JP7478092B2 - Cargo handling system - Google Patents
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Description
本発明は、荷役車両を制御する荷役車両システムに関する。 The present invention relates to a cargo handling vehicle system that controls a cargo handling vehicle.
近年では、少子高齢化による労働力不足やE-コマース市場の拡大による物流件数の増加に伴い、物流倉庫内の省人化や作業効率の向上が課題となっている。この課題を解決するために、無人で動作可能な無人産業車両の導入が進められている。 In recent years, labor shortages caused by a declining birthrate and aging population, and an increase in the number of logistics transactions due to the expansion of the e-commerce market have made it necessary to reduce the number of workers required in logistics warehouses and improve work efficiency. To solve this problem, the introduction of unmanned industrial vehicles that can operate unmanned is being promoted.
倉庫内での積荷の運搬作業には、フォークリフトなどの荷役車両が利用されている。荷役車両を用いた無人搬送システムでは、積荷を載せたパレット(荷台)の開口部に荷役部材(フォーク)の先端を差し入れて持ち上げる積荷動作や、荷役部材上に積載した積荷を所定の位置に移動させて下ろし荷役部材を抜く積下動作などの一連の作業を自動で実施する必要がある。 Loading vehicles such as forklifts are used to transport cargo within warehouses. In an unmanned transport system using loading vehicles, it is necessary to automatically perform a series of operations, such as the loading operation in which the tips of the loading parts (forks) are inserted into the opening of a pallet (loading platform) carrying the cargo and lifting it up, and the unloading operation in which the cargo loaded on the loading parts is moved to a designated position and unloaded by removing the loading parts.
上記のような荷役車両を利用した積荷の運搬作業を、安全かつ効率的に自動で実施するためには、荷役車両の自律制御を可能とする走行制御技術が必要である。走行制御技術の1つに、荷役車両が目標経路に従って自律走行するための経路追従機能が存在する。経路追従機能を構築するためには、一般には、制御対象の車両のプラントモデル(制御対象の車両の動作特性を示すモデル)を、車両構造物の幾何学条件に基づいて作成する。その後、例えば目標経路と自己位置との差を最小化するようなフィードバック制御モデルを構築し、プラントモデルとフィードバック制御モデルの各パラメータのチューニングを行うことで、高精度な経路追従機能を実現する。 In order to safely and efficiently automatically carry out cargo transportation work using cargo handling vehicles as described above, a driving control technology that enables autonomous control of the cargo handling vehicles is required. One driving control technology is a path following function that enables the cargo handling vehicle to drive autonomously along a target route. To build a path following function, a plant model of the vehicle to be controlled (a model that shows the operating characteristics of the vehicle to be controlled) is generally created based on the geometric conditions of the vehicle structure. After that, a feedback control model is built that minimizes the difference between the target route and the vehicle's own position, and the parameters of the plant model and feedback control model are tuned to achieve a highly accurate path following function.
フォークリフトなどの荷役車両は、走行と停車のみならず、その場旋回(スピンターン)、積荷動作と積下動作に伴う移載装置(荷役部材を昇降させる装置)の昇降動作、及び荷役部材の前後移動などといった複数の作業を実行する。加えて、荷役車両は、積荷の有無に応じた走行動作や、走行中の積荷の転落を防ぐために荷役部材が走行方向の後方に位置するような走行動作(後進走行)を行うので、荷役車両には様々な走行形態が存在する。 Loading vehicles such as forklifts perform multiple tasks, not only driving and stopping, but also turning on the spot (spin turns), raising and lowering the loading and unloading device (a device that raises and lowers the loading components), and moving the loading components back and forth. In addition, loading vehicles perform driving operations depending on whether or not there is a load, and driving operations in which the loading components are positioned behind the direction of travel (reverse driving) to prevent the load from falling off while driving, so there are various driving modes for loading vehicles.
以上のような多種多様な走行形態を有する車両を走行させる場合に、実行すべき全ての作業に対応する精度の良いプラントモデルとフィードバック制御モデルを構築することは極めて困難である。 When running vehicles with the wide variety of driving modes described above, it is extremely difficult to construct a highly accurate plant model and feedback control model that can handle all of the tasks that need to be performed.
このような課題に対し、例えば特許文献1に記載の発明が提案されている。特許文献1に記載の産業車両(フォークリフト)では、作業に応じた複数の走行モードと走行モードに応じたプラントモデルを備え、フォークリフトの運転者が、実施する作業に応じて手動で走行モードを切替える。
To address these issues, for example, the invention described in
特許文献1に記載の発明などの従来の技術では、フォークリフトの運転者などの作業員が、実施する作業に応じて手動で走行モードを切替えることで、プラントモデルを切替える。自律制御を行う荷役車両では、走行動作、積荷動作、積下動作、及びその場旋回などの作業を自動で実施する必要があり、このためには、プラントモデルの切替えも自動で実施する必要がある。
In conventional technologies such as the invention described in
本発明は、プラントモデルを自動で切替えることができる荷役車両システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a loading vehicle system that can automatically switch plant models.
本発明による荷役車両システムは、荷役車両が運搬する積荷を載置する荷役部材と、制御指令生成部と、走行経路生成部と、最近傍ノード算出部と、作業判定部と、プラントモデル切替部とを備える。制御指令生成部は、前記荷役車両が作業を行うときの動作特性を示すプラントモデルに従って前記荷役車両を制御する。前記走行経路生成部は、前記荷役車両の走行経路を作成する。前記走行経路は、前記荷役車両が経由する位置を示す複数のノードと、2つの前記ノードを連結する1つ以上のリンクで構成されている。前記ノードのそれぞれには、前記荷役車両が実施する作業を示す作業IDが備えられている。前記最近傍ノード算出部は、前記荷役車両の位置と前記走行経路を入力し、前記走行経路を構成する前記ノードのうち、前記荷役車両の位置に最も近い位置にあるノードを現在ノードとして求め、前記走行経路を構成する前記ノードのうち、前記現在ノードの次に前記荷役車両が経由すべきノードである目標ノードを求める。前記作業判定部は、前記現在ノードでの前記作業IDと前記目標ノードでの前記作業IDを比較する。プラントモデル切替部は、前記現在ノードでの前記作業IDと前記目標ノードでの前記作業IDが互いに異なる場合には、前記プラントモデルを、前記目標ノードでの前記作業IDで特定される作業に対応する前記プラントモデルに切り替える。 The loading vehicle system according to the present invention includes a loading member on which the loading vehicle carries the load, a control command generating unit, a travel route generating unit, a nearest node calculating unit, a work determining unit, and a plant model switching unit. The control command generating unit controls the loading vehicle according to a plant model that indicates the operating characteristics of the loading vehicle when performing work. The travel route generating unit creates a travel route for the loading vehicle. The travel route is composed of a plurality of nodes that indicate positions through which the loading vehicle passes, and one or more links that connect two of the nodes. Each of the nodes is provided with a work ID that indicates the work performed by the loading vehicle. The nearest node calculating unit inputs the position of the loading vehicle and the travel route, and determines, as a current node, the node that is closest to the loading vehicle among the nodes that make up the travel route, and determines, as a target node, the node that the loading vehicle should pass through next after the current node among the nodes that make up the travel route. The work determining unit compares the work ID at the current node with the work ID at the target node. If the work ID at the current node and the work ID at the target node are different from each other, the plant model switching unit switches the plant model to the plant model corresponding to the work identified by the work ID at the target node.
本発明によると、プラントモデルを自動で切替えることができる荷役車両システムを提供することができる。 The present invention provides a loading vehicle system that can automatically switch plant models.
本発明による荷役車両システムは、荷役車両を制御するためのプラントモデルを、荷役車両の作業に応じて自動で切替えることができる。本発明による荷役車両システムは、例えば、実行すべき作業を走行経路の情報から自動で取得し、取得した実行すべき作業に基づいてプラントモデルを自動で切替える。また、本発明による荷役車両システムは、プラントモデルの精度を向上させるためのデータ(学習用データ)を作業ごとに自動で生成する構成を備えてもよい。 The loading vehicle system according to the present invention can automatically switch the plant model for controlling the loading vehicle according to the work of the loading vehicle. For example, the loading vehicle system according to the present invention automatically acquires the work to be performed from information on the travel route, and automatically switches the plant model based on the acquired work to be performed. The loading vehicle system according to the present invention may also be configured to automatically generate data (learning data) for improving the accuracy of the plant model for each work.
