JPH01163613A - 無人車の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ　産業上の利用分野 本発明は、無人車の位置検出装置に係り、特に無人車の
走行位置、走行速度および移動距離を検出する無人車の
位置検出装置に関する。

■３　　発明の概要 本発明は、無人走行車のｊｌｉ体に走行状態を検出する
検出器を設置して種々の走行状態を検出する無人車の位
置検出装置において、 前記車体に光学系センサを設け、該光学系センサの検出
信号を１次元の空間フィルタ手段で処理し、その出力か
ら車体の２次元の位置、速度、車体の進行方向を検出す
ることにより、 検出精度に優れた無人車の位置検出装置を得るものであ
る。

Ｃ６従来の技術 従来、無人搬送車なとの無人走行車の自動運転にあたっ
て、走行路上に電磁誘導線や光学式反射テープを布設し
て走行ガイドを形成する方式や、車ｌｌ’ＬＩｌ　ｌ　
Ｆｌ”を則１６にエンコータやタコシュ、不レータを取
りイｊけて、車輪の回転に応じたパルス又はアナ＝３− ログ電圧から無人車の速度、移動距離を計測する方式が
ある。

Ｄ　発明が解決しようとする問題点 従来の種々な位置検出装置においては、路面に誘導線や
反射テープ等を布設する走行路の加工を必要とし、その
加工作業が面倒であると共に、路面の凹凸、外力等によ
る車輪のスリップや車輪の摩耗により精度良い計測か出
来なかった。

Ｅ　問題点を解決するための手段 本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、車体
の底面部に該車体の進行方向に対して所定角度だけ傾斜
させて配設され走行路面のパターンを撮取する第１の光
学系と、該第１の光学系により撮取した映像パターンを
所定の周期でサンプリングして映像パターン信号を得る
第１の映像検山部と、該第１の映像検出部の映像パター
ン信号と予め設定された三角関数設定信号を乗算し、該
乗算信号を積分演算して三角関数パターン信号を得る第
１のフィルタ演算手段と、前記車体の進行方向軸心に関
して前記第１の光学系から所定間隔を置いて前記車体の
底面部に前記車体の進行方向に対して所定角度だけ傾斜
させて配設され走行路面のパターンを撮取する第２の光
学系と、該第２の光学系により撮取した映像パターンを
所定の周期でサンプリングして映像パターン信号を得る
第２の映像検出部と、前記第１の映像検出部と第２の映
像検出部の前記第１の光学系と第２の光学系の走行路面
に対する各移動角と円弧半径にもとづく映像パターン信
号と予め設定された三角関数設定信号を乗算し、該乗算
信号を積分演算して三角関数パターン信号をｉ）Ｉる第
２のフィルタ演算手段と、前記車体の進行方向に対する
前記第１の光学系と第２の光学系の傾斜角度を演算要素
として前記第１のフィルタ演算手段と第２のフィルタ演
算手段の各三角関数パターン信号を補正する補正演算手
段と、前記第１のフィルタ演算手段と第２のフィルタ演
算手段の補正された三角関数パターン信号をもとに乗算
処理して前記車体の移動距離信号を算出し、該移動距離
信号を微分演算して速度信号を算出すると共に、前記移
動距離信号と前記第１の光学系と第２の光学系との設置
間隔をもとに前記車体の進行方向角度を算出する演算手
段によって無人車の位置、速度、方向を検出する。

Ｆ、実施例 以１ζに本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は本発明の実施例に係る無人車の位置検出装置の
ブロック図であって、１０は無人車の車体、１２は走行
車輪、２ＯＡは車体１０の底面部１１において無人車の
進行軸心（Ｘ軸）に関して底面部１１の一方の側端部に
車体１０の進行方向（Ｘ軸）に対して所定角度ρだけ傾
斜させて配設された第１の光学系、２０Ｂは第１の光学
系２０Ａから所定距離りを置いて底面部１１の他方の側
端部（Ｙ軸上）に同じく車体１０の進行方向に対して所
定角度ρだけ傾斜させて配設された第２の光学系である
。３０Ａは第１の光学系２０Ａの映像信号を入力とする
第１の映像検出部、同しく、２０Ｂは第２の光学系、３
０Ｂは第２の映像検出部、１００は処理ユニットであっ
て、これらにより検出処理部か構成される。第２図に示
すように、第１、第２の映像検出部３０Ａ、３０Ｂはラ
インセンサ３１．読出回路３２およびアナログ／ディジ
タル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３３によって構成されてい
る。

