JP5312367B2

JP5312367B2 - 走行台車システム

Info

Publication number: JP5312367B2
Application number: JP2010028517A
Authority: JP
Inventors: 秀弥竹岡
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: JP2011165025A; KR101356047B1; KR20110093584A; EP2357489A1; CN102156474A; US20110202247A1; TW201128339A; CN102156474B; SG173951A1; EP2357489B1; TWI485538B; US8571742B2

Description

この発明は走行台車システムに関し、特に障害物の判定に関する。

障害物センサとして、レーザ距離計などの距離センサを用い、扇形等の監視範囲内を距離センサでスキャンし、障害物までの距離と方位とを求めるものが知られている。障害物センサで検出した障害物の全てが走行台車と干渉するのではなく、検出した障害物には走行台車と干渉しないものも含まれている。これは、障害物センサが広い角度範囲に渡って障害物を検出するためで、例えば走行台車の走行ルートの側方に有って干渉しないものも検出することがある。

この点に関して、特許文献１（特開2002-215238A）は検出エリアのパターンを複数記憶し、走行台車の位置に応じて検出エリアのパターンを選択することを提案している。そして障害物センサが検出した障害物の中で、検出エリア内のもののみを実際の障害物とする。しかしながら検出エリアのパターンを多数記憶することは難しいので、必ずしも最適でないパターンを用いることになる。ここで安全を期すると、必要以上に広い検出エリアを用いることになり、その結果、先行の走行台車との距離を必要以上に大きくすることになる。また実際には干渉しないものも検出し、このようなものとの衝突を回避するため、不要な減速制御等を実行することになる。従って、走行台車システムの効率が低下する。仮に効率を優先して検出エリアを狭くすると、障害物の検出ができない死角が生じるおそれがある。

特開2002-215238A

この発明の課題は、走行台車間の車間距離を短くでき、しかも死角が生じないように、障害物の検出エリアを作成することにある。
この発明の追加の課題は、そのための具体的な手法を提供することにある。

この発明の走行台車システムは、障害物までの距離と障害物の方位を検出する障害物センサを走行台車に設けたシステムであって、
走行台車の走行ルートのマップを記憶するためのマップ記憶部と、
障害物が存在すると走行台車の減速が必要になる検出エリアを、前記マップから、走行台車の現在位置と現在速度とに基づき繰り返し作成する検出エリア作成部と、
障害物センサが検出した障害物中で、検出エリア内のものを検出する干渉判定部と、
干渉判定部で検出した障害物との干渉を防止するために走行台車を減速制御する走行制御部、とを備え、
前記検出エリア作成部は、走行ルート上で走行台車が停止可能な位置を走行台車の現在位置と現在速度とに基づいて定めると共に、走行台車が停止可能な位置と前記停止可能な位置での走行台車の姿勢とから走行台車の前面を求め、走行ルートの左右両側の走行台車が干渉する範囲で、前記走行台車の前面までを含むエリアを検出エリアとするように構成され、
かつ前記走行ルートは直進と分岐とが自在な分岐部を有し、前記検出エリア作成部は、走行台車が分岐部を走行する方向を用いて、直進する場合と分岐する場合とで、分岐部付近で異なる検出エリアを作成するように構成されていることを特徴とする。現在位置あるいは現在速度は、検出エリアの作成周期程度の範囲で以前の位置あるいは速度を含むものとする。

この発明では、検出エリアをリアルタイムに作成し、検出エリア内の障害物を干渉判定部で検出し、回避が必要な場合、減速制御する。検出エリアをリアルタイムに作成するので、走行ルート上の位置に応じた最適な検出エリアとすることができる。このため不必要に広い検出エリアを用いないので、車間距離を狭めて走行の効率が増し、走行ルート上の位置に応じた検出エリアなので、障害物を検出する死角が生じない。

この発明では、検出エリアは速度に応じて伸縮するので、干渉を回避するのに必要かつ充分な最適長の検出エリアにできる。従って走行効率がさらに向上する。

この発明では、干渉の可能性のある範囲を検出エリアとでき、例えば分岐部を分岐する際には、直進方向ではなく分岐方向を中心とした検出エリアとでき、直進する際には、直進方向を中心とした検出エリアとできる。

