製）、パルスワイヤ（バキュームシュトルツ株式会社
製）、応力加熱処理した各種組成のアモルファスリボン
やアモルファステープ、ウイガンドワイヤなどを採用す
ることができる。

これら磁性部材は、低保磁力の角型ヒステリシス特性
をもち臨界磁界で一斉に磁束反転して、急峻な磁気変化
を生じさせる。

磁性芯材は、Ｂ−Ｈカーブ上において印加磁界により
透磁率が変化する領域で用いられる。

［作用］ 励磁コイルが交番磁界（キャリア磁界）を発生する
と、搬送方向に断続的に配列された各磁性部材は跳躍的
に磁束反転する。すなわち、各磁性部材は常にどちらか
の方向に磁気飽和していて、一定周期で帯磁方向が反転
する飽和永久磁石とみなせる。

したがって、一定周期で帯磁方向が反転するこの飽和
永久磁石（磁性部材）の磁束は両磁性芯材を貫通し、両
磁性芯材の透磁率をそれぞれ個別に変調させる。各透磁
率変調度は永久磁石（磁性部材）から各磁性芯材までの
距離と相関を有し、距離が短いほど透磁率変調度が大き
くなる。

この磁性芯材の透磁率変調により両ピックアップコイ
ルのインダクタンスが変化するので、両ピックアップコ
イルのインダクタンス差により、ガイドラインから各磁
性芯材までの距離の差が検出でき、この距離差により走
行誘導が可能となる。

ただし、励磁コイルと両ピックアップコイルとの距離
は車体上において当然一定であり、しかも、上述したよ
うにガイドラインの磁性部材は常に磁気飽和（透磁率＝
０）の状態にあるとみなせるので、励磁コイルの交番磁
界による両ピックアップコイルのインダクタンス変化は
車体変位に対して不変とみなすことができる。

なお、各磁性部材の臨界磁界H^*を同一とし正弦波磁界
を印加する場合、正弦波磁界が増加するにつれて励磁コ
イルに最も近接する磁性部材から磁束反転が跳躍的に生
じ、次第に遠くの磁性部材が順次磁束反転してゆき、振
幅とH^*が一致する磁性部材まで磁束反転し、これ以上遠
方の磁性部材は反転しない。そして、正弦波磁界が負方
向に次第に増大してゆく場合にも、励磁コイルに近接す
る磁性部材から順番に臨界磁界-H^*に達すると、磁束反
転してゆく。

［実施例］ 本発明の無人走行車の誘導装置の一実施例を、第１図
及び第２図により説明する。

この装置は、走路中央に沿って床部表面に貼付された
ガイドライン１と、車体２の下部に配設された一対の励
磁コイル3a、3b及び一対のピックアップコイル4a、4b
と、ピックアップコイル4a、4bに挿入された磁性芯材10
a、10b（第６図参照）と、制御部５とからなる。

ガイドライン１は、第３図に示すように低保磁力の角
型ヒステリシス特性をもち一定の臨界磁界H^*、-H^*で跳
躍的に磁束反転する一本のアモルファスワイヤ（直径12
0μｍ）からなり、非磁性の粘着テープ（図示せず）に
より床部表面に貼付されている。このアモルファスワイ
ヤはFe77.5wt％、Si7.5wt％、B15wt％の組成をもち、水
中急冷紡糸法により製造されている。更に、ガイドライ
ン１は長手方向に定間隔でレーザアニールされており、
本発明でいう磁性部材を構成する長さ約9cmの磁束反転
部1aと、アニール部1bとが交互に形成されている。アニ
ール部1bはレーザー加熱により多結晶化して上記した低
保磁力の角型ヒステリシス特性を失い臨界磁界H^*におけ
る磁束反転を行わない。各磁束反転部1aは第４図に示す
Ｂ−Ｈカーブをもち、印加磁界HeXが臨界磁界H^*、-H^*と
なると跳躍的に磁束反転する。したっがって、磁束反転
部1aは交番する印加磁界Hexにより矩形波形の磁束発生
源となる（第５図参照）。

励磁コイル3a、3bはコア3c、3dにそれぞれ個別に巻装
されており、ピックアップコイル4a、4bは磁性芯材10
a、10bにそれぞれ個別に巻装されている。コア3c、3d及
び磁性芯材10a、10bはそれぞれ軟磁性フェライトコアか
らなり、磁性芯材10a及び磁性芯材10bコア3c及びコア3
d、励磁コイル3a及び励磁コイル3b、ピックアップコイ
ル4a及びピックアップコイル4bは、それぞれ相等しい電
磁特性を有している。

励磁コイル3a、3bは、車体２の前端下部において左右
対称に一定距離を隔てて設けられており、両者の磁束は
車体２下部中央において、それぞれ搬送方向に向いてい
る。

ピックアップコイル4a,4bも、車体２の前端下部にお
いて励磁コイル3a、3bの内側に左右対称に一定距離を隔
てて設けられており、磁性芯材10a、10bは搬送方向に伸
びている。