処理ユニノ＋−ｉ　ｏ　ｏとしてマイクロコンピュータ
９０を用い、このマイクロコンピュータ９０は中央処理
部（ＣＩ）Ｕ）９１．、　　ランダムアクセスメモリ　
（ＲＡＭ）９２．　　リードオンリメモリ　（ＲＯＭ）
９３およびバス９４によって構成されている。

路面のパターンを光学系を介してＣＣＤによって検出し
、その出力をＡ／Ｄ変換器を通してマイクロコンピュー
タ９０に入力し、その値と、予め計算してＲＯＭ９３に
格納しておいた設定パターンをもとに、第１の光学系と
第２の光学系の傾斜角度ρにもとづく補正と演算処理を
実行する。

次に、上記構成の位置検出装置の動作について説明する
。

光学系２０Δ、２０Ｂは第８図、第９図に示すように、
シリンダーレンズ２］、、２４によってラインセンサ３
１と平行な方向については該ラインセンサ３１」二に結
像し、垂直な方向に対してはラインセンサ３１が焦点に
なるようにレンズ系が構成されている。光学系２ＯＡ、
２０Ｂの映像信号はそれぞれ第１．第２の映像検出部３
０Ａ、３０Ｂで検出され、マイクロコンピュータ９０に
入力される。

概略的には、第２図に示すように、路面８０のパターン
を光学系２ＯＡ　（２０Ｂ）を介して映像検出部３０Ａ
　（３０Ｂ）によって検出し、その出力をマイクロコン
ピュータ９０に入力する。マイクロコンピユータ９０に
おいては入力値と、予め計算し、予めＲＯＭ９３に格納
して置いた設定パターンを用い−Ｃ積和演算を行う。設
定パターンは、映像検出部３０Ａ　（３０Ｂ）のライン
センサ３１の素子数とピッチで決まる周期分のテークを
持っている。ＣＰＵ９］はこのテークをもとに演算処理
して車の移動距離を算出し、この移動距離を時間で微分
演算処理して速度を求める。また、車の動きに比べて充
分小さい周期で位置を検出するときは、検出処理部の１
周期での移動距離測定値の差から車の方向の変化を求め
、その変化の平均値でその期間を走行したものとして車
体の位置を求める。

第３図に示すように、車かＸ−Ｙ平面上で１サンプリン
グの間に位置Ｆから位置Ｇに移動した時、ｍ弧上を移動
するものと見なして、この間のＢ。

Ｃ点の移動した距離を１・、ρとすると、円の半径Ｒ及
び進行方向の変化△０を求めると、△　θ　−（（！−
ｒ）／１つ　　　　　　　　　　　　・　（３）Ｒ＝（
ρ＋ｒ）・Ｄ／（Ｃ−ｒ）　　　　　（４）となる。但
し、ｒ＞ρのときは第３図のものと反対側に円の中心か
きて、Ｒ＜Ｑとなる。また、車体１０の現在の角度Ｏｎ
は、 θ１、−０ｎ−１＋△０　　　　　　　　・　（５）と
なる。ここて０゜−１は前回のサンプリング時の角度で
ある。またＡ点の位置（ｘｎ、ｙＪは、Ｘ　ｎ−Ｘ　ｎ
−１４−Ｒ−ｓ＋ｎ△Ｏ・ｃｏｓθ９、−、　　　（６
）Ｙｎ−Ｙｎ−１＋Ｒ・　（１−ｃｏｓΔθ）・ｓｉｎ
θ、−、・　（７）となり、Ｂ、Ｃ点それぞれについて
移動圧路を求め、（１）〜（７）式によって車体の位置
を算出し、第４図に示すように車の軌跡を求める。

さらに、第１図に示すように、第１．第２光学系２ＯＡ
、２０Ｂは車のＪｕ行方向に対して角度ρだけ傾斜して
いるから、車体１０の中心点ＡがＸ−Ｙ平面−にで１ザ
ンプリンタの間にＦ点から６点へ移動した時、Ｂ、Ｃ点
の実質移動距離がそれぞれｐ、　　ｑてあったとすると
、該ｐ、　　ｑから進行方向に対するＢ、Ｃ点の移動距
離ｒ７ρは、ｒ”ｐ’ｃｏｓρ　　　　　　　・・（８
）ρ−ｑ　’　ｃｏｓρ　　　　　　　・・（９）古な
り、またＡ点が進行方向に対してＹ軸方向の移動距離成
分Ｚは、 ｚ＝ｐ−ｓｉＢ−ｑｓｉＢ　　　−（１０）となり、（
８）〜（１０）式により補正して車の軌跡をより正確に
求めることかできる。

