JP3846828B2

JP3846828B2 - Steering angle control device for moving body

Info

Publication number: JP3846828B2
Application number: JP29681298A
Authority: JP
Inventors: 道太郎臼井; 信義羽角
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2018-10-19
Also published as: JP2000122721A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵輪と固定輪とを備えた無人搬送車の操舵輪に対する操舵角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製造業においては自動化が進んでおり、その生産ラインには無人搬送車に組立て部品を搭載して自動走行させ、組立て部品を所望の目的地まで搬送する自動搬送システムが採用されている。
【０００３】
このような自動搬送システムにおける無人搬送車の誘導方式には、ガイド方式とガイドレス方式と呼ばれるものがある。代表的なガイド方式には電磁誘導方式があり、ガイドレス方式にはレーザ誘導方式がある。
【０００４】
以下、図５に示すような車輪配置（１つの操舵輪４１、２つの固定輪４４）の移動体を例に、それぞれの誘導方式に適用されている代表的な操舵角制御方式を説明する。なお、ここで移動体を代表する点として、２つの固定輪４４の中間位置を定義し、以下「基準点」と呼ぶ。
【０００５】
［ガイド方式における操舵角制御］
ガイド方式は、移動体の走行路を床面に敷設されたガイド線４０で物理的に定義し、移動体の現在位置とガイド線４０との位置偏差の大きさに応じて操舵角を制御するものである。この場合の操舵角制御方式としてスイングアーム方式が広く使われている。
【０００６】
スイングアーム方式の操舵角制御方式は、操舵輪４１の操舵軸に取り付けられたスイングアーム４２の先端が、常にガイド線４０上を移動するように操舵角を制御する方式であり、スイングアーム４２の先端にはガイド線４０との位置偏差を検出するためのガイド線検出器４３が取り付けられている。この他、操舵輪４１の位置偏差を計測する手段と、操舵輪４１の操舵角αを計測する操舵角センサとを備えている。操舵輪４１の位置偏差を計測する手段、操舵角センサはいずれも周知であるが、操舵角センサは、例えば操舵輪に取付けられたエンコーダで実現される。また、位置偏差を計測する手段について言えば、次のような手段が用いられている。床面に、ガイド線４０に沿って間隔をおいて複数のターゲットを埋設しておく。これらのターゲットは位置が既知であるので、このターゲットを検出することで操舵輪４１の現在位置を計測し、この現在位置のガイド線４０からのずれを操舵輪位置偏差として算出する。一方、後で述べる仮想的なガイド線である場合には、ＧＰＳによるナビゲーション装置を使用したものが知られている。
【０００７】
図６は、図５におけるガイド線４０と操舵輪４１及びガイド線検出器４３の関係を拡大して示した図である。図６では、ガイド線４０からの操舵輪４１のずれを操舵輪位置偏差ｅ_w、操舵角指令値α_rと操舵角計測値α_mとの差を操舵角偏差α_e、ガイド線４０からのガイド線検出器４３のずれを位置偏差ｅ_pとして示している。スイングアーム４２の長さはＬである。
【０００８】
この制御系は、図７に示されるように、演算部５１を含み、操舵輪４１のガイド線横断方向の位置制御ループと、その内側にあって演算部５２を含む操舵角制御ループとから構成されている。演算部５１は、操舵輪位置偏差ｅ_wを受けて操舵角指令値α_rを出力する。演算部５２は、操舵角指令値α_rと操舵角計測値α_mとの差である操舵角偏差α_eを受けて操舵角速度指令値α_rvを出力する。操舵角速度指令値α_rvは、図示しない操舵モータを駆動するためのアンプを含む駆動部に出力される。
【０００９】
以上の制御は、以下の数１に基づいている。
【００１０】
【数１】

