JP3432784B2 - 移動車の軌道データとセンサデータを記録する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は移動車に関する。特
に、移動車の軌道データとセンサデータを記録する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】車輪型の無人移動車は生産、サービス、
及び他の産業において広く採用されている。例えば、生
産工場においては、無人資材搬送のために用いられてい
る。半導体製造工場のクリーンルームにおいては、人間
のオペレータが塵の元とならないように、ロボットマニ
ピュレータを搭載した無人移動車が広く使われている。
経費節減のために、食事を運搬する無人移動車を使って
いる病院もある。

【０００３】これまで、無人移動車のための操舵方法が
２通り知られている：電気・光学的方法とプログラミン
グ法である。電気・光学的方法は床に貼った誘導線か光
学テープを無人移動車が追跡するものである。もう一つ
の方法はコンピュータ・プログラミングによって無人車
を操舵するものである。（特願平１１−１１１６４７号
参照）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの操舵
方法には多くの難点がある：（Ａ）電気・光学的方法に
おいては、その動作環境に誘導線やテープを貼るのに時
間と費用が掛かる。その費用は張り巡らした誘導線やテ
ープの距離の総計に比例する。さらに、動作環境や目的
が変更されたために、一度張り巡らした誘導線やテープ
を変更するのにも時間と費用が掛かる。クリーンルーム
への応用においては、塵の原因となるために、誘導線や
テープを使うこと自身が歓迎されない。（Ｂ）プログラ
ミング法にも問題がある。移動車をプログラムするため
には、その動作環境の中で経路を計測することが必要で
あり、これは時間の掛かる仕事である。情況によって
は、その仕事のために必要な理想的な経路がプログラミ
ングによって数学的に簡単に定義できないことがある。

【０００５】移動車を実用的な応用に使用する際には、
別の問題がある。移動車の動作環境の幾何学的地図が、
移動車の精密な運動のためには必要である。しかし、こ
れまでのところ、この地図を作成するための経済的で簡
単な方法は知られていない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の方法として、移動車を手動で操縦し、その運動を後に
容易にプレイバックできるように、その軌跡を記録する
手段を本発明は与える。更に具体的に述べれば、その軌
道データは、運動制御時間間隔毎に計算された、移動車
の移動距離、及び、移動車の座標系（位置と方向）を含
む。この軌道データを用いると、もとの手動で教示され
た軌道を移動車が再生することが容易である。

【０００７】さらに、本発明のもう一つの目的は、移動
車にセンサを搭載することにより、その運動状態におい
て、センサデータをセンサ制御時間間隔毎に記録する方
法を与えるものである。このセンサデータは、移動距
離、移動車座標系、センサ座標系、及び、センサによっ
て採取された情報を含む。

【０００８】

【本発明の利点】本発明の利点の第一は、軌道データ
が、その手動で生成された軌道を再生するために必要十
分な幾何学的情報（軌道の各部における、移動距離、位
置、方向、曲率）を含んでいることである。この曲率は
移動車をより良く運動制御するために不可欠な情報であ
る。軌道各部を円弧か直線で近似することは、移動車の
座標系推定のための、これまで知られている最善の方法
である。

【０００９】本発明の第二の利点は、移動車の軌道が手
動で生成されるから、数学的に定義するのが難しい軌道
も、本方法によって容易に生成できることである。かく
して、理想的な軌道をコンピュータ・プログラムによっ
て定義するのが難しいような場合がある、という問題を
本発明は解決する。

【００１０】本発明の第三の利点は、移動車のために軌
道を定義したり、修正したりするのに要する時間と費用
が軽減されることである。この発明を組み込んだプログ
ラムを装備した移動車は、手動の教示を一回行うことに
よって、軌道を一つ記録することができる。従って、誘
導線や光学テープを貼りつけたり、それを変更したりす
ることに時間と費用が掛かる、という、もう一つの問題
が本発明により解決されたのである。

