JPH04108205U - 自律走行無人車の位置補正検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自律走行無人車の定点補正、特に姿勢角補正
を正確にする。 【構成】 無人車５０は、マーカ６１のある部分では光
誘導により走行し、マーカ６１のない部分では自律走行
する。無人車５０の制御部は、前のマーカから次のマー
カまでの距離，無人車座標，マーカ位置を、サンプリン
グ間隔ごとに求めて記憶する。前側の光センサ５６Ｆが
マーカ６１の前端側エッジ部に達する前の位置状態のデ
ータを用いて定点補正する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は自律走行無人車の位置補正検出装置に関し、正確に定点補正ができる ようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】

無人車搬送車（以下「無人車」と略す）は、機械・電子部品の組み立て、さら には食品・繊維など様々の分野の工場で使われている。今まで多く用いられてい る無人車は、誘導線（電線，光テープ，磁気テープ）を検出しつつ誘導線に沿い 走行している。

【０００３】 ところで誘導線を用いると、誘導線の布設や走行ラインの変更が面倒である。 そこで最近では自律走行式の無人車が開発されている。自律走行無人車のうち、 走行距離及び姿勢角等をセンサで検出しつつあらかじめ設定した走行経路データ を参照して自律走行するタイプのものでは、数ｍないし数十ｍ走行すると、当初 プログラミングした到着位置とは異なる位置にきてしまう。これは走行距離セン サや姿勢角センサ等（これをここでは「内界センサ」と称す）の誤差が累積する からである。そこで、内界センサを用いた自律走行無人車では、正確に走行ルー トを通るために絶対位置の補正を走行の途中で行わなくてはならない。

【０００４】 なお、超音波センサや視覚センサ（これをここでは「外界センサ」と称す）な どで周囲環境を検出して走行位置を確認しつつ自律走行する無人車では、上述し た問題は生じない。

【０００５】 内界センサを用いた自律走行無人車を走行ルートに沿い正確に走行させるため には、定点補正をする。次に定点補正の１つの方法を図５を基に説明する。

【０００６】 図５に示す定点補正方法では、あらかじめ設定した本来の走行経路１０に、所 定間隔をあけてテープ状アルミ箔でなるマーカ１１を貼着している。無人車１２ の底面には前部にＣＣＤセンサで形成した光センサ１３ａが、後部にＣＣＤセン サで形成した光センサ１３ｂが備えられている。無人車１２がＡ方向に進行し前 側の光センサ１３ａがマーカ１１を検出することにより無人車１２の絶対位置の 認識ができ、これを基に位置補正ができる。またマーカ１１を光センサ１３ａ及 び光センサ１３ｂのどの位置で検出したのかを判定することにより、無人車１２ が走行経路１０に対し傾いている角、即ち姿勢角θが求められ、姿勢ずれ補正が できる。なお、マーカ１１としては、アルミ箔に限らず、ペンキ等を床面に塗っ てマーカとすることもできる。このようになテープ状のマーカ１１は、簡単に設 置できるという利点がある。

【０００７】 ここで姿勢角θを検出する方法を説明する。図６に示すように前側の光センサ １３ａがマーカ１１の前端側エッジ部１１ｅＦに達したときに、光センサ１３ａ の中央からマーカ１１までの距離ｘＦと、光センサ１３ｂの中央からマーカ１１ までの距離ｘＢを求める。無人車１２の長さをＬとすると、ｘＦ，ｘＢ，Ｌ，は 図７に示す関係になる。よって図７からわかるように姿勢角θは次式（１）のよ うになる。

【０００８】

【数１】

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

ところで図８に示すように、マーカ１１の前端側エッジ部１１ｅＦの角が欠け てたり汚れて見えなくなってしまうと、姿勢角を正確に検出できなくなってしま う。マーカ１１の幅がＷであるときには、光センサ１３ａには図９（ａ）に示す ような幅の光入力があるが、例えば図８のようにマーカ１１のエッジ部の幅が１ ／３Ｗ欠けると、光センサ１３ａには図９（ｂ）に示すように幅が狭くなって入 力位置がズレて光入力がある。このため、欠け等が生じるとマーカ１１の位置を 誤判定してしまい、ひいては姿勢角の検出が誤ってしまう。図８のような場合に は、１／３Ｗだけズレた位置をマーカ１１の位置と判定してしまう。マーカ１１ のうち、欠け等は、エッジ部で生じやすく、マーカ位置の誤判定が問題となって いた。

