JPS59140520A - 走行制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ア）　　要　　　約 無人搬送車などが走行すべき床面に、経路を示すテープ
を貼る。無人搬送車には、テープに直交する方向に、前
後２つの経路テープ検出用センサを設ける。光学的に、
経路テープのセンサに対する相対的位置を読み取る。前
後２つのセンサによって検知された経路テープの搬送車
に対する、ずれ、方向、方向変化の三つの値を使って、
左右の駆動輪の速度を制御し、搬送車が経路テープから
逸脱しないで走行できるようにした。

（イ）　技術分野 生産システムの効率化のため、ロボットによるＦＡ　（
Ｆａｃｔｏｒｙ　　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　）が導入さ
れ始めている。この場合、原料、部品或は製品を運搬す
る無人搬送車あるいは移動式口、ポットが必要とされる
。

このような無人搬送システムでは、主に、決められた経
路を安定に走行する機能が求められる。

捷た、製品などの変更に応じて、容易に経路の変更、修
正ができる無人走行搬送車が望まれる。

本発明は、床面に経路テープを貼り、搬送車には光学的
センサを設けて経路テープを光学的に認識して、経路に
沿って自動的に走行する走行制御方式を与える。

搬送車の走行状態は、位置、速度、加速度などで表わす
事ができる。

「位置」といっても、質点てはなく、大きさのある物体
であるから、重心と、重心のまわりの、回転とがパラメ
ータとなる。重心位置は、例えば、平面上にとったＸ％
　ｙ座標で示すことができる。

しかし、経路テープに沿って動くことが条件なのである
から、むしろ座標は経路テープに沿う座標Ｓと、座標Ｓ
に直交する局所座標ｌをとり、（ｓ、Ａ’　）で表わす
事もできる。ｌ　＝　ｏというのは、重心が経路テープ
上にある、という事である。

経路テープから逸脱しないように走行する事が制御目的
なのであるから、重心座標（ｓ、ｌ）の内、テープに沿
うＳ座標は、制御という目的のためには不要である。

車体の重心まわりの回転角をθとする。θ−０というの
は、車体の前後方向の中心線が経路テープに平行である
、という事であるとする。

このように、搬送車の位置は、三つの変数Ｓ１１、θで
表わすことができる。この内、Ｓは走行制御には直接必
要ではない。しかし、速度を制御する必要がある場合も
多く、この場合、テープに沿う座標Ｓの値は重要な変数
である。

また、Ｓはテープや光学的センサと無関係に、車速をエ
ンコーダなどで測定し、これを積分することによって、
容易に知ることができる。

次に速度は、当然、シ、ｉ、δの三変数で表わされる。

これは独立な変数である。Ｓは前述のように、車輪やモ
ータの回転数を測定して知ることができるので、新しく
測定装置を設ける必要がない。

加速度；はモータ駆動力に比例するので、測定する必要
はない。１１θの加速度も、これを制御する上では、必
要のない値である。

結局、無人搬送車の走行状態を制御するには、ｌ、θ、
ｉ、ルなどの変数を新に、測定する装置が必要である。

磁場を検知して、無人走行する車（は、公知である。床
面に電線を敷設し、車体の前方には、左右のサーチコイ
ルを設ける。電線に電流を流すと、そのまわりに磁場が
生ずる。サーチコイルは、この磁場の大きさを測定し、
左右のサーチコイルの出力が均等になるよう、車体の換
向操作をする。

このようなものは、上記変数の内、ｌを検知して制御す
るものである。しかし、正確にｌを測定しているという
のではなく、これの微分として、ｋを求めることはでき
ない。また、車体の傾きθと、ズレｌを分離することが
できない。

テープを光学的に検出し、しかも、車体の前後２箇所で
、テープ位置を測定することにすれば、β、θ、彩、δ
などを正確に知ることができる。

（り）　本発明の走行制御装置 第１図は本発明の走行制御装置を示す構成図である。

床面には、経路を示す経路テープが貼っである。

無人搬送車の車体下面には、経路テープを光学的に検出
する、−次元イメージセンサ１ａ、１ｂがテープと直角
方向に設けである。イメージセンサは多数のセンサが直
線方向に並べて設けであるので、センサの番号で、テー
プの検出位置を知ることができる。

経路テープ検出回路２ａ、２ｂは、イメージセンサ１ａ
、１ｂの内テープを検出しだセンサの番号を知って、テ
ープのイメージセンサの位置に於る位置のずれｌａ、ｌ
ｂを検出する。