【００１１】本発明の第四の利点は、それが移動車軌道
の時間的情報を含まず、空間的情報のみを含むことであ
る。教示モードにおいて手動で与えられた速度プロファ
イルとは独立に、プレイバック時にユーザが自由に速度
プロファイルを選択できるので、本方法は記録された軌
道のプレイバックの仕方に自由度がある。

【００１２】本発明の第五の利点は、移動車ハードウェ
アに独立な軌道情報の取り扱いを可能にしている点であ
る。本発明は車輪構造の異なる移動車、例えば、速度差
制御、３輪車型、自動車型などの移動車、に対して、ま
た、寸法の異なる移動車に対して、共通に適用できる。

【００１３】本発明の第六の利点は、移動車が操縦され
ているとき、搭載されたセンサによって得た外界に関す
る情報を記録する直接的な方法を与えることである。後
に、移動車が同じ動きを再現した際に、この情報は移動
車位置の確認その他の目的に役立つ。

【００１４】本発明の第七の利点は、ソナーなどの距離
センサを移動車が備えると、世界地図を作る方法を本発
明が与えることである。距離センサデータは、その距離
センサが世界の中の対象物体を走査して得られる包絡線
となる。その包絡線を手動によって、あるいは、コンピ
ュータプログラムで編集することによって、幾何学的地
図を作り出すことができる。この方法は世界の寸法を手
で取って地図を作るよりもはるかに容易である。移動車
を操作する人がセンサの物理的特性をよく知っている場
合には、センサ情報が最も多く取れるように移動車を操
縦できるのも利点である。

【００１５】本発明の第八の利点は、教示モードに作成
した世界地図とプレイバックモードにおいて採取したデ
ータは、同一のセンサから、似たような位置と方角から
得られたデータに基づいている点である。従って、移動
車の位置・方角誤差修正の機能は容易、かつ、正確なも
のとなる。もし、世界地図が手で作られたものである
と、その地図データとセンサデータの違いのために、そ
の位置・方角誤差修正は良く機能しないであろう。

【００１６】

【発明の実施の形態】従って、本発明は操縦される移動
車の２つの機能に関する：第一の機能は軌道データを記
録することである。第二の機能はセンサ機能を記録する
ことである。同様の目的を持つ発明は国内国外を問わず
存在しない。従って、本発明は他の発明を改良したもの
ではない。 （１）移動車における２つの動作モード 本発明の一つの実施形態においては、移動車は二つの異
なる動作モードを持つ：教示モードとプレイバックモー
ドである。教示モードにおいては、操作者が移動車を物
理的に駆動するか、操作者が指示して移動車を動かし、
その軌道データとセンサデータがコンピュータプログラ
ムによって記録される。プレイバックモードにおいて
は、教示モードにおいて記録されたその運動が、コンピ
ュータ制御によって再生される。 （２）手動操縦方法 教示モードにおいて移動車を操縦するために、いくつか
の異なる方法が可能である： ａ）操作者が移動車を物理的に手で動かす方法。移動車
のモータを開放状態にしておくことによって、操作者が
その移動車を動かすとき、あまり抵抗を感じない。 ｂ）移動車に搭載されたセンサシステムが、操作者が手
に持った物体を能動的に検知する方法。例えば、ソナー
システムが移動車に搭載されており、操作者が手に持つ
物体を移動車が検知する。移動車の前部からその物体ま
で距離が予め決められた範囲内に収まり、また、その物
体が移動車の正面方向に来るように、その移動車が運動
するようプログラムされている。 ｃ）移動車が操作者によって遠隔制御される方法。 ｄ）移動車がその上に乗っている操作者によって運転さ
れる方法。

【００１７】本発明は移動車の運動がどのように計算さ
れ、記録されるか、に関わっているから、上記以外の方
法であっても、移動車の運動が何らかの方法で操作者に
より制御されている限り、本発明は適用可能である。い
ずれの方法を採るにしても、その結果生じた運動は、次
節に述べる方法によって、記録される。 （３）運動データの計算 移動車の位置と方角を明確に定義するために、局所的直
角座標系を移動車上に貼りつけることとする。（図１参
照）この実施例においては、移動車は固定輪を１個か２
個持つと仮定する。ここで、固定輪とは、操舵できな
い、車軸を回転できない車輪のことである。さらに、固
定輪がもし２個あれば、それらは車軸を共有すると仮定
する。この性質を持つ車輪構造は少なくとも３種ある：
速度差制御、２輪車型、および自動車型である。局所座
標系の原点は固定輪車軸上に置かれ、そのＹ軸はその車
軸と一致させるものとする。従って、移動車の正面方向
である局所座標系のＸ軸方向は、車軸とは直交する。

