JPH07129243A - 無人車の操舵制御装置 - Google Patents
無人車の操舵制御装置Info
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- JPH07129243A JPH07129243A JP5278647A JP27864793A JPH07129243A JP H07129243 A JPH07129243 A JP H07129243A JP 5278647 A JP5278647 A JP 5278647A JP 27864793 A JP27864793 A JP 27864793A JP H07129243 A JPH07129243 A JP H07129243A
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- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
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- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】スムースな方向変換をオンラインで行う無人車
の操舵制御装置を提供すること。 【構成】方向変換を含む軌道を走行する無人車の操舵制
御装置において、前記方向変換をキュービック・スパイ
ラル曲線からなる軌道で構成し、その軌道の軌道角度を
決定する軌道角度決定手段と、無人車の車体角度を測定
する車体角度測定手段と、前記無人車の走行距離を検出
する距離検出手段と、前記軌道角度と前記車体角度の偏
差を演算する偏差演算器と、前記偏差に基づいて無人車
の操舵装置を制御する制御手段とを具備し、前記軌道角
度決定手段は、軌道の前記曲線部の性質によって定まる
第１関数の関数テーブルと、前記走行距離と前記関数テ
ーブルのデータに基づいて前記軌道角度を演算する角度
演算手段を具備したことを特徴とする。
の操舵制御装置を提供すること。 【構成】方向変換を含む軌道を走行する無人車の操舵制
御装置において、前記方向変換をキュービック・スパイ
ラル曲線からなる軌道で構成し、その軌道の軌道角度を
決定する軌道角度決定手段と、無人車の車体角度を測定
する車体角度測定手段と、前記無人車の走行距離を検出
する距離検出手段と、前記軌道角度と前記車体角度の偏
差を演算する偏差演算器と、前記偏差に基づいて無人車
の操舵装置を制御する制御手段とを具備し、前記軌道角
度決定手段は、軌道の前記曲線部の性質によって定まる
第１関数の関数テーブルと、前記走行距離と前記関数テ
ーブルのデータに基づいて前記軌道角度を演算する角度
演算手段を具備したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、無人車の操舵制御装置
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、無人車の走行は直線部分は軌道線
を設けて、これに沿って走行させ、方向変換は円弧から
なる軌道を設けて、それに沿って走行させる制御方法が
採用されている。この円弧を用いた制御方法は、幾何学
的に単純でガイド線敷設工事が容易であるという特徴を
有する。また、クロソイド（clothoid）曲線を用いて方
向変換を行わせる旋回方式も知られている。これは、旋
回角速度を連続にした方式である。
を設けて、これに沿って走行させ、方向変換は円弧から
なる軌道を設けて、それに沿って走行させる制御方法が
採用されている。この円弧を用いた制御方法は、幾何学
的に単純でガイド線敷設工事が容易であるという特徴を
有する。また、クロソイド（clothoid）曲線を用いて方
向変換を行わせる旋回方式も知られている。これは、旋
回角速度を連続にした方式である。
【０００３】さらに、キュービック・スパイラル（cubi
c・spiral）と呼ばれる曲線を用いた旋回方式も提案され
ている。これは旋回角加速度の２乗の軌道に沿う線積分
を最小化する方式である。図１０は、１８０度の方向転
換する場合の前記３曲線の軌跡と曲率の変化を示した図
である。図１０（Ａ）において、曲線Ｃ１は、半径５０
の円弧で、曲線Ｃ２はキュービック・スパイラル曲線
で、曲線Ｃ３はクロソイド曲線である。また、図１０
（Ｂ）において、Ｒ１は円弧の曲率で、一定である。Ｒ
２はキュービック・スパイラル曲線の曲率で、曲率が連
続的に滑らかに変化していることが分かる。また、Ｒ３
はクロソイド曲線の曲率である。
c・spiral）と呼ばれる曲線を用いた旋回方式も提案され
ている。これは旋回角加速度の２乗の軌道に沿う線積分
を最小化する方式である。図１０は、１８０度の方向転
換する場合の前記３曲線の軌跡と曲率の変化を示した図
である。図１０（Ａ）において、曲線Ｃ１は、半径５０
の円弧で、曲線Ｃ２はキュービック・スパイラル曲線
で、曲線Ｃ３はクロソイド曲線である。また、図１０
（Ｂ）において、Ｒ１は円弧の曲率で、一定である。Ｒ
２はキュービック・スパイラル曲線の曲率で、曲率が連
続的に滑らかに変化していることが分かる。また、Ｒ３
はクロソイド曲線の曲率である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、円弧を
用いた旋回方式では、カーブの出入り口で曲率が急変化
するため、車体旋回角速度が不連続となり、速い車速で
旋回するとオフ・ルートを起こしたり、また、過大な旋
回角加速が必要になり、車体の制御性が悪くなり、円滑
な走行が困難であるという問題点がある。また、キュー
ビック・スパイラル曲線を用いた方式では、軌道角度ま
たは軌道角速度を求めるために複雑な計算が必要で、実
時間制御が困難であるという問題がある。本発明はかか