第５図は本発明の第２実施例を示し、３０Ａは第１の光
学系２ＯＡの映像信号を入力とする第１の映像検出部、
４０Ａは第１の映像検出部３０Ａの映像検出信号を入力
とする第１の空間フィルタ、５０Ａは第１の演算処理部
で、第１の空間フィルタ４０Ａのフィルタ出力信号をも
とに演算処理して無人車の移動距１１ｉ１　、速度およ
び現在位置を算出する。これらの第１の光学系２０Ａ、
第１の映像検出部３０Ａ、第１の空間フィルタ４０Δお
よび第１の演算処理部５０Ａによって第１の検出処理部
６ＱＡか構成される。同じく、２０Ｂは第２の光学系、
３０Ｂは第２の映像検出部、４．　ＯＢは第２の空間フ
ィルタ、５　Ｑ　Ｂは第２の演算処理部であって、これ
らにより第２の検出処理部６０Ｂか構成される。

第１の検出処理部６０Δと第２の検出処理部６０　Ｔ３
は、第２図に示すように同し構成要素によって構成され
ている。すなわち、第２図に示すように、第１．第２の
映像検出部３０Ａ、３０Ｂはラインセンサ３１．読出回
路３２およびアナログ／ティ／タル変換器（Ａ／Ｄ変換
器）３３によって構成されている。第１．第２の空間フ
ィルタ４０Ａ、４０Ｂは掛算部４］、ａ、４１ｂ、パタ
ーン設定部４．２ａ、４２ｂ、積分演算部４３ａ、４．
３ｂによって構成されている。

第１．第２の演算処理部５０Ａ、５０Ｂはローパスフィ
ルタ５１ａ、５１ｂ、三角関数演算部５２、位相演算部
５３．和算部５４．掛算部５５゜微分演算部５６および
回転軌跡演算部（ｍ演算部）７０によって構成されてい
る。ｍ演算部７０は、第３図に示すように、正弦波信号
演算部７１ａ。

７１ｂ、掛算部７２ａ、７２ｂ、前回値保持部であるデ
ータ保持部７３ａ〜７３ｃ、和算部７４ａ。

７４、　ｂによって構成されている。

次に、」１記構成の位置検出装置の動作について説明す
る。

光学系２ＯＡ、２０Ｂは第８図、第９図に示すように、
シリンダーレンズ２１．２４によってラインセンサ３１
と平行な方向については該ラインセンサ３１上に結像し
、垂直な方向に対してはラインセンサ３１か焦点になる
ようにレンズ系が構成されている。光学系２ＯＡ、２０
Ｂの映像信号はそれぞれ第１．第２の映像検出部３０Ａ
、３Ｏ−１５＝ Ｂて検出され、第１．第２の空間フィルタ４０Ａ。

４、　ＯＢに入力される。空間フィルタ４．ＯＡ、４０
Ｂは路面の光学的にランダムなパターンから特定の空間
的な周波数成分を検出し、その時間的な挙動を調へるこ
とにより路面との相対的な車体の位置を速度を計測する
。

概略的には、第６図に示すように、路面８０のパターン
を光学系２ＯＡ　（２０Ｂ）を介して映像検出部３０Ａ
　＜３０Ｂ）によって検出し、その出力を空間フィルタ
４０Ａ（４，ＯＢ）に入力する。

空間フィルタにおいては入力値と、予め計算し、予め設
定して置いた設定パターンを用いて積和演算を行う。こ
こでは、正弦波パターンを用いている。設定パターンは
、映像検出部３０Ａ　（３０Ｂ）のラインセンサ３１の
素子数とピッチで決まる周期分のテークを持っている。

空間フィルタの出力を演算処理部５０Ａ　（５０Ｂ）で
演算処理して車の移動距離を算出し、この移動距離を時
間で微分して速度を求める。また、車の動きに比へて充
分小さい周期で位置を検出するときは、２つの検出処理
部の１周期での移動側ｐ１１［測定値の差から車の方向
の変化を求め、その変化の平均値でその期間を走行した
ものとして車体の位置を求める。

