JPH0394310A - 受光装置並びに該受光装置を用いた位置検出装置及び該位置検出装置を用いた走行ロボット誘導装置 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は位置検出装置並びに該装置に用いる受光装置、
及び位置検出装置を用いた走行ロボット誘導装置に関し
、詳しくは、搬送用ロボットや移動しながら作業する農
業用ロボット等の走行ロボットを誘導制御するために、
走行ロボットの移動位置を検出する位置検出装置及びこ
の位置検出装置に用いられる受光装置、更に、前記位置
検出に基づく走行ロボットの誘′導制御装置に関するも
のである。

（従来の技術〉 現在、機械化と同時に自動化の要求が高まりつつあり、
搬送用や農業用などの走行ロボ−／　｝をコンピュータ
制御により移動させつつ作業させることが試みられよう
としている。

この場合、走行ロボットを予め設定されたコースに従っ
て移動させるためには、走行ロボフトの現在位置を常時
確認しつつ誘導する必要があり、従来では、以下のよう
な誘導制御装置が用いられていた。

即ち、ガイドレールや路面に記した誘導標識などの外部
誘導設備によりコースに沿った移動を行わせるものや、
地磁気やジャイロコンパスを基準として移動位置を検出
しつつ移動させるもの、更には、超音波等により基準位
置からの距離を計測して位置検出しつつ移動させるもの
などがある。

く発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、ガイドレールなどで誘導するものでは、
予めコースに沿ってガイドレールなどを設ける必要があ
り装置が大掛かりとなって野外の作業に不向きであり、
また、柔軟性と汎用性に欠けるという欠点がある。また
、地磁気によって位置検出するものでは精度が低く、ジ
ャイロコンパスを常時安定な規準とするためには装置が
高価となってしまう。

更に、超音波を利用して距離を測定して位置検出を行わ
せるものでは、超音波の発信源から例えば数１００ｍの
距離範囲で位置を検出させようとすると、野外では風の
影響等で誤差が生じ、必要精度を確保することが困難で
あるという問題がある。

かかる問題点を解消し得る装置として、距離が既知の基
準線とロボットとがなす三角形を想定し、前記基準線両
端の底角をレーザー光によって測定することにより、ロ
ボットの位置座標を前記基準線を基準として検出する位
置検出装置が種々提案されており、本出願人もこの種の
位置検出装置を先に提案している（特願昭６３−２１０
８１８号参照）。

しかしながら、かかる従来のものでは、検出した位置座
標の時間変化によってロボットの移動方向が特定できる
ものの、瞬時でのロボットの移動方向（ロボット正面方
向）が特定できず、滑らかに指定コースに沿って誘導制
御することが困難であったりロボットの移動開始時など
に予期せぬ方向へとロボットが動き出してから修正する
制御が行われるなどの問題があると共に、レーザー光を
パルスコード化して行われる直接検波式の情報伝達法で
は情報量及び情報伝送速度の増大が望めないなどの問題
がある。

本発明は上記要望に応えるべくなされたものであり、作
業内容や移動コース等を記憶し特に屋外等の数１００ｍ
範囲のスペースで自走する走行ロボットを誘導制御する
に当たり、基準２地点からレーザー光を介して伝送され
る基準方向に対する角度情報と基準２地点間の距離とに
基づきロボットの位置を“検出することにより、走行ロ
ボ７トの自己位置を常時検出できる位置検出装置を提供
すると共に、レーザー光を介する角度情報の伝送法を改
善して伝送速度と受信感度を向上させ、更に、前記位置
検出装置を用いて行われる走行ロボットの誘導制御法を
改善して指定コースに近似して滑らかな誘導が行えるよ
うにすることを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、受光装置を一体に備えた走行ロボ
ットと、基準方向に対する角度情報で変調したレーザー
光を走査して走行ロボットの受光装置に照射する発光装
置と、受光装置で受光されたレーザー光から角度情報を
読み出す角度情報読み出し手段と、を備え、レーザー光
を搬送波とするレーザー光通信によって伝送された角度
情報を基に走行ロボットの位置検出を行うようにして位
置検出装置を構或した。

ここで、第１図実線示のように、予め間隔が測定された
所定の２地点Ｐ，Ｑに発光装置をそれぞれ設け、これら
の２地点Ｐ．Ｑを結ぶ線Ｐ−Ｑを基準として、走行ロボ
ットＲと基準線Ｐ−Ｑとがなす角度∠ＲＰＱ及び∠ＲＱ
Ｐの角度情報を前記角度情報読み出し手段で読み出し、
これらの２角を底角としＰ−Ｑを底辺とする三角形の頂
点Ｒを演算することにより、走行ロボットの位置座標を
演算する位置座標演算手段を設けることにより、２地点
Ｐ，Ｑを基準とする走行ロボットの位置が検出される。

また、前記発光装置は、基準位置を軸に走行ロボットの
活動平面に対して略平行に３６０゜レーザー光を回転走
査するものであることが好ましい。

また、上記のような位置検出装置に用いられる第１の受
光装置として、横断面が凸レンズ形状をなす複数の柱状
凸レンズそれぞれの光軸が所定の中心軸に略交わるよう
に側方に並設して円筒状を形或すると共に、複数の柱状
凸レンズで集められた光をそれぞれ個別に受光する受光
素子を設けて構成した。

上記受光装置における受光素子は、前記複数の柱状凸レ
ンズの内側の集光部それぞれに沿って複数の受光面を凸
レンズ側に向けて並設してなる光ファイバー群を含んで
構或することが好ましい。

また、前記受光素子で検出された複数の柱状凸レンズ毎
の光量の円周方向での差異に基づいて受光装置に対する
光源の方向を検出する方向検出手段を含む構成としても
良い。

更に、第１図で実線及び点線で示すように、上記のよう
な方向検出手段を含む第１の受光装置を一体に備えた走
行ロボットと、一定間隔の所定２地点にそれぞれ配設さ
れ基準方向に対する角度情報を付与したビーム光を走査
して前記走行ロボットの受光装置に照射する２つの発光
装置と、前記受光装置の受光素子で受光される２つのビ
ーム光からそれぞれ角度情報を読み出す角度情報読み出
し手段と、前記読み出された２つの角度情報と前記２地
点間の距離とに基づいて前記２地点を基準とする走行ロ
ボットの位置座標を演算する位置座標演算手段と、前記
受光装置における方向検出手段で検出される２つの発光
装置の方向の少なくとも一方に基づき、前記位置座標演
算手段で演算された位置座標における走行ロボットの正
面方向を演算する正面方向演算手段と、を設けて位置検
出装置を構成した。

また、位置検出装置に用いられる第２の受光装置として
、ラッパ形のハーフミラーと、このラッパ形のハーフミ
ラーの中心軸部分に設けられハーフミラーを通過した光
を受光する受光素子からなる通過光受光部と、円周方向
に複数の受光素子を放射状に並設して円板状に形成され
て前記ラッパ形のハーフミラーの先細り基端部の外周に
同軸に配設され、ハーフミラーの外周壁で反射した光を
受光する反射光受光部と、を設けて構成した。

ここで、反射光受光部を構成する円周方向に放射状に並
設された複数の受光素子それぞれを、人射光量に応じた
電荷を蓄積する電荷蓄積形光センサで構或することが好
ましい。

また、反射光受光部を構成する受光素子を電荷蓄積形光
センサで構成したときには、少なくとも受光装置に対し
て光が次に照射されるまでの間隔時間において反射光受
光部を構或する電荷蓄積形光センサそれぞれに蓄積され
た電荷を順次共通出力線上に転送させるよう構或すれば
良い。

更に、反射光受光部が、受光した光の円周方向での光量
差に基づいて受光装置に対する光源の方向を検出する方
向検出手段を含む構或としても良い。

ここで、第１図で実線及び点線で示すように、前記方向
検出手段を含んで構成され通過光受光部と反射光受光部
とを備えた前記第２の受光装置を一体に備えた走行ロボ
ットと、一定間隔の所定２地点にそれぞれ配設され基準
方向に対す、る角度情報を付与したビーム光を走査して
前記走行ロボットの受光装置に照射する２つの発光装置
と、受光装置の通過光受光素子で受光された２つのビー
ム光からそれぞ．れ角度情報を読み出す角度情報読み出
し手段と、前記読み出された２つの角度情報と前記２地
点間の距離とに基づいて前記２地点を基準とする走行ロ
ボットの位置座標を演算する位置座標演算手段と、受光
装置の反射光受光部における方向検出手段で検出される
２つの発光装置の方向の少なくとも一方に基づいて前記
位置座標演算手段で演算された位置座標における走行ロ
ボットの正面方向を演算する正面方向演算手段と、を設
けて位置検出装置を構成した。

また、第１及び第２の受光装置おいて方向検出手段を含
んで構或する場合に、円周方向それぞれで受光した光量
と所定の光量とを比較し、前記所定の光量を下回る光量
を無効として受光装置に対する光源の方向を検出させる
光量レベル制限手段を設けることが好ましい。

更に、前記所定の光量を越える光量となった受光素子群
の両端を求め、その両端の受光素子で挟まれる中心方向
を受光装置に対する光源の方向として検出させるよう構
成しても良い。

上記のように本発明にかかる第１及び第２の受光装置を
用いた位置検出装置において、発光装置により走査され
るビーム光がレーザー光であり、このレーザー光を搬送
波とするレーザー光通信により角度情報の伝送を行うよ
う構成しても良い。

更には、前記レーザー光を搬送波とするレーザー光通信
としてコヒーレント通信を用いることが好ましい。

一方、走行ロボットの位置を検出する位置検出装置を備
え、該位置検出装置で検出された位置に基づいて走行ロ
ボットの移動を誘導する走行ロボット誘導装置を構成す
るに当たり、予め設定された走行ロボットの移動平面上
の複数の移動通過点を連続的に結んだ指定コースと、検
出された走行ロボットの位置とを比較し、前記指定コー
スに対する実際の移動軌跡の差が最小となるように駆動
系をフィードバック制御して軌道修正する軌道修正手段
を含んで構成するようにした。

ζこて、前記走行ロボットの移動平面上の複数の移動通
過点を滑らかな曲線で結んで走行ロボットの移動指定軌
跡を設定することが好ましく、複数の移動通過点を結ぶ
滑らかな曲線はスプライン関数を用いて設定しても良い
。

また、同様な走行ロボット誘導装置として、走行ロボッ
トの全活動平面を、交差する線で格子状に一定の大きさ
に区切って複数のスロットを設定し、このスロットを走
行ロボットの誘導制御における位置情報の最小単位とし
て用いるよう構成した。

ここで、前記複数のスロットをそれぞれ２次元の番地で
区別するよう構成し、指定コースは前記スロットのうち
の特定のものを連接する形で設定し、走行ロボットの移
動に伴って検出された走行ロボットの位置が含まれるス
ロットの番地と、指定コースに設定されたスロットのう
ちの走行ロボットから近傍位置のスロットの番地とを比
較することにより、指定コースのスロットに対する走行
ロボットが位置するスロットの差を減少させるように駆
動系をフィードバック制御するスロット単位軌道修正手
段を含んで構或しても良い。

