JPH04102104A - 無人走行車の走行制御システム - 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、無人走行車の走行制御システムに係り、とく
に、無軌道式の無人走行車の目標コースに沿った走行制
御用として好適な無人走行車の走行制御システムに関す
る。

〔背景技術〕

従来、無人走行車の走行制御システムとしては、ガイド
ライン（各種テープ、ケーブル等）を床面上若しくは下
に設置し、走行車に搭載されたセンサで走行する軌道式
のものの他、ガイドラインを設置しない無軌道式のもの
がある。この無軌道式の走行制御システムとしては、ジ
ャイロスコープ等を利用したいわゆる慣性航法装置や、
走行速度の検出・積分により自己位置を算出し、事前に
ティーチングされた目標軌道を追跡走行するものや、特
開昭６４−８２２０６号公報記載の発明等のように、レ
ーザ灯台等を用いレーザ光を走行車から発し、特定の目
標　と走行車との相対角度から、走行車の基準点からの
距離、方位（即ち３位りを走行車上で算出し、事前に与
えられたマツプ（地図情報）をもとに、目標軌道を追跡
走行するもの等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例の軌道式のものにあっては、
事前にガイドラインの設置が必要であり、また、その準
備に大変手間が掛かると共に、軌道の変更にもかなりの
手間が掛かるという不都合があった。また、上記従来例
の無軌道式のものにあっても、慣性航法装置や走行速度
積分方式による自己位置検出方式では、検出誤差が累積
するため、時間の経過とともに累積誤差が増大するとい
う不都合があり、また、この誤差を修正する手段を設け
なければならないという不都合があった。一方、上記従
来例の外部に設置した目標物と走行車との角度計測方式
による自己位置検出方式では、ガイドラインが不要で、
累積誤差も生じないが、角度計測機や制御計算機等を走
行車上に搭載することから、必然的に走行車が重量化、
大型化するという不都合があり、また、走行車の振動や
動揺等による角度計測誤差を生じやすいという不都合が
あった。

〔発明の目的］ 本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、走行車の小型軽量化を可能とし、振動や動揺
に影響を受けることなく走行車の位置を正確に検出し、
該走行車を所定コースを正確に走行せしめ得る無人走行
車の走行制御システムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、相異なる二以上の基準点に各−っレーザ送受
信手段を設置し、これらのレーザ送受信手段に対応して
無人走行車上に球面鏡で構成されたレーザ反射手段を搭
載している。そして、各レーザ送受信手段が、ほぼ鉛直
面内に広がるレーザファンビームを水平面に沿って所定
方向に同一角速度で旋回させるレーザ光旋回機能と、レ
ーザ反射手段で反射されたレーザファンビームを受光し
て受光信号を出力するレーザ受光信号出方機能とを備え
ている。更に、前記各レーザ送受信手段に前記無人走行
車を制御する制御装置を併設するとともに、この制御装
置が、各レーザ送受信手段からの受光信号を受ける度毎
に、所定の基準に従ってレーザファンビームの基準位置
からの回転角を算出する第１の演算機能と、この算出さ
れた回転角と予め定められた各基準点間の距離とに基づ
き無人走行車の平面座標位置を解析的手法により算出す
る第２の演算機能と、各算出された座標位置データに基
づき無人走行車の速度の向きを推定する第３の演算機能
と、これらの演算結果に基づき無人走行車の所定コース
からのずれ量を算出するとともにこのずれ量に基づき無
人走行車の少なくとも進行方向を制御する走行制御機能
とを有しているという構成を採っている。これによって
、前述した目的を達成しようとするものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づい
て説明する。

第１図には、本発明の一実施例の全体的な構成が示され
ている。

この第１図において、相異なる三箇所の基準点には、レ
ーザ送受信手段としてのレーザ角度計測機１が各−つ設
置されている。また、これらのレーザ角度計測機１．１
に対応して制御対象である無人走行車２」二に球面鏡で
構成されたレーザ反射手段３が搭載されている。

