JP2950974B2 - 移動体の位置検知装置 - Google Patents

移動体の位置検知装置

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JP2950974B2 JP2330164A JP33016490A JP2950974B2 JP 2950974 B2 JP2950974 B2 JP 2950974B2 JP 2330164 A JP2330164 A JP 2330164A JP 33016490 A JP33016490 A JP 33016490A JP 2950974 B2 JP2950974 B2 JP 2950974B2
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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、左右の車輪の回転数を別々に検出して走行
位置を求める移動体の位置検知装置に関するものであ
る。
(従来の技術) ゴルフカートや場内搬送車などの移動体において、移
動体は左右の車輪の回転数を別々に計測して走行位置を
逐次演算により求め、予定走行ルートに追従させるもの
が考えられている。
このような移動体においては、傾斜角度等の路面条件
や、加減速、コーナリングなどの走行条件の変化等に伴
い、車輪のタイヤが変形するため、位置検知精度の点で
は限界があった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明が解決しようとする課題は、左右の車輪に変形
があっても位置検出精度が低下せず、常に高精度な位置
検出ができるようにすることにある。
(課題を解決するための手段) 本発明によればこの課題は、左右の車輪の回転数を別
々に検出して走行位置を求める移動体において、前記左
右の車輪の接地径を別々にかつ走行中ほぼ実時間で常に
検知する径検出手段と、求めた接地径を用いて逐次求め
る走行距離および走行方向を用いて走行位置を求める演
算手段とを備え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。
また前述の接地径を求めるものに代えて、トレッドを
検出してもよい。すなわち、左右の車輪の接地位置を検
出する接地位置検出手段と、この接地位置から求めたト
レッドを用いて走行位置を求める演算手段とを備えるこ
とを特徴とする移動体の位置検知装置によってもこの目
的が達成される。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例であるゴルフカートの制御
系統図、第2図はこのゴルフカートの側面図、第3A、3
B、3C図は接地径検出手段の原理図、第4A、4B、4C図は
接地位置検出手段の原理説明図である。
この実施例では、ゴルフカートの位置を車輪の回転数
から求める一方、正確な位置を適宜の位置で修正する。
すなわち3つの位置が既知なレフレクタとゴルフカート
との角度を検出し、走行量と走行方向との変化に基づい
て位置の修正を行う。
第2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に
介して伝えられる。左右の後輪12a、12bの回転量は左右
一対エンコーダ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
16、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(52a、b)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。これらの投受光器52
は、水平な軸回りに高速速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それぞれ独立に副走
査される。投受光器2はモータにより副走査方向へ回転
され、この回転角度はエンコーダにより検出される。ま
たこれらの投受光器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
ザー光が所定の位置に固定されたリフレクタで反射され
て戻る光を検出する。
次に制御装置60を説明する。この装置60はディジタル
コンピュータからなるCPU62、半導体メモリ(記憶装
置)64、パルスカウンタ66(66a、66b)等を有する。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。カウンタ66
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
のリフレクタの座標、走行予定ルート等のデータが記憶
されている。
CUP62は所定の演算を、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。CUP62はレーザー
