JP3784165B2

JP3784165B2 - 移動体の位置検出設備

Info

Publication number: JP3784165B2
Application number: JP02900698A
Authority: JP
Inventors: 和志平岡; 洋敏下田; 陽一郎中村; 好博井漕; 一成大吉; 久俊楢崎
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: JPH11230746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備、特に広いエリアを移動する荷役装置において使用される位置検出設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の位置検出設備としては下記の方式が知られている。
ａ．被検出体による方式
移動体の移動経路に沿って、磁石や鏡などの被検出体を所定間隔に設置し、移動体にこれら被検出体を検出する、近接スイッチや光電スイッチなどからなる検出手段を設け、検出した被検出体の数をカウントすることにより移動経路に沿った位置を認識する。
【０００３】
ｂ．ＧＰＳによる方式
移動体にＧＰＳを設置し、自分の位置を認識する。
ｃ．自律方式
走行距離と進行方向を計測する手段を設け、進行方向と走行距離を積算することによって自分の位置を算出する。
【０００４】
ｄ．光学方式
固定局から走査される光線を移動体に設けた光検出手段で検出し、移動体の位置を測定する。
【０００５】
ｅ．放射能による方式
移動体に放射能を発生する物体を設け、外部において測定された放射能の強度により自分の位置を認識する。
【０００６】
ｆ．画像方式
エリアの平面画像を撮影し、画像処理により移動体の位置を検出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記移動体の位置検出設備において、被検出体による方式では、移動経路が固定されてしまい、ランダムに移動する移動体に対して対応できなかった。
【０００８】
またＧＰＳによる方式では、屋内など衛星の影に移動体の移動経路が入る場合に使用できず、また高精度の位置計測のためには演算量が多く必要であり、応答に時間がかかるという問題があった。
【０００９】
さらに自律方式では、累積誤差が生じるために、何らかの位置補正手段を設けなければならないという問題があった。
さらに光学方式では、光線の直線性のために、少しでも影に入ると測定することができなくなるという問題があった。
【００１０】
また放射能による方式では、取扱いに免許が必要であり、安全面で問題があった。
さらに画像による方式では、複雑な背景の中で、移動体を見いだすことが難しいという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、移動経路に沿った被検出体を必要とせず、屋内／屋外で自由に移動する移動体においてその位置を検出できる位置検出設備を提供することを目的としたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアに、複数の再帰型の第１光反射体を設け、
前記移動体に、再帰型の第２光反射体と、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、この光線の前記第１光反射体または他の移動体の前記第２光反射体から再帰した光を検出する水平回転光線装置と、前記水平回転光線装置の回転角度を検出する角度検出手段と、前記第２光反射体の平面座標データを発信する発信手段と、前記他の移動体から発信される、他の移動体の第２光反射体の平面座標データを受信する受信手段と、前記水平回転光線装置より照射できる光の照射範囲にある、前記第１光反射体と前記受信手段により前記座標データを受信した他の移動体の中から３台を選択し、これら選択した第１光反射体と他の移動体の第２光反射体から再帰した光を前記水平回転光線装置により検出したとき、前記角度検出手段により検出される水平回転光線装置の回転角度を記憶し、これら記憶した回転角度、および選択した第１光反射体と他の移動体の第２光反射体の座標データにより、水平回転光線装置の現在位置の平面座標を計測し、この水平回転光線装置の平面座標より第２光反射体の平面座標データを求め、前記発信手段を介して発信する計測手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成により、光線の照射範囲内にある、第１光反射体、他の移動体の中から３台が選択され、水平回転光線装置より全周囲に光線が照射され、前記選択された第１光反射体、他の移動体の第２光反射体から再帰した光が検出され、そのときの回転角度が検出される。そして、これら回転角度と、前記選択された３台の第１光反射体、他の移動体の第２光反射体の座標から水平回転光線装置の現在位置の平面座標が計測される。この水平回転光線装置の現在位置の平面座標より第２光反射体の平面座標が求められ、発信手段より他の移動体に向けて発信される。