る問題点を解決するためになされたもので、前記計算を
容易に実行可能な手段を採用した無人車の操舵制御装置
を提供するものである。
用いた旋回方式では、カーブの出入り口で曲率が急変化
するため、車体旋回角速度が不連続となり、速い車速で
旋回するとオフ・ルートを起こしたり、また、過大な旋
回角加速が必要になり、車体の制御性が悪くなり、円滑
な走行が困難であるという問題点がある。また、キュー
ビック・スパイラル曲線を用いた方式では、軌道角度ま
たは軌道角速度を求めるために複雑な計算が必要で、実
時間制御が困難であるという問題がある。本発明はかか
る問題点を解決するためになされたもので、前記計算を
容易に実行可能な手段を採用した無人車の操舵制御装置
を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ため、請求項１に記載の発明にあっては、方向変換を含
む軌道を走行する無人車の操舵制御装置において、前記
方向変換をキュービック・スパイラル曲線からなる軌道
で構成し、その軌道の軌道角度を決定する軌道角度決定
手段と、無人車の車体角度を測定する車体角度測定手段
と、前記無人車の走行距離を検出する距離検出手段と、
前記軌道角度と前記車体角度の偏差を演算する偏差演算
器と、前記偏差に基づいて無人車の操舵装置を制御する
制御手段とを具備し、前記軌道角度決定手段は、軌道の
前記曲線部の性質によって定まる第１関数の関数テーブ
ルと、前記走行距離と前記関数テーブルのデータに基づ
いて前記軌道角度を演算する角度演算手段を具備したこ
とを特徴とする。
ため、請求項１に記載の発明にあっては、方向変換を含
む軌道を走行する無人車の操舵制御装置において、前記
方向変換をキュービック・スパイラル曲線からなる軌道
で構成し、その軌道の軌道角度を決定する軌道角度決定
手段と、無人車の車体角度を測定する車体角度測定手段
と、前記無人車の走行距離を検出する距離検出手段と、
前記軌道角度と前記車体角度の偏差を演算する偏差演算
器と、前記偏差に基づいて無人車の操舵装置を制御する
制御手段とを具備し、前記軌道角度決定手段は、軌道の
前記曲線部の性質によって定まる第１関数の関数テーブ
ルと、前記走行距離と前記関数テーブルのデータに基づ
いて前記軌道角度を演算する角度演算手段を具備したこ
とを特徴とする。
【０００６】また、請求項２の発明にあっては、方向変
換を含む軌道を走行する無人車の操舵制御装置におい
て、前記方向変換をキュービック・スパイラル曲線から
なる軌道で構成し、その軌道の軌道角度を決定する軌道
角度決定手段と、無人車の車体角度を測定する車体角度
測定手段と、前記無人車の走行距離を検出する距離検出
手段と、前記軌道角度と前記車体角度の偏差を演算する
偏差演算器と、前記偏差に基づいて無人車の操舵装置を
制御する制御手段とを具備し、前記軌道角度決定手段
は、軌道の前記曲線部の性質によって定まる第２関数の
関数値を演算する関数演算器と、前記無人車の位置と前
記関数演算器の演算結果に基づいて前記軌道角度を演算
する角度演算手段を具備したことを特徴とする。
換を含む軌道を走行する無人車の操舵制御装置におい
て、前記方向変換をキュービック・スパイラル曲線から
なる軌道で構成し、その軌道の軌道角度を決定する軌道
角度決定手段と、無人車の車体角度を測定する車体角度
測定手段と、前記無人車の走行距離を検出する距離検出
手段と、前記軌道角度と前記車体角度の偏差を演算する
偏差演算器と、前記偏差に基づいて無人車の操舵装置を
制御する制御手段とを具備し、前記軌道角度決定手段
は、軌道の前記曲線部の性質によって定まる第２関数の
関数値を演算する関数演算器と、前記無人車の位置と前
記関数演算器の演算結果に基づいて前記軌道角度を演算
する角度演算手段を具備したことを特徴とする。
【０００７】さらに、請求項３の発明にあっては、方向
変換を含む軌道を走行する無人車の操舵制御装置におい
て、前記方向変換をキュービック・スパイラル曲線から
なる軌道で構成し、その軌道の軌道角速度を決定する角
速度決定手段と、前記無人車の走行距離を検出する距離
検出手段と、前記軌道角速度に基づいて操舵装置を制御
する制御手段とを具備し、前記軌道角速度決定手段は、
軌道の前記曲線部の性質によって定まる第２関数の関数
値を演算する関数演算器と、前記無人車の位置と前記関
数演算器の演算結果に基づいて軌道角速度を演算する角
速度演算手段を具備したことを特徴とする。
変換を含む軌道を走行する無人車の操舵制御装置におい
て、前記方向変換をキュービック・スパイラル曲線から
なる軌道で構成し、その軌道の軌道角速度を決定する角
速度決定手段と、前記無人車の走行距離を検出する距離
検出手段と、前記軌道角速度に基づいて操舵装置を制御
する制御手段とを具備し、前記軌道角速度決定手段は、
軌道の前記曲線部の性質によって定まる第２関数の関数
値を演算する関数演算器と、前記無人車の位置と前記関
数演算器の演算結果に基づいて軌道角速度を演算する角
速度演算手段を具備したことを特徴とする。
【０００８】さらに、請求項４の発明にあっては、方向
変換を含む軌道を走行する無人車の操舵制御装置におい
て、前記方向変換をキュービック・スパイラル曲線から
なる軌道で構成し、その軌道角速度を決定する角速度決
定手段と、前記無人車の走行距離を検出する距離検出手
段と、前記軌道角速度に基づいて操舵装置を制御する制
御手段とを具備し、前記軌道角速度決定手段は、軌道の
前記曲線部の性質によって定まる第１関数の関数テーブ
ルと、前記無人車の位置と前記関数テーブルのデータに
基づいて軌道角速度を演算する角速度演算手段を具備し
たことを特徴とする。
変換を含む軌道を走行する無人車の操舵制御装置におい
て、前記方向変換をキュービック・スパイラル曲線から
