JP5503419B2 - 無人搬送車および走行制御方法 - Google Patents
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Description
そのため、特許文献1〜3に記載の技術を使用していたシステムに特許文献4に記載の技術による無人搬送車を走行させようとすると、システム全体の変更が必要となり、特許文献4のような自走する無人搬送車を導入することが困難となっている。
その他の解決手段については、実施形態中で適宜記載する。
まず、図1〜図16を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
(システム構成)
図1は、第1実施形態に係る無人搬送システムの構成例を示す図である。
無人搬送システム9は、無人搬送車1、ホストコンピュータ(外部装置)2および運行管理コンピュータ(外部装置)3を有している。さらに、ホストコンピュータ2の上に上位ホストを設置することもある(図示省略)。
無人搬送車1は、経路データ123(図2)に従って走行エリア内を移動し、積荷を積んで移動したり、卸したりするものである。
ホストコンピュータ2は、LAN(Local Area Network)などのネットワーク5を介して運行管理コンピュータ3と接続しており、運行管理コンピュータ3と同じく無人搬送車1から送られた計測データ121(図2)などから地図データ122を作成したり、ユーザによる経路データ123の作成を行ったりする機能を有する。
運行管理コンピュータ3は、ホストコンピュータ2と同じく無人搬送車1から送られた計測データ121(図2)などから地図データ122を作成したり、無線親局4を介した無線LANなどによって、無人搬送車1に対し指示を送ったり、無人搬送車1から状態報告を受けたりする機能も有している。
コントローラ10は、無人搬送車1の動作を制御する装置である。なお、コントローラ10の詳細は図2を参照して後記する。
レーザ距離センサ20は、物体までの距離を測定可能なセンサであり、レーザや、ミリ波などを発射し、その反射光を検知して障害物までの距離を測定するセンサである。レーザ距離センサ20は、無人搬送車1の180度以上計測可能な位置に取り付けられ、180度以上のレンジで回転することができ、所定の角度ごとにレーザを発射することができるようになっている。
プログラマブルコントローラ30は、操舵角をパラメータとして制御される操舵輪40および速度をパラメータとして制御される走行輪50の制御を行う装置である。
タッチパネルディスプレイ60は、無人搬送車1の各種設定や、保守などを行う際の情報入出力装置である。
無線子局70は、無線親局4から送信される通信伝文を受信し、コントローラ10へわたす装置である。
次に、図1を参照しつつ、図2に沿ってコントローラの構成を説明する。
図2は、第1実施形態に係る無人搬送車におけるコントローラの構成例を示すブロック図である。
コントローラ10は、ROM(Read Only Memory)などのプログラムメモリ110と、RAM(Random Access Memory)などのデータメモリ(記憶部)120と、図示しないCPU(Central Processing Unit)とを有している。
データメモリ120には、計測データ121、地図データ122および経路データ123が格納されている。
計測データ121は、レーザ距離センサ20により測定した障害物までの距離に関するデータである。
地図データ122は、計測データ121に基づき、認識処理された結果作成され、ホストコンピュータ2、運行管理コンピュータ3あるいは図示しない地図データ作成用パソコンにて作成され、伝送された地図情報であり、無人搬送車1が走行する走行エリアの地図情報である。地図データ122については、後記して説明する。
経路データ123は、地図データ122上に作成された無人搬送車1の走行を予定している経路情報である。なお、経路データ123は、地図データ122の作成同様、ユーザがホストコンピュータ2などで実行されている地図データ122を参照して編集ソフトウェアにより作成されるものである。経路データ123は、ホストコンピュータ2、運行管理コンピュータ3あるいは図示しない地図データ作成用パソコンから無人搬送車1へ送られることによってデータメモリ120に格納される。なお、経路データ123には、各場所における無人搬送車1の速度情報などが含まれている。経路データ123については、後記して説明する。
