JPH0786766B2 - 無人走行体の絶対位置検出システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、走行体の走行中の位置データを、走行予定
コースに予め設置されているステーションを検出してこ
れを基に算出する無人走行体の絶対位置検出システムの
改良に関する。

【従来の技術】

例えば、オフハイウエイトラック（ダンプトラック）等
の車輌を切羽現場等にてプログラム制御により無人走行
させる場合、該車輌を走行予定コースに沿って確実かつ
安全に走行させることが重要なファクタであり、これを
満足させるためには、車輌自ら走行位置を測定させて該
車輌が走行予定コースから位置ずれした際にそれを修正
する必要がある。 この車輌位置を測定する構成として、エンコーダ等を用
いて車輌の走行速度を検出すると共に、ジャイロスコー
プを用いて車輛の絶対方位角を検出し、車輛の初期位置
からの移動量に算出して、車輛の位置（以下「相対位
置」とする）を測定する構成が知られている。 このようにして検出された相対位置の場合、予め設定さ
れた予定コースの各区間走行経路毎の制御時点における
車輛進行方向の修正には有効であるが、車輛が横滑り等
を起こして走行予定コースからずれた際に、これを該予
定コースに戻すための判断を行うことは不可能である。 また、ジャイロスコープの出力には僅かとは云え計測誤
差が含まれるので、これらの微少誤差が車輌の繰り返し
走行中に積算されると、大きな誤差が生じて車輌の無人
走行時における安全性が損なわれる結果となる。 従って、車輌走行経路の修正には、上記車輌の初期位置
を前提として移動量を算出する構成以外の、換言すれ
ば、予め走行予定コースに設けてある固定基準点を基に
算出した位置（以下、絶対位置とする）を測定する必要
がある。 そこで本出願人は特開昭61−80411号の無人走行体の絶
対位置検出装置を提案した。 これによれば、ステーションとして走行予定コースに沿
って３つ（一方に２つ、他方に１つ）のゲートポールが
必要となり、検出のための車輛の走行距離が長くなる。 特に検出のためには車輛は、定速で且つ直線走行しなけ
ればならないので進入時における走行予定コースとのず
れが一層増大する虞れがあまり走行予定コースに復帰す
るのに時間がかかる。

【発明が解決しようとする問題点】

この発明は上記事情に鑑みて鋭意研究の結果、新たに創
案されたものであって、その主たる課題は、無人走行中
の走行体が走行予定コースの要所に設けられた左右２点
の固定基準点からなるステーションを通過することによ
り自らの絶対的現在位置を検出するもので、検出のため
の走行距離を可及的に少なくして精度の高い絶対位置デ
ータを得ることにある。 この発明の他の課題は、赤外線発受光装置の誤動作を防
いで、絶対位置検出の信頼性を高めるにある。

【問題点を解決するための手段】

この発明は上記課題を達成するため、 走行予定コースの所定位置に設けられた反射体を有する
ステーションと、走行体に搭載されて該走行体が前記ス
テーションを通過する際に各反射体に指向性を有する信
号を発受信する発受信装置と、該発受信装置による受信
時のデータとステーションの位置データとから走行体の
位置データを演算する位置演算装置とからなる無人走行
体の絶対位置検出システムにおいて、 （ａ）．走行体にその進行方向に対して左右方向の一方
に向けて指向性を有する信号を発受信する第１発受信装
置と、 左右方向の他方に向けて指向性を有する信号を発受信す
る第２発受信装置と、 斜め前方に向けて指向性を有する信号を発受信する第３
発受信装置を設ける、 （ｂ）．走行予定コースに設けられたステーションが、
コースの左右両側で対向する第１及び第２固定基準点か
らなり、 （ｃ）．一方の固定基準点に第１発受信装置からの発射
信号を同一方向に反射される第１反射体を設け、 他方の固定基準点に第２発受信装置からの発射信号を同
一方向に反射させる第２反射体と、第３発受信装置から
の発射信号を同一方向に反射させる第３反射体とを設け
る、 という技術的手段を講じている。