なる軌道で構成し、その軌道角速度を決定する角速度決
定手段と、前記無人車の走行距離を検出する距離検出手
段と、前記軌道角速度に基づいて操舵装置を制御する制
御手段とを具備し、前記軌道角速度決定手段は、軌道の
前記曲線部の性質によって定まる第１関数の関数テーブ
ルと、前記無人車の位置と前記関数テーブルのデータに
基づいて軌道角速度を演算する角速度演算手段を具備し
たことを特徴とする。
【０００９】また、請求項５の発明にあっては、前記請
求項１〜４の発明に、さらに、無人車の進行方向と平行
な直線軌道との垂直距離を検出する垂直距離検出手段
と、前記直線軌道に移るまでの直線方向走行距離を決定
する距離決定手段と、前記直線方向走行距離及び前記垂
直距離に基づいてキュービック・スパイラル曲線からな
る平行移動軌道を構成する移動軌道構成手段を具備した
ことを特徴とする。
求項１〜４の発明に、さらに、無人車の進行方向と平行
な直線軌道との垂直距離を検出する垂直距離検出手段
と、前記直線軌道に移るまでの直線方向走行距離を決定
する距離決定手段と、前記直線方向走行距離及び前記垂
直距離に基づいてキュービック・スパイラル曲線からな
る平行移動軌道を構成する移動軌道構成手段を具備した
ことを特徴とする。
【００１０】請求項６の発明は、前記移動軌道構成手段
を、平行移動開始点と平行移動終了点の中心点を中間点
とし、前記中間点を点対象とする２本のキュービック・
スパイラル曲線で構成したことを特徴とする。
を、平行移動開始点と平行移動終了点の中心点を中間点
とし、前記中間点を点対象とする２本のキュービック・
スパイラル曲線で構成したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】請求項１〜４の発明においては、方向変換する
軌道部分をキュービック・スパイラル曲線で構成し、そ
の軌道の軌道角度または軌道角速度を求めるために複雑
な計算を行う代わりに、関数テーブルまたは近似関数に
よる関数演算でオンラインで求め、これを用いて操舵装
置のオンライン制御を行う。
軌道部分をキュービック・スパイラル曲線で構成し、そ
の軌道の軌道角度または軌道角速度を求めるために複雑
な計算を行う代わりに、関数テーブルまたは近似関数に
よる関数演算でオンラインで求め、これを用いて操舵装
置のオンライン制御を行う。
【００１２】また、請求項５および６の発明にあって
は、進行中の直線軌道から平行な他の直線軌道に乗り移
る場合には、平行直線の垂直距離と平行移動に必要な直
線方向距離を求め、移動軌道をキュービック・スパイラ
ル曲線で構成し、前記した制御方法で制御を行う。
は、進行中の直線軌道から平行な他の直線軌道に乗り移
る場合には、平行直線の垂直距離と平行移動に必要な直
線方向距離を求め、移動軌道をキュービック・スパイラ
ル曲線で構成し、前記した制御方法で制御を行う。
【００１３】
【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。第１実施例 図２は無人車１の走行する軌道の曲線部の１例を示す。
図２は、直線軌道ＸＡから直線軌道ＢＹに方向変換する
場合の例を示した図である。直線軌道ＸＡ，ＢＹには無
人車１を誘導するためのガイドラインが設けられてい
る。曲線２１はキュービック・スパイラル曲線から構成
され、ガイドラインは設けてあっても、設けてなくとも
よい。点Ａは車体３が旋回を開始する開始点で、点Ｂは
終了点である。無人車１は点Ａから曲線部２１に進入
し、点Ｂから退出して、直線ＢＹを進行する。開始点Ａ
にはマークＭが設けられてある。
る。第１実施例 図２は無人車１の走行する軌道の曲線部の１例を示す。
図２は、直線軌道ＸＡから直線軌道ＢＹに方向変換する
場合の例を示した図である。直線軌道ＸＡ，ＢＹには無
人車１を誘導するためのガイドラインが設けられてい
る。曲線２１はキュービック・スパイラル曲線から構成
され、ガイドラインは設けてあっても、設けてなくとも
よい。点Ａは車体３が旋回を開始する開始点で、点Ｂは
終了点である。無人車１は点Ａから曲線部２１に進入
し、点Ｂから退出して、直線ＢＹを進行する。開始点Ａ
にはマークＭが設けられてある。
【００１４】点Ｐは曲線２１上の点で、曲線（ＡＰ）の
長さをｓで表す。即ち、ｓは軌道２１に沿って測定した
点Ａからの距離である。点Ａではｓ＝０とし、点Ｂでは
ｓ＝Ｌとする。点Ｐは、ｓ＝ｓの点で、点Ｐにおける無
人車１の速度をｖとし、速度ｖが進入方向ＸＡとなす角
度θ（ｓ）を車体角度と定義し、点Ｐにおける軌道２１
が進入方向ＸＡとなす角度Θ（ｓ）を軌道角度と定義す
る。また、点Ｂにおける軌道角度Θ（Ｌ）と点Ａにおけ
る軌道角度Θ（０）との角度差αを旋回角と定義し、点
Ａと点Ｂの距離Ｈを旋回距離と定義する。
長さをｓで表す。即ち、ｓは軌道２１に沿って測定した
点Ａからの距離である。点Ａではｓ＝０とし、点Ｂでは
ｓ＝Ｌとする。点Ｐは、ｓ＝ｓの点で、点Ｐにおける無
人車１の速度をｖとし、速度ｖが進入方向ＸＡとなす角
度θ（ｓ）を車体角度と定義し、点Ｐにおける軌道２１
が進入方向ＸＡとなす角度Θ（ｓ）を軌道角度と定義す
る。また、点Ｂにおける軌道角度Θ（Ｌ）と点Ａにおけ
る軌道角度Θ（０）との角度差αを旋回角と定義し、点
Ａと点Ｂの距離Ｈを旋回距離と定義する。
【００１５】図１は第１実施例の構成を示す。図１にお
いて、無人車１は制御対象であって、車体３と車体３の
進行方向を制御するための操舵装置５を備えている。７
は角度センサであって、無人車１の車体角度θ（ｓ）を
検出するセンサである。角度センサ７は、例えば、ジャ
イロ装置と積分器から構成することができ、車体３の角
速度ωを測定し、積分して車体角度θ（ｓ）を出力す
る。また、角度センサ７は車体３の両輪にエンコーダを
設けて両輪の走行差から車体角度をθ（ｓ）を演算して