データ取得部113は、データメモリ120から経路データ123や、地図データ122などの各種データを取得する機能を有する。
計測データ取得部114は、リモコンによる手動運転時や、無人搬送車1の走行制御時に、レーザ距離センサ20で収集された計測データ121を取得する機能を有する。
マッチング部115は、無人搬送車1の走行制御時にレーザ距離センサ20から送られた計測データ121と、地図データ122とをマッチングさせる機能を有する。
位置推定部116は、マッチング部115によるマッチング結果を基に、無人搬送車1の現在位置を推定する機能を有する。
走行制御部118は、経路データ123に含まれている速度情報や、走行経路決定部117が算出した操舵角をプログラマブルコントローラ30へ指示する機能を有する。
停止制御部119は、無人搬送車1が目的番地に達したか否かを判定し、達していれば無人搬送車1を停止させる機能を有する。
図3は、地図データ作成処理の手順を示すフローチャートであり、図4は計測データの収集方法を示す図である。
まず、手動コントローラまたはリモコン(リモートコントローラ)などでユーザが無人搬送車1を低速運転して、レーザ距離センサ20が計測データ121を収集する(S101)。
このとき、図4に示されるように、レーザ距離センサ20は、図示しないレーザ発射部を、例えば0.5度ずつ、180度(または180度以上)回転させて、30ms周期でレーザ光411を発射する。これは、無人搬送車1が1cmから10cm程度進む毎に180度分の計測を行っていることになる。レーザ距離センサ20は、発射したレーザ光411の反射光を受光し、レーザ光411が発射されてから受光するまでの時間を基に障害物421までの距離を算出する。計測データ取得部113は、算出した障害物までの距離に関するデータを計測データ121としてデータメモリ120に格納する。なお、計測データ121は、一定時間毎に収集される。符号401〜403は後記して説明する。
そして、ユーザが、ホストコンピュータ2、運行管理コンピュータ3あるいは図示しない地図データ作成用パソコン上で稼動している地図作成ソフトウェアを操作することで、出力された計測データ121に基づく地図データ122を作成する(図3のS102)。具体的には、収集した各計測データ121を重ね合わせることで地図データ122を作成する。
作成された地図データ122は、図示しない外部インタフェースなどを介して無人搬送車1に送られ、データメモリ120に格納される。
なお、一度作成された地図データ122は、再度ステップS101〜S102の処理が行なわれない限り、更新されることはない。
図5は、地図データの例を示す図である。
図5に示すように、地図データ122は走行エリアにおける壁501および障害物502がデータとして記録されている。
次に、図6〜図9を参照して、無人搬送車1が進むべき経路を示す経路データ作成処理を説明する。
図6は、経路データ作成処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ユーザは、ホストコンピュータ2、運行管理コンピュータ3あるいは図示しない地図データ作成用パソコンで実行されている経路作成ソフトウェアを利用して、地図データ122上に経路を指定することによって経路位置情報を設定する(S201)。経路作成ソフトウェアは、ユーザが経路作成ソフトウェアで地図データを参照し、表示している地図画面上をマウスなどのポインティングデバイスでなぞることにより、簡単に地図上に経路を作成できる機能を有している。このように作成された経路位置情報は地図データ122において定義される座標の羅列によって表現されているデータである。また、経路位置情報の設定の際に、ユーザは番地の設定を行うことによって、経路データ123に番地と座標との対応情報を設定する。
速度設定は、クリープ速度(微速)、1速、2速などの順で何段階かに設定できる。例えば、最高速度を9km/Hr(150m/min)として、10分割するなどして決定してもよい。ただし、クリープ速度は、1速よりも遅い速度に決めておく(例えば、0.3km/Hrなど)。
次に、図7および図8を参照して経路データ123の例を説明する。
図7は、経路の例を示す図である。
図7では無人搬送車1の走行エリアである工場内における経路の例を示しており、「A」〜「H」は「A番地」〜「H番地」を示している。