プラントモデルとは、荷役車両が作業を行うときの動作特性を示すモデルであり、車両モデルとも呼ぶ。プラントモデルは、後述するように、伝達関数や運動方程式で表される。 A plant model is a model that shows the operating characteristics of a loading vehicle when it performs work, and is also called a vehicle model. The plant model is expressed by transfer functions and equations of motion, as described below.
本発明による荷役車両システムは、実行すべき作業に応じてプラントモデルを自動で切替えるので、高精度な走行制御が可能であり、荷役車両の搬送稼働効率を向上させることができる。また、作業ごとにプラントモデルを切替えるので、荷役車両が走行する通路についての制約を減らすことができ、荷役車両に載せるべき積荷を保管する倉庫内のレイアウトを最適化することにもつながる。また、本発明による荷役車両システムは、プラントモデルの精度を向上させるためのデータを作業ごとに自動で生成する構成を備えると、チューニングレスな制御系を構築できるので、システム導入時のエンジニアリングコストを低減できる。 The cargo handling vehicle system of the present invention automatically switches plant models according to the work to be performed, enabling highly accurate driving control and improving the transport operation efficiency of the cargo handling vehicle. In addition, because the plant model is switched for each work, restrictions on the paths along which the cargo handling vehicle travels can be reduced, which also leads to optimizing the layout of the warehouse where the cargo to be loaded onto the cargo handling vehicle is stored. Furthermore, if the cargo handling vehicle system of the present invention is configured to automatically generate data for each work to improve the accuracy of the plant model, a tuning-free control system can be constructed, thereby reducing the engineering costs at the time of introducing the system.
以下、本発明の実施例による荷役車両システムについて説明する。以下に説明する実施例では、荷役車両システムが制御する荷役車両は、無人運転が可能であって、作業を自動で実施する自律制御が可能な荷役車両であり、例えば、倉庫内を走行するフォークリフトである。 The following describes a cargo handling vehicle system according to an embodiment of the present invention. In the embodiment described below, the cargo handling vehicle controlled by the cargo handling vehicle system is a cargo handling vehicle capable of unmanned operation and autonomous control to perform tasks automatically, such as a forklift that travels within a warehouse.
なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。 In addition, in the drawings used in this specification, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and repeated explanations of these components may be omitted.
本発明の実施例1による荷役車両システムを、図1~図10を参照して説明する。 The cargo handling vehicle system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 10.
初めに、本実施例による荷役車両システムが制御する荷役車両について説明する。 First, we will explain the cargo handling vehicle controlled by the cargo handling vehicle system of this embodiment.
(荷役車両100)
図1は、本実施例による荷役車両システムが制御する荷役車両100を示す図である。荷役車両100は、自律制御が可能であり、積荷を運搬する。
(Loading vehicle 100)
1 is a diagram showing a
荷役車両100は、車両フレーム101と、車両フレーム101に昇降可能に設けられた移載装置102と、移載装置102から出退可能で積荷を載置する荷役部材103を備える。例えば、荷役車両100は、倉庫内を走行するフォークリフトであり、荷役部材103は、フォークである。図1には、上昇した移載装置102と荷役部材103を破線で示している。
The
荷役車両100には、荷役車両100の周囲の物体の位置情報を取得する外界センサ104が設置される。外界センサ104は、例えば、車両フレーム101の上部に設置される。荷役車両100は、1台または複数台の外界センサ104を設置することができる。外界センサ104は、例えば、LiDAR(Light Detection and Ranging)装置であり、レーザー光の照射方向を予め定めた所定の角度ごと(例えば0.5度ごと)に変化させることで、荷役車両100の周囲の物体の位置情報と形状情報を点群として検出する。
An
荷役車両100には、車体が走行するときの加速度を取得する加速度センサ105が設置される。加速度センサ105は、荷役車両100の車体が旋回するときの角速度を取得することもできる。加速度センサ105は、例えば、車両フレーム101の側面に設置される。荷役車両100は、1台または複数台の加速度センサ105を設置することができる。
The
荷役車両100には、積荷の質量を取得する荷重センサ106が荷役部材103に設置される。荷重センサ106は、例えば、圧力センサである。荷役車両100は、1台または複数台の荷重センサ106を設置することができる。例えば、荷役車両100は、荷役部材103の前後方向に並んだ複数台の荷重センサ106と、荷役部材103の傾斜角度を検出する傾斜センサが設置され、積荷の鉛直方向の重心位置をより高精度に求める構成を備えてもよい。
In the
荷役車両100には、荷役車両100の自律制御を行うための演算を実施する車載コントローラ107が設置される。車載コントローラ107は、例えば、車両フレーム101の上面に設置される。荷役車両100には、1台または複数台の車載コントローラ107が設置される。例えば、荷役車両100は、複数台の車載コントローラ107が設置され、それぞれの車載コントローラ107が互いに異なる処理を実施してもよい。
The
(荷役車両システム200)
図2は、本実施例による荷役車両システム200の構成を示す機能ブロック図である。荷役車両システム200は、自律制御が可能な荷役車両100を制御する。荷役車両システム200は、1つまたは複数の荷役車両100を制御することができる。図2において、矢印付きの実線は、データの流れを矢印で表している。
(Loading vehicle system 200)
Fig. 2 is a functional block diagram showing the configuration of a cargo
荷役車両システム200は、交通管制部201と、荷役車両100に設置された車載コントローラ107を備える。交通管制部201は、通信装置203を備える。車載コントローラ107は、通信装置202を備える。交通管制部201と車載コントローラ107は、それぞれの通信装置203、202を介して互いに接続して通信する。交通管制部201と車載コントローラ107は、無線ネットワークなどを用いて、必要なデータの送受信を互いに行うことができる。
The
さらに、荷役車両システム200は、荷役車両100に設置された外界センサ104、加速度センサ105、及び荷重センサ106を備える。車載コントローラ107は、外界センサ104、加速度センサ105、及び荷重センサ106に接続されており、これらのセンサが取得した情報を入力する。
Furthermore, the cargo handling
車載コントローラ107は、後述するプラントモデル切替部231を備え、実行すべき作業に応じてプラントモデル切替部231がプラントモデルを自動で切替える。
The on-
交通管制部201と車載コントローラ107は、荷役車両100を制御する演算を実施するためのCPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などのプロセッサと、プログラムやデータを記憶するメモリとを備える計算機で構成することができる。
The
(交通管制部201)
まず、交通管制部201について説明する。交通管制部201は、運行管理部204、経路地図管理部205、走行経路生成部206、プラントモデル管理部232、及び前述した通信装置203を備え、荷役車両100の運行管理を行う。
(Traffic Control Unit 201)
First, a description will be given of the
(運行管理部204)
運行管理部204は、荷役車両100が実行するタスク指令を決定し、走行経路生成部206に出力する。運行管理部204には、どの積荷をどこからどこへ運搬するということが決められた複数のタスク指令が予め保存されている。運行管理部204は、これらのタスク指令を複数の荷役車両100に割り当てることで、それぞれの荷役車両100が実行するタスク指令を決定する。例えば、運行管理部204は、荷役車両100の位置に応じて、タスク指令を荷役車両100に割り当てることができる。
(Operation management unit 204)
The
(経路地図管理部205)