もよいし、車体３の操舵輪に回転角を測定するセンサー
を設けて車体角θ（ｓ）を求めてもよい。
いて、無人車１は制御対象であって、車体３と車体３の
進行方向を制御するための操舵装置５を備えている。７
は角度センサであって、無人車１の車体角度θ（ｓ）を
検出するセンサである。角度センサ７は、例えば、ジャ
イロ装置と積分器から構成することができ、車体３の角
速度ωを測定し、積分して車体角度θ（ｓ）を出力す
る。また、角度センサ７は車体３の両輪にエンコーダを
設けて両輪の走行差から車体角度をθ（ｓ）を演算して
もよいし、車体３の操舵輪に回転角を測定するセンサー
を設けて車体角θ（ｓ）を求めてもよい。
【００１６】８は無人車の走行距離を検出する距離検出
装置であって、速度センサ９と積分器１１から構成され
ている。速度センサ９は車体３の速度ｖを検出するセン
サで、積分器１１は速度ｖを時間積分し、走行距離ｓを
出力する。積分器１１は旋回開始点Ａ（図２参照）にお
いてリセットされ、ｓ＝０となる。積分器１１の出力は
点Ｐでｓ＝ｓとなり、終了点Ｂではｓ＝Ｌである。ま
た、距離検出装置８は車輪または駆動するモータにエン
コーダを設けて構成してもよいし、その他光学的装置あ
るいは超音波装置を用いて構成してもよい。
装置であって、速度センサ９と積分器１１から構成され
ている。速度センサ９は車体３の速度ｖを検出するセン
サで、積分器１１は速度ｖを時間積分し、走行距離ｓを
出力する。積分器１１は旋回開始点Ａ（図２参照）にお
いてリセットされ、ｓ＝０となる。積分器１１の出力は
点Ｐでｓ＝ｓとなり、終了点Ｂではｓ＝Ｌである。ま
た、距離検出装置８は車輪または駆動するモータにエン
コーダを設けて構成してもよいし、その他光学的装置あ
るいは超音波装置を用いて構成してもよい。
【００１７】１３は無人車全体を管理、制御する管理制
御装置であって、ＣＰＵ（中央演算処理装置），ＲＡ
Ｍ，ＲＯＭ等のメモリを備えている。このＲＯＭには全
軌道のマップが格納されており、軌道の曲線部に進入す
るときに、その曲線部の旋回角α及び旋回距離Ｈを出力
する。管理制御装置１３は曲線部進入時にマークＭ（図
２参照）を図示省略のマーク検出器で検出し、前記積分
器１１をリセットする。
御装置であって、ＣＰＵ（中央演算処理装置），ＲＡ
Ｍ，ＲＯＭ等のメモリを備えている。このＲＯＭには全
軌道のマップが格納されており、軌道の曲線部に進入す
るときに、その曲線部の旋回角α及び旋回距離Ｈを出力
する。管理制御装置１３は曲線部進入時にマークＭ（図
２参照）を図示省略のマーク検出器で検出し、前記積分
器１１をリセットする。
【００１８】１４は軌道角度Θ（ｓ）を演算する軌道角
度決定装置で、関数テーブル１５と角度演算装置１７か
ら構成されている。関数テーブル１５は、第１関数を旋
回角αおよび旋回距離Ｈの必要な値について計算し、テ
ーブルとして図示していないＲＯＭに格納したものであ
る。ここで、第１関数｛ｄ（α）｝は曲線部の旋回角α
によって定まる関数で、キュービック・スパイラル曲線
を求めるときに必要となる。第１関数は、以下のように
定積分で定義されている。ｄ（α）＝２∫ｃｏｓ｛α
（３／２−２ｓ2）ｓ｝ｄｓで、積分区間は［０、１／
２］である。前記積分は解析的に求めることができな
い。従って、積分区間［０、１／２］を適当な微小区間
に分割して数値積分で求め、テーブルを作成する。な
お、第１関数として、｛Ｈ／ｄ（α）｝と定義してもよ
い。ここで、図２に示すように、曲線（ＡＢ）の両端
Ａ，Ｂにおける接線の角度が各々直線（ＸＡ）及び直線
（ＢＹ）角度に等しい場合は、｛Ｈ／ｄ（α）｝は曲線
（ＡＢ）の長さＬに等しいことが知られている。
度決定装置で、関数テーブル１５と角度演算装置１７か
ら構成されている。関数テーブル１５は、第１関数を旋
回角αおよび旋回距離Ｈの必要な値について計算し、テ
ーブルとして図示していないＲＯＭに格納したものであ
る。ここで、第１関数｛ｄ（α）｝は曲線部の旋回角α
によって定まる関数で、キュービック・スパイラル曲線
を求めるときに必要となる。第１関数は、以下のように
定積分で定義されている。ｄ（α）＝２∫ｃｏｓ｛α
（３／２−２ｓ2）ｓ｝ｄｓで、積分区間は［０、１／
２］である。前記積分は解析的に求めることができな
い。従って、積分区間［０、１／２］を適当な微小区間
に分割して数値積分で求め、テーブルを作成する。な
お、第１関数として、｛Ｈ／ｄ（α）｝と定義してもよ
い。ここで、図２に示すように、曲線（ＡＢ）の両端
Ａ，Ｂにおける接線の角度が各々直線（ＸＡ）及び直線
（ＢＹ）角度に等しい場合は、｛Ｈ／ｄ（α）｝は曲線
（ＡＢ）の長さＬに等しいことが知られている。
【００１９】角度演算装置１７は、距離検出装置８によ
る距離ｓと関数テーブル１５のテーブルデータを用いて
軌道角度Θ（ｓ）を演算する。軌道角度Θ（ｓ）は次の
定積分で定義される。Ｌ＝Ｈ／ｄ（α）とおき、軌道角
度は、Θ（ｓ）＝∫［｛６α（Ｌ2／４−（ｓ−Ｌ／
２）2｝／Ｌ3］ｄｓで、積分区間は［０、ｓ］である。
なお、軌道角度Θ（ｓ）は離散値積分で求める。無人車
の速度ｖが一定で、離散幅ｄｔ毎に制御する場合は、以
下のようにして計算される。旋回開始時をｉ＝０とし、
ｉ＝ｋのときは、ｓk＝Σ（ｖ・ｄｔ）＝ｋ・ｖ・ｄｔ
である。Θ（ｓk）＝Σ［｛６α（Ｌ2／４−（ｓk−Ｌ
／２）2｝ｖ・ｄｔ／Ｌ3］となる。図８は軌道角度Θ
（ｓ）、軌道角速度Ω（ｓ）、軌道角加速度の１例を示
した図である。
る距離ｓと関数テーブル１５のテーブルデータを用いて
軌道角度Θ（ｓ）を演算する。軌道角度Θ（ｓ）は次の
定積分で定義される。Ｌ＝Ｈ／ｄ（α）とおき、軌道角
度は、Θ（ｓ）＝∫［｛６α（Ｌ2／４−（ｓ−Ｌ／
２）2｝／Ｌ3］ｄｓで、積分区間は［０、ｓ］である。
なお、軌道角度Θ（ｓ）は離散値積分で求める。無人車
