JPS5819082B2 - 無人走行車の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無人走行車の運転制御装置、特に、操舵方向
を正確に検出可能にした無人走行車の運転制御装置に関
する。

無人走行車は無人運搬車や一般の乗客走行車としても利
用されてきている。

以下、本発明に好適な事例である無人運搬車について説
明してゆこう。

無人運搬車とは、量産をおこなう工場、あるいは、組立
工場の生産ラインに使用される荷物の搬送、更には各生
産ライン間をつなぐための搬送、また生産ラインの終始
点から入庫、あるいは出庫場所、およびそれぞれの個所
から倉庫等への入出庫のための搬送に利用されるもので
ある。

無人運搬車の制御方式と構造の一例について、第１図か
ら第６図を用い説明する。

光学誘導帯の検出の一例を第１図イ、口に示す。

路面には、あらかじめ走行軌跡に従い誘導用反射体１例
えば、反射率の高いアルミテープ、あるいはステンレス
テープが貼り付けられている。

発光手段として、例えば、けい光灯を採用し、路面を照
射する。

その結果、誘導用反射体１からは、鏡面反射により、強
反射光が得られる。

逆に、路面５からは、路面の凹凸のため乱反射し、加え
て、誘導用反射体１より反射率が小さいために、弱い反
射光が得られる。

これらの反射光量をフード４ａ〜４１に内蔵した受光素
子３ａ〜３１．例えば、Ｃｄ５（硫化カドミウム）の如
く、受光量により抵抗値が変化するようなもので受光す
る。

受光素子３ａ〜３１で受光した反射光量を二値のオンオ
フ信号に変換するため、適当なしきい値を設ける。

このしきい値と各受光素子３ａ〜３１を比較すると、路
面５上にある受光素子は、反射光が弱いためオフ信号（
白マルで表示）にな１バ誘導用反射体１上にある受光素
子は、反射光が強いためオン信号（黒マルで表示）にな
る。

このように、路面よりの反射光の強弱を処理することに
より、路面５と誘導用反射体１の識別が可能であり、そ
シれは原理的に路面と誘導用反射体１の反射率に少しで
も違いがあれば可能である。

すなわち、反射光の明るさをアナログ的に検出し、比較
する方式と異なり、誘導用反射体１があるか（オン信号
）、ないか（オフ信号）の検出のため誘導用反射体１シ
上の汚れに対しても強い検出方法である。

次に受光素子と操舵角の関係を第２図に示す。

各受光素子３ａ〜３ｅには、各々相対する操舵角が決め
られている。

受光素子３ｆ５３ｇが一番率さな操舵角を有し、左方向
、すなわち、受光素子Ｊ３ａに近ずくに従い、あるいは
、右方向、すなわち３１に近ずくに従い操舵角は大きく
なる。