経路地図管理部205は、荷役車両100が走行する範囲の2次元地図のデータを保存している。この2次元地図には、荷役車両100が走行可能な経路についての情報(経路情報)が、荷役車両システム200の操作者によって付与されている。2次元地図は、例えば、荷役車両100が走行する倉庫内の全体の地図である。経路地図管理部205は、例えば、荷役車両100の走行中に外界センサ104が取得した点群データを入力し、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)を用いて予め2次元地図を作成することができる。
(Route Map Management Unit 205)
The route
図3は、荷役車両100の経路情報の概要を示す図である。図3には、一例として、荷役車両100が、積荷が置かれている棚307とパレット304に対して近づく経路を示している。経路地図管理部205が保存する2次元地図には、基準座標系310が設定されている。図3では、基準座標系310は、XG軸とYG軸で表される。
Fig. 3 is a diagram showing an overview of the route information of the
経路情報は、荷役車両100が経由する位置を示す複数の走行ノード301、302と、2つの走行ノード301、302を連結する1つ以上のリンク303で構成される。1つのリンク303または互いに接続した複数のリンク303は、セグメント305を構成する。経路情報は、1つまたは複数のセグメント305により構成される。セグメント305の終端(経路の終端)に位置する走行ノードは、終端ノード306である。
The route information is composed of
走行ノード301、302のそれぞれは、荷役車両100について、基準座標系310に対する目標位置、目標姿勢、目標速度、及び旋回半径Rなどのデータを備える。目標位置、目標姿勢、及び目標速度は、荷役車両100がそれぞれの走行ノード301、302で取るべき位置、姿勢、及び速度である。旋回半径Rは、荷役車両100がそれぞれの走行ノード301、302で旋回するときに取るべき半径である。これらのデータは、経路情報として、荷役車両システム200の操作者によって2次元地図に付与されている。
Each of the traveling
なお、荷役車両100の姿勢とは、基準座標系310に対する荷役車両100の車体のヨー角(方位角)のことである。
The attitude of the
荷役車両100の現在の位置を自己位置311と呼び、荷役車両100の現在の姿勢を自己姿勢312と呼ぶ。図3では、荷役車両100の自己姿勢312は、YG軸に対する荷役車両100の前後方向YVの角度(XG軸に対する荷役車両100の横方向XVの角度と等しい)で表される。
The current position of the
また、経路地図管理部205には、作業IDが予め設定されている。作業IDは、荷役車両100が実施する作業を示す。作業IDは、経路地図管理部205が保存する経路情報において、走行ノード301、302のそれぞれに備えられている。荷役車両100がそれぞれの走行ノード301、302で実施すべき作業は、作業IDによって特定される。1つの走行ノードは、複数の作業IDを備えることができる。
In addition, a work ID is preset in the route
図4は、荷役車両100が実施する作業を作業IDごとに示す図である。荷役車両100が実施する作業には、メインタスクとして、例えば、直線走行(旋回半径Rが予め定めた半径R0より大きい走行)、旋回走行(旋回半径Rが半径R0以下の走行)、スピンターン(移動せずにその場で旋回するその場旋回)、及び荷役などがある。半径R0は、予め任意に定めることができ、例えば360mである。さらに、荷役車両100が実施する作業には、サブタスクとして、例えば、移動方向、旋回方向、荷役の種類(積荷動作または積下動作)などが定められる。また、荷役車両100が積荷を搭載しているか否か(積荷の有無)によっても、荷役車両100が実施する作業が作業IDによって特定される。
Figure 4 is a diagram showing the work performed by the
図2に戻って、交通管制部201の説明を続ける。
Returning to Figure 2, we will continue explaining the
(走行経路生成部206)
走行経路生成部206は、運行管理部204から荷役車両100が実行するタスク指令を入力するとともに、経路地図管理部205から経路情報を入力して、タスク指令を実施するための荷役車両100の走行経路を作成する。走行経路生成部206は、既存の技術を用いて、荷役車両100の走行経路を作成することができる。走行経路生成部206が作成する走行経路は、例えば図3に示したように、終端ノード306を含む複数の走行ノード301、302と、2つの走行ノード301、302を連結する1つ以上のリンク303で構成される。上述したように、走行ノード301、302には、作業IDが備えられている。
(Drive route generation unit 206)
The travel
走行経路生成部206は、作成した荷役車両100の走行経路を、交通管制部201の通信装置203と車載コントローラ107の通信装置202を介して、車載コントローラ107の自己位置姿勢算出部214に送信する。
The driving
プラントモデル管理部232については、後で説明する。
The plant
(車載コントローラ107)
続いて、車載コントローラ107について説明する。車載コントローラ107は、自己位置姿勢算出部214、最近傍ノード算出部215、積載荷重算出部216、車体挙動算出部217、制御指令生成部220、ステアリングモータ駆動部221、走行モータ駆動部222、ブレーキ駆動部223、移載装置・荷役部材モータ駆動部224、作業判定部230、プラントモデル切替部231、及び前述した通信装置202を備え、これらの要素での演算を実施する。
(In-vehicle controller 107)
Next, a description will be given of the on-
(自己位置姿勢算出部214)
自己位置姿勢算出部214は、外界センサ104が取得した荷役車両100の周囲の物体についての点群の情報と、経路地図管理部205が備える2次元地図のデータを用いて、基準座標系310における荷役車両100の自己位置311と自己姿勢312(図3)を取得する。自己位置姿勢算出部214は、取得した自己位置311と自己姿勢312を最近傍ノード算出部215に送信する。また、自己位置姿勢算出部214は、交通管制部201から受信した荷役車両100の走行経路を最近傍ノード算出部215に送信する。
(Self-position and orientation calculation unit 214)
The self-position and
自己位置姿勢算出部214は、荷役車両100の自己位置311と自己姿勢312を、他の手段を用いて取得してもよい。例えば、自己位置姿勢算出部214は、加速度センサ105が検出した荷役車両100の旋回時の角速度、荷役車両100の車輪の回転速度、及び車輪の半径などの情報を併用し、より高精度に自己位置311と自己姿勢312を求めてもよい。なお、荷役車両100の車輪の回転速度は、荷役車両100に設置されたエンコーダによって検出することができる。
The self-position/
(最近傍ノード算出部215)
最近傍ノード算出部215は、荷役車両100の走行経路を構成する走行ノード群のうち、荷役車両100の自己位置311に最も近い位置にある走行ノードを、最近傍ノードとして算出する。荷役車両100の走行経路は、上述したように、交通管制部201の走行経路生成部206が作成する。荷役車両100の自己位置311は、上述したように、自己位置姿勢算出部214が取得する。
(Nearest node calculation unit 215)
The nearest
最近傍ノード算出部215は、荷役車両100の自己位置311と走行経路を入力し、走行経路を構成する走行ノード群と自己位置311との距離差分を算出することで、荷役車両100の最近傍ノードを求める。荷役車両100の最近傍ノードを「現在ノード」と呼ぶ。図3に示した例では、走行ノード301が現在ノードである。
The nearest
また、荷役車両100の走行経路を構成する走行ノード群のうち、現在ノード(図3では走行ノード301)の次に荷役車両100が経由すべき走行ノード(図3では走行ノード302)を、「目標ノード」と呼ぶ。目標ノードは、現在ノード(走行ノード301)に連結されたリンクのうち、荷役車両100の進行方向に存在するリンク303の、現在ノード以外の走行ノード(図3では走行ノード302)である。現在ノード(走行ノード301)と目標ノード(走行ノード302)とを結ぶリンク303を、「目標リンク」と呼ぶ。目標リンク(リンク303)において、現在ノード(走行ノード301)から目標ノード(走行ノード302)に向かう向きを、「目標進行方向」と呼ぶ。
Furthermore, among the traveling nodes that make up the traveling route of the
最近傍ノード算出部215は、現在ノード301、目標ノード302、及び目標リンク303を求め、現在ノード301、目標ノード302、及び目標リンク303の情報と、これらに定められた情報を、制御指令生成部220と作業判定部230に送信する。最近傍ノード算出部215は、現在ノード301と目標ノード302に備えられた作業IDと、荷役車両100の自己位置311も、制御指令生成部220と作業判定部230に送信する。
The nearest
(積載荷重算出部216)
積載荷重算出部216は、荷重センサ106を用いて積荷の質量を取得する。積載荷重算出部216は、取得した積荷の質量を作業判定部230と制御指令生成部220に送信する。
(Load Weight Calculation Unit 216)
The live
(車体挙動算出部217)
車体挙動算出部217は、加速度センサ105を用いて、荷役車両100が走行するときの車体の加速度を取得する。車体挙動算出部217は、取得した加速度を作業判定部230と制御指令生成部220に送信する。
(Vehicle body behavior calculation unit 217)
The vehicle body
(制御指令生成部220)
制御指令生成部220は、例えば以下に説明するような情報を入力し、入力した情報を用いてプラントモデルに従って荷役車両100を制御する。
(Control command generating unit 220)
The control
制御指令生成部220は、目標ノード302に定められた目標速度を入力し、この目標速度で走行するように荷役車両100を制御する。例えば、荷役車両100がモータで走行する場合は、制御指令生成部220は、荷役車両100の駆動輪の走行モータに対する指令値を生成し、走行モータの現在の指令値と応答値の差をフィードバックして、この差を小さくする制御を実施する。
The control
また、制御指令生成部220は、目標リンク303に定められた目標進行方向を入力し、この目標進行方向に沿って走行するように荷役車両100を制御する。例えば、制御指令生成部220は、荷役車両100のステアリングモータに対する指令値を生成し、ステアリングモータの現在の指令値と応答値の差をフィードバックして、この差を小さくする制御を実施する。
The control