【作用】

走行体はステーションに向かって直進する。 そして、予め定められている第１及び第２固定基準点間
の距離と、第１及び第２反射体の反射信号を受信する間
に走行した走行体の距離とから、走行体のステーション
への侵入角度を求める。 この際に、第１表受信装置が第２発受信装置より先に作
動した時と、第２発受信装置が第１発受信装置より先に
作動した時とで、正負を逆にする。 次いで、予め定められている第２発受信装置と第３受信
装置とのなす角度と第２及び第３反射体の反射信号を受
信する間に走行した走行体の距離とから走行体が第３反
射体の反射信号を受信した位置での第２固定基準点まで
の距離を求める。 更に、走行体の侵入角度と上記第２固定基準点までの距
離とから、走行体が第１反射体の反射信号を受信した位
置での第１固定基準点までの距離を求める。 そして、これらを基に走行体の現在位置を求めることが
できる。

【実施例】

以下、この発明に係る無人走行体の絶対位置検出システ
ムの好適実施例を図面に基づいて説明する。 この無人走行体の絶対位置検出システム１は、第１図に
示す如く、無人走行体として例示したオフハイウエイト
ラック（以下、「車輛」とする）100の走行予定コース
Ｃの要所に設けられて該車輛100が通過するステーショ
ン２と、車輛100に搭載されたステーションセンサ３
と、該ステーションセンサ３を制御すると共にステーシ
ョンセンサ３からの検知信号を基に車輛100の位置座標
を検出する位置演算装置としてのロケーションコントロ
ーラ10とからなっている。 ステーション２は、本実施例の場合、第２図に示す如
く、走行予定コースＣの近傍の固定基準点に立設された
一対のゲートポール201,202からなっている。 ここで、第３図の原理図に示す如く、該一対のゲートポ
ールを説明上から第１ゲートポール201と第２ゲートポ
ール202とに分け、かつＸ−Ｙ座標上における車輛100の
走行予定コースＣをＹ軸（Ｘ＝０）とする。 また、第１ゲートポール201と第２ゲートポール202は共
にＸ軸と平行にあるものとし、本実施例では、Ｘ軸上で
前記走行予定コースの両側対称位置に配置されている。 これらのゲートポールにおいて、第１ゲートポール201
には１個の第１反射鏡201Aが装着され、第２ゲートポー
ル202には第２と第３の２個の反射鏡202Aと202Bが同軸
芯上に装着されている。 図示例の場合において、第１反射鏡201Aと第２反射鏡20
2Aはそれらの鏡面を向かい合わせた配置（即ち走行予定
コースと平行）に設定され、第３反射鏡202Bは、第２ポ
ール202上で走行予定コースに向かって第２反射鏡202A
と所定角度θ_０（後述の赤外線発受光装置SW3の傾斜角
度θ_０と同一）に傾く配置に設定してある。 一方、ステーションセンサ３は、車載された３台の赤外
線発受光装置301,302,303からなっており、マイクロコ
ンピュータ構成のロケーションコントローラ10に接続さ
れている。 この赤外線発受光装置301,302,303はそれぞれが一対の
発光器と受光器とからなっている。 図示例の赤外線発受光装置301〜303において、２組の発
受光装置301,302は車輌100の両側で該車輌の直進方向と
直交する外方向を向き、かつ残り１組の発受光装置303
は前記直進方向に対して所定角度θ_０（本実施例では45
゜角）で車輌の斜め前方を向く配置にされている。 そして、各組の発受光装置303〜303におけるそれぞれの
受光器には赤外線スイッチSW1,SW2,SW3が設けられてい
る。 これらのスイッチSW1〜SW3は、車輛100が第１乃至第２
ゲートポール201,202間を通過するとき、発受光装置301
〜303の各発光器から発射された赤外線の光束がそれぞ
れに対応する第１〜第３反射鏡201A〜202Bによって反射
され各受光器で受光されたときにONする常閉型スイッチ
からなっている。 上記構成からなっているので、車輛100がステーション
２を通過する際には、第３赤外線発受光装置303の発光
器から発射された赤外線は第３反射鏡202Bにのみ入射さ
れ、該入射方向と同一方向に赤外線が反射されて第３赤
外線発受光装置303の受光器に受光され、赤外線スイッ