【００１１】
この操舵角制御方式は、操舵輪４１がガイド線４０上を移動するように操舵角を制御することを目的としたものである。ガイド線４０に対する操舵輪位置偏差ｅ_wに応じた操舵角指令値α_rは、スイングアーム４２の長さＬで決定される。さらに、その操舵角指令値α_rと実際の操舵角計測値α_mとの操舵角偏差α_eに応じた操舵角速度指令値α_rvは、ガイド線検出器４３から出力されるガイド線４０とガイド線検出器４３との位置偏差ｅ_pによって決定される。
【００１２】
操舵角αの制御を、操舵輪４１のガイド線横断方向の位置制御としてみた場合、操舵輪位置偏差ｅ_wが小さく線形近似が可能とすると、操舵角制御はガイド線横断方向での操舵輪４１の速度制御、操舵角速度制御はガイド線横断方向での操舵輪４１の加速度制御と見なすことができる。ただし、ここでの速度および加速度は時間に対する微分値ではなく、操舵輪４１のガイド線接線方向の移動距離に対する微分値である。
【００１３】
このスイングアーム制御方式の操舵角制御を、車体の位置制御として解析すると以下のようになる。初期条件として操舵輪４１がガイド線４０上にあり、基準点がガイド線４０からはずれた位置にあるとする。理想的スイングアーム方式操舵角制御により操舵輪４１がガイド線４０上を誤差なく移動するとすると、基準点の軌跡は以下の数２で近似される。
【００１４】
【数２】

