JP4051883B2 - 無人車位置計測方式 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人車位置計測方式に関する。詳しくは、レーザレーダを用いて位置を検出する無人搬送車の位置検出方式における反射板のマッチング方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走査型レーザレーダのレーザ光を水平面状に回転走査し、測定対豪物の距離とその反射光を計測する走査型レーザレーダを無人車の位置検出に用いる方法がある。
この方式は従来の電磁誘導線や光学テープといったガイドの敷設工事は不要であるためコースコースレイアウトの変更が容易で、敷設工事費を削減することができる。
またこれに伴い床面条件の影響も受けない。
【０００３】
走査型レーザレーダを用いた無人車位置検出方式には、図３及び図４に示すように、走行環境に複数配置された反射板までの距離、方向を検出し、三角測量の原理で位置を検出する方式がある。
即ち、走査型レーザレーダ１０は、回転台１上に回転テーブル２を回転自在に載置すると共にこの回転テーブル２上に水平面に対し４５度に傾いたミラー３を設置し、このミラー３の直上に水平面に対し４５度に傾いたハーフミラー４を配設し、更に、このハーフミラー４の直上、水平方向側方にフォトダイオード５、レーザ６を設置したものである。
【０００４】
従って、回転台１上の回転テーブル２、ミラー３を矢印で示すように回転させつつ、レーザ６から水平に出射されたレーザをハーフミラー３で垂直下方に折り曲げ、更に、ミラー３で水平方向に折り曲げて、反射板７へ投射するのである。
そして、反射板７から反射した光は、逆に、ミラー３で垂直上向きに折り曲げられ、ハーフミラー４を透過し、フォトダイオード５で検出されることになる。
【０００５】
また、回転台１には、回転テーブル２の回転角度を検出するエンコーダ、タコジェネレータ等が設けられている。
このようなレーザレーダ１０を、図４に示すように無人搬送車２０に搭載し、レーザレーダ１０から無人搬送車走行環境に複数配置された反射板３０，４０，５０，６０までの距離、方向を検出する。
【０００６】
この方式の原理を以下に述べる。
反射板Ｒ1からＲ7は図５に示すようなＸＹ平面座標上に予め決められた位置に配置されているとする。
無人車に搭載されたレーザレーダを走査することにより、無人車に対する反射板までの距離、方向を求める。
上図における反射板の距離、方向の測定結果を図６に示す。
同図の場合、反射板Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5の距離の測定結果はそれぞれｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4，ｄ5、方向の測定結果はθ1，θ2，θ3，θ4，θ5である。
【０００７】
反射板からの反射光かどうかの判断は反射光レベルを検出することにより、その値が規定値より大きい場合、その反射光が反射板からのものであると判断する。
これらの検出された反射板の中から任意の２つの反射板を選択して無人車の位置演算を行う。
以下にその方法を述べる。
図７に示すように、無人車から２枚の反射板Ｒ1，Ｒ2が無人車に対して、（角度θ1，距離ｄ1）、（角度θ2，距離ｄ2）の値で検出されたとする。
反射板Ｒ1，Ｒ2の位置は既知で、それぞれ（Ｘ1，Ｙ1）、（Ｘ2，Ｙ2）とする。
【０００８】
このときの無人車の位置（Ｘa，Ｙa）、方向θaを求める。
角度は図の矢印の方向を正とする（反時計方向が正）。
ここで、２枚の反射板の角度の関係は常にθ1＞θ2とする。
これより、θ12＞０となる。
反射板検出後、検出された反射板が実際にどの反射板からの反射光であるのか求める反射板マッチング処理を行う。
これは前回の処理で得られた無人車位置検出結果を基に求める。
ただし初期状態ではこのような前回位置がないので無人車をホームステーションと呼ばれる位置が明らかな場所に停止させ、この値を初期位置とする。
いまこの前回位置、初期位置を（Ｘa0，Ｙa0）、車体傾きをθa0とすると、図８より反射板Ｒ1の推定位置（Ｘr1，Ｙr1）が求められる。
【０００９】
【数１】
【００１０】
このようにして求められた反射板推定位置（Ｘr1，Ｙr1）と反射板設定位置とを比較し、その差が設定値より小さいとき、反射光がどの反射板からのものなのかを同定することができる。
このマッチング処理をすべての反射板反射光について行う。
どの反射板ともマッチングされない反射光は以下の位置演算には用いない。
【００１１】
このようにマッチングされた反射板の中から任意の２つの反射板を選択する。
これらの反射板の位置は予め分かっているので、無人車の位置（Ｘa，Ｙa）は反射板位置と無人車から反射板までの距離出力からなる連立方程式を解くことにより求めることができる。
（２）式に反射板Ｒ1，Ｒ2をから無人車の位置を求める連立方程式を示す。