また、走行ロボットの正面方向を検出し、走行ロボット
の移動に伴って検出された走行Ｑボットの位置が含まれ
るスロットの番地と、指定コースに設定されたスロット
のうちの走行ロボットから近傍位置のスロットの番地と
を比較すると共に、指定コースに設定されたスロットの
うちの走行ロボットから近傍位置のスロットの進行方向
角と検出された走行ロボットの正面方向とを比較し、指
定コースに対するスロット位置及び角度の差を減少させ
るように走行ロボットの駆動系をフィードバック制御す
る位置・方向較正軌道修正手段を含んで構成しても良い
． 上記走行ロボット誘導装置に備えられる位置検出装置と
しては本発明にかかる受光装置を用いた位置検出装置を
用いても良い。

また、走行ロボットを走行ロボットの誘導制御における
位置情報の最小単位として用いる場合には、前記スロッ
ト毎に、位置検出の基準地点に対する位置情報と、当該
スロット位置における所定の動作諸元とを記憶する位置
及び動作諸元記憶手段を設けて構成しても良い。

く作用〉 発光装置は、基準方向に対する角度情報で変調したレー
ザー光を走査し、走行ロボットに一体に備えられている
受光装置に前記レーザー光を照射する。受光装置によっ
て受光されたレーザー光からは、角度情報読み出し手段
により角度情報が読み出され、この角度情報を基に走行
ロボットの位置検出がなされるが、角度情報はレーザー
光を搬送波とするレーザー光通信により伝送される。

走行ロボットの位置検出としては、予め間隔が測定され
た所定の２地点Ｐ，Ｑに前記発光装置をそれぞれ設けて
おき、前記２地点Ｐ，Ｑを結ぶ線Ｐ−Ｑを基準として、
走行ロボットＲと基準線Ｐ一Ｑとがなす角度ｌＲＰＱ及
び∠ＲＱＰの角度情報を角度情報読み出し手段で読み出
し、これらの２角を底角としＰ−Ｑを底辺とする三角形
の頂点Ｒを演算することにより、走行ロボットの位置座
標が演算される。

前記発光装置は、前述のようにレーザー光を受光装置に
照射するものであるが、基準位置を軸に走行ロボットの
活動平面に対して略平行に３６０″′レーザー光を回転
走査するものとすることで、移動する走行ロボットの受
光装置に対して間欠的にレーザー光を照射させることに
なる。

このような位置検出装置において走行ロボットに一体に
備えられる第１の受光装置として、まず、横断面が凸レ
ンズ形状をなす複数の柱状凸レンズを、それぞれの光軸
が所定の中心軸に略交わるように側方に並設することに
より円筒状に形成する一方、このようにして円周方向に
並べられた複数の柱状凸レンズそれぞれで集められた光
を、個別に受光する受光素子を設けて受光装置を構成し
、円筒状に形成された複数の柱状凸レンズ群の外側から
照射された光は、いずれかの柱状凸レンズで集光されて
受光素子で捉えれらるようにした。

ここで、複数の柱状凸レンズそれぞれで集められた光を
個別に受光する受光素子が、複数の柱状凸レンズの内側
の集光部それぞれに沿って複数の受光面を凸レンズ側に
向けて並設してなる光ファイバ一群を含んで構成するよ
うにすれば、１つの柱状凸レンズで該レンズの延設方向
に沿って集光される光は、付設された光ファイバー群で
捉えられるため、光ファイバー群毎、換言すれば　柱状
凸レンズ毎の光を、光ファイバーで案内して検出器へ送
ることができ、上記レーザー光通信にも対応し得る。

また、円筒状に並べられた柱状凸レンズそれぞれにおけ
る光が個別に受光されるから、光源に向いている側の光
量が大となるはずであり、方向検出手段は、光量の円周
方向での差異に基づいて受光装置に対する光源の方向を
検出する。

このようにして構成される第１の受光装置を用いた位置
検出装置においては、一定間隔の所定２地点にそれぞれ
配設された発光装置それぞれが、基準方向に対する角度
情報を付与したビーム光を走査して走行ロボットに一体
に備えられた前記受光装置に照射させる。受光装置では
、照射されたビーム光を円筒状に並べられた複数の柱状
凸レンズのいずれかで集光し、該集光した光から角度情
報読み出し手段が、２地点それぞれを基準とする角度情
報を読み出し、位置座標演算手段は、この読み出した，
２つ角度情報と、２地点間の距離とに基づき、走行ロボ
ットの座標位置を２地点を底辺とする三角形の頂点位置
として演算する．また、前記受光装置は、円周方向それ
ぞれで光量を検出して光源の方向を検出できるから、正
面方向演算手段は少なくとも一方の発光装置の方向を基
準として走行ロボットの正面方向を演算する．このよう
にして、２地点を基準とする走行ロボットの位置と、そ
の位置における走行ロボットの正面方向とが検出される
ものである。

また、本発明にかかる第２の受光装置として、ラッパ形
のハーフミラーの中心軸部分に設けられて、軸に略直交
する方向からの光のうち前記ノ＼一フミラーを通過した
光を受光する通過光受光部を備える一方、前記ハーフミ
ラーの外壁で反射した光を円周方向それぞれで検出すべ
く、円周方向に複数の受光素子を放射状に並設して円板
状に形成されてラッパ形のハーフミラーの先細り基端部
の外周に同軸に配設される反射光受光部を設けて受光装
置を構成し、ラッパ形のハーフミラーにより２つの受光
部それぞれで光源からの光を受光できるようにした。

ここで、ラッパ形のハーフミラーにより反射される光を
受光する反射光受光部としては、入射光量に応じた電荷
を蓄積する電荷蓄積形光センサを円周方向に並べたもの
として構或すれば良く、この場合、少なくとも受光装置
に対して光が次に照射されるまでの間隔時間において反
射光受光部を構或する電荷蓄積形光センサそれぞれに蓄
積された電荷を順次共通出力線上に転送させるよう構成
すれば、円周方向それぞれで検出された光量を光の照射
間隔においてシリアルデータとして順番に取り出して、
方向検出手段により円周方向での光量偏差を簡便に検出
して受光装置に対する光源の方向を検出できる． また、上記のようなラッパ形のハーフミラーを用いた第
２の受光装置を一体に走行ロボットに備えて構成される
位置検出装置では、前述の位置検出装置同様、２地点に
角度情報が付与されたビーム光を走査する発光装置を設
け、ハーフミラーを通過して通過光受光部で受光された
ビーム光から角度情報読み出し手段が２つの角度情報を
読み出し、この２つの角度情報と２地点の距離とに基づ
き位置座標演算手段が走行ロボットの位置座標を三角形
の頂点位置として検出する。

また、ハーフ主ラーで反射したビーム光は、円周方向に
複数の受光素子を並べて構成される反射光受光部で受光
され、反射位置に応じて円周方向での検出光量レベルが
違うから発光装置（光源）の方向を検出でき、これによ
って正面方向演算手段はいずれか一方の発光装置の方向
を基準として走行ロボットの正面方向を特定する。

このように、通過光受光部では、ビーム光に付与されて
いる角度情報の読み出しのための受光を行い、反射光受
光部では、円周方向それぞれで反射光の光量レベルを検
出して、ビーム光（光源）の方向を検出する。

ところで、上記のように、柱状の凸レンズを並べて円筒
状に形成した第１の受光装置における光源方向の検出や
、第２の受光装置におけるラフパ形のハーフミラーの反
射光検出による光源方向検出において、円周方向での検
出光量レベルの差によって光源の方向を検出しようとす
る場合、光量レベル制限手段は、円周方向それぞれで受
光した光量と所定の光量（しきい値〉とを比較し、前記
所定の光量を下回る光量を無効として受光装置に対する
光源の方向を検出させることにより、散乱光によって光
源方向の検出精度が低下することを防止する。

また、このようにして散乱光の影響を排除した上で、光
源の方向を検出するに当たっては、前記所定の光量を越
える光量となった受光素子群の両端を求め、その両端の
受光素子群で挾まれる中心方向を受光装置に対する光源
の方向として検出すれば、所定光量を越える光量範囲が
所定の角度をもっていても、光源方向を特定できる。

上記のように、本発明にかかる第１及び第２の受光装置
を用いた位置検出装置においては、発光装置により走査
され受光装置に照射されるビーム光をレーザー光とし、
かつ、このレーザー光を搬送波とするレーザー光通信、
特にコヒーレント通信により角度情報の通信を行うよう
構或すれば、応答性の確保と正確な情報伝送が可能とな
る。この場合、ラッパ形ハーフミラーを用いた受光装置
においては通過光受光部が、集光レンズと光ファイバー
とから構成されるようなレーザー光通信の受信可能な構
成とすれば良い。

ところで、上記のような位置検出装置が提供されれば、
該位置検出装置によって走行ロボットの位置を検出しつ
つ、走行ロボットを検出位置に基づいて誘導する走行ロ
ボット誘導装置を構成することができるが、ここで、軌
道修正手段は、予め設定された走行ロボットの移動平面
上の複数の移動通過点を連続的に結んだ指定コースと、
位置検出装置で検出された走行ロボットの実際の位置と
を比較し、前記指定コースに対する実際の移動軌跡との
差が最小となるように、即ち、指定コースに対して実際
の軌跡を滑らかに合わせるように、走行ロボットの駆動
系をフィードバック制御して軌道修正し、指定コースに
沿ってロボット等の走行ロボットが移動するように誘導
制御する。

ここで、前記複数の移動通過点を、スプライン関数等を
用いて滑らかな曲線で結んで走行ロボットの移動指定軌
跡を設定できる。

また、走行ロボットの全活動平面を、交差する線で格子
状に一定の大きさに区切って複数のスロットを設定し、
このスロットを走行ロボットの誘導制御における位置情
報の最小単位として用いるよう構成することで、これら
のスロットをそれぞれ２次元の番地で区別するよう構成
すると共に、指定コースは前記スロットのうちの特定の
ものを連接する形で設定できる。そして、スロット単位
軌道修正手段は、走行ロボットの移動に伴って検出され
た走行ロボットの位置が含まれるスロットの番地と、指
定コースに設定されたスロットのうちの走行ロボットか
ら近傍位置のスロットの番地とを比較することにより、
指定コースのスロットに対する走行ロボットが位置する
スロットの差を減少させるように駆動系をフィードバッ
ク制御する。

また、位置・方向較正軌道修正手段は、走行ロボットの
移動に伴って検出された走行ロボットの位置が含まれる
スロットの番地と、指定コースに設定されたスロットの
うちの走行ロボットから近傍位置のスロットの番地とを
比較し、かつ、指定コースに設定されたスロットのうち
の走行ロボットから近傍位置のスロットの進行方向角と
検出された走行ロボットの正面方向とを比較し、指定コ
ースに対するスロット位置及び角度の差を減少させるよ
うに走行ロボットの駆動系をフィードバック制御する。