ただし、ｖは移動速度である。
【００１５】
この式（２）は、スイングアーム方式の操舵角制御では、位置誤差を修正する時の基準点（車体）の軌跡は、移動体のホイールベースＨに依存することを示している。これは、スイングアーム方式の操舵角制御での制御対象が操舵輪位置であり、車体位置を制御しようとしていないために発生する特性である。
【００１６】
そのほか曲線走行時には、基準点の軌跡が操舵輪４１よりも曲線路内側に入り込む内輪差が生じ、このときの大きさはホイールベースＨに依存する特性を持っている。
【００１７】
［ガイドレス方式における操舵角制御］
次に、代表的なガイドレス方式には、レーザ誘導方式がある。このレーザ誘導方式でのガイド線の定義は、ガイド式のように床面に物理的に設定されるものではなく、仮想的なものである。
【００１８】
しかし、ガイドレス方式での一般的な操舵角制御も、基本的にガイド方式のスイングアーム方式と同等で、操舵輪が仮想的なガイド線上を移動するように操舵角を制御している。この場合、操舵角指令値は仮想的なガイド線に対する操舵輪の位置偏差に応じて決定し、さらに操舵角速度指令値は操舵角指令値と実際の操舵角計測値との角度偏差に応じて決定するものである。これを制御系としてみた場合、上記のスイングアーム方式と同等となる。
【００１９】
以下、ここでは、このガイドレス方式およびスイングアーム方式による操舵角制御方式を総称して操舵輪位置制御型操舵角制御方式と呼ぶ。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
無人搬送車のような荷物の搬送を目的とした移動体では、移載時の車体の位置決め精度が重要である。これらの移動体上の荷物位置は必ずしも操舵輪付近ではなく、特に無人フォークリフトでは荷物の位置が操舵輪の位置から大きく離れた固定輪付近にある。このような移動体の場合、従来の操舵輪位置を制御するような操舵輪位置制御型操舵角制御方式では、以下の問題点を生じる。
【００２１】
曲線路を走行した場合に内輪差によって後輪（荷物）が内側に入り込む。その結果、カーブ中はガイド線に対する車体位置の誤差が大きくなり、実用上、カーブ中での移載は不可能であった。さらに、短距離での位置修正性能に限界があるため、カーブ出口での位置誤差の修正に長い走行距離が必要で、その間においても移載精度の確保が困難であった。
【００２２】
一方、同一走行路上を車輪配置の異なる複数の移動体が走行する場合、単に各移動体の操舵輪が同一ガイド線上をトレースするだけでは、基準点（車体）の軌跡は各移動体で異なったものとなる。このため、基準点が同一走行路上を移動するようにするためには、移動体の種類に応じて複数のガイド線を敷設したり、仮想的なガイド線を定義するために移動のためのデータを作成する必要が生じるなど、実用上問題点が多い。
【００２３】
そこで、本発明の課題は、無人搬送車に代表される、あらかじめ定められた物理的な経路あるいは仮想的な経路上を走る移動体に適用される操舵角制御装置であって、車輪配置に関係なく、自由な制御性能を実現することのできる操舵角制御装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵輪駆動部によって方向を変えられる操舵輪と、固定輪とを備えた移動体の操舵角制御装置において、移動体にあらかじめ設定された基準点に関して、仮想的ガイド線あるいは物理的ガイド線に対する移動体の相対的な位置を計測する位置計測手段と、前記基準点に関して、仮想的ガイド線あるいは物理的ガイド線に対する移動体の姿勢角を計測する姿勢角計測手段と、前記操舵輪の操舵角を計測する操舵角計測手段と、あらかじめ記憶されている移動体のホイールベースによる車輪配置情報と、前記位置計測手段、前記姿勢角計測手段、前記操舵角計測手段の出力とから、操舵角速度指令値を算出し、前記操舵輪駆動部に出力する制御部とを備え、前記制御部は、移動体の位置目標値と位置計測値とから算出される位置偏差に基づいて姿勢角指令値を出力する第１の演算部と、前記姿勢角指令値と姿勢角計測値とから算出される移動体の姿勢角偏差と前記車輪配置情報とに基づいて操舵角指令値を出力する第２の演算部と、前記操舵角指令値と操舵角計測値とから算出される移動体の操舵角偏差に基づいて操舵角速度指令値を出力する第３の演算部とを直列に接続した構成を含むことを特徴とする。
