JPS6180411A - 無人自走体の絶対位置検出装置 - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、ダンプトラック等の運搬機械や建設機械、
その他の移動体等に走行軌道予測機能を持たせて自走さ
せる無人自走体の絶対位置検出装置に関する。

【従来技術およびその問題点】

例えば、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、該車輌を予定走
路に沿って確実かつ安全に自走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
方位を検出させて該車輌が正規の走路から位置ずれした
際にそれを修正する必要がある。 そこで、本発明者はマイクロコンピュータの機能を持た
せたジャイロスコープを開発し、これによる車輌走行経
路の制御を試みた。 該制御の場合、予め設定された区間走行経路毎の制御時
点における車輌進行方向の修正には有効であるが、車輌
が横清り等を起こして正規の進行方向からずれた際に、
これを正規の進路に戻すための判断を行うことは不可能
であることが判明した。 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車輌走行中における該
車輌の絶対位置を検出す′る必要があるが、かかる検出
手段は未だ開発されていないのが実情である。

【発明の目的】

この発明は上記事情に鑑みて鋭意研究の結果、新たに創
案されたものである。 この発明の主たる目的は、無人走行中の自走体が予定走
路の要所に設けられた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ようにした無人自走
体の絶対位置検出装置を提供するにある。 この発明のまたの目的は、無人自走体の走行時における
安全性確保に大きく寄与する信頼性の高い無人自走体の
絶対位置検出装置を提供するにある。

【発明の構成】

この発明は上記目的達成のため、走行軌道予測機能を有
して予定走路上を自走する無人自走体の絶対位置検出装
置にして、前記予定走路の要所に設けられて該走路の両
側に配置された２個の自走体進入側反射鏡およびその一
方の反射鏡の前方に離して配置された自走体進出側反射
鏡のそれぞれを有して前記自走体を通過させるためのス
テーションと、自走体に搭載されて該自走体が前記ステ
ーションを通過する際に各反射鏡に対する赤外線を発射
し、かつそれらの反射鏡からの反射光線束を受光する赤
外線発受光装置と、該赤外線発受光装置の受光器に設け
られて該受光器が前記反射鏡からの反射光線束を受光し
たときにのみ投入されるスイッチと、該スイッチの入切
の間隔および順序ならびに自走体の走行速度から咳スイ
ッチが入切した各地点間の距離を演算し、その結果の距
離データから前記ステーションに対する自走体の進入角
度と絶対位置座標を求める演算手段とからなる無人自走
体の絶対位置検出装置を特徴とする。

