JPH11183174A

JPH11183174A - 移動体の位置計測装置

Info

Publication number: JPH11183174A
Application number: JP9348086A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Hasumi; 信義羽角
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】移動体の位置計測のために必要な反射物の設
置個数が少なくとも２個で済むような移動体の位置計測
装置を提供すること。【解決手段】移動経路の周囲に配置された設置位置が
既知の２個以上の反射板１２ａ、１２ｂと、無人搬送車
１０に搭載されて前記反射板に対しレーザ光を水平方向
に投射してその反射光により前記無人搬送車から前記各
反射板までの相対距離と相対角度を計測するレーザ距離
計１１と、あらかじめ知られている前記各反射板の設置
位置データと、前記レーザ距離計により得られた前記相
対距離及び相対角度とから、前記無人搬送車の位置と方
位とを演算する位置演算部とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無人搬送車などの
移動体の位置計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、製造業においては自動化がすすん
でおり、その生産ラインには無人搬送車に組立て部品を
搭載して自動走行させ、組立て部品を所望の目的地まで
搬送する自動搬送システムが採用されている。このよう
な自動搬送システムにおける無人搬送車の誘導方式には
各種あるが、最近では電磁誘導方式や光学誘導方式など
の固定経路による誘導方式に代わってガイドレス誘導方
式が提案されている。

【０００３】このようなガイドレス誘導方式は、例えば
特開平８−２１１９３４に「移動体の操行制御装置」と
して開示されている。この操行制御装置は、移動体の周
囲の少なくとも３つの基準点に対して光ビームを円周方
向に走査する光ビーム走査手段と、前記基準点から反射
された前記光ビームの反射光を順次検出してその方位角
を検出する方位角検出手段と、前記方位角及び少なくと
も３つの基準点の位置情報に基づいて前記移動体の位置
を検出する第１の位置検出手段と、変位の積算によって
前記移動体の位置を連続的に検出する第２の位置検出手
段と、前記第２の位置検出手段で検出された移動体の位
置に基づいて前記移動体の操舵を行う操舵手段と、前記
第２の位置検出手段で検出された移動体の位置データ
を、前記第１の位置検出手段で検出された移動体の位置
データで逐次補正する補正手段とを具備して構成されて
いる。

【０００４】この操行制御装置の動作を簡単に説明する
と、第１の位置検出手段は、光ビーム走査手段で走査さ
れて基準点で反射された光の受光方向から移動体の位置
を検出する。一方、第２の位置検出手段は、ジャイロや
車速パルス発生装置からの信号によるヨー角変化と移動
距離とによって位置を検出する。第２の位置検出手段で
は、連続して位置検出できる反面、累積誤差が大きいの
で、第１の位置検出手段の検出データで逐次補正を行
う。

【０００５】上記のような誘導方式は、一般に、「推測
航法」と呼ばれる誘導方式として知られている。そし
て、この推測航法で行われる移動体の位置計測は、移動
体に搭載された内界センサ（走行距離エンコーダ、ステ
アリング角エンコーダ、ジャイロなど）で計測した移動
体の移動距離及び移動方向のデータを、演算装置を用い
て積分することによって移動体の位置及び方位の推定値
を算出するというものである。

【０００６】この推測航法は、「推定位置」及び「推定
方位」のデータに累積誤差が発生するという原理上の欠
点を持ち、正確な誘導を行うためには、この累積誤差を
間欠的に補正する必要がある。

【０００７】この累積誤差の補正を行う手段として、地
上に固定された３個以上の反射物と移動体上に設置した
レーザスキャナを利用した校正方法が知られている。こ
の校正方法では、移動体上のレーザスキャナで移動体か
ら見た反射物の方位を計測し、その計測結果とあらかじ
め移動体に搭載された記憶装置に記憶されている反射物
の設置位置情報とから、三角測量の原理で移動体の位置
と方位を求める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の誘導方
式では、移動体から見える反射物の数が常時３個以上必
要であることから、移動体を走行させようとする場所に
よっては反射物の設置が難しく適用が困難な揚合があ
る。すなわち、従来の誘導方式では、最低３つ以上の反
射物を設置する必要があり、近くに他の移動体などがあ
る場合、反射物が多いほどこれが障害物となって反射物
までの光路を遮り、計測が不能になることがある。