【００２５】
前記姿勢角計測手段はまた、所定の間隔をおいて設置され、前記物理的ガイド線との間の位置偏差を検出するためのガイド線検出器を２つ備えることにより、これら２つのガイド線検出器によって検出された２つの位置偏差値と前記間隔とから姿勢角を算出することにより実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明が適用される移動体は、図３に示すような車輪配置（１つの操舵輪３１、２つの固定輪３２）でモデル化できる移動体である。このモデルに該当する移動体としては、１つ以上の固定輪と１つの操舵輪を持つシングルステアの移動体、２つの操舵輪が必ず逆相に動作するカウンターステアの移動体、２つの操舵輪が独立に動作するツインステアの移動体などがある。
【００２７】
従来の操舵輪位置制御型操舵角制御方式が操舵輪の位置を制御しようとしていたのに対して、本発明の操舵角制御装置は移動体の位置と向き（姿勢角θ）を制御しようとするものである。ここでは図２に示す移動体モデルを例にその方法を説明する。
【００２８】
いま、制御しようとする移動体位置を代表する点として、２つの固定輪２２の中間位置を用い、以下この点を基準点と呼ぶこととする。また、移動体の向き（姿勢角θ）は固定輪２２の移動方向と同一の方向として定義する。
【００２９】
本発明による操舵角制御装置は、計測手段として、従来と同様に、基準点に関してガイド線２０に対する移動体の相対的な位置を計測する位置計測手段と、基準点に関してガイド線２０に対する移動体の姿勢角θを計測する姿勢角計測手段と、操舵輪２１の操舵角を計測する操舵角センサとを備えている。なお、姿勢角計測手段には、周知のジャイロセンサを用いることができる。このような計測手段は、仮想的なガイド線の場合も同様である。このような計測手段に加えて、あらかじめ記憶されている移動体の車輪配置情報と、位置計測手段、姿勢角計測手段、操舵角センサの出力とから、操舵角速度指令値を算出し、操舵輪の駆動部に出力する制御部を備えている。
【００３０】
図１は、本発明による操舵角制御装置の主要部の構成を示している。本操舵角制御装置においては、移動体の位置目標値と移動体の位置計測値との差が、基準点のガイド線２０に対する横断方向位置偏差として算出される。位置制御演算部１１は、横断方向位置偏差に応じて姿勢角指令値（目標とするガイド線２０に対する車体の向き）を決定する。次に、姿勢角指令値と現在の姿勢角計測値との差が、姿勢角偏差として算出される。姿勢制御演算部１２には、移動体毎の車輪配置情報として、図５で説明したホイールベースＨがあらかじめ記憶されている。姿勢制御演算部１２は、ホイールベースＨと姿勢角偏差に応じて操舵角指令値を決定する。更に、操舵角指令値と現在の操舵角計測値の差が、操舵角偏差として算出される。操舵角制御演算部１３は、操舵角偏差に応じて操舵角速度指令値を決定する。この操舵角速度指令値を操舵モータ用駆動アンプに出力することによって、操舵モータを駆動し、操舵角を変更する。
【００３１】
この操舵角制御を車体の位置制御として解析すると、姿勢角θや操舵角αが小さく線形近似可能とした場合、以下のようになる。
【００３２】
姿勢角の次元は、基準点のガイド線横断方向の位置をガイド線接線方向の移動量で微分した値（以下、横断方向移動速度と呼ぶ）と等価となる。姿勢角と横断方向移動速度との関数は、車体寸法によらず固定である。
【００３３】
操舵角の次元は、横断方向移動速度をガイド線接線方向の移動量で微分した値（以下、横断方向移動加速度と呼ぶ）と等価となる。操舵角と横断方向移動加速度との関数は車体寸法によって変化する。操舵角速度の次元は、横断方向移動加速度をガイド線接線方向の移動量で微分した値（以下、横断方向移動加加速度と呼ぶ）と等価となる。異なるホイールベースを持つ２つの移動体の特性を比較すると、操舵角の操作量に対する横断方向移動加速度の値と、操舵角速度の操作量に対する横断方向移動加加速度が異なっている。
【００３４】
従って、姿勢角制御演算部１２の制御ゲインＧ２と操舵角制御演算部１３の制御ゲインＧ３を、ホイールベースＨの差に反比例させることなどによって、移動体によって異なる車輪配置条件によらず基準点の軌跡や制御特性を同一とすることができる。
【００３５】
これは以下の数３で表すことができる。
【００３６】
【数３】