実施例の走行台車のブロック図実施例での干渉の回避アルゴリズムを示すブロック図分岐部を分岐する際の検出エリアを示す図分岐部を直進する際の検出エリアを示す図分岐部を分岐する際に、検出エリアがどのように変化するかを示す図検出エリア中に障害物を検出し減速した際の、走行台車の位置と検出エリアの変化とを示す図

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１〜図６に、実施例の走行台車システムを示す。走行台車は実施例では天井走行車とするが、地上を有軌道で走行する有軌道台車、あるいは地上を無軌道で走行する無人搬送車などでもよい。これらはいずれも所定の走行ルートに沿って物品を搬送する搬送台車である。実施例では走行台車２が検出エリア作成部１０等を備え、障害物との干渉の回避は走行台車２が自律的に行い、上位の地上側コントローラは干渉の回避に関与しない。しかし、地上側にリニアモータの１次側を設け、走行台車側にリニアモータの２次側を設けるシステムの場合、地上側の上位コントローラで、検出エリアの作成と、障害物が実際に干渉するかどうかの判定とを行っても良い。また走行モータを搭載した走行台車でも、検出エリアの作成と障害物との干渉の判定を、地上のコントローラ側で行っても良い。

図１において、２は走行台車、４は走行制御部で、走行モータを制御して走行の加減速を行うと共に、分岐部では分岐方向の制御を行う。走行制御部４では、減速により障害物との干渉を回避する。６はマップ記憶部で、走行ルートの中心の軌跡（実施例では走行レールの幅方向の中心の軌跡）と、走行台車２と干渉が生じる幅方向の限界となる干渉限界とを記憶する。なおこの明細書において、幅方向あるいは左右方向は、走行ルートでの走行方向に水平面内で直角な方向である。またマップ記憶部６は単に走行ルートの中心のみを記憶し、干渉限界は例えば走行ルートの中心から左右両側に所定の距離だけ離れた位置とし、干渉限界をその都度発生させても良い。

８は停止位置算出部で、走行台車２の位置と速度及び分岐方向に基づき、どの位置で停止し得るかを算出する。走行台車２の位置は走行台車の中心位置で表し、干渉の有無では走行台車２の前面が問題なので、台車位置から車体長の例えば１／２だけ前方の位置を走行台車の前面位置とする。位置及び速度は現在の位置と速度を意味する。走行台車２が例えば一定の減速度で減速する場合、現在速度をｖとすると、停止位置までの走行距離はｖ²／２ａ（ａは減速度）で、この位置を走行台車の中心について求める。走行台車の前面が中心からどれだけ離れているかは既知なので、走行台車の前面での停止位置と前面の向きとを求める。走行台車前面の向きは、走行台車の中心位置での走行ルートの法線方向である。なお安全性を増すため、最大減速度よりも小さな減速度で減速するものと仮定し、あるいは最大減速で求めた停止位置にマージンを加えてもよい。検出エリア作成部１０は、マップ６から求めた干渉限界の内側で、停止位置算出部８で求めた前面での停止位置よりも手前側のエリアを検出エリアとする。

障害物センサ１４は例えばレーザ距離計などを例えば毎秒１０回などの回数で、所定のスキャン範囲、例えば走行台車の前方から左右それぞれ９０°までの範囲などをスキャンし、障害物を検出する。そして検出した障害物までの距離と方位とを干渉判定部１２へ出力する。干渉判定部１２へは、検出エリア作成部１０からの検出エリアが入力され、検出エリア内の障害物を検出する。障害物の検出の回数は例えば毎秒１０回程度で、走行台車２の最高速度を毎秒４ｍとすると、４０cm走行する毎に障害物を検出できることになる。最高速度を毎秒１ｍとすると、１０cmの走行毎に１回障害物を検出することになる。検出エリア内に障害物が存在すると、走行制御部４は走行台車２を減速させ、障害物よりも手前側で走行台車２を停止させる。なお減速の過程で障害物が移動し、検出エリアから外れると、走行台車２は再度加速する。

