JP3855292B2

JP3855292B2 - 移動体誘導装置

Info

Publication number: JP3855292B2
Application number: JP03779296A
Authority: JP
Inventors: 宗訓大島
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: JPH09230932A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，移動体誘導装置に係り，詳しくはグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）を利用した移動体誘導装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示す如く，従来の無人車両誘導装置Ａ′は，無人車両１に搭載されたＧＰＳ受信機２により受信される位置情報と，予めメモリ３に記憶された基線情報とに基づいて，無人車両１を基線上に誘導するように構成されている。そして，この従来装置Ａ′は図７に示すように動作する。
まず複数の人工衛星０より発射された電波をＧＰＳ受信機２が受信する。その受信信号と，無人車両１に装備された距離センサ７，ステア角センサ８による各検出値とを用いて演算器４′は無人車両１の現在位置を演算し，更にメモリ３に記憶された基線からの偏差を演算する。誘導装置５′はこの偏差を制御量として無人車両１を誘導する（車体を基線方向にふる）。
この従来装置Ａ′は，ＧＰＳの測位精度が大変良い場合には有効である。即ち，その場合には，基線から遠く離れた場所等に自由に無人車両を設置できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，商用のＧＰＳの測位結果には通常，大きな誤差が含まれているため，毎回測位される位置をそのまま使用する上記したような従来の無人車両誘導装置Ａ′では，制御的に不安定となってしまう。また，進行方向（車体角）が不明であるため，制御しにくく，たとえジャイロ６等の進行方向を検出できるセンサ（内界センサ）を搭載しても，初期方向の補正が困難である。
その結果，上記従来装置Ａ′では，どのようなルート上を移動するのか予測ができず，また，基線への素早い乗り移りを行うことも困難であった。
本発明は，上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，ＧＰＳにより誘導される移動体の進行方向を正確に決定し，目標位置への誘導をスムーズに行うことのできる移動体誘導装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，移動体に搭載されたＧＰＳ受信機により受信される位置情報と，所定の目標経路情報とに基づいて，該移動体を目標経路に誘導する移動体誘導装置において，上記位置情報を回帰演算することにより上記移動体の進行方向を演算する第１の演算手段と，上記進行方向の演算時点における上記移動体の位置と，該位置から上記目標経路への垂線と上記目標経路との交点より該目標経路上の所定距離先の目標点とを結ぶ上記移動体の走行ルートを演算する第２の演算手段と，上記第１の演算手段により演算された進行方向と上記第２の演算手段により演算された走行ルートと上記移動体の現在のステア角とに基づいて，上記移動体のこれから切るべきステア角を演算する第３の演算手段と，を具備してなることを特徴とする移動体誘導装置として構成されている。
更には，上記第２の演算手段が，上記移動体が上記所定の経路上へ乗り移る際に，該移動体が所定のカーブ動作をとるように上記走行ルートを演算する移動体誘導装置である。
更には，上記移動体が上記所定の経路から所定距離の位置に達したときに，該移動体に所定のカーブ動作をとらせるカーブ動作手段をさらに具備してなる移動体誘導装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。なお，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態にかかる無人車両誘導装置Ａの概略構成を示す模式図，図２はＧＰＳの平面座標（ＸＹ座標）に対する進行方向を示す説明図，図３は基線に対する進行方向を示す説明図，図４は走行ルートの決定方法を示す説明図，図５は無人車両の基線への乗り移り動作を示す説明図である。なお，前記図６に示した従来の無人車両誘導装置Ａ′の一例における概略構成を示す模式図と共通する要素には同一符号を使用する。
【０００６】