【実施例】

以下、この発明の好適実施例を図面に基づいて説明する
。 まず、第１図において、１はこの発明に係る無人自走体
の絶対位置検出装置である。 該装置ｌは、無人自走体として例示した車輌１００の予
定走路の要所に設けられて該車輛１００を通過させるた
めのステーション２と、車輛１００に搭載されたステー
ションセンサ３とからなっている。 ステーション２は、第３図にて一層詳細な如く３本のゲ
ートボール２０１〜２０３からなっている。 ここで、該ゲートボールを説明上の都合から第１ゲート
ボール２０１　と第２ゲートボール２０２および第３ゲ
ートボール２０３とに分け、かつＸ−Ｙ座標上における
車輛１００の予定走路をＹ軸（Ｘ＝０）とし、また、第
３ゲートボール２０３の位置を（ＸＯ，ＹＯ）と設定す
る。 第１ゲートボール２０１と第２ゲートボール２０２は前
記予定走路の両側対称位置に配置され、第３ゲートボー
ル２０３は予定走路Ｙ軸の片側にて第１ゲートボール２
０１の前方離間位置に配置されている。 これらのゲートボールにおいて、第１、第２ゲートボー
ル２０１．２０２のそれぞれには１個宛の第１反射鏡２
０１Ａと第２反射鏡２０２　Ａが装着され、第３ゲート
ボール２０３には第３と第４の２個の反射鏡２０３Ａと
２０３Ｂが同軸芯上に装着されている。 図示例の場合において、車輌進入側の第１反射鏡２０１
Ａと第２反射鏡２０２Ａはそれらの鏡面を向かい合わせ
た配置にされ、車輌進出側の第３反射鏡２０３Ａと第４
反射鏡２０３Ｂはそれぞれの鏡面が車輌走行側を向き且
つ同一ボール２０３上で異方向を向く配置にしである。 一方、ステーションセンサ３は、第２図および第３図に
て一層詳細な如く、３組の赤外線発受光装置３０１〜３
０３を備えたマイクロコンピュータからなっている。 前記各組の発受光装置３０１〜３０３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する４５゜角で車輌の
斜め後方を向く配置にされている。。 そして、各組の発受光装置３０１〜３０３におけるそれ
ぞれの受光器には赤外線スイッチＳＷＩ〜ＳＷ３が設け
られている。 これらのスイッチＳＷＩ〜ＳＷ３は、車輛１００が第１
〜第３ゲートボール２０１〜２０３を通過するとき、発
受光装置３０１〜３０３のそれぞれの発光器から発射さ
れた赤外線の光束が第１〜第３および第４反射鏡２０１
Ａ〜２０３Ａおよび２０３Ｂを介してそれぞれの受光器
で受光されたときにＯＮする常開型スイッチからなって
いる。 ステーションセンサ３は、第２図にて一層詳細な如く、
後述する車載制御手段４と通信するためのシリアル入出
力機構３０４と高速演算機構３０５、前記各スイ・７チ
ＳＷＩ〜ＳＷ３のＯＮ・ＯＦＦ状態をインターフェイス
３０６を介して入力するポート３０７、インターバル・
タイマ３０８、それらを制御するＣＰＵ３０９　、ＲＯ
Ｍ３１０　、ＲＡＭ３１１のそれぞれからなっている。 ＲＯＭａ２Ｏには、車輌１００の走行時における位置座
標を求めるための換算式が書き込まれている。 すなわち、第３図において、車輌１００が一定速度で走
行していると仮定すれは、該車輌に搭載の発受光装置３
０１〜３０３におけるそれぞれの発光器から発射された
赤外線の光束は、前記車輌１００の進行に伴って第１〜
第３および第４の反射鏡２０１Ａ〜２０３Ａおよび２０
３Ｂを一定の法則に従い順番に横切る。 このときの車輛１００がＰｌからＰ２までの進行に要し
た時間をＴｌ、Ｐ２からＰ３までの時間をＴ３とすれば
、Ｐｌと２２間の距離Ｄｉ、Ｐ２と２３間の距離Ｄ２）
、Ｐ３とＰ間の距＠ｌ）３はそれぞれ次式で求まる。た
だし、車輌の走行速度をＶとする。 Ｄ１＝ＶＸＴ１　・・・（１） Ｄ２＝ＶＸＴ２　・−−（２） Ｄ３＝ＶｘＴ３　・・・（３１ また、反射鏡２０１Ａと２０２　Ａ間の距離をし、２０
１Ａと２０３　Ａ　、　　２０３　Ｂ間の距離をＭとす
れば、上記Ｄｉ、Ｄ２は次式で表すことができる。 ［）ｌ＝ｌ、ｘｓｉｎθ・・・（４） ；、　ｓ　ｉ　ｎθ＝ＴＩＸＶ／Ｌ Ｄ　２　＝　Ｍ　ｘ　ｃ　ｏ　’ｓθ・・・（５）、’
、　ｃ　ｏ　ｓθ＝Ｔ　２　Ｘ　Ｖ／Ｍここで　　ｔａ
ｎθ＝ｓｉｎθ／　ｃ　ｏ　ｓθであるから車輛１００
の進行方向のずれ角θは、ｔａｎθ＝　（ＭｘＴ２）／
　（ＬｘＴｌ）　　・・ｉ６＞で求めることができる。 また、Ｔ２ＸＶ＝Ｍｃｏｓθであるので、走行速度Ｖは
、 Ｖ＝　’（Ｍｘ　ｃ　ｏ　ｓθ）　／Ｔ２　・・−（７
）となる。 以上より、車軸に対して４５°後方に発射されている赤
外線が第４反射鏡２０３Ｂを横切る地点Ｐ（Ｘ、Ｙ）の
座標が次式で求まる。 ｘ＝ｘｏ＋’ｒ３ｘｖｘ　（ｓ’ｉ　ｎθ−ｃｏｓθ）
・Ｙ＝ＹＯ＋Ｔ３ｘＶｘ　（ｓ　ｉ　ｎθ＋ｃｏｓθ）
・以上の結果より、計測範囲内を車輌が一定速度で通過
するという条件が満足されていれば、Ｔｌ。 Ｔ２．Ｔ３の時間を正確に計測することにより、車輌１
００の通過した位置座標を正確に求めることができる。 従って、上記（１）式から（９）式が順次計算される位
置計算プログラムがＲＯＭａ２Ｏに書き込まれている。 このように、この発明では、車輌の速度■と予定走路へ
のずれ角θとを求めるための構成として第１〜第３の反