また、制御指令生成部220は、目標ノード302に備えられた作業IDを入力し、この作業IDで特定される作業に、例えば、目標ノード302での荷役車両100の走行の停止が存在する場合は、荷役車両100に対するブレーキ指令を生成する。
The control
また、制御指令生成部220は、目標ノード302に備えられた作業IDを入力し、この作業IDで特定される作業に、例えば、目標ノード302での荷役車両100の積荷動作が存在する場合は、対象の積荷が載せられたパレット304の開口部に荷役部材103の先端を挿入できるように、移載装置102の昇降についての指令と荷役部材103の前後方向への移動についての指令を生成する。
The control
制御指令生成部220は、生成した指令値と指令を、以下に説明する駆動部221~224に出力する。
The control
(ステアリングモータ駆動部221)
ステアリングモータ駆動部221は、荷役車両100が備える転舵輪に動力を伝達するモータ(ステアリングモータ)を、制御指令生成部220から入力した指令値に従って駆動する。
(Steering motor drive unit 221)
The steering
(走行モータ駆動部222)
走行モータ駆動部222は、荷役車両100が備える駆動輪に動力を伝達するモータ(走行モータ)を、制御指令生成部220から入力した指令値に従って駆動する。
(Travel motor drive unit 222)
The traveling
(ブレーキ駆動部223)
ブレーキ駆動部223は、荷役車両100が備える駆動輪の回転を止めるために、ブレーキパッドを駆動する油圧ポンプに動力を伝達するモータを、制御指令生成部220から入力したブレーキ指令に従って駆動する。荷役車両100の駆動輪は、油圧ポンプが作動してブレーキパッドが駆動輪に押し当てられることで回転が止まる。
(Brake driving unit 223)
The
(移載装置・荷役部材モータ駆動部224)
移載装置・荷役部材モータ駆動部224は、荷役車両100が備える移載装置102と荷役部材103を駆動するために、それぞれを駆動する油圧ポンプに動力を伝達するモータを、制御指令生成部220から入力した指令に従って駆動する。移載装置102は、移載装置102を駆動する油圧ポンプが作動することで昇降する。荷役部材103は、荷役部材103を駆動する油圧ポンプが作動することで前後方向に移動する。
(Transfer device/loading member motor drive unit 224)
The transfer device/loading member
(作業判定部230の概要)
作業判定部230は、荷役車両100が目標ノード302で行う作業について、判定を行う。以下では、作業判定部230の処理について簡単に説明する。作業判定部230の処理の詳細は、後述する。
(Overview of the work determination unit 230)
The
作業判定部230は、最近傍ノード算出部215が求めた現在ノード301と目標ノード302における作業IDを互いに比較する。現在ノード301と目標ノード302には、複数の作業IDが与えられていることがある。この場合には、作業判定部230は、荷役車両100の状態(例えば積荷の有無)に応じて、1つの作業IDを選んで比較する。
The
作業判定部230は、目標ノード302における作業IDが、現在ノード301における作業IDと異なるか否かを判定する。作業判定部230は、目標ノード302における作業IDが、現在ノード301における作業IDと異なる場合には、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを、目標ノード302における作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルに切り替えることを、プラントモデル切替部231に要求する。
The
また、作業判定部230は、目標ノード302における作業IDが、現在ノード301における作業IDと異なり、かつ交通管制部201の経路地図管理部205に予め設定されている作業IDである場合には、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを、目標ノード302における作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルに切り替えることを、プラントモデル切替部231に要求することもできる。目標ノード302における作業IDが、経路地図管理部205に予め設定されている作業IDであるとは、目標ノード302における作業IDが、経路地図管理部205が保存する経路情報において走行ノード302に備えられている作業IDである、ということである。
In addition, if the work ID in the
(プラントモデル切替部231の概要)
プラントモデル切替部231は、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを切り替える。プラントモデル切替部231は、作業判定部230からの要求に応じて、プラントモデルを、目標ノード302における作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルに切り替え、切り替えたプラントモデルを制御指令生成部220に出力する。プラントモデル切替部231の処理の詳細は、後述する。
(Outline of the plant model switching unit 231)
The plant
(プラントモデル管理部232の概要)
ここで、交通管制部201のプラントモデル管理部232について簡単に説明する。プラントモデル管理部232の処理の詳細は、後述する。
(Overview of the plant model management unit 232)
Here, a brief explanation will be given of the plant
プラントモデル管理部232は、図4に示した作業IDごとにプラントモデルを予め保存している。プラントモデル管理部232は、プラントモデル切替部231からの要求に応じたプラントモデル(すなわち、目標ノード302における作業IDで特定される作業に対応するプラントモデル)をプラントモデル切替部231に出力する。
The plant
以下、車載コントローラ107の作業判定部230とプラントモデル切替部231と、交通管制部201のプラントモデル管理部232の処理の詳細について説明する。
The following describes in detail the processing of the
初めに、作業判定部230とプラントモデル切替部231の処理の詳細について説明する。
First, we will explain the details of the processing of the
(作業判定部230とプラントモデル切替部231の詳細)
図5Aは、作業判定部230とプラントモデル切替部231の処理の流れを示すフローチャートである。作業判定部230とプラントモデル切替部231は、荷役車両100が現在ノード301(最近傍ノード)で作業を実施した後、目標ノード302で作業を実施する前に、図5Aに示す処理を行う。作業判定部230は、荷役車両100が目標ノード302で行う作業(目標ノード302における作業ID)を取得し、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを切り替える必要があるか否かを判断する。プラントモデル切替部231は、作業判定部230からの要求に応じて、荷役車両100のプラントモデルを切り替える。
(Details of the
Fig. 5A is a flowchart showing the flow of processing by the
処理501で、作業判定部230は、最近傍ノード算出部215が求めた荷役車両100の現在ノード301と目標ノード302を、最近傍ノード算出部215から取得する。
In
処理502で、作業判定部230は、荷役車両100の状態を取得する。荷役車両100の状態とは、例えば、荷役車両100が積荷を搭載しているか否か(積荷の有無)や、荷役車両100の姿勢である。作業判定部230は、例えば、積載荷重算出部216から荷役車両100の現在の積荷の質量を取得し、取得した積荷の質量を基に荷役車両100の積荷の有無を判断する。作業判定部230は、荷役車両100が積荷を搭載していると判断した場合には、積荷の質量を得る。作業判定部230は、荷重センサ106の精度にもよるが、例えば、積載荷重算出部216から取得した質量が10kg未満であれば、荷役車両100が積荷を搭載していない(積荷が無い)と判断する。
In
処理503で、作業判定部230は、現在ノード301と目標ノード302における作業ID(図4)を互いに比較する。現在ノード301における作業IDとは、荷役車両100が現在ノード301で実施した作業を特定する作業IDである。目標ノード302に複数の作業IDが与えられている場合には、作業判定部230は、処理502で取得した荷役車両100の状態(例えば、荷役車両100の積荷の有無)に応じて、1つの作業IDを選び、選んだ作業IDを目標ノード302における作業IDとする。
In
現在ノード301における作業IDと目標ノード302における作業IDが互いに異なる場合には、処理504に移行する。これらの作業IDが互いに同じ場合には、処理を終了する。
If the task ID in the
処理504で、作業判定部230は、荷役車両100の現在の位置(自己位置311)から目標ノード302までの距離Lvが、予め定めた距離L以下であるか否かを判断する。距離Lは、荷役車両100の走行ノードまでの距離が大きいか否か、すなわち、荷役車両100が走行ノードに到達したか否かを表す閾値であり、予め任意に定めることができる。距離Lvが距離L以下であるとは、荷役車両100の走行ノードまでの距離が小さく、荷役車両100が走行ノードに到達したことを示している。なお、距離Lは、作業IDや走行ノードごとに異なってもよい。
In
距離Lvが距離L以下の場合には、荷役車両100が目標ノード302に到達したので、処理505に移行する。距離Lvが距離Lより大きい場合には、荷役車両100が目標ノード302に到達していないので、処理を終了する。
If the distance Lv is equal to or less than the distance L, the
処理505で、作業判定部230は、荷役車両100が目標ノード302に到達したので(Lv≦L)、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを切り替えると判断する。
In
図6は、プラントモデルを切り替えるときの荷役車両100a、100bを示す概念図である。
Figure 6 is a conceptual diagram showing
以下では、プラントモデルの切替えの例として、次の2つの事例について記載する。
(イ)荷役車両100aが、積荷無しでの前進直線走行(図4の作業ID1-2)から、積荷無しでの前進右旋回走行(図4の作業ID3-2)に作業が移行する場合。
(ロ)荷役車両100bが、積荷有りでの右スピンターン(図4の作業ID8-1)から、積荷有りでの後進直線走行(図4の作業ID2-1)に作業が移行する場合。
The following two cases will be described as examples of switching between plant models.
