JP2889256B2 - 移動体の位置検知方法および装置 - Google Patents

移動体の位置検知方法および装置

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JP2889256B2 JP63315172A JP31517288A JP2889256B2 JP 2889256 B2 JP2889256 B2 JP 2889256B2 JP 63315172 A JP63315172 A JP 63315172A JP 31517288 A JP31517288 A JP 31517288A JP 2889256 B2 JP2889256 B2 JP 2889256B2
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、位置が既知な3つの光反射手段と移動体と
の角度を検出して移動体の位置を検知する方法および装
置に関するものである。
(発明の背景) 移動体の位置を検知する手段として、車輪の回転から
移動量と移動方向とを計測して加算してゆくことが考え
られるが、この方法では誤差が累積して不正確になる問
題がある。
そこで相対位置が既知な3つのリフレクタを用い、移
動体から2つのリフレクタの挟角を検知して移動体の位
置を求める方法が提案された(特開昭59−67476号参
照)。すなわちこれは2つのリフレクタをつなぐ距離が
既知の一辺を弦とし、この弦を挟む前記挟角の軌跡によ
って決まる2つの円を求め、2つの円の交点として移動
体の位置を決めるものである。しかしこの方法は3つの
リフレクタの反射光を同時に検知して2つの挟角を同時
に知ることを前提とするものであり、2つの挟角の同時
検出ができない場合には不可能または不正確になるとい
う不都合があった。
(発明の目的) 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、
固定位置が既知の3つの光反射手段に対する移動体の方
位検知を時間差をもって行っても移動体の位置を正確に
検知することが可能な移動体の位置検知方法を提供する
ことを第1の目的とする。またこの方法の実施に直接使
用する装置を提供することを第2の目的とする。
(発明の構成) 本発明によれば第1の目的は、固定位置が既知の3個
の光反射手段により、移動体からの射出光を移動体方向
へ反射して移動体の位置を検出する移動体の位置検知方
法において、移動体の移動経路における3つの位置でそ
れぞれ異なる1つの光反射手段の方向を示す受光方位ベ
クトルと移動方向を示す移動方位ベクトルとを検出する
一方、前記の3つの位置間の移動量を求め、これら3つ
の位置での移動体の移動方位ベクトルと受光方位ベクト
ルと前記移動量とを用いて、前記移動方位ベクトルと受
光方位ベクトルとの内積による連立方程式を解くことに
より移動体の位置を演算することを特徴とする移動体の
位置検知方法、により達成される。
また第2の目的は、固定位置が既知の3個の光反射手
段により、移動体からの射出光を移動体方向へ反射して
移動体の位置を検出する装置において、移動体により各
光反射手段からの受光方向を検出し受光方位ベクトルを
求める角度検出手段と、移動体の移動量を求める移動量
検出手段と、移動体の移動方向を検出し移動方位ベクト
ルを求める移動方向検出手段と、演算手段とを備え、前
記角度検出手段は移動体の移動経路における3つの位置
で順次異なる1つの光反射手段の方向を検出して受光方
位ベクトルを求め、前記移動量検出手段はこれらの3つ
の位置間の移動量を求め、前記演算手段はこれら3つの
位置での移動体の移動方位ベクトルと受光方位ベクトル
と前記移動量とを用いて前記移動方位ベクトルと受光方
位ベクトルとの内積による連立方程式を解いて移動体の
位置を演算することを特徴とする移動体の位置検知装
置、により達成される。
(原理) この構成により前記目的が達成できることを第4図に
基づき説明する。
この図において、P0は移動体の現在位置、P1,P2はそ
れぞれ或る時間前における移動体の位置である。座標系
x−yを図のようにとり、各位置の座標を次のように決
める。
P0(x,y) P1(x−Δx1,y−Δy1) P2(x−Δx2,y−Δy2) ここにx、yが求めようとする座標であり、Δx1,Δx
2,Δy1,Δy2は移動体の移動量と移動方向とを監視する
ことにより求めることができる。
また移動体の位置P0におけるx軸方向に対する移動方
向を、θと仮定すれば、位置P1、P2における移動方向は
θ−Δθ、θ−Δθとして求められる。ここにΔθ
、Δθは、移動中の移動方向の変化量であるから移
動中監視し続けることにより求められる。
R1、R2、R3はコーナーキューブなどで作られた光反射
手段としてのリフレクタであり、これらの座標は図に示
すように既知である。位置P0、P1、P2における移動方向
とリフレクタR1、R2、R3による受光方向とのなす角(受
光角)をα、β、γとすれば、この受光角も検出可能で
ある。
位置P0、P1、P2における移動方向を示す方位ベクトル
)を次のように定義する。
=(cosθ,sinθ) =(cos(θ−Δθ),sin(θ−Δθ)) =(cos(θ−Δθ),sin(θ−Δθ)) またリフレクタRに対する方位と距離を示す受光ベク