射鏡を用い、車輌の現在位置Ｐを求めるために第４の反
射鏡を適宜角度にずらして（本実施例では４５°）用い
ている。 以上において、車輛１００には前記ステーションセンサ
３以外に制御手段４が搭載されている。 図示例の制御手段４は、第１図に示す如く、地上側の指
令設備から無線機５を介してコマンドを入力するメイン
コントローラ４００と、該コントロ、（８）−ラ４００
からのコマンドを入力するサブコントロ、（９）−ラ４
０１およびサブカルキュレータ４０２とよりなり、これ
らはマイクロコンピュータからなっている。 メインコントローラ４００は、入力コマンドに基づく車
輌１００の予定走路設定用データシグナルと制御用パラ
メータをサブコントローラ４０１に、かつ車輛１００の
初期位置と前記ステーション２の位置（車輌ｌＯＯの初
期位置からステーション２までの距離）の情報をサブカ
ルキュレータ４０２に出力する。 サブコントローラ４０１は、メインコントローラ４００
から入力した前記予定走路設定用データシグナルに基づ
いて予定走路を設定すると同時に、サブカルキュレータ
４０２から車輛１００の初期位置情報を入力し、該位置
情報と前記予定走路設定データとから車輛１００を予定
走路に誘導するためのステアリング切角と走行速度を演
算する。その結果、ステアリング切角のデータシグナル
をステアリングコントローラ６に、かつ速度データシグ
ナルを速度コントローラ７にそれぞれ出力する。 ここで、車輛１００が無人走行を開始すると同時に、該
車輌１００を前述の如く設定された予定走路に誘導すべ
くステアリング角と走行速度が制御される。 すなわち、車輌１００が走り出すと、その時点における
該車輌１００のステアリング角がパルスモータ９を介し
てポテンショメータ１０により検出される。 ポテンショメータｌＯは、そのステアリング角検出デー
タシグナルをステアリングコントローラ６に出力する。 ステアリングコントローラ６は、サブコントローラ４０
１からの入力コマンドによるステアリング切角データと
前記ポテンショメータ１０からのステアリング切角検出
データとを比較演算する。 その演算により車輛１００を予定走路に正しく誘導する
ための最適ステアリング切角を求め、その結果のデータ
をステアリング制御コマンドに変換してそれをパルスモ
ーク９のパワードライバ８に出力し、これを駆動するこ
とにより車輌１００を予定走路に誘導すべくそのステア
リング角が制御される。 また、このときの車速が速度センサ１３によって検出さ
れる。 図示例の速度センサ１３は、エンジン／トランスミツシ
コン系の回転数を検出するロータリエンコーダからなっ
て、回転数検出データシグナルを速度コントローラ７に
出力する。 該コントローラ７は、サブコントローラ４０１からの入
力コマンドによる車速設定データとロークリエンコーダ
１３から入力した車速検出データとを比較演算し、現在
の車輌１００がコース走行に最適な目標速度になってい
るか否かを判断する。そして、目標速度になっていない
場合は、車速制御コマンドをパワードライバ１１に送っ
てこれを駆動することにより、エンジン／トランスミッ
ション系工２を制御して、予め設定された加速度で目標
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、車輌
１００は最適速度で目標の予定走路に誘導されて無人走
行する。 その走行時においては、車輛１００のファイナルドライ
ブ系統の速度センサ１４．１５によっても車速か検出さ
れる。 図示例の速度センサ１４．１５は車輛１００の左右後輪
の回転数を個々に検出するロータリエンコーダからなっ
て、それぞれの回転数検出データシグナルをサブカルキ
ュレータ４０２に出力する。 また、サブカルキュレータ４０２は車輛１００の方位セ
ンサ１６からも検出データシグナルを入力する。 図示例の方位センサ１６はジャイロスコープ１６０と、
該ジャイロスコープがシンクロリナーコンバータ１６１
を介して接続されたジャイロコンパス１６２とからなっ
ている。 もって、サブカルキュレータ４０２は前記ロータリエン
コーダ１４．１５からの入力データを車速データに変換
し、該車速データとジャイロコンパス１６２からの方位
データとから、コース走行中の車輛１００の現在位置を
演算する。その結果の現在位置データをサブコントロー
ラ４０１に出力する。 サブコントローラ４０１は、前記現在位置データの入力
により予定走路設定データを読み出し、該データと前記
現在位置データとから車輛１００が次に走る目標コース
データを演算する。その結果のデータをステアリング制
御コマンドと車速制御コマンドとに変換して、それらの
コマンドをそれぞれの系統のステアリングコントローラ
６と車速コントローラ７とに出力する。 もって、前述の場合と同様にステアリングコントローラ
６がステアリング切角を、かつ車速コントローラ７が車
速をそれぞれ制御する。 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。 以上の如き車輌１００の無人走行により該車輌１００が
ステーション２に近づくと、サブカルキュレータ４０２
がステーションセンサ３に対してセンス開始コマンドを