(i) When the
(b) When the
図6において、荷役車両100aは、前述した(イ)の状況にあり、現在ノード301における積荷無しでの前進直線走行(図4の作業ID1-2)から、目標ノード302における積荷無しでの前進右旋回走行(図4の作業ID3-2)に作業が移行するとする。作業判定部230は、例えば、目標ノード302を中心とした半径Lの円内に荷役車両100aが位置する場合には、距離Lvが距離L以下(Lv≦L)であり、荷役車両100aが目標ノード302に到達したので、荷役車両100aを制御するためのプラントモデルを切り替えると判断する。
In FIG. 6, the
図6において、荷役車両100bは、前述した(ロ)の状況にあり、直線走行(前進走行)をして走行ノード600から現在ノード601に到達したら(すなわち、荷役車両100bの自己位置311から現在ノード601までの距離Lvが距離L以下になったら)、現在ノード601でパレット304を積荷として搭載し、現在ノード601において積荷有りでの右スピンターン(図4の作業ID8-1)を実行するとする。そして、荷役車両100bは、積荷有りでの右スピンターンが終了したら、積荷有りでの後進直線走行(図4の作業ID2-1)を実行するとする。荷役車両100bの目標リンク603は、現在ノード601と目標ノード602を連結するリンクである。
In FIG. 6, the
作業判定部230は、図5の処理505で、荷役車両100bが現在ノード601でスピンターンを実行したときに、自己姿勢312が現在ノード601での目標姿勢になったか否かを調べ、荷役車両100bの自己姿勢312が現在ノード601での目標姿勢になった場合に、荷役車両100bを制御するためのプラントモデルを切り替えると判断してもよい。この場合には、作業判定部230は、スピンターンを実行するプラントモデルを、直進走行をするプラントモデルに切り替えると判断する。例えば、荷役車両100bは、プラントモデルが切り替えられると、現在ノード601において、積荷有りでの後進直線走行(図4の作業ID2-1)の作業を実行する。
In
作業判定部230は、例えば、荷役車両100bが右スピンターンを実行したときに、目標リンク603に対する自己姿勢312(目標リンク603に対する荷役車両100bの前後方向YVの角度φv)が角度φ以下であれば、自己姿勢312が現在ノード601での目標姿勢になったと判断し、荷役車両100bを制御するためのプラントモデルを切り替えると判断する。角度φは、荷役車両100bの自己姿勢312と目標姿勢との差が大きいか否かを表す閾値であり、予め任意に定めることができる。
For example, when the
作業判定部230は、自己姿勢312(角度φv)が角度φ以下であれば、プラントモデルを切り替えて、荷役車両100bに現在ノード601で積荷有りでの後進直線走行を実行させる。作業判定部230は、このようにして、荷役車両100bの自己姿勢312に応じて、スピンターンを実行するプラントモデルを後進直線走行をするプラントモデルに切り替えて、荷役車両100bの作業をスピンターンから後進直線走行に移行させることができる。
If the self-attitude 312 (angle φv) is equal to or less than the angle φ, the
図5Aの処理505では、作業判定部230は、目標ノード302における作業IDが現在ノード301における作業IDと異なる場合(処理503)で、荷役車両100が目標ノード302に到達した(Lv≦L)場合には、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを切り替えると判断し、プラントモデルの切替えをプラントモデル切替部231に要求する。作業判定部230は、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを、目標ノード302における作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルに切り替える要求を、プラントモデル切替部231に送信する。
In
また、作業判定部230は、目標ノード302における作業IDが、経路地図管理部205に予め設定されている作業IDであるか否かを調べ、目標ノード302における作業IDが、現在ノード301における作業IDと異なり、かつ経路地図管理部205に予め設定されている作業IDである場合に、プラントモデルの切替えをプラントモデル切替部231に要求してもよい。
The
図5Bは、作業判定部230とプラントモデル切替部231の別の処理の流れを示すフローチャートである。図5Bに示すフローチャートでは、図5Aに示すフローチャートにおいて、処理505の代わりに処理505aが実行される。図5Bに示すフローチャートについては、処理505aのみを説明する。
Figure 5B is a flowchart showing another process flow of the
処理505aでは、作業判定部230は、目標ノード302における作業IDが、経路地図管理部205に予め設定されている作業IDであるか否かを調べ、目標ノード302における作業IDが、経路地図管理部205に予め設定されている作業IDである場合に、プラントモデルの切替えをプラントモデル切替部231に要求する。
In
目標ノード302における作業IDが、現在ノード301における作業IDと異なるが、経路地図管理部205に予め設定された作業IDでない場合には、目標ノード302におけるこの作業IDで特定される作業は、荷役車両100が実施する作業ではない。目標ノード302におけるこの作業IDは、誤って得られた作業IDであると推測できる。そこで、この場合には、荷役車両100は、作業を停止する。この場合には、制御指令生成部220は、例えば荷役車両100を停止させる指令を走行モータ駆動部222に出力するなどにより、荷役車両100を停止させる制御を実施する。このようにすると、本実施例による荷役車両システム200は、目標ノード302における作業IDで特定される作業が、間違いなく荷役車両100が実施すべき作業であることを確認することができる。
If the task ID in the
図5Aの処理506で、プラントモデル切替部231は、作業判定部230からの要求に応じて、プラントモデルを、目標ノード302における作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルに切り替える。プラントモデル切替部231は、作業判定部230からプラントモデルの切替えの要求を入力すると、目標ノード302における作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルを、交通管制部201のプラントモデル管理部232から取得し、取得したプラントモデルを制御指令生成部220に出力する。プラントモデル切替部231は、このようにして、荷役車両100を制御するためのプラントモデルを切り替える。
In
プラントモデル切替部231は、本実施例では車載コントローラ107が備えるが、交通管制部201が備えてもよい。交通管制部201がプラントモデル切替部231を備える場合は、車載コントローラ107は、通信装置202と交通管制部201の通信装置203を介して、交通管制部201のプラントモデル切替部231にプラントモデルの切替えを要求する。
In this embodiment, the plant
本実施例におけるプラントモデルについては、プラントモデル管理部232の説明とともに説明する。
The plant model in this embodiment will be explained together with the explanation of the plant
次に、交通管制部201のプラントモデル管理部232について説明する。
Next, we will explain the plant
(プラントモデル管理部232の詳細)
プラントモデル管理部232は、作業IDごとにプラントモデルを保存する。プラントモデルは、自律制御を行う荷役車両100が作業を行うときの動作特性を示すモデルである。すなわち、作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルは、作業IDで特定される作業を実行するときの、荷役車両100の動作特性を示す。プラントモデルは、例えば、ステアリングモータの指令値とその応答値との関係を示す伝達関数や、荷役車両100の運動方程式で表される。プラントモデル管理部232は、作業IDごとに、伝達関数と運動方程式のモデル(数式)とパラメータ(係数の値など)を管理する。
(Details of the plant model management unit 232)
The plant
プラントモデル管理部232は、本実施例では交通管制部201が備えるが、車載コントローラ107が備えてもよい。
In this embodiment, the plant
(伝達関数で表されるプラントモデル)
以下では、プラントモデルの例として、荷役車両100の走行モータとステアリングモータの伝達関数について説明する。
(Plant model expressed as a transfer function)
In the following, the transfer functions of the travel motor and steering motor of the
図7Aは、走行モータの伝達関数G1(s)を示す図である。図7Bは、走行モータの指令値701と応答値702の関係の例を示す図である。走行モータの伝達関数G1(s)は、走行モータの指令値701(vr)と応答値702(vy)の関係を示す。
Fig. 7A is a diagram showing a transfer function G 1 (s) of the traveling motor. Fig. 7B is a diagram showing an example of the relationship between a
プラントモデル管理部232は、事前に取得した走行データを用いて、図7Bに示すような走行モータの指令値701と応答値702の関係から、図7Aに示す伝達関数G1(s)を構築する。例えば、走行モータの指令値701(vr)に対する応答値702(vy)の関係は、式(1-1)に示す伝達関数G1(s)を用いて表すことができると仮定する。
The plant
式(1-1)において、sは、ラプラス変換の変数であり、a、b、cは、任意の定数である。 In equation (1-1), s is the Laplace transform variable, and a, b, and c are arbitrary constants.