チSW3が投入される。 同様に、第１赤外線発受光装置301の発光器から発射さ
れた赤外線は第１反射鏡201Aに入射され、その反射光は
第１赤外線発受光装置301の受光器に受光され赤外線ス
イッチS1が投入される。 また、第２赤外線発受光装置302の発光器から発射され
た赤外線は第２反射鏡202Aに入射され、その反射鏡は第
１赤外線発受光装置302の受光器に受光され赤外線スイ
ッチSW2が投入される。 また、各反射鏡で、対応する赤外線発受光装置からの赤
外線の入射のみを反射させるため、第２反射鏡202Aと第
３反射鏡202Bとはそれぞれ高さを変えて設置してもよい
が、本実施例では反射鏡は入射方向と同一方向に赤外線
を反射し、更に車輛はＹ軸にほぼ平行して進入する為反
射鏡は同一高さで角度を変えて連設して設置してある。 また単一の円柱状の反射鏡を用いてもよい。 このようにして検出された検知信号は第４図で示すマイ
クロコンピュータ構成のロケーションコントローラ10に
出力される。 ロケーションコントローラ10では、その演算処理部の絶
対位置演算手段13において下記の原理に基づき絶対位置
座標が算出される（第３図参照）。 この場合、車輛100は第１及び第２ゲートポール201,202
間を直進通過することを前提とすると、下記の如く算出
することができる。 ゲートポール201,202間の距離 :L ゲートポール反射点P1,P2間の距離 :L1 ゲートポール反射点P2,P3間の距離 :L2 第２と第３赤外線発受光装置のなす角：θ_０ 車輛進入角度 ：θ とすると、Ｌ及びθ_０は予め設定されており初期値とし
て与えられる。 またL1,L2は次式により定まる。 L1＝ｋ×n₂₃ L2＝ｋ×n₁₂ ……（１） ここで k:車速センサのパルス係数であり単位はmm/pulse n₂₃:SW2及びSW3の反射信号間の車速センサパルス積算値 n₁₂:SW1及びSW2の反射信号間の車速センサパルス積算値 である。 式（１）及び初期値より車輛進入角度θは次式であらわ
される。 ここでａは次のように定める。 SW1がSW2より先に作動した時 :a＝−１ SW2がSW1より先に作動した時 :a＝１ また第３図中のL3およびL4は以下のように定まる。 以上の結果よりP2点（P2_x,P2_y）及びP3点（P3_x,P3_y）の
座標は以下の如く算出される。 そして、SW2が先にONした場合は、第３図におけるケー
ス（ａ）と判定されP3が絶対位置算出点となり、SW1が
先にONした場合は、ケース（ｂ）と判定されP2点が絶対
位置算出点となる。 またゲートポールに対し車輛が垂直に進入（即ち走行予
定コースと平行に進行）した場合はP2,P3点は同一点に
なる。 以上の計算はロケーションコントローラ10の絶対位置演
算手段13によって車輛が最終反射他点P2又はP3点通過後
に瞬時に計算されて、絶対位置座標が算出される。 本実施例ではθ_ｏ＝45度であるので、例えば進入ケース
（Ａ）の場合の車輛の絶対位置座標は により求められる。 以上において、本実施例の場合、車輛100には、前記ロ
ケーションコントローラ10の他、マイクロコンピュータ
構成の、コースコントローラ20と、スーパーバイザー30
と、コミュニケーション40と、ステアリングコントロー
ル50と、スピードコントローラ60とを装備している（第
１図参照）。 コースコントローラ20には、適宜手段により生成された
走行予定コースＣのデータが入力されており、これにタ
ーミナル５を介して車輛100の初期位置とステーション
２の位置座標が入力される。 ここで、車輛100が無人走行を開始すると、該車輛100を
走行予定コースＣに誘導すべくステアリング角と走行速
度が制御される。 すなわち、車輛100が走り出すと、その時点における該
車輛100の速度が車速センサS1により検出され、また前
後進検出センサS3と方位センサS2によって、車輛100の
絶対的な方位角が検出される。 本実施例の場合、車速センサS1はトランスミッション系
の回転数を検出するピックアップセンサからなってお
り、また前後進検出センサS3はトランスミッションのシ