制御部５は、第６図に示すように、２磁心マルチバイ
ブレータ型の発振回路51、同調増幅器52a、52b、検波回
路53a、53b、差動アンプ54、バンドパスフィルタ55、検
波回路56、ローパスフィルタ57からなる。

発振回路51の二つの入力端はピックアップコイル4a、
4bの各一端に接続され、両コイル4a、4bの各他端は高位
電源Ｅに接続されている。発振回路51は、トランジスタ
Tr1、Tr2を用いた無安定マルチバイブレータからなり、
ピックアップコイル4a、4bはトランジスタTr1、Tr2のコ
レクタ負荷を個別に構成している。トランジスタTr1、T
r2のエミッタは個別にエミッタ抵抗R1、R2を介して接地
されており、更に両エミッタは３端子摺動抵抗Vrを介し
て接地されている。

発振回路51は一定周波数f1でパルス発振しており、ト
ランジスタTr1、Tr2のコレクタにはパルス電流が通電さ
れる。磁性芯材10a、10bの透磁率変化によりピックアッ
プコイル4a、4bの自己インダクタンスが変調され、その
結果、両コレクタ電流（パルス電流）が磁性芯材10a、1
0bの透磁率変化によりそれぞれAM変調される。AM変調さ
れた両コレクタ電流はエミッタ抵抗R1、R2によりエミッ
タ電圧Ve1、Ve2の変化を生じせしめる。なお、３端子摺
動抵抗Vrは零点調整用の抵抗である。

なお、磁性芯材10a、10bの透磁率変化は、それを貫通
する外部磁界Hex1、Hex2と、ピックアップコイル4a、4b
より自己誘導される自己磁界との合成磁界により変調さ
れるが、以下の説明ではこれら自己誘導磁界については
無視する。ただ、外部磁界Hex1、Hex2による磁性芯材10
a、10bの透磁率変化を改善するために、両磁性芯材10
a、10bの動作点はＢ−Ｈカーブの肩部近傍に設定され
る。このようにすると、外部磁界Hex1、Hex2の増加によ
り磁性芯材10a、10bの透磁率変化は磁気飽和に近付くの
で減少し、また、外部磁界Hex1、Hex2の減少により磁性
芯材10a、10bの透磁率変化は磁気飽和から遠ざかるので
増加して、必要な透磁率変化が得られる。

すなわち、外部磁界Hex1、Hex2の大きさにより、各芯
材10a、10bの動作点はそれらのＢ−Ｈカーブ上で互いに
逆方向に移動し、両ピックアップコイル4a、4bの平均自
己インダクタンス（線形化インダクタンス）に差が生じ
る。

この制御部５の構成及び動作を説明しつつ、この無人
走行車の誘導装置の詳細動作を更に説明する。

励磁コイル3a、3bには互いに等しい大きさと等しい周
波数foをもつ正弦波励磁電流がそれぞれ通電されてお
り、励磁コイル3a、3bの発生する各正弦波磁界Ha、Hb
は、第１図に示すようにガイドライン１上において同方
向となり、磁性部材1aをその長手方向に貫通する合成磁
界ＨはHa＋Hbとなる。いま、車体２の左右方向への偏位
により励磁コイル3aがガイドライン１に接近し励磁コイ
ル3bがガイドライン１から離遠してHaが大、Hbが小とな
っても、合成磁界Ｈ＝Ha＋Hbはそれほど変動しない。す
なわち、車体２が左右方向に偏位してもガイドライン１
をその長手方向に貫通する合成磁界Ｈはそれほど変動し
ない。

ガイドライン１の各磁束反転部1aは、印加される合成
磁界Ｈがその臨界磁界H^*、-H^*に達すると跳躍的に磁束
反転し、その結果、磁性芯材10a、10bには合成磁界Ｈと
ともにこの跳躍的磁束反転による磁界変化分Hjが貫通す
る。なお、励磁コイル3a、3bと磁性芯材10a、10bとの間
の距離は不変であり、しかも、ほとんど常時飽和してい
る磁性芯材10a、10bは非磁性とみなせるので、励磁コイ
ル3a、3bに印加される合成磁界は常に等しく相殺可能で
あり、以下の説明では無視する。その結果、磁性芯材10
a、10bはそれぞれ、磁界変化分Hjによりそれぞれ別個に
透磁率が変調される。

ここで、磁性芯材10a、10bに印加される磁界変化分Hj
は、ガイドライン１（磁性部材1a）からの距離と逆相関
を有しており、ピックアップコイル4a、4bの自己インダ
クタンスはガイドラインからの距離に依存する。その結
果、上記説明した如く、発振回路51の各出力電圧Ve1、V
e2は、発振回路51の発振周波数f1を搬送周波数とするキ
ャリアを、磁界変化分HjによりAM変調した波形となる。