【００１０】 本考案は、上記従来技術に鑑み、姿勢角を正確に検出して位置補正をする自律 走行無人車の位置補正検出装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決する本考案の構成は、テープ状のマーカが間隔をとって設置さ れている走行経路のうち、マーカの無い部分では前のマーカから次のマーカに向 い自律走行し、マーカの有る部分ではマーカを光学的に検出してマーカに沿い走 行しつつマーカの位置で定点補正をする自律走行無人車であって、 マーカを検出するため無人車の前部と後部にそれぞれ備えられた光学センサと 、 無人車の走行距離を検出する走行距離検出部と、 無人車の座標，走行距離，光学センサの中央からマーカまでの距離を、サンプ リング間隔ごとに求めて記憶し、前部の光学センサがマーカの前端側エッジ部に 到達する前の状態のデータを用いて定点補正をする制御部とを有することを特徴 とする。

【００１２】

【作用】

マーカの欠けが生じやすいエッジ部より前の位置で定点補正をする。このため 特に姿勢角補正が正確になる。

【００１３】

【実施例】

以下に本考案の実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施例に用い る無人車５０を示す正面図であり、図２はその平面図である。この無人車５０で は、１つの前輪５１が駆動輪となるとともに操舵を行い、２つの後輪５２が従動 回転する。無人車５０の走行距離はエンコーダ５３で検出されステアリング角は ポテンショメータ５４で検出される。制御部５５は、エンコーダ５３及びポテン ションメータ５４が検出した検出データと、あらかじめ設定した走行経路データ とを比較しつつ、自律走行をするように走行制御をする。無人車５０の底面には 、前側にＣＣＤイメージセンサで形成した光センサ５６Ｆが備えられ、後側に光 センサ（ＣＣＤイメージセンサ）５６Ｂが備えられている。

【００１４】 一方、図３に示すように、あらかじめ設定した本来の走行経路６０には所定間 隔をあけてテープ状のマーカ６１が設定されている。マーカ６１は、アルミニウ ムやステンレス鋼などの反射物を設置したり、塗料を床面に描いたりして形成さ れている。

【００１５】 無人車５０がＡ方向に進行するときにおいて、走行経路６０の中でマーカ６１ の無い部分ではエンコーダ５３及びポテンショメータ５４で検出した検出データ とあらかじめ設定した走行経路データとを比較しつつ自律走行し、マーカ６１の ある部分では光誘導モードで走行する。光誘導モードでは、光センサ５６Ｆ，５ ６Ｂによりマーカ６１を検出しマーカ６１が光センサ５６Ｆ，５６Ｆの中央部に 位置するように操舵をしつつ走行する。この光誘導で走行しているときにも、エ ンコーダ５３による検出データを基にした距離計測を続けるとともに、ポテンシ ョメータ５４による検出データを基にした操舵角計測を続ける。

【００１６】 図３に示すように前のマーカ６１（Ｂ）を通過してから次のマーカ６１（Ｆ） に向っていき、更に図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように次のマーカ６１ に沿い光誘導されていったときの演算処理を次に説明する。なお座標は図３に示 すように前のマーカ６１（Ｂ）の前端側エッジ部を原点としてとっている。

【００１７】 前のマーカ６１（Ｂ）を出発してからの座標が、サンプリング間隔ごとに、制 御部５５で求められて制御部５５のメモリに記憶される。

【００１８】 図４（ａ）に示すように前側の光センサ５６Ｆが次のマーカ６１（Ｆ）を検出 すると光誘導に移行する。このときの無人車５０の座標は（ｘ１，ｙ１）である 。

【００１９】 図４（ｂ）に示すように後側の光センサ５６Ｂもマーカ６１（Ｆ）を検出した ときの無人車５０の位置状態は次のとおりであり、メモリに記憶される。 座標 （ｘ１＋△ｘ１，ｙ１＋△ｙ１） 走行距離 ０ 前側のセンサ５６Ｆの中央からマーカまでの距離 α０ 後側のセンサ５６Ｂの中央からマーカまでの距離 β０ また後側の光センサ５６Ｂがマーカ６１（Ｆ）を検出した時点からの走行距離 が、エンコーダ５１のデータを基に制御部５５で求められる。したがった図４（ ｂ）の状態では、走行距離は零となる。

【００２０】 図４（ｄ）に示すように前側の光センサ５６Ｆがマーカ６１（Ｆ）の前端側エ ッジ部６１ｅＦを検出したときの無人車５０の位置状態は次のとおりであり、メ モリに記憶される。 座標 （ｘ１＋△ｘ１＋△ｘｍ，ｙ１＋△ｙ１＋△ｙｍ） 走向距離 Ｌｍ センサ５６Ｆの中央からマーカまでの距離 αｍ センナ５６Ｂの中央からマーカまでの距離 βｍ

【００２１】 図４（ｃ）は図４（ｄ）の状態から距離γだけ前のときの位置状態であり、こ のときの位置状態は次のようにメモリに記憶されている。 座標 （ｘ１＋△ｘ１＋△ｘｎ，ｙ１＋△ｙ１＋△ｙｎ） 走行距離 Ｌｍ−γ センサ５６Ｆの中央からマーカまでの距離 αｎ センサ５６Ｂの中央からマーカまでの距離 βｎ