【００１４】
また請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明であって、計測手段は、水平回転光線装置により照射できる光の照射範囲にある、前記第１光反射体と他の移動体の内、前記第１光反射体を優先して選択することを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成により、固定して設置されている第１光反射体の座標より、精度よく移動体の水平回転光線装置の現在位置の平面座標が求められる。
また請求項３記載の発明は、上記請求項１の発明であって、移動体は、第２光反射体と水平回転光線装置を同一平面座標上に設置したことを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成により、移動体の第２光反射体の平面座標を、水平回転光線装置の平面座標より求める必要がなくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における移動体の位置検出設備を設けたエリアの平面図である。
【００１８】
図１において、１は移動体（たとえば、フォークリフトや無人搬送車など）２が移動するエリア（たとえば、倉庫や工場や港湾など）であり、このエリア１の外周に、垂直面が開口した再帰型の第１光反射体３を１台取り付けた柱４が、所定間隔で立設されている。再帰型の光反射体３は、たとえばコーナキューブ（コーナレフレクター）から形成される。コーナキューブは、立方体の１つの角を切り取ったように互いに直交する３つの平らな反射面で構成される三角錐形のプリズムであり、入射した光線を３つの面で反射させた後、正確に入射した方向に送り返す働きをする。
【００１９】
移動体２には、２台の再帰型の第２光反射体６，７と、レーザー光線を発生し、このレーザー光線を水平に全周に渡って照射し、第１光反射体３および他の移動体２の第２の光反射体６，７から再帰した光を検出する水平回転レーザー装置８と、水平回転レーザー装置８の回転角度を検出する角度検出手段と、計測手段と、送受信手段が備えられている。
【００２０】
図２に示すように、水平回転レーザー装置８は、レーザー光線を垂直上方へ照射する半導体レーザ11およびその駆動回路12と、半導体レーザ11から照射されたレーザー光線を平行光線とするコリメータレンズ13と、コリメータレンズ13から出射されたレーザー光線の通路となる垂直な筒状の導管14と、この導管14が中心下方に接続され、リング状の軸受15上に載置された筒体16と、この筒体16内に配置された、導管14から導かれたレーザー光線を水平な光線に屈折させ、筒体16の側面に設けた窓部16Ａへ導く第１反射ミラー17と、この第１反射ミラー17より導かれたレーザー光線を広げる凹レンズ18と、前記導管14を中心に嵌合して導管14を回転する第１プーリー19と、ＤＣモータ20と、ＤＣモータ20の駆動回路21と、ＤＣモータ20の回転軸に直結された第２プーリー22と、この第２プーリー22の回転力を第１プーリー19へ伝達するベルト23と、前記第１反射ミラー17に対向して導管14外方に固定され、筒体16の窓部16Ａ、凹レンズ18、および第１反射ミラー17を介して導かれた、柱４の光反射体３および他の移動体２の光反射体６，７から再帰した光を水平に屈折させる第２反射ミラー25と，この第２反射ミラー25より導かれた光を収束する凸レンズ26および干渉フィルタ27と、これら凸レンズ26および干渉フィルタ27により収束した反射光を受光するフォトダイオード28と、このフォトダイオード28の受光信号により光反射体３，６，７を検出する受光回路29とから構成されている。
【００２１】
この構成により、半導体レーザ11から照射されたレーザー光線はコリメータレンズ13により平行なレーザー光線とされ、コリメータレンズ13の上方へ照射される。ＤＣモータ20が駆動回路21により駆動されると、ＤＣモータ20の回転力は第２プーリー22、ベルト23、第１プーリー19を介して導管14へ伝達され、導管14が回転し、よって筒体16とともに第１反射ミラー17が回転し、導管14内に照射されたレーザー光線は、第１反射ミラー17の回転により、導管14の中心位置を中心として移動体２の全周に、広がり角を有して照射される。上記導管14の回転によって第１反射ミラー17とともに第２反射ミラー25が回転し、第１反射ミラー17を介して導かれた光反射体３，６，７から再帰した光は、第２反射ミラー25により凸レンズ26および干渉フィルタ27を介してフォトダイオード28へ入射され、このフォトダイオード28の受光信号により受光回路29により光反射体３，６，７がそれぞれ検出される。すなわち、レーザー光線を照射する第１反射ミラー17が、光反射体３，６，７に対向したとき、フォトダイオード28が光を検出し、受光回路29により、光反射体３，６，７が検出される。
