JPH11271043A

JPH11271043A - 移動体の位置計測装置

Info

Publication number: JPH11271043A
Application number: JP10078067A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Hasumi; 信義羽角
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】無人搬送車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個で済むような無人搬送車の
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、台車１０に
搭載されて反射板に対しレーザ光を水平方向に投射して
その反射光により台車の相対角度を計測するレーザセン
サ１１と、台車に搭載されてその進行方向に沿った走行
距離を計測する計測手段と、台車に搭載されてその進行
方向を向きとして計測する計測手段とを備える。位置演
算部２０は、反射板の設置位置情報と、台車から見た反
射板に対する現在及びそれより一定時間前の相対角度
と、前記一定時間前から現在に至るまでの台車の位置の
変位量と向きの変位量とから、台車の絶対位置及び向き
を演算する。

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進んで
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、前記移動体に搭
載されて該移動体の進行方向に沿った走行距離を計測す
る計測手段と、前記移動体に搭載されて該移動体の進行
方向を向きとして計測する計測手段と、前記反射手段の
設置位置、前記移動体から見た前記反射手段に対する現
在及びそれより一定時間前の相対角度、前記一定時間前
から現在に至るまでの移動体の位置の変位量と向きの変
位量とから、移動体の絶対位置及び向きを演算する演算
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】前記演算手段は、はじめに、前記一定時間
前から現在に至るまでの移動体の位置の変位量と向きの
変位量とから、前記一定時間前の移動体位置を基準とし
た現在の移動体位置を相対位置として算出し、次に、前
記移動体から見た前記反射手段に対する前記一定時間前
及び現在の相対角度から前記反射手段の相対方位を算出
し、次に、前記現在の移動体の相対位置と前記反射手段
の相対方位とから前記反射手段の、前記一定時間前の移
動体位置を基準とした位置を反射手段相対位置として算
出し、更に、前記反射手段の設置位置を絶対的な位置と
して、前記現在の移動体の相対位置からあらかじめ定め
られた座標変換により、前記移動体の絶対位置及び向き
を算出することを特徴とする。

【００１２】前記相対角度を計測する計測手段として
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角度を計測す
るレーザセンサを用いることが好ましい。

【００１３】前記レーザセンサは、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。

【００１４】また、前記走行距離を計測する計測手段と
しては、走行駆動系に設けた走行距離エンコーダを用い
ることが好ましい。

【００１５】更に、前記向きを計測する計測手段として
は、ステアリング角エンコーダやジャイロセンサを用い
ることができる。

【００１６】

【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、
移動体としての無人搬送車（以下、台車と呼ぶ）１０に
搭載する計測手段として走査型のレーザセンサ１１を使
用する場合について説明する。

【００１７】図１を参照して、台車１０に搭載されたレ
ーザセンサ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。台車１０の走行領域
には、設置位置が既知の２個以上の反射板１２ａ、１２
ｂが検出対象として配置される。

【００１８】レーザセンサ１１は、台車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、１２ｂの方
位を定周期で計測する。なお、方位は、台車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。レーザセン
サ１１は、測定した方位角θ_A、θ_Bを示す情報を出力
する。

【００１９】台車１０は、レーザセンサ１１の他に、周
知の内界センサとして、台車１０の進行方向に沿った走
行距離を計測するための走行距離エンコーダと、台車１
０の進行方向を向きとして計測するステアリング角エン
コーダとを備えている。なお、ステアリング角エンコー
ダに代えて、周知のジャイロセンサを用いることができ
る。

【００２０】台車１０は更に、後述する位置演算部を搭
載している。この位置演算部は、反射板１２ａ、１２ｂ
の設置位置情報、反射板１２ａ、１２ｂに対する現在及
びそれより一定時間前の相対角度情報、一定時間前から
現在に至るまでの台車１０の位置の変位量と向きの変位
量とから、台車１０の絶対位置及び向きを演算する。な
お、以下の説明では、一定時間前の位置と現在位置とは
異なっていることが前提条件となる。位置演算部は、コ
ンピュータで実現され、各計測手段からの計測情報等を
記憶するための記憶装置を備えている。

【００２１】図２を参照して、レーザセンサ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。ここでは、投光器１１−１から投射され
たレーザ光が台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１
１−３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。

【００２２】次に、位置演算部２０における演算処理に
ついて説明する。位置演算部２０が行う台車位置の算出
処理には、２個の反射板１２ａ、１２ｂの設置位置情
報、台車１０から見た２個の反射板１２ａ、１２ｂまで
の相対方位（現在の値と一定時間前の値）、「一定時間
前」から「現在」に至る間の台車１０の「位置の変位
量」と「向きの変位量」を使用する。演算処理動作は、
以下の手順で行われる。