ここで経路テープがイメージセンサ１ａ１１ｂの丁度真
中にある時、ｔｌａ＝ｏｓ　ｎｂ＝ｏと定義する。

走行位置ずれ検出回路３は、車体の中心０が、経路テー
プよりずれている量ｌを計算する。

位置ずれｌは １−（ｎａ＋＃ｂ　）／　２　　　　　（＋１である。

移動方向検出回路４は、経路テープに対する台車の移動
方向θを検出するものである。これは、台車の前後方向
の中心線と経路テープのなす角である。

移動方向変化速度検出間Ｍ５は、移動方向θを時間微分
して、ｂを求める。これは、台車の向きが変化する速度
である。

走行制御回路６は、走行位置ずれ検知回路３がら、走行
位置ずれ１１移動方向検出回路４がら移動方向θ、移動
方向変化速度検出回路５から、移動方向変化速度δの値
を知力移動台車の左右の車輪のモータ７．７′を制御し
、台車を経路に沿って走行させる。

第２図は経路テープと移動台車の関係を示す略平面図で
ある。

経路テープ１０は、床面に貼付けである。

移動台車１１は、駆動機構や本発明の走行制御機構など
を有する。台車１１の下面に、前後、平行に一次元イメ
ージセンサ１ａ、１ｂが設けられている。

（ｌａ、ｌｊｂは、経路テープ１０を検出したセンサの
中心点からの距離として定義できる。

台車１１の位置ずれｌは、これらの量の平均値に定数を
加えたものとして定義する。もしも、基準点を、台車１
１の中心０にとれば、第（１）式のよで表わされる。

移動方向θは、経路テープ１０と、台車の中心線のなす
角であるから、前後のイメージセンサ１ａ、１ｂの間隔
をａとすると でθを求めることができる。移動方向が、経路テープか
ら大きくずれない事が分っている場合は、θ竺（ｌ　ｂ
−１ｊ　ａ　）／　ａ　　　　　　　（２１で近似する
ことができる。

移動方向検出回路４は、式（２）を（或け（２）′を）
演算するものである。

移動方向変化速度検出回路５は、上記で求めたθを時間
微分する。これは、微分回路又は差分回路によって構成
することができる。

位置ずれｌの時間的な変化は、４を時間微分することに
よって得られる。しかし、第１図に示す例では、彩を用
いていない。

走行モータ制御回路６は、以上の変数４、θ、δを用い
て、走行制御を行う。実際には、換向軸を用いるのでは
なく、左右の車輪モータ７、γ′の速度を変することに
よって行う。

正常な走行状態を保証するだめには、ｌ、θ、δが０に
接近する方向へ常に車輪回転数を調節しなければならな
い。ｌ　＝　ｏ、θ−〇１θ−０というのが、最も理想
的な走行条件である。台車の前後方向の中心線が経路テ
ープに重っている、ということであるからである。

第２図に於て、ずれｌの座標を右方が正になるように決
めたとする。Ｉｔ＜ｏである、ということは、台車１１
が右方へずれている、ということを意味する。そこで、
右車輪の速度を左車輪より高くし、ずれｌを０に近づけ
るようにする。

回転角の方向を反時計廻りを正と定義する。

θ〉Ｏである、という事は、台車が経路テープに対し時
計廻りにずれている、ということを意味する。そこで、
右車輪の速度を左車輪より高くし、移動方向角θを０に
近づけるようにする。

θは制動項を与えて、θ−０に収束させるために必要で
ある。δ〉０であれば、台車は右方向へ換向している、
という事である。この場合、右車輪の速度を左車輪より
高くし、移動方向変化速度θを減するようにする。

このような考察から、右車輪の駆動力Ｑ「と左車輪の駆
動力Ｑ１０差ΔＱは、最も簡単には、ΔＧ　＝−ｍ＋　
７＋ｍ２θ＋ｍ５ｌｌ　　　　　　ｆ３）というふうに
与えることができる。ｍｌ、ｍ２、ｍ８は正の定数であ
る。

（３）式には、θについての制動項δがあるから、θが
０に収束するようにできる。これは明確である。しかし
、（３）式はｌについての制動項（ｉの項）を含まない
ので、ｌが◎に収束するがどうかについては、−見、明
らかでないようである。

しかし、実はそうではない。ｌ、θは独立の変数である
が、完全に独立であるわけではない。台車の車輪は地面
に対して滑らない（横滑りしない）ので、ある初期値を
与えれば、ｌ又はθを独立に変することができない。

ｌの変化は、必ずθの変化をともなう。結局、δは、θ
に関する制動項であるだけでなく、ｌの制動項としても
機能する。

より分り易く説明する。

最初θ−０、θ−ｏ、（１＞ｏであったとする。

ｌが正であるから、左車輪の速度を高める。ｌは小さく
なるが、車体は右方へ首をふるから、θが正、δが正に
なる。ΔＱは負のある値から増加する。０を越えて、正
になり、最大値を経て、減少に転する。

このように、ある初期条件のもとで、ｌ、ｋ、θ、δは
独立な変数ではなく、このため、制御変数として、ｌ又
はθを省くことができるのである。水力式ではｉを省き
δを用いている。

