JP4467467B2 - 無人搬送車の走行制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無人搬送車の走行制御装置及び方法に関し、任意の現在位置から目的位置まで物品または情報を登載して自動的に移動する無人搬送車の走行を制御する技術に係るものである。

従来より、無人搬送車の走行制御にはジャイロと距離計を併用した自己位置演算方式が広く用いられている。この方法は近年のカーナビゲーションシステムにおいても、ＧＰＳが使用できない状況下において補助的に用いられている。

この自己位置演算方式はジャイロ及び距離計の検出誤差、走行面の傾斜、路面状態等の影響を受けるので、同方法によって算出する自己位置情報は、自己位置座標及び方位の真値に対する誤差が走行距離に比例して累積していく。このため、一定距離を走行する度に自己位置情報を校正する作業が必須となる。この校正は絶対位置及び方位を何らかの情報として保有する指標に対して行う。この校正方法の一つとしては、例えば特許文献１に記載するものがある。
特開平０５−２５７５３０号公報

ところで、上記従来の方法による無人搬送車の走行制御装置においては、ジャイロを代表とする精密計器が多用されており、装置コストを引き上げる要因のひとつとなっている。しかしながら、走行による自己位置及び方位の累積誤差を減少させるためにはより高精度のジャイロ、距離計、更には傾斜計などを搭載する必要があり、更なる装置コストの増大を招く事となる。また、装置の高精度化は、あくまで校正頻度を下げる効果しか期待できるものではなく、校正作業自体を廃止できるものではない。

本発明では、上記校正作業が必須である事を前提として、低コストかつ高精度な位置決めを可能とする無人搬送車の走行制御装置及び方法を提供する。

上記問題を解決するために、本発明の無人搬送車の走行制御方法は、走行面を制御系による制御によって走行する無人搬送車を、走行面上に定義する走行座標系の目的位置座標へ移動させるものであり、無人搬送車は、正転及び逆転動作が可能なパルスモータの回転軸に車輪を取り付けてなる一対の駆動系と、走行面上に設置した十字指標を検知する複数の光学系と、駆動系および光学系を制御する制御系を車体に備え、前記駆動系の双方をパルスモータの回転軸が同軸心上に位置するように前記車体に配置し、第１の光学系を前記駆動系の双方の車輪間の中間位置に対応させて前記車体に配置するとともに、第２、第３の光学系を第１の光学系から等距離の位置で、かつ前記駆動系の回転軸の軸心と平行な線上に配置してなり、走行座標系に目的位置座標と目的位置座標から座標ｘ軸方向および座標ｙ軸方向に所定距離を隔てた副目的位置座標を設定し、走行面上に配置する十字指標を、十字指標の指標原点を走行座標系の目的位置座標に一致させるとともに、十字指標の指標Ｘ軸と指標Ｙ軸を走行座標系の座標ｘ軸および座標ｙ軸に対してそれぞれ平行にして設置し、予備移動工程において、無人搬送車の制御系に保持する自己位置座標情報に基づいて走行座標系上の自己位置座標から副目的位置座標までの目標方位および目標移動距離を算定するとともに、無人搬送車を目標方位に向けて目標移動距離だけ移動させ、
予備移動工程後の最終移動工程において、無人搬送車に備えた光学系により十字指標を検知し、十字指標の指標Ｘ軸と指標Ｙ軸を指標として十字指標の指標原点まで移動する校正動作を行って走行座標系の目的位置座標へ到達することを特徴とする。

また、最終移動工程後に、走行座標系の目的位置座標を自己位置座標として自己位置座標情報を更新することを特徴とする。
また、算定した目標方位および目標移動距離を、無人搬送車に備えた駆動系のパルスモータに対する制御パルス数および制御回転方向に制御系で換算して駆動系を制御することを特徴とする。