【００２２】
上記角度検出手段は、前記導管14に連結され、導管14の回転によりパルスを発生する第１エンコーダ31と、この第１エンコーダ31から出力されるパルス信号を加算して進行方向を０°とする第１反射ミラー17の回転角度（レーザー光線の照射角度）Θを計測し、受光回路29により光反射体３，６，７が検出されたときの回転角度Θを出力するミラー回転角度検出器32から構成されている。
【００２３】
この構成により、受光回路29により光反射体３，６，７が検出されたときの第１反射ミラー17の回転角度（レーザー光線の照射角度）Θがミラー回転角度検出器32により検出される。
【００２４】
また上記光反射体６，７は、垂直面を開口させて、水平回転レーザー装置８の筒体16の上下にそれぞれ設置され、光反射体６，７と水平回転レーザー装置８は同一平面座標としている。
【００２５】
この構成により、水平回転レーザー装置８の第１反射ミラー17から広がりを有して水平方向に照射された光は、上記柱４の光反射体３から再帰されるとともに、図３（ａ）（ｂ）に示すように、他の移動体２の光反射体６，７から再帰されて、水平回転レーザー装置８の受光回路29により検出される。
【００２６】
また上記計測手段は、コンピュータからなる演算処理部37と、第２光反射体６（７）の現在位置の平面座標と移動体２の姿勢を記憶する第１記憶部38と、前記各柱４の平面座標および他の各移動体２の第２光反射体６（７）の現在位置の平面座標と移動体２の姿勢を記憶する第２記憶部39から構成されている。詳細は後述する。
【００２７】
また送受信手段は、アンテナ40と、ランダムにタイミング信号を出力するランダムタイマ41と、このランダムタイマ41のタイミング信号に応じて、第１記憶部38に記憶されている移動体２の第２光反射体６（７）の平面座標と姿勢、および移動体毎に設定された識別番号からなるデータを電波で送信する送信回路42と、アンテナ40により捕らえられた移動体２の電波を受信し、電波に含まれる他の移動体２の第２光反射体６（７）の平面座標と姿勢と識別番号からなるデータを検出し、第２記憶部39に記憶された、検出された識別番号の移動体２の第２光反射体６（７）の平面座標と姿勢のデータを更新する受信回路43とから構成されている。
【００２８】
この構成により、ランダムに移動体２の第２光反射体６（７）の平面座標と姿勢および識別番号からなるデータを含む電波が、他の移動体２に向けて発信され、他の移動体２の第２光反射体６（７）の平面座標と姿勢と識別番号からなるデータを含む電波が受信され、第２記憶部39の、各移動体２の第２光反射体６（７）の平面座標と姿勢のデータが更新される。
【００２９】
上記演算処理部37における水平回転レーザー装置８の現在位置の座標と移動体２の姿勢の演算方法を図４により説明する。
図４において、（Ｘｖ，Ｙｖ）は水平回転レーザー装置８の現在位置の平面座標、ψは移動体２のＸ軸からの姿勢角度、（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）は３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の光反射体３（あるいは６，７）の座標である。またＬ12はＡ点−Ｂ点間の距離、Ｌ13はＡ点−Ｃ点間の距離、Θ1 はＡ点を検出したときの回転角度、Θ2 はＢ点を検出したときの回転角度、Θ3 はＣ点を検出したときの回転角度、ε1 はＡ点を原点としたＢ点のＸ軸からの角度、ε2 はＡ点を原点としたＢ点−Ｃ点間の角度である。
【００３０】
水平回転レーザー装置８の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）と移動体２の姿勢角度ψは次の式（１）〜（10）により求められる。（詳細は、「システムと制御」第29巻第８号（1985）ｐ．553 〜560 参照。）
Ｘｖ＝Ｘ1 ＋ｋ・（Ｑ2 −Ｑ1 ） …（１）
Ｙｖ＝Ｙ1 −ｋ・（Ｐ2 −Ｐ1 ） …（２）
ψ＝π−Θ1 ＋ｔａｎ^-1｛（Ｙｖ−Ｙ1 ）／（Ｘｖ−Ｘ1 ）｝ …（３）
ｋ＝２（Ｐ1 ・Ｑ2 −Ｐ2 ・Ｑ1 ）
／｛（Ｐ2 −Ｐ1 ）²＋（Ｑ2 −Ｑ1 ）²｝ …（４）