フトレバーの位置を検出するセンサからなっている。 また方位センサS2は、電源装置とマスターコンパスから
なるジャイロコンパスからなっている。 これらセンサによって検出された信号はロケーションコ
ントローラ10に出力される。 ロケーションコントローラ10の演算処理部の相対位置演
算手段11では、初期（起算）位置座標からの移動量（距
離と方向）を算出し、これを基に車輛100の最新の相対
位置座標を高速演算する。 この演算された相対位置座標は、更新手段14で順次新た
な起算位置座標として更新される。 このようにして得られた車輛100の位置座標は第１図示
のコースコントローラ20に出力され、そこで走行予定コ
ースＣとのズレ量が演算され、該ズレ量に基づき走行予
定コースに追従するのに必要な車速や操舵角が求められ
る。 この演算結果はステアリングコントローラ50とスピード
コトローラ60に出力され、それぞれで制御信号に置き換
えられて、操舵角制御機構や車速制御機構の各アクチュ
エータ71〜74に出力され走行制御が行われる。 即ち、ステアリングコントローラ50は、コースコントロ
ーラ20からコミュニケーション40を介して入力された操
舵角設定コマンドと操舵角センサS4からフィードバック
された操舵角データとを基に、現在の車輛100がコース
走行に最適な目標操向になっているか否かを判断し、目
標操向になるまで操舵機構のアクチュエータ71を制御し
て目標操舵角にする。 スピードコントローラ60は、コースコントローラ20から
コミュニケーション40を介して入力された車速設定コマ
ンドとエンジンスピードセンサS5からフィードバックさ
れた車速データとを基に、現在の車輛100がコース走行
に最適な目標速度になっているか否かを判断し、目標速
度になるまでエンジン、ブレーキ、トランスミッション
の各アクチュエータ72,73,74を制御して目標速度にす
る。 このようなステアリング制御と車速制御とにより、車輛
100は最適速度で目標の走行予定コースＣに誘導されて
無人走行する。 かかる制御は車輛100が無人走行している限り常に繰り
返される。 以上の如き車輛100の無人走行システムにおいて、絶対
位置検出システムの作用を第５図のフローチャートを参
照しつつ説明すると、ステップ１でゲートポールの位置
座標や、赤外線発受信装置202と203のなす角θ_osその他
の初期値がターミナル５から入力され走行が始まる。 ステップ２で、絶対位置検出エリア判定手段12により車
輛100の現在位置が絶対位置検出用エリアＡ内か否かを
判定し、該絶対位置検出用エリアＡ外と判定されると、
赤外線発受信装置は稼働せず（稼働の場合は停止し）ス
テップ２に戻る。 また上記エリアＡが検出されない（位置補正が行われな
い）場合は異常ステータス判定手段15で異常と判定され
ステップ３で異常ステータスが出力される。 ステップ２で上記エリアＡ内と判定されると、ステップ
４で赤外線発受光装置301〜303に対してセンス開始コマ
ンドが出力される。 これにより該赤外線発受光装置301〜303がスタートして
各発光器からそれぞれの方向に赤外線が発射される。 これと同時にロケーションコントローラ10に内蔵された
インターバルタイマＴを作動させる。 この状態で車輌100がゲートポール201,202を通過すると
き、ゲートポールへの進入方向に応じて、該ゲートポー
ルにおける反射鏡201A〜202Bに順次に前記赤外線の光束
が当たって反射する（ステップ５）。 尚、ステップ５で上記検出中はステップ２に戻り、検出
後はステップ７に進み、異常ステータス判定手段15で検
出値が異常乃至絶対位置座標が算出されない等のエラー
と判定された場合はステップ６で異常ステータスが出力
される。 そして検出にあたって、反射光速を対応する発受光装置
の受光器が受光することによって、該受光器が備えた赤
外線スイッチSW1〜SW3が順次ONとなる。 この状態から車輌100が更に進行することによって、前
記赤外線の光束は反射鏡を通り過ぎるので、前記赤外線
スイッチSW1〜SW2は順次OFFの状態に戻る。 このような赤外線スイッチSW1〜SW3のON−OFF状態を順
次入力することにより、前記赤外線発受光装置301〜303