【００１８】移動車が動き回る平面の上に世界座標系が
定義される。移動車が動くと、その上の局所座標系も一
緒に動く。図１に示したとおり、世界座標系における移
動車座標系Ｑは、局所座標系をもちいてＱ=(ｐ,θ)=
((ｘ,ｙ),θ)と定義される。ここでｐ=(ｘ,ｙ)は局所座
標系の原点の世界座標系内の位置であり、θは局所座標
系のＸ軸の世界座標系内の方角である。特に、Ｑ_ref=
((０,０),０)は基準座標系と呼ばれる。

【００１９】移動車は時刻ｔ₀に移動車初期座標系Ｑ₀=
(ｐ₀,θ₀)を出発し、手動によって操縦される。移動車
はこの移動車初期座標系を知っている。移動車の運動に
つれて移動車座標系Ｑ=(ｐ,θ)は連続的に変化し、その
点ｐは図２に示すような軌跡を生成する。この軌道は、
運動制御時間間隔ｔ₀,ｔ₁,…,ｔ_i,ｔ_i+1,…,ｔ_nにおけ
る移動車座標系の系列(Ｑ₀,Ｑ₁,…,Ｑ_i,Ｑ_i+1,…,Ｑ_n)
によって表わされる。時刻ｔ_i（i=０,1,…,ｎ）におけ
る各移動車座標系Ｑ_i=(ｐ_i,θ_i)は、図２において、刻
み目によって表わされている。軌道上の任意の点におけ
る軌道への接線方向は、その点における移動車座標系Ｑ
_iのＸ軸の方向に等しい。点ｐ_iにおける刻み目は移動車
座標系Ｑ_iのＹ軸に対応する。初期移動車座標系Ｑ₀と最
終移動車座標系Ｑ_nにおいては、移動車は停止状態にあ
る。

【００２０】さて、移動車座標系Ｑ_i（i=０,1,…,ｎ-
1）が既知であると仮定して、Ｑ_i+1を計算する方法を示
そう。Ｑ₀は既知であったことに注意しよう。運動制御
時間間隔［ｔ_i,ｔ_i+1］内に移動車にもたらされた軌道
長変化分Δｓ_iと移動車方向変化分Δθ_iを、移動車はサ
ンプリング時間ｔ_i+1に測定できるものと仮定する。図
３に示すように、移動車は主移動車サブシステムと運動
制御サブシステムから構成されている。運動制御サブシ
ステムはモータ制御と運動測定の仕事を実行し、軌道長
変化分Δｓ_iと移動車方向変化分Δθ_iを主移動車サブシ
ステムに報告する。一方、主移動車サブシステムは本節
に述べられている主アルゴリズムを実行する。運動制御
サブシステムの詳細な機能は（４）節で述べる。軌道長
変化分Δｓ_iは正か負の値を取る。それが負のときは、
移動車は後方向に手動で操縦されていることになる。移
動車方向変化分は正、負、零、いずれの場合もあり得
る。

【００２１】運動制御時間間隔［ｔ_i,ｔ_i+1］におけ
る、Ｑ_iからＱ_i+1までの微少軌道部分は、移動車の大き
さに比べて、普通小さいことを勘案して、この区間の曲
率は一定である、と仮定する。従って、その平均曲率は κ_i=Δθ_i/Δｓ_i である。

【００２２】かくして、この微少軌道部分は曲率κ_iを
持つ、円弧か線分になる。（図４参照）即ち、κ_i=０の
ときはこの微少軌道部分は線分となり、それ以外のとき
は短い円弧となる。κ_i>０のときこの円弧は反時計回り
で、κ_i<０のときは時計回りである。

