JPS62272307A

JPS62272307A - 無人移動体の誘導位置補正装置

Info

Publication number: JPS62272307A
Application number: JP61116856A
Authority: JP
Inventors: Toru Suzuki; 徹鈴木
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-05-21
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1987-11-26

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】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕この発明は、推ｉｌｌ航法を用いて無人移動体を所定の
走行経路に沿って操舵制御する際、該推測航法による無
人移動体の推定位置を間欠的に補正するための誘導位置
補正装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、無人車両を所定の走行経路に沿って目的地へ導く
方法には、走行方向検出器と走行長測定器にて車両の現
在位置を推定し、予め教示しておいた予定経路上の通過
予定地点を通過すべく車両を自動的に操舵する推測航法
がある。この方式の欠点は路面の凹凸や車両のスリップ
により車両の推定位置に誤差を生じ、正確に通過予定地
点を通過できないことである。したがってかかる欠点を
補う目的で、適宜の標識を走行経路上に間欠的に設け、
該標識を車両で検出することにより車両の推定位置を間
欠的に校正する方法が以下に示すように各種提案されて
いる。

（１）例えば、特願昭５７−２０４９１５においては、
目標対象物の側面に光反射体を設置し、無人車両上に組
をなす発光素子と受光素子を設け、この受光素子が上記
光反射体から最大光量を受光する姿勢になるまで無人車
両を上記目標物近傍で定点旋回して姿勢制御するように
している。−（２）また、特願昭５７−１９９００７で
は無人車のみならず育人車の位置計δＩＩの目印として
樹木や建築物等の環境を利用することを掲案じている。

〔発明が解決しようとする開閉点〕

しかしながら、上記（１）の方式においては、標識を検
出するセンサの検出領域か狭いため走行中の外乱等によ
り標識を検出できないことがあり、また上記（２）の方
式においては、現段階では前記樹木や建築物等の環境を
標識として識別するための手段に著しくコストがかかり
、すぐさま産業に応用することはできないという問題点
がある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕かかる問題
点を解決するためにこの発明においては、推測、航法を
用いて操舵制御される無人移動体において、無人移動体
の走行路上に再帰反射性もしくは発光性を有する少なく
とも２個ずつの標識を基準経路に沿って間欠的に配設す
るとともに、無人移動体に、前記標識を認識する視覚手
段と、前記標識の座標位置を予め記憶するメモリ手段と
、前記視覚手段によって認識した少なくとも２個の標識
に基づき前記基準経路に対する無人移動体の偏角および
偏位と前記標識上で前記基準経路に垂直に交差する線分
までの移動体の距離とを求め、これら求めた偏角、偏位
および距離と前記メモリ手段の記憶内容とに基づき無人
移動体の現在位置および姿勢を検出し、該検出した位置
および姿勢によって前記推測航法で算出した位置および
姿勢を補正する誘導位置手段とを具えるようにし、前記
准Ａｌ１１航法によって誘導される無人移動体の位置お
よび姿勢を前記誘導位置補正手段の作用によって間欠的
に校正するようにする。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図、第２図および第３図は、夫々本発明の装置によ
って誘導する無人移動体１を示した斜視図、正面図およ
び側面図である。

これらの図に示すように、この移動体１は車体２の前後
部両側にキャスタ３か、また中央部両側に各別なモータ
Ｍ　　、Ｍ　　で回動される駆動輪Ｌ４Ｒ，４Ｌが各々配設されている。そして車体２の前方
部分に突設された支持台５上に視覚手段たるＩＴ、Ｖカ
メラ６が配設され、このカメラ６の左右に投光器７が配
設されている。

上記カメラ６は、車体２の前方路面の所定範囲が視野内
に入るように適当な俯角をもたせて取り付けられており
、また投光器７はカメラ６の視野を照明しうるように取
り付けられている。そして」１記モータＭ　　、Ｍ　　
には、それらの回転に伴なＬってパルス信号を出力するパルスエンコーダ等のパルス
発生器９Ｒ，９Ｌが各々付設されている。