【００１２】
【数２】
【００１３】
この連立方程式を解くと、図９に示すように２つの無人車の位置（Ｘa，Ｙa）が求められる。
これらの解を（Ｘa1，Ｙa1）、（Ｘa2，Ｙa2）とすると、
【００１４】
【数３】
【００１５】
これら２つの解の中から正しい無人車位置を選択する方法を図１０を例にして説明する。
ここで、角度の向きは図の矢印の方向を正とする（反時計方向が正）。
座標（Ｘa1，Ｙa1）における２枚の反射板の角度は次式で求めることができる。
【００１６】
【数４】
【００１７】
同様に座標（Ｘa2，Ｙa2）における２枚の反射板の角度は次式で求めることができる。
【００１８】
【数５】
【００１９】
そして、角度差φ12−φ11，φ22−φ21を求め、これらの中でθ12に近い値の座標を正しい無人車位置とする。
上図の場合、φ12−φ11はθ12に近い値となるが、φ22−φ21は負の値となるためθ12に近い値とはならない。
これより（Ｘa1，Ｙa1）が正しい無人車位置として選択される。
このときの無人車の方向θaは、
【００２０】
【数６】
【００２１】
となる。
さらに他の反射板の組合せの連立方程式から無人車の位置を算出し、得られた結果すべてを平均化することによって、より高粘度な位置検出が実現できる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
無人車の位置を高精度に検出するためには反射板からの反射光が常に安定してレーザレーダに帰ってこなければならない。
従来では、平面状の反射板を用いているため、レーザが反射板に照射する入射角が大きいと、反射光が帰ってこなかったり、あるいは帰って来たり帰ってこなかったり不安定なときがある。
このような現象は無人車の位置検出誤差の原因となる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る無人車位置計測方式は、走査型レーザレーダ無人車の位置検出方式において、反射板からの反射光を安定して検出する方法として、レーザ光が反射板へ照射される入射角を求め、入射角が設定値以下のもののみを利用して、その反射板からの反射光に基づいて位置演算を行うことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
反射板からの反射光が安定して得られる実施例を以下に述べる。
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例に係る無人車位置計測方式を図１に示す。
本実施例は、レーザ光が反射板Ｒ1へ照射される入射角θinを求め、入射角θinがある設定値よリ大きい場合、その反射板Ｒ1からの反射光は位置演算に用いない方法である。
即ち、入射角θinが大きくなると、反射光が帰ってきたり帰ってこなかったり不安定になる。
このような不安定な反射板Ｒ1を位置演算に用いることは大きな誤差原因となる。
【００３０】
そこで、レーザ光が反射板へ照射される入射角θinを求め、ある設定値より大きい場合、例えば、６０°より大きい場合、その反射板Ｒ1からの反射光は位置演算に用いないようにするのである。
具体的には、反射板Ｒ1に照射されるレーザ光の入射角θinは、反射板法線ベクトルとＸ軸に対する角度をθrとすると、次のように求められる。
【００３１】
【数７】
【００３２】
尚、各反射板の方線ベクトルは、反射板の設置のときに、反射板の位置といっしょに予め無人車の制御装置に記憶されているものとする。
【００３３】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例に係る無人車位置計測方式を図２に示す。
本実施例は、図２に示すように、反射板７０を三角柱形にする方法である。
反射板７０を三角柱形にすることにより、平面形の反射板７に比較し、レーザが反躰板に照射する入射角を小さくすることができるため、安定した反射光を得ることができる。
【００３４】
〔実施例３〕
本発明の第３の実施例に係る無人車位置計測方式を図１１に示す。
実施例２において頂点角度が小さい場合、図１１（ａ）に示すように、レーザ光が三角形正面から照射されると入射角が大きくなり、反射光が検出できなくなる。
また、頂点角度が大きすぎると、実施例１で述べた問題が起こる。
そこで、本実施例は、レーザ光がどの方向から照射されても安定した反射光が得られるように、図１１（ｂ）に示すように、頂点角度を４５［ｄｅｇ］〜６０［ｄｅｇ］に設定する方式である。
【００３５】
〔実施例４〕
本発明の第４の実施例に係る無人車位置計測方式を図１２に示す。
本実施例では、図１２のように反射板７２を円柱形にする方法である。
反射板７２を円柱形にすることにより、平面形の反射板７に比較し、レーザが反射板に照射する入射角を小さくすることができるため、安定した反射光を得ることができる。
【００３６】
〔実施例５〕