【００２３】（１）台車１０の相対位置算出「一定時間前の台車位置」を基準とした、「現在の台車
位置」を台車１０の相対位置として求める。ここでの処
理には、「一定時間前」から現在に至る間の走行距離エ
ンコーダとステアリング角エンコーダの計測データか
ら、その間の台車位置の変位量と向きの変位量を求め
る。なお、このステップにおける処理は、内界センサに
よる一般の「推測航法」と基本的に同等である。違い
は、常に「一定時間前の台車位置を原点とする座標系」
での現在の台車位置を求めていることである。

【００２４】（２）反射板１２ａ、１２ｂの相対方位計
測レーザセンサ１１は、台車１０の周囲を水平方向に走査
することによって、地上に設置された反射板１２ａ、１
２ｂの相対方位を計測する。

【００２５】以下の処理で使用する相対方位計測データ
は、２個の反射板１２ａ、１２ｂに対する「一定時間前
の時点の計測データ」と「現在の計測データ」との２組
のデータである。

【００２６】（３）反射板１２ａ、１２ｂの相対位置算
出「一定時間前の台車位置」を基準とした２個の反射板１
２ａ、１２ｂの相対的な位置を求める。詳しくは後述す
るが、この処理には、「現在の台車の相対位置」と、２
個の反射板１２ａ、１２ｂの「一定時間前の時点」と
「現在」の相対方位計測データを使用する。ここまでの
処理で、「一定時間前の台車位置を原点とする座標系」
での、「現在の台車位置」（相対位置）と「反射板位
置」（相対位置）が求められたことになる。

【００２７】（４）台車１０の絶対位置算出「現在の台車の相対位置」から座標変換によって「現在
の台車の絶対位置」を求める。これも、詳しくは後述す
るが、ここで使用する座標変換式は、あらかじめ与えら
れている２個の反射板１２ａ、１２ｂの「絶対的な位
置」と（３）で求めた「相対位置」との関係から求める
ことができる。

【００２８】次に、図３を参照して、反射板１２ａ、１
２ｂの相対位置算出について説明する。図３において、
一定時間前の台車位置を原点とし、その時の台車１０の
向いている方向をｘ軸とする座標系を定義する。

【００２９】はじめに、現在の台車位置は、現在及び一
定時間前の走行距離エンコーダ、ステアリング角エンコ
ーダからの計測データから求めることができる。この位
置を、Ｐ（ｘ_p，ｙ_p）と定義する。また、この時の台
車１０の向きをθ_pと定義する。

【００３０】次に、反射板１２ａ、１２ｂの相対位置Ｒ
₀（ｘ_r0，ｙ_r0）、Ｒ₁（ｘ_r1，ｙ_r1）を求める。反射
板１２ａについて言えば、まず一定時間前の台車位置
（原点）から反射板１２ａがθ₀₀の方位角に見えたとす
る。この場合、ｙ座標ｙ_r0は、ｙ_r0＝ｘ_r0・ｔａｎθ₀₀ で表される。次に、現在の台車位置Ｐ（ｘ_p，ｙ_p）か
ら反射板１２ａがθ₁₀の方位角に見えたとすると、一定
時間前の向きを基準とした方位角は、（θ_p＋θ₁₀）と
なる。この場合、（ｙ_r0−ｙ_p）＝（ｘ_r0−ｘ_p）・ｔａｎ（θ_p＋
θ₁₀）で表される。

【００３１】ここで、ｔａｎθ₀₀＝Ａ、ｔａｎ（θ_p＋
θ₁₀）＝Ｂとおいて、上記の２つの式より、ｘ_r0・Ａ−ｙ_p＝（ｘ_r0−ｘ_p）・Ｂ（Ａ−Ｂ）・ｘ_r0＝−Ｂ・ｘ_p＋ｙ_p となり、ｘ_r0、ｙ_r0はそれぞれ、以下の数１、数２式で
表される。

【００３２】

【数１】

【００３３】

【数２】

【００３４】次に、反射板１２ｂについて言えば、まず
一定時間前の台車位置（原点）から反射板１２ｂがθ₀₁
の方位角に見え、現在の台車位置Ｐ（ｘ_p，ｙ_p）から
反射板１２ｂがθ₁₁の方位角に見えたとすると、一定時
間前の向きを基準とした方位角は（θ_p＋θ₁₁）とな
る。この場合にも、現在の台車位置Ｐ（ｘ_p，ｙ_p）、
方位計測データθ₀₁、（θ_p＋θ₁₁）を用い、上記と同
じ方法で、以下の数３、数４式により反射板１２ｂの相
対位置Ｒ₁（ｘ_r1，ｙ_r1）を算出することができる。