【００２３】図５は、図４を基にして、２つの座標系Ｑ
_i,Ｑ_i+1間の幾何学的関係を保ったまま、座標系Ｑ_iを基
準座標系((０,０),０)に移動して作られたものである。
図４と図５はκ_i>０であって、この円弧が反時計回りで
ある場合を特に示している。まず、微少座標変換 ΔＱ_i=((Δｘ_i,Δｙ_i),Δθ_i) を計算しよう。これはＱ_iをＱ_i+1に変換する座標変換で
ある。Δθ_iが０でない場合には、図５に見るように、
円弧の半径ｒ_iは ｒ_i=1/κ_i=Δｓ_i/Δθ_i に等しい。従って、 Δｘ_i=ｒ_isinΔθ_i =(sinΔθ_i/Δθ_i)Δｓ_i Δｙ_i=ｒ_i(1-cosΔθ_i)=((1-cosΔθ_i)/Δθ_i)Δｓ_i 一方、Δθ_i=０の場合には、この微少軌道は直線とな
り、 Δｘ_i=Δｓ_i Δｙ_i=０ 結果として、微少座標変換ΔＱ_iは次によって与えられ
る： ΔＱ_i=((Δｓ_i,０),０)：Δθ_i=０のとき、 ΔＱ_i=(((sinΔθ_i/Δθ_i)Δｓ_i,((1-cosΔθ_i)/Δθ_i)
Δｓ_i),Δθ_i)：それ以外のとき。

【００２４】この微少座標変換ΔＱ_iは、移動車座標系
Ｑ_i=((ｘ_i,ｙ_i),θ_i)を、次の二次元座標変換合成演算
子(*)によってＱ_i+1へと変換する： Ｑ_i+1=Ｑ_i*ΔＱ_i=((ｘ_i,ｙ_i),θ_i)*((Δｘ_i,Δｙ_i),Δθ_i) =((ｘ_i+Δｘ_icosθ_i-Δｙ_isinθ_i,ｙ_i+Δｘ_isinθ_i+Δｙ_icosθ_i),θ_i+Δθ _i ) 出発点ｐ₀から点ｐ_i+1までの軌道長ｓ_i+1は初期条件ｓ₀
=０と帰納式ｓ_i+1=ｓ_i+Δｓ_iによって求められる。 （４）微少運動の検出 本節においては、図３に示された運動制御サブシステム
がどのようにして軌道長変化分Δｓ_iと移動車方向変化
分Δθ_iを計算するかを説明する。また、記述を簡略化
するために、本節においてのみ、Δｓ_iとΔθ_iの代わり
にΔｓとΔθを用いる。車輪構造の例として、図６に示
すような、車軸を共有する２個の独立動輪を持つ、２輪
速度差制御の車輪構造を採用する。この車輪構造におい
ては、右車輪と左車輪における微少移動距離、Δｓ_Rと
Δｓ_L、は次式によって計算できる： Δｓ_R=(Δｎ_R/Ｎ)(1/Ｇ)πＤ Δｓ_L=(Δｎ_L/Ｎ)(1/Ｇ)πＤ ここで、Δｎ_RとΔｎ_Lは同一運動制御時間間隔における
右、左モータのエンコーダパルスカウント、Ｎはエンコ
ーダの一周に含まれるパルスの総数、Ｇはギヤ減速比、
及びＤは車輪直径である。