【０００９】そこで、本発明の課題は、移動体の位置計
測のために必要な反射物の設置個数が少なくとも２個で
済むような移動体の位置計測装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による移動体の位
置計測装置は、移動経路の周囲に配置された設置位置が
既知の２個以上の反射手段と、移動体に搭載されて前記
反射手段に対し光あるいは電波もしくは音波を水平方向
に投射してその反射光あるいは反射波により前記移動体
から前記各反射手段までの相対距離と前記移動体の進行
方向と前記反射光あるいは反射波の入射角度との間の相
対角度を計測する計測手段と、あらかじめ知られている
前記各反射手段の設置位置データと、前記計測手段によ
り得られた前記移動体から前記各反射手段までの相対距
離及び相対角度とから、前記移動体の位置と方位とを演
算する演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】なお、前記計測手段としては、レーザ光を
水平かつ円周方向に走査して前記反射手段からの反射レ
ーザ光を受光して前記相対距離及び相対角度を計測する
レーザ距離計を用いることが好ましい。

【００１２】また、前記レーザ距離計は、レーザ光を投
射する投光器と、反射レーザ光を受光する受光器と、前
記投光器及び受光器を回転させるモータと、該モータの
回転角度を検出して前記相対角度を表す情報を出力する
ためのエンコーダとを備えている。

【００１３】

【作用】本発明においては、移動体の周囲には反射物が
常時２個以上見えるように配置され、それぞれの反射物
の設置位置は既知である。移動体上に設置された走査機
能を有する計測手段は、例えばレーザ距離計で実現さ
れ、移動体の周囲を水平方向に走査して、移動体から見
た反射物までの距離と方位を計測する。演算手段にはあ
らかじめ反射物の設置位置情報が記憶されており、この
設置位置情報と、計測手段で計測した移動体から反射物
までの距離及び方位から、移動体の位置及び向きを幾何
学的な計算によって求める。

【００１４】この結果を利用して、例えば推測航法にお
ける累積誤差を、間欠的に校正することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施の
形態について説明する。ここでは、図１に示すように、
無人搬送車（移動体）１０に搭載する計測手段としてレ
ーザ距離計（走査型距離計）１１を使用する場合につい
て説明する。

【００１６】図１を参照して、無人搬送車１０に搭載さ
れたレーザ距離計１１は、レーザを水平かつ円周方向に
定周期で投射して水平方向の走査を行う。無人搬送車１
０の走行領域には、設置位置が既知の２個以上の反射板
１２ａ、１２ｂが検出対象として配置される。

【００１７】レーザ距離計１１は、無人搬送車１０の走
行中に定周期で水平走査を行い、反射板１２ａ、１２ｂ
からの反射光を受光することにより反射物１２ａ、１２
ｂまでの距離Ａ、Ｂと方位を定周期で計測する。なお、
方位は、無人搬送車１０の進行方向（図１に一点鎖線で
示す）に対する反射光の受光角度で表され、図１の場
合、反射板１２ａの方位角はθ_A、反射板１２ｂの方位
角はθ_Bである。また、方位角θ_Bとθ_Aとの差は、方
位差θ_ABで表される。レーザ距離計１１は、測定した距
離Ａ、Ｂ及び方位角θ_A、θ_Bと方位差θ_ABを示す情報
を出力する。

【００１８】無人搬送車１０は後述する位置演算部を搭
載しており、レーザ距離計１１から出力される距離及び
方位の情報と、既知である反射板１２ａ、１２ｂの設置
位置情報とから無人搬送車１０の位置及び向きを求め
る。位置演算部は、コンピュータで実現され、反射板１
２ａ、１２ｂの設置位置情報等を記憶するための記憶装
置を備えている。

【００１９】図２を参照して、レーザ距離計１１は、レ
ーザの投光器１１−１及び受光器１１−２とこれらを回
転させるためのモータ１１−３とエンコーダ１１−４と
を備えている。投光器１１−１から投射されたレーザ光
が反射板１２ａで反射されて受光器１１−２で受光され
るまでの時間情報がレーザ距離計１１から反射板１２ａ
までの距離を示す情報として位置演算部２０に出力され
る。また、レーザ光が無人搬送車の進行方向と同じ角度
で投射されてから反射光が受光器１１−２で受光される
までのモータ１１−３の回転角度情報がエンコーダ１１
−４から方位を示す情報として位置演算部２０に出力さ
れる。