の速度ｖが一定で、離散幅ｄｔ毎に制御する場合は、以
下のようにして計算される。旋回開始時をｉ＝０とし、
ｉ＝ｋのときは、ｓk＝Σ（ｖ・ｄｔ）＝ｋ・ｖ・ｄｔ
である。Θ（ｓk）＝Σ［｛６α（Ｌ2／４−（ｓk−Ｌ
／２）2｝ｖ・ｄｔ／Ｌ3］となる。図８は軌道角度Θ
（ｓ）、軌道角速度Ω（ｓ）、軌道角加速度の１例を示
した図である。
【００２０】１８は偏差演算器で偏差ｅ＝Θ（ｓ）−θ
（ｓ）を求めて出力する。１９は制御演算器で偏差ｅに
基づいて制御ｕを出力する。制御演算器１８は、ＰＤ，
Ｐ，ＰＩ，ＰＩＤまたはＩＰＤ制御等に基づくアルゴリ
ズムに従って制御ｕを演算し、出力する。
（ｓ）を求めて出力する。１９は制御演算器で偏差ｅに
基づいて制御ｕを出力する。制御演算器１８は、ＰＤ，
Ｐ，ＰＩ，ＰＩＤまたはＩＰＤ制御等に基づくアルゴリ
ズムに従って制御ｕを演算し、出力する。
【００２１】本実施例は、上記したように構成されてお
り、以下のように作用する。すなわち、無人車１が軌道
の曲線部にさしかかると、管理制御装置１３が旋回角α
と旋回距離Ｈを角度演算装置１４に出力し、また曲線部
に進入した瞬間に積分器１１をリセットし、ｓを０とす
る。距離検出器８は旋回開始点からの走行距離ｓを検出
して、角度演算器１７に入力する。角度演算装置１７は
関数テーブル１５のテーブルデータと走行距離ｓから軌
道角度Θ（ｓ）を演算し、その値を出力する。一方、角
度センサ７は車体の角度θ（ｓ）を検出し、偏差演算器
１８に入力する。偏差演算器１８は偏差ｅを求めて制御
演算器１９に出力する。制御演算器１９は制御アルゴリ
ズムにしたがって制御ｕを求め、操舵装置５を制御す
る。
り、以下のように作用する。すなわち、無人車１が軌道
の曲線部にさしかかると、管理制御装置１３が旋回角α
と旋回距離Ｈを角度演算装置１４に出力し、また曲線部
に進入した瞬間に積分器１１をリセットし、ｓを０とす
る。距離検出器８は旋回開始点からの走行距離ｓを検出
して、角度演算器１７に入力する。角度演算装置１７は
関数テーブル１５のテーブルデータと走行距離ｓから軌
道角度Θ（ｓ）を演算し、その値を出力する。一方、角
度センサ７は車体の角度θ（ｓ）を検出し、偏差演算器
１８に入力する。偏差演算器１８は偏差ｅを求めて制御
演算器１９に出力する。制御演算器１９は制御アルゴリ
ズムにしたがって制御ｕを求め、操舵装置５を制御す
る。
【００２２】第２実施例 図３は第２実施例の構成を示す。図３において、第１実
施例（図１）で説明したと同じ構成要素については、同
一の番号を付して説明を省略する。軌道角度決定装置３
０は関数演算器３１と角度演算装置１７から構成され
る。角速度演算装置１７は第１実施例で述べたものと同
じである。したがって、第２実施例は、第１実施例の関
数テーブル１５の代わりに関数演算器３１を用いた点が
異なる。関数演算器３１は前記した第１関数ｄ（α）の
値を初等関数で近似して演算するものである。図４に示
すように、ｃｏｓ（α／２）を横軸に取って第１関数ｄ
（α）の値をプロットすると、１直線上に各値が乗る。
したがって、第２関数は第１関数の近似関数として、例
えば、Ｄ（α）＝ａ・ｃｏｓ（α／２）＋ｂを採用すれ
ば十分によい近似値が得られる。なお、第２関数はこれ
に限られるものではない。
施例（図１）で説明したと同じ構成要素については、同
一の番号を付して説明を省略する。軌道角度決定装置３
０は関数演算器３１と角度演算装置１７から構成され
る。角速度演算装置１７は第１実施例で述べたものと同
じである。したがって、第２実施例は、第１実施例の関
数テーブル１５の代わりに関数演算器３１を用いた点が
異なる。関数演算器３１は前記した第１関数ｄ（α）の
値を初等関数で近似して演算するものである。図４に示
すように、ｃｏｓ（α／２）を横軸に取って第１関数ｄ
（α）の値をプロットすると、１直線上に各値が乗る。
したがって、第２関数は第１関数の近似関数として、例
えば、Ｄ（α）＝ａ・ｃｏｓ（α／２）＋ｂを採用すれ
ば十分によい近似値が得られる。なお、第２関数はこれ
に限られるものではない。
【００２３】関数演算器３１は、まず旋回角αから、ｃ
ｏｓ（α／２）を求め、次に第２関数Ｄ（α）を求め
る。その他の構成は実施例１と同じであるから、作用の
説明は省略する。
ｏｓ（α／２）を求め、次に第２関数Ｄ（α）を求め
る。その他の構成は実施例１と同じであるから、作用の
説明は省略する。
【００２４】第３実施例 図５は第３実施例の構成を示す。本実施例は軌道の角速
度を求めてオープン制御で操舵制御する場合である。図
５において、第１実施例（図１）及び第２実施例（図
３）で説明したと同じ構成要素については、同一の番号
を付して説明を省略する。図５において、５０は角速度
決定装置で、関数演算器３１と角速度演算器から構成さ
れている。関数演算器３１は第２実施例で述べたものと
同じである。なお、関数演算器３１の代わりに第１実施
例で述べた関数テーブル１５を用いてもよい。角速度演
算器５１は、距離検出装置８による距離ｓと関数演算器
３１の演算結果を用いて軌道角速度Ω（ｓ）を演算す
る。軌道角速度Ω（ｓ）は軌道角度Θ（ｓ）の時間微分
で、次のように定義される。Ｌ＝Ｈ／ｄ（α）とおき、
Ω（ｓ）＝６α（Ｌ2／４−（ｓ−Ｌ／２）2）ｖ／Ｌ3
またはΩ（ｓk）＝６α（Ｌ2／４−（ｓk−Ｌ／
２）2）ｖ／Ｌ3 である。
度を求めてオープン制御で操舵制御する場合である。図
５において、第１実施例（図１）及び第２実施例（図
３）で説明したと同じ構成要素については、同一の番号
を付して説明を省略する。図５において、５０は角速度
決定装置で、関数演算器３１と角速度演算器から構成さ
れている。関数演算器３１は第２実施例で述べたものと
同じである。なお、関数演算器３１の代わりに第１実施
例で述べた関数テーブル１５を用いてもよい。角速度演