例えば、受光素子３ｆがオンした場合、操舵角指令左１
０度が出力され、受光素子３ｊがオンした場合、操舵角
指令布４０度が出力される。

しかし、実際の誘導用反射体１は、一定の幅を有してい
るため、第１図に示すように、受光素子がオンする個所
が２個所、あるいは、それ以上になる可能性が大きい。

そのために、オン、オフ信号に処理する回路の他に、一
つの操舵角を選びだ・す操舵角抽出回路が必要になる。

その回路例を第３図に示す。

受光素子３ａ〜３１の出力は、オンオフ処理回路６にて
オンオフ信号に変換される。

このオンオフ信号の中より一つのオン信号を抽出する抽
出回路７には、スイッチ８が接続されている。

このスイッチ８の指令により、最も左側でオンしている
受光素子を抽出するか、あるいは、最も右側でオンして
いる受光素子を抽出する。

それ以外の受光素子は、オンしていたとしても無視する
。

この論理は、ゲート回路等により構成具現化される。

かくして、抽出された受光素子が、操舵指令値となる。

この結果、スイッチ８の指令により分岐走行が可能とな
る。

右分岐、左分岐走行例を第４図に示す。

次に、この操舵角指令に対する無人運搬車の制御ブロッ
ク図について第５図を用い説明する。

路面よりの反射光を検出素子３ａ〜３Ｃで検出し、オン
オフ処理回路６でオンオフ二値信号に変換し、操舵角抽
出回路７に入力し、一つの操舵角を選びだす。

この操舵角をサーボ回路９に入力し、増幅回路１０をと
おし、操舵角モーフ１１を駆動する。

この操舵用モータ１１には、角度検出器１２、例えばポ
テンショメータが取付けられており、回転角度を検出す
る。

この回転角度をサーボ回路９にフィードバックし、操舵
角指令と回転角度が一致するように操舵をおこなう。

次に、無人運搬車の機構の一例について第６図を用い説
明する。

無人運搬車２３は、６輪構造であり、中間輪２２ａ、２
２ｂが駆動輪、前輪２２Ｃ２２２ｄ、後輪２２ｅ 、２
２ｆが操舵輪で構成されている。

前輪２２ｃ 、２２ｄ、後輪２２ ｅ ｔ ２２ ｆの
操舵装置２０，２１は、ラック・ピニオン機構１８．１
９を介して一本の操舵軸２４で連結されている。

操舵軸２４には、ギヤ１５が取付けられており、操舵用
モータ１１、ギヤ１６を介して駆動が伝達される。

すなわち、操舵用モーフ１１で操舵軸２４を回転させる
ことにより、前輪と後輪を互いに逆方向に同一の操舵角
を与えることができる。

中間輪の走行１駆動力は、走行モーフ１３の駆動力がギ
ヤボックス１４、走行軸２５を介して伝達される。

尚、３ａ１〜３必１は後輪に近接して取りつけられた検
出素子、２Ａは螢光灯である。

以上述べたような原理の光学誘導式無人運搬車において
、誘導帯検出方法について考えてみる。

反射光量の強弱を受光する受光素子の出力は、路面の表
面状態、すなわち、水、油、あるいは汚れ等によって変
動するため、その出力より両者を弁別することは容易で
ない。

第７図は、従来の検出変換回路例を示したものである。

受光素子３は、受光量の増加に従い出力電圧が増大し、
受光素子３のａ−１の夫々の出力電圧がＥａ−ＥＪは対
応するコンパレータ２８のａ ％ ＩＪの子端子に入力
される。

ロンパレータ２８は子端子に入力される電圧が一端子に
入力される電圧よりも高い場合に”１″、逆の場合に′
０″を出力するもので、夫々のコンパレータの一端子に
は基準レベルＥ。

が入力されている。基準レベルＥｏは、誘導帯１上に位
置する受光素子３の出力電圧と路面上に位置する出力電
圧との間に設定され、両者の区別を明確にする。

原理的には固定値と考えることができる。

しかしながら、上述した如く受光素子３の出力電圧Ｅ
ａ −％−１１は、変動するものであるため、これに応
じて基準レベルＥｏを変化させることが好ましい。

このために第７図に示す如く、受光素子３ａ−１３の夫
々の出力電圧を抵抗４０ ａ ｔ ４０ ｂ 〜４０
Ａ’ （抵抗値はＲａ、Ｒｂ−Ｒ１とする）を介して演
算増幅器２６に入力し加算をおこなう。

この場合、二値化設定回路１００゜の演算増幅器２６の
フィードバック抵抗２７の値をＲ１とするとＥ。

は次式で示される。ここで、Ｒａ＝Ｒｂ−・・・・・・
＝Ｒ１＝Ｒとするとすなわち、出力電圧Ｅ。

は、受光素子３ ａ−ｓ−１の出力電圧の平均値Ｅ１に
比例する。

このようにすれば、誘導帯１や、路面５の表面状態に応
じて変化させることができ柔軟性に富んだ検出が可能と
なる。

無人運搬車はある位置から他の位置へ荷物を搬送するた
めに用いられるものであるところから、通常その走行経
路上に停止点や分岐点、合流点等が、必要となる。

無人運搬車においては、これらの個所を検出しながら走
行経路を切替え所定の作・業を行なうわけである。

この停止点等を検出する手段としては、路面上に磁石を
配置し、無人運搬車のこれと対応する位置にリードスイ
ッチを取付けるもの、あるいは地上側と反射板を設け、
無人運搬車側に反射型光電スイッチを取付けるもの等が
考えられる。

