JPH01298408A - ビーム光利用の作業車誘導装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導用ビーム光を車体側から地上側に付設さ
れた光反射体に向けて投射して、そ、の反射光を車体側
で受光させ、そして、その反射光の受光情報に基づいて
、作業車が設定走行軌跡に沿って自動走行するように誘
導するビーム光利用の作業車誘導装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種のビーム光利用の作業車誘導装置において、
従来では、例えば、コーナーキューブプリズム等の入射
光をその入射方向と同じ方向に反射する回帰型の光反射
体を、地上側の設定地点（複数箇所）に付設すると共に
、車体側では、水平方向に誘導用ビーム光を走査して、
上記光反射体からの反射光を受光した時点の走査角度情
報に基づいて三角測量の原理を用いて、上記光反射体の
設置箇所に対する車体位置を演算させることにより、作
業車が設定走行軌跡に沿って自動走行するように誘導す
るようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来構成では、三角測量の原理を用いて車体位置を検出
して、その検出位置情報に基づいて誘導するようにして
いたので、装置構成が複雑になる不利があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の第１目的は、装置構成の簡素化を図ることにある。又
、第２目的は、上記第１目的を達成するための構成を利
用して、誘導精度を向上させることにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明によるビーム光利用の作業￥Ｊ、誘導装置の第１
の特徴構成は、入射光をその入射方向に向けて反射する
帯状の光反射体が、作業車が走行する設定走行軌跡の長
さ方向に沿って、前記作業車の走行経路の上方側箇所と
なる地上側に付設され、前記作業車には、誘導用ビーム
光を車体横幅方向に沿って走査しながら、車体上方側に
投射するビーム光投射手段と、前記光反射体による前記
誘導用ビーム光の反射光を受光する受光手段と、その受
光手段が前記誘導用ビーム光の反射光を受光した時点に
おける前記誘導用ビーム光の走査角度の情報に基づいて
、前記設定走行軌跡に対するずれを検出するずれ検出手
段と、そのずれ検出手段の検出情報に基づいて、前記作
業車が前記設定走行軌跡に沿って自動走行するように操
向制御する操向制御手段とが設けられている点にある。

又、第２の特徴構成は、前記ビーム光投射手段及び前記
受光手段の２組みが、車体前後方向に設定間隔を隔てて
設けられ、前記ずれ検出手段は、前記受光手段の２組み
の夫々が前記反射光を受光した時点における走査角度の
情報と前記設定間隔の情報とに基づいて、前記設定走行
軌跡の長さ方向に対する作業車の傾きのずれをも検出す
るように構成され、前記操向制御手段は、前記設定走行
軌跡に対する車体横幅方向のずれと前記設定走行軌跡の
長さ方向に対する傾きのずれの両方を零に近づけるよう
に、前記ずれ検出手段の検出情報に基づいて、操向制御
するように構成されている点にある。

〔作　用〕

第１の特徴構成では、作業車が走行する設定走行軌跡の
長さ方向に沿って、前記作業車の走行経路の上方側箇所
となる地上側に付設した帯状の光反射体に向けて、車体
側から、誘導用ビーム光を車体横幅方向に沿って走査し
ながら、車体上方側に投射し、そして、上記反射体から
の反射光を車体側で受光した時点における誘導用ビーム
光の走査角度の情報に基づいて、前記設定走行軌跡に対
するずれを検出させて、作業車が前記設定走行軌跡に沿
って自動走行するように操向制御するのである。

又、第２の特徴構成では、ビーム光投射手段及び帯状の
光反射体からの反射光を受光する受光手段の２組みを、
車体前後方向に設定間隔を隔てて設けて、設定走行軌跡
に対する車体横幅方向でのずれと設定走行軌跡の長さ方
向に対する傾きのずれの両方を検出させて、それら両ず
れを共に零に近づけるように操向制御するのである。