ただし、ｒは、図２に示されるように、移動体が運動する時に、基準点位置に生ずる曲率半径である。
【００３７】
また、本操舵角制御装置は、基準点がガイド線上を移動するように制御するので、曲線路を走行するときも内輪差により、基準点が曲線内側に入り込むようなことは無い。
【００３８】
更に、従来の操舵輪位置制御型操舵角制御方式では、基準点の位置制御ゲインが結果としてホイールベースＨにより決まっていたが、本制御装置では、位置制御演算部１１の制御ゲインＧ１を自由に調整することができ、位置偏差を修正するのに必要な走行距離を任意に設定することができる。
【００３９】
上記の操舵角制御装置が適用可能な位置計測手段の要件は、物理的あるいは仮想的なガイド線に対する移動体の位置と向き（姿勢角）が計測可能であれば良い。従って、平面内での絶対的な移動体の位置と向きが計測可能な、レーザ誘導に代表されるようなガイドレス方式だけでなく、ガイド線に対する相対的な移動体の位置と向きのみ計測可能な図４のようなガイド方式にも適用可能である。
【００４０】
図４において、このガイド方式では、移動体に間隔Ｄ_dをおいて２つのガイド線検出器４３ａ、４３ｂが備えられ、それぞれ位置偏差ｅ_f、ｅ_bが計測される。この場合、姿勢角θは以下の式で算出される。
【００４１】
θ＝ｔａｎ^-1｛（ｅ_f＋ｅ_b）／Ｄ_d｝
したがって、２つのガイド線検出器４３ａ、４３ｂが姿勢角計測手段を兼ねていることになる。
【００４２】
なお、本発明は、無人搬送車、無人フォークリフト、無人ダンプトラック等に適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明においては、移動体の制御特性が、車輪配置（ホイールベース）の影響を受けることなく自由に設定可能で、特に従来の操舵輪位置制御型操舵角制御方式に比べて短い走行距離での位置修正が可能である。
【００４４】
曲線路を定義する場合、従来の操舵輪位置制御型操舵角制御方式ではガイド線が操舵輪位置を定義するものであるため、内輪差のために移動体が曲線路の内側に入り込んでいたのに対して、本制御装置では移動体がガイド線上を移動するよう制御され、曲線路出口での停止位置精度が高くなる。これによって、無人搬送車においては、位置精度が悪く移載が不可能であった曲線路出口付近や曲線路内での移載が可能となった。
【００４５】
同一ガイド線上に、異なる車輪配置を持つ移動体を走行させた場合、従来の操舵輪位置制御型操舵角制御方式では基準点の軌跡が移動体によって異なっていたのに対して、本制御装置では車輪配置の影響を受けることなく同一軌跡とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による移動体の操舵角制御装置の主要部の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明が適用される移動体の概略構成を示した図である。
【図３】本発明が適用される移動体モデルについて説明するための図である。
【図４】本発明が適用される移動体の他の例の概略構成を示した図である。
【図５】従来の操舵角制御装置を説明するために移動体の概略構成を示す図である。
【図６】図５におけるガイド線と操舵輪及びガイド線検出器の関係を拡大して示した図である。
【図７】従来の操舵角制御装置の主要部の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
２０、３０、４０ガイド線
２１、３１、４１操舵輪
２２、３２、４４固定輪
４２スイングアーム
４３、４３ａ、４３ｂガイド線検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering angle control device for a steering wheel of an automatic guided vehicle having a steering wheel and a fixed wheel.
[0002]
[Prior art]
In recent years, automation has progressed in the manufacturing industry, and an automatic conveyance system is employed in the production line, in which an assembly part is mounted on an automatic guided vehicle and automatically traveled to convey the assembly part to a desired destination.
[0003]
In such an automatic conveyance system, automatic guided vehicle guidance methods include a guide method and a guideless method. A typical guide method is an electromagnetic induction method, and a guideless method is a laser induction method.
[0004]
Hereinafter, a representative steering angle control method applied to each guidance method will be described with a moving body having a wheel arrangement (one steering wheel 41, two fixed wheels 44) as shown in FIG. 5 as an example. Here, as a point representing the moving body, an intermediate position between the two fixed wheels 44 is defined, and hereinafter referred to as a “reference point”.
[0005]
[Steering angle control in the guide system]
In the guide method, the traveling path of the moving body is physically defined by a guide line 40 laid on the floor surface, and the steering angle is controlled according to the position deviation between the current position of the moving body and the guide line 40. Is. A swing arm method is widely used as a steering angle control method in this case.
[0006]
The steering angle control method of the swing arm method is a method of controlling the steering angle so that the tip of the swing arm 42 attached to the steering shaft of the steered wheel 41 always moves on the guide line 40. A guide line detector 43 for detecting a positional deviation from the guide line 40 is attached to the tip. In addition, a means for measuring the position deviation of the steering wheel 41 and a steering angle sensor for measuring the steering angle α of the steering wheel 41 are provided. The means for measuring the positional deviation of the steering wheel 41 and the steering angle sensor are both well known, but the steering angle sensor is realized by an encoder attached to the steering wheel, for example. As for the means for measuring the position deviation, the following means are used. A plurality of targets are embedded in the floor surface at intervals along the guide line 40. Since the positions of these targets are known, the current position of the steering wheel 41 is measured by detecting this target, and the deviation of the current position from the guide line 40 is calculated as the steering wheel position deviation. On the other hand, in the case of a virtual guide line described later, one using a GPS navigation device is known.
[0007]
FIG. 6 is an enlarged view showing the relationship between the guide line 40, the steered wheels 41, and the guide line detector 43 in FIG. In FIG. 6, the deviation of the steering wheel 41 from the guide line 40 is the steering wheel position deviation e _w , the difference between the steering angle command value α _r and the steering angle measurement value α _m is the steering angle deviation α _e , and the difference from the guide line 40. shows the displacement of the guide ray detector 43 as a position deviation e _p. The length of the swing arm 42 is L.
[0008]
As shown in FIG. 7, the control system includes a calculation unit 51, and includes a position control loop in the direction crossing the guide line of the steering wheel 41, and a steering angle control loop including the calculation unit 52 inside the control line. Has been. Calculating section 51 outputs a steering angle command value alpha _r receives steering wheel position error e _w. The calculation unit 52 receives a steering angle deviation α _e that is a difference between the steering angle command value α _r and the steering angle measurement value α _m and outputs a steering angular velocity command value α _rv . The steering angular velocity command value α _rv is output to a drive unit including an amplifier for driving a steering motor (not shown).
[0009]
The above control is based on the following formula 1.
[0010]
[Expression 1]