校正動作において、双方の駆動系のパルスモータを前進方向へ正転する状態で第２、第３の光学系の何れか一方が十次指標の指標Ｘ軸を検知した時から他方の光学系が十次指標の指標Ｘ軸を検知するまでに移動する距離と、第２、第３の光学系間の距離とに基づいて十字指標に対する無人搬送車の自己方位の傾斜角度を求め、この傾斜角度に見合って駆動系を制御して自己方位が十字指標の指標Ｙ軸と平行となるように方位調整し、方位調整後に双方の駆動系のパルスモータを後進方向へ逆転する状態で第１の光学系が十次指標の指標Ｘ軸を検知した時から設定距離だけ移動し、その後に双方の駆動系のパルスモータを相反する方向に回転させて第１の光学系の現在位置を維持しつつ、自己方位が十字指標の指標Ｘ軸と平行で、かつ指標Ｙ軸に向くように方位転換し、方位転換後に双方の駆動系のパルスモータを前進方向へ正転する状態で第１の光学系が十次指標の指標Ｙ軸を検知するまで移動し、その後に双方の駆動系のパルスモータを相反する方向に回転させて第１の光学系の現在位置を維持しつつ、自己方位が十字指標の指標Ｙ軸と一致し、かつ指標Ｘ軸に向くように方位転換し、方位転換後に双方の駆動系のパルスモータを前進方向へ正転する状態で前記設定距離だけ移動することで、第１の光学系を十字指標の指標原点に一致させることを特徴とする。

以上のように本発明の走行制御装置によれば、従来必須であったジャイロや距離計等の高価な計器の装置への搭載が不要であり、低コストかつ保守性に優れた走行制御装置を構成することができる。また、本発明の走行制御方法によれば、走行座標系上の副目的位置座標へ移動後に、十字指標を指標として目的位置座標へ移動することで、副目的位置座標までの移動に伴う自己位置座標および自己方位の真値に対する誤差の許容範囲を十字指標が対応可能な範囲まで拡張することができるため、自己位置座標を検出するための高価な計器類を装置に搭載する必要がない。また、目的位置座標に移動する度に自己位置座標及び自己方位が校正されるので、高精度な位置決めと校正作業とを動時に実行することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本実施の形態における無人搬送車の走行制御装置を示す構成図である。図１において、無人搬送車の車体１００の前部側に配置する２基の駆動系は、正転及び逆転動作の可能であるパルスモータ１とパルスモータ１の回転軸１ａに取り付けた車輪２とからなり、双方の駆動系のパルスモータ１の回転軸１ａが同軸心上に位置するように車体１００に設けている。

車体１００に備える３基の光学系３は、走行面１０１に向けて光を出射する発光素子と、発光素子から出射されて走行面１０１で反射した反射光を受光し、受光量に応じた信号を出力する受光素子からなり、第１の光学系３を双方の車輪２の中間位置に対応させて車体１００に配置するとともに、第２、第３の光学系３を第１の光学系３から等距離の位置で、かつ駆動系の回転軸１ａの軸心と平行な線上に配置している。

以降において第１の光学系３をセンサＡ、第２の光学系３をセンサＢ、第３の光学系３をセンサＣと称し、各センサＡ、Ｂ、Ｃは２等辺三角形の各頂点に位置し、センサＡが頂角に対応するように配置している。

車体１００に備える制御系は、演算装置４とセンサ制御回路５とパルスモータコントローラ６とからなる。演算装置４はＣＰＵとその周辺回路とからなり、後述する走行座標系における無人搬送車の現在の自己位置座標を自己位置座標情報として、自己方位を自己方位情報として記憶するとともに、後述する目的位置座標および副目的位置座標をそれぞれ目的位置座標情報および副目的位置座標情報として記憶する。そして、自己位置座標から副目的位置座標までの目標方位および目標移動距離を算定し、目標方位および目標移動距離に応じて駆動系を制御するのに必要な２基のパルスモータ１に対する制御パルス数および制御回転方向の演算を行い、各センサＡ、Ｂ、Ｃより得られる走行面の光の反射率の差の判断を行う。演算装置４の作用は後に詳述する。

センサ制御回路５は各センサＡ、Ｂ、Ｃより出力する信号を受けて走行面１０１の反射率の差を電位として演算装置４に出力する。パルスモータコントローラ６は演算装置４により指示されたパルスモータ１の正転方向もしくは逆転方向に向けて指示された制御数のパルスをパルスモータ１に出力する。また、車体１００の後部側にはボールベアリングからなる補助輪７を設けている。

ところで、本実施の形態における無人搬送車は、図４に示すように、走行面１０１に予め走行座標系（座標ｘ軸、座標ｙ軸）を定義し、この走行座標系上に定めた座標位置間を移動する。このため、走行座標系上には、目的位置座標（ｘａ，ｙａ）および目的位置座標（ｘａ，ｙａ）から座標ｘ軸方向および座標ｙ軸方向に所定距離を隔てた副目的位置座標（ｘａ１，ｙａ１）を設定する。