この発明では、検出エリアをリアルタイムに作成し、走行ルート上の位置に応じ検出エリアをリアルタイムに変更する。例えば毎秒１０回、障害物センサ１４で障害物を検出し、これと並行に毎秒１０回検出エリアを作成する。このためのアルゴリズムを図２に示す。検出エリアの作成プロセスでは、ステップ１で走行台車の現在位置と現在の速度を用い、マップを参照して走行台車が停止可能な位置を求める（ステップ１）。分岐部の付近では分岐する方向も参照して、停止可能な位置を求める。ステップ２で台車が停止可能な位置と、その位置での走行ルートの法線方向とから、停止時の台車前面の位置と向きとを求める（ステップ２）。台車と干渉するエリアは例えば干渉限界としてマップに記憶され、あるいはマップ上の走行ルートの中心から、台車の車体幅の１／２ずつ左右に延長した範囲が干渉する範囲である。台車と干渉するエリアを、停止位置での台車の前面まで含めるように、検出エリアを作成する（ステップ３）。検出エリアの作成プロセスは、障害物センサでの検出プロセスと並行して、例えば毎秒１０回程度繰り返す。

障害物センサは、走行台車の前方を扇形の形状あるいは半円状などに監視し、監視範囲内の障害物の距離と方位とを求める（ステップ４）。用いるセンサは実施例では、レーザ距離計とミラーとを組み合わせて、検出する方向をミラーの回転で変化させるものであるが、障害物センサの種類は任意である。

干渉の回避は干渉判定部と走行制御部とで行い、干渉判定部は検出エリア内に障害物があるかどうかをチェックする。このチェックでは、障害物センサからの信号で、方位と距離とが検出エリア内にある障害物を検出する（ステップ５）。そして検出エリア内に障害物が存在する場合、走行制御部は減速制御を開始し、障害物が検出エリア内から退避しない場合、障害物の手前までに停止できるようにする（ステップ６）。

図３〜図５に検出エリア２６〜３２の例を示す。２０は走行台車２（天井走行車）の走行レール中心で、走行レール中心２０の左右で走行台車２との干渉が生じる限界を干渉限界２３，２４として、マップ記憶部６で記憶している。２５は障害物センサ１４の監視範囲で、ハッチングを施した領域２６〜３２が検出エリアである。検出エリア２６〜３２は走行台車の現在位置と速度並びに分岐の方向に基づき、マップを参照してリアルタイムで作成する。そして検出エリア２６〜３２は、その内部に障害物が存在すると減速が必要な範囲でもあり、かつ走行台車２から見たエリア２６〜３２の先端に障害物が存在すると、その手前までに停止できる範囲でもある。なお「手前まで」とは、走行台車２の前面がその手前で停止できることを意味する。

走行台車２が停止するまでの距離は、例えば一定減速度ａで減速する場合、現在速度をｖとして、ｖ²／２ａで与えられる。このため検出エリア２６〜３２の長さ（奥行き）もｖ²／２ａ以上に定め、高速で走行していると検出エリア２６〜３２は長くなり、低速で走行していると短くなる。従って障害物との干渉を防止するために必要かつ充分なエリアを、検出エリア２６〜３２とできる。なお障害物は先行の走行台車に限らず、周囲で作業中の人や器具、梯子などの道具、処理装置などを含んでいる。図４の検出エリア２８は分岐部を直進する際の検出エリアの例で、検出エリア２７は分岐部を通過して直線部へ移った際の検出エリアの例である。検出エリア２７，２８は、検出エリア２６に比べ、速度が大きいので奥行きが広い。また直進時の検出エリア２８は、分岐時の検出エリア２６とは向きやエリアの形状が異なる。

図５は分岐部を分岐する際の位置に応じて、検出エリアがどのように変化するかを示している。３０は走行台車２が位置Ｐ1にある際の検出エリアを、３１は位置Ｐ2での検出エリアを、３２は位置Ｐ3での検出エリアを示す。検出エリアの形状は走行ルート上の位置に応じて変化し、例えば検出エリア３１と検出エリア３０とは相似ではなく、またその長さも走行台車２の速度により変化していく。このようにして、分岐部を含む、走行ルート上の位置と速度とに応じた、最適形状の検出エリアを発生させることができる。分岐部での分岐方向の走行ルートはカーブ部の走行ルートと相似で、カーブ部でもカーブの入口からの距離（カーブの出口からの距離）と速度とに応じて、検出エリアの向きと形状、長さを変化させる。