また、図7の「A番地」、「C番地」、「E番地」および「G番地」は「卸作業」が行なわれる箇所を示している。また、図7の「B番地」、「D番地」、「F番地」および「H番地」は「積作業」が行なわれる箇所を示している。
なお、番地の指定は、従来のシステムから引き継いだレガシな部分である。
図8において、「B」、「C」、「F」、「H」は図7の「B」、「C」、「F」、「H」に対応するものである。
図8(a)では、「B番地」で荷を積んで、「C番地」で卸す経路を示している(B→C)。
同様に、図8(b)では、「B番地」で荷を積んで、「E番地」で卸す経路を示しており(B→E)、図8(c)では、「B番地」で荷を積んで、「G番地」で卸す経路を示している(B→G)。
このように、経路データ123は積箇所→卸箇所あるいは卸箇所→積箇所で指定することができる。
(1)卸→積
A→B、A→D、A→F、A→H
C→B、C→D、C→F、C→H
E→B、E→D、E→F、E→H
G→B、G→D、G→F、G→H
B→A、B→C、B→E、B→G
D→A、D→C、D→E、D→G
F→A、F→C、F→E、F→G
H→A、H→C、H→E、H→G
なお、地図データ122と経路データ123の作成は、オンライン投入するすべての無人搬送車1毎について行うこともできる。なぜならば、レーザ距離センサ20や走行系(操舵輪40、走行輪50)の固体差が大きい場合は、1台の無人搬送車1で収集した地図データ122をすべての無人搬送車1に適用することが困難な場合に有効だからである。
図9に示すように、経路データ123では、経路が座標で管理されている。具体的には、経路データ123は、座標の羅列で表現されている。そして、経路データ123には、番地1101〜1103が座標に対応付けられたデータも格納されている。なお、番地1101〜1103は、図7および図8の番地「A」〜「H」などに相当するものである。
次に、図1および図2を参照しつつ、図10および図11に沿って無人搬送車1を走行させる際の処理を説明する。
図10は、第1実施形態に係る無人搬送車の走行時における処理の手順を示すシーケンス図である。
オンライン投入する際、まず、ユーザが無人搬送車1をある番地まで持っていき、例えばタッチパネルディスプレイ60を介して現在番地を入力する。
これにより、無人搬送車1はホストコンピュータ2へオンライン投入した旨の情報を送る(S301)。ここで、オンライン投入とは、次作業の問い合わせを兼ねている。
運行管理コンピュータ3を介して、無人搬送車1からの兼・次作業問い合わせを受信したホストコンピュータ2は無人搬送車1へ作業指示を送信する(S302)。この作業指示には、目的番地と、その目的番地で行なわれる作業内容に関する情報が格納されている(ステップS302の例では積作業が行なわれる)。
運行管理コンピュータ3を介して作業指示を受信した無人搬送車1は、図11で後記する走行制御を行い(S303)、現在の状態(番地通過情報、作業完了情報などを運行管理コンピュータ3へ報告する(S304)。
無人搬送車1は、目的番地へ到着するまでステップS303およびステップS304の処理を繰り返す。
積作業が完了した旨の状態報告を受信した運行管理コンピュータ3は、同様の状態報告をホストコンピュータ2へ送信する。
次に、ホストコンピュータ2は、次作業として卸作業の作業指示を運行管理コンピュータ3を介して無人搬送車1へ送信する(S307)。この作業指示には、目的番地と作業内容(ステップS307の例では卸作業)に関する情報が格納されている。
運行管理コンピュータ3を介して作業指示を受信した無人搬送車1は、図11で後記する走行制御を行い(S308)、現在の状態(番地通過情報、作業完了情報など)を運行管理コンピュータ3へ報告する(S309)。
無人搬送車1は、目的番地へ到着するまでステップS308およびステップS309の処理を繰り返す。
卸作業が完了した旨の状態報告を受信した運行管理コンピュータ3は、同様の状態報告をホストコンピュータ2へ送信する。
ここでは、作業内容として移動(積作業および卸作業を行なわない)を指示することとする。
運行管理コンピュータ3を介して作業指示を受信した無人搬送車1は、図11で後記する走行制御を行い(S313)、現在の状態(番地通過情報、作業完了情報など)を運行管理コンピュータ3へ報告する(S314)。
無人搬送車1は、目的番地へ到着するまでステップS313およびステップS314の処理を繰り返す。
移動作業が完了した旨の状態報告を受信した運行管理コンピュータ3は、同様の状態報告をホストコンピュータ2へ送信する。