【００２５】各運動制御時間間隔内では、移動車は一定
曲率の運動をしていると仮定しているので、移動車座標
系原点、右車輪、および左車輪による３つの軌跡は共心
円、または並行直線となる。まず、Δθが０でなく、従
って、これらの曲線達が円弧であると仮定する。円の中
心Ｃから移動車座標系原点までの距離をｒとし、２車輪
間の距離を２Ｗとする。図６から Δｓ_R+Δｓ_L=(ｒ+Ｗ)Δθ+(ｒ-Ｗ)Δθ=２ｒΔθ=２Δ
ｓ Δｓ_R-Δｓ_L=(ｒ+Ｗ)Δθ-(ｒ-Ｗ)Δθ=２ＷΔθ 従って、 Δｓ=(Δｓ_R+Δｓ_L)/２・・・・・（１） Δθ=(Δｓ_R-Δｓ_L)/(２Ｗ)・・・（２） かくして、軌道長変化分Δｓと移動車方向変化分Δθ
は、それぞれ式（１）と（２）を用いて、２つの値Δｓ
_RとΔｓ_Lから計算できる。Δｓ_R=Δｓ_Lであって、これ
らのカーブが直線となる場合でも、この二式は正しく働
く。これで運動制御サブシステムの動作の説明を終わ
る。

【００２６】移動車が３輪車型や自動車型など、他の車
輪構造を持つ場合であっても、微少運動に関する2つの
値（Δｓ,Δθ）を計算する方法を編み出すことは、こ
の分野に詳しい人にとっては、容易である。 （５）軌道データの記録 さて、軌道データを記録する準備が完了した。第ｉ番目
の軌道レコードＡ_iは軌道長と移動車座標系を含むもの
とする： Ａ_i=(ｓ_i,Ｑ_i) 時刻ｔ_iに、この軌道レコードＡ_iは記憶場所に記録され
る。軌道データＭは軌道レコード達の系列 Ｍ=(Ａ₀,Ａ₁,…,Ａ_i,Ａ_i+1,…,Ａ_n) である。 （６）プレイバックモードにおける運動の再生 移動車は、プレイバックモードにおいて、軌道データＭ
=(Ａ₀,Ａ₁,…,Ａ_i,Ａ_{i +1},…,Ａ_n)を基にして、元の運動
を再生する。記録されたこの運動を再生する方法は、例
えば、出願中の発明（特願平１１−１１１６４７号）に
見られる。この方法では、軌道の記述が得られると、移
動車と軌道の間の位置誤差、方角誤差、そして曲率誤差
を用いて移動車は操舵する。各軌道レコードＡ_i=(ｓ_i,
Ｑ_i)中には移動車座標系Ｑ_iが含まれているので、位置
と方角の情報は完全に含まれていることに注意しよう。
各曲率は明示的には軌道レコードに含まれてはいない
が、それは κ_i=Δθ_i/Δｓ_i=(θ_i-θ_i-1)/(ｓ_i-ｓ_i-1) によって計算できる。

【００２７】かくして、軌道レコードＭは、手動で生成
された軌道を再生するのに必要十分な幾何学的情報をす
べて含んでいる。 （７）センサデータの記録 さらに、前節までに述べた運動機能を持つ移動車に、セ
ンサが搭載されたと仮定する。センサの例としては、イ
メージセンサ、超音波センサ、レーザ距離計、或いは赤
外線センサがある。移動車上のセンサの相対的位置と方
角は二次元でなく、三次元の座標系で一般には記述すべ
きである。例えば、異なる高さに取りつけられたセンサ
の効果は異なるであろう。同様に、水平に取りつけられ
たセンサと垂直に取り付けられたセンサの効果も、明ら
かに異なる。