【００２２】 本実施例では制御部５５は、走行距離がＬｍ−γとなったとき、つまり図４（ ｃ）の位置でのデータを基に定点補正をする。つまり座標をクリアするとともに 、図４（ｃ）の位置データから姿勢角を求めて姿勢の位置補正をする。

【００２３】 図４（ｃ）の位置では、前側の光センサ５６Ｆが、マーカ６１（Ｆ）の前端側 エッジ部に到達していないので、エッジ部に欠け等が生じても影響を受けること なく姿勢角が正確に求まり、定点補正が精度よくできる。

【００２４】 図４（ｃ）の位置データで定点補正をするため、無人車５０が図４（ｄ）の位 置に達したときの位置状態は次のようになる。 座標 （△ｘｍ−△ｘｎ＋αｍ，△ｙｍ−△ｙｎ） 姿勢角 arc sin （αｍ−βｍ）／Ｌ そして上記座標及び姿勢角を基にして、次のマーカに向い自律走行する。

【００２５】 上記実施例では、図４（ｄ）の状態から距離γ（一定距離）だけ前の位置、つ まり図４（ｃ）の位置のデータで定点補正をしていたが、更に次のように高度化 することもできる。 即ち、サンプリング間隔ごとに前のマーカ６１（Ｂ）を出発してからの座標 を求め、図４（ａ）の状態になってから以降の走行距離を求め、センサ５６ Ｆ，５６Ｂの中央からマーカ６１までの距離を求めてメモリに記憶することに加 えて、各サンプリング時においてセンサ５６Ｆ，５６Ｂでスキャンしたマーカ ６１の幅を求めてメモリに記憶する。

【００２６】 定点補正は、図４（ｃ）の位置データの中のマーカ幅が正常であるときには図 ４（ｃ）の位置データにより行うが、図４（ｃ）の位置データの中のマーカ幅が 異常であるときには、それより１つ前のサンプリングデータを用いて行う。図４ （ｃ）より１つ前のサンプリングデータのマーカ幅が異常であるときには、更に １つ前のサンプリングデータを用いる。つまりマーカ幅が正常なところのサンプ リングデータを用いて定点補正をする。 マーカ幅は、あらかじめ設定したある範囲内の幅であるときに正常と判定し、 範囲外になったときに異常と判定する。

【００２７】 ペンキを塗布してマーカ６１を形成したときには、マーカ６１のエッジ部が見 えなくなってしまうのみならず、マーカ６１の途中も汚れ等で見えなくなってマ ーカ幅が狭くなってしまうことがあるので、上述した〜のデータを用いて高 度な判定をすれば、マーカ幅が一部異常であってもマーカ幅の正常なところで定 点補正ができ、正確な走行が確保できる。

【００２８】

【考案の効果】

以上実施例とともに具体的に説明したように本考案によれば、テープ状のマー カのエッジ部が欠けたりマーカ幅が狭くなっていても、このような部分を避けた 位置のデータを用いて定点補正するため、正確な定点補正ができる。特に、姿勢 角の補正が正確にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を適用した無人車を示す正面図である。

【図２】本考案を適用した無人車を示す平面図である。

【図３】無人車の走行状態を示す説明図である。

【図４】無人車の走行状態を示す説明図である。

【図５】従来技術を示す説明図である。

【図６】従来技術を示す説明図である。

【図７】姿勢角の検出手法を示す説明図である。

【図８】欠けたマーカを示す平面図である。

【図９】マーカ検出信号を示す波形図である。

【符号の説明】

５０ 無人車 ５１ 前輪 ５２ 後輪 ５３ エンコーダ ５４ ポテンショメータ ５５ 制御部 ５６Ｆ，５６Ｂ 光センサ ６０ 走行経路 ６１ マーカ ６１ｅＢ 後端側エッジ部 ６１ｅＦ 前端側エッジ部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 テープ状のマーカが間隔をとって設置さ
   れている走行経路のうち、マーカの無い部分では前のマ
   ーカから次のマーカに向い自律走行し、マーカの有る部
   分ではマーカを光学的に検出してマーカに沿い走行しつ
   つマーカの位置で定点補正をする自律走行無人車であっ
   て、マーカを検出するため無人車の前部と後部にそれぞ
   れ備えられた光学センサと、無人車の走行距離を検出す
   る走行距離検出部と、無人車の座標，走行距離，光学セ
   ンサの中央からマーカまでの距離を、サンプリング間隔
   ごとに求めて記憶し、前部の光学センサがマーカの前端
   側エッジ部に到達する前の状態のデータを用いて定点補
   正をする制御部とを有することを特徴とする自律走行無
   人車の位置補正検出装置。