JP2857703B2 - 自走車の位置ズレ検出方法 - Google Patents

自走車の位置ズレ検出方法

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JP2857703B2 JP7073892A JP7389295A JP2857703B2 JP 2857703 B2 JP2857703 B2 JP 2857703B2 JP 7073892 A JP7073892 A JP 7073892A JP 7389295 A JP7389295 A JP 7389295A JP 2857703 B2 JP2857703 B2 JP 2857703B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は床面に所定間隔で設置し
たガイド用磁石によって誘導される自走車と、ガイド用
磁石との位置ズレを検出する、自走車の位置ズレ検出方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】床面に所定間隔で設置されたガイド用磁
石に沿って誘導される自走車は、設置されたガイド用磁
石を通過する時のガイド磁石に対する位置ズレ量を検出
し、その位置ズレ量を基に操舵量を決定し、次の走行目
標となるガイド用磁石まで自律走行をする。この際、走
行途中の床面の凹凸、又は車輪と床との滑り等により、
目標であるガイド用磁石に自走車が到達した時には、ガ
イド用磁石の設置間隔により異なるが、±100mm 程度の
位置ズレが発生することが起こり得る。
【0003】そこで、このような位置ズレ量を検出する
方法として従来は、自走車に、その走行方向に対して直
交する方向に配置した磁気センサの差動出力をアナログ
的に取り出す方法、または走行方向に対して直交する方
向に一列に配置した複数の磁気検出スイッチのオン, オ
フ状態によりディジタル的に検出する方法、更に別の方
法として自走車の走行方向に対して直交する方向に百数
十個の磁気センサ (ホール素子) を配置し、ガイド用磁
石が発生する磁界の向きの反転位置を検出する方法があ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の位置ズレ量を検出する場合、前述した第1番目
の方法では位置ズレに対してリニアに検出が可能な位置
ズレ範囲が±30m 程度と狭い。そのため、自走車とガイ
ド用磁石との位置ズレが±30mmを越えないようにガイド
用磁石の設置間隔を短くする必要があり、極めて多くの
ガイド用磁石を必要とし、設置コストがアップするとい
う問題がある。
【0005】また第2番目の方法では、位置ズレ量を検
出する分解能が磁気検出スイッチのサイズで制約され、
2〜3mmが限界となり、自走車を高精度に円滑に操舵し
ようとする場合は問題がある。
【0006】更に第3番目の方法では、±100mm 程度の
位置ズレを1mm程度の分解能で検出することが可能であ
るが、極めて多くのホール素子を配置する必要があるた
め、信号処理回路が複雑になり、コストが極めて高いと
いう問題がある。
【0007】本発明は斯かる問題に鑑み安価に自走車の
位置ズレを検出できる自走車の位置ズレ検出方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1発明に係る自走車の
位置ズレ検出方法は、自走車が走行する床面に設置され
たガイド用磁石が発生する磁界の強さを検出して、自走
車に、その左右方向に一列に配置された複数の磁気セン
サで検出して、自走車とガイド用磁石との左右方向の位
置ズレを検出する自走車の位置ズレ検出方法において、
前記磁気センサの検出出力を連ねて得た波形を、一側に
位置する磁気センサから他側に位置する磁気センサまで
の長さを基本波の1周期として離散フーリエ変換し、基
本波の位相に基づいて位置ズレ量を検出することを特徴
とする。
【0009】第2発明に係る自走車の位置ズレ検出方法
は、磁気センサの検出出力の総和の符号が反転したとき
に、位置ズレ量を確定することを特徴とする。
【0010】
【作用】位置ズレ量を演算する原理を説明する。左右方
向に設けたN個の磁気センサが、ガイド用磁石が発生す
る磁界の強さを検出すると、N個の磁気センサの各検出
出力は、縦軸を磁気センサ検出出力とし、横軸を磁気セ
ンサ番号としている図1に示すように、ガイド用磁石に
接近している程大になる。N個の磁気センサの検出出力
を連ねて得た波形を、N個の磁気センサを配設している
長さを基本波の1周期−π〜+πとして離散フーリエ変
換すると、基本波の位相は、ガイド用磁石がN個の磁気
センサの中央に位置しているときに零となり、磁気セン
サとガイド用磁石との位置ズレが生じると、位置ズレ量