図１に示す如く，第１，第２の発明に係る無人車両誘導装置Ａ（移動体誘導装置に相当）は，複数の人工衛星０から発射され，無人車両１（移動体に相当）に搭載されたＧＰＳ受信機２により受信される位置情報と，メモリ３に予め記憶された目標位置情報（所定の目標位置情報に相当）とに基づいて，無人車両１を目標位置に誘導する点で従来例と同様である。しかし，第１の発明装置では，上記位置情報を回帰演算することにより無人車両１の進行方向を演算する演算器（１）４ａ（第１の演算手段に相当）を具備してなる点で従来例と異なる。また，第２の発明では，上記第１の発明装置に加えて，上記進行方向の演算時点における無人車両１の位置と上記目標位置とを結ぶ無人車両１の走行ルートを演算する演算器（２）４ｂ（第２の演算手段に相当）を具備してなる点で従来例と異なる。更に，上記目標位置が基線（所定の経路に相当）であるときは，演算器（２）４ｂが，上記進行方向の演算時点における無人車両１の位置と，その位置に対向する基線上の目標点とを結ぶ無人車両１の走行ルートを演算するようにすればよい。この場合は，更に，演算器（２）４ｂが，無人車両１が基線上へ乗り移る際に，無人車両１が所定のカーブ動作をとるように走行ルートを演算することとしてもよい。あるいは，無人車両１が基線から所定距離の位置に達した時に，無人車両１に所定のカーブ動作をとらせるカーブ動作手段を具備してもよい。更に，無人車両１がその進行方向の基準値を示すジャイロ６をも搭載している場合，演算器（１）４ａにより演算された進行方向を用いて上記基準値を修正する修正手段を具備してもよい。これらの点でも従来例と異なる。
【０００７】
以下，無人車両誘導装置Ａを例にとってその構成を更に具体化すると共に，動作原理について詳述する。
あるフィールドに無人車両１が設置されると，図２に示すように無人車両１は，ステアを切ることなく設置された方向に移動する。無人車両１が一定速度に達してからＧＰＳ受信機２によって一定時間（例えば１０秒間）または一定距離（例えば１０ｍ）移動しながら位置計測を行う。ここで，一定速度になってから位置計測を始める理由は次の通りである。即ち，加速状態では，無人車両１の姿勢が安定していないため，位置計測結果に余分な情報（車体の振れを含んだ位置）が含まれ，正確な進行方向の決定が行われない可能性があるからである。
一定時間または一定距離移動後，演算器（１）４ａにより回帰計算，例えば図３に示すような経路情報内に与えられた基線を基準とした位置（基線に対する偏差量と基線に対する移動量とで表現される位置）を用いて，最小２乗法によって基線に対する進行方向を求める。この進行方向は，ＧＰＳの平面座標（ＸＹ座標）を基準とした方向である。また移動量の演算には無人車両１に装備された距離センサ７により検出された値を用いる。
【０００８】
次に，演算器（２）４ｂにより走行ルートの演算を行う。即ち，図４に示すように，進行方向を決定した無人車両１の位置Ｐ₁から，基線に対して垂線をおろした時の交点Ｐ₂より基線上の数ｍ先（例えば１０ｍ）を目標点Ｐ₃とし，この目標点Ｐ₃までの最短コースを基線までの走行ルートとする。
そして，上記それぞれ演算された進行方向と走行ルートとを用いて，誘導装置５により無人車両１を目標点まで誘導する。具体的には，誘導装置５が，上記進行方向と，走行ルートと，無人車両１に装着されたステア角センサ８により検出された現在のステア角とから，無人車両１のこれから切るべきステア角を演算し，車体角指令を発する。車体角指令を受けた無人車両１は，そのステア角だけステアを切って，上記走行ルートに沿うように移動する。目標点まで到達した無人車両１は，停止するか，または次の目標点まで移動を開始する。この移動の最中は，順次無人車両１の進行方向を求め，無人車両１の姿勢の補正にこの進行方向を用いる。
無人車両１が基線に数ｍ（例えば１ｍ）まで近付くと，図５（ａ）に示すように無人車両１は乗り移り動作に移る。乗り移りは，基線に対する偏差を修正するように，無人車両１を誘導する。なお，無人車両１の進行方向の計測は，無人車両１の姿勢が安定してから随時行う。
上記無人車両１の基線への乗り移りにおいて，無人車両１の走行スピードが大きい場合でも，スムーズな乗り移りが行えるように，カーブ動作を用いることが望ましい。
【０００９】
そのため，演算器（２）４ｂにより，無人車両１が所定のカーブ動作を行うように上記走行ルートを演算させるか，あるいは無人車両１が基線に数ｍ（例えば１ｍ）まで近付くと，図５ｂに示すように無人車両１が所定のカーブ動作を行うようなプログラム（カーブ動作手段に相当）を無人車両１のメモリ３に記憶させておけばよい。
いずれにしてもこのときの，カーブ開始のタイミングは目標点までの距離がカーブの回転半径程度になってからである。カーブ走行後は進行方向をステア角センサ８により計測し，無人車両１が基線上に載っていることを確認する。なお，乗り移り先の軌道が，誘導線等地上支援方式である場合には，この地上支援物（誘導線等）を検出できなかったときのみ，ＧＰＳによる進行方向の計測，修正を行うこととしてもよい。
更に，車体姿勢角センサ，例えばジャイロのような内界センサに対する初期角補正に，上記進行方向決定方法を用いることもできる。