図8Aは、ステアリングモータの伝達関数を示す図である。図8Bは、ステアリングモータの指令値801と応答値802の関係の例を示す図である。図8Bには、図7Bに示した走行モータの指令値701と応答値702の関係も示した。ステアリングモータの伝達関数は、ステアリングモータの指令値801(θr)と応答値802(θy)の関係を示す。
Figure 8A is a diagram showing the transfer function of the steering motor. Figure 8B is a diagram showing an example of the relationship between the
プラントモデル管理部232は、事前に取得した走行データを用いて、図8Bに示すようなステアリングモータの指令値801と応答値802の関係から、図8Aに示す伝達関数を構築する。
The plant
ステアリングモータと走行モータがともに油圧機構(例えば、油圧モータ)で構成されている場合は、旋回動作時にステアリングモータを駆動させるときに、走行モータの駆動に用いている作動油をステアリングモータに分配することがある。そこで、本実施例では、ステアリングモータの応答値802(θy)がステアリングモータの指令値801(θr)と走行モータの応答値702(vy)の影響を受けると仮定し、プラントモデル管理部232は、2入力1出力の伝達関数を作成する。本実施例では、ステアリングモータの指令値801(θr)とステアリングモータの応答値802(θy)の関係を表す伝達関数G2(s)を式(1-2)の一次の伝達関数で表すことができ、走行モータの応答値702(vy)とステアリングモータの修正指令値θuの関係を表す伝達関数G3(s)を式(1-3)の一次の伝達関数で表すことができると仮定する。
In the case where both the steering motor and the traveling motor are configured with hydraulic mechanisms (e.g., hydraulic motors), the hydraulic oil used to drive the traveling motor may be distributed to the steering motor when the steering motor is driven during a turning operation. In this embodiment, it is assumed that the steering motor response value 802 (θy) is affected by the steering motor command value 801 (θr) and the traveling motor response value 702 (vy), and the plant
式(1-2)と式(1-3)において、K1とK2はゲイン(定常値/指令値)であり、t1とt2は時定数(応答値が定常値の63.2%(=1-1/e)に達した時刻と指令開始の時刻の差分)である。 In equations (1-2) and (1-3), K1 and K2 are the gains (steady-state value/command value), and t1 and t2 are the time constants (the difference between the time when the response value reaches 63.2% (=1-1/e) of the steady-state value and the time when the command begins).
本実施例による荷役車両システム200では、例えば、荷役車両100が直線走行をする場合と旋回をする場合とで互いに異なる伝達関数(プラントモデル)を使用することで、目標経路に対する追従精度の高い制御を実現することができる。例えば、伝達関数を下記の条件に従って使い分けることが考えられる。
In the cargo handling
条件1)伝達関数G1(s)
目標ノード302での旋回半径Rが半径R0より大きい走行の場合には、直線走行とみなし、走行モータの指令値701(vr)と応答値702(vy)の関係を示す伝達関数G1(s)のみを使用する。
Condition 1) Transfer function G 1 (s)
When the turning radius R at the
条件2)伝達関数G2(s)+G3(s)
目標ノード302での旋回半径Rが半径R0以下の走行の場合には、旋回走行とみなし、ステアリングモータの指令値801(θr)と応答値802(θy)の関係をステアリングモータの修正指令値(θu)を考慮して表す伝達関数であるG2(s)+G3(s)を使用する。
Condition 2) Transfer function G2 (s)+ G3 (s)
When the turning radius R at the
(運動方程式で表されるプラントモデル)
以下では、プラントモデルの例として、荷役車両100の運動方程式について説明する。
(Plant model expressed by the equation of motion)
In the following, the equation of motion of the
荷役車両100の駆動輪の速度と角速度を制御する際には、荷役車両100の車両ダイナミクスといった車両の運動方程式を定義する必要がある。車両の運動方程式は、ホイールベースやトレッドなどの車輪間の幾何学条件を用いて決定される。荷役車両100は、荷役部材103が走行方向の前方に位置する走行を前進とすると、前進走行時は後輪駆動となり、後進走行時(荷役部材103が走行方向の後方に位置する走行)は前輪駆動となる。このため、例えば直線走行でも、前進走行と後進走行とで異なった運動方程式を用意する必要がある。以下では、荷役車両100が前進走行(後輪駆動)をする場合と後進走行(前輪駆動)をする場合について、運動方程式(プラントモデル)の例を説明する。
When controlling the speed and angular velocity of the drive wheels of the
図9は、前進走行(後輪駆動)をする荷役車両100を示す図である。図10は、後進走行(前輪駆動)をする荷役車両100を示す図である。図9と図10において、XとYは、荷役車両100の自己位置311を示す。すなわち、Xは基準座標系310での荷役車両100のX方向の位置を、Yは基準座標系310での荷役車両100のY方向の位置を示す。また、図9と図10において、lはホイールベースを、trはトレッドを、θは車体の回転角度を、δは駆動輪の回転角度を、Vdは駆動輪の前進速度を、Vは荷役車両100の前進速度を、それぞれ示している。また、図示はしていないが、駆動輪の半径をrdとし、駆動輪の回転速度をωとすると、駆動輪の前進速度Vdは、Vd=ω×rdで表すことができる。
Figure 9 is a diagram showing a
一般的に、荷役車両100のように最大速度が10km/h程度の車両の場合は、車輪のすべり角を考慮しないKinematic Model(幾何学的関係から導出されるモデル)で十分な精度の制御ができる。このため、本実施例では、制御要素を少なくするためにも、Kinematic Modelを用いてプラントモデルを定義する。
Generally, for vehicles with a maximum speed of about 10 km/h, such as the
本実施例では、荷役車両100が備える4つの車輪のすべり角と速度が互いに等しいとして、荷役車両100の運動方程式を定義する。
In this embodiment, the equation of motion for the
図9に示す前進走行(後輪駆動)の場合は、荷役車両100の運動方程式は、下記に示す、後輪駆動の運動方程式である式(1-4)、式(1-5)、式(1-6)で表現することができる。
In the case of forward travel (rear-wheel drive) shown in Figure 9, the equations of motion for the
図10に示す後進走行(前輪駆動)の場合は、荷役車両100の運動方程式は、下記に示す、前輪駆動の運動方程式である式(1-7)、式(1-8)、式(1-9)で表現することができる。
In the case of reverse driving (front-wheel drive) shown in Figure 10, the equations of motion of the
本実施例による荷役車両システム200では、例えば、荷役車両100が前進走行をする場合と後進走行をする場合とで互いに異なる運動方程式(プラントモデル)を使用することで、目標経路に対する追従精度の高い制御を実現することができる。例えば、運動方程式を下記の条件に従って使い分けることが考えられる。
In the cargo handling
条件1)後輪駆動の運動方程式
図6の荷役車両100bが走行ノード600から現在ノード601に到達するまでの場合(すなわち、荷役車両100bの自己位置311から現在ノード601までの距離Lvが距離Lより大きい場合)には、荷役車両100bが前進走行をするので、後輪駆動の運動方程式を使用する。
Condition 1) Equation of motion for rear-wheel drive When the
条件2)前輪駆動の運動方程式
図6の現在ノード601にて荷役車両100bが右スピンターンの実施時に、目標リンク603に対する自己姿勢312(角度φv)が角度φ以下の場合には、荷役車両100bが右スピンターンを終了して後進走行をするので、前輪駆動の運動方程式を使用する。
Condition 2) Equation of motion for front-wheel drive When the