本発明の第５の実施例に係る無人車位置計測方式を図１３に示す。
本実施例は、図１３に示すように反射板７３を蒲鉾形にする方法である。
反射板７３を蒲鉾形にすることにより、レーザが反射板に照射する入射角を小さくすることができるため、安定した反射光を得ることができる。
【００３７】
〔実施例６〕
本発明の第６の実施例に係る無人車位置計測方式を図１４に示す。
本実施例は、図１４に示すように反射板を半円筒形にする方法である。
反射板７４を半円筒形にすることにより、レーザが反射板に照射する入射角を小さくすることができるため安定した反射光を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明は、走査型レーザレーダ無人車の位置検出方式において、反射板からの反射光を安定して検出する方法として、レーザ光が反射板へ照射される入射角を求め、入射角がある設定値より大きい場合、その反射板からの反躰光は位置演算に用いないことにより、反射板からの反射光が安定して得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図３】走査型レーザレーダの斜視図である。
【図４】走査型レーザレーダによる位置検出の説明図である。
【図５】反射板の配置図である。
【図６】反射板と無人搬送車との距離及び角度を示す説明図である。
【図７】無人搬送車の方向と二つの反射板との関係を示す説明図である。
【図８】無人搬送車の方向と二つの反射板との関係を示す説明図である。
【図９】無人搬送車の位置と二つの反射板との関係を示す説明図である。
【図１０】二つの無人搬送車の位置の解から正しい無人搬送車の位置を選択する方法を示す説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図１４】本発明の第６の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【符号の説明】
１０ 走査型レーザレーダ
２０ 無人搬送車
３０〜６０，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5 反射板
７０ バーコード反射板
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人車位置計測方式に関する。詳しくは、レーザレーダを用いて位置を検出する無人搬送車の位置検出方式における反射板のマッチング方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走査型レーザレーダのレーザ光を水平面状に回転走査し、測定対豪物の距離とその反射光を計測する走査型レーザレーダを無人車の位置検出に用いる方法がある。
この方式は従来の電磁誘導線や光学テープといったガイドの敷設工事は不要であるためコースコースレイアウトの変更が容易で、敷設工事費を削減することができる。
またこれに伴い床面条件の影響も受けない。
【０００３】
走査型レーザレーダを用いた無人車位置検出方式には、図３及び図４に示すように、走行環境に複数配置された反射板までの距離、方向を検出し、三角測量の原理で位置を検出する方式がある。
即ち、走査型レーザレーダ１０は、回転台１上に回転テーブル２を回転自在に載置すると共にこの回転テーブル２上に水平面に対し４５度に傾いたミラー３を設置し、このミラー３の直上に水平面に対し４５度に傾いたハーフミラー４を配設し、更に、このハーフミラー４の直上、水平方向側方にフォトダイオード５、レーザ６を設置したものである。
【０００４】
従って、回転台１上の回転テーブル２、ミラー３を矢印で示すように回転させつつ、レーザ６から水平に出射されたレーザをハーフミラー３で垂直下方に折り曲げ、更に、ミラー３で水平方向に折り曲げて、反射板７へ投射するのである。
そして、反射板７から反射した光は、逆に、ミラー３で垂直上向きに折り曲げられ、ハーフミラー４を透過し、フォトダイオード５で検出されることになる。
【０００５】
また、回転台１には、回転テーブル２の回転角度を検出するエンコーダ、タコジェネレータ等が設けられている。
このようなレーザレーダ１０を、図４に示すように無人搬送車２０に搭載し、レーザレーダ１０から無人搬送車走行環境に複数配置された反射板３０，４０，５０，６０までの距離、方向を検出する。
【０００６】
この方式の原理を以下に述べる。
反射板Ｒ1からＲ7は図５に示すようなＸＹ平面座標上に予め決められた位置に配置されているとする。
無人車に搭載されたレーザレーダを走査することにより、無人車に対する反射板までの距離、方向を求める。
上図における反射板の距離、方向の測定結果を図６に示す。
同図の場合、反射板Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5の距離の測定結果はそれぞれｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4，ｄ5、方向の測定結果はθ1，θ2，θ3，θ4，θ5である。