ここで、上記走行ロボット誘導装置に用いる位置検出装
置としては、本発明にかかる受光装置を備えたものを用
いても良く、また、スロット単位で走行ロボットを誘導
制御するときには、スロット毎に、位置検出の基準地点
に対する位置情報と、当該スロット位置における所定の
動作諸元とを記憶する位置及び動作諸元記憶手段を設け
ることにより、スロット単位で走行ロボットの動作諸元
を設定できる。

く実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

本実施例では、通常のトラクタ程度のものから、幅，長
さ，高さとも１０ｃｍ程度の超小型精密野外作業用の完
全無人のものなどの野外作業ロボットを対象とし、該野
外作業ロボット（走行ロボット〉が縦・横それぞれ３０
０ｍ位の略平坦なフィールド（農場等）内を、予め定め
られた指定コース通りに略一定速度（例えば１　ｍ／ｓ
）で自動的に走行しながら所定の作業をさせるものとす
る。尚、本実施例では、走行ロボットの操舵方向を移動
方向とし、また、操舵方向とは無関係にロボット先頭が
向いている方向を正面方向と定義して用い、本実施例に
おける位置検出装置は位置並びに前記正面方向を検出す
るものである。

かかる自動走行のために、本発明にかかる位置検出装置
及び該位置検出装置に用いられる受光装置、更に、走行
ロボット誘導装置が備えられており、以下にその実施例
を図面に基づいて説明する。

本発明にかかる位置検出装置の一実施例の基本構成を示
す第２図において、フィールド中の走行ロボットＲの作
業の妨害とならない場所に相互間隔が精密に測定された
２つ基準点Ｐ．Ｑを設定し、該２つ基準点Ｐ，Ｑそれぞ
れに発光装置としてのレーザー信号制御装置１．２が備
えられている。

今、Ｐ地点を原点とし、Ｐ地点とＱ地点とを結ぶ直線方
向をＸ軸（基準方向）、原点を通ってＸ軸と直角な方向
をＹ軸として説明する。

農業用トラクタ等の走行ロボット３　（Ｒ）は、Ｘ軸方
向Ｐ，　Ｑ間の範囲内にあって、Ｙ軸方向に基準直線Ｐ
−Ｑから所定距離の範囲内を、所定の指定コースに沿っ
て誘導制御され、移動しながら所定の作業を行う。前記
走行ロボット３は、モーターによって一体構造の車輪と
ハンドルとが駆動されるようになっている。

前記レーザー信号制御装置１．　　２は、第３図及び第
４図に示すように、本体１１内に組込まれ、レーザー発
振器１２から出されるレーザー光は角度情報の伝送に必
要な変調を受けた後、サーボモータ１３に直結した回転
果ラー１４を使用して、水平面内を３６０６回転走査す
るよう構成されている。尚、レーザー光を水平方向に３
６００回転走査させるのは、走行ロボット３の活動平面
が水平である場合であり、傾斜地などではかかる傾斜面
に平行にレーザー光を走査させるように構或する。

２地点Ｐ，Ｑの回転レーザー光は、それぞれ基準線Ｐ−
Ｑとなす角度で変調されるが、互いに相手のレーザー光
をＰＩＮダイオードからなる１５で受信し、そのタイミ
ングを相手に報知する電波発信器１８と受信器１９とを
備えており、回転の都度に較正して角度計測の始点の決
定と、Ｐ，Ｑを軸として回転走査される２本のレーザー
光が定位相．定速度の回転をするようにしている。基準
線Ｐ−Ｑとのなす角度計測の零点（又は１８０゜点）較
正のために、Ｐ，Ｑそれぞれに反射鏡を設けて、相手側
で反射された自己のレーザー光の受信時を較正用として
用いて、前記角度計測の較正を簡易化する場合もある。

このようにして、Ｐ，Ｑ２点のレーザー光は、零点（又
は１８０＠点）をリセットして、その後レーザー光が単
位回転角だけ回転する毎に内容を更新し、角度精度の要
求に応じて直接送受方式やコヒーレント送受方式などの
適宜な方法でレーザー通信を実行する（島田禎晋　監修
　「コヒーレント光通信Ｊ　　１９８８年電子通信学会
発行等参照のこと）。

尚、レーザー光を変調する角度情報は、後述する移動通
過点に基づき指定コースを設定する場合には０．００１
　”程度の分解能が必要となるが、５ｃｍ四方のスロッ
トを最小単位として誘導制御する場合には、０．００６
８　’程度で充分な精度が得られる。

一方、走行ロボット３の略中央には、ボール２１が立て
られ、該ボール２１の先端には回転走査レーザー光の受
光装置２２が装着されている．前記受光装置２２は、基
準の２地点Ｐ，Ｑを軸として水平方向に回転走査されて
該受光装置２２に照射されたレーザー光を復調して角度
情報を読み出す角度情報読み出し手段としての回路を後
述するように備え、走行ロボット３には、該２つの角度
情報と予め記憶された２地点Ｐ，Ｑ間の距離Ｌとからロ
ボット３自身の位置座標Ｒ　（Ｘ．Ｙ）を演算するため
の位置座標演算手段としての回路と、検出された位置に
基づいてロボット３を指定コース上に沿って走行させる
ための誘導制御回路、その他、走行ロボット３による作
業を制御するための回路等が内蔵されている． ここで、前記位置座標演算回路における基本的な演算法
を説明すると、走行ロボッ｝３（Ｒ）と基準線Ｐ−Ｑが
なす∠ＲＰＱと∠ＲＱＰの角度信号を前記レーザー光か
ら読み出し、これらの２角を底角とし、Ｐ−Ｑを底辺と
する三角形の頂点Ｒを演算することにより、走行ロボッ
ト３の２地点Ｐ，Ｑを基準とする座標位置が演算される
。

尚、レーザー信号制御装置１．　　２が配置される基準
の２地点Ｐ，Ｑで走査されるレーザー光の回転速度は、
例えば走行ロボット３の最大移動速度を約１ｍ＋／ｓ，
゜位置決め精度を５ａｌとすれば、少なくとも走行ロボ
ット３が５ａｍ進む毎に較正信号を与える必要があるか
ら、１秒間に進む距離１００ｃｍ／精度５ａａ＝２０で
１秒間に約２０回以上の較正信号を与えられるように２
０ｒｐｓ　（１２０Ｏｒｐｍ＋）以上が必要となり、ま
た、位置決め精度が約０．７　０！ｍであるときには、
１秒間に約１４３回程度の較正信号が必要となりレーザ
ー光の回転速度は１４３ｒｐｓ　（８５８０ｒｐｎ＋）
以上必要となる。

また、レーザー光により送信される角度情報の細かさは
、前述のように基準位置Ｐ，Ｑからの最遠区域における
位置決め精度（２地点Ｐ，Ｑを結ぶ基準線からの至近距
離を除く）によって定まる．例えば縦横が３００ｍの正
方形のフィールドを対象とした場合、その対角線長さが
４２４ａ＋となり、かかる最長距離で５ａＩ１の位置測
定精度を安定して得るためには、約０．００６８　＠刻
み以下の細かさの角度情報を送る必要があるが、信号プ
ロテクションのための冗長度や有効範囲の増大などを含
めて３バイト／１ワードの情報量であれば充分であり、
レーザー光の回転速度を加味すると、約０．００６８°
刻みの場合は１０８０Ｋワード／ｓ（０．００１　”の
分解能の角度情報とした場合には７２００Ｋワード／ｓ
ｅｃ）の信号速度の通信を行わせるようにすれば良い．
尚、基準２地点Ｐ，Ｑそれぞれを軸として水平方向に３
６０″′回転走査されるレーザー光は、相互のキャリア
周波数を変えることで区別できるようにしてあり、また
、相互に交差しないように、水平走査する高さを異なら
してある。但し、２本のレーザー光の走査高さの偏差を
大きくすると、受光装置は垂直方向の検出可能長さを長
くする必要があるので、回転走査される２本のレーザー
光の高さ方向の差は極力短く設定することが好ましい．
次に、レーザー信号制御装置１．２（発光装置）の詳細
構成及びレーザー光を変調して伝送する角度情報の基準
方向較正制御を、それぞれ第５図のブロック図及び第６
図のフローチャートに基づいて説明する。

第５図はレーザー信号制御装置１．２の構成を示すブロ
ック図であり、相手側からのレーザー光がレーザー光受
信器１５で受光されると、電波発信器１８が角度信号較
正用のタイもング信号を出力する。このタイミング信号
が受信された時点で、エンコーダ３ｌの符号化始点時刻
を決定し、基準方向Ｐ−Ｑに対する角度情報が正確なタ
イミングで出力されるようにする。

そして、基準発振器３３による発振周波数を分周器３４
で分周して得られる回転駆動基準パルスに基づき、Ｐ　
Ｌ　Ｌ　（ｐｈａｓｅ　ｌｏｃｋｅｄ　ｌｏｏｐ）回路
を備えたモータドライバ３２はサーボモータ１３を駆動
制御し、回転駆動基準パルスに基づく一定速度で果ラ一
回転用のモータ１３を回転駆動させる．エンコーダ３１
は、該サーボモータ１３の回転角度を例えば２０ビット
情報に変換し、レーザー光変調器３５はこの２０ビット
で表される角度情報の各ビット毎に、それぞれに付設さ
れたレーザー発振器１２で発振されたレーザー光を変調
し、各ビット情報に対応して変調されたレーザー光をそ
れぞれＦＤＭ多重装置（周波数分割多重通信装置）３６
に入力させる。

ＦＤＭ多重装置３６では、各ビットに対応して入力され
た変調レーザー光をパラレルに（一纏めにして）出力す
る．ＦＤＭ多重装置３６から出力される角度情報で変調
されたレーザー光（コヒーレント通信によるレーザー光
）は、コリメータレンズ３７によってレーザー光が絞ら
れて、前記サーボモータｌ３で傾斜角度を有した状態で
回転駆動されるξラー１４に当てられて反射し、ミラー
１４の回転に伴って水平方向に３６０゜走査する． 第６図のフローチャートに示すプログラムは、基準の２
地点Ｐ，Ｑそれぞれに配置されたレーザー信号制御装置
１．　　２におけるレーザー光の発信制御を示すもので
あり、まず、各種制御パラメータの初期化を行い（Ｓｌ
）、次にサーボモーター１３で駆動して各レーザー信号
制御装置１．２の逅ラーを回転させる。

ここで、相手側からのレーザー光がレーザー光受信器１
５で受信されると（Ｓ３）、タイミング信号を無線によ
り相手側に出力し（Ｓ４）、タイミング信号を受信した
側では相手側からのタイごング信号に基づきエンコーダ
３１の基準を決定する（Ｓ５）。

エンコーダ３１では、前記タイミング信号に基づき決定
した基準に従い例えば０．（１０１　’又は０．００６
８　”毎に角度信号を２０ビットのパイナリデー夕とし
て出力する（Ｓ６）。レーザー光変調器３５は、前記２
０ビットの角度情報の各ビット毎に設けられ、レーザー
光発振器１２で発振されたレーザー光を各ビット情報に
基づいて変調してＦＤＭ多重装ｆ３６へ出力する（Ｓ７
）。