また、この移動体１には、車両の走行方向を検出するレ
ートジャイロ等の方向検出器１０、走行制御および画像
処理のためのＣＰＵＩＩ、バッテリ１２および送受信ア
ンテナ１３等が設けられている。

路面に配設された標識８・・・は、移動体１を誘導する
ための目印として機能するものであり、この実施例では
再帰反射性、つまり入射光と同一の方向に光を反射させ
る性質をもつガラス玉を使用している。これらの標識８
は、２個以上を１固まりとして移動体１の走路に沿って
間欠的に（５０ｍ〜１００ｍ間隔）配列設置されており
、それらを結ぶラインは後述するように移動体１に対す
る基準経路１５とて機能する。そして少なくとも２個の
標識８がカメラ６の視野内に入るようにそれらの配置間
隔が設定されている。

ここで、上記カメラ６では識８を捕らえながら移動体１
の標識８に対する位置（偏位ｄ１偏角ψ、距離ｇ）を算
出する原理について説明する。

いま、第４図に示す如く路面にＸ、Ｙ軸を、またカメラ
６のイメージ面Ｑにｘ、ｙ軸を各々設定した場合、路面
上の座標Ｍとこれに対応するイメージ面Ｑの座標ｍとは
幾何的な関係がある。それ故、イメージ面Ｑの座標ｍが
検出されれば路面上の座標Ｍを求めることができ、また
線分Ｍｍと路面とのなす角度γ（俯角）および該線分Ｍ
ｍを路面に投影した線分ＯＭとＹ軸とのなす角β（方位
角）も求められる。

なお、同図において０点はカメラ６のレンズ主点を示し
ている。また、路面におけるＸ、Ｙ座標は、０点を通る
垂線が路面と交わる点を座標原点０とし、そのＹ軸は前
記移動体１の進行方向に設定されている。

つぎに、第５図に示す如く路面上の座標Ｍ１゜Ｎ２がカ
メラ６の視野内に存在する場合を考える。゛上記座標Ｍ
１についての俯角γ１、方位角β１および座標Ｍ２につ
いての俯角γ２、方位角β２は、前述したようにカメラ
６のイメージ面Ｑにおける対応座標ｒｒｚ、ｍ２　（図
示せず）から求められる。そしてこれらが求められれば
、座１Ｍ４゜Ｎ２を通る線分（基準経路）１５とＹ軸と
のなす角φおよび該基準経路１５に対する０点がらの垂
線の長さｄを各々下式（１）および（２）に基づいて算
出することができる。

φ− ・・・（１）ｄ−１虹Ｌ」ユニ２°２−　　　　　・・・（２）ｔａ
ｎβまただし、ｈは０点とθ点間の距離である。

また、上記基準経路１５上における０点からの垂線の足
Ｎと座標Ｍ１およびＮ２との各距離Ｒ１゜Ｎ２は、第６
図に示した関係から下式（３）−（４）に基づいて算出
することができる。

−Ｉ１１−−−一旦一一一　　　　　　　・・・（３）
ｔａｎ（φ＋β１）ｆ）　２−ｄ　　　　　　　　　　　・・・（４）ｔａ
ｎ（φ＋β１）上記座標Ｍ１．Ｍ２が前記標識８の位置を示していると
すると、角φはそれらの標識８間を結ぶ線分に対する移
動体１の偏角を、また距離ｄは上記線分に対する移動体
１の偏位（横ズレ）を、また距離！Ｊ１．Ω２は８１！
識Ｍ１．Ｍ２上で基準経路１５に垂直に交差する各線分
までの移動体の移動距離を示すことになる。

以上が移動体１の標識８に対する位置および基準経路に
対する姿勢角を検出するたための原理であるか、この方
法は移動体１を推測航法により予定走行路に沿って誘導
する際の位置および姿勢補正に用いられ、以下、第７図
に示す制御ブロック図にしたがって本発明の一実施例を
説明する。