【０００７】
反射板からの反射光かどうかの判断は反射光レベルを検出することにより、その値が規定値より大きい場合、その反射光が反射板からのものであると判断する。
これらの検出された反射板の中から任意の２つの反射板を選択して無人車の位置演算を行う。
以下にその方法を述べる。
図７に示すように、無人車から２枚の反射板Ｒ1，Ｒ2が無人車に対して、（角度θ1，距離ｄ1）、（角度θ2，距離ｄ2）の値で検出されたとする。
反射板Ｒ1，Ｒ2の位置は既知で、それぞれ（Ｘ1，Ｙ1）、（Ｘ2，Ｙ2）とする。
【０００８】
このときの無人車の位置（Ｘa，Ｙa）、方向θaを求める。
角度は図の矢印の方向を正とする（反時計方向が正）。
ここで、２枚の反射板の角度の関係は常にθ1＞θ2とする。
これより、θ12＞０となる。
反射板検出後、検出された反射板が実際にどの反射板からの反射光であるのか求める反射板マッチング処理を行う。
これは前回の処理で得られた無人車位置検出結果を基に求める。
ただし初期状態ではこのような前回位置がないので無人車をホームステーションと呼ばれる位置が明らかな場所に停止させ、この値を初期位置とする。
いまこの前回位置、初期位置を（Ｘa0，Ｙa0）、車体傾きをθa0とすると、図８より反射板Ｒ1の推定位置（Ｘr1，Ｙr1）が求められる。
【０００９】
【数１】
このようにして求められた反射板推定位置（Ｘr1，Ｙr1）と反射板設定位置とを比較し、その差が設定値より小さいとき、反射光がどの反射板からのものなのかを同定することができる。
このマッチング処理をすべての反射板反射光について行う。
どの反射板ともマッチングされない反射光は以下の位置演算には用いない。
【００１１】
このようにマッチングされた反射板の中から任意の２つの反射板を選択する。
これらの反射板の位置は予め分かっているので、無人車の位置（Ｘa，Ｙa）は反射板位置と無人車から反射板までの距離出力からなる連立方程式を解くことにより求めることができる。
（２）式に反射板Ｒ1，Ｒ2をから無人車の位置を求める連立方程式を示す。
【００１２】
【数２】
この連立方程式を解くと、図９に示すように２つの無人車の位置（Ｘa，Ｙa）が求められる。
これらの解を（Ｘa1，Ｙa1）、（Ｘa2，Ｙa2）とすると、
【００１４】
【数３】
これら２つの解の中から正しい無人車位置を選択する方法を図１０を例にして説明する。
ここで、角度の向きは図の矢印の方向を正とする（反時計方向が正）。
座標（Ｘa1，Ｙa1）における２枚の反射板の角度は次式で求めることができる。
【００１６】
【数４】
同様に座標（Ｘa2，Ｙa2）における２枚の反射板の角度は次式で求めることができる。
【００１８】
【数５】
そして、角度差φ12−φ11，φ22−φ21を求め、これらの中でθ12に近い値の座標を正しい無人車位置とする。
上図の場合、φ12−φ11はθ12に近い値となるが、φ22−φ21は負の値となるためθ12に近い値とはならない。
これより（Ｘa1，Ｙa1）が正しい無人車位置として選択される。
このときの無人車の方向θaは、
【００２０】
【数６】
となる。
さらに他の反射板の組合せの連立方程式から無人車の位置を算出し、得られた結果すべてを平均化することによって、より高粘度な位置検出が実現できる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
無人車の位置を高精度に検出するためには反射板からの反射光が常に安定してレーザレーダに帰ってこなければならない。
従来では、平面状の反射板を用いているため、レーザが反射板に照射する入射角が大きいと、反射光が帰ってこなかったり、あるいは帰って来たり帰ってこなかったり不安定なときがある。
このような現象は無人車の位置検出誤差の原因となる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る無人車位置計測方式は、走査型レーザレーダ無人車の位置検出方式において、反射板からの反射光を安定して検出する方法として、レーザ光が反射板へ照射される入射角を求め、入射角が設定値以下のもののみを利用して、その反射板からの反射光に基づいて位置演算を行うことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
反射板からの反射光が安定して得られる実施例を以下に述べる。
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例に係る無人車位置計測方式を図１に示す。
本実施例は、レーザ光が反射板Ｒ1へ照射される入射角θinを求め、入射角θinがある設定値よリ大きい場合、その反射板Ｒ1からの反射光は位置演算に用いない方法である。
即ち、入射角θinが大きくなると、反射光が帰ってきたり帰ってこなかったり不安定になる。