両エミッタ電圧Ve1、Ve2は、それぞれ同調増幅器52
a、52bにより周波数f1を中心周波数として同調増幅さ
れ、その後、検波回路53a、53bで検波され搬送周波数f1
をローパスフィルタ（図示せず）で個別にカットされて
差動増幅回路54で差動増幅される。

その結果、両方の磁性芯材10a、10bを貫通する各磁界
変化分Hjの差に応じた信号電圧差Vdが差動増幅回路54か
ら出力される。

この信号電圧差Vdは上述したように、搬送周波数がfo
である正弦波信号をキャリアとし磁性芯材10a、10bと磁
性部材1aとの各距離によりAM変調された信号であり、中
心周波数がfoであるバンドパスフィルタ55により抽出さ
れた信号帯域成分を検波回路56で検波し、この検波電圧
から残留キャリア成分（周波数fo）をローパスフィルタ
57でカットして出力している。

なお、芯材10a、10bにそれぞれ負帰還コイル（図示せ
ず）を巻回し、差動増幅出力を必要な大きさの帰還抵抗
及びローパスフィルタを介して帰還してセンサの直線性
を改善してもよい。

ローパスフィルタ57から抽出された信号電圧は図示し
ないA/Dコンバータを介してデジタル操舵制御部に送ら
れ、操舵制御に用いられる 変形態様 ガイドライン１を第９図の示すガイドライン10に変更
することができる。このガイドライン10は、仮想線で示
した樹脂チューブ1cの中に一定間隔を隔てて短軸の磁性
部材1dを一列に配列したものである。更に、ガイドライ
ン10を第10図に示すように、一定間隔を隔てて短軸の磁
性部材1dを搬送方向に対して直交するように配列するこ
とができる。

実施例２ 他の実施例の誘導装置を、第７図及び第８図に示す。

この装置は、実施例１の装置の励磁コイル3a、3bの代
りに、単一の励磁コイルを車体前端下部中央に配設した
ものである。

この励磁コイル３は、水平に配置された平板形状の軟
磁性フェライトコア3cに巻装されており、軟磁性フェラ
イトコア3cは左右方向に幅広に形成されている。このよ
うにすれば、励磁コイル３を単一化することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の無人走行車の誘導装置
は、低保磁力の角型ヒステリシス特性をもち所定の臨界
磁界で跳躍的に磁束反転する複数の磁性部材を断続的に
布設してなる磁気式のガイドラインを有し、磁性部材の
磁束反転にともなって透磁率が変調される一対の磁性芯
材に巻装された一対のピックアップコイルのインダクタ
ンス差により、ガイドラインを基準とする磁性芯材の変
位を検出しているので、高い感度（SN比）を達成するこ
とができる。

すなわち、本発明の原理はガイドラインの磁性部材が
周期的に磁束反転する永久磁石として、その磁束により
ピックアップコイルの自己インダクタンスをAM変調して
いるので（換言すればガイドラインが周期的な磁気源と
なっているので）、高い感度（SN比）を達成することが
できる。

また、布設電線に交流電流を流してそれを周期的な磁
気源とする場合に比べて電線に電流を通電する必要がな
く、設置及び保守が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部破断模式平面図、
第２図はその模式平面図、第３図はガイドライン１の一
部拡大平面図、第４図は磁束反転部1aのＢ−Ｈカーブを
示す特性図、第５図は磁束反転部1aに外部磁界Hexをの
印加した場合に磁束反転部1aが発生する磁束波形を示す
波形図、第６図は制御部５を示すブロックの回路図、第
７図は他の実施例を示す一部破断模式平面図、第８図は
第７図の装置の模式平面図、第９図及び第10図は変形態
様としてのガイドライン10の一部拡大平面図、第11図は
従来の誘導装置の模式断面図、第12図は第11図の装置の
信号波形図、第13図は第11図の装置の信号処理回路を示
す。 １……ガイドライン 1a……磁束反転部（磁性部材） 3a、3b……励磁コイル 4a、4b……ピックアップコイル ５……制御部 10a、10b……磁性芯材

フロントページの続き (72)発明者 毛利 佳年雄 愛知県名古屋市千種区幸川町３丁目８番 地 幸川町名大宿舎35号 (56)参考文献 特開 昭63−67583（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−14499（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低保磁力の角型ヒステリシス特性をもち所
   定の臨界磁界で跳躍的に磁束反転する磁性部材を床部に
   搬送方向に断続的に布設してなる磁気式のガイドライン
   と、 無人走行車に装着されるとともに所定周波数の搬送磁界
   を与えて上記磁性部材に上記磁束反転を周期的に発生さ
   せる励磁コイルと、 無人走行車に装着されるとともに該ガイドラインの左右
   に隔設されて各透磁率が上記磁束反転により振幅変調さ
   れる一対の磁性芯材と、 該磁性芯材対に個別に巻装され各インダクタンスが上記
   磁束反転により振幅変調される一対のピックアップコイ
   ルと、 該ピックアップコイル対のインダクタンス差により走行
   を誘導する制動部とを備えてなる無人走行車の誘導装
   置。