図６は、走行台車２の位置がＰ4〜Ｐ6へ変化する際に、検出エリアがどのように変化するかを示している。検出エリア４１〜４３の先端位置は、走行台車２が位置Ｐ4〜Ｐ6へ移動する間に減速するので、ほぼ一定である。そして検出エリア４１〜４３の先端付近に障害物４０を検出したとする。すると走行台車２は位置Ｐ4で減速を開始し、位置Ｐ5では検出エリアはエリア４２のように縮まり、位置Ｐ6では検出エリアはエリア４３のようにさらに縮まる。このようにして速度に応じて検出エリアを縮めながら、検出エリアの先端をほぼ同じ位置に保って、障害物４０を見失わないようにし、その手前側までに停止できるようにする。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) リアルタイムで検出エリアを作成できるので、走行台車の位置と速度とに応じた最適な検出エリアを作成できる。
(2) 分岐部を通過する際のように、最適なエリアの形状が分岐部上の位置に応じて変化する際にも、同様に最適な検出エリアを作成できる。なお合流部の検出エリアを作成する際にも、検出エリアの形状を時々刻々と変化させる必要があるが、合流部では進行方向は１方向で、分岐の制御は必要ではない。
(3) 検出エリアを速度に応じて伸縮させるので、必要にして充分な検出エリアが得られ、その結果走行台車間の車間距離を短くし、搬送効率を向上できる。
(4) 検出エリアの形状を位置に応じた最適なものとするため、検出に死角が生じない。
(5) 走行ルートの各位置に対して検出エリアを記憶するのではないので、走行ルートを変更した際にも、単にマップを変更するだけでよい。

実施例の応用を示す。走行台車が作成した検出エリアとエリア内の障害物の有無を、地上側のコントローラに送出してモニタに表示し、走行台車システムの設置時の検証などに用いることができる。さらに障害物センサの検出範囲が１８０°よりも広く、例えば２４０°などとすると、合流部を平行して走行する走行台車も検出できる。例えば合流する方向（直進方向でない方向）から合流部に進入しようとする走行台車は、自分よりも合流部に近い側に直進する走行台車を検出すると停止する、などのルールを設ける。そしてこのルールを加味して、即ち平行して走行する他の走行台車へのルールを加味して、合流部でどの範囲に他の走行台車が存在すれば停止するかの検出エリアを作成する。すると合流部への進入の可否を自律分散的に判断できる。

２走行台車
４走行制御部
６マップ記憶部
８停止位置算出部
１０検出エリア作成部
１２干渉判定部
１４障害物センサ
２０走行レール中心
２３，２４干渉限界
２５監視範囲
２６〜３２検出エリア
４０障害物
４１〜４３検出エリア

Claims

障害物までの距離と障害物の方位を検出する障害物センサを走行台車に設けたシステムであって、
走行台車の走行ルートのマップを記憶するためのマップ記憶部と、
障害物が存在すると走行台車の減速が必要になる検出エリアを、前記マップから、走行台車の現在位置と現在速度とに基づき繰り返し作成する検出エリア作成部と、
障害物センサが検出した障害物中で、検出エリア内のものを検出する干渉判定部と、
干渉判定部で検出した障害物との干渉を防止するために走行台車を減速制御する走行制御部、とを備え、
前記検出エリア作成部は、走行ルート上で走行台車が停止可能な位置を走行台車の現在位置と現在速度とに基づいて定めると共に、走行台車が停止可能な位置と前記停止可能な位置での走行台車の姿勢とから走行台車の前面を求め、走行ルートの左右両側の走行台車が干渉する範囲で、前記走行台車の前面までを含むエリアを検出エリアとするように構成され、
かつ前記走行ルートは直進と分岐とが自在な分岐部を有し、前記検出エリア作成部は、走行台車が分岐部を走行する方向を用いて、直進する場合と分岐する場合とで、分岐部付近で異なる検出エリアを作成するように構成されていることを特徴とする、走行台車システム。