【００２０】図３をも参照して、位置演算部２０におけ
る演算処理動作について説明する。図３においては、無
人搬送車１０が位置Ｐにあるものとし、反射板１２ａと
１２ｂとの間の距離がＣであるものとする。また、位置
Ｐから反射板１２ａと１２ｂとを結ぶ線分に対して直角
となる直角線分を想定し、この直角線分の距離をＨとす
る。更に、この直角線分と位置Ｐ及び反射板１２ａとを
結ぶ線分との間の角度をθ_ａ、直角線分と位置Ｐ及び反
射板１２ｂとを結ぶ線分との間の角度をθ_ｂとする。

【００２１】この場合、θ_AB＝θ_ａ＋θ_ｂ、Ｈ＝Ａ・ｃ
ｏｓθ_ａ＝Ｂ・ｃｏｓθ_ｂで表される。この式から、Ａ・ｃｏｓθ_ａ＝Ｂ・ｃｏｓ（θ_AB−θ_ａ）＝Ｂ・（ｃｏｓθ_AB・ｓｉｎθ_ａ＋ｓｉｎθ_AB・ｃｏｓ
θ_ａ）で表わすことができ、更にこの式を、（Ａ−Ｂ・ｓｉｎ
θ_AB）・ｃｏｓθ_ａ＝Ｂ・ｃｏｓθ_AB・ｓｉｎθ_ａと変
形して、ｓｉｎθ_ａ／ｃｏｓθ_ａ＝（Ａ−Ｂ・ｓｉｎθ
_AB）／Ｂ・ｃｏｓθ_ABを得て、ｔａｎθ_ａ＝｛（Ａ／Ｂ）−ｓｉｎθ_AB｝／ｃｏｓ
θ_AB、ｔａｎθ_ｂ＝｛（Ｂ／Ａ）−ｓｉｎθ_AB｝／ｃｏｓθ_AB と表すことができる。ここで、θ_ABは前述した通り、方
位差として検出することができるので、ｔａｎθ_ａ、ｔ
ａｎθ_ｂを計算することができる。そして、Ｈ＝Ｃ／
（ｔａｎθ_ａ＋ｔａｎθ_ｂ）で表すことができるので、
位置Ｐの座標（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）は、ｘ_ｐ＝Ｈ・ｔａｎ
θ_ａ、ｙ_ｐ＝Ｈで計算され得る。

【００２２】位置演算部２０は、計測された距離Ａ、Ｂ
及び方位差θ_ABを用いてｔａｎθ_ａ、ｔａｎθ_ｂを算出
した後、この算出結果と既知の距離Ｃとにより距離Ｈを
算出し、位置Ｐの座標（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）を算出する。ま
た、向きは方位角θ_Aで表される。

【００２３】なお、この算出においては、反射板１２ａ
の設置位置を座標の原点とし、反射板１２ｂもＸ軸上に
あるものと仮定している。しかし、実際には反射板１２
ａ、１２ｂは、必ずしも同じ座標軸上にあるとは限らな
い。この場合には、以下に説明するような座標変換処理
が行われる。

【００２４】図４（ａ）では、前述した演算処理により
無人搬送車の見掛け上の座標（ｘ´、ｙ´）が算出され
る。ここで、反射板１２ａ、１２ｂがそれぞれ、実際に
は図４（ｂ）に示すように座標（ｘ₁、ｙ₁）、
（ｘ₂、ｙ₂）にあるものとする。これらの座標は既知
である。この場合、座標変換の原理を利用して、下記の
数式により、無人搬送車の実際の座標（ｘ、ｙ）が算出
される。

【００２５】

【数１】

【００２６】なお、反射板１２ａ、１２ｂ間の距離Ｃは
あらかじめ知ることができるが、２つの座標（ｘ₁、ｙ
₁）、（ｘ₂、ｙ₂）から以下の計算式によりその都度
計算することもできる。