第５図において、走行長検出器２０は駆動輪４Ｒ，４Ｌ
に取付けられたパルス発生器９Ｒ。

９Ｌからのパルスをカウンタ２１，２２によりカウント
することにより移動体１の走行長Ｌ　Ｒ。

ＬＬを検出し、これをＣＰＵＩＩに入力している。

この場合ｃｐｔｒｔｔは、移動体１の中心位置の走行距
離を得るべく両カウンタ２１，２２のカウント値の平均
値を距離データとして用いる。方向検出器１０は例えば
方向の変化分（角速度）を検出し、これを積分して方向
を求めるレートジャイロであり、該検出した走行方向を
ＣＰＵＩＩに入力する。ＣＰＵＩＩは上記走行長検出器
２０および方向検出器１０から時々刻々入力される走行
長データおよび走行方向データに基づき移動体１の現在
座標位置を推測し、その推測位置を用いて予定走行路１
６（第１図）とのズレ量、姿勢角を険出し、移動体１が
予定走行路１６を走行するよう移動体１の走行を制御す
る。

すなわちＣＰＵＩ　１は、移動体１の走行速度指　５令
Ｖに値Ｋを加算して速度指令ＶＲを作成し、かつ速度Ｖ
から値Ｋを減算して速度指令■、を作成するプログラム
を有し、作成された指令Ｖ　Ｒ。

ＶＬは各々Ｄ／Ａ変換器２３．２４を介してサーボアン
プ２５．２６に加えられる。

上記値に、は、ΔＶ−（ｄｒ　−ｄ）　十Ｃ（φ「−φ
）（Ｃ；定数）に対し第８図に示す態様で変化される。

したがって予設定偏位ｄｒと実ＩＱ泣ｄの差および目標
偏角φｒと実偏角φの差が共に小さくてΔＶが示す不感
帯り内の値をもつ場合には、Ｋ−０となってｖ　−Ｖ、
ｖＬ−■なる速度指令が作成され、この場合、前記駆動
輪４Ｒ，４Ｌか等速回転して移動体１が直進走行するこ
とになる。

またΔＶが不感帯Ｏ内の値より大きな正の値をとる場合
には、ＶＲ＞ＶＬとなるので右駆動輪４Ｒの回転速度が
左駆動輪のそれよりも大きくなって移動体１か左方向に
操舵され、逆に不感帯０内の値よりも大きな負の値をと
る場合には、ＶＲ＜ｖ、となるので移動体１が右方向に
操舵される。

なお上記において、ΔＶの絶対値が大きいほど舵角が大
きくなる。

一方、上記カメラ６より出力されるビデオ信号は、Ａ／
Ｄ変換器２７で２値化されたのちフレームメモリ２８に
書き込まれ、１画面が作成される毎にこのフレームメモ
リー８の；１ａｔａ内容がＣＰＵ１１に取込まれている
。したがって、移動体１の走行に伴って、移動体１が＃
Ｓ識８の近傍に接近すると上記標識８は回帰反射性を有
するガラス玉で形成されているので、カメラ６によって
輝点画像として捕らえ・られる。そこでＣＰＵＩ　１は
、フレームメモリ２８に格納された輝点画像データに基
づいてカメラ６の視野内に存在する複数（たとえば２〜
３個）の標識８を認識し、それらの標識のうちの２個、
たとえば移動体に近いものから２個の標識を選択する。

モしてＣＰＵ１１はこの２個の標識についての路面上で
の座標Ｍ　１．　Ｍ　２を求めるとともに、座標Ｍ１に
ついての俯角γ１、方位角β１および座標Ｍ２について
の俯角γ２、方位角β２を算出し、ついで前記ｍ、　（
２）　、　（３）および（４）式に示した演算を実行し
て移動体１の偏角φと偏位ｄと距離（１１，Ｄ２を求め
る。