この場合，無人車両１は，ＧＰＳによる位置，ジャイロ６から得られる車体姿勢角によって誘導される。即ち，まず無人車両１は，上記と同様に置かれた位置から姿勢を変えることなく（車体角０方向），直進する。一定速度で一定時間または一定距離移動しながら，ＧＰＳによって移動位置計測を行う。一定時間または一定距離移動後，回帰計算，例えば経路情報内に与えられた基線を基準とした位置（基線に対する偏差量と基線に対する移動量とで表現される位置）を用いて最小２乗法によって基線に対する無人車両１の進行方向を求める。ここで求めた方向（角度）をジャイロ６の初期方向補正値とする。以下，上記と同様に基線までの経路作成（基線上に目標点を定め，最短ルートを走行ルートとする）を行い，上記したような乗り移り方法を用いて，基線への乗り移りを行う。この一連の修正処理のプログラム（修正手段に相当）についても，無人車両１のメモリ３に予め記憶させておけばよい。
【００１０】
以上のように本装置Ａでは，複数の誤差を含んだＧＰＳの位置計測結果を利用して回帰を行い，進行方向を求めていることから，位置だけでなく車体の姿勢も制御でき，結果としてスムーズな目標位置への移動が実現できる。従って，ＧＰＳの誤差による制御的不安定を解消することができる。
また，進行方向の決定をＧＰＳの位置計測結果を利用して行っているため，移動体にジャイロ等の内界センサを搭載した場合にも，容易に内界センサの初期角補正が行える。
更に，基線が与えられている場合，走行ルートを決定してから基線に向かって移動するため，従来技術の如く位置または基線からの偏差量を制御量としている場合に比べて素早い基線への乗り移りが可能となる。
【００１１】
【実施例】
上記実施の形態では，目標位置が基線（所定の経路に相当）である場合について説明したが，実使用に際しては，目標位置がある１つの点であってもよい。その場合は，走行ルートの演算は，無人車両の進行方向決定時における現在位置とその点とを結ぶだけでよい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係る移動体誘導装置は，上記したように構成されているため，複数の誤差を含んだＧＰＳの位置計測結果を利用して回帰を行い，進行方向を求めていることから，位置だけでなく車体の姿勢も制御でき，結果としてスムーズな目標位置への移動が実現できる。従って，ＧＰＳの誤差による制御的不安定を解消することができる。
また，進行方向の決定をＧＰＳの位置計測結果を利用して行っているため，移動体にジャイロ等の内界センサを搭載した場合にも，容易に内界センサの初期角補正が行える。
更に，基線が与えられている場合，走行ルートを決定してから基線に向かって移動するため，従来技術の如く位置または基線からの偏差量を制御量としている場合に比べて素早い基線への乗り移りが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無人車両誘導装置Ａの概略構成を示す模式図。
【図２】ＧＰＳの平面座標（ＸＹ座標）に対する進行方向を示す説明図。
【図３】基線に対する進行方向を示す説明図。
【図４】走行ルートの決定方法を示す説明図。
【図５】無人車両の基線への乗り移り動作を示す説明図。
【図６】従来の無人車両誘導装置Ａ′の一例における概略構成を示す模式図。
【図７】従来装置Ａ′による誘導方法を示す説明図。
【符号の説明】
Ａ…無人車両誘導装置（移動体誘導装置に相当）
１…無人車両（移動体に相当）
２…ＧＰＳ受信機
３…メモリ（カーブ動作手段，修正手段を含む）
４ａ…演算器（１）（第１の演算手段に相当）
４ｂ…演算記（２）（第２の演算手段に相当）
５…誘導装置
６…ジャイロ

Claims

移動体に搭載されたＧＰＳ受信機により受信される位置情報と，所定の目標経路情報とに基づいて，該移動体を目標経路に誘導する移動体誘導装置において，
上記位置情報を回帰演算することにより上記移動体の進行方向を演算する第１の演算手段と，
上記進行方向の演算時点における上記移動体の位置と，該位置から上記目標経路への垂線と上記目標経路との交点より該目標経路上の所定距離先の目標点とを結ぶ上記移動体の走行ルートを演算する第２の演算手段と，
上記第１の演算手段により演算された進行方向と上記第２の演算手段により演算された走行ルートと上記移動体の現在のステア角とに基づいて，上記移動体のこれから切るべきステア角を演算する第３の演算手段と，
を具備してなることを特徴とする移動体誘導装置。
上記第２の演算手段が，上記移動体が上記目標経路上へ乗り移る際に，該移動体が所定のカーブ動作をとるように上記走行ルートを演算する請求項１記載の移動体誘導装置。
上記移動体が上記目標経路から所定距離の位置に達したときに，該移動体に所定のカーブ動作をとらせるカーブ動作手段をさらに具備してなる請求項１記載の移動体誘導装置。