〔発明の効果〕

従って、上記第１の特徴構成では、設定走行軌跡に沿っ
て地上側に付設された帯状の光反射体からの反射光を受
光した時点の生体側での走査角度情報のみに基づいて、
設定走行軌跡に対するずれを検出できるので、装置構成
の簡素化を図ることができるに至った。

又、上記第２の特徴構成では、同じ帯状の光反射体を利
用しながら、設定走行軌跡に対する車体横幅方向でのず
れと長さ方向に対する傾きのずれの゛両方を検出できる
ので、装置構成を複雑化することなく誘導精度を向上さ
せることができるに至った。

尚、作業車を走行させる行程が複数個ある場合には、例
えば、各行程における設定走行軌跡を、車体横幅方向に
並べて設定して、各行程における車体横幅方向での設定
走行軌跡の位置と走査角度との関係等の情報に基づいて
、一つの帯状の光反射体を用いながらも、それら複数個
の行程の夫々において自動走行するように誘導すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明を、清掃用の作業車を自動走行させるため
の装置に適用した場合における実施例を図面に基づいて
説明する。

第１図乃至第３図に示すように、入射光をその入射方向
に反射する帯状の光反射体としての後述の光反射テープ
（Ｃ）が、清掃用の作業車（Ｖ）を走行させる通路の長
手方向に沿って、作業範囲となる通路両端部の間に亘っ
て、天井の中央部分に、直線状に付設されている。

前記作業車（Ｖ）の上部には、誘導用ビーム光（Ａ）を
車体横幅方向に走査しながら、天井側に向けて投射する
ビーム光投射手段としてのビーム光投射装置（Ｂ）の２
組が、車体前後方向に設定間隔（Ｌａ）を隔てて搭載さ
れている。

そして、前記通路長手方向に沿って作業行程が設定され
、その作業行程の複数個が、前記通路の横幅方向に作業
幅毎に平行に並ぶ状態で設定されている。但し、各作業
行程において前記作業車（Ｖ）を走行させる設定走行軌
跡（ｍ）は、作業行程の幅方向の中心を通り且９通路長
さ方向に沿う仮想線として設定してあり、後述の如く、
各作業行程では、前記光反射テープ（Ｃ）にて反射され
る反射光の受光情報と前記誘導用ビーム光（Ａ）の車体
横幅方向での走査角度情報とに基づいて、前記設定走行
軌跡（ｍ）に対するずれを検出して、その検出情報に基
づいて、前記作業車（Ｖ）が前記設定走行軌跡（ｍ）に
沿って自動走、行させることになり、そして、作業行程
の終端部に達するに伴って、自動的に隣接する次の作業
行程に移動させることになる。

前記光反射テープ（Ｃ）について説明すれば、第４図に
示すように、微小なガラスピーズ等によって形成された
球状レンズ（１）の複数個を、透明な樹脂等を利用した
固定用のスペーサー（２）によって、シート状の光反射
膜（３）の上に二次元方向に並べて配置すると共に、そ
れら球状レンズ（１）の上面側を防護用の透明な樹脂等
のフィルム（４）によって覆って、設定幅の帯状のテー
プに形成したものである。

尚、図中、（５）はテープ付設用の両面テープ等を利用
したライナー、（６）は前記光反射膜（３）と前記ライ
ナー（５）とを接着するための接着剤層である。

但し、第１図にも示すように、前記光反射テープ（Ｃ）
の−本を通路長手方向に沿って途切れることなく付設し
、且つ、作業行程の終端となる通路両端部には、光反射
テープ（Ｃ）の二本が、通路横幅方向に並ぶ状態となる
ように、前記通路両端部の間に付設した光反射テープ（
Ｃ）に対して間隔を隔てる状態で、前記光反射テープ（
Ｃ）を短く切断したものを付設しである。

前記ビーム光投射装置（Ｂ）について説明すれば、第５
図及び第６図に示すように、走査角度検出用のエンコー
ダ（７）を備えたサーボモータ（８）が設けられ、光源
としての半導体レーザ（９）と、前記光反射テープ（Ｃ
）からの反射光を受光する受光手段としてのフォトダイ
オード等を利用した受光器（Ｓυとが、それらの光投射
面と受光面とが同方向を向く状態で、前記サーボモータ
（８）によづて回転駆動される支持部材（１０）の側面
部に取り付けられている。