さらに詳しくは、第６図に示すように、路面８０の映像
信号を光学系２ＯＡ　（２０Ｂ）を介して映像検出部３
０Ａ　（３０Ｂ）に人力する。映像検出部３０Ａ、（３
０Ｂ）においてはラインセンサ３１かその映像を検出し
、その映像検出信号を続出回路３２が読み出し、その映
像検出信号をＡ／Ｄ変換して空間フィルタ４ＯＡ（４０
Ｂ）に入力する。空間フィルタ４０Ａ（４０Ｂ）におい
ては、掛算部４Ｉａで映像検出部３０Ａ（３０Ｂ）から
の映像検出信号とパターン設定部４２ａの正弦波パター
ン設定信号を掛は合わせると共に、掛算部４．１ｂで映
像検出信号とパターン設定部４２ｂの余弦波パターン設
定信号を掛は合わせる。さらに第１の掛算部４．１ａの
掛算信号を積分演算部４３ａで積分しその積分信号ａを
出力すると共に、掛算部４　］、　ｂの掛算信号を第２
の積分演算部４３ｂて積分し、その積分信号すを出力す
る。

演算処理部５０Ａ（５０Ｂ）においては、積分信号をロ
ーパスフィルタ５］ａに通して信号Ｓ　Ｑを得ると共に
、積分信号Ｓ２をローパスフィルタ５　］、　ｂに通し
て信号ｓｂを得る。信号Ｓａとｓｂはそれぞれ三角関数
演算部５２と回転軌跡演算部（ｍ演算部）７０に入力さ
れる。三角関数演算部５２は信号ＳａとＳ　ｌ）をもと
に演算し、出力ρ−ａｒｃｔａｎ　（Ｓ　ｂ　／　Ｓ　
ａ　）を算出する。位相演算部５３は人力ρと初期位相
φをもとに（ρ−φ）／２πを算出する。

ｍ演算部７０では、第３図に示す如く、信号Ｓａか正弦
波信号演算部７　］、　ａを通して掛算部７２ａとデー
タ保持部７３ａに導かれ、信号ｓｂは正弦波信号演算部
７　］、　ｂを通して和算部７４ｂとデータ保持部７３
ｂに導かれる。掛算部７２ｂはデータ保持部７３ａから
の前回のサンプリング値と現在の→ノンプリング値を乗
算する。和算部７４は現在のサンプリング値とデータ保
持部７３ｂの前回のサンプリング値を和算する。掛算部
７２ｂは掛算部７２ａの乗算値と和算部７４．　ｂの和
算値とを乗算し、和算部７４ａは掛算部７２ｂの現在の
乗算値とデータ保持部７３ｃによる前回値を加算してｍ
信号を出力する。

さらに演算処理部５０Ａ　（５０Ｂ）においては、第６
図に示す如く、和算部５４がｍ演算部７０のｍ信号と位
相演算部５３の位相信号を和算し、この和算部５／Ｉの
加算値と空間フィルタのピッチ（周期）Ｐを掛は算して
移動短路を算出すると共に、この移動距離信号を微分演
算部５６に入力して速度を算出する。

第５図、第３図および第４図に示すように、車体１０の
底面部１１の中心点をＡ　（ｘ、ｙ）とし、車か矢印方
向に走行しているとき、車がＸ　−Ｙ平面上でＸ軸に対
しθの角度で移動しているとする。

ここて、１サンプリングによる第１．第２の検出処理部
６０Ａ、６０Ｂの出力が△ｒ、△Ｑ、（位置）変化した
とすると、車体１０の進行方向変化へ〇は、サンプリン
グ周期が短いとして、前述の（１）弐〜（１０）式の演
算を実行する。

第１０図、第１１図は」−述の動作フローを示すもので
、第１０図は空間フィルタ７１０Δ（４０Ｂ）の演算フ
ロー、第８図は演算処理部５０Δ（５０Ｂ）の演算フロ
ーである。

第１０図に示すように、ステップＳ］でラインセンサ（
ＣＣＤ）の出力をＡ／Ｄ変換して空間フィルタに人力す
る。空間フィルタにおいては、ステップＳ２に示す如く
、窓関数データ１として正弦？／Ｊ（ｓｉｎ）パターン
を読み込み、この正弦波パターンとＣＣＤ出力の積和演
算を実行する（ステップＳ３）。次に、ステップＳ４に
示ずように、窓関数テーク２として余弦波（ｃｏｓ）パ
ターンを読み込み、この余弦波パターンとＣＣＤ出力の
積和演算を行う（ステップＳ５）。そして、ステップＳ
６に示すように、ステップ８１〜Ｓ５の動作をＣＣＤの
素子数例えば２０７１８回繰り返す。