トル、、を次式で定義する。
=(xr1−x,yr1−y) =(xr2−x+Δx1,yr2−y+Δy1) =(xr3−x+Δx2,yr3−y+Δy2) 従って内積(スカラー積)の定義から、 ・=(xr1−x)cosθ+(yr1−y)sinθ =||・|0|cosα …(1) ・=||・|1|cosβ …(2) ・=||・|2|cosγ …(3) (1)、(2)、(3)の連立方程式の解としてx、
y、θを求めることができる。すなわち本発明は、現在
の位置P0および過去の位置P1、P2における方位ベクトル
)と、受光ベクトル、、
と、P2、P1、P0間の移動量とを検出し、現在位置P0の座
標(x、y)と移動方向θとを連立方程式の解として求
めるものである。
(実施例) 第1図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第2図
は移動体の制御系を示すブロック図、第3図は移動体と
してのゴルフカートの側面図である。
第3図において符号10は車体フレーム、12(12a、12
b)は左右一対の後輪、14は1個の操向前輪である。車
体フレーム10は後輪12間から上方へ起立し上端が前方へ
水平にのびる上部フレーム10aを有する。後輪12には電
動走行モータ16の回転がチェーン18、20、差動装置22を
介して伝えられる。左右の後輪12a、12bの回転量は左右
一対のエンコーダ24(24a、24b)により別々に検出され
る。前輪14は操向軸筒26に保持された操向軸28の下端に
取付けられている。この操向軸28の上端にはクラッチ30
を介して操舵用モータ32が接続される一方、リンク34に
よってハンドル軸36の回転が伝えられるようになってい
る。すなわちクラッチ30の断続により、モータ32かハン
ドル38かのいずれかによって前輪14の操舵が行われるよ
うになっている。
40はコントローラであり走行用と操舵用の各モータ1
6、32の電力制御を行う回路や、インターフェース等を
有するものである。42は車体中央付近の下部に搭載され
た鉛蓄電池である。車体フレーム10の後部には運転者が
立てるようにステップ46が突設されている。運転者は必
要に応じてこのステップ46に立ち、入力装置48、メイン
スイッチ50、ハンドル38等を操作できるようになってい
る。
52はレーザー投受光器であり、上フレーム10aの前端
に取付けられている。この投受光器52は、水平な軸回り
に高速回転するポリゴナルミラーによってレーザーをほ
ぼ垂直方向に主走査しつつ、全体を垂直な軸回りに回転
させて周囲方向に副走査される。モータ54はこの副走査
方向へ投受光器52を回転させる一方、この回転角度はエ
ンコーダ56により検出される。またこの投受光器52には
射出したレーザーのリフレクタによる反射光を検出する
受光素子が取付けられ、レーザー光が前記第4図で説明
したリフレクタRで反射されて戻る光を検出する。
次にCPU装置60を説明する。この装置60はデジタルコ
ンピュータからなるCPU62、半導体メモリ(記憶装置)6
4、パルスカウンタ66(66a、66b)、68等を有する。両
パルスカウンタ66は左右後輪12の回転に伴ってエンコー
ダ24が出力するパルスを別々にカウントする。パルスカ
ウンタ68は投受光器52の回転に伴ってエンコーダ56が出
力するパルスをカウントする。これらカウンタ66、68の
カウント値は、コントローラ40に設けたインターフェー
ス(図示せず)を介してCPU62に読込まれる。メモリ64
にはCPU62の動作プログラムの他に、光反射手段として
のリフレクタR(第4図参照)の座標、走行予定ルート
等のデータが記憶されている。
CPU62は第1図に示す機能の演算を、メモリ64に記憶
したプログラムに従って順次繰り返し行う。CPU62は、
まずメモリ64に記憶した走行予定ルートに従って操舵用
モータ32と走行用モータ16とを駆動する信号をコントロ
ーラ40に送る。この結果前輪14が操舵され後輪12が駆動
されて、走行予定ルートにほぼ沿って自走する。CPU62
は走行中に投受光器52を作動させ、レーザーを上下方向
に主走査させつつ垂直軸回りに副走査させる。レーザー
がリフレクタR3で反射して投受光器52に戻るとこの反射
光が受光素子で検出され、この時の受光信号に基づいて
パルスカウンタ68のカウント値nがCPU62に読み込まれ
る。CPU62の角度検出手段62Aはこのカウント値nに基づ
き車輛走行方向から見たリフレクタR3の角度γを求め
る。CPU62はこの時の車輛の位置を P2(x−Δx2,y−Δy2) としてメモリ64に記憶する一方、この位置P2における走
行方向を示す方位ベクトルと、リフレクタR3による
受光方向ベクトルとを次式のように決める。
=(cos(θ−Δθ),sin(θ−Δθ)) =(xr3−x+Δx2,yr3−y+Δy2) CPU62はその後走行予定コースに従って車輛を走行さ
せ、投受光器52がリフレクタR2からの反射光を受光する
と、その時のリフレクタR2の角度βを求めると共に、そ
の位置をP1として P1=(x−Δx1,y−Δy1) としてメモリ64に記憶する。CPU62はまた方位ベクトル