[0011]
This steering angle control system is intended to control the steering angle so that the steering wheel 41 moves on the guide line 40. The steering angle command value α _r corresponding to the steering wheel position deviation e _w with respect to the guide line 40 is determined by the length L of the swing arm 42. Further, the steering angular velocity command value α _rv corresponding to the steering angle deviation α _e between the steering angle command value α _r and the actual steering angle measurement value α _m is determined by the guide line 40 and the guide output from the guide line detector 43. It is determined by the position deviation e _p between the line detector 43.
[0012]
When the control of the steering angle α is viewed as the position control of the steering wheel 41 in the guide line crossing direction, if the steering wheel position deviation _ew is small and linear approximation is possible, the steering angle control is performed by the steering wheel 41 in the guide line crossing direction. This speed control and steering angular speed control can be regarded as acceleration control of the steered wheels 41 in the direction crossing the guide line. However, the speed and acceleration here are not differential values with respect to time but differential values with respect to the moving distance of the steered wheels 41 in the guide line tangential direction.
[0013]
This swing arm control type steering angle control is analyzed as a vehicle body position control as follows. As an initial condition, it is assumed that the steered wheel 41 is on the guide line 40 and the reference point is at a position deviated from the guide line 40. If the steering wheel 41 moves on the guide line 40 without error by ideal swing arm type steering angle control, the locus of the reference point is approximated by the following equation (2).
[0014]
[Expression 2]