この内、各レーザ角度計測機ｌは、レーザ受信機能を兼
ね備えた特殊なレーザ灯台で、具体的には、ほぼ鉛直面
内に広がるレーザファンビームを水平面に沿って同図に
矢印で示す方向に同一角速度ωにて旋回させるレーザ光
旋回機能と、基準点からのレーザファンビームの回転角
度信号を出力するレーザ回転信号出力機能と、レーザ反
射手段３で反射されたレーザファンビームを受光して受
光信号を出力するレーザ受光信号出力機能とを備えたも
のである。

ここで、このレーザ角度計測機１の具体的な構成を第３
図に基づいて説明する。

筐体１１内にベアリング２１．２２を介して回転自在に
装備された円筒体１２と、この円筒体１２の図における
上端面に形成されたフランジ部１３の上面に当該円筒体
１２の軸（鉛直軸）に対してほぼ４５″の傾斜角で取り
付けられた第１の平面鏡（反射ミラー）１４とを備えて
いる。才た、円筒体１２の下方には、平行光レンズ１６
を介して、前記円筒体１２の軸とその先軸とが一致する
ように半導体レーザ１５が設けられている。この半導体
レーザ１５には、当該レーザ光の光量を制御する光量制
御回路１７が併設されている。ここで、半導体レーザ１
５から発せられたレーザビームは平行光レンズ１５を介
して第１の平面鏡１４で水平方向に方向転換されるが、
このレーザビームの進行方向先に円筒レンズ１８が設け
られており、この円筒レンズ１８により当８亥レーザビ
ームは鉛直面内で末広がりとなるように拡大され、所謂
レーザファンビームが作られる。また、円筒体１２の下
部には、ギヤ１９が一体的に装備されており、このギヤ
１９には駆動用のモータ２０のモータ軸に一体的に装備
されたモータギヤ２ＯＡが噛合している。そして、この
モータ２０の回転により、一定角速度ωで円筒体１２が
回転し、レーザファンビームが一定角速度ωで水平面に
平行に旋回するようになっている。更に、この円筒体１
２には、当該円筒体１２の回転角度検出用のロータリー
エンコーダ３０が装備されている。このロータリーエン
コーダ３０は、ゼロ基準信号（基準点の方位を示す信号
）と角度信号（基準点からの回転角を示す信号）とを出
力するようになっている。本実施例では、基準点の方位
が第１図に示す基準ｆＪＬと一致するように、それぞれ
のレーザ角度計測機１が設置されている。一方、円筒体
１２のフランジ部１３の下方には、第１の平面鏡１４に
対応してドーナツ状の第２の平面鏡２３が第３図に示す
如く鉛直線に対して４５°傾斜した状態で、且つ円筒体
１２の外面から一定の空隙を隔てて配置されている。こ
の第２の平面鏡２３は実際には、筺体１１に固定されて
いる。ここで、フランジ部１３は、透明部材で形成され
ており、第３図矢印Ａで示す如く外部から水平方向に入
射した光は、図示の如く第１の平面鏡１４で鉛直下方に
向きを変えられ、フランジ部１３を透過して第２の平面
鏡２３で再び水平方向に向きを変えられるようになって
いる。更に、この光の進行方向先には、集光レンズ２４
及び受光素子２５が設けられている。このため、外部か
ら入射した光は、最終的には、受光素子２５で受光され
、受光信号が出力されるようになっている。

このように構成された各レーザ角度計測機１の各出力は
、当該各レーザ角度計測機１に摺設された無人走行車２
の制御装置４に出力されるようになっている。この制御
装置４は、いわゆるマイコン等を含んで構成され、指令
信号出力用の無線送信機５が併設されている。そして、
後述するようにして、この無線送信機５に設けられた送
信アンテナ５Ａから舵角及び速度の指令信号が送信され
るようになっている。