【００２８】三次元の座標系、または座標変換Ｔは Ｔ=((ｕ,ｖ,ｗ),(α,φ,ψ)) のように表わされる。ここで、ｕはＸ座標、ｖはＹ座
標、ｗはＺ座標、αは方角（Ｚ軸周りの回転）、φは仰
角（Ｙ軸周りの回転）、そして、ψは捻り（Ｘ軸周りの
回転）である。三次元の座標系を扱うために、垂直のＺ
軸を付け加え、原点を地表面に置く。即ち、ｚ=０なる
点の集合は地表面になる。二次元の移動車座標系Ｑ=
((ｘ,ｙ),θ)は次のように、三次元座標系Ｑ'へと変換
される： Ｑ'=((ｘ,ｙ,０),(θ,０,０)) 局所移動車座標系についても、垂直のＺ軸を付け加え、
原点を地表レベルに置くこととする。一つのセンサが移
動車に搭載されたとする。（図７参照）移動車座標系に
おける三次元センサ座標系Ｒは Ｒ=((ａ,ｂ,ｃ),(α,φ,ψ)) と表現される。そこで、センサの世界座標系Ｓは次の三
次元座標変換合成により得られる： Ｓ=Ｑ'*Ｒ=((ｘ,ｙ,０),(θ,０,０))*((ａ,ｂ,ｃ),(α,φ,ψ)) =((ｘ+ａcosθ-ｂsinθ,ｙ+ａsinθ+ｂcosθ,ｃ),(θ+α,φ,ψ)) センサにより収集されたデータをＵとする。例えば、も
しそのセンサがソナーのときは、このデータＵは単に一
つの距離の値ｄとなる。もしそれがイメージセンサであ
るときは、このＵは二次元の濃淡情報となる。もしそれ
が近接センサであれば、このＵは１ビットのオンオフ情
報となる。センサレコードＢの一例は軌道長ｓ、移動車
位置情報Ｑ、センサ位置情報Ｓ、及び、センサデータＵ
自身からなる四つ組 Ｂ=(ｓ,Ｑ,Ｓ,Ｕ) である。センサデータはセンサレコードの系列 Ｐ=(Ｂ₀,Ｂ₁,…,Ｂ_i,Ｂ_i+1,…,Ｂ_m) である。運動制御とセンサ制御の時間間隔は必ずしも等
しくないから、一回の教示で生成される軌道データＭ内
の軌道レコード数とセンサデータＰ内のセンサレコード
数は必ずしも等しくない。２個以上のセンサが移動車に
搭載されているときは、一回の教示でそのセンサの個数
と等しい個数のセンサデータが得られる。 （８）距離センサデータの記録 本節においては、（７）節で述べたセンサが距離センサ
である場合の実施例について述べる。超音波センサは典
型的な距離センサの一つである。距離センサが一個移動
車に搭載されていると仮定する。（図８参照）移動車座
標系における局所三次元センサ座標系Ｒは、前（７）節
で述べたように Ｒ=((ａ,ｂ,ｃ),(α,φ,０)) であるが、距離計が得るデータは捻りψには無関係なの
で、ψ=０としている点だけが異なる。この距離計の世
界座標系Ｓは（７）節におけると同様に、 Ｓ=Ｑ'*Ｒ=((ｘ,ｙ,０),(θ,０,０))*((ａ,ｂ,ｃ),(α,φ,０)) =((ｘ+ａcosθ-ｂsinθ,ｙ+ａsinθ+ｂcosθ,ｃ),(θ+α,φ,０)) となる。

【００２９】この距離計が対象物を検出し、その距離が
ｄであるとすれば、その距離計座標系内のその対象物の
座標系は((ｄ,０,０),(０,０,０))となる。であるか
ら、この対象物座標系の最適予測は図８に見るように三
次元座標変換合成 Ｖ=Ｓ*((ｄ,０,０),(０,０,０)) =((ｘ+ａcosθ-ｂsinθ,ｙ+ａsinθ+ｂcosθ,ｃ), (θ+α,φ,０))*((ｄ,０,０),(０,０,０)) =((ｘ+ａcosθ-ｂsinθ+ｄcosφcos(θ+α), ｙ+ａsinθ+ｂcosθ+ｄcosφsin(θ+α), ｃ+ｄsinφ),(θ+α,φ,０)) によって得られる。この対象物座標系は前節に述べたセ
ンサレコードに追加されて、距離センサレコード Ｂ=(ｓ,Ｑ,Ｓ,Ｕ,Ｖ)=(ｓ,Ｑ,Ｓ,ｄ,Ｖ) を構成することになる。距離センサデータは、距離セン
サレコードの系列 Ｐ=(Ｂ₀,Ｂ₁,…,Ｂ_i,Ｂ_i+1,…,Ｂ_m) となる。もし複数個の距離センサが移動車に搭載されて
いるときは、一回の教示によって、複数個の距離データ
が記録される。