ＦＤＭ多重装置３６では、ビット単位で入力された変調
レーザー光を多重化して（Ｓ８）、角度情報で変調され
たレーザー光としてコリメータレンズ３７に出力し（Ｓ
９）、該コリメータレンズ３７で絞られたレーザー光（
ビーム光）を回転駆動されるξラー１４に当てて反射さ
せて３６０°水平方向に回転走査させ（ＳＩＯ）、角度
情報がレーザー光を搬送波とするコヒーレント通信によ
り伝送されるようにする． 上記のようにコヒーレント通信を用いて角度情報が付与
され前記２地点Ｐ，Ｑを基点として３６０＠方向に回転
走査されるレーザー光は、走査途中で走行ロボット３の
レーザー光受信器（受光装置）２２に受光されて角度情
報が読み出され、２地点Ｐ，Ｑからの角度情報と前記２
地点Ｐ，Ｑの距離とによって走行ロボット３は自己の位
置座標Ｒ　（Ｘ，Ｙ〉を知ることができるが、次にレー
ザー光受信器（受光装置）２２の回路構成の詳細を、上
記に説明済のレーザー信号制御装置１．２（発光装置）
との組合わせによって示す第７図に基づいて説明する。

尚、各レーザー信号制御装Ｗ１，２は、第５図に示した
ものと同じ構成であり、同一符号を付して説明を省略す
る． レーザー光受信器２２は、水平３６０　”のあらゆる水
平方向からのレーザー光を受光できるように、コリメー
タレンズ４１による集光部を垂直軸回りの円周方向に複
数並べて構成されており、円周内部にコリメータレンズ
４１で集光されたレーザー光を入光する光ファイバー検
出器４２が配設されている。

また、各コリメータレンズ４１毎にレーザー光を復調す
る回路構成が付設されており、各コリメータレンズ４１
毎にレーザー光を変調した角度情報の復元が行われるよ
うになっている．尚、第７図においては、１つのコリメ
ータレンズ４１とそれに付設された回路構成のみを記載
してあるが、同様にコリメータレンズ４１及び処理回路
からなる構或が、コリメータレンズ４１の設置数分だけ
設けられる。

コリメータレンズ４１で集光されたレーザー信号制御装
置１，２からの回転走査レーザー光は、光ファイバー検
出器４２により方向性結合器４３に伝送され、該方向性
結合器４３では、ＡＦＣ　（自動周波数制御）回路４４
で得られる基準発振に基づきレーザー光発振器４５で発
振されるレーザー光（基準光）と、光ファイバー検出器
４２で伝送された受光レーザー光（入射光）とを混合さ
せ、次の光検波回路４６でビート信号（中間周波数信号
）を作る。前記ビート信号の周波数ｆｌＦは、回転走査
レーザー光の周波数をｆｓ、レーザー光発振器４５で発
振されるレーザー光の周波数をｒｔｏとすると、ｆ　Ｉ
Ｆ＝ｆ−　　　ｆＬｏｌとなる。

そして、光検波回路４６で作られたビート信号をバンド
バスフィルター４７により前記エンコータ３１における
角度情報のビット数に対応する２０チャンネルに分渡し
、各チャンネルＣＨＩ−ＣＨ２０毎にフィルター及びデ
モジュレータ（復調回路）４９で処理され、エンコーダ
３１における２０ビットの角度情報データを復元する。

復元された２０ビットの角度情報データは、インタフェ
イス５０を介して位置座標演算手段としての位置演算装
置５１に出力され、後に詳細に説明するこの位置演算装
置５ｌで２つの角度情報∠ＲＰＱ，　∠ＲＱＰと２地点
Ｐ，　Ｑ間の距離Ｌとに基づき三角形の頂点位置Ｒとし
て走行ロボット３の位置座標が演算される（第２図参照
）．上記方向性結合器４３，光検波回路４６，バンドパ
スフィルター４７，ＡＦＣ回路４４，レーザー発振器４
５．デモジュレータ４９，インタフエイス５０が、本実
施例における角度情報読み出し手段を構戊する。

また、後述するように、各コリメータレンズ４１で集光
されたレーザー光の光量レベルに基づいてＰ，Ｑの光源
方向を特定し、これに基づいて走行ロボット３の正面方
向を求めて基準方向に対する移動方向を定めるために、
各コリメータレンズ４１毎のレーザー光レベルを正面方
向演算手段としての方向演算装置５２に入力する。

ここで、上記のようにコリメータレンズ４１を円周方向
に並べて構成されるレーザー光受信器２２（第１の受光
装置）は、具体的には、第８図〜第１１図に示すように
して形成される。

即ち、横断面が凸レンズ形状をなす複数の柱状凸レンズ
に形成された複数のコリメータレンズ１０１（前記第７
図におけるコリメータレンズ４１に対応するレンズ）を
、それぞれの光軸が所定の中心軸に略交わるように側方
に並設して円筒状に形或すると共に、各コリメータレン
ズ１０１で集光されたレーザー光を個別に検出すべく、
各コリメータレンズ１０１の内側の集光部それぞれに沿
って複数の受光面をコリメータレンズ１０１側に向けて
並設してなる光ファイバー群１０２を受光素子へのライ
トガイドとして各コリメータレンズ１０１毎に設けてあ
る。前記光ファイバー群１０２は、第１１図に示すよう
に、コリメータレンズ１０１に沿って延設される１本１
本の光ファイバー１０２ａを、その受光面をコリメータ
レンズ１０１側に向けるべく途中で略直角に屈曲させた
ものが複数本一体となって構成されたものである。

かかる受光部を、その軸が垂直方向となるように走行ロ
ボット３に設置すれば、走行ロボット３に対して水平方
向のいずれから回転走査レーザー光が照射されても、い
ずれかのコリメータレンズ１０１で受光されて受光素子
を構或する光ファイバー群１０２に入光すると共に、走
行ロボット３の位置が基準水平面に対して多少上下して
も鉛直方向に長いコリメータレンズ１０１でこの上下運
動分を吸収して水平方向に回転走査されるレーザー光を
受光できる。

そして、各光ファイバー群１０２に入光した２地点から
のレーザー光からそれぞれ角度情報（コヒーレント通信
によりレーザー光を変調した角度情報）を読み出し、２
地点を基準とする走行ロボット３の角度位置（∠ＲＰＱ
，　　∠ＲＱＰ）が分かれば、これと２地点間の距離Ｌ
とに基づいて走行ロボット３の位置座標を演算できるも
のである（第２図参照〉。

尚、第８図〜第１１図に示した受光装置を用いたときの
コヒーレント通信における受信回路は′、第７図に示す
もので代表され、第７図におけるコリメータレンズ４■
が上記コリメータレンズ１０１に相当し、第７図におけ
る光ファイバー検出器４２が上記光ファイバー群１０２
及び受光部で構成されるものに相当し、方向性結合器４
３でローカルレーザー光と混合されてビート信号が作ら
れ、このビート信号を光検波器４６で検波した後、バン
ドバスフィルター４７で分波されて、デモジュレータ４
９で角度情報の各ビット毎に復調される。

ところで、走行ロボット３を自走させるための位置検出
装置では、位置検出だけではなく、走行ロボット３の正
面がどの方向を向いて移動しているかを常時測定し、予
め記憶されている指定コースと照合して、逐次軌道修正
して移動の仕方を誘導する必要がある。移動方向を測定
するには、検出した位置座標の推移から指定コースから
のずれを知って移動コースの修正を図る方法があるが、
逐次走行ロボット３の正面方向を検出できるようにした
方が、ロボット３を誘導制御する際の演算処理のスピー
ドアップ化と簡素化とを図ることができる。そのため、
前記レーザー光受信器２２には、照射された光の光源方
向を検出する方向検出手段としての機能が備えられてい
る。

即ち、例えばレーザー光が第１２図に示すように走査さ
れて、円筒状の片側に照射される場合、レーザー光の光
軸とコリメータレンズ１０１の光軸とが一致する部分（
レーザー光照射面の中央付近）では、光量レベルが大き
くなるから、この光量レベルが大きくなった方向（大き
な光量を集光したコリメータレンズ１０１と軸心とを結
ぶ延長線上）が光源の方向であると特定でき、自己の進
行方向（走行ロボット３の正面側に位置するコリメータ
レンズ１０１から操舵角分だけ角度変位させたコリメー
タレンズ１０１位置〉が分かるから、例えば、正面方向
から何番目のコリメータレンズ１０１光量が最大となっ
ているかによって光源に対する走行ロボット３の移動方
向を検出できることになる。

但し、レーザー光は、大気中を通過する際に散乱して遠
方ほど広がる現象を示すため、極僅かのコリメータレン
ズ１０１のみが大きな光量レベルを検出することが稀で
あり、照射側片面の中央部を含むある範囲で大きな光量
レベルが検出されるので、各コリメータレンズ１０１で
検出された光量レベルを、第１３図に示すように、所定
のスレフシュホールドレベル（所定の光量に相当するし
きい値）で仕切って２値化して散乱光の検出部を無効と
し、スレ，シュホールドレベルを越える光量レベルであ
る受光素子範囲を特定する。上記機能が、本実施例にお
ける光量レベル制限手段に相当する。

そして、かかる光量が大である角度範囲の両端のコリメ
ータレンズ１０１のナンバーｎｌ＋　ｎ！に基づき（光
量が大である受光素子範囲の両端の受光素子を求め）、
前記両ナンバーｎＩ＋”Ｚの方向が概略光源であるとし
たときに、走行ロボット３の正面方向と光源とがなす角
度α゜，β゜を求め、更に、この角度α０，β０の中央
値を、真に走行ロボット３の正面方向が光源となす角度
Ｔ０であるとする。尚、前記両ナンバーｎＩ＋ｎＺの中
央に位置するコリメータレンズ１０１のナンバーから光
源方向を求めるようにしても良い。

ここで、レーザー光が前述のように基準方向に対する角
度情報で変調されていれば、光源と走行ロボット３の進
行方向がなす角度と、光源から発振されたレーザー光か
ら読み出される角度情報とから、前記基準方向に対する
走行ロボット３の正面方向を演算することができ、この
正面方向と操舵方向とに基づいて基準方向に対する移動
方向を特定できるものである。

このような走行ロボット３の正面方向及び移動方向の検
出のために、前述のように各コリメータレンズ１０１毎
に集光されたレーザー光のレベルを検出するようにして
あり、２地点Ｐ．Ｑからの角度情報により検出される位
置座標における走行ロボットの正面の向きが、上記のよ
うにして正面方向演算手段としての方向演算装置５２で
演算される。

走行ロボット３の位置と正面方向とが算出されると、後
述するように、走行ロボット誘導制御装置が指定コース
と比較して、走行ロボット３の方向舵と車輪駆動モータ
とをフィードバック制御して、指定コースに沿って走行
ロボット３が移動するようにフィードバック制御される
。

ここで、第８図〜第１１図に示すような受光装置を用い
、第７図に示すような全体構成により行われる走行ロボ
ット３位置検出の制御内容を、第１４図のフローチャー
トに従って説明する。