出力する。 これにより該センサ３がスタートして発受光装置３０１
〜３０３の各発光器から赤外線が発射される。 これと同時に第２図中のインターバル・タイマ３０８を
作動させておく。 この状態で車輌１００がステーション２を通過するとき
、該ステーションにおける第１または第２反射鏡２０１
Ａまたは２０２Ａのいずれかに前記赤外線の光束が最初
に当たって反射する。 その反射光束を発受光装置３０１．３０２のいずれかの
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ＳＷＩまたＳＷ２が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第１または第２反射鏡２０１Ａまた
は２０２Ａを最初に通り過ぎるので、前記赤外線スイッ
チＳＷｌまたはＳＷ２はＯＦＦの状態に戻る。 このような赤外線スイッチＳＷ１またはＳＷ２のＯＮ、
ＯＦＦ状態を第２図中のポート３０７が入力することに
より、前記ＯＮの時間とＯＦＦの時間をインターバル・
タイマ３０８が計測する。その結果の時間データがＲＡ
　Ｍ３１１に記憶される。 斯様にして、車輌１００のステーション通過時には発受
光装置３０１〜３０３のそれぞれから発射されている赤
外線光束が第１〜第３、第４反射鏡２０１＾〜２０３　
Ａ　、　２０３　Ｂのそれぞれに順次当たって反射し、
該反射光束により各赤外線スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が順
次ＯＮしたのちＯＦＦに戻り、それらのＯＮ時間とＯＦ
Ｆ時間がインターバル・タイマ３０８で計測されてＲＡ
　Ｍ３Ｌ１に順次記憶される。 これによって、合計８個の時間データが得られる。 ここで、ゲートボール２０１〜２０３と反射鏡２０１Ａ
〜２０３　Ａ　、　２０３　Ｂについて述べる。 各反射鏡２０１Ａ〜２０３　Ａ　、　２０３　Ｂにはそ
れぞれ一定の幅があるので、赤外線スイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ３がＯＮしてＯＦＦするまでには僅かながらの時間Ｔ
がある。 この時間ＴはスイッチＯＮの時間からスイッチＯＦＦの
時間を減算することにより求められる。 一方、ゲートボール２０１〜２０３はそれぞれの中心が
前記各反射鏡の幅の中心と一致させであるので、車輌１
００がゲートボール２０１〜２０３を通過した近似的時
間は前記時間Ｔの２分点の時間となる。 従って、車輌１００がステーション２を通過することに
より、第１〜第４の反射鏡２０１Ａ〜２０３　Ａ　。 ２０３　Ｂに対する４つの車輌通過時間が求まる。 斯＜シて、第２図中のステーションセンサ３におけるＣ
　Ｐ　０３０９は、ＲＯＭａ２Ｏから上記計算式（１１
〜（９）を、かつＲＡ　Ｍ３１１から前記４つの車輌通
過時間データをそれぞれ順次読み出し、該時間データを
前記計算式（１）〜（９）に代入して演算を行う。 該演算において、計算式（６）のｔａｎθは高速演算機
構３０５が演算する。 その演算の結果、車輌１００がステーション２を通過す
る際の絶対位置座標と進入角度が得られる。 なお、車輌１００のステーション６通過時における赤外
線光束が第１、第２の反射６Ｊ１２０１Ａ、２０２Ａの
どちらで最初に反射されるかは車輌１００の進行方向に
よって決まる。　　　　− このため、ＣＰ　０３０９は計算式（１）、　（４）、
　（６）のＴ１の符号によって車輌進行方向のずれの方
向を判断する。 また、特殊なケースとして、例えば第１、第２の両方の
反射鏡２０１Ａ、２０２Ａからの同時反射光束により左
右２つの赤外線スイッチＳＷＩとＳＷ２が同時に０Ｎ１
０ＦＦする場合があるが、このとき、ＣＰ　Ｕ３０９は
特別処理として両方の時間データを同じ値としてＲＡ　
Ｍ３１１に記憶する。 しかし、４枚の反射鏡２０１Ａ〜２０３　Ａ　、　２０
３　Ｂのうち１枚でも反射しない時は前記演算結果は無
意味なものとなる。 このため、ＣＰ　Ｕ３０９はスイッチＯＮ１０　Ｆ　Ｆ
の回数が正しくない時、また、全部の反射鏡を車輌が通
過するまでの時間が異常に長い時などはエラーと判断し
て前記演算結果を出力しないようにチェックする。 ＣＰ　０３０９は、演算結果のデータ（車輌の絶対位置
座標と進入角度）が正しいと判断したとき、該データシ
グナルをサブカルキュレータ４０２に出力する。 サブカルキュレータ４０２は、前記ステーションセンサ
３からの入力データとジャイロコンパス１６２からの方
位データおよびロータリエンコーダ１４、１５からの車
速データとにより車輌現在位置の累計誤差を演算し、そ
の結果のデータシグナルをサブコントローラ４０１に出
力する。 該コントローラ４０１は、前記累計誤差に基づく演算を
遂行して車輌現在位置修正用の座標データを求め、それ
をステアリング制御用と車速制御用のコマンドに変換し
てそれらのコマンドをそれぞれの系統のコントローラ６
と７に送る。 もって、該コントローラ６．７の出力シグナルでそれぞ
れの系統のパワードライバ８．１１を介して車輌１００
のステアリングと車速が制御されることにより、該車輌
１００は正規の予定走路に戻るべく自らの現在位置を補
正する。