【００３０】図９は距離センサデータ中の対象物座標系
の位置だけを抽出したものである。この特定の実験にお
いては、仰角φは０であるから、ｚは一定となる。従っ
て、全ての点は一平面上に乗ることになる。 （９）他の実施例 第１節に述べた典型的な実施例とは異なり、本発明は教
示モードのみを持つ移動車において実施することもでき
る。この移動車では、得られた軌道データはその移動車
や同種の移動車の上で再生すること以外の目的に用いら
れる。

【００３１】また、この移動車では、得られたセンサデ
ータも同一の移動車で再生するために使われるのではな
い。例えば、操作者によって生成されたセンサデータ
は、その移動車の無人操縦のためではなく、世界の幾何
学的地図の生成に利用されるかもしれない。

【００３２】本発明は上記の実施例に照らしてみると、
明らかに、様々な、これらとは少し異なる実施例が可能
である。従って、本発明はここに特に記述された実施例
によってではなく、特許請求の範囲によって規定される
ものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】は世界座標系内の移動車座標系（位置と方角）
Ｑ=(ｐ,θ)=((ｘ,ｙ),θ)、および、基準座標系((０,
０),０)を示す。

【図２】は移動車の軌道例を示す。この軌道は移動車座
標系によって区切られた短いカーブに分解される。

【図３】は移動車システムのブロック図であって、それ
は主移動車サブシステムと運動制御サブシステムからな
る。

【図４】は運動制御時間間隔毎に移動車によって生成さ
れる、円弧によって特徴づけられる微少座標変換を示
す。

【図５】は、図４を基にして、２つの座標系Ｑ_i,Ｑ_i+1
間の幾何学的関係を保ったまま、座標系Ｑ_iを基準座標
系に移動して作られたものである。また、この微少座標
変換が軌道長変化分と移動車方向変化分によって計算で
きることをも、この図は示している。