の各ON−OFF間に発生する車速センサS1の出力パルスの
カウントによりP₁P₂間の距離L1及びP₂P₃間の距離L2が求
められる。 また車輌進入角度θは前記式（２）に示すとおり初期値
として与えられた距離Ｌと式（１）で求められた距離L2
により算出される（方位センサS2による方位データは関
与しない）。 ここでL1計測の場合を第６図に基づき説明すると、赤外
線発受光装置303の発光装置から発射された赤外線ビー
ムが（ａ）の位置で反射鏡202Bに発射されるとSW3がON
となり、（ｂ）の位置まで移動する間断続的にONのパル
ス信号を出力する。 また赤外線発受光装置302においても同様に（ｃ）の位
置で反射鏡202Aに赤外線が反射されるとSW2がONとなり
（ｄ）の位置まで移動する間継続的にONのパルス信号を
出力する。 そして上記ON状態の２分点を基に距離を算出すると、SW
3がONしている間の距離をｌ′,SW2がONしている間の距
離をｍ′,SW3がONとなったときからSW2のONがOFFに切換
わるまでの距離をｎ′として、 L1＝ｎ′−（ｌ′＋ｍ′）/2で算出することができる。 この際、前述の如く、ステップ７でSW1とSW2のどちらが
先にONしたかを判定し、SW2が先の場合（便宜上SW1とSW
2が同時の場合も含む）はステップ８で進入コース
（ａ）と判定（式（２）中、ａ＝１とする）し、ステッ
プ９でP3の絶対位置座標が算出される。 またSW1が先の場合はステップ10で進入コース（ｂ）と
判定（式（２）中、ａ＝−１とする）し、ステップ11で
P2の絶対位置座標が算出される。 斯くして、ロケーションコントローラ10の演算処理部に
おいて、絶対位置演算手段12で上記計算式が高速演算さ
れる。 このようにして算出される絶対位置座標は、ステップ12
で正常（適正許容範囲内）か異常か否かを判定する異常
ステータス判定手段15でエラーチェックが行われる。 この異常ステータス判定手段15では、例えば,L2＞Ｌ
の場合、絶対位置と相対位置との差がL/2以上の場
合、補正が最初のポール検出よりＬ以内で終了しない
場合等にそれぞれに対応したコードが出力されると共
に、絶対位置による位置補正（更新）を行わず、前述の
相対位置座標をそのまま起算位置として更新していく。 ステップ12でエラー無しと判定されるとステップ14で車
輌位置データが絶対位置座標により補正され、起算位置
座標として更新手段14により更新される。 このようにして、ロケーションコントローラ10では、よ
り誤差の少ない位置座標を得て、それを基に再度相対位
置座標を演算していき、また上記補正された位置座標は
前述の如くコースコントローラ20に出力され、走行予定
コースＣと車輌100の現在位置とのズレ量が算出され、
ステアリングコントローラ50やスピードコントローラ60
により各種走行駆動系アクチュエータ71〜74が制御さ
れ、走行予定コースＫに追従した自己誘導による無人走
行が遂行される。 なお、本実施例では、絶対位置検出エリアＡは、予め該
エリアの領域をロケーションコントローラ10内に記憶さ
せておき、該領域内に演算された税対位置座標が含まれ
るか否かで領域内か否かを判定したが、ステーションの
進行方向手前で車輛に向かって赤外線（または超音波そ
の他の信号）を発射し、車輛側で該光線乃至信号を受信
すると発受信装置が稼働する構成等を用いてもよい。 また本実施例において、媒体となる信号に指向性のよい
赤外線を用いたが、この発明では指向性を有し反射体に
より反射される信号であればよく、超音波その他の信号
を用いてもよい。 また走行予定コースに設けるステーションの数は特に限
定されるものではない。 また、ステーションはゲートポールに限定されるもので
はなく、要するに反射鏡を予め設定された位置に設置す
ることができるものであれば如何なる構造物であっても
よい。 更に、本実施例では連続的に検出される相対位置座標の
補正として絶対位置座標を用いて演算精度を高めたが、
多数のステーションを設け、絶対位置座標のみで位置座
標を検出するものであってもよい。 また、無人走行体は車輛に限らず、走行手段を有するも
のであればその種類を問わないこと勿論である。