【発明の効果】

以上、この発明によれば、走行軌道予測機能を有する無
人走行体が予定走路の要所に設けられたステーションを
通過するとき、自走体に搭載された赤外線発受光装置の
発光器から発射されている赤外線光束が、前記ステーシ
ョンに配置されて相互間を自走体が通過する該自走体進
入側の２個の反射鏡と、その一方の反射鏡の前方に離し
て配置された自走体進出側の反射鏡のそれぞれを順番に
横切り、その度毎にそれぞれの反射鏡から戻ってくる赤
外線の反射光束を前記赤外線発受光装置の受光器が受光
することによりスイッチが投入されるので、該スイッチ
の入切の間隔から自走体が前記各反射鏡を通過した時間
データを、また、前記スイッチの入切の順序からステー
ションに対する自走体の進入角度を、更に前記時間デー
タと自走体の走行速度とからスイッチが入切した地点間
の距離をそれぞれステーションセンサが演算するため、
それによってステーションを通過した自走体の絶対的な
位置座標を求めることができる。 従って、この発明は無人自走体が横滑り等を起こして進
行方向が予定走路からずれた際に、該自走体自ら位置を
正確に判断させて正規の走路に戻すための自動制御と安
全走行に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の好適−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図はステー
ションセンサの内部構成図、第３図はＸ−Ｙ座標を基に
した反射鏡の配置図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、走行軌道予測機能を有して予定走路上を自走す
   る無人自走体の絶対位置検出装置にして、前記予定走路
   の要所に設けられて該走路の両側に配置された２個の自
   走体進入側反射鏡およびその一方の反射鏡の前方に離し
   て配置された自走体進出側反射鏡のそれぞれを有して前
   記自走体を通過させるためのステーションと、自走体に
   搭載されて該自走体が前記ステーションを通過する際に
   各反射鏡に対する赤外線を発射し、かつそれらの反射鏡
   からの反射光線束を受光する赤外線発受光装置と、該赤
   外線発受光装置の受光器に設けられて該受光器が前記反
   射鏡からの反射光線束を受光したときにのみ投入される
   スイッチと、該スイッチの入切の間隔および順序ならび
   に自走体の走行速度から該スイッチが入切した各地点間
   の距離を演算し、その結果の距離データから前記ステー
   ションに対する自走体の進入角度と絶対位置座標を求め
   る演算手段を備えたステーションセンサとからなること
   を特徴とする無人自走体の絶対位置検出装置。
2. （２）、特許請求の範囲第１項記載の絶対位置検出装置
   において、自走体進入側反射鏡は予定走路の両側対称位
   置に鏡面を向かい合わせて配置され、自走体進出側反射
   鏡は、それぞれの鏡面が自走体走行側を向き且つ異方向
   を向く同芯上の２枚の反射鏡からなっていることを特徴
   とする無人自走体の絶対位置検出装置。
3. （３）、特許請求の範囲第１項記載の絶対位置検出装置
   において、赤外線発受光装置は、自走体直進方向と直交
   する方向を向く左右２組の発受光装置と、自走体の斜め
   後方を向く１組の発受光装置とからなっていることを特
   徴とする無人自走体の絶対位置検出装置。
4. （４）、特許請求の範囲第１項記載の絶対位置検出装置
   において、自走体には、ステーションセンサが演算しで
   求めた自走体の進入角度と絶対位置座標のデータを入力
   し、該入力データに基づいて自走体を正規の走路に戻す
   べく該自走体の走行方向と走行速度を制御するための自
   動制御手段が搭載されていることを特徴とする無人自走
   体の絶対位置検出装置。