このような不安定な反射板Ｒ1を位置演算に用いることは大きな誤差原因となる。
【００３０】
そこで、レーザ光が反射板へ照射される入射角θinを求め、ある設定値より大きい場合、例えば、６０°より大きい場合、その反射板Ｒ1からの反射光は位置演算に用いないようにするのである。
具体的には、反射板Ｒ1に照射されるレーザ光の入射角θinは、反射板法線ベクトルとＸ軸に対する角度をθrとすると、次のように求められる。
【００３１】
【数７】
尚、各反射板の方線ベクトルは、反射板の設置のときに、反射板の位置といっしょに予め無人車の制御装置に記憶されているものとする。
【００３３】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例に係る無人車位置計測方式を図２に示す。
本実施例は、図２に示すように、反射板７０を三角柱形にする方法である。
反射板７０を三角柱形にすることにより、平面形の反射板７に比較し、レーザが反躰板に照射する入射角を小さくすることができるため、安定した反射光を得ることができる。
【００３４】
〔実施例３〕
本発明の第３の実施例に係る無人車位置計測方式を図１１に示す。
実施例２において頂点角度が小さい場合、図１１（ａ）に示すように、レーザ光が三角形正面から照射されると入射角が大きくなり、反射光が検出できなくなる。
また、頂点角度が大きすぎると、実施例１で述べた問題が起こる。
そこで、本実施例は、レーザ光がどの方向から照射されても安定した反射光が得られるように、図１１（ｂ）に示すように、頂点角度を４５［ｄｅｇ］〜６０［ｄｅｇ］に設定する方式である。
【００３５】
〔実施例４〕
本発明の第４の実施例に係る無人車位置計測方式を図１２に示す。
本実施例では、図１２のように反射板７２を円柱形にする方法である。
反射板７２を円柱形にすることにより、平面形の反射板７に比較し、レーザが反射板に照射する入射角を小さくすることができるため、安定した反射光を得ることができる。
【００３６】
〔実施例５〕
本発明の第５の実施例に係る無人車位置計測方式を図１３に示す。
本実施例は、図１３に示すように反射板７３を蒲鉾形にする方法である。
反射板７３を蒲鉾形にすることにより、レーザが反射板に照射する入射角を小さくすることができるため、安定した反射光を得ることができる。
【００３７】
〔実施例６〕
本発明の第６の実施例に係る無人車位置計測方式を図１４に示す。
本実施例は、図１４に示すように反射板を半円筒形にする方法である。
反射板７４を半円筒形にすることにより、レーザが反射板に照射する入射角を小さくすることができるため安定した反射光を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明は、走査型レーザレーダ無人車の位置検出方式において、反射板からの反射光を安定して検出する方法として、レーザ光が反射板へ照射される入射角を求め、入射角がある設定値より大きい場合、その反射板からの反躰光は位置演算に用いないことにより、反射板からの反射光が安定して得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図３】走査型レーザレーダの斜視図である。
【図４】走査型レーザレーダによる位置検出の説明図である。
【図５】反射板の配置図である。
【図６】反射板と無人搬送車との距離及び角度を示す説明図である。
【図７】無人搬送車の方向と二つの反射板との関係を示す説明図である。
【図８】無人搬送車の方向と二つの反射板との関係を示す説明図である。
【図９】無人搬送車の位置と二つの反射板との関係を示す説明図である。
【図１０】二つの無人搬送車の位置の解から正しい無人搬送車の位置を選択する方法を示す説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【図１４】本発明の第６の実施例に係る無人車位置計測方式の説明図である。
【符号の説明】
１０ 走査型レーザレーダ
２０ 無人搬送車
３０〜６０，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5 反射板
７０ バーコード反射板
Claims (1)
- 走査型レーザレーダ無人車の位置検出方式において、反射板からの反射光を安定して検出する方法として、レーザ光が反射板へ照射される入射角を求め、入射角が設定値以下のもののみを利用して、その反射板からの反射光に基づいて位置演算を行うことを特徴とする無人車位置計測方式。
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| JP2002188918A JP2002188918A (ja) | 2002-07-05 |
| JP4051883B2 true JP4051883B2 (ja) | 2008-02-27 |
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