Where v is the moving speed.
[0015]
This equation (2) indicates that, in the swing arm type steering angle control, the locus of the reference point (vehicle body) when correcting the position error depends on the wheel base H of the moving body. This is a characteristic that occurs because the object to be controlled in the steering angle control of the swing arm type is the steering wheel position and the vehicle body position is not controlled.
[0016]
In addition, during curve traveling, there is an inner wheel difference in which the locus of the reference point enters the inside of the curved road with respect to the steering wheel 41, and the magnitude at this time has a characteristic that depends on the wheel base H.
[0017]
[Steering angle control in guideless system]
Next, as a typical guideless system, there is a laser guidance system. The definition of the guide line in this laser guidance method is not set physically on the floor surface as in the guide type, but is virtual.
[0018]
However, the general steering angle control in the guideless system is basically the same as the swing arm system in the guide system, and the steering angle is controlled so that the steered wheel moves on a virtual guide line. In this case, the steering angle command value is determined according to the position deviation of the steering wheel with respect to the virtual guide line, and the steering angular velocity command value is determined according to the angle deviation between the steering angle command value and the actual steering angle measurement value. To do. When this is viewed as a control system, it is equivalent to the above swing arm system.
[0019]
Hereinafter, the steering angle control method using the guideless method and the swing arm method is collectively referred to as a steering wheel position control type steering angle control method.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In a moving body for the purpose of transporting luggage such as an automatic guided vehicle, positioning accuracy of the vehicle body at the time of transfer is important. The position of the load on these moving bodies is not necessarily near the steering wheel, and particularly in the case of an unmanned forklift, the position of the load is in the vicinity of a fixed wheel that is far away from the position of the steering wheel. In the case of such a moving body, the conventional steering wheel position control type steering angle control method for controlling the steering wheel position causes the following problems.
[0021]
When traveling on a curved road, the rear wheel (luggage) enters inside due to the difference in the inner ring. As a result, the error in the position of the vehicle body with respect to the guide line becomes large during the curve, and it was impossible to transfer the curve along the curve. Further, since there is a limit to the position correction performance at a short distance, a long travel distance is required to correct the position error at the curve exit, and it is difficult to ensure transfer accuracy during that time.
[0022]
On the other hand, when a plurality of moving bodies with different wheel arrangements travel on the same traveling path, the trajectory of the reference point (vehicle body) differs for each moving body simply by tracing the steering wheel of each moving body on the same guide line. It will be a thing. For this reason, in order for the reference point to move on the same traveling road, a plurality of guide lines are laid according to the type of the moving body, or data for movement in order to define virtual guide lines. There are many practical problems, such as the need to create
[0023]
Accordingly, an object of the present invention is a steering angle control device applied to a moving body that runs on a predetermined physical route or a virtual route, represented by an automatic guided vehicle, and relates to wheel arrangement. It is another object of the present invention to provide a steering angle control device capable of realizing free control performance.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a steering angle control device for a moving body including a steering wheel whose direction can be changed by a steering wheel driving unit and a fixed wheel, and a virtual guide line or a physical point for a reference point set in advance on the moving body. Position measuring means for measuring the relative position of the moving body with respect to the guide line, attitude angle measuring means for measuring the attitude angle of the moving body with respect to a virtual guide line or a physical guide line with respect to the reference point, and the steering wheel Steering angle measurement means for measuring the steering angle of the vehicle, wheel arrangement information based on the wheel base of the moving body stored in advance, and the output of the position measurement means, the attitude angle measurement means, and the steering angle measurement means. A control unit that calculates an angular velocity command value and outputs the angular velocity command value to the steered wheel drive unit, and the control unit calculates a position deviation calculated from a position target value and a position measurement value of the moving body. And a steering angle command value based on the posture angle deviation of the moving body calculated from the posture angle command value and the posture angle measurement value and the wheel arrangement information. And a third arithmetic unit for outputting a steering angular velocity command value based on the steering angle deviation of the moving body calculated from the steering angle command value and the steering angle measurement value in series. It includes a connected configuration .
[0025]
The posture angle measuring means is also provided with two guide line detectors installed at a predetermined interval and for detecting a positional deviation between the physical guide line and detecting these two guide lines. This can be realized by calculating the attitude angle from the two position deviation values detected by the vessel and the interval.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The moving body to which the present invention is applied is a moving body that can be modeled by a wheel arrangement (one steering wheel 31 and two fixed wheels 32) as shown in FIG. The moving body corresponding to this model includes a single-steer moving body having one or more fixed wheels and one steering wheel, a counter-steer moving body in which the two steering wheels always operate in opposite phases, and two steering wheels. There are twin-steer moving bodies that operate independently.
[0027]
Whereas the conventional steering wheel position control type steering angle control system tries to control the position of the steering wheel, the steering angle control device of the present invention tries to control the position and orientation (attitude angle θ) of the moving body. Is. Here, the method will be described taking the moving body model shown in FIG. 2 as an example.
[0028]
Now, an intermediate position between the two fixed wheels 22 is used as a point representing the position of the moving body to be controlled, and this point is hereinafter referred to as a reference point. The direction of the moving body (attitude angle θ) is defined as the same direction as the moving direction of the fixed wheel 22.
[0029]
In the steering angle control device according to the present invention, as the measurement means, the position measurement means for measuring the relative position of the moving body with respect to the guide line 20 with respect to the reference point, and the position of the moving body with respect to the guide line 20 with respect to the reference point are measured. A posture angle measuring means for measuring the posture angle θ and a steering angle sensor for measuring the steering angle of the steered wheels 21 are provided. A known gyro sensor can be used as the posture angle measuring means. Such a measuring means is the same in the case of a virtual guide line. In addition to such measurement means, the steering angular velocity command value is calculated from the wheel arrangement information of the moving body stored in advance and the output of the position measurement means, the attitude angle measurement means, and the steering angle sensor, A control unit for outputting to the drive unit is provided.
[0030]
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a steering angle control device according to the present invention. In the present steering angle control device, the difference between the position target value of the moving body and the position measurement value of the moving body is calculated as the lateral position deviation of the reference point with respect to the guide line 20. The position control calculation unit 11 determines a posture angle command value (the direction of the vehicle body with respect to the target guide line 20) according to the transverse position deviation. Next, a difference between the attitude angle command value and the current attitude angle measurement value is calculated as an attitude angle deviation. In the attitude control calculation unit 12, the wheel base H described in FIG. 5 is stored in advance as wheel arrangement information for each moving object. The attitude control calculation unit 12 determines a steering angle command value according to the wheel base H and the attitude angle deviation. Further, the difference between the steering angle command value and the current measured steering angle value is calculated as the steering angle deviation. The steering angle control calculation unit 13 determines a steering angular velocity command value according to the steering angle deviation. By outputting the steering angular velocity command value to the steering motor drive amplifier, the steering motor is driven to change the steering angle.
[0031]
When this steering angle control is analyzed as the position control of the vehicle body, when the attitude angle θ and the steering angle α are small and linear approximation is possible, the following is obtained.
[0032]
The dimension of the posture angle is equivalent to a value obtained by differentiating the position of the reference point in the guide line transverse direction by the amount of movement in the guide line tangential direction (hereinafter referred to as the transverse direction moving speed). The function of the attitude angle and the transverse movement speed is fixed regardless of the vehicle body dimensions.
[0033]
The dimension of the steering angle is equivalent to a value obtained by differentiating the moving speed in the transverse direction by the moving amount in the tangential direction of the guide line (hereinafter referred to as a transverse moving acceleration). The function of the steering angle and the transverse movement acceleration varies depending on the vehicle body size. The dimension of the steering angular velocity is equivalent to a value obtained by differentiating the transverse movement acceleration by the movement amount in the tangential direction of the guide line (hereinafter referred to as transverse movement jerk). Comparing the characteristics of two moving bodies having different wheel bases, the value of the transverse movement acceleration with respect to the steering angle operation amount and the transverse movement jerk with respect to the steering angular velocity operation amount are different.
[0034]
Accordingly, by making the control gain G2 of the attitude angle control calculation unit 12 and the control gain G3 of the steering angle control calculation unit 13 inversely proportional to the difference between the wheel bases H, the reference point The trajectory and control characteristics can be the same.
[0035]
This can be expressed by Equation 3 below.
[0036]
[Equation 3]