に対応して基本波の位相が変わる。
【0011】そこで、下記(1) 式を演算すると、中央に
位置する磁気センサと対応する基本波の位相を算出して
位置ズレ量Sを検出することができる。
【0012】
【数1】
【0013】次に磁気センサがガイド用磁石の直上を通
過した時点を検出する原理をガイド用磁石の磁界分布に
基づいて説明する。ガイド用磁石は所定面積を有する
が、これを磁気双極子として磁界分布を近似的に求める
と、磁気モーメントmの磁気双極子の磁化の強さHは極
座標を用いて、 Hr =2m・ cosθ/4πr3 …(2) Hθ=m・ sinθ/4πr3 …(3) で表されるから、これらの式より磁界のy方向成分を求
めると Hy =yz/ (x2 +y2+z2 ) 5/2 …(4) が得られる。
【0014】ここで、xは磁気双極子を基準にした左右
方向距離、yは磁気双極子を基準にした自走車の走行方
向距離、zは磁気双極子を基準にした鉛直方向距離、r
は磁気双極子からの半径、θは磁気双極子を基準にした
回転角である。
【0015】これを3次元で図示するとガイド用磁石を
基準に左右方向を位置ズレ量Δxとし、ガイド用磁石を
基準に走行方向をyとし、ガイド用磁石を基準に鉛直方
向を磁化の分布 (相対値) として示した図2のようにな
る。磁化の強さのy方向成分はy=0で丁度0になり、
y=0から離れるに従い徐々に増加しつつ、所定点を越
えたところで徐々に減少しはじめ、yが負の領域では同
様に負の分布を示し、x軸に対して対称となっている。
またxの絶対値が増大するにつれて減少する。
【0016】このように、磁化の強さのy方向成分はガ
イド用磁石3の中心 (y=0) で0となり、その前後で
磁化の向きが反転する。従って、各磁気センサの検出出
力f(i) の総和Σf(i)(i=0, 1…N−1) を計算
し、検出出力の総和の符号の反転を検出することにより
位置検出センサ2がガイド用磁石3の直上を通過したこ
とを検出できる。
【0017】そして、自走車1がガイド用磁石3の直上
に位置して、磁気センサの検出出力の和の符号が反転し
たとき、検出した位置ズレ量を確定する。これにより、
自走車の位置ズレを少数の磁気センサを用いて検出でき
る。また自走車がガイド用磁石の直上に位置したときの
位置ズレ量が得られる。
【0018】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図3は自走車に設けた位置センサ及びガイ
ド用磁石の関係を示す模式的平面図である。床面に設置
されたガイド用磁石3に誘導されて走行する自走車1
は、矢符で示される走行方向へ移動し、理想的には自走
車1の中心がガイド用磁石3の中心を通るよう操舵され
る。自走車1には、長手方向が走行方向と直交する方向
つまり左右方向に位置センサ2が取付けられており、位
置センサ2は、その長手方向に、例えばホール素子から
なる磁気センサ21,21 …を複数個並設して構成されてい
る。この磁気センサ21はガイド用磁石3から所定高さに
設置され、ガイド用磁石3が発生する磁界の内、自走車
1の走行方向成分の強さを検出する向きに適宜間隔で一
列にN個、例えば長さ400mm の間に10〜20個配設されて
いる。ガイド用磁石3は自走車1がいずれの方向から通
過しても同じ磁界分布が得られるように円板形状となっ
ている。
【0019】図4は本発明に係る自走車の位置ズレ検出
方法を実施する装置の構成を示すブロック図である。N
個のホール素子からなる磁気センサ21,21 …の検出出力
はマルチプレクサ4により順次選択され、増幅器5を介
してアナログ/ディジタル (A/D ) コンバータ6へ入力
され、ディジタル信号に変換されて演算処理するCPU7
に入力され、CPU 7から位置ズレ量Sの演算結果が出力
される。
【0020】次にこのように構成した装置により、自走
車とガイド用磁石との位置ズレ量の検出を、CPU の制御
内容を示す図5に示すフローチャートとともに説明す
る。N個の磁気センサ21 (i=0, 1…N−1) の検出
出力をCPU 7が取り込む(S1)。続いて、前述した(1) 式
により位置ズレ量Sを演算する(S2)。続いて、磁気セン
サ21 (i=0, 1…N−1) の検出出力の総和を算出す
る(S3)。そして、磁気センサ21の各検出出力の総和の符
号が反転したか否かを判別し(S4)、反転するまで位置ズ
レ量Sの演算を続ける。符号が反転したときは、前述し
たように自走車、即ち位置センサ2がガイド用磁石3上
に位置した時点となる。
【0021】そこで、符号が反転したと判別すると、判
別した時点の位置ズレ量Sを確定する(S5)。これにより
ガイド用磁石3の位置における自走車1とガイド用磁石