算器５１は、距離検出装置８による距離ｓと関数演算器
３１の演算結果を用いて軌道角速度Ω（ｓ）を演算す
る。軌道角速度Ω（ｓ）は軌道角度Θ（ｓ）の時間微分
で、次のように定義される。Ｌ＝Ｈ／ｄ（α）とおき、
Ω（ｓ）＝６α（Ｌ2／４−（ｓ−Ｌ／２）2）ｖ／Ｌ3
またはΩ（ｓk）＝６α（Ｌ2／４−（ｓk−Ｌ／
２）2）ｖ／Ｌ3 である。
【００２５】制御演算器５３は角速度Ω（ｓ）から演算
により制御ｕを求める。即ち、ｕ＝Ｕ（Ω（ｓ））を演
算してｕを求める。関数Ｕ（Ω（ｓ））は制御対象１の
動特性や採用する制御アルゴリズムにより異なり、例え
ば、Ｐ制御、またはＰＤ制御としてもよい。
により制御ｕを求める。即ち、ｕ＝Ｕ（Ω（ｓ））を演
算してｕを求める。関数Ｕ（Ω（ｓ））は制御対象１の
動特性や採用する制御アルゴリズムにより異なり、例え
ば、Ｐ制御、またはＰＤ制御としてもよい。
【００２６】第４実施例 第４実施例は、無人車の進行方向と平行な軌道に移る為
の移動軌道構成手段を備えた無人車の操舵装置の実施例
で、その構成を図６に示す。図７は平行移動する軌道の
１例を示した図で、直線軌道（Ｘ１、Ｘ２）から直線軌
道（Ｙ１、Ｙ２）に移る場合である。直線（Ｘ１、Ｅ）
は無人車１の進行している軌道で、曲線（ＥＯ）及び曲
線（ＯＦ）は直線軌道（Ｙ１、Ｙ２）に移る軌道であ
る。点Ｏは、点Ｅと点Ｆの中心点である。距離Ｄ１は直
線（Ｘ１、Ｘ２）と直線（Ｙ１、Ｙ２）の垂直距離で、
距離Ｄ２は平行移動開始から平行移動終了までの直線方
向走行距離である。曲線（ＥＯ）及び曲線（ＯＦ）はキ
ュービック・スパイラル曲線から構成される軌道であっ
て、点Ｏに関して点対象である。
の移動軌道構成手段を備えた無人車の操舵装置の実施例
で、その構成を図６に示す。図７は平行移動する軌道の
１例を示した図で、直線軌道（Ｘ１、Ｘ２）から直線軌
道（Ｙ１、Ｙ２）に移る場合である。直線（Ｘ１、Ｅ）
は無人車１の進行している軌道で、曲線（ＥＯ）及び曲
線（ＯＦ）は直線軌道（Ｙ１、Ｙ２）に移る軌道であ
る。点Ｏは、点Ｅと点Ｆの中心点である。距離Ｄ１は直
線（Ｘ１、Ｘ２）と直線（Ｙ１、Ｙ２）の垂直距離で、
距離Ｄ２は平行移動開始から平行移動終了までの直線方
向走行距離である。曲線（ＥＯ）及び曲線（ＯＦ）はキ
ュービック・スパイラル曲線から構成される軌道であっ
て、点Ｏに関して点対象である。
【００２７】図６において、第１実施例（図１）、第２
実施例（図３）及び第３実施例（図５）で説明したと同
じ構成要素については、同一の番号を付して説明を省略
する。ズレ検出装置６１は移動すべき垂直距離Ｄ１を検
出する装置である。ズレ検出装置６１は直線部に設けら
れたガイドラインを構成する測定手段に対応して、磁気
センサ、光センサ、超音波センサ等から構成されてい
る。なお、前記垂直距離は無人車の誘導制御の誤差によ
る場合であってもよいし、また２本の平行軌道を乗り移
る場合であってもよい。
実施例（図３）及び第３実施例（図５）で説明したと同
じ構成要素については、同一の番号を付して説明を省略
する。ズレ検出装置６１は移動すべき垂直距離Ｄ１を検
出する装置である。ズレ検出装置６１は直線部に設けら
れたガイドラインを構成する測定手段に対応して、磁気
センサ、光センサ、超音波センサ等から構成されてい
る。なお、前記垂直距離は無人車の誘導制御の誤差によ
る場合であってもよいし、また２本の平行軌道を乗り移
る場合であってもよい。
【００２８】距離決定装置６３は直線軌道（Ｘ１、Ｘ
２）から直線軌道（Ｙ１、Ｙ２）に移るために必要な直
線方向の走行距離Ｄ２を決定するための装置である。こ
の直線方向走行距離Ｄ２は、垂直距離Ｄ１、無人車の走
行速度及びキュービック・スパイラル曲線の旋回角α及
び旋回距離Ｈ等の性質を考慮して決定する。例えば、垂
直距離の１〜４倍の距離を定めてもよい。
２）から直線軌道（Ｙ１、Ｙ２）に移るために必要な直
線方向の走行距離Ｄ２を決定するための装置である。こ
の直線方向走行距離Ｄ２は、垂直距離Ｄ１、無人車の走
行速度及びキュービック・スパイラル曲線の旋回角α及
び旋回距離Ｈ等の性質を考慮して決定する。例えば、垂
直距離の１〜４倍の距離を定めてもよい。
【００２９】平行移動軌道決定装置６５は、前記垂直距
離Ｄ１および直線方向移動距離Ｄ２に基づいて、乗り移
るための曲線軌道（ＥＦ）を決定する。この軌道は、例
えば、直線（ＥＦ）の中間点をＯ点とし、点Ｏに対して
点対象なキュービック・スパイラル曲線からなる曲線軌
道（ＥＯ）、（ＯＦ）により構成する。また、各曲線軌
道（ＥＯ）、（ＯＦ）の旋回角α、旋回距離Ｈは、α＝
２・ｔａｎ-1（Ｄ１／Ｄ２）で、Ｈ＝√｛（Ｄ１／２）
2＋（Ｄ２／２）2｝として決定する。
離Ｄ１および直線方向移動距離Ｄ２に基づいて、乗り移
るための曲線軌道（ＥＦ）を決定する。この軌道は、例
えば、直線（ＥＦ）の中間点をＯ点とし、点Ｏに対して
点対象なキュービック・スパイラル曲線からなる曲線軌
道（ＥＯ）、（ＯＦ）により構成する。また、各曲線軌
道（ＥＯ）、（ＯＦ）の旋回角α、旋回距離Ｈは、α＝
２・ｔａｎ-1（Ｄ１／Ｄ２）で、Ｈ＝√｛（Ｄ１／２）
2＋（Ｄ２／２）2｝として決定する。
【００３０】本実施例は上記の如く構成されているの
で、平行な直線軌道に移る場合は、まず、垂直距離Ｄ１
をズレ検出装置６１により検出し、ついで、距離決定装
置６３で直線方向距離Ｄ２を決定する。平行移動軌道決
定装置６５は前記距離Ｄ１，Ｄ２に基づいて曲線軌道
（ＥＦ）を決定し、旋回角α、旋回距離Ｈを出力する。
この旋回角α、旋回距離Ｈに基づいて、軌道角度決定装
置３０が軌道角度Θ（ｓ）を出力し、以下実施例２で述
べたと同様にして制御を行う。この場合の軌道角度Θ
（ｓ）、軌道角速度Ω（ｓ）、軌道角加速度の１例を図
１０に示すす。
で、平行な直線軌道に移る場合は、まず、垂直距離Ｄ１