しかし、光学式無人運搬車においては、誘導体１で、特
定のマークを構成し、これを前記した受光素子３で、検
出する方式が安価でしかも簡単である。

第８図はマークの一例を示す概略図である。

走行方向に設けた通常の誘導帯１と直角方向に誘導帯を
設はマークＰとしている。

このマークＰは、受光素子３ｇ〜３１よりも長くとって
あり３ｇ〜３１の受光素千金てが同時にオンとなること
によって検出される。

第９図は、マークＰの検出状態を示す出力電圧波形であ
る。

第９図に示すものは、マークＰ検出前後の第１図に示す
検出回路の各部の動作波形図である。

図中Ｅｇは誘導帯１上にある受光素子３ｇの出力電圧を
示し、Ｅｄは路面５上にある受光素子３ｄの出力電圧で
ある。

基準レベルＥ。は、上述の如くに各受光素子３の出力電
圧の平均値に比例するため、マークＰの検出時には、そ
れ以前の状態に比べＥ。

−ｍａｘの如く急激に上昇する。この検出時のレベル上
昇時においてもＥｇは、基準レベルＥ。

よりも大きいことが必要である。

これらの受光素子３は、実際には、各素子の特性のバラ
ツキや誘導帯１の反射率の変動により、マークＰ上に位
置している受光素子３の各々の間でも出力電圧は異なる
。

このようなことより、誘導体１上の受光素子３の出力電
圧の全てが、基準レベルＥ。

よりも大きくなることが難しい場合が生じ、例えば、第
９図に図示するＥｉめ如き値のものは基準レベルＥｏよ
りも小さくなる。

以上、明らかなように、単に受光素子３の出力電圧の平
均値に比例した値を基準に選ぶ方式は、誘導帯１や、路
面の表面状態の変化には強いが、誘導帯止にある受光素
子の個数の増大には弱いという欠点がある。

かかる欠点は、第７図に破線で図示する如くにコンデン
サＣ１を演算増幅器２６の入出力間に挿入しである程度
補正することができる。

すなわち、コンデンサＣ１により基準レベルＥｏに時間
遅れを持たせることにより、マークＰの検出時でも第９
図に示す破壊のように基準レベルＥ。

が急激に変化しないため、受光素子３の特性にバラツキ
があっても安定した誘導帯１の検出が可能となる。

ところが、この方式においても欠点がある。

つまり、基準レベルＥ。が急激に変化しないために、路
面の反射率が急激に変動した場合には、誤って路面を誘
導帯１として検出することである。

本発明の目的は、上記した従来の欠点を解消するもので
あり、各受光素子の出力電圧の平均値に比例した値を、
時間遅れを持つ値と、持たない値とに分割してしきい値
（基準レベル）とし、誘導帯の検出をおこなうものであ
る。

本発明は、受光素子の出力電圧の平均値に比例した値を
単にしきい値とした場合には、複数点入力時の二値化機
能が満足されず、また該機能を満足させるために、時間
遅れ回路を付加すると、路面の急激な変動に弱くなる三
方式の、夫々の利点に着目し、受光素子の出力電圧の平
均値に比例した値を、ある比率で二つの値に分け、両者
に応答の差、すなわち、時間遅れ有、無を持たせ主に前
者は複数点入力時、後者は、路面等の急激な変動に対処
するようにしたものをしきい値として利用することにあ
る。

伺、本発明では、以下、先の説明との関連から無人運搬
車に限定するが、他の無人走行車ｊこ対しても同様に適
用でき、又、光検出以外の事例にも適用可能であること
を事前に述べておく。

次に本発明の一実施例について、第１０図、第１１図を
用いて説明する。

第１０図は、本発明に係る検出変換回路の一実施例を示
す回路図である３受光素子３ａ〜３１は入力抵抗４ Ｑ
ａ 、４０ ｂ〜４０Ａ？と直列に配置され、両端に
正電位ＶＢＢが印加されている。

このような状態で、受光素子３ａ〜３１は各受光量に応
じ抵抗値が変化するために、電圧変位としてとりだせる
。

検出変換回路は、前記受光量に応じた電圧変位信号Ｅａ
、 Ｅｂ 。

・・・・・・、Ｒ７の全平均値を応答時間の異なる２つ
の。

信号に分けて合成し、該合成して得られる値を誘導体が
あるかどうかのしきい値Ｅ。

とじて設定せしめるしきい値形成回路と、該しきい値形
成回路からの該しきい値Ｅ。

と上記複数個の受光素子３ａ 、 ３ｂ 、・・・・・
・、３１より得られる受光量に応じ。

た電圧変位信号Ｅａ 、 Ｅｂ 、・・・・・・、Ｅｌ
のそれぞれと比較せしめ、それぞれの比較結果により各
オン・オフ信号を得る比較器３５とを備え、該比較器３
５からの各オン・オフ信号をもって操舵方向決定用の信
号として供せしめるように構成したものである。