走行面１０１には、走行座標系の座標原点（ｘ０，ｙ０）および目的位置座標（ｘａ，ｙａ）に相当する位置に十字指標１０２を配置する。本実施の形態では、目的位置座標（ｘａ，ｙａ）を１箇所として説明するが、目的位置座標は必要に応じて複数個所に設定する。

十字指標１０２は一辺が指標Ｘ軸をなすＸ軸指標材１０２ａと一辺が指標Ｙ軸をなすＹ軸指標材１０２ｂとからなり、走行面１０１と比してその光の反射率が著しく異なる材質にて構成することが望ましい。十字指標１０２は、指標Ｘ軸と指標Ｙ軸が直交する指標原点を走行座標系の座標原点（ｘ０，ｙ０）もしくは目的位置座標（ｘａ，ｙａ）に一致させるとともに、十字指標１０２の指標Ｘ軸と指標Ｙ軸が走行座標系の座標ｘ軸および座標ｙ軸に対してそれぞれ平行となるように設置する。

以上のように構成された無人搬送車の走行制御装置の動作について以下に説明する。まず、無人搬送車の基本移動方法を説明する。直進動作は、前進及び後進共に、演算装置４からパルスモータコントローラ６を通して２基の駆動系のパルスモータ１に対し、双方の回転軸１ａを同一の制御回転方向に駆動する同一数の制御パルスを送出することによって実現できる。

また、回頭動作は、時計回り及び反時計回り共に、演算装置４からパルスモータコントローラ６を通して２基の駆動系のパルスモータ１に対し、双方の回転軸１ａを互いに相反する制御回転方向に駆動する同一数の制御パルスを送出することによって実現できる。この回頭動作において、無人搬送車の車体１００はセンサＡの位置を回動中心として回頭動作を行なう。

図１（ｂ）に示すように、各パルスモータ１で駆動する双方の車輪２の中心間距離をＤ（ｍ）、車輪２の直径をｄ（ｍ）、パルスモータ１の１パルスあたりの回転角度をＡ（ｄｅｇｒｅｅ／ｐｕｌｓｅ）とすると、無人搬送車が１パルスあたりに移動するＬ１距離は、（式１）によって求められる。

また、無人搬送車が１パルスあたりに回頭する角度θ１は、（式２）によって求められる。

ところで、本実施の形態における無人搬送車は、走行座標系上にマッピングされた座標位置間を移動するので、無人搬送車の起動時には走行座標系上における無人搬送車自体の現在位置を十字指標をもとに校正・記憶する必要がある。

以下、この初期校正動作手順について、図２〜図３を用いて説明する。まず、図２に示すように、走行座標系の座標原点（ｘ０，ｙ０）に設置された十字指標１０２に対して適当な距離だけオフセットさせて、かつ目分量にて装置走行軸と指標Ｙ軸とがほぼ並行となるように無人搬送車を設置する。無人搬送車の装置走行軸は、センサＢ、Ｃを通る線に対して直交し、無人搬送車の制御基準点と見なすセンサＡを通るものである。

この状態を図中にセンサ位置ＡＢＣとして示す。この状態からセンサＡの出力を制御回路５を通して演算装置４でモニタしながら、演算装置４からパルスモータコントローラ６を通して２基の駆動系のパルスモータ１に対し、双方の回転軸１ａを同一の制御回転方向に駆動する同一数の制御パルスを送出して直進動作により無人搬送車を前進させ、センサＡが十字指標１０２の指標Ｘ軸に達した時点より各パルスモータ１に送出する制御パルス数のカウントを始める。

カウントを開始してからセンサＣが指標Ｘ軸に達するまでに送出した制御パルスのカウント数をＣｃとして記憶する。この状態を図中にセンサ位置Ａ’Ｂ’Ｃ’として示す。さらに前進してセンサＢが指標Ｘ軸に達するまでに送出した制御パルスのカウント数をＣｂとして記憶し、両パルスモータ１を停止させる。この状態を図中にセンサ位置Ａ”Ｂ”Ｃ”として示す。

ここで、センサＢ、Ｃ間の距離は既知であり、これを距離Ｓとすると装置走行軸と指標Ｙ軸とのなす角度θは(式１)を参照して、（式３）にて求められる。

したがって、装置走行軸と指標Ｙ軸とを並行にするために、無人搬送車の車体１００を必要角度だけ回頭させるのに必要な両パルスモータ１に送出すべきパルス数Ｐは（式２）を参照して、（式４）で求めることができる。