【００２７】Ｃ＝｛（ｘ₁−ｘ₂）²＋（ｙ₁−ｙ₂）²｝^1/2 上述した位置計測装置は、前述した推測航法と併用する
場合、一定周期毎に算出される座標及び方位を用いて推
測航法で発生する位置計測値の累積誤差を間欠的に校正
するが、無人搬送車の移動速度が上記一定周期に対して
無視できる場合には、推測航法を実施する構成が無くて
も、本位置計測装置だけで走行制御を行うことができ
る。

【００２８】上述した位置計測装置を実際に無人搬送車
の走行制御に適用する場合には、次にようにする。すな
わち、無人搬送車の走行エリアに複数の反射板を設置
し、これらの設置位置をあらかじめ位置演算部に登録し
ておく。反射板の設置は、あらかじめ想定される無人搬
送車の移動経路に沿って等間隔で行うことが好ましい
が、必ずしも等間隔である必要は無い。そして、走行開
始に際しては、現在の無人搬送車の位置も登録する。こ
のことにより、レーザ計測計が走査を開始した時に受光
した反射光がどの設置位置の反射板からのものであるか
を知ることができる。勿論、走行を始めてからも、無人
搬送車が現在、おおよそどの位置にあるのかを知ること
ができるので、その位置で受光する反射光がどの位置の
反射板からのものであるのかも知ることができる。この
ようにして、無人搬送車の現在位置を位置演算部で算出
された位置で校正しながら無人搬送車の走行制御が行わ
れる。

【００２９】以上、本発明を好ましい実施の形態をあげ
て説明したが、レーザ距離計で計測する検出対象は、必
ずしも反射物である必要はなく、拡散反射面であっても
良い。更に、距離計測の手段としては、必ずしもレーザ
である必要はなく、例えばマイクロ波や超音波を使った
ものであっても良い。この場合の検出対象物は走行領域
側に設置されたポールのようなもので良い。レーザ距離
計は必ずしも走査型である必要はなく、移動体上に２つ
以上の追尾型の距離計を設置して、それぞれの距離計で
異なる反射物までの距離と方位を独立に計測するもので
あっても良い。

【００３０】本発明は、上記した自動搬送システムにお
ける無人搬送車に限らず、無人トラクタ、無人ダンプト
ラック等の応用例が考えられる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、移動体のある位置を計
測するのに必要な反射物の数は２個で良く、従って他の
移動体等による障害の影響を受けにくくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態を説明するために
無人搬送車と反射板との位置関係を示した図で、図
（ａ）は平面図、図（ｂ）は側面図である。

【図２】図１に示したレーザ距離計の構成と位置演算部
との関係を示した図である。

【図３】本発明の位置演算部により、無人搬送車の位置
座標を計算する方法を説明するための図である。

【図４】座標変換により無人搬送車の位置座標を計算す
る方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１０無人搬送車１１レーザ距離計１２ａ、１２ｂ反射板２０位置演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動経路の周囲に配置された設置位置が
既知の２個以上の反射手段と、移動体に搭載されて前記反射手段に対し光あるいは電波
もしくは音波を水平方向に投射して、その反射光あるい
は反射波により前記移動体から前記各反射手段までの相
対距離と前記移動体の進行方向と前記反射光あるいは反
射波の入射角度との間の相対角度を計測する計測手段
と、あらかじめ知られている前記各反射手段の設置位置デー
タと、前記計測手段により得られた前記移動体から前記
各反射手段までの相対距離及び相対角度とから、前記移
動体の位置と方位とを演算する演算手段とを備えたこと
を特徴とする移動体の位置計測装置。
【請求項２】請求項１記載の位置計測装置において、
前記計測手段として、レーザ光を水平かつ円周方向に走
査して前記反射手段からの反射レーザ光を受光して前記
相対距離及び相対角度を計測するレーザ距離計を用いる
ことを特徴とする移動体の位置計測装置。
【請求項３】請求項２記載の位置計測装置において、
前記レーザ距離計は、レーザ光を投射する投光器と、反
射レーザ光を受光する受光器と、前記投光器及び受光器
を回転させるモータと、該モータの回転角度を検出して
前記相対角度を表す情報を出力するためのエンコーダと
を備えていることを特徴とする移動体の位置計測装置。