そして、前記サーボモータ（８）の回転軸芯（Ｐ）が、
車体前後方向に平行な方向に向くように、車体上部に取
り付けて、前記サーボモータ（８）を正逆転駆動するこ
とにより、前記半導体レーザ（９）から発射されるレー
ザ光を誘導用ビーム光（Ａ）として、車体横幅方向に繰
り返し往復走査しながら、天井側に向けて投射するよう
になっている。

但し、前記誘導用ビーム光（Ａ）１の走査角度範囲は、
各作業行程における設定走行軌跡（ｍ）に対する前記作
業車（Ｖ）の車体横幅方向でのずれが無い適正状態にあ
る時に、前記誘導用ビーム光（Ａ）の鉛直方向に対する
走査角度の値を基準にして、その基準角度（θｎ）から
左右方向に設定角度（±δ）となる範囲のみを設定周期
で往復走査させるようにしである。

前記受光器（Ｓ、）による受光情報に基づいて、前記設
定走行軌跡（ｍ）に対するずれを検出するための構成に
ついて説明すれば、第２図に示すように、前記ビーム光
投射装置（Ｂ）と前記光反射テープ（Ｃ）との間の鉛直
方向での距離（Ｌ）の情報と、前記エンコーダ（７）に
て検出される前記誘導用ビーム光（Ａ）の走査角度（θ
）の情報とから、前記光反射テープ（Ｃ）の横幅方向の
中心に対する車体横幅方向での位置を求め、求めた車体
位置の値と、前記光反射テープ（Ｃ）に対する通路横幅
方向での各作業行程における設定走行軌跡（ｍ）の距離
（Ｄ）の値とから、下記（ｉ）式に基づいて、前記設定
走行軌跡（ｍ）に対する車体横幅方向でのずれ（χ）を
求めるようにしである。

ｚ　＝Ｌ−ｔａｎθ−Ｄ　　・＝（ｉ）更に、前記ビー
ム光投射装置（Ｂ）が、車体前後方向に設定間隔（Ｌａ
）を隔てて２組が設けられていることから、前記設定走
行軌跡（ｍ）に対する車体横幅方向でのずれ（χ）は、
車体前後両方において検出されるので、その車体前後両
方で検出される車体横幅方向でのずれ（χυ、（χ２）
の値と、前記２組のビーム光投射装置（Ｂ）の取り付は
間隔（Ｌａ）の値とから、下記（ｉｉ）式に基づいて、
前記設定走行軌跡（ｍ）の長さ方向に対する傾きのずれ
（ψ）をも求めるようにしである。

ψ＝ｊａｎ−’（（Ｚ＋　　Ｚｚ）／Ｌａ）　　・・・
・・・（ｉｉ）つまり、上記（ｉ）、（ｉｉ）式に暴づ
いて、設定走行軌跡（ｍ）に対する車体横幅方向でのず
れ（χ）と、長さ方向に対する傾きのずれ（ψ）とを求
める処理が、ずれ検出手段（１００）に対応することに
なる。

但し、前記車体横幅方向でのずれ（χ）の値は、゛　車
体前後何れか一方の値をそのまま用いてもよいが、前記
傾きのずれ（ψ）の影響を除くために、前記前後両方で
のずれ（χ１）、（χ２）の値の平均値を用いるように
してもよい。

前記作業車（Ｖ）の構成について説明すれば、第７図に
示すように、車体下部の前後左右の夫々に、走行用モー
タ（ｌにて各別に正逆転駆動並びに停止自在な走行車輪
（１１）が設けられている。