そして、求めたパルス数Ｐの制御パルスを２基の駆動系のパルスモータ１に対して送出し、双方の回転軸１ａを互いに相反する制御回転方向に駆動し、回頭動作を行うことによって、図３（ａ）に示すように、装置走行軸と指標Ｙ軸が平行な状態となる。

次に、この状態からセンサＡの出力をモニタしながら無人搬送車を直進動作により後進させ、図３（ｂ）に示すようにセンサＡが指標Ｘ軸に達した時点より、図３（ｃ）に示すように予め適当に定められた所定距離Ｘだけ後進した後、図３（ｄ）に示すように回頭動作によりセンサＡを回動中心として９０°時計回りに無人搬送車の車体１００を回頭させて方位転換する。

続いて、センサＡの出力をモニタしながら無人搬送車を直進動作により前進させ、図３（ｅ）に示すように指標Ｙ軸を検出した後に、図３（ｆ）に示すように回頭動作によりセンサＡを回動中心として９０°反時計回りに無人搬送車の車体１００を回頭させて方位転換し、その後に図３（ｇ）に示すように前記距離Ｘだけ直進動作により前進させる。

以上の制御操作を行うことで、無人搬送車の制御基準点と見なすセンサＡの位置は実用上十分な精度内において座標原点と一致し、かつ装置走行軸は座標ｙ軸に対して平行に位置決めされる。この時点において無人搬送車の現在の自己位置座標を座標原点（ｘ０，ｙ０）として自己位置座標情報をリセットするとともに、自己方位を座標ｙ軸と平行な方位角０として自己方位情報をリセットし、以上をもって初期校正動作を完了する。

次に、自己位置座標（ｘ０，ｙ０）、自己方位０にある状態の無人搬送車を、目的位置座標（ｘａ、ｙａ）に移動させるための制御操作について図５〜図８を用いて説明する。この制御操作は、副目的位置座標（ｘａ１、ｙａ１）へ移動する予備移動工程と、予備移動工程後に目的位置座標（ｘａ、ｙａ）へ移動する最終移動工程とからなる。

予備移動工程では、図５に示すように、自己位置座標（ｘ０，ｙ０）、自己方位０にある状態の無人搬送車において、演算装置４が自己位置座標情報として記憶した自己位置座標（ｘ０，ｙ０）と自己方位情報として記憶した自己方位０と副目的位置座標情報として記憶した副目的位置座標（ｘａ１、ｙａ１）とから目標移動距離と目標方位を算定する。

そして、装置走行軸を目標方位に向けるのに必要な回頭の角度を求め、この回頭に必要な両パルスモータ１に送出すべきパルス数を算出し、回頭動作による方位転換によって自己方位を目標方位と一致させ、目標移動距離を移動するのに必要な両パルスモータ１に送出すべきパルス数を算出し、直進動作によって副目的位置座標（ｘａ１、ｙａ１）にまで移動し、自己方位を座標ｙ軸に沿った方向に方位転換する。

しかし、予備移動工程が長距離であるほどに、走行に伴う実距離と目標移動距離との誤差および実際の進行方向の方位と目標方位との誤差が大きくなる。
このため、副目的位置座標（ｘａ１、ｙａ１）に対する予備移動工程終了時点では、例えば図６および図８に示すように、走行座標系の副目的位置座標（ｘａ１、ｙａ１）に対して、無人搬送車の実際の位置、ここではセンサＡの位置がずれた状態となり、実際の自己方位、ここでは装置走行軸１０３が座標ｙ軸と平行でない状態となる。

次に、上述の誤差を補正しつつ目的位置座標（ｘａ、ｙａ）へ移動する最終移動工程を行う。最終移動工程では、図８に示す状態で、上述した初期校正動作と同じ制御操作を実行することで、図７に示すように、センサＡの位置が十字指標１０２の指標原点、つまり走行座標系の目的位置座標（ｘａ、ｙａ）に一致し、無人搬送車が実際的に目的位置座標（ｘａ、ｙａ）に到達し、装置走行軸１０３と座標ｙ軸とが平行となって自己方位０となる。