第１１図に示すように、演算処理部においては空間フィ
ルタの出力信号ａとｂをそれぞれ１次元のローパスフィ
ルタに通しくステップＳ７．Ｓ８）、ステップＳ９に示
す如く、位相平面上軌跡が第一象現と第四象現の間を移
る回数を、第四象現から第一象現に移る方向を正として
、数えてｍ演算を実行する。次に、ステップＳＩＯに示
すように、０　＝ａｒｃｔａｎ　（Ｓ　ｂ　／　Ｓ　ａ
　）をＯ≦ρ〈２πの範囲て削算して位相演算を実行し
、ステップ５１１（こ示ずよう（こ、ｍ−Ｐ＋　　＜ｐ
−Ｐ）／２π・■）を算出して距離演算を実行すると共
に、ステップＳＩ２に示すように距離を微分して速度演
算を実行する。

Ｇ１発明の効果 本発明は、以上の如く、車体に該車体の進行方向に所定
角度だけ傾斜させて光学系センサを設け、車体の移動角
と円弧半径にもとづく該光学系センサの検出信号を１次
元のフィルタ演算手段で処理し、そのフィルタ演算手段
の演算出力を補正し、その補正された出力から車体の２
次元の位置、速度、進行方向を検出するようにしたから
、誘導線。

反射テープ等の走行路の加工が不要にして、非接触で計
測することかでき、路面の凹凸や外力等によるスリップ
や車輪の摩耗の影響を受けず精度良い位置、速度の計測
か出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による位置検出装置のフロ
ック線図、第２図は本発明の実施例による検出処理部の
詳細を示すブロック図、第３図と第４図は演算方法を示
す説明図、第５図は本発明の第２実施例による位置検出
装置のブロック線図、第６図は検出処理部の詳細を示す
ブロック図、第７図は回転軌跡演算部のブロック図、第
８図および第９図はそれぞれ光学系の構成図、第１０図
は空間フィルタの演算フロー図、第１１図は演算処理部
の演算フロー図である。 １０・・車体、１１・・車体め底面部、２ＯＡ・・・第
１の光学系、２０Ｂ・第２の光学系、３０Ａ　　第１の
映像検出部、３０Ｂ・第２の映像検出部、４０Ａ　第１
の空間フィルタ、４．　ＯＢ　　第２の空間フィルタ、
５０Ａ・・・第１の演算処理部、５０Ｂ・・第２の演算
処理部、６０Ａ・第１の検出処理部、６０Ｂ・・第２の
検出処理部、９０・・・マイクロコンピュータ、］、　
ＯＯ・・処理ユニッＩ−９０Ｘ 第５図 デ虎枦ｊ／）＆直使出製玉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）車体の底面部に該車体の進行方向に対して所定角
   度だけ傾斜させて配設され走行路面のパターンを撮取す
   る第１の光学系と、該第１の光学系により撮取した映像
   パターンを所定の周期でサンプリングして映像パターン
   信号を得る第１の映像検出部と、該第１の映像検出部の
   映像パターン信号と予め設定された三角関数設定信号を
   乗算し、該乗算信号を積分演算して三角関数パターン信
   号を得る第１のフィルタ演算手段と、 前記車体の進行方向軸心に関して前記第１の光学系から
   所定間隔を置いて前記車体の底面部に前記車体の進行方
   向に対して所定角度だけ傾斜させて配設され走行路面の
   パターンを撮取する第２の光学系と、該第２の光学系に
   より撮取した映像パターンを所定の周期でサンプリング
   して映像パターン信号を得る第２の映像検出部と、 前記第１の映像検出部と第２の映像検出部の前記第１の
   光学系と第２の光学系の走行路面に対する各移動角と円
   弧半径にもとづく映像パターン信号と予め設定された三
   角関数設定信号を乗算し、該乗算信号を積分演算して三
   角関数パターン信号を得る第２のフィルタ演算手段と、 前記車体の進行方向に対する前記第１の光学系と第２の
   光学系の傾斜角度を演算要素として前記第１のフィルタ
   演算手段と第２のフィルタ演算手段の各三角関数パター
   ン信号を補正する補正演算手段と、 前記第１のフィルタ演算手段と第２のフィルタ演算手段
   の補正された三角関数パターン信号をもとに乗算処理し
   て前記車体の移動距離信号を算出し、該移動距離信号を
   微分演算して速度信号を算出すると共に、前記移動距離
   信号と前記第１の光学系と第２の光学系との設置間隔を
   もとに前記車体の進行方向角度を算出する演算手段によ
   って構成したことを特徴とする無人車の位置検出装置。