但し、前記走行車輪（１１）は、操向用モータ（Ｍ２）
にて、夫々左右を一対として、前後で各別に操向するよ
うに構成されている。

前記操向用モータ（Ｍｚ）による操向操作構成について
説明すれば、第８図に示すように、前記走行車輪（１１
）を支持する支持部材（１２）の夫々が、縦軸芯周りに
陽動自在に支承され、前記支持部材（１２）の上端部に
、前記縦軸芯周りの前記走行車輪（１１）の揺動に連動
して回動する回転体（１３）の夫々が取り付けられ、そ
れら回転体（１３）の夫々を左右で繋ぐリンク部材（１
４）が設けられ、もって、前記走行車輪（１１）が、左
右を一対として向き変更するようになっている。

前記左右の回転体（１３）の一方の外周には、前記操向
用モータ（ＭＺ）にて駆動される操向用ギヤ（１５）に
咬合するギヤ部が形成されている。

尚、図中、（１６）は前記操向用モータ（Ｍ２）と前記
操向用ギヤ（１５）と連係させるためのギヤ式の伝動部
、（Ｓ２）は前記走行車輪（１１）の現在の操向角を検
出するためのポテンシジメータ利用の操向角検出用セン
サである。

そして、後述の如く、各作業行程では、車体進行方向に
対して前方側となる左右一対の走行車輪（１１）のみを
操向する２輪ステアリング形式を用いると共に、次の作
業行程に移動する際には、前記走行車輪（１１）の全て
を同位相で且つ同角度に走行する平行ステアリング形式
で幅寄せ走行させ、次の通路等に移動させる場合には、
前記平行ステアリング形式と前記左右一対の走行車輪（
１１）の前後が逆位相で且つ同角度となるように操向す
る４輪ステアリング形式を用いるようにしである。

尚、前記作業車（Ｖ）は、通路長手方向に対する車体の
向きを変えることなく、−行程毎に前後進を繰り返して
走行させるようにしである。

従って、各作業行程では、前記作業車（Ｖ）が前記設定
走行軌跡（ｍ）に沿って自動走行するように、前記設定
走行軌跡（ｍ）に対する検出ずれ情報に基づいて、目標
操向角（θｆ）を設定して、走行前方側となる左右一対
の走行車輪（１１）を、２輪ステアリング形式で操向制
御するようにしである。

尚、前記目標操向角（θｆ）は、下記（ｉｉｉ）式を用
いて、前記車体横幅方向でのずれ（χ）の値と長さ方向
に対する傾きのずれ（ψ）の値の夫々が大なるほど大な
る値となるようにしである。

θｆ＝α、・χ＋α２・ψ＋α、・β　・・・・・・（
ｉｆ）但し、上記（ｉｎ）式において、α１．α２．α
３は操向特性に応じて予め設定した定数、βは前記操向
角検出用センサ（Ｓ２）にて検出される前記走行車輪（
１１）の現在の操向角の値である。

つまり、上記（ｉｉｉ）式に基づいて目標操向角（θｆ
）を設定して、車体進行方向に対して前方側となる左右
一対の走行車輪（１１）を操向操作する処理が、操向制
御手段（１０１）に対応することになる。

その他の前記作業Ｉｔ　（Ｖ）に装備されるセンサ類に
ついて説明すれば、第７図に示すように、前記作業車（
Ｖ）の前後左右の夫々の側面部には、車体の周囲にある
障害物を非接触に検出する超音波センサ（Ｓ、）と、車
体に他物が接触するに伴って非常停止させるためのバン
パー型の接触センサ（Ｓ４）とが設けられている。又、
前記作業車（Ｖ）が階段等の段差がある箇所で落下しな
いようにするために、車体下部の前記走行車輪（１１）
よりも車体外側となる箇所の夫々に、床面までの距離が
設定値内にあるか否かを非接触に検出する超音波センサ
利用の段差センサ（５５）が設けられている。