Ｐ1 ＝Ｌ12・ｓｉｎ（α−ε1 ）／２ｓｉｎα …（５）
Ｑ1 ＝Ｌ12・ｃｏｓ（α−ε1 ）／２ｓｉｎα …（６）
Ｐ2 ＝Ｌ13・ｓｉｎ（α＋ε1 ＋ε2 ）／２ｓｉｎβ …（７）
Ｑ2 ＝−Ｌ13・ｃｏｓ（α＋ε1 ＋ε2 ）／２ｓｉｎβ …（８）
α＝Θ1 −Θ2 …（９）
β＝Θ1 −Θ3 …（10）
求められた水平回転レーザー装置８の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）は、水平回転レーザー装置８と第２光反射体６（７）が同一平面上にあることから、変換することなく、第２光反射体６（７）の平面座標として第１記憶部38へ出力され、同時に移動体２の姿勢角度ψが第１記憶部38へ出力され、データが更新される。
【００３１】
移動体２は、その照射するレーザー光線の届く範囲（照射範囲；半径ｒ）が限定されていることから、水平回転レーザー装置８の現在位置（Ｘｖ，Ｙｖ）より前記半径ｒ内に、柱４または他の移動体２が有るかどうかを確認する必要がある。図１に示すように、エリア１の４隅では少なくとも３本の柱４が半径ｒの範囲にあるように、柱４は設置されている。
【００３２】
上記演算処理部37における水平回転レーザー装置８｛第２光反射体６（７）｝の現在位置の計測方法を図５のフローチャートにより説明する。
（ステップ−１）
第２記憶部39を検索して、水平回転レーザー装置８の現在位置から半径ｒの光の照射範囲に、柱４、すなわち光反射体３が３個以上あるかどうかを判断する。
（ステップ−２）
光反射体３が３個以上有るとき、３個の光反射体３を選択する。
（ステップ−３）
ステップ−１において、３個以上の光反射体３が確認できないとき、第２記憶部39を検索して、他の移動体２の光反射体６（７）の座標が半径ｒの光の照射範囲にあるかどうかを判断する。
（ステップ−４）
合計３台の柱４と他の移動体２の組み合わせによる光反射体３，６（７）、あるいは合計３台の他の移動体２の光反射体６（７）を選択する。
（ステップ−５）
選択した３つの光反射体３，６（７）の座標と、移動体２の水平回転レーザー装置８の現在位置の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）と姿勢角度ψから推定される各光反射体３，６（７）の推定回転角度を演算する。
（ステップ−６）
ミラー回転角度検出器32により計測された水平回転レーザー装置８の実回転角度（レーザー光線の照射角度）Θのうち、前記各推定回転角度に近い実回転角度Θを求める。
（ステップ−７）
これら３つの実回転角度Θと３個の光反射体３，６（７）の座標とから上記演算方法により、水平回転レーザー装置８の現在位置の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）と姿勢角度ψを演算する。
（ステップ−８）
演算した座標（Ｘｖ，Ｙｖ）を第２光反射体６（７）の座標として、姿勢角度ψとともに第１記憶部38へ出力して更新する。
【００３３】
このように、移動体２は、第２光反射体６（７）の現在位置の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）と移動体２の姿勢角度ψを演算により推定し、現在位置（Ｘｖ，Ｙｖ）と姿勢角度ψを他の移動体２へ伝送することにより、固定した外周の柱４の第１光反射体３へレーザー光線が届かない移動体２であっても、エリア１内に存在する各移動体２はそれぞれ、現在位置を検出することができ、よってエリア１内での移動体２のフレキシブルな制御が可能となる。
【００３４】
またエリア１の内部に、第１光反射体３を取り付けた柱４を設置する必要がなくなるため、エリアのスペースを有効に利用でき、また移動体２の衝突事故を防止することができる。また第１光反射体３を取り付けた柱４の数を少なくすることができる。
【００３５】
また伝送に使用される電波はランダムに発信されるため、各移動体２から発信される電波が干渉する比率は極めて小さく、よってエリア１に存在する移動体２はその位置を精度よく測定することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、水平回転レーザー装置８と光反射体６，７を同一の平面座標上に設置して演算を簡略化しているが、図６に示すように、水平回転レーザー装置８と光反射体６（７）を別の平面座標に設置することもできる。このとき、他の移動体２へ発信する光反射体６（７）の座標を、水平回転レーザー装置８の現在位置（Ｘｖ，Ｙｖ）と移動体２の姿勢角度ψからを求める必要がある。姿勢角度ψ上に光反射体６（７）があるとき、光反射体６（７）の座標（Ｘr ，Ｙr ）は、水平回転レーザー装置８と光反射体６（７）間の距離をＳとすると、