を検出する投受光器52を垂直に主走査させながら垂直軸
回りに回転させ、リフレクタによる反射光を受光するこ
とによりリフレクタの方向を検出する。移動体は走行中
に2つの投受光器52によって3か所のリフレクタの方向
を求め続け、この間の走行量と移動方向との関係から車
体の位置を演算により正確に求める。この演算方法は特
開昭59−67476号、特願昭63−315172号に詳述されてい
るからその説明は繰り返さない。
このように車体は走行しながら順次異なるリフレクタ
の方向を検出し、その間においては両後輪12の回転数を
用いて走行方向と走行距離との検出しながら予定走行ル
ートに沿って走行する。例えば左右の車輪12a、12bの走
行量をLL、LRとし、また車体重心を通る前後方向の直線
と両後輪12との距離(トレッド)をL1、LRとすれば、車
体の微小走行距離Δlと微小方向変化Δθは、 Δl=(LL+LR)/2 Δθ=(LL−LR)/(TL+TR) により求められる。CPU62はこの演算をしながら車体が
走行ルートに乗るように操舵モータ32を駆動する。
ここに両輪12A、12bの走行量LL、LRは、 N(回転数)×D(タイヤ径)×π により求められる。しかしこのタイヤ径Dは走行条件に
より変化する。またタイヤの接地点も走行条件により変
化するための前記のトレッドLL、LRも変化する。このた
め前記Δθ、Δlの精度が低下する。
そこで本発明ではこれらを走行中に実時間で常に検出
し、ΔθおよびΔlを高精度に求めるものである。
タイヤの有効径Dを求める径検出手段は、第3A〜C図
に示すセンサ70(70A〜C)とCPU62が有する機能の1つ
である径演算手段62A(第1図)とで形成される。
第3A図に示すセンサ70Aは、空気無しの弾性タイヤ12A
の接地部裏面との距離aを測定する距離センサで形成さ
れる。ここにセンサ70Aはリム72の内径側からタイヤ接
地部裏面を指向するようにフレーム10側に保持されてい
る。センサ70Aはリム72の周にそって開口する複数の窓7
4を介してタイヤ接地部裏面までの距離を求める。この
場合タイヤ厚さをt、回転軸心からセンサ70Aまでの距
離をl、センサ70Aの傾きをαとすれば、接地時の有効
径Dは、 D=2(l+t+acosθ) により求められる。
第3B図の実施例では、フレーム10側に保持したセンサ
70Bから、タイヤ12Bのサイド部に環状に形成した突条76
までの距離を求める。この突条76の位置はタイヤ12Bの
変化量に対応して上下に変化するから、この上下変化に
より径演算手段62Aで有効径Dを求めることができる。
第3C図の実施例では、タイヤ12Cのクラウン部内の周
方向に光ファイバ78をn周分埋め込む。タイヤ12Cの軸
線上には光波測距儀からなるセンサ70Cが配置され、こ
こからタイヤ12Cの軸線方向に射出されるレーザー光を
タイヤ12C側に固定されたプリズム80により光ファイバ7
8の一端に導く。光ファイバ78の他端から出たレーザー
光はプリズム80によりタイヤ12C側に固定されたコーナ
ーキューブ82で反射され、往路を逆にたどってセンサ70
Cに戻る。センサ70Cはこの戻たレーザー光の位相変化か
ら光路長kを求める。径演算手段62Aは k=2H+2(nπ+1)D によって有効径Dを求める。
以上の方法や他の適宜の方法によって求めたタイヤ12
の有効径Dを用いて車輪12a、12bの走行量LL、LRを前記
のようにして求める。
次に微小方向変化Δθを求めるために必要なトレッド
TL、TRの変化を実時間で検出する接地位置検出手段を説
明する。この手段は、第4A、B図に示すセンサ84(84
A、B)と、CPU62の持つ1つの機能である接地位置演算
手段62B(第1図)とで形成される。
第4A図に示す実施例のセンサ84Aは、タイヤ12Dの接地
部付近の両サイド部に対向する一対の近距離センサ84A
a、84Abで形成される。
一方のセンサ84Aaから接地点までの距離xは x={H−(l1+l2)}2+l1 ={H−(l2−l1)}/2 で求められる。ここにHは両センサの間隔、l1とl2は各
センサとタイヤ12Dのサイド部との間隔である。
第4B図に示す実施例は、旋回時にタイヤ12Eの内輪側
で低速に外輪側で高速になると考えられることから、両
サイド部の速度差を検出するものである。すなわちタイ
ヤ12Eの両サイド部に半径方向にスリット86あるいはス
リット状パターンを等間隔に形成し、このスリット86の
通過速度を別々に検出する。ここにセンサ84Bはタイヤ1
2Eの接地部付近の両サイド部に対向する一対のレーザ光
減88と、偏光プリズム90と、λ/4板(図示せず)と、受
光素子92とで形成され、光源88から出たレーザー光はプ
リズム90、λ/4板を通りスリット86に導かれ、ここで反
射された反射光は、λ/4でさらに偏光を受けてプリズム
90により受光素子92に導かれる。CPU62の接地位置演算
手段62Bは各センサによるスリットの検出周波数N1、N2