位置検出のための各種初期化を行った後（Ｓ２１）、レ
ーザー信号制御装置１．２　（２地点Ｐ，　Ｑ）からの
回転走査レーザー光を受光すると（　Ｓ　２２）、該レ
ーザー光が各コリメータレンズ１０１　（４１）で集光
されて光ファイバー１０２　（４２）へ導入される（Ｓ
２３）．光ファイバー１０２　（４２）へ導入されたレ
ーザー光は、方向性結合器４３でローカルレーザー光（
レーザー発振器４５）とミックスされ（Ｓ２４）、次の
光検波回路４６でビート信号（中間周波数信号〉が作ら
れ（Ｓ２５）、このビート信号がバンドパスフィルター
４７で角度情報のビント数に対応するチャンネルに分渡
される（Ｓ２６）． 各チャンネルに分渡された信号は、デモジュレータ４９
によってそれぞれロジック信号に復調され（Ｓ２７）　
、インタフェイス回路５０により各データが整列された
後（３２８）、位置演算装置５１に供給され（Ｓ２９）
　、２地点Ｐ，Ｑ間の距離Ｌと２地点Ｐ，Ｑそれぞれに
対する相対角度∠ＲＰＱ，　∠ＲＱＰに基づき走行ロボ
ット３の位置座標Ｒが演算される（　Ｓ　３０）。

ここで、Ｓ２４〜３２８の処理内容が角度情報読み出し
手段に相当し、３２９〜Ｓ３０の処理内容が位置座標演
算手段に相当する。

かかる位置座標の演算と同時に、各コリメータレンズ１
０１　（４１）毎のレーザー光レベルを方向演算装置５
２に送り（Ｓ３１）　、各チャンネル信号を前述のよう
に２値化することにより散乱光の影響を除去した上で走
行ロボット３の正面方向に対する光源（レーザー信号制
御装置１．２であり２地点Ｐ，Ｑである）の方向を知る
（　Ｓ　３２）。この部分が方向検出手段及び正面方向
演算手段に相当する。

また、方向性結合器４３でレーザー光をミンクスすると
きに、ＡＦＣ回路４４は、入射レーザー光とローカルレ
ーザー光との周波数差を検出し、周波数が規定値よりも
ずれたときには、レーザー発振器４５ヘフィードバック
制御して周波数差を規定以内にする（　Ｓ　３３）。

このような位置検出装置により走行ロボット３の位置座
標と移動方向とが検出されると、走行ロボット３は予め
記憶している指定コースと、実際の位置・移動方向とを
比較し、指定コースに沿った誘導制御が行われる（３３
４）。

次に、走行ロボット３に一体に備えられるレーザー光受
光装［２２の他の実施例（第２受光装置）を、第１５図
及び第１６図に従って説明する。

図において、要求精度に応じた大きさとしてラッパ形に
形成されたハーフミラー２つを、相互の先細り端部を連
結することにより鼓形にしたハーフミラー１１１と、該
ハーフミラー１１１の中軸に沿って延設されハーフミラ
ー１１１の通過光を受光する通過光受光部１１２と、円
周方向に複数の受光素子を表裏に並設して円板状に形成
されて前記ハーフミラー１１１の先細り部の外周に同軸
に配設され、ハーフミラー１１１の外周壁で反射した光
を受光する反射光受光部１１３とからレーザー光受光装
置２２が構成される。

ここで、前記反射光受光部１１３は、前記第８図〜第１
１図に示したレーザー光受光装置２２の場合と同様に、
光源の方向によって円周方向それぞれで検出される光量
レベルに差異が生じるから、前記と同様にスレフシュホ
ールドレベルにより２値化して、レーザー光受光装置２
２に対する光源（レーザー信号制御装置１，２）の方向
を検出することができるものであり、方向検出手段とし
ての機能が後述するように備えられている。

尚、反射光受光部１１３を構或する円周方向に複数並設
される受光素子としては、ＰＩＮダイオードの他、Ｃ　
Ｃ　Ｄ　（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃ
ｅ），　　Ｂ　ＢＤ　（ｂｕｃｋｅｔ　ｂｒｉｇａｄｅ
　ｄｅｖｉｃｅ），　Ｃ　Ｉ　Ｄ　（ｃｈａｒｇｅｉｎ
ｊｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ）等の固体撮像素子とし
て一般に用いられる電荷蓄積形の光センサを用いても良
い。

但し、ＣＣＤ，ＢＢＤ，ＣＩＤ等を用いた場合には、素
子が受光レベルに応じた電荷を蓄積できるため、少なく
とも回転走査レーザー光が次に照射されるまでの間隔時
間においてクロックパルスの印加により前記蓄積された
電荷を共通出力線上に順次転送させることで、円周方向
での光量レベルを検出することができるため、ＰＩＮダ
イオードを用いた場合のように素子数だけの出力端子を
設ける必要がなく、周辺機器の簡易化を図ることができ
る。

一方、通過光受光部１１２は、反射光受光部１１３で光
源方向の検出がなされるので、照射されたレーザー光か
ら角度情報を読み出すためにのみ用いられるため、前記
反射光受光部１１３に比べて径が小さく形成される。こ
の通過光受光部１１２を構成する受光素子としては、前
記第８図〜第１１図に示したコリメータレンズ１０１と
光ファイバー群１０２との組合わせによって構成される
ものを用いることが、レーザー光によるコヒーレント通
信を行う際には方向性結合器４３等の処理のために必要
となるが、光源方向を検出する必要がないので、コリメ
ータレンズ１０１と光ファイバー群１０２との組合わせ
による構或要素は比較的少数で充分に機能させることが
できる。

尚、角度情報をコヒーレント通信で伝送するのではなく
、パルスコードで伝送する構或としたときには、通過光
受光部１１２は前記反射光受光部１１３を構或するＰＩ
ＮダイオードやＣＣＤやＢＢＤやＣＩＤ等の電荷蓄積形
光センサである固体撮像素子を用いることができる。ま
た、通過光受光部１１２を、相互に電気的に独立した受
光素子を軸方向に機械的に連結して構成し、Ｐ或いはＱ
からの回転走査レーザー光を、上下方向のどの受光素子
が受光したかによって光源に対するレーザー光受光装置
２２（走行ロボット３〉の高さ方向の偏差を、Ｐ或いは
Ｑ地点におけるレーザー光の発光高さを基にして演算し
検出することができる．更に、本実施例では、ラッパ形
のハーフ５ラーを２つ連結させて鼓形に形成したが、こ
れは鉛直方向での受光可能余裕度を大きくするためであ
り、走行ロボット３の上下運動が少ない場合にはラッパ
形のハーフミラーを１つだけ用いて上下方向での受光可
能長さを短く構成しても良い。また、ハーフミラーは通
過光受光部１１２を軸として軸対称の形状とする必要が
あるが、ハーフミラーの外壁反射面は、滑らかな曲線で
構或する必要はなく、平面を組み合わせてラッパ状（或
いはパラボラ状）に形成しても良い。

次に、前記第１５図及び第１６図に示したレーザー光受
光装置２２（ラッパ形ハーフミラーを用いた受光装！）
を用いたときの、位置・方向検出に関わる回路構成及び
その制御内容を、反射光受光部１１３としてＰＩＮダイ
オードを用いた場合と、光量レベルに応じた電荷を蓄積
し転送するＣＯＤ等の固体撮像素子を用いた場合とに分
けて説明する。

第１７図は、反射光受光部１１３としてＣＯＤ等の固体
撮像素子（電荷蓄積形光センサ）を用いた場合の回路構
或を示す図であり、ハーフミラー１１１を通過して通過
光受光部１１２で受光されるコヒーレント通信により角
度情報で変調された回転走査レーザー光は、前述の第７
図の場合と同様に、方向性結合器４３でレーザー発振器
４５によるレーザー光（ローカルレーザー光）とミフク
スされた後、光検波回路４６でビート信号が作られる。

そして、バンドパスフィルター４７によってエンコーダ
３１における角度情報のビット数に対応するチャンネル
ＣＨＩ〜ＣＨ２０に分波され、デモジュレータ４９で元
の２０ビットの角度情報に復元され、インタフェイス５
０を介して位置座標演算手段としての位置演算装置５１
に出力される。尚、かかるコヒーレント通信による角度
情報の復元（角度情報読み出し手段）は、前記第７図に
示した回路構或と同様であり、同一要素には同一符号を
付した。

一方、ハーフミラー１１１で反射したレーザー光は、反
射光受光部１１３を構成する複数のＣＯＤに照射され、
各ＣＣＤ１１３にはその照射光量レベルに応じた電荷が
蓄積される．ＣＣＤ制御回路６ｌは、各ＣＣＤ１１３に
蓄積された電荷を、１／３０秒程度の周期で共通の出力
線上に順次転送され、少なくとも次にレーザー光が照射
されるまでには、今回のレーザー光照射により蓄積され
た電荷が転送されるようにする。

ＭＰＵ６２は、光量レベルに応じて各ＣＣＤ１１３から
順次転送される電荷をＡ／Ｄ変換して順次読み込んだ後
、こられの光量データをそれぞれ２値化するためのスレ
ソシュホールドレベルを決定し、光量レベルを大小の２
種類に分類する２値化を行う。そして、この２値化され
た光量データに基づき、光量レベルが大である角度範囲
両端のＣＣＤ１１３ナンバーを求め、該Ｃ　Ｃ　Ｄ　１
１３ナンバーで挟まれる中央位置のＣＣＤ１１３が光源
（レーザー信号制御装置１，２）の方向であることが決
定される（第１３図参照）。かかる走行ロボット３から
見た光源の方向情報は、正面方向演算手段としての方向
演算装置５２に人力され、走行ロボット３の誘導制御の
ための情報として利用される。

次にハーフミラー１１１を用いたレーザー光受光装置２
２（受光装置）における反射光受光部１１３としてＣＣ
Ｄ等の固体撮像素子（電荷蓄積形光センサ）を用いた場
合の走行ロボット３の位置検出に関わる各種制御内容を
、第１８図のフローチャートに従って説明する。

まず、走行ロボット制御を開始する前に、各種制御パラ
メータの初期化を行い（Ｓ５１）　、所定の２地点Ｐ，
　Ｑに配設されたレーザー信号制御装置ｌ，２（発光装
置）からの角度情報で変調されたレーザー光が回転走査
されて照射されると（３５２）、前記ハーフミラー１１
１によって通過光と反射光とに分岐させる（　Ｓ　５３
）。

ハーフミラー１１１の通過光は、通過光受光素子を構成
するコリメータレンズにより光ファイバーに導入されて
処理回路に伝送される（　Ｓ　５４）。光ファイバーで
伝送されたレーザー光は、方向性結合器４３でレーザー
発振器４５のレーザー光とミックスされ（Ｓ５５）　、
このξツクスしたレーザー光に基づき光検波回路４６で
ビート信号が作られる（８５６）。

そして、前記ビート信号をバンドパスフィルター４７で
角度情報のビット数に対応するチャンネルに分渡し（Ｓ
５７）　、それぞれをデモジュレータ４９によってロジ
ック信号に戻し（Ｓ５８）　、インタフェイス５０によ
り前記ロジンク信号を整列させて、基準位置Ｐ，Ｑとの
相対角度の情報として位置演算装置５１へ供給し（Ｓ６
１）　、走行ロボット３の２地点Ｐ，Ｑを基準とする位
置座標の演算を行わせる（　Ｓ　６２）。上記３５５〜
３５８の部分が角度情報読み出し手段に相当し、５６１
．６２の部分が位置座標演算手段に相当する。