本施例による荷役車両システム200では、荷役車両100は、実行すべき作業を自動で取得し、取得した作業(作業ID)に応じてプラントモデルを自動で切り替えるので、荷役車両100の走行を高精度に制御することが可能である。また、本施例による荷役車両システム200を用いると、荷役車両100の走行を高精度に制御できるので、荷役車両100の走行時には、例えば、所望の経路からの逸脱量がより少なくなり、目標位置に移動する際の経路をより短くすることができ、荷役車両100の搬送効率を向上させることができる。さらに、本施例による荷役車両システム200を用いると、プラントモデルに応じて倉庫内の積荷の配置を設計できるので、倉庫内の積荷の配置に対する制約が少なくなり、荷役車両100の搬送効率を向上させることだけでなく、倉庫内の積荷の配置を最適化することもできる。
In the
本発明の実施例2による荷役車両システム200を、図11~図12Bを参照して説明する。本実施例による荷役車両システム200は、実施例1による荷役車両システム200とほぼ同一の構成を備えるが、交通管制部201が学習処理部を備える点が実施例1による荷役車両システム200と異なる。学習処理部は、学習データ選定部1100と、学習部1101と、データベース更新部1102を備え、作業IDで特定される作業に対応するプラントモデルを更新する。
A
以下では、本実施例による荷役車両システム200が備える学習処理部である、学習データ選定部1100と学習部1101とデータベース更新部1102について説明する。
The following describes the learning processing units provided in the
図11は、本実施例による荷役車両システム200の構成を示す機能ブロック図である。本実施例による荷役車両システム200は、実施例1による荷役車両システム200(図2)において、交通管制部201が学習処理部(学習データ選定部1100と学習部1101とデータベース更新部1102)をさらに備えるように構成されている。
Figure 11 is a functional block diagram showing the configuration of a cargo
(学習データ選定部1100)
学習データ選定部1100は、車載コントローラ107の作業判定部230から、荷役車両100の現在ノード301における作業IDを入力する。さらに、学習データ選定部1100は、制御指令生成部220から、現在ノード301において荷役車両100を制御するための指令値(例えば、ステアリングモータ駆動部221、走行モータ駆動部222、ブレーキ駆動部223、及び移載装置・荷役部材モータ駆動部224への指令値)と、この指令値に対する荷役車両100の応答値(指令値に対する各駆動部の応答値)を入力する。学習データ選定部1100は、入力した、現在ノード301における作業ID、指令値、及び応答値を、学習用データとして学習部1101に出力する。
(Learning Data Selection Unit 1100)
The learning
(学習部1101)
学習部1101は、学習データ選定部1100から、現在ノード301における作業ID、荷役車両100への指令値、及び指令値に対する荷役車両100の応答値を入力し、この指令値と応答値を学習用データとして用いた機械学習によってプラントモデルを更新する。
(Learning unit 1101)
The
以下では、一例として、学習部1101が、荷役車両100のステアリングモータに対する指令値とステアリングモータからの応答値を用いて、フィードフォワード制御を用いた機械学習によってプラントモデル(伝達関数で表されるプラントモデル)のパラメータを更新する例について説明する。
Below, as an example, a description is given of a case in which the
学習部1101は、学習データ選定部1100から、荷役車両100が前進走行時の旋回をした際、または後進走行時の旋回をした際の、ステアリングモータの指令値θrと応答値θyを取得する。本実施例では、学習部1101は、荷役車両100の応答性を示す伝達関数として、前進走行時の旋回と後進走行時の旋回とで異なる伝達関数を求める。学習部1101は、求めた伝達関数を利用して逆応答を求めることで、指令値と応答値との誤差を小さくすることができ、経路追従機能の精度を向上させることができる。
The
図12Aは、ステアリングモータの応答性を示す伝達関数を示す図である。ステアリングモータの指令値θrに対する応答値θyの関係は、伝達関数P(s)で表されるとする。伝達関数P(s)は、式(2-1)で表現されると仮定する。 Figure 12A is a diagram showing a transfer function that indicates the responsiveness of the steering motor. The relationship between the steering motor command value θr and the response value θy is expressed by the transfer function P(s). It is assumed that the transfer function P(s) is expressed by the formula (2-1).
式(2-1)において、sは、ラプラス変換の変数であり、a、b、cは、任意の定数(パラメータ)である。 In equation (2-1), s is the Laplace transform variable, and a, b, and c are arbitrary constants (parameters).
学習部1101では、ステアリングモータの指令値θrに対する応答値θyの関係が、図12Aの伝達関数P(s)で表され、伝達関数P(s)が式(2-1)で表現される。
In the
学習部1101は、式(2-1)に示した伝達関数P(s)を用いて逆応答P-1(s)を求めることができ、図12Bに示すフィードフォワード制御F(s)を構成することが可能である。
The
図12Bは、学習部1101が求めたステアリングモータの応答性を示す伝達関数を用いたフィードフォワード制御を示す図である。
Figure 12B shows feedforward control using a transfer function indicating the responsiveness of the steering motor obtained by the
ステアリングモータの応答値θyは、指令値θrに対して可能な限り高応答であることが望ましい。そこで、図12Bに示すようなフィードフォワード制御F(s)を考える。フィードフォワード制御F(s)の出力は、ステアリングモータの修正指令値θuである。このため、ステアリングモータ駆動部221(図11)には、制御指令生成部220が算出したステアリングモータの修正指令値θuが送信される。
It is desirable for the steering motor response value θy to be as responsive as possible to the command value θr. Therefore, consider a feedforward control F(s) as shown in FIG. 12B. The output of the feedforward control F(s) is the corrected command value θu of the steering motor. For this reason, the corrected command value θu of the steering motor calculated by the control
フィードフォワード制御F(s)は、例えば、式(2-2)で与えられる。 The feedforward control F(s) is given, for example, by equation (2-2).
式(2-2)において、ωcとηcは、任意の定数である。 In equation (2-2), ωc and ηc are arbitrary constants.
式(2-2)は、式(2-3)に示す伝達関数L(s)を用いて、式(2-4)のように表現できる。 Equation (2-2) can be expressed as equation (2-4) using the transfer function L(s) shown in equation (2-3).
図12Bに示すように、ステアリングモータの指令値θrに対する応答値θyは、式(2-3)に示す伝達関数L(s)によって、任意に設計することができる。従って、ステアリングモータの指令値θrに対する応答値θyの関係を示す伝達関数P(s)を事前に求めていれば、ステアリングモータが所望の応答をするように調整することができる。 As shown in FIG. 12B, the response value θy of the steering motor relative to the command value θr can be arbitrarily designed using the transfer function L(s) shown in equation (2-3). Therefore, if the transfer function P(s) showing the relationship between the steering motor command value θr and the response value θy is determined in advance, the steering motor can be adjusted to provide the desired response.