【００３５】

【数３】

【００３６】

【数４】

【００３７】次に、図４を参照して、台車１０の絶対位
置算出のための座標変換について説明する。図４（ａ）
では、前述した演算処理により台車の相対位置Ｐ
（ｘ_P、ｙ_P）が得られている。ここで、反射板１２
ａ、１２ｂがそれぞれ、図４（ａ）に示す台車基準座標
系では位置Ｒ₀（ｘ_r0，ｙ_r0）、Ｒ₁（ｘ_r1，ｙ_r1）に
あり、地上座標系では、図４（ｂ）に示すように、位置
Ｒ₀´（ｘ_r0´，ｙ_r0´）、Ｒ₁´（ｘ_r1´，ｙ_r1´）
にあるものとする。これらの位置座標は既知である。こ
の場合、台車基準座標系での反射板１２ａ、１２ｂの位
置Ｒ₀（ｘ_r0，ｙ_r0）、Ｒ₁（ｘ_r1，ｙ_r1）を、地上座
標系での反射板１２ａ、１２ｂの位置Ｒ₀´（ｘ_r0´，
ｙ_r0´）、Ｒ₁´（ｘ_r1´，ｙ_r1´）に変換するには、
座標変換の原理を利用すれば良い。このような座標変換
においては、座標変換のための変数（ｘａ，ｙａ，φ）
を求め、座標変換前の任意の座標（ｘ，ｙ）から座標変
換後の任意の座標（ｘ´，ｙ´）を下記の数５式により
算出することができる。

【００３８】

【数５】

【００３９】なお、ｘａ，ｙａは，図４（ｂ）に細線で
示す並進成分であり、φは回転成分である。このような
座標変換の原理は周知であり、並進成分（ｘａ，ｙ
ａ）、回転成分φの算出方法については説明は省略す
る。

【００４０】上記のように、図４（ａ）に示す台車基準
座標系から、絶対位置座標系としての地上座標系への座
標変換式により、各種センサからの計測データによって
算出した台車基準座標系での反射板１２ａ、１２ｂの相
対位置Ｒ₀、Ｒ₁とあらかじめ知られている地上座標系
での反射板１２ａ、１２ｂの絶対位置Ｒ₀´、Ｒ₁´か
ら、台車１０の絶対位置Ｐ´（ｘ_P´，ｙ_P´）を算出
することができる。このようにして、座標変換式によ
り、台車基準座標系での台車位置Ｐ（ｘ_P，ｙ_P）を、
地上座標系での位置Ｐ´（ｘ_P´，ｙ_P´）に変換す
る。なお、絶対方位θ_p´は、台車基準座標系での現在
の台車方位θ_pに座標変換の回転成分φを加算すること
で得られる。

【００４１】以上の説明で明らかなように、本発明は、
台車などの無人搬送車の位置計測を行うためのものであ
り、計測方式は内界センサを使ったいわゆる「推測航
法」と呼ばれる位置計測方式を基本としながらも、新た
にレーザセンサを併用することによって、一般の推測航
法で問題となる位置誤差の累積を防止できる。

【００４２】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２０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、レーザセンサ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２０
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。

【００４３】以上、本発明を好ましい実施の形態をあげ
て説明したが、レーザセンサ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、方位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。

【００４４】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。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、無人搬送車のある位置
を計測するのに必要な反射手段の数は２個で良く、した
がって他の無人搬送車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
台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に示したレーザセンサ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、反射板の相対位置
を計算する方法を説明するための図である。

【図４】座標変換により台車の絶対位置を計算する方法
を説明するための図である。

【符号の説明】

１０台車１１レーザセンサ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、前記移動体に搭載されて該移動体の進行方向に沿った走
行距離を計測する計測手段と、前記移動体に搭載されて該移動体の進行方向を向きとし
て計測する計測手段と、前記反射手段の設置位置、前記移動体から見た前記反射
手段に対する現在及びそれより一定時間前の相対角度、
前記一定時間前から現在に至るまでの移動体の位置の変
位量と向きの変位量とから、移動体の絶対位置及び向き
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、
前記演算手段は、はじめに、前記一定時間前から現在に至るまでの移動体
の位置の変位量と向きの変位量とから、前記一定時間前
の移動体位置を基準とした現在の移動体位置を相対位置
として算出し、次に、前記移動体から見た前記反射手段に対する前記一
定時間前及び現在の相対角度から前記反射手段の相対方
位を算出し、次に、前記現在の移動体の相対位置と前記反射手段の相
対方位とから前記反射手段の、前記一定時間前の移動体
位置を基準とした位置を反射手段相対位置として算出
し、更に、前記反射手段の設置位置を絶対的な位置として、
前記現在の移動体の相対位置からあらかじめ定められた
座標変換により、前記移動体の絶対位置及び向きを算出
す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１あるいは２記載の位置計測装置
において、前記相対角度を計測する計測手段として、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角度を計測するレー
ザセンサ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４】請求項３記載の位置計測装置において、
前記レーザセンサは、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。
【請求項５】請求項４記載の位置計測装置において、
前記走行距離を計測する計測手段として、走行駆動系に
設けた走行距離エンコーダ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６】請求項５記載の位置計測装置において、
前記向きを計測する計測手段として、ステアリング角エ
ンコーダ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７】請求項５記載の位置計測装置において、
前記向きを計測する計測手段として、ジャイロセンサを
用いることを特徴とする移動体の位置計測装置。