【発明の効果】

以上、この発明によれば、走行予定コースの要所に設け
られたステーションとして走行予定コースを挟んだ２つ
の対向する固定基準点に反射体を設置すればよいので、
ステーション検出に要する距離（時間）を短縮すること
ができると共に、検出時に走行体の速度を一定に維持す
る必要もないので絶対位置の検出が容易となり、測定誤
差も少なくなる。 また直進走行を要求される絶対位置検出走行において直
進距離も少なくてすむので、走行予定コースからズレて
いてもズレ量が大きく増幅されることがない。 特に絶対位置検出領域を狭く設定することができるので
発受信装置の誤動作を可及的に少なくすることができ信
頼性の高い位置データを得ることができ、正確な自己誘
導と安全走行に大きく寄与して有益である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の好適一実施例を示すもので、第１図は
無人走行システムの概念的ブロック図、第２図は走行予
定コースを示す説明図、第３図（ａ）（ｂ）はＸ−Ｙ座
標を基にした絶対位置演算の原理を説明するもので、ス
テーションに対する進入方向が異なる場合をそれぞれ示
す図、第４図はコースコントローラを示すブロック図、
第５図は絶対位置検出システムの作用を示すフローチャ
ート、第６図はL1計測の例を示すタイムチャートであ
る。 １……絶対位置検出システム ２……ステーション ３……ステーションセンサ 10……ロケーションコントローラ 11……相対位置演算手段 12……絶対位置検出エリア判定手段 13……絶対位置演算手段 14……更新手段 15……異常ステータス判定手段 100……車輌

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 信秀 東京都千代田区丸の内２丁目３番２号 日 鉄鉱業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−80411（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−70615（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行予定コースの所定位置に設けられた反
   射体を有するコテーションと、走行体に搭載されて該走
   行体が前記ステーションを通過する際に各反射体に指向
   性を有する信号を発受信する発受信装置と、 該発受信装置による受信時のデータとステーションの位
   置データとから走行体の位置データを演算する位置演算
   装置とからなる無人走行体の絶対位置検出システムにお
   いて、 走行体にその進行方向に対して左右方向の一方に向けて
   指向性を有する信号を発受信する第１発受信装置と、左
   右方向の他方に向けて指向性を有する信号を発受信する
   第２発受信装置と、斜め前方に向けて指向性を有する信
   号を発受信する第３発受信装置を設け、 走行予定コースに設けられたステーションが、コースの
   左右両側で対向する第１及び第２固定基準点からなっ
   て、一方の固定基準点に第１発受信装置からの発射信号
   を同一方向に反射させる第１反射体を設け、他方の固定
   基準点に第２及び第３発受信装置からの発射信号をそれ
   ぞれ同一方向に反射させる第２及び第３反射体を設けた
   ことを特徴とする無人走行体の絶対位置検出システム。
2. 【請求項２】信号が赤外線であって、反射体が反射鏡か
   らなり、発受信装置が赤外線発受光装置からなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無人走行体の絶
   対位置検出システム。
3. 【請求項３】ステーションの周囲近傍に絶対位置検出用
   エリアを設定し、該エリア内に走行体が進入した場合に
   指向性を有する信号を発受信する発受信装置が稼働して
   位置演算装置が位置データを演算することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の無人走行体の絶対位置検出
   システム。