をズレ検出装置６１により検出し、ついで、距離決定装
置６３で直線方向距離Ｄ２を決定する。平行移動軌道決
定装置６５は前記距離Ｄ１，Ｄ２に基づいて曲線軌道
（ＥＦ）を決定し、旋回角α、旋回距離Ｈを出力する。
この旋回角α、旋回距離Ｈに基づいて、軌道角度決定装
置３０が軌道角度Θ（ｓ）を出力し、以下実施例２で述
べたと同様にして制御を行う。この場合の軌道角度Θ
（ｓ）、軌道角速度Ω（ｓ）、軌道角加速度の１例を図
１０に示すす。
【００３１】なお、この発明は、上述の実施例に限定さ
れることなくこの発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変
形して実施することができる。
れることなくこの発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変
形して実施することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スムースな方向変換及び平行移動をオンライン制御で容
易に行えるという効果が得られる。
スムースな方向変換及び平行移動をオンライン制御で容
易に行えるという効果が得られる。
【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。
【図２】キュービック・スパイラル曲線による旋回を説
明した図である。
明した図である。
【図３】第２実施例の構成を示す図である。
【図４】第１関数と近似関数との値を比較したグラフで
ある。
ある。
【図５】第３実施例の構成を示した図である。
【図６】第４実施例の構成を示した図である。
【図７】直線軌道を他の直線軌道に乗り移る場合の軌道
を示した図である。
を示した図である。
【図８】軌道に沿う角度、角速度等を示した図である。
【図９】軌道に沿う角度、角速度等を示した図である。
【図１０】（Ａ）はキュービック・スパイラル曲線と他
の曲線の軌道を比較した図である。（Ｂ）はキュービッ
ク・スパイラル曲線と他の曲線の曲率を比較した図であ
る。
の曲線の軌道を比較した図である。（Ｂ）はキュービッ
ク・スパイラル曲線と他の曲線の曲率を比較した図であ
る。
１・・・無人車 ３・・・無人車の
車体 ５・・・操舵装置 ７・・・角度セン
サ ８・・・距離検出装置 ９・・・速度セン
サ １１・・・積分器 １３・・・管理制
御装置 １４・・・軌道角度決定装置 １５・・・関数テ
ーブル １７、３０・・・角度演算装置 １９・・・制御演
算器 ３１・・・関数演算器 ５０・・・軌道角
速度決定装置 ５１・・・角速度演算器 ６１・・・ズレ検
出装置 ６３・・・距離決定装置 ６５・・・平行移
動軌道決定装置
車体 ５・・・操舵装置 ７・・・角度セン
サ ８・・・距離検出装置 ９・・・速度セン
サ １１・・・積分器 １３・・・管理制
御装置 １４・・・軌道角度決定装置 １５・・・関数テ
ーブル １７、３０・・・角度演算装置 １９・・・制御演
算器 ３１・・・関数演算器 ５０・・・軌道角
速度決定装置 ５１・・・角速度演算器 ６１・・・ズレ検
出装置 ６３・・・距離決定装置 ６５・・・平行移
動軌道決定装置
Claims (6)
- 【請求項１】 方向変換を含む軌道を走行する無人車の
操舵制御装置において、前記方向変換をキュービック・
スパイラル曲線からなる軌道で構成し、その軌道の軌道
角度を決定する軌道角度決定手段と、無人車の車体角度
を測定する車体角度測定手段と、前記無人車の走行距離
を検出する距離検出手段と、前記軌道角度と前記車体角
度の偏差を演算する偏差演算器と、前記偏差に基づいて
無人車の操舵装置を制御する制御手段とを具備し、前記
軌道角度決定手段は、軌道の前記曲線部の性質によって
定まる第１関数の関数テーブルと、前記走行距離と前記
関数テーブルのデータに基づいて前記軌道角度を演算す
る角度演算手段を具備したことを特徴とする無人車の操
舵制御装置。 - 【請求項２】 方向変換を含む軌道を走行する無人車
の操舵制御装置において、前記方向変換をキュービック
・スパイラル曲線からなる軌道で構成し、その軌道の軌
道角度を決定する軌道角度決定手段と、無人車の車体角
度を測定する車体角度測定手段と、前記無人車の走行距
離を検出する距離検出手段と、前記軌道角度と前記車体
角度の偏差を演算する偏差演算器と、前記偏差に基づい
て無人車の操舵装置を制御する制御手段とを具備し、前
記軌道角度決定手段は、軌道の前記曲線部の性質によっ
て定まる第２関数の関数値を演算する関数演算器と、前
記無人車の位置と前記関数演算器の演算結果に基づいて
前記軌道角度を演算する角度演算手段を具備したことを
特徴とする無人車の操舵制御装置。 - 【請求項３】 方向変換を含む軌道を走行する無人車の
操舵制御装置において、前記方向変換をキュービック・
スパイラル曲線からなる軌道で構成し、その軌道の軌道
角速度を決定する角速度決定手段と、前記無人車の走行
距離を検出する距離検出手段と、前記軌道角速度に基づ
いて操舵装置を制御する制御手段とを具備し、前記軌道
角速度決定手段は、軌道の前記曲線部の性質によって定
まる第２関数の関数値を演算する関数演算器と、前記無
人車の位置と前記関数演算器の演算結果に基づいて軌道
角速度を演算する角速度演算手段を具備したことを特徴
とする無人車の操舵制御装置。 - 【請求項４】 方向変換を含む軌道を走行する無人車の
操舵制御装置において、前記方向変換をキュービック・
スパイラル曲線からなる軌道で構成し、その軌道の軌道
角速度を決定する角速度決定手段と、前記無人車の走行
距離を検出する距離検出手段と、前記軌道角速度に基づ
いて操舵装置を制御する制御手段とを具備し、前記軌道
角速度決定手段は、軌道の前記曲線部の性質によって定
まる第１関数の関数テーブルと、前記無人車の位置と前