尚、第７図中、（１７）は清掃用の回転ブラシ、（１８
）は車体前後の夫々に設けられた吸水装置である。

前記作業車（Ｖ）を自動走行させるための制御構成につ
いて説明すれば、第９図に示すように、マイクロコンピ
ュータ利用の制御装置（１９）が設けられ、前記前後２
組のビーム光投射装置（Ｂ）の夫々に設けられたエンコ
ーダ（７）にて検出される走査角度情報や受光器（Ｓ１
）の受光情報、各種センサによる検出情報、及び、前記
光反射テープ（Ｃ）に対する距離（Ｌ）や各設定走行軌
跡（ａ）の位ｆ　（Ｄ）等の予め設定記憶された各種走
行制御情報に基づいて、前記走行用モータ（Ｍ１）や操
向用モータ（Ｍりを自動的に作動させるように構成され
ている。

尚、図中、（２０）は前記回転ブラシ（１７）の駆動装
置、（２１）は前記走行用モータ（Ｍ、）の夫々の回転
を各別に検出するためのロータリーエンコーダ、（２２
）は前記作業車（Ｖ）を自動走行させる通路夫々におけ
る作業行程数等の各種走行制御、情報を設定入力するた
めの操作パネルである。

ところで、詳述はしないが、前記作業車（Ｖ）を手動操
作で走行させる場合には、前記操作パネル（２２）に設
けられることになる各種操作用レバーやスイッチを手動
操作することになる。

次に、第１０図に示すフローチャートに基づいて、前記
制御装置（１９）の動作を説明しながら、前記作業車（
Ｖ）の自動走行について詳述する。

第１図にも示すように、先ず、前記作業車（Ｖ）を通路
の一つの角部に設定されたスタートボイン）　（ＳＴ）
に位置させると共に、前記操作パネル（２２）を利用し
て、各種走行制御情報を設定入力することになる。

各種走行制御情報を設定入力した後は、走行する作業行
程数等に基づいて、前記ビーム光投射装置（Ｂ）による
前記誘導用ビーム光（八）の基準走査角度（θｎ）を設
定すると共に、前記作業車（Ｖ）が設定速度で走行する
ように、前記走行車輪（１１）を設定速度で回転駆動し
て、走行開始させることになる。

走行開始後は、前記車体前後の夫々に設けられたビーム
光投射装置（Ｂ）によって、誘導用ビーム光（Ａ）を前
後で各別に走査しながら、前記受光器（Ｓ１）が前記光
反射テープ（Ｃ）からの反射光を受光する毎に、各作業
行程における前記設定走行軌跡（ｉｎ）に対する車体横
幅方向でのずれ（χ）と傾きのずれ（ψ）の両方を求め
るずれ検出処理を行うと共に、その検出情報に基づいて
目標操向角（θｆ）を設定して操向操作する操向制御の
処理を繰り返し実行することになる。

但し、前記作業行程の終端部には、前記光反射テープ（
Ｃ）の二本が車体横幅方向に並ぶ状態で付設しであるこ
とから、前記作業車（Ｖ）が作業行程の終端部に達する
と、前記受光器（Ｓ１）は、前記誘導用ビーム光（Ａ）
を−面走査する間に、二面反射光を受光する状態となる
。

そこで、前記受光器（Ｓ１）が前記−走査周期内に二面
受光したか否かに基づいて、作業行程の終端部に達した
か否かを判別させるようにしである。

作業行程の終端部に達したことを判別するに伴って、走
行停止すると共に、予め設定入力された情報に基づいて
、全作業行程を走行したか否かを判別して、全作業行程
を走行している場合には、作業終了することになる。

作業終了でない場合には、前述の如く、平行ステアリン
グ形式で前後進を繰り返させることにより、作業幅分に
対応する距離を幅寄せ移動させて次の作業行程に移動さ
せた後、前後進を切り換えて、次の作業行程における自
動走行を開始させることになる。

〔別実施例］ 上記実施例では、作業行程の終端部に光反射テープ（Ｃ
）の二本を並べて付設して、操向制御用の受光情報を利
用して、作業行程の終端部に達したか否かを判別させる
ようにした場合を例示したが、例えば、前記障害物検出
用の超音波センサ（Ｓ３）を利用して、車体進行方向前
方側に位置する通路の壁面に対する距離を検出させて、
作業行程の終端部に達したか否かを検出させるようにし
てもよく、作業行程の終端部に達したことを検出するた
めの手段の具体構成は、各種変更できる。