運行管理コンピュータ3を介して移動作業完了報告を受信したホストコンピュータ2は、次作業の確認を行う(S317)。
また、図10で目的番地に到達していない場合は、無人搬送車1は状態報告を行なわないにしてもよい。
図11は、第1実施形態に係る走行制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図11の処理は、図10のステップS303,S305,S308,S310,S313,S315の処理の詳細に該当する処理である。
まず、無人搬送車1は運行管理コンピュータ3を介して作業指示を受信する(S401)。
次に、無人搬送車1の座標変換部112は、経路データ123に格納されている番地と座標との対応情報に従って、作業指示に含まれている目的番地を座標に変換する(S402)。
そして、無人搬送車1のデータ取得部113は、データメモリ120に格納されている経路データ123より、現在番地から目的番地へ向かう経路データ123を選択すると、該当する経路データ123を取得する(S403)。
そして、マッチング部115が、データメモリ120に格納されている地図データ122と、ステップS404で取得した計測データ121とのマッチングを行い(S405)、位置推定部116が、ステップS405のマッチング結果を基に現在の無人搬送車1の現在位置(X,Y)を推定する(S406)。ステップS405およびステップS406の処理は特許文献4に記載の技術であるため詳細な説明を省略するが、概略すると計測データ121の形状に合致する箇所を地図データ122上で検索し、その検索結果から無人搬送車1の現在位置を推定する。推定された現在位置は、座標の形で得られる。
なお、ステップS407において、無人搬送車1が、経路から外れている場合、走行経路決定部117は、無人搬送車1から一番近い経路の部分に設定されている速度情報を用いる。第1実施形態では、無人搬送車1の基準点から経路に垂線を伸ばして、その垂線と経路が交わる点に設定されている速度情報を用いる。なお、第1実施形態では、無人搬送車1の基準点を、無人搬送車1の前面中央とする。
移動距離の決定は、経路データ123に設定されている速度が大きいほど、移動距離が大きくなるようにする。例えば、速度と移動距離を正比例の関係を持たせるようにしてもよいし、速度と移動距離の関係を二次関数や、さらに、高次の関数の関係を有するようにしてもよい。
1速:5.0mm/30ms(0.6km/h)、移動距離d:100mm
2速:10.0mm/30ms(1.2km/h)、移動距離d:200mm
3速:20.0mm/30ms(2.4km/h)、移動距離d:300mm
4速:26.7mm/30ms(3.2km/h)、移動距離d:400mm
ここで、30ms毎の距離となっているのは、レーザ距離センサ20の計測間隔が30msとした場合の例示で、計測間隔により数値は変わってくる。
また、走行経路決定部117は、現在座標(X,Y)に基づき、経路上に設定されている速度vを経路データ123から再度取得することによって速度を決定する(S410)。
ステップS412の結果、無人搬送車1が目的番地に到達していない場合(S412→No)、コントローラ10はステップS404へ処理を戻す。
ステップS412の結果、無人搬送車1が目的番地に到達している場合(S412→Yes)、コントローラ10は走行制御処理を終了する。
次に、図1および図2を参照しつつ、図12および図13に沿って操舵角および実際の移動距離の決定方法を説明する。これは、図11のステップS407,S409の処理で行なわれる処理である。
図12は、経路が太い実線で示すような直線である場合における操舵角および実際の移動距離の決定方法を説明する図である。
本実施形態では、無人搬送車1の基準点1201を無人搬送車1の前面中央としている。速度に基づいて移動距離dが求まると、走行経路決定部117は、無人搬送車1の基準点1201から経路上に下ろした垂線の足1203から経路に沿って移動距離dにあたる点を求め、移動先座標1202とする。そして、走行経路決定部117は、無人搬送車1を移動先座標1202の方向に動かせる(向かわせる)ように、操舵輪40の角度を操舵角θとする。
このとき、実際の移動距離daと、移動距離dとの関係は、da=d/cosθとなる。