Ｘr ＝Ｘｖ＋Ｓcos Θ
Ｙr ＝Ｙｖ＋Ｓsin Θ
で求められる。この座標を発信する。またこのとき、図７に示すように、光反射体６，７の間をレーザー光線が通り抜けるように、光反射体６，７を配置する必要がある。
【００３７】
また上記図５のステップ−６において、推定回転角度に近い実回転角度が無いとき、実データを誤データと判断して、測定を中止し、警報を発するようにすることもできる。
【００３８】
また、レーザー光線を使用しているが、レーザー光線に限らず、直進性のある光線であればよい。
また図１では再帰型の第１光反射体３をエリア１の外周に配置しているが、必ずしも外周に配置する必要はなく、図８に示すように、エリア１内に設置可能な柱や壁があればそこに設置することも可能である。また所定エリア１は、図１に示すような柱３に囲まれたエリアでなくてもよく、図８に示すように、柱３に囲まれたエリアより広がった拡張エリア１’でも移動体２は現在位置を検出することができ、移動体１が移動する所定エリアとすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、外周に設置した第１光反射体へ光線が届かない移動体であっても、エリア内に存在する各移動体はそれぞれ、現在位置を検出することができる。よって、エリア内での移動体のフレキシブルな制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における移動体の位置検出設備を備えたエリアの平面図である。
【図２】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図３】同移動体の位置検出設備の移動体における光反射体の説明図である。
【図４】同移動体の位置検出設備の移動体における位置演算方法の説明図である。
【図５】同移動体の位置検出設備の移動体における位置演算方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施の形態における移動体の位置検出設備の移動体の説明図である。
【図７】同移動体の位置検出設備の移動体における光反射体の説明図である。
【図８】本発明の他の実施の形態における移動体の位置検出設備を備えたエリアの平面図である。
【符号の説明】
１エリア
１’ 拡張エリア
２移動体
３再帰型光反射体
４柱
６，７再帰型光反射体
８水平回転レーザー装置（水平回転光線装置）
11 半導体レーザ
13 コリメータレンズ
14 導管
16 筒体
17，25 反射ミラー
19，22 プーリー
20 ＤＣモータ
23 ベルト
27 干渉フィルタ
28 フォトトランジスタ
29 受光回路
31 エンコーダ
32 回転角度検出器
37 演算処理部
38 第１記憶部
39 第２記憶部
40 アンテナ
42 送信回路
43 受信回路
Ａ，Ｂ，Ｃ光反射体の位置

Claims

所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアに、複数の再帰型の第１光反射体を設け、
前記移動体に、
再帰型の第２光反射体と、
回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、この光線の前記第１光反射体または他の移動体の前記第２光反射体から再帰した光を検出する水平回転光線装置と、
前記水平回転光線装置の回転角度を検出する角度検出手段と、
前記第２光反射体の平面座標データを発信する発信手段と、
前記他の移動体から発信される、他の移動体の第２光反射体の平面座標データを受信する受信手段と、
前記水平回転光線装置より照射できる光の照射範囲にある、前記第１光反射体と前記受信手段により前記座標データを受信した他の移動体の中から３台を選択し、これら選択した第１光反射体と他の移動体の第２光反射体から再帰した光を前記水平回転光線装置により検出したとき、前記角度検出手段により検出される水平回転光線装置の回転角度を記憶し、これら記憶した回転角度、および選択した第１光反射体と他の移動体の第２光反射体の座標データにより、水平回転光線装置の現在位置の平面座標を計測し、この水平回転光線装置の平面座標より第２光反射体の平面座標データを求め、前記発信手段を介して発信する計測手段と、を備えた
ことを特徴とする移動体の位置検出設備。
計測手段は、水平回転光線装置により照射できる光の照射範囲にある、前記第１光反射体と他の移動体の内、前記第１光反射体を優先して選択すること
を特徴とする請求項１記載の移動体の位置検出設備。
移動体は、第２光反射体と水平回転光線装置を同一平面座標上に設置したこと、
を特徴とする請求項１記載の移動体の位置検出設備。