ここで、方向性結合器４３でレーザー光をミックスさせ
るに際しては、入射レーザー光と内部レーザー光発振器
４５によるレーザー光との周波数差を検出し、周波数が
規定よりもずれた場合はレーザー発振器４５ヘフィード
バックし、入射レーザー光と内部レーザー光との周波数
が一致するようにする制御が、自動周波数制御回路（Ａ
ＦＣ回路）４４で行われる（　Ｓ　６０）。

一方、ハーフ短ラー１１１で反射されて反射光受光部１
１３を構成するＣＯＤにレーザー光が照射されると（Ｓ
６３）　、円周方向に並べられた各ＣＣＤ１１３毎にレ
ーザー光レベルに応じて蓄積される電荷が１７３０秒程
度の周期で転送され（Ｓ６４）　、各ＣＣＤ１１３毎の
電荷レベル（光量レベル）が所定のスレソシュホールド
レベルに従って２値化される（　Ｓ　６５）。２値化さ
れた光量レベルに基づき走行ロボフト３に対する光源（
レーザー信号制御装置１．２）の方向が検出され（Ｓ６
６）　、２地点Ｐ，Ｑを基準とする移動平面上における
走行ロボット３の正面方向並びに移動方向が演算される
（Ｓ６７）。

上記３６４〜Ｓ６６の部分が方向検出手段に相当し、Ｓ
６７の部分が正面方向演算手段に相当する。

このように、ハーフ旦ラー１１１の反射光からは２地点
Ｐ，Ｑを基準とする移動方向が、また、通過光からは２
地点を基準とする位置座標が検出されると、かかる情報
に基づき走行ロボット３を予め設定された指定コースに
沿って誘導する制御が行われる（　３　６８）。

次にハーフ旦ラー１１１を用いたレーザー光受光装置２
２における反射光受光部１１３としてＰＩＮダイオード
等の検出結果（電荷）を蓄積することができない受光素
子を用いた場合の回路構或を、第１９図に従って説明す
る。

ここで、ハーフミラー１１１を通過して通過光受光部１
１２で受光されたレーザー光から角度情報を読み出す回
路構或は、前記第７図に示したものと同様であるから説
明を省略する。

一方、各ＰＩＮダイオード１１３毎の出力がそれぞれ波
形整形回路６５で波形整形されて、その波形整形後の各
ＰＩＮダイオード１１３の出力データがＭＰＵ６２のメ
モリに所定のサンプリングタイミング毎（Ａ／Ｄ変換周
期毎〉に更新記憶されるようになっており、ハーフミラ
ー１１１で反射されたレーザー光が円周方向に並べられ
た複数のＰＩＮダイオード１１３に照射されると、かか
る照射された光量レベルが各ＰＩＮダイオード１１３毎
に検出される。

ＭＰＵ６２は、各ＰＩＮダイオード１１３で検出された
光量レベルの差、即ち、円周方向での光量レベルの差に
基づいて光源の方向を検出して方向演算装置５２に出力
し、正面方向演算手段としての方向演算装置５２では、
この光源の方向と自己（走行ロボット３）の正面方向と
に基づき、２地点Ｐ，Ｑを基準とする移動平面上におけ
る自己の正面方向及び移動方向を演算する。

尚、光源方向の検出においては、光量レベルの２値化な
どの処理を行うが、既に説明済の処理内容であるので、
説明を省略した。

次にハーフミラー１１１を用いたレーザー光受光装置２
２における反射光受光部１１３としてＰＩＮダイオード
を用いたときの、走行ロボット３の位置検出に関わる各
種制御を第２０図のフローチャートに従って説明する。

ここで、Ｓ７１からＳ８２までの角度情報の復元に関わ
る制御は、前記第１８図のフローチャートに示すＳ５１
からＳ６２までと同様であるため、説明を省略し、ＰＩ
Ｎダイオードによる移動方向検出に関わる制御について
のみ説明する。

２地点Ｐ，Ｑそれぞれで回転走査されるレーザー光が走
行ロボ・ノト３に備えられたハーフ旦ラー１１１に照射
されて、反射光がＰＩＮダイオードｌ１３に照射される
とくＳ８３）、かかる照射光量に応した各ＰＩＮダイオ
ード１１３の出力がＡ／Ｄ変換されてメモリに記憶され
る（　Ｓ　８４）。

そして、この記憶された各ＰＩＮダイオード１１３の出
力を、所定のスレフシュホールドレベルにより２値化し
（Ｓ８５）　、２値化した円周方向での光量レベルに基
づきレーザー光受光装置２２（走行ロボット３）に対す
る光源の方向を検出し、この光源の方向と自己の正面方
向とに基づき、２地点Ｐ，Ｑを基準とする移動平面にお
ける走行ロボット３の移動方向を演算する（　３　８６
．　８７）。

このようにして、走行ロボット３のフィールド内におけ
る位置座標及びその位置における移動方向（正面方向）
が算出されると、この位置情報と予め設定されている指
定コースとを比較し、走行ロボット３を指定コースに沿
って移動させるべく駆動及び操舵系をフィードバック制
御する誘導制御が行われる（　３　８Ｂ）。

次に、上記のような２地点Ｐ，Ｑを基準とする走行ロボ
ット３の位置検出結果を受けて行われる走行ロボット３
の誘導制御を詳細に説明する。

まず、走行ロボット３の位置を誘導制御する上で、移動
平面（全活動平面）を第２１図に示すように縦・横の交
差する格子によって一定の大きさに分割し、分割して得
られた各スロットが、原点であるＰ地点からＸ方向に何
個目でＹ方向に何個目であるかによってフィールド内に
おける位置付けがなされるようにし、各スロット毎に（
Ｘｉ，Ｙｊ）なる２次元の番地を設定しておく。

また、このようなＸ，Ｙ方向の位置付けと共に、２地点
Ｐ，Ｑそれぞれからの相対角度（各スロットにおいてレ
ーザー光から得られる２つ角度情報）∠ＲＰＱｉ，，ｊ
ＲＱＰｊを各スロット別に記憶させておくことが、走行
ロボット３の移動や作業を管理する上での基準情報とし
て利用されるので好ましい。更に、必要に応じて、前記
指定コースのスロット毎に動作（作業）諸元を記憶させ
ておけば、各スロントでの作業内容管理が容易となる。

上記の機能が位置及び動作諸元記憶手段に相当し、具体
的には後述する初期設定データ格納部メモリ７３が前記
記憶手段を構成する。

尚、格子分割に当たっては、１つのスロットの一辺の大
きさが許容位置誤差（例えば５０〉以下となるように設
定し、スロット内に位置していればスロット内のどの位
置に走行ロボット３が位置しているかが問題とならない
ようにする必要がある。

このようにフィールドを格子で区切って複数のスロット
単位に分割したときには、指定コースを連続したスロッ
ト単位で指定し（第２１図において斜線を引いたスロッ
トが指定コースに選択されたスロットである。）、かか
る指定コースを（Ｘ１，Ｙｌ）→（Ｘｉ，Ｙ２）→（Ｘ
Ｉ．Ｙ３）→（Ｘ２，Ｙ３）　　・・・・のような形式
で走行ロボット３に記憶させておき、指定コースからの
位置や方向のズレはスロット単位で処理される。また、
上記のようにスロット番地で指定コースを指示すること
で、指定コースに沿った進行方向角が番地から演算され
るようになっている。

スロットの形は、正方形や長方形の四角形に限るもので
なく、格子を斜交させて菱形とするなどしても良く、ま
た、位置に応じて面積を可変としても良い。スロットを
連接した形で設定される指定コースに選択されたスロッ
トには、走行ロボットを次のスロットに進ませる際の最
適進行角度を、スロントから光源に向かう直線とが挟む
角度の形で記憶させておく。

走行ロボット３は、前述のように定められた２地点Ｐ，
Ｑでそれぞれ回転走査されるレーザー光を受光すること
により、既述の方法で自己が現在どのスロット上に居る
かを判定すると共に、レーザー光を照射する光源方向に
向かう直線とロボフト正面方向とが挟む角度の形（第１
２図のγ″）で自己の正面方向を測定し、指定コース内
のスロットに記憶された位置と指定進行角度データとを
比較して次の移動方向を知る。

そして、指定コースとして設定されているスロットの中
の、自己が現在位置しているスロットから最も近いスロ
ット（未通過のスロット〉の番地を演算で求め、指定コ
ースに対する位置のズレを求める一方、自己の正面方向
と最も近い指定コースから求められるスロットの進行方
向角とを比較することで移動方向のズレを求め、スロッ
ト位置及び移動方向にズレがある場合にはそれを修正す
る方向にロボット３の方向舵を操作し、指定コースにフ
ィードバック制御しつつ移動させる。かかる機能がスロ
ット単位軌道修正手段及び位置・方向較正軌道修正手段
に相当する。

ここで、ロボット３に備えられている誘導制御のための
回路構成を、第２２図に従って説明する。

ロボット３には、初期設定値としてマップ上にフィール
ドの位置を示す座標（スロット座標）と、２地点Ｐ，Ｑ
の座標と、ロボット３が移動するための指標となる指定
コース（動作モード）と、ロボット３のスタート位置座
標とを、例えばキー操作によりインプットするた゜めの
初期設定データ入力部７１が備えられ、該初期設定デー
タ入力部７１を介して入力された各種の初期設定値は、
演算部７２を介して初期設定データ格納部メモリ７３に
記憶される。

そして、前述のような角度情報で変調された回転走査レ
ーザー光の受光によって２地点Ｐ，　Ｑからの相対角度
が検出されると、かかる角度情報が角度データ入力部７
４を介して演算部７２に入力され、また、レーザー光の
方向検出に基づくロボット３の２地点Ｐ，Ｑを基準とす
る移動方向の検出結果がやはり演算部７２に入力される
。演算部７２では、この入力された角度情報とメモリ７
３に記憶されている初期データとに基づき前記２地点を
基準とするロボット３の位置座標を演算する。従って、
前記演算部７２は位置演算装置５１を構或する。

そして、演算部７２では、自己が現在位置しているスロ
ントから最も近いスロットを演算で求め、指定コースに
対する位置のズレと移動方向（進行方向とのズレ）を求
め、ズレがある場合にはそれを較正する方向にロボット
３の移動軌跡を修正すべく、方向舵７８の操舵方向指示
を演算結果部７５に出力すると共に、ロボット３の移動
開始・停止を制御する駆動輪用のモータの駆動指示を演
算結果部７５に出力する。

演算結果部７５では、方向舵操作モータ７６へ駆動電力
を供給するためのモータ用駆動電力増幅部７７に方向舵
７８の駆動指示信号を出力して方向舵７８を操作する一
方、車輪駆動用モータ７９へ駆動電力を供給するための
モータ用駆動電力増幅部８０にモータ駆動指示信号を出
力して車輪８１を駆動制御、即ち、ロボット３の移動・
停止を制御する。