3との左右方向の位置ズレ量Sを確定できる。そして、
確定した位置ズレ量Sの信号をCPU 7から出力する。続
いて、走行動作終了か否かを判別し(S6)、走行動作終了
と判別するまで、ガイド用磁石3上に自走車1即ち位置
センサ2が位置する都度、位置ズレ量Sを確定してCPU
7から出力する。走行動作終了と判別すると位置ズレ量
Sを演算する制御動作を終了する。
【0022】図6は自走車の中心とガイド用磁石との実
際の位置ズレ量Δx=Sと、z=50mm、L=400mm 、N
=10として求めた位置ズレ量Sの演算結果とを距離yを
パラメータとして示したものである。位置センサ2がガ
イド用磁石3に近づき、yが小さくなるにともない広い
範囲で良好な直線性を示している。従って、位置センサ
2がガイド用磁石3の直上 (y=0) 近辺を通過する時
点で上記(1) 式による位置ズレ量の演算結果を自走車1
の図示しない操舵制御回路に出力することにより、位置
ズレ量に応じて自走車1を操舵制御できる。なお、上記
(1) 式の演算は、安価な1チップマイクロコンピュータ
で簡単に行うことができる。
【0023】そして、全長400mm の間に10〜20個の磁気
センサを配置することにより、従来のような百数十個の
磁気センサを用いずに同様の精度で位置ズレ量Sを検出
できる。
【0024】本実施例では検出出力の総和の符号が反転
する時点を検出したが、各磁気センサ21の内、検出出力
が最大を示している磁気センサに着目してその検出出力
がピーク値から減少に転じる時点を検出しても良い。ま
た、本実施例では磁気センサの個数を10〜20個とした
が、位置ズレを検出する範囲の広さ又は要求される分解
能に応じて増減させることは言うまでもない。
【0025】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る自走車の
位置ズレ検出方法では、所定間隔に配置した磁気センサ
の検出出力を連ねて得た波形を、一方の位置センサから
他方の位置センサまでの長さを基本波の一周期として離
散フーリエ変換し、その基本波成分の位相に基づき位置
ズレ量を算出しているので、少数の磁気センサと、ワン
チップのマイクロコンピュータとを用いて実現できるの
で大幅なコストダウンが図れる。また、基本波成分を求
めて演算するので、地磁気等によるオフセット誤差の影
響を避けることができる等、本発明は優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】各磁気センサの検出出力を示すグラフである。
【図2】磁化のy方向成分の分布を3次元的に示すグラ
フである。
【図3】本発明に係る位置ズレ検出方法の実施に適用す
る磁気センサ及びガイド用磁石の関係を示す模式的平面
図である。
【図4】本発明に係る位置ズレ検出方法を実施するため
の装置のブロック図である。
【図5】CPU の制御内容を示すフローチャートである。
【図6】位置ズレ量演算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 自走車 2 位置センサ 21 磁気センサ 3 ガイド用磁石 4 マルチプレクサ 5 増幅器 6 A/D コンバータ 7 CPU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−288501(JP,A) 特開 平2−80912(JP,A) 特開 平3−147012(JP,A) 特開 平8−201006(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 21/00 B61B 13/00 B62D 1/28 G05D 1/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自走車が走行する床面に設置されたガイ
    ド用磁石が発生する磁界の強さを検出して、自走車に、
    その左右方向に一列に配置された複数の磁気センサで検
    出して、自走車とガイド用磁石との左右方向の位置ズレ
    を検出する自走車の位置ズレ検出方法において、 前記磁気センサの検出出力を連ねて得た波形を、一側に
    位置する磁気センサから他側に位置する磁気センサまで
    の長さを基本波の1周期として離散フーリエ変換し、基
    本波の位相に基づいて位置ズレ量を検出することを特徴
    とする自走車の位置ズレ検出方法。
  2. 【請求項2】 磁気センサの検出出力の総和の符号が反
    転したときに、位置ズレ量を確定する請求項1に記載の
    自走車の位置ズレ検出方法。
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