（３）式のように左右車輪の速度の差が与えられるべき
であるとすれば、右車輪の駆動力Ｑｒ、左車輪の駆動力
Ｑｌは Ｑｒ＝Ｑｏ　　＋　ΔＱ（４） Ｑｌ＝Ｑｏ　　−ΔＱ（６） として決定すればよいことになる。Ｑｏは左右車輪の駆
動力の平均値である。台車の速度と、負荷、路面の勾配
などによって予め与えられる量である。

モータの速度制御７ｒｉ、、周知の方法を使うことがで
きる。例えば、左右車輪駆動モータにパルス電流を流し
、パルス幅を変えることによって、モータ回転数制御を
行う。

パルス周期をＴｗとし、この内モータをＯＮする時間を
Ｔｎ、モータをＯＦＦする時間をＴｆとすると、 Ｔｗ　＝　Ｔｎ　＋　Ｔｆ　　　　　　　　　（６１で
ある。Ｔｗを一定とし、Ｔｎの比率を増すと、モータ回
転数は増加する。

そこで、左右車輪駆動モータ７．７′のＯＮ時間、ＯＦ
Ｆ時間をＴｌｎ、Ｔｒｎ及びＴ７ｆ、Ｔｒｆとし、Ｔ　
ｊｌ？　ｎ　＝　Ｔｍ−−ｆ　（１，θ、θ）（７）Ｔ
ｒｎ　＝　Ｔｍ＋　ｆ　（（ｌｓ　　θ、θ）（８）で
与えることにする。ＯＦＦ時間１は繰返し周期Ｔｗから
、（７）、（８）を引いて得られる。

Ｔｍは左右の平均駆動速度に対応する。函数ｔ　（（１
，θ、θ）は（３）に対応して、ｆ　（１，θ、θ）＝
Ｃ１１＋Ｃ２θ＋Ｃ８θ　　（９）のように、簡単な線
型関係を与えておく。Ｃ＋　”Ｃ８は定数である。

このようにすれば、測定値１１ａ、　＃ｂから、ｌ、θ
、δを計算し、これからＴｄｎ、Ｔｒｎを演算すること
ができる。繰返し周期Ｔｗの中で、左車輪駆動モータに
はＴａｎ　だけモータ電流を流す。右車輪駆動モータに
は、Ｔｗの中でＴｒｎだけモータ電流を流す。

走行モータ制御回路６はマイコンなどを使って容易に構
成することができる。これはｌａ、ｌｂから、（１）、
（２）、＋７）−（９１式ニヨッテ、左右モータのＯＮ
時間Ｔａｎ、Ｔｒｎを計算するものである。

（１）　　効　　　果 本発明は、原料、材料、製品などを、工場内で無人搬送
する搬送車の走行方式として有用である。

走行経路は、床に貼付けた経路テープ々どで指定できる
。レールや電線を敷設するものに比して、経路の設定、
変更、修正が容易にできる。

前後２つのイメージセンサから、経路テープのずれ（Ｊ
ａ、ｌｊｂを検出し、これから位置ずれ４、移動方向θ
、移動方向変化速度δを求める。これら３つの変数を使
って左右駆動輪の速度制御をするから、きめ細な走行制
御をする事ができる。

（オ）　　用　　　途 本発明は無人搬送車、移動式ロボット、などの無人走行
車に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走行制御方式を示す構成図。 第２図は経路テープと台車のイメージセンサの関係を示
す略平面図。 １ａ、１ｂ　　・・・・イメージセンサ２ａ、　２ｂ・
・・・・・・・・経路テープ検出回路３・・・・・・・
・・・　・走行位置ずれ検出回路４　・・・・・・・・
・・・・・・・移動方向検出回路５　・・・・・・・・
・・・・・・・移動方向変化速度検出回路６　・・・・
・・・・・・・・・・　走行モータ制御回路７．７’　
　・・・・・・・・・・・モータ１０−・・・・・・・
・・　・・経路テープ１１・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・移動台車Ｏ・・・−・・・・・・位置ず
れ基準点ｌ・・・・・・・・・・・・・−・走行位置ず
れθ　・・−・・・・・・・・・・・移動方向発明者　
小野公三 大　　岡　　明　　裕 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動台車１１が走行すべき床面に貼られた経路テープ１
   ０と、経路テープ１０を光学的に検出するため移動台車
   １１の下方に前後２つ設けられた一次元イメージセンサ
   １ａ、１ｂと、イメージセンサの出力（ｌａ、ｌｂから
   経路テープに対する移動車の左右の走行位置ずれｌを検
   出するずれ検出回路３と、経路テープの方向に対する移
   動車の方向θを検出する移動方向検出回路４と、移動方
   向θの時間変化々を検出する移動方間変化速度検出回路
   ５、これらの回路の出力値ｌ、θ、δから移動台車の左
   駆動輪、右駆動輪の速度制御を行う走行モータ制御回路
   ６とよりなる事を特徴とする走行制御方式。