又、上記実施例では、車体進行方向に対して前方側とな
る走行車輪（１１）のみを操向する２輪ステアリング形
式で操向させるようにした場合を例示したが、例えば、
車体横幅方向でのずれ（χ）の修正は、平行ステアリン
グ形式で行わせ、そして、傾きのずれ（ψ）の修正は、
４輪ステアリング形式で行わせるようにしてもよい。又
、ビーム光投射装置（Ｂ）の１組のみを用いて、車体横
幅方向でのずれ（χ）のみを検出させて、操向するよう
にしてもよく、ずれ検出手段（１００）及び操向制御手
段（１０１）の具体構成は各種変更できる。

又、本発明は、清掃用の作業車以外の各種の作業車に適
用できるものであって、各部の具体構成は各種変更でき
る。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るビーム光利用の作業！誘導装置の実
施例を示し、第１図は作業行程の概略平面図、第２図は
同正面図、第３図は同側面図、第４図は光反射テープの
拡大断面図、第５図はビーム光投射手段の正面図、第６
図は同側面図、第７図は作業車の概略斜視図、第８図は
操向操作構成の概略斜視図、第９図は制御構成のブロッ
ク図、第１０図は制御作動のフローチャ−トである。 （Ａ）・・・・・・誘導用ビーム光、　（Ｂ）・・・・
・・ビーム光投射手段、（Ｃ）・・・・・・帯状の光反
射体、（Ｖ）・・・・・・作業車、（Ｓυ・・・・・・
受光手段、（θ）・旧・・走査角度、（１００）・・・
・・・ずれ検出手段、（１０１）・旧・・操向制御手段
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光をその入射方向に向けて反射する帯状の光反
   射体（Ｃ）が、作業車（Ａ）が走行する設定走行軌跡の
   長さ方向に沿って、前記作業車（Ａ）の走行経路の上方
   側箇所となる地上側に付設され、前記作業車（Ａ）には
   、誘導用ビーム光（Ａ）を車体横幅方向に沿って走査し
   ながら、車体上方側に投射するビーム光投射手段（Ｂ）
   と、前記光反射体（Ｃ）による前記誘導用ビーム光（Ａ
   ）の反射光を受光する受光手段（Ｓ＿１）と、その受光
   手段（Ｓ＿１）が前記誘導用ビーム光（Ａ）の反射光を
   受光した時点における前記誘導用ビーム光（Ａ）の走査
   角度（θ）の情報に基づいて、前記設定走行軌跡に対す
   るずれを検出するずれ検出手段（１００）と、そのずれ
   検出手段（１００）の検出情報に基づいて、前記作業車
   （Ａ）が前記設定走行軌跡に沿って自動走行するように
   操向制御する操向制御手段（１０１）とが設けられてい
   るビーム光利用の作業車誘導装置。 ２、前記ビーム光投射手段（Ｂ）及び前記受光手段（Ｓ
   ＿１）の２組みが、車体前後方向に設定間隔（Ｌａ）を
   隔てて設けられ、前記ずれ検出手段（１００）は、前記
   受光手段（６）の２組みの夫々が前記反射光を受光した
   時点における走査角度（θ）の情報と前記設定間隔（Ｌ
   ａ）の情報とに基づいて、前記設定走行軌跡の長さ方向
   に対する作業車の傾きのずれをも検出するように構成さ
   れ、前記操向制御手段（１０１）は、前記設定走行軌跡
   に対する車体横幅方向のずれと前記設定走行軌跡の長さ
   方向に対する傾きのずれの両方を零に近づけるように、
   前記ずれ検出手段（１００）の検出情報に基づいて、操
   向制御するように構成されている請求項１記載のビーム
   光利用の作業車誘導装置。