【図６】は、速度差制御移動車においては、軌道長変化
分と移動車方向変化分とが両車輪における微少移動距離
から計算できることを示している。

【図７】はセンサが移動車に搭載されており、その際の
移動車座標系がＱ'であって、センサ局所座標系がＲで
あることを示している。

【図８】は距離センサが移動車に搭載されており、その
際の移動車座標系がＱ'であって、距離センサ局所座標
系がＲであり、その計測距離がｄであることを示してい
る。

【図９】はソナーデータＶ中の対象点の集合の一例を示
している。この場合、このソナーは移動車上に水平に取
りつけられているので(φ＝０)、すべての対象点は同一
平面上にある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−372003（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−327641（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−24605（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−168620（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−174471（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−305440（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】時間間隔ΔＴの調時機能を有する移動車に
   おいて、該移動車の軌道データを記録する方法であっ
   て、 初期状態において移動車の初期位置からの軌道長ｓと、
   移動車の位置と方向の組((ｘ,ｙ),θ)である移動車座標
   系Ｑとを初期化し、 前記移動車を手動で操縦しつつ、以下の処理、 移動車の各時間間隔ΔＴ内の軌道長ｓの変化分Δｓを測
   定し、 移動車の各時間間隔ΔＴ内の方向θの変化分Δθを測定
   し、 前記軌道長の変化分Δｓと方向の変化分Δθを用いて、
   移動車座標系の変化分ΔＱを、Δθ=０のときはΔＱ=
   ((Δｓ,０),０)とし、また、そうでないときはΔＱ=
   (((sinΔθ/Δθ)Δｓ,((1-cosΔθ)/Δθ)Δｓ),Δθ)
   として計算し、 前記移動車座標系Ｑ=((ｘ,ｙ),θ)とその変化分ΔＱ=
   ((Δｘ,Δｙ),Δθ)の合成を((ｘ+Δｘcosθ-Δｙsin
   θ,ｙ+Δｘsinθ+Δｙcosθ),θ+Δθ)として計算する
   ことによって移動車座標系Ｑを更新し、 前記軌道長変化分Δｓを加えることによって軌道長ｓを
   更新し、 軌道長ｓと移動車座標系Ｑを含む軌道記録Ａを組み立
   て、 該軌道記録Ａを記録する、 を各時間間隔ΔＴ毎に実行する、 ステップを含む、軌道データを記録する方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の軌道データを記録する
   方法において、更に、 前記移動車上の前記移動車座標系Ｑ内にセンサを搭載
   し、該センサの三次元局所センサ座標系Ｒを、三次元並行移
   動量ａ、ｂ、ｃおよび、三次元回転変換量、方角α、仰
   角φ、捻りψによって、Ｒ=((ａ,ｂ,ｃ),(α,φ,ψ))と
   表わし 、 センサ制御時間間隔ΔＴ'で周期的にセンサ機能を実行
   する手段を設け、 前記移動車を操縦しつつ、以下の処理、 前記移動車座標系Ｑ=((ｘ,ｙ),θ)を三次元移動車座標
   系Ｑ'=((ｘ,ｙ,０),(θ,０,０))へ変換し、 該三次元移動車座標系Ｑ'と前記三次元局所センサ座標
   系Ｒを合成してできるセンサの世界座標系Ｓを、Ｓ=
   ((ｘ+ａcosθ-ｂsinθ,ｙ+ａsinθ+ｂcosθ,ｃ),(θ+
   α,φ,ψ))によって計算し、 センサによってセンサデータＵを収集し、 前記軌道長ｓ、前記移動車座標系Ｑ、前記センサの世界
   座標系Ｓ、および前記センサデータＵを含むセンサレコ
   ードＢを編集し、 該センサレコードＢを記録する、 を各センサ制御時間間隔ΔＴ'毎に実行する、 ことにより、センサデータを記録するステップを含むこ
   とを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の軌道データを記録する
   方法において、 前記センサが距離センサであり、 前記三次元局所センサ座標系Ｒが三次元局所距離センサ
   座標系Ｒであり、 前記センサデータＵが距離データｄであり、 前記センサの世界座標系Ｓが距離センサの世界座標系Ｓ
   であり、 前記処理の中に、更に、 前記世界センサ座標系Ｓと座標変換((ｄ,０,０),(０,
   ０,０))を合成することにより対象物座標系Ｖを計算す
   るステップを含み、 前記センサレコードＢが、前記軌道長ｓ、前記移動車座
   標系Ｑ、前記世界距離センサ座標系Ｓ、前記距離データ
   ｄ、および前記対象物座標系Ｖを含む距離センサレコー
   ドＢであり、 前記センサデータが、距離センサデータである、 ことを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 移動車のセンサデータを記録する方法で
   あって、 移動車上の位置と方向の組((ｘ,ｙ),θ)である移動車座
   標系Ｑ内にセンサを搭載し、該センサの三次元局所センサ座標系Ｒを、三次元並行移
   動量ａ、ｂ、ｃおよび、三次元回転変換量、方角α、仰
   角φ、捻りψによって、Ｒ=((ａ,ｂ,ｃ),(α,φ,ψ))と
   表わし 、 センサ制御時間間隔ΔＴ'で周期的にセンサ機能を実行
   する手段を設け、 前記移動車を操縦しつつ、以下の処理、 前記移動車座標系Ｑ=((ｘ,ｙ),θ)を三次元移動車座標
   系Ｑ'=((ｘ,ｙ,０),(θ,０,０))へ変換し、 該三次元移動車座標系Ｑ'と前記三次元局所センサ座標
   系Ｒを合成してできるセンサの世界座標系Ｓを、Ｓ=
   ((ｘ+ａcosθ-ｂsinθ,ｙ+ａsinθ+ｂcosθ,ｃ),(θ+
   α,φ,ψ))によって計算し、 センサによってセンサデータＵを収集し、 前記軌道長ｓ、前記移動車座標系Ｑ、前記センサの世界
   座標系Ｓ、および前記センサデータＵを含むセンサレコ
   ードＢを編集し、 該センサレコードＢを記録する、 を各センサ制御時間間隔ΔＴ'毎に実行する、 ことにより、センサデータを記録する方法。