次に、第２３図のフローチャートに従って方向舵のフィ
ードバック制御を詳細に説明する。尚、前記第２３図の
フローチャートに示す機能が位置・方向較正軌道修正手
段に相当する。

まず、回転走査レーザー光に付与された角度情報から演
算されたロボット３の位置座標（ロボット３が位置する
スロット）と、最も近い指定コース軌跡（指定コースに
指定されたスロットの中の最も近いスロット〉との間に
位置ずれがあるか否かを判別する（　Ｓ　１０１）。

位置ずれがなくロボット３が指定コース上に位置シテい
る（指定コースーのスロット中に位置している）ときに
は、現状の舵方向で移動して指定コースに対する位置ズ
レが生じるか否かを、移動方向の算出結果と指定コース
に沿った移動方向とを比較して判別する（　Ｓ　１０２
）。尚、例えばスロットが正方形であれば次の指定スロ
ットは今回のスロットを囲む８個のスロットうちのいず
れかであるから、指定コースに沿った移動方向は、次の
指定スロットがどの方向に位置するかによって４５″毎
の８方向のいずれかということになる。

位置ズレがなく、かつ、移動方向が指定コースの軌跡に
沿っているときには、方向舵７８を操作する必要がない
が、ロボット３が指定コース上に位置しながらその正面
方向にずれがあると認められるときには、そのまま移動
したのでは指定コース（指定コースに選択されたスロッ
ト範囲内）から外れることになってしまうから、移動方
向のずれ方向が左右どちらの方向であるかを判別し（Ｓ
１０３）、その判別結果に基づき移動方向のずれが解消
される方向に方向舵７８を操作する。即ち、指定コース
（指定コースとして選択されてスロット）の軌跡に対し
てロボット３の移動方向が右にずれているときには、方
向舵７８を左方向に旋回させ（Ｓ１０４〉、移動方向が
左にずれているときには方向舵７８を右方向に旋回させ
（　Ｓ　１０５）、ロボット３が指定コース上で指定コ
ースの軌跡方向を向いて移動するように制御する。

一方、ロボット３の位置が指定コース上になく（指定コ
ースのスロット上になく）位置ずれが生じているときに
は、指定コースの移動方向に対して位置が右側にずれて
いるか、左側にずれているかを判Ｉリする（Ｓ１０６）
。

位置ずれが指定コースの右側であるときには、かかる指
定コースから外れた位置での移動方向が最も近い指定コ
ースにおける移動方向に対してずれがあるか否を判別し
（Ｓ１０７）、方向ずれがなく略指定コースにたいする
平行な移動軌跡を描く状態であるときには、左方向に旋
回させて指定コース（指定スロット〉への復帰を図る（
　Ｓ　１０４）。

また、指定コースからずれた位置で移動方向にずれがあ
ると判別されるときには、その移動方向のずれが指定コ
ースに沿った移動方向に対して左右のどちらであるかを
判別し（　３　１０８）、右方向へ移動方向がずれてい
て徐々に指定コースから離れる方向に移動する状態のと
きには、やはり左方向に旋回させて指定コース（指定ス
ロット〉への復帰を図る（　Ｓ　１０４）が、移動方向
のずれが左であって、位置ずれしたところから指定コー
スにロボット３が向いているときには、左方向に旋回さ
せると指定コースを逆戻りするような動きをすることが
あるので、そのまま直進させつつ滑らかに指定゛コース
に復帰させるようにする（　Ｓ　１０９）。

一方、位置ずれが指定コースに対して左側であるときに
は、上記の右側にずれている場合と旋回方向を逆して同
様な制御を行わせる（Ｓ　１１０，　Ｓ　１１１，Ｓ　
１１２）。

このように、位置ズレの修正のみならず、方向ずれをも
較正するようにすることで、指定コースから外れること
を極力回避することができ、指定コースに沿って安定し
た誘導制御が行える。

前述の指定コースの設定では、フィールドを格子で区切
って設定した複数のスロットを最小単位としたが、位置
座標で指定コースを設定する実施例を以下に示す。

まず、ロボット３の移動コースを設定するに当たって、
必要最小限の移動通過点を第２４図のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅのように予め設定しておき、ロボット３はこれらの移
動通過点の情報がインプソトされると、これらの移動通
過点を順番に結ぶ軌跡を例えばスプライン近似（小区間
毎に異なった多項式を適用し、全体として所定の点を通
る滑らかな曲線を得る近似方）等を用い滑らかな連続曲
線として設定し、この移動通過点間を結ぶ曲線を指定コ
ースとしてフィードバック制御を行いつつ移動するよう
にする。このように、予め設定された移動通過点間をス
プライン関数等によって滑らかな連続曲線で結んで指定
コースとすれば、意図を通過点間における走行ロボット
の動きを清らかにすることができる。

そして、何らかの原因によってロボット３が前記指定コ
ースからそれたときには、その指定コースから外れたロ
ボット位置と次に通過しなくてはならない通過点（第２
４図におけるＢ点）とを結ぶ軌道修正用のコースを新た
に設定し、この軌道修正用のコースを辿って通過点Ｂに
至るように制御すれば指定コースとの誤差が最小となる
ように滑らかにロボット３を誘導することができる。上
記制御内容が軌道修正手段に相当する。

このように、ロボット３の位置が移動通過点をスプライ
ン関数等によって結んだ初期設定コースに対してずれて
も、新たに軌道修正用のコースが設定されれば、ロボッ
ト３をその位置座標のみによって誘導することができ、
前述のようにスロットを最小単位として移動誘導するこ
とで不感帯を設けて制御する必要がない。

但し、ロボット３の移動を開始させるときには、ロボッ
ト３が予期しない方向へ動き出すことがないようにロボ
ット３の向きを知ることが安全確保のために必要になる
ことがあるから、本実施例で先に説明した位置と移動方
向との両方を検出できる位Ｗ検出装置を備えてロボット
３を誘導することが好ましい。しかしながら、上記のよ
うなスロット単位のコース設定や、必要最小限の移動通
過点によるコース設定は、位置検出装置を備えたロボッ
ト誘導装置に適用されるものであり、角度情報で変調し
たレーザー光の回転走査による位置検出に限るものでは
なく、磁化や放送電波発振点を新規の基準位置として用
いることができ、その際には、かかる新規基準点に対す
る角度ズレで走行ロボットの移動方向を定めれば良く、
誘導制御はかかる点が異なるだけで上記実施例と同様に
行える。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、農業用トラクタ等
の走行ロボットに対して基準方向に対する角度情報を与
えて該走行ロボットの位置検出を行うときに、コヒーレ
ント光通信等の手法を用い、搬送波としてのレーザー光
を角度情報で変調させて走行ロボットの活動平面に対し
て略平行に回転走査し、このレーザー光が照射された走
行ロボ・ノトが該レーザー光から角度情報を読み出すレ
ーザー光通信を用いるようにしたので、一定間隔の２地
点それぞれにおいて前記レーザー光を走査させ、走行ロ
ボットに対して前記２地点を基準とする２つ角度情報を
与え、これら２つの角度情報と前記２地点間の距離とに
より走行ロボットの位置座標を演算するときに、かかる
位置座標演算の応答性及び正確性を向上させることがで
きる。

また、かかるレーザー光走査による位置検出において走
行ロボット側に一体に設けられる受光装置において、レ
ーザー光通信によるレーザー光から角度情報を読み出せ
ると共に、光源方向を検出できる構成としたことにより
、走行ロボットの位置座標及び正面方向（引いては移動
方向）の検出が行え、これらの情報を基に走行ロボット
を誘導制御することで誘導制御におけるスピードアップ
化や簡素化を果たすことができると共に、誘導制御の正
確性が向上する。

更に、前記光源方向の検出においては、所定の光量を下
回る光量を無効として取り扱うようにしたので、レーザ
ー光が霧等の影響で散乱しても、この散乱光の検出によ
って光源方向の検出精度が悪化することを防止すること
ができ、レーザー光の発振源から遠い位置においても光
源方向を精度良く検出できる。

一方、上記のような位置検出装置による検出結果を受け
て行う走行ロボットの誘導制御において、複数の移動通
過点を連続的に結んで設定された指定コースに対して、
実際の移動軌跡が最小となるように、走行ロボットの駆
動系をフィードバック制御することで、走行ロボットが
何らかの原因でコースから外れても、ずれを最小にして
走行ロボットを誘導できる。上記移動通過点を結んでな
る指定コースの設定においては、スプライン関数を用い
て滑らかな連続曲線で結ぶようにすれば、移動通過点間
を走行ロボットを滑らかに移動させることができる。