を比較し、例えば x={(N−N1)/(N2−N1)}×H によって接地位置xを求める。ここにNは車輪12の回転
速度に対応する周波数であり、例えばスリットを前記し
た車輪回転速度を求めるためのエンコーダ24と同じ周期
で形成しておき、このエンコーダ24により検出した周波
数をNとすることができる。
これらの方法あるいは他の方法で求めたトレッドTL
TRを用いて微小方位変化Δθを高精度に検出することが
できる。
演算手段62はこれらの演算結果を用いて車体の走行方
向、位置を修正しながら予定の走行ルートにそって車体
を走行させる。
この実施例では位置が既知の3つのリフレクタによる
反射を利用して、移動体の位置を求め補正するものであ
るが、本発明は他の方法で位置の補正をするものや、走
行途中で位置の補正を行わないものであってよい。
また前記実施例では、車輪の径だけでなく、トレッド
の変化も検出して微小方位変化も求めているので、走行
位置の検出が一層高精度になる。しかし本発明は車輪の
有効径だけを求めて走行位置を補正するようにしたもの
であってもよい。またトレッドの変化だけを求めて走行
位置を補正するものであってもよい。
以上の各実施例は車輪12の径あるいはトレッドをセン
サ70、84によって直接検出している。しかし本発明はこ
れらを間接的に検出するものであってよい。例えば車体
のピッチング荷重変化を求めて車輪の荷重変化を検出
し、また車体の横荷重変化を求め、これから左右の車輪
の荷重配分の変化を求め、演算により径あるいはトレッ
ドを求めることが可能である。ここにピッチング荷重変
化は、例えば車体重心付近に設けた傾斜計により車体前
後方向の荷重分布を求めることができる。また横荷重変
化は、左右の車輪間の上方に設けたジャイロスコープ
や、左右2か所に設けた加速度計などにより求めること
が可能である。予めテーブルもしくは演算式にて定義さ
れている荷重とタイヤ有効径Dの関係を用い、先に求め
た各車輪に加わる荷重から現在の正しいタイヤ接地径を
求めることができ、またタイヤの変形による接地点の変
化からトレッドTL、TRを同様に求めることができる。
なお一般に車輪12に駆動力や制動力が加わる場合には
路面との間に滑りが生じることが避けられない。この滑
り分の発生は計測誤差となるので好ましくない。そこで
駆動輪と計測輪とを分けるのが望ましい。例えば前記の
ゴルフカートにおいては、前輪14にホイールモータなど
を設けてこれを駆動輪とし、左右の車輪12を計測輪とす
ることにより位置検知精度を向上させることが可能であ
る。
(発明の効果) 請求項(1)に記載の発明は以上のように、左右の車
輪の有効径を別々にかつ走行中ほぼ実時間で常に検出
し、この有効径を用いて逐次求める走行距離および走行
方向を用いて走行位置を演算により求めるものであるか
ら、路面の傾斜や車体荷重の変化など、種々の走行条件
の変化により車輪の有効径が変化して常に正確な有効径
を用いて走行距離と走行方向とを演算することができ
る。ことためこれらの走行距離および走行方向を用いて
走行位置を正確に求めることができ、走行条件の変化に
よる車体の位置検出精度の低下を招くことがなく、高精
度な位置制御が可能になる。
請求項(2)の発明によれば、車輪の接地位置の変化
を検出して走行位置の補正を行うから、位置制御精度が
向上する。なお本発明は、車輪の有効径と接地位置とを
共に検出しながら位置を求めるようにしてもよく、この
場合はさらに精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるゴルフカートの制御系
統図、第2図はこのゴルフカートの側面図、第3A、3B、
3C図は接地径検出手段の原理図、第4A、4B図は接地位置
検出手段の原理説明図である。 12……車輪、 62……CUP、 62A……径演算手段、 62B……接地位置演算手段、 70……径検出手段のセンサ、 84……接地位置検出手段のセンサ、 D……タイヤ有効径。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】左右の車輪の回転数を別々に検出して走行
    位置を求める移動体において、 前記左右の車輪の接地径を別々にかつ走行中ほぼ実時間
    で常に検知する径検出手段と、求めた接地径を用いて逐
    次求める走行距離および走行方向を用いて走行位置を求
    める演算手段とを備えることを特徴とする移動体の位置
    検知装置。
  2. 【請求項2】左右の車輪の回転数を別々に検出して走行
    位置を求める移動体において、 左右の車輪の接地位置を検出する接地位置検出手段と、
    この接地位置から求めたトレッドを用いて走行位置を求
    める演算手段とを備えることを特徴とする移動体の位置
    検知装置。
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