学習部1101は、ステアリングモータの指令値θrと応答値θyのデータセットを学習用データとして取得し、指令値θrと応答値θyを利用することで、最小二乗法や周波数応答に着目したシステム同定などによって、伝達関数P(s)を適切に算出して、伝達関数P(s)を逐次更新することができる。学習部1101は、式(2-1)に示した伝達関数P(s)の3つのパラメータa、b、cを求めて更新することで、プラントモデル(伝達関数で表されるプラントモデル)のパラメータを更新することができる。
The
(データベース更新部1102)
データベース更新部1102は、学習部1101が更新したプラントモデルのパラメータ(例えば、式(2-1)に示した伝達関数P(s)のパラメータa、b、c)を学習部1101から取得し、このプラントモデルのパラメータの値を作業IDごとに更新する。データベース更新部1102は、更新したプラントモデルをプラントモデル管理部232に出力する。
(Database update unit 1102)
The
プラントモデル管理部232は、データベース更新部1102が更新したプラントモデルを作業IDごとに保存する。
The plant
本実施例による荷役車両システム200は、プラントモデルを更新する学習処理部(学習データ選定部1100、学習部1101、及びデータベース更新部1102)を備え、プラントモデルの精度を向上させるための学習用データを、作業IDごとに適切に自動で生成することができる。このため、本実施例による荷役車両システム200は、チューニングレスな制御系を備えることができるので、システム導入時のエンジニアリングコストを低減することができる。
The
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and various modifications are possible. For example, the above-mentioned examples have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to an embodiment having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one example with the configuration of another example. It is also possible to add the configuration of another example to the configuration of one example. It is also possible to delete part of the configuration of each example, or to add or replace other configurations.
100、100a、100b…荷役車両、101…車両フレーム、102…移載装置、103…荷役部材、104…外界センサ、105…加速度センサ、106…荷重センサ、107…車載コントローラ、200…荷役車両システム、201…交通管制部、202…車載コントローラの通信装置、203…交通管制部の通信装置、204…運行管理部、205…経路地図管理部、206…走行経路生成部、214…自己位置姿勢算出部、215…最近傍ノード算出部、216…積載荷重算出部、217…車体挙動算出部、220…制御指令生成部、221…ステアリングモータ駆動部、222…走行モータ駆動部、223…ブレーキ駆動部、224…移載装置・荷役部材モータ駆動部、230…作業判定部、231…プラントモデル切替部、232…プラントモデル管理部、301…走行ノード(現在ノード)、302…走行ノード(目標ノード)、303…リンク(目標リンク)、304…パレット、305…セグメント、306…終端ノード、307…棚、310…基準座標系、311…自己位置、312…自己姿勢、600…走行ノード、601…現在ノード、602…目標ノード、603…目標リンク、701…走行モータの指令値、702…走行モータの応答値、801…ステアリングモータの指令値、802…ステアリングモータの応答値、1100…学習データ選定部、1101…学習部、1102…データベース更新部。 100, 100a, 100b...loading vehicle, 101...vehicle frame, 102...transfer device, 103...loading member, 104...external sensor, 105...acceleration sensor, 106...load sensor, 107...vehicle controller, 200...loading vehicle system, 201...traffic control unit, 202...vehicle controller communication device, 203...traffic control unit communication device, 204...operation management unit, 205...route map management unit, 206...traveling path generation unit, 214...self-position and attitude calculation unit, 215...nearest node calculation unit, 216...load load calculation unit, 217...vehicle body behavior calculation unit, 220...control command generation unit, 221...steering motor drive unit, 222...traveling motor drive unit, 223...brake drive unit, 224...transfer device/loading member Motor drive unit, 230...work judgment unit, 231...plant model switching unit, 232...plant model management unit, 301...traveling node (current node), 302...traveling node (target node), 303...link (target link), 304...pallet, 305...segment, 306...terminal node, 307...shelf, 310...reference coordinate system, 311...self-position, 312...self-attitude, 600...traveling node, 601...current node, 602...target node, 603...target link, 701...traveling motor command value, 702...traveling motor response value, 801...steering motor command value, 802...steering motor response value, 1100...learning data selection unit, 1101...learning unit, 1102...database update unit.
Claims (5)
制御指令生成部は、前記荷役車両が作業を行うときの動作特性を示すプラントモデルに従って前記荷役車両を制御し、
前記走行経路生成部は、前記荷役車両の走行経路を作成し、前記走行経路は、前記荷役車両が経由する位置を示す複数のノードと、2つの前記ノードを連結する1つ以上のリンクで構成されており、前記ノードのそれぞれには、前記荷役車両が実施する作業を示す作業IDが備えられており、
前記最近傍ノード算出部は、前記荷役車両の位置と前記走行経路を入力し、前記走行経路を構成する前記ノードのうち、前記荷役車両の位置に最も近い位置にあるノードを現在ノードとして求め、前記走行経路を構成する前記ノードのうち、前記現在ノードの次に前記荷役車両が経由すべきノードである目標ノードを求め、
前記作業判定部は、前記現在ノードでの前記作業IDと前記目標ノードでの前記作業IDを比較し、
プラントモデル切替部は、前記現在ノードでの前記作業IDと前記目標ノードでの前記作業IDが互いに異なる場合には、前記プラントモデルを、前記目標ノードでの前記作業IDで特定される作業に対応する前記プラントモデルに切り替える、
ことを特徴とする荷役車両システム。 The loading and unloading system includes a loading member on which a load to be transported by the loading and unloading vehicle is placed, a control command generating unit, a travel path generating unit, a nearest node calculating unit, an operation determining unit, and a plant model switching unit,
the control command generating unit controls the cargo handling vehicle in accordance with a plant model that indicates an operating characteristic of the cargo handling vehicle when performing work;
the travel route generation unit creates a travel route for the cargo handling vehicle, the travel route being composed of a plurality of nodes indicating positions through which the cargo handling vehicle passes and one or more links connecting two of the nodes, and each of the nodes being provided with a work ID indicating a work to be performed by the cargo handling vehicle;
the nearest node calculation unit inputs the position of the cargo handling vehicle and the travel route, determines, among the nodes constituting the travel route, a node located closest to the position of the cargo handling vehicle as a current node, and determines, among the nodes constituting the travel route, a destination node which is a node that the cargo handling vehicle should pass through next after the current node;
The task determination unit compares the task ID at the current node with the task ID at the goal node;
a plant model switching unit, when the work ID at the current node and the work ID at the target node are different from each other, switches the plant model to the plant model corresponding to the work specified by the work ID at the target node.
A loading vehicle system comprising:
プラントモデル切替部は、前記現在ノードでの前記作業IDと前記目標ノードでの前記作業IDが互いに異なり、かつ前記荷役車両の位置から前記目標ノードまでの前記距離が前記予め定めた距離以下である場合には、前記プラントモデルを、前記目標ノードでの前記作業IDで特定される作業に対応する前記プラントモデルに切り替える、
請求項1に記載の荷役車両システム。 The operation determination unit determines whether or not a distance from a position of the cargo handling vehicle to the target node is equal to or shorter than a predetermined distance;
a plant model switching unit, when the work ID at the current node and the work ID at the target node are different from each other and the distance from the position of the loading vehicle to the target node is equal to or shorter than the predetermined distance, switches the plant model to the plant model corresponding to the work specified by the work ID at the target node.
2. The loading vehicle system of claim 1.
プラントモデル切替部は、
前記現在ノードでの前記作業IDと前記目標ノードでの前記作業IDが互いに異なり、かつ前記目標ノードでの前記作業IDが前記経路地図管理部に設定されている前記作業IDである場合には、前記プラントモデルを、前記目標ノードでの前記作業IDで特定される作業に対応する前記プラントモデルに切り替える、
請求項1または2に記載の荷役車両システム。 a route map management unit that stores data of a two-dimensional map of a range in which the cargo handling vehicle travels and in which the work ID is preset;
The plant model switching unit is
when the work ID at the current node and the work ID at the target node are different from each other and the work ID at the target node is the work ID set in the route map management unit, switch the plant model to the plant model corresponding to the work specified by the work ID at the target node;
3. A loading vehicle system according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の荷役車両システム。 a control command generating unit, when the work ID at the current node and the work ID at the target node are different from each other and the work ID at the target node is not the work ID set in the route map managing unit, performs control to stop the loading vehicle.
4. The loading vehicle system according to claim 3.
前記学習処理部は、前記制御指令生成部から、前記荷役車両を制御するための指令値と、前記指令値に対する前記荷役車両の応答値を入力し、前記指令値と前記応答値を用いた機械学習によって前記プラントモデルのパラメータを更新する、
請求項1に記載の荷役車両システム。 a learning processing unit that updates the plant model,
the learning processing unit inputs a command value for controlling the cargo handling vehicle and a response value of the cargo handling vehicle to the command value from the control command generation unit, and updates parameters of the plant model by machine learning using the command value and the response value.
2. The loading vehicle system of claim 1.
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