また、走行ロボットの全活動平面を格子によって区分し
てなる複数のスロットを最小単位として指定コースを設
定し、かつ、各スロットを２次元の番地で特定できるよ
うにすることで、走行ロボットのコース設定及び移動位
置毎の作業管理等が容易となり、また、かかるスロット
単位の指定コースと検出装置で検出された走行ロボット
の位置及び正面方向とを比較することで、走行ロボット
の位置及び移動方向のずれを検知し、これらを較正する
方向に走行ロボットの駆動系をフィードバック制御する
ようにしたので、走行ロボットを指定されたスロットに
沿って安定して誘導することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる位置検出装置の基本的な構成を
示すブロック図、第２図は前記第１図に対応する実施例
の機能説明のためのシステム概略図、第３図は第２図示
のシステム概略を実機レベルで示す斜視図、第４図は第
１図及び第２図に示すレーザー信号制御装置（発光装置
）の詳細を示す斜視図、第５図は前記レーザー信号制御
装置の回路構成を示すブロック図、第６図は前記レーザ
ー信号制御装置の機能内容を示すフローチャート、第７
図は第５図示のレーザー信号制御装置の回路構成を含む
位置検出装置の全体構成を示すブロソク図、第８図〜第
１１図はそれぞれ本発明にかかる第１の受光装置を示す
図、第１２図は前記第８図〜第１１図示の受光装置にお
けるレーザー光の照射状態を示す状態図、第１３図は第
１２図示の状態における光量分布と該分布に基づく光源
方向検出の特性を示す線図、第１４図は前記第８図〜第
１１図示の受光装置を用いた場合の位置検出制御を示す
フローチャート、第１５図及び第１６図はそれぞれ本発
明にかかる第２の受光装置を示す図、第１７図は前記第
１５図及び第１６図に示す受光装置において円周方向の
光量レベル差を検出する素子として固体撮像素子（電荷
蓄積形光センサ）を用いたときの位置・方向検出に関わ
る回路ブロック図、第１８図は第１７図示ブロック図の
制御内容を示すフローチャート、第１９図は前記第１５
図及び第１６図に示す受光装置において円周方向の光量
レベル差を検出する素子としてＰＩＮダイオードを用い
たときの位置・方向検出に関わる回路ブロック図、第２
０図は第１９図示ブロック図の制御内容を示すフローチ
ャート、第２１図は本発明にかかる誘導制御装置におけ
るスロット単位の指定コース設定を示す図、第２２図は
走行ロボット側に備えられた位置検出演算及び誘導制御
に関わるシステム構成を示す図、第２３図は前記第２１
図示の指定コースに対応する誘導制御を示すフローチャ
ート、第２４図は複数の移動通過点を結んで設定される
指定コースにおける軌道修正特性を示す図である。 １．２・・・レーザー信号制御装置（発光装置〉３・・
・走行ロボット　　ｌ２・・・レーザー発振器１３・・
・サーボモータ　　１４・・・ミラー　　２２・・・受
光装置　　３ｌ・・・エンコーダ　　３５・・・レーザ
ー変調器３６・・・ＦＤＭ多重装置　　４１・・・コリ
メータレンズ４２・・・光ファイバー検出器　　４３・
・・方向性結合器４４・・・ＡＦＣ回路　　４５・・・
レーザー発振器４６・・・光検波回路　　４７・・・バ
ンドパスフィルター４９・・・デモジュレータ　　５０
・・・インタフェイス５１・・・位置演算装置　　５２
・・・方向演算装置７１・・・所期設定データ入力部　
　７２・・・演算部７３・・・所期設定データ格納メモ
リ　　７４・・・角度データ入力部　　７５・・・演算
結果部　　７６・・・方向舵操作モータ　　７７．８０
・・・モータ用駆動電圧増幅部７９・・・車輪駆動モー
タ　　７８・・・方向舵　　８１・・・車輪１０１・・
・コリメータレンズ　　１０２・・・光ファイバー群１
１１・・・ハーフミラー １１２・・・通過光受光部 １１３・・・反射光受光部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）受光装置を一体に備えた走行ロボットと、基準方
   向に対する角度情報で変調したレーザー光を走査して前
   記走行ロボットの受光装置に照射する発光装置と、前記
   受光装置で受光されたレーザー光から前記角度情報を読
   み出す角度情報読み出し手段と、を備え、前記レーザー
   光を搬送波とするレーザー光通信によって伝送された角
   度情報を基に前記走行ロボットの位置検出を行うよう構
   成されたことを特徴とする位置検出装置。 （２）請求項１記載の位置検出装置において、予め間隔
   が測定された所定の２地点Ｐ、Ｑに前記発光装置をそれ
   ぞれ設けてなり、前記２地点Ｐ、Ｑを結ぶ線Ｐ−Ｑを基
   準として、走行ロボットＲと基準線Ｐ−Ｑとがなす角度
   ∠ＲＰＱ及び∠ＲＱＰの角度情報を前記角度情報読み出
   し手段で読み出し、これらの２角を底角としＰ−Ｑを底
   辺とする三角形の頂点Ｒを演算することにより、走行ロ
   ボットの位置座標を演算する位置座標演算手段を設けた
   ことを特徴とする位置検出装置。 （３）前記発光装置が、基準位置を軸に走行ロボットの
   活動平面に対して略平行に３６０゜レーザー光を回転走
   査するものであることを特徴とする請求項１又は２のい
   ずれかに記載の位置検出装置。 （４）横断面が凸レンズ形状をなす複数の柱状凸レンズ
   それぞれの光軸が所定の中心軸に略交わるように側方に
   並設して円筒状に形成すると共に、前記複数の柱状凸レ
   ンズで集められた光をそれぞれ個別に受光する受光素子
   を設けて構成したことを特徴とする受光装置。 （５）前記受光素子が、前記複数の柱状凸レンズの内側
   の集光部それぞれに沿って複数の受光面を凸レンズ側に
   向けて並設してなる光ファイバー群を含んでなる請求項
   ４記載の受光装置。 （６）前記受光素子で検出された複数の柱状凸レンズ毎
   の光量の円周方向での差異に基づいて受光装置に対する
   光源の方向を検出する方向検出手段を含んでなる請求項
   ４又は５のいずれかに記載の受光装置。 （７）請求項６記載の受光装置を一体に備えた走行ロボ
   ットと、一定間隔の所定２地点にそれぞれ配設され基準
   方向に対する角度情報を付与したビーム光を走査して前
   記走行ロボットの受光装置に照射する２つの発光装置と
   、前記受光装置の受光素子で受光される２つのビーム光
   からそれぞれ角度情報を読み出す角度情報読み出し手段
   と、前記読み出された２つの角度情報と前記２地点間の
   距離とに基づいて前記２地点を基準とする走行ロボット
   の位置座標を演算する位置座標演算手段と、前記受光装
   置における方向検出手段で検出される２つの発光装置の
   方向の少なくとも一方に基づき、前記位置座標演算手段
   で演算された位置座標における走行ロボットの正面方向
   を演算する正面方向演算手段と、を設けて構成したこと
   を特徴とする位置検出装置。 （８）ラッパ形のハーフミラーと、該ラッパ形のハーフ
   ミラーの中心軸部分に設けられハーフミラーを通過した
   光を受光する受光素子からなる通過光受光部と、円周方
   向に複数の受光素子を放射状に並設して円板状に形成さ
   れて前記ラッパ形のハーフミラーの先細り基端部の外周
   に同軸に配設され、ハーフミラーの外周壁で反射した光
   を受光する反射光受光部と、を設けて構成したことを特
   徴とする受光装置。 （９）請求項８記載の受光装置において、反射光受光部
   を構成する円周方向に放射状に並設された複数の受光素
   子それぞれが、入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄
   積形光センサで構成されたことを特徴とする受光装置。 （１０）請求項９記載の受光装置において、少なくとも
   受光装置に対して光が次に照射されるまでの間隔時間に
   おいて反射光受光部を構成する電荷蓄積形光センサそれ
   ぞれに蓄積された電荷を順次共通出力線上に転送させる
   よう構成されたことを特徴とする受光装置。（１１）前
   記反射光受光部が、受光した光の円周方向での光量差に
   基づいて受光装置に対する光源の方向を検出する方向検
   出手段を含んでなる請求項８、９又は１０のいずれかに
   記載の受光装置。 （１２）請求項１１記載の受光装置を一体に備えた走行
   ロボットと、一定間隔の所定２地点にそれぞれ配設され
   基準方向に対する角度情報を付与したビーム光を走査し
   て前記走行ロボットの受光装置に照射する２つの発光装
   置と、前記受光装置の通過光受光素子で受光された２つ
   のビーム光からそれぞれ角度情報を読み出す角度情報読
   み出し手段と、前記読み出された２つの角度情報と前記
   ２地点間の距離とに基づいて前記２地点を基準とする走
   行ロボットの位置座標を演算する位置座標演算手段と、
   前記受光装置の反射光受光素子における方向検出手段で
   検出される２つの発光装置の方向の少なくとも一方に基
   づいて前記位置座標演算手段で演算された位置座標にお
   ける走行ロボットの正面方向を演算する正面方向演算手
   段と、を設けて構成したことを特徴とする位置検出装置
   。 （１３）円周方向それぞれで受光した光量と所定の光量
   とを比較し、前記所定の光量を下回る光量を無効として
   受光装置に対する光源の方向を検出させる光量レベル制
   限手段を設けたことを特徴とする請求項６又は１１のい
   ずれかに記載の受光装置。 （１４）請求項１３記載の受光装置において、前記所定
   の光量を越える光量となった受光素子群の両端を求め、
   その両端の受光素子で挟まれる中心方向を受光装置に対
   する光源の方向として検出させるよう構成したことを特
   徴とする受光装置。 （１５）発光装置により走査されるビーム光がレーザー
   光であり、該レーザー光を搬送波とするレーザー光通信
   により角度情報の伝送を行うよう構成されたことを特徴
   とする請求項７又は１２のいずれかに記載の位置検出装
   置。 （１６）前記レーザー光を搬送波とするレーザー光通信
   がコヒーレント通信であることを特徴とする請求項１又
   は１５のいずれかに記載の位置検出装置。 （１７）走行ロボットの位置を検出する位置検出装置を
   備え、該位置検出装置で検出された位置に基づいて走行
   ロボットの移動を誘導する走行ロボット誘導装置であっ
   て、 予め設定された走行ロボットの移動平面上の複数の移動
   通過点を連続的に結んだ指定コースと、検出された走行
   ロボットの位置とを比較し、前記指定コースに対する実
   際の移動軌跡の差が最小となるように駆動系をフィード
   バック制御して軌道修正する軌道修正手段を含んで構成
   したことを特徴とする走行ロボット誘導装置。 （１８）前記走行ロボットの移動平面上の複数の移動通
   過点を滑らかな曲線で結んで走行ロボットの移動指定軌
   跡を設定するよう構成したことを特徴とする請求項１７
   記載の走行ロボット誘導装置。 （１９）前記複数の移動通過点を結ぶ滑らかな曲線がス
   プライン関数を用いて設定されることを特徴とする請求
   項１８記載の走行ロボット誘導装置。 （２０）走行ロボットの位置を検出する位置検出装置を
   備え、該位置検出装置で検出された位置に基づいて走行
   ロボットの移動を誘導する走行ロボット誘導装置であっ
   て、 走行ロボットの全活動平面を、交差する線で格子状に一
   定の大きさに区切って複数のスロットを設定し、このス
   ロットを走行ロボットの誘導制御における位置情報の最
   小単位として用いるよう構成したことを特徴とする走行
   ロボット誘導装置。 （２１）前記複数のスロットをそれぞれ２次元の番地で
   区別するよう構成し、指定コースは前記スロットのうち
   の特定のものを連接する形で設定し、走行ロボットの移
   動に伴って検出された走行ロボットの位置が含まれるス
   ロットの番地と、指定コースに設定されたスロットのう
   ちの走行ロボットから近傍位置のスロットの番地とを比
   較することにより、指定コースのスロットに対する走行
   ロボットが位置するスロットの差を減少させるように駆
   動系をフィードバック制御するスロット単位軌道修正手
   段を含んで構成したことを特徴とする請求項２０記載の
   走行ロボット誘導装置。 （２２）前記複数のスロットをそれぞれ２次元の番地で
   区別するよう構成し、指定コースは前記スロットのうち
   の特定のものを連接する形で設定すると共に、走行ロボ
   ットの正面方向を検出し、走行ロボットの移動に伴って
   検出された走行ロボットの位置が含まれるスロットの番
   地と、指定コースに設定されたスロットのうちの走行ロ
   ボットから近傍位置のスロットの番地とを比較し、かつ
   、指定コースに設定されたスロットのうちの走行ロボッ
   トから近傍位置のスロットの進行方向角と検出された走
   行ロボットの正面方向とを比較し、指定コースに対する
   スロット位置及び角度の差を減少させるように走行ロボ
   ットの駆動系をフィードバック制御する位置・方向較正
   軌道修正手段を含んで構成したことを特徴とする請求項
   ２０記載の走行ロボット誘導装置。 （２３）前記位置検出装置が、請求項７又は１２のいず
   れかに記載のものであることを特徴とする請求項２２記
   載の走行ロボット誘導装置。 （２４）前記スロット毎に、位置検出の基準地点に対す
   る位置情報と、当該スロット位置における所定の動作諸
   元とを記憶する位置及び動作諸元記憶手段を設けたこと
   を特徴とする請求項２０、２１、２２又は２３のいずれ
   かに記載の走行ロボット誘導装置。