この最終移動工程完了時に、自己位置座標情報の自己位置座標を目的位置座標（ｘａ、ｙａ）の値にリセットし、自己方位情報の自己方位を方位角０とリセットする。

本発明の実施の形態にかかる無人搬送車の構成を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図 同実施の形態にかかる無人搬送車の動作説明図 同実施の形態にかかる無人搬送車の動作説明図 同実施の形態にかかる無人搬送車の動作説明図 同実施の形態にかかる無人搬送車の動作説明図 同実施の形態にかかる無人搬送車の動作説明図 同実施の形態にかかる無人搬送車の動作説明図 同実施の形態にかかる無人搬送車の動作説明図

符号の説明

１ パルスモータ
１ａ 回転軸
２ 車輪
３ 光学系
４ 演算装置
５ 光学系の制御回路
６ パルスモータコントローラ
７ 補助輪
１００ 車体
１０１ 走行面
１０２ 十字指標
１０２ａ Ｘ軸指標材
１０２ｂ Ｙ軸指標材
１０３ 装置走行軸

Claims (4)

1. 走行面を制御系による制御によって走行する無人搬送車を、走行面上に定義する走行座標系の目的位置座標へ移動させるものであり、
   無人搬送車は、正転及び逆転動作が可能なパルスモータの回転軸に車輪を取り付けてなる一対の駆動系と、走行面上に設置した十字指標を検知する複数の光学系と、駆動系および光学系を制御する制御系を車体に備え、前記駆動系の双方をパルスモータの回転軸が同軸心上に位置するように前記車体に配置し、第１の光学系を前記駆動系の双方の車輪間の中間位置に対応させて前記車体に配置するとともに、第２、第３の光学系を第１の光学系から等距離の位置で、かつ前記駆動系の回転軸の軸心と平行な線上に配置してなり、
   走行座標系に目的位置座標と目的位置座標から座標ｘ軸方向および座標ｙ軸方向に所定距離を隔てた副目的位置座標を設定し、走行面上に配置する十字指標を、十字指標の指標原点を走行座標系の目的位置座標に一致させるとともに、十字指標の指標Ｘ軸と指標Ｙ軸を走行座標系の座標ｘ軸および座標ｙ軸に対してそれぞれ平行にして設置し、
   予備移動工程において、無人搬送車の制御系に保持する自己位置座標情報に基づいて走行座標系上の自己位置座標から副目的位置座標までの目標方位および目標移動距離を算定するとともに、無人搬送車を目標方位に向けて目標移動距離だけ移動させ、
   予備移動工程後の最終移動工程において、無人搬送車に備えた光学系により十字指標を検知し、十字指標の指標Ｘ軸と指標Ｙ軸を指標として十字指標の指標原点まで移動する校正動作を行って走行座標系の目的位置座標へ到達することを特徴とする無人搬送車の走行制御方法。
2. 最終移動工程後に、走行座標系の目的位置座標を自己位置座標として自己位置座標情報を更新することを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車の走行制御方法。
3. 算定した目標方位および目標移動距離を、無人搬送車に備えた駆動系のパルスモータに対する制御パルス数および制御回転方向に制御系で換算して駆動系を制御することを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車の走行制御方法。
4. 校正動作において、双方の駆動系のパルスモータを前進方向へ正転する状態で第２、第３の光学系の何れか一方が十次指標の指標Ｘ軸を検知した時から他方の光学系が十次指標の指標Ｘ軸を検知するまでに移動する距離と、第２、第３の光学系間の距離とに基づいて十字指標に対する無人搬送車の自己方位の傾斜角度を求め、この傾斜角度に見合って駆動系を制御して自己方位が十字指標の指標Ｙ軸と平行となるように方位調整し、方位調整後に双方の駆動系のパルスモータを後進方向へ逆転する状態で第１の光学系が十次指標の指標Ｘ軸を検知した時から設定距離だけ移動し、その後に双方の駆動系のパルスモータを相反する方向に回転させて第１の光学系の現在位置を維持しつつ、自己方位が十字指標の指標Ｘ軸と平行で、かつ指標Ｙ軸に向くように方位転換し、方位転換後に双方の駆動系のパルスモータを前進方向へ正転する状態で第１の光学系が十次指標の指標Ｙ軸を検知するまで移動し、その後に双方の駆動系のパルスモータを相反する方向に回転させて第１の光学系の現在位置を維持しつつ、自己方位が十字指標の指標Ｙ軸と一致し、かつ指標Ｘ軸に向くように方位転換し、方位転換後に双方の駆動系のパルスモータを前進方向へ正転する状態で前記設定距離だけ移動することで、第１の光学系を十字指標の指標原点に一致させることを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車の走行制御方法。

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