記関数テーブルのデータに基づいて軌道角速度を演算す
る角速度演算手段を具備したことを特徴とする無人車の
操舵制御装置。 - 【請求項５】 前記操舵制御装置は、さらに、無人車の
進行方向と平行な直線軌道との垂直距離を検出する垂直
距離検出手段と、前記直線軌道に移るまでの直線方向走
行距離を決定する距離決定手段と、前記直線方向走行距
離及び前記垂直距離に基づいてキュービック・スパイラ
ル曲線からなる平行移動軌道を構成する移動軌道構成手
段を具備したことを特徴とする請求項１〜４のいづれか
１の請求項の記載の無人車の操舵制御装置。 - 【請求項６】前記移動軌道構成手段は、平行移動開始点
と平行移動終了点の中心点を中間点とし、前記中間点を
点対象とする２本のキュービック・スパイラル曲線で構
成したことを特徴とする請求項５に記載の無人車の操舵
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5278647A JPH07129243A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 無人車の操舵制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5278647A JPH07129243A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 無人車の操舵制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07129243A true JPH07129243A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17600199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5278647A Pending JPH07129243A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 無人車の操舵制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07129243A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09146639A (ja) * | 1995-11-24 | 1997-06-06 | Nippon Yusoki Co Ltd | 自律式無人搬送車のステアリング制御方法 |
| JP2010211827A (ja) * | 1998-02-13 | 2010-09-24 | Komatsu Ltd | 車両の誘導装置 |
| US8033380B2 (en) | 2004-05-12 | 2011-10-11 | Hino Motors, Ltd. | Assembly stand, assembly method, and process display device for article |
| JP2017010292A (ja) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 株式会社明電舎 | Ａｇｖ軌道計算装置及び方法 |
| CN110262508A (zh) * | 2019-07-06 | 2019-09-20 | 深圳数翔科技有限公司 | 应用于封闭场地无人驾驶货运车辆上的自动引导系统及方法 |
| JP2019164434A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 軌道生成装置 |
-
1993
- 1993-11-08 JP JP5278647A patent/JPH07129243A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09146639A (ja) * | 1995-11-24 | 1997-06-06 | Nippon Yusoki Co Ltd | 自律式無人搬送車のステアリング制御方法 |
| JP2010211827A (ja) * | 1998-02-13 | 2010-09-24 | Komatsu Ltd | 車両の誘導装置 |
| US8033380B2 (en) | 2004-05-12 | 2011-10-11 | Hino Motors, Ltd. | Assembly stand, assembly method, and process display device for article |
| JP2017010292A (ja) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 株式会社明電舎 | Ａｇｖ軌道計算装置及び方法 |
| JP2019164434A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 軌道生成装置 |
| WO2019181351A1 (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社豊田自動織機 | 軌道生成装置 |
| CN110262508A (zh) * | 2019-07-06 | 2019-09-20 | 深圳数翔科技有限公司 | 应用于封闭场地无人驾驶货运车辆上的自动引导系统及方法 |
| CN110262508B (zh) * | 2019-07-06 | 2024-05-31 | 广州卡尔动力科技有限公司 | 应用于封闭场地无人驾驶货运车辆上的自动引导系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010508 |