ここで、この制御装置４の主要な機能について説明する
。

この制御装置４は、ｌ／−ザ角度計測機から出力される
ゼロ基準信号（これは、各旋回レーザビームの方向が基
準線りの方向と一致したとき、各レーザ角度計測機１か
ら出力される）と、受光信号を受けた時の角度信号とに
基づき、各旋回レーザビームの方向、即ち当該各旋回レ
ーザビームの基単点からの回転角度（第１図に示すθ１
とθ２）を算出する第１の演算機能と、この算出された
回転角度と既知の基準点間の距離とに基づき、いわゆる
三角測量の手法（解析的手法）により、例えば、一方の
基準点を原点とする直行デカルト座標上（或いは極座標
上）の無人走行車２の位置を算出する第２の演算機能と
、旋回レーザ光の周期２π／ω毎に算出した無人走行車
２の座標位置に基づき無人走行車２の速度ベクトルの方
向を推定する第３の演算機能と、これらの演算結果に基
づき、所定のコースからのずれ量を演算して速さと進行
方位とを決定し、適切な舵角と速度指令信号を出力する
ことにより後述するようにして、無人走行車２の進行方
向及び速さを制御する走行制ｍｎａ能とを有している。

一方、無線送信機５に対応して無人走行車２上には、無
線受信機６が搭載されている。ここで、第２図に基づい
て無人走行車２側の制御系について説明する。

無線受信機６には、受信用のアンテナ６Ａが設けられ（
第１図参照）、指令信号に応じて後述する操舵モータ及
び駆動モータの制御を行うモータ制御装置７が併設され
ている。このモータ制御装置７には、操舵モータＭ＋　
と舵角検出用のポテンショメータＰｔとが直列接続され
、当該ポテンショメータＰｔの出力がモータ制御装置７
にフィードバックされ、舵角が舵角指令信号に一致する
よう操舵モータＭ１のフィードバック制御が行われるよ
うになっている。また、このモータ制御装置７には、駆
動モータＭ２の出力がフィードバックされており、速度
が速度指令信号に一致するよう駆動モータＭ、がフィー
ドバック制御されるようになっている。

次に、上記実施例における全体的な動作について説明す
る。

まず、最初に所定のコースに一致するように初期設定が
行われ、無人走行車２の走行が開始されると、各レーザ
角度計測機１のレーザファンビームの旋回が開始される
。すると、各レーザファンビームが、球面鏡から成るレ
ーザ反射体３の中心方向を通る場合が、レーザファンビ
ームの１回転に１回心ずあり、この時レーザ反射体３で
レーザファンビームの一部が反射される。この反射され
たレーザファンビームが各レーザ角度計測機１で受光さ
れるので、レーザファンビームの１回転に１回ゼロ基準
信号とともに、受光信号が各レーザ角度計測機ｌから制
御装置４に出力される。制御装置４では、受光信号を受
けると、ゼロ基準信号とその時点の回転角度信号とに基
づき、上述したようにして、無人走行車２の平面座標位
置を解析的に算出する。また、制御装置４では、このよ
うな位置の演算を周期２π／ω毎に行うとともに、所定
回数に１回その間の走行軌跡に基づき無人走行車２の速
度ベクトルの方向を推定する。そして、これらの演算結
果に基づき、制御装置４では、所定コースからのずれ量
を算定し、進行方向と速さを決定し、その決定値に対応
する舵角指令信号及び速度指令信号を無線送信機５を介
して送信する。

この舵角指令信号及び速度指令信号が、無人走行車２例
の受信用のアンテナ６Ａを介して無線受信機６で受信さ
れると、これらの指令信号がモータ制御装置７に送られ
る。モータ制御装置７では、これらの舵角指令信号及び
速度指令信号を受けると、無人走行車２の進行方向及び
速さが当該指令内容に一致するように、操舵モータＭ、
と駆動モータＭ２を制御する。この結果、無人走行車２
の前輪の操舵及び駆動モータＭ１の回転数制御が行われ
、無人走行車２の進行方向及び速さが制御される。この
ようにして、無人走行車２が所定コースを自動誘導され
るようになっている。

以上説明したように、本実施例によると、目標コースは
制御装ｆ４に数値データのみで与えることができるので
、コース設定が非常に簡単であるとともに工事等が一切
不要であり、また、コースの変更も数値データを変更す
るだけで容易にできる。更に、リアルタイムで時々刻々
に変化する無人走行車２の位置を算出するので、累積誤
差もなく、無人走行車２を正確に所定コースを誘導制御
できる。また、無人走行車２上には、計測機類や計算機
類を搭載しないので、車体の振動や動揺に影響を受ける
ことなく、各基準点において、基準線りに対する無人走
行車２の方位を正確に計測でき、また、無人走行車２の
小型化、軽量化が可能である。更には、レーザ反射手段
３が球面鏡で形成されているので、第４図に示すように
、無人走行車２の姿勢及びある程度の高低差に無関係に
正確に各基準点において、基準線Ｉ−に対する無人走行
車２の方位を計測できるという利点をも有している。