と、受光方向ベクトルとを次のように決める。
=(cos(θ−Δθ),sin(θ−Δθ)) =(xr2−x+Δx1,yr2−y+Δy1) さらにCPU62は走行して投受光器52がリフレクタR1
らの反射光を受光すると、その時のリフレクタR1の角度
αを求めると共に、その位置をP0として P0(x,y) をメモリし、方位ベクトルと、受光方向ベクトル
とを次式により決める。
=(cosθ,sinθ) =(xr1−x,yr1−y) ここに移動量Δx1、Δx2、Δy1、Δy2や移動方向Δθ
1,Δθは第1図における移動量検出手段62B、移動方
向検出手段62Cにおいて、左右の各後輪12の回転量の平
均値と、回転量の差とを用いてそれぞれ算出するもので
ある。
CPU62は次にこれらの方位ベクトル
と、受光方位ベクトル、、と、角度α、β、γと
を用いて、前記(原理)で説明した(1)、(2)、
(3)の連立方程式を解く(演算手段62D)。
このように3つの位置P2、P1、P0における異なるリフ
レクタR3、R2、R1の反射方向と、その間の車輛の移動
量、移動方向を自ら検出することにより、現在位置P0
座標(x、y)と走行方向θとを高精度に求めることが
できる。
また位置P2、P1、P0が同一位置の場合、位置P2、P1
同一の場合、位置P1、P0が同一の場合も同様である。
この実施例では走行予定コースをメモリ64に予め記憶
しておき、このコースに乗って走行しつつ正確な位置を
求め走行方向を修正してゆくものであるが、本発明はこ
れに限られるものではない。例えば任意の方向へ移動中
であっても連続する3つの位置で異なるリフレクタの反
射光を受光すれば、その位置を正確に決定できる。
また移動方向Δθは、この実施例では左右の後輪の回
転量の差から検出しているが、ジャイロスコープなどか
ら検出してもよいのは勿論である。
さらに本実施例では1つの投受光器52で3つの光反射
手段の方向を検出しているので、部品点数が減少する効
果も得られるが、本発明は複数の投受光器を用いてもよ
い。
(発明の効果) 請求項1の発明は以上のように、3つの座標が既知の
リフレクタの方向を3つの位置で求め、同様に3つの位
置での移動方向を求め、さらに3つの位置の間の移動量
を監視することにより、移動体の移動方位ベクトルと受
光方位ベクトルとを求め、これらの内積による3つの連
立方程式から移動体の現在位置とその移動方向とを求め
るものである。このため3つのリフレクタからの反射光
を同時に受光しなくても正確な位置検知ができ、移動体
の高精度な位置決定が可能となる。また請求項2の発明
によればこの方法の実施に直接使用する装置が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第2図は
移動体の制御系を示すブロック図、第3図は移動体とし
てのゴルフカートの側面図である。また第4図は本発明
の原理説明図である。 62……CPU、62A……角度検出手段、 62B……移動量検出手段、 62C……移動方向検出手段、 62D……演算手段、 R1R2R3……光反射手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 5/00 - 5/30 G05D 1/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定位置が既知の3個の光反射手段によ
    り、移動体からの射出光を移動体方向へ反射して移動体
    の位置を検出する移動体の位置検知方法において、 移動体の移動経路における3つの位置でそれぞれ異なる
    1つの光反射手段の方向を示す受光方位ベクトルと移動
    方向を示す移動方位ベクトルとを検出する一方、前記の
    3つの位置間の移動量を求め、これら3つの位置での移
    動体の移動方位ベクトルと受光方位ベクトルと前記移動
    量とを用いて、前記移動方位ベクトルと受光方位ベクト
    ルとの内積による連立方程式を解くことにより移動体の
    位置を演算することを特徴とする移動体の位置検知方
    法。
  2. 【請求項2】固定位置が既知の3個の光反射手段によ
    り、移動体からの射出光を移動体方向へ反射して移動体
    の位置を検出する装置において、 移動体により各光反射手段からの受光方向を検出し受光
    方位ベクトルを求める角度検出手段と、移動体の移動量
    を求める移動量検出手段と、移動体の移動方向を検出し
    移動方位ベクトルを求める移動方向検出手段と、演算手
    段とを備え、前記角度検出手段は移動体の移動経路にお
    ける3つの位置で順次異なる1つの光反射手段の方向を
    検出して受光方位ベクトルを求め、前記移動量検出手段
    はこれらの3つの位置間の移動量を求め、前記演算手段
    はこれら3つの位置での移動体の移動方位ベクトルと受
    光方位ベクトルと前記移動量とを用いて前記移動方位ベ
    クトルと受光方位ベクトルとの内積による連立方程式を
    解いて移動体の位置を演算することを特徴とする移動体
    の位置検知装置。
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