経路が曲線である場合においても、走行経路決定部117は、無人搬送車1の基準点1201から、経路上に垂線の足1301(無人搬送車1の基準点1201から経路上において最短距離となる点)を求め、点1301から曲線の長さを移動距離dとして計算することによって、経路上の移動先座標1302を決定する。このような方法では、計算量が大きくなるが、経路の曲率が大きいときに、正確な経路上の移動先座標1302を求めることができる。
なお、実際の移動距離daと、移動距離dとの関係は、da=d/cosθとなる。
前記したように、本実施形態では、無人搬送車1の走行速度に応じて、速度が大きくなるにつれて、移動距離を大きくとり、経路上の目標となる移動先座標を遠くにとるので、無人搬送車1のブレの少ない安定した走行を行うように制御することができる。
次に、図1および図2を参照しつつ、図14〜図16に沿って操舵角および実際の移動距離の決定方法を説明する。これは、図11のステップS412の処理で行なわれる処理である。
図14は、これまで行なわれてきた無人搬送車の停止判定方法を比較例として示す図である。
図14に示されるように、比較例では無人搬送車1の中心点1401から車体方向に対し直角の横断線1402を設定し、走行経路上に設けられた目的番地1403の停止範囲1404内にこの横断線が入ったときを停止の判定基準としていた。
図15に示すように、停止判定部は、無人搬送車1が経路から外れていたとき、すなわち、無人搬送車1の進行方向が図12および図13の移動先座標1202および移動先座標1302に向かう操舵角θを有するとき、無人搬送車1の中心点1501を通って、操舵輪40の方向(進行方向)と直角を有するように目標停止線1502を定める。この目標停止線1502は、図14で説明した横断線1503との間で、角度θ(操舵角)をなすことになる。なお、符号1601は目的番地に対応した座標である。
図16に示されるように、図15で説明した目標停止線1502が目的番地に対応した座標1601上にのるか、目的番地に対応した座標1601を越えたときに、停止判定部は、無人搬送車1が目的番地に到達したと判定する(図11のS412→Yes)。無人搬送車1は経路上を走行するように制御されているので、最後には、目的番地に対応した座標1601と中心点1501が、図14の停止範囲1404に入るイメージで許容される誤算の範囲内で一致するように動くが、目標停止線1502を停止の判定に用いることにより。操舵角θが0度ではない場合、つまり無人搬送車1が経路からずれている状態でも、停止時における無人搬送車1の中心点1501と、目的番地に対応した座標1601のずれを小さくして停止することができる。すなわち、図14の停止範囲1404内で停止するより高精度に停止できる。
第1実施形態によれば、目的番地を座標で管理しているため、電線や反射テープなどのハードウェア的な走行制御で行なわれていた番地の指定を可能としつつ、電線や反射テープなど使用せずに無人搬送車1を自走させることができる。
また、操舵角θを算出し、操舵輪40を操舵角θで制御することにより、無人搬送車1が経路から外れていても、経路上に戻ることが可能となる。
また、目標停止線1502を算出し、適用することで、目的番地到達時のずれを小さくすることができる。
図17は、本発明の第2実施形態に係る経路データの例を示す図である。
図17に示すように、「B→G」の経路を「B→C」、「C→F」、「F→G」の各経路を組み合わせることで作成することも可能である。
図18は、第2実施形態に係る走行制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図18の処理は、図10のステップS303,S305,S308,S310,S313,S315の走行制御処理に該当する処理である。
図18において、ステップS401〜S412の処理までは、図11と同様であるため説明を省略する。なお、本実施形態におけるステップS403における経路取得では、複数の経路が処理順に取得される。例えば、図17に示す例では、「B→C」の経路データ123、「C→F」の経路データ123、「F→G」の経路データ123が、この順番にコントローラ10に入力され、コントローラ10は、入力順に経路データ123を処理していく。
ステップS412の結果、無人搬送車1が目的番地に対応した座標に到達している場合(S412→Yes)、データ取得部113は未完了の経路があるか否かを判定する(S413)。
ステップS413の結果、未完了の経路がない場合(S413→No)、コントローラ10は走行制御処理を終了する。