なお、上記実施例においては、レーザファンビームの基
準点からの回転角を検出するために、ゼロ基準信号と回
転角度信号から回転角を算出するインクリメントタイプ
のロータリエンコーダを使用する場合を例示したが、こ
れに代えて、受光素子の出力の組合せから基準位置から
の絶対的な角度が検出できるいわゆるアブソリュートタ
イプのロータリエンコーダを使用してもよ（、或いは、
ロータリエンコーダ等を用いることなく、基準線上にゼ
ロ位置検出用の受光素子を設置して、この素子の受光信
号であるゼロ基準信号とレーザ反射手段で反射された反
射レーザ光の受光信号との受光時間差から各基準点にお
ける基準線に対する無人走行車２の方位角を算出するよ
うな構成であってもよい。また、上記実施例では、信号
の授受を無線で行う走行制御（ラジコン）の場合を例示
したが、本発明はこれ（、こ限定されることなく、信号
の授受を信号線を介して行う走行制御（いわゆるリモコ
ン）等にも容易に適用できるものである。

（発明の効果〕 本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よれば、目標コースの設定・変更が数値データの設定・
変更だけで容易に可能であり、制御装置の第１ないし第
３の演算機能及び走行制？１１機能により、リアルタイ
ムで算出された時々刻々に変化する無人走行車の位置及
び推定された無人走行車の速度の方向に基づき、無人走
行車の所定コースからのずれ量が算定されるので、これ
に基づき累積誤差もなく、無人走行車を正確に所定コー
スを誘導制御することができ、また、無人走行車上には
、計測機類や計算機類を搭載する必要がないので、車体
の振動や動揺に影響を受けることなく、各基準点におい
て、基準線に対する無人走行車の方位を正確に計測でき
るとともに、無人走行車の小型化、軽量化が可能であり
、更には、レーザ反射手段が球面鏡で形成されているの
で、無人走行車の姿勢及びある程度の高低差に無関係に
正確に各基準点において、基準線に対する無人走行車の
方位を計測することができ、これがため、路面に多少の
凹凸があっても、無人走行車を所定コースに沿ってほぼ
正確に誘導制御できるという従来にない優れた無人走行
車の走行制御システムを提供することができる。

１・・・・・・レーザ送受信手段としての１７一ザ角度
計測機、２・・・・・・無人走行車、３・・・・・・レ
ーザ反射手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、相異なる二以上の基準点に各一つレーザ送受信
   手段を設置し、これらのレーザ送受信手段に対応して無
   人走行車上に球面鏡で構成されたレーザ反射手段を搭載
   し、 前記各レーザ送受信手段が、ほぼ鉛直面内に広がるレー
   ザファンビームを水平面に沿って所定方向に同一角速度
   で旋回させるレーザ光旋回機能と、前記レーザ反射手段
   で反射された前記レーザファンビームを受光して受光信
   号を出力するレーザ受光信号出力機能とを備え、 前記各レーザ送受信手段に前記無人走行車を制御する制
   御装置を併設するとともに、この制御装置が、前記各レ
   ーザ送受信手段からの受光信号を受ける度毎に、所定の
   基準に従って前記レーザファンビームの基準位置からの
   回転角を算出する第１の演算機能と、この算出された回
   転角と予め定められた各基準点間の距離とに基づき前記
   無人走行車の平面座標位置を解析的手法により算出する
   第２の演算機能と、各算出された座標位置データに基づ
   き前記無人走行車の速度の向きを推定する第３の演算機
   能と、これらの演算結果に基づき前記無人走行車の所定
   コースからのずれ量を算出するとともにこのずれ量に基
   づき前記無人走行車の少なくとも進行方向を制御する走
   行制御機能とを有していることを特徴とした無人走行車
   の走行制御システム。