さらに詳説すると、前記しきい値形成回路は、マイナス
端子とプラス端子と出力端子とを持つ演算増器３３の出
力端子とマイナス端子とをコンデンサ３２と所定値の抵
抗３１との並列回路を介して接続し、且つ該マイナス端
子を所定値の入力抵抗３０を介して接地し、そのプラス
入力端子に前記受光量に応じた信号Ｅａ、Ｅｂ、・・・
・・・、Ｒ７が所定値の抵抗２９ａ ｔ ２９ｂ ＋・
・・・・・、２９１をそれぞれ介して入力されるように
し、前記演算増幅器３３の出力端子を所定値の可変抵抗
器３４を介して接地し、その出力端子から応答時間の異
なる２つの信号の合成値Ｚを得ると共に、その合成値Ｚ
を誘導体があるかどうかのしきい値Ｅ。

として該可変抵抗器３４の可変部より出力できるように
し構成したものである。

さらにまた、上記しきい値形成回路は、上記演算増幅器
３３．の出力端子に接続された可変抵抗器３４の可変部
から該しきい値Ｅ。

を得るようにし、且つ該しきい値Ｅ。

を路面５における反射率等の状況に応じて該可変抵抗器
３４の可変部を移動させることによって可変設定可能と
なるように構成したものである。

そして、比較器３５，３５．・・・・・・は、該しきい
値形成回路からの該しきい値Ｅ。

を取り込むと共に、上記複数個の受光素子３ａ 、 ３
ｂ 、・・・・・・。

３１よりそれぞれ得られる受光量に応じた電圧変位信号
Ｅａ 、Ｅｂ 、・・・・・・、Ｒ７をそれぞれ取り込
み、該しきい値Ｅ。

と前記信号Ｅａ、Ｅｂ、・・・・・・。Ｅｌのそれぞれ
とを比較せしめ、それぞれの比較結果により各オン・オ
フ信号を得るように構成したものである。

上記のように構成された検出変換回路の作用を以下に説
明する。

受光素子３ａ 、 ３ｂ 、・・・・・・、３１より受
光量に応じた各々の電圧値Ｅａ、’Ｅｂ、・・・・・・
、Ｅｌを、抵抗２９ａｊ２９ｂ＋・・・・・・、２９１
を介して演算増幅器３３のプラス（−））端子に入力す
る。

抵抗２９ａ。２９ｂ、・・・・・・、２９ノの値をＲ３
とし、該プラス端子の電位をＸとすると、該プラス端子
に流入すａ−Ｘ る電流は、抵抗２９ａに流れる電流を（□）抵抗２９ｂ
に流れる電流を（Ｅ ｂ Ｘ ）、・・・Ｗｏ、抵３ Ｅｌ−Ｘ 抗２９１を流れる電流を（□）とすると、下３ 式に示すようにキルヒホッフの第１法則により、零とな
る。

ただし、演算増幅回路３３のプラス端子の入力インピー
ダンスを無限大とする。

すなわち、プラス端子に流入する電流は、 几３ となる。

上記式を一般的に記載すると、のように表示することが
できる。

上記式よりプラス端子の電位Ｘを求めると、電位Ｘは、 となる。

すなわち、プラス（利端子には、上記各受光素子３ａ
、 ３ｂ 、・・・・・・、３１からの受光量に応じた
出力電圧Ｅａ 、 Ｅｂ 、・・・・・・、Ｅｌの平均
値がでることになる。

マイナス（−）端子の電位Ｙは、該演算増幅器３３の出
力端子の電圧（前述した応答時間の異なる２つの信号の
合成値）Ｚが抵抗３１を介して帰還されているので、該
演算増幅器３３のマイナス端子の入力インピーダンスを
無限大、その増幅度を非常に太きいとすると、 Ｘ二Ｙ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４
）が成立すると考えてよい。

従って、この（４）式よ１バ抵抗３０（抵抗Ｒ４）、３
１（抵抗値Ｒ５）、コンデンサ３２（容量Ｃ２）とした
場合の演算増幅器の出力Ｚを求める。

この（５）式で示される値は、検出状況に応じて設、定
される可変抵抗器３４の調整によりＥ。

なるしきい値となる。

すなわち、一般的に書けば、 としてあられされる。

この式よりわかるように、第１項は、受光素子の出力電
圧の平均値に比例して変化する。

第２項は、受光素子の出力電圧の平均値に、一次遅れ要
素が加わ（バ急激な変化に対して、変化がゆるやかにな
る。

すなわち、受光素子の出力電圧の平均値に対する比例値
には、Ｋ＝に１＋に２となる。

この（６）式で示される状態を第１１図に示す。

実線１． 、 Ａ、で示すのが（６）式の変化曲線を示
し、破線１２ ｊ １３で示すのが、従来の回路例によ
るものであ１バ（２）式に一次遅れ要素をもたせたもの
で下記式で示される。