このようにすることにより、第1実施形態のように、あり得るすべての経路データ123を予め作成する必要がないので、複雑な経路を有する場合などでユーザの負担を大幅に軽減することが可能である。
2 ホストコンピュータ
3 運行管理コンピュータ
4 無線親局
5 ネットワーク
9 無人搬送システム
10 コントローラ
20 レーザ距離センサ
30 プログラマブルコントローラ
40 操舵輪
50 走行輪
70 無線子局
110 プログラムメモリ
111 処理部(制御部)
112 座標変換部
113 データ取得部
114 計測データ取得部
115 マッチング部
116 位置推定部
117 走行経路決定部
118 走行制御部
119 停止制御部
120 データメモリ(記憶部)
121 計測データ
122 地図データ
123 経路データ(番地と座標の対応情報を含む)
d 移動距離
da 実際の移動距離
Claims (8)
- 物体までの距離を測定可能なセンサにより周辺環境の状況を計測して、地図データと前記計測により得られる計測データとをマッチングすることによって、現在位置を求め、前記求められた現在位置を基に、予め設定されている経路データに沿って走行する無人搬送車であって、
前記無人搬送車が走行する走行エリアにおける所定の場所である番地と、前記走行エリアに設定されている座標との対応情報を格納している記憶部と、
外部装置から移動の目標位置を前記番地で指定されると、前記番地および座標の対応情報を基に、前記指定された番地を座標に変換し、前記番地に対応する座標まで、前記経路データに従って前記無人搬送車を走行させる制御部と、
を有し、
前記番地は、電線および反射テープを含むハードウェアによって前記無人搬送車の経路が指定されるハードウェア的経路を用いた走行制御で用いられる番地部材を使用せずに前記経路データ上の座標で管理されるものである
ことを特徴とする無人搬送車。 - 前記番地は、過去に前記ハードウェア的経路に沿って無人搬送車が走行する無人搬送車システムで使用されていたものである
ことを特徴とする請求項1に記載の無人搬送車。 - 前記制御部は、
前記無人搬送車の中心を通り、進行方向に対して直角である目標停止線を設定し、
前記目的番地が前記目標停止線上にあるか、または前記目的番地を前記目標停止線が越えたときに、前記無人搬送車が前記目的番地に到着したと判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の無人搬送車。 - 前記制御部は、
前記無人搬送車が目的番地に到達し、前記外部装置から指示された作業を終えると、前記作業を終えた旨の情報と共に、前記無人搬送車がいる目的番地を前記外部装置へ送信する
ことを特徴とする請求項1に記載の無人搬送車。 - 前記制御部は、
前記無人搬送車が目的番地に到達すると、当該目的番地と、当該目的番地に対応する座標とを前記記憶部に保持する
ことを特徴とする請求項1に記載の無人搬送車。 - 複数の前記経路データが組み合わされることによって、1つの経路データとする
ことを特徴とする請求項1に記載の無人搬送車。 - 物体までの距離を測定可能なセンサにより周辺環境の状況を計測して、地図データと前記計測により得られる計測データとをマッチングして、現在位置を求め、前記求められた現在位置を基に、予め設定されている経路データに沿って走行する無人搬送車による走行制御方法であって、
前記無人搬送車は、
電線および反射テープを含むハードウェアによって前記無人搬送車の経路が指定されるハードウェア的経路を用いた走行制御で用いられる番地部材を使用せずに前記経路データ上の座標で管理されるものであるとともに、前記無人搬送車が走行する走行エリアにおける所定の場所である番地と、前記走行エリアに設定されている座標との対応情報を格納している記憶部と、前記無人搬送車の走行制御を行う制御部と、を有し、
前記制御部が、
外部装置から移動の目標位置を前記番地で指定されると、前記番地および座標の対応情報を基に、前記指定された番地を座標に変換し、
前記番地に対応する座標まで、前記経路データに従って前記無人搬送車を走行させる
ことを特徴とする走行制御方法。 - 前記制御部が、
前記無人搬送車の中心を通り、進行方向に対して直角である目標停止線を設定し、
前記目的番地が前記目標停止線上にあるか、または前記目的番地を前記目標停止線が越えたときに、前記無人搬送車が前記目的番地に到着したと判定する
ことを特徴とする請求項7に記載の走行制御方法。
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