However, r is a radius of curvature generated at the reference point position when the moving body moves, as shown in FIG.
[0037]
In addition, since the present steering angle control device controls the reference point to move on the guide line, the reference point does not enter the inside of the curve due to the difference between the inner wheels when traveling on a curved road.
[0038]
Further, in the conventional steering wheel position control type steering angle control method, the position control gain of the reference point is determined by the wheel base H as a result, but in this control device, the control gain G1 of the position control calculation unit 11 can be freely set. It is possible to adjust the travel distance necessary to correct the position deviation.
[0039]
The position measuring means to which the steering angle control device can be applied only needs to be able to measure the position and orientation (posture angle) of the moving body with respect to a physical or virtual guide line. Therefore, it is possible to measure the position and orientation of the moving body relative to the guide line as well as the guideless system represented by laser guidance, which can measure the absolute position and orientation of the moving body in the plane. Such a guide system as shown in FIG.
[0040]
4, this guide system, two guide-ray detectors 43a at intervals D _d to the mobile, 43b are provided, respectively positional deviation e _f, e _b is measured. In this case, the posture angle θ is calculated by the following equation.
[0041]
θ = tan ⁻¹ {(e _f + e _b ) / D _d }
Therefore, the two

guide line detectors

43a and 43b also serve as posture angle measuring means.
[0042]
The present invention can be applied to an automatic guided vehicle, an automatic forklift, an automatic dump truck, and the like.
[0043]
【The invention's effect】
In the present invention, the control characteristics of the moving body can be freely set without being affected by the wheel arrangement (wheel base), and particularly at a shorter travel distance than the conventional steering wheel position control type steering angle control method. Position correction is possible.
[0044]
When a curved road is defined, in the conventional steering wheel position control type steering angle control method, the guide line defines the steering wheel position, so the moving body has entered the inside of the curved road due to the inner ring difference. On the other hand, in this control apparatus, the moving body is controlled to move on the guide line, and the stop position accuracy at the curved road exit becomes high. As a result, the automatic guided vehicle can be transferred in the vicinity of the curved road exit or in the curved road where the position accuracy is poor and transfer is impossible.
[0045]
When moving a moving body with different wheel arrangements on the same guide line, the trajectory of the reference point differs depending on the moving body in the conventional steering wheel position control type steering angle control method. The same trajectory can be obtained without being affected by the wheel arrangement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a steering angle control device for a moving body according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a moving body to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a diagram for explaining a moving object model to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of another example of a moving body to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a moving body in order to explain a conventional steering angle control device.
6 is an enlarged view showing the relationship between a guide line, a steered wheel, and a guide line detector in FIG. 5;
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a main part of a conventional steering angle control device.
[Explanation of symbols]
20, 30, 40

Guide lines

21, 31, 41

Steering wheels

22, 32, 44 Fixed wheels 42

Swing arms

43, 43a, 43b Guide line detector

Claims

In a steering angle control device for a moving body including a steering wheel whose direction can be changed by a steering wheel driving unit and a fixed wheel,
Position measuring means for measuring a relative position of the moving body with respect to a virtual guide line or a physical guide line with respect to a reference point set in advance on the moving body;
Posture angle measuring means for measuring the posture angle of the moving body with respect to the virtual guide line or the physical guide line with respect to the reference point;
Steering angle measuring means for measuring the steering angle of the steering wheel;
A steering angular velocity command value is calculated from wheel arrangement information based on the wheel base of the moving body stored in advance and outputs of the position measuring means, the attitude angle measuring means, and the steering angle measuring means, and the steering wheel driving unit And a control unit that outputs to
The control unit includes a first calculation unit that outputs a posture angle command value based on a position deviation calculated from a position target value and a position measurement value of the moving body; the posture angle command value and the posture angle measurement value; A mobile unit calculated from the steering angle command value and the steering angle measurement value; a second calculation unit that outputs a steering angle command value based on the attitude angle deviation of the mobile unit calculated from A steering angle control device including a configuration in which a third calculation unit that outputs a steering angular velocity command value based on the steering angle deviation is connected in series .

2. The steering angle control device according to claim 1, wherein the posture angle measuring means includes two guide line detectors installed at a predetermined interval and for detecting a positional deviation from the physical guide line. And a steering angle control device that calculates an attitude angle from two position deviation values detected by the two guide line detectors and the interval.