路面がＰｌなる位置で急激に変化（暗→明）した場合を
みると、曲線の立上り時には、本実施例になるしきい値
方式の方が、瞬時にに１値変化するために、明るい路面
を誤って誘導帯１として検出する可能性が低いことがわ
かる。

路面がＰ２なる位置で急激に変化（明→暗）した場合を
みると、曲線の笠下り時には、本発明なるしきい値方式
の方が、瞬時にに１値変化するために、誘導帯１が劣化
していたとしても、検出しやすい。

すなわち、受光素子が複数個誘導帯上に位置していても
、該受光素子をオン信号として検出するために、しきい
値に、一次遅れ要素を加えるが、路面の反射率の急激な
変動に応答できるように、該しきい値を、一次遅れの有
・無の二値に分離することによ１バ安定した誘導帯検出
性能を得ることができる。

以上の実施例によれば、一次遅れ要素を加味したが、遅
れ要素としては二次遅れや三次遅れなどを利用すること
も可能である。

演算増幅器を利用せずに、ＰＩＤ制御一般を利用しても
よい。

更に、誘導帯は必すしも帯状である必要はなく、一般的
には誘導体であればよい。

更に、検出方法として光反射を利用したが、無線式や超
音波式等にも同様に適用できる。

また、無人運搬車以外の無人走行車に対しても適用可能
である。

以上の本発明によれば、安定した誘導体検出性能を得る
ことができるため、操舵、走行の信頼性が著しく向上す
る効果を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図イ、川よ、光学誘導帯の検出例の説明図、第２図
は、受光素子の位置と操舵角の関係を示した図、第３図
は、操舵角抽出回路の説明図、第４図は、分岐方法の説
明図、第５図は、無人運搬車の制御ブロック図について
の説明図、第６図は、無人運搬車の構造説明図、第７図
は、従来の検出回路の説明図、第８図は、マークの一例
を示す概略図、第９図は、マークＰの検出状態を示す出
力電圧波形図、第１０図は、本発明なる回路例を説明し
た図、第１１図は、反射率変動にともなうしきい値の変
化を説明した図である。 ３３・・・・・・演算増幅器、３２・・・・・・コンデ
ンサ、３５・・・・・・比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 路面とは異なる反射率を有する誘導体を路面上に敷
   設し、該誘導体及び路面上に無人走行車から光を投射し
   、該投射によって得られる反射光を無人走行車上に設け
   られた複数個の受光素子によって受光し１．それら受光
   量に応じた信号を検出変換回路によって位置的な拡がり
   を持つオン・オフ信号に変換し、該オン・オフ信号に応
   じて操舵方向を決定して、上記無人走行車を自動運転せ
   しめる無人走行車の運転制御装置に於いて、前記検出変
   換回路は、、前記受光量に応じた信号の全平均値を応答
   時間の異なる２つの信号に分けて合成し、該合成して得
   られる値を誘導体があるかどうかのしきい値として設定
   せしめるしきい値形成回路と、該しきい値形成回路から
   の該しきい値と上記複数個の受光素子より得られる受光
   量に応じた信号のそれぞれとを比較せしめ、それぞれの
   比較結果により各オン・オフ信号を得る比較器とを備え
   、該比較器からの各オン・オフ信号をもって操舵方向決
   定用の信号として供せしめるようにした無人走行車の運
   転制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の無人走行車の運転制御
   装置において、前記しきい値形成回路は、マイナス端子
   とプラス端子と出力端子とを持つ演算増幅器の出力端子
   とマイナス端子とをコンデンサと所定値の抵抗との並列
   回路を介して接続し、且つ該マイナス端子を所定値の入
   力抵抗を介して接地し、そのプラス入力端子に前記受光
   量に応じた信号を所定値の抵抗を介して入力するように
   し、□前記演算増幅器の出力端子から応答時間の異なる
   ２つの信号の合成値を得ると共に、その合成値を誘導体
   があるかどうかのしきい値として出力できるようにした
   無人走行車の運転制御装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の無人走行車の運１転制
   御装置に於いて、前記しきい値形成回路は、上記演算増
   幅器の出力端子を所定値の可変抵抗器を介して接地し、
   該可変抵抗器の可変部から該しきい値を得るようにし、
   該しきい値を路面状況に応じて可変設定可能とならしめ
   るようにした無人走行車の運転制御装置。