第７図に示した標識位置メモリ２９には、各標識８の位
置座標が予め記憶されており、ＣＰＵ１１は前記求めた
移動体１の偏角φ、偏位ｄ、距離１１１．１２と標識位
置メモリ２９がら読出した標識８の座標位置とに基づき
移動体１の現在の座標位置および姿勢を求め、これを前
記走行長検出器２０および方向検出器１０の検出出力に
基づき求めた推測座標位置および姿勢と比較し、該比較
結果に基づきモータＭ　　１ＭＬを駆動制御することに
より該推測位置および姿勢を校正するようにする。そし
てこれ以後、譲構成した移動体の位置および姿勢を初期
状態として推測航法による移動体１の操舵制御が行なわ
れることになる。

なお上記実施例では、標識８として再帰反射性を有する
ガラス玉を使用しているが、このガラス玉に代えてコー
ナーキューブプリズム、再帰反射性を有する所定形状の
粘着テープ、ガードレール等に使用されている光反射器
等を使用してもよい。

かかる標識を使用する場合、それらに所定の形状をもな
せれば両縁上における他物体との識別がより容易となる
。

また標識８としてＬＥＤ、電球、蛍光灯等の発光体を使
用することも可能であり、この場合上記投光器７は不要
となる。なお特定の波長の光を発光する発光体を標識と
して使用すれば、視覚手段側に該特定波長の光のみを通
すフィルタを設けることにより外乱を除去することがで
きる。また、発光体を所定周期で点滅させ、視覚手段側
で上記点滅の周期を↑１１用した画像処理を施すように
すれば、やはり外乱を除去することができる。

要するに標識８としては、視覚手段が他物体と区別でき
るものであれば種々のものを適用でき、移動体１の走行
環境に最適なものを選択使用すればよい。

さらに上記実施例では、視覚手段としてテレビカメラ６
を使用しているが、上記標：５８として発光体を使用す
る場合には２次元半導体装置検出器（ポジションセンサ
）を視覚手段として用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、広視野を持つ視覚
手段（こより標識を確実に検出できるのみならず、標識
の設置も容易にでき、コスト的にも有利でかつ高精度な
移動体の位置補正を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は各々本発明の装置によっ
て誘導されれる無人移動体の一例を示した斜視図、側面
図および平面図、第４図はカメラのイメージ面における
座標と路面における座標との幾何的関係を示した図、第
５図および第６図は夫々移動体の標識に対する偏位偏角
および距離を求めるための説明図、第７図は本発明の一
実施例装置の制御構成例を示したブロック図、第８図は
値にの変化態様を示したグラフである。１・・・無人移動体、４Ｒ，４Ｌ・・・駆動輪、６・・
・■ＴＶカメラ、７・・・投光器、８・・・標識、９Ｒ
，９Ｌ・・・パルス発生器、１０・・・方向検出器、１
１・・・ＣＰＵ１１２・・・バッテリ、１３・・・アン
テナ、１５・・・基準経路、１６・・・予定走行路、２
０・・・走行距離検出器、２８・・・フレームメモリ、
２９・・・標識位置メモリ。第１図ｅ−Ｉ　　　　　　　　　Ｎ第７図Ｊ図 △Ｖ

Claims

【特許請求の範囲】検出した無人移動体の走行方向および走行長に基づき無
人移動体の現在位置および姿勢を逐次算出し、無人移動
体が所定の経路を辿るよう操舵制御する推測航法が用い
られる無人移動体の誘導位置補正装置において、無人移動体の走行路上に再帰反射性もしくは発光性を有
する少なくとも２個ずつの標識を基準経路に沿って間欠
的に配設するとともに、無人移動体に、前記標識を認識する視覚手段と、前記標
識の座標位置を予め記憶するメモリ手段と、前記視覚手
段によって認識した少なくとも２個の標識に基づき前記
基準経路に対する無人移動体の偏角および偏位と前記標
識上で前記基準経路に垂直に交差する線分までの移動体
の距離とを求め、これら求めた偏角、偏位および距離と
前記メモリ手段の記憶内容とに基づき無人移動体の現在
位置および姿勢を検出し、該検出した位置および姿勢に
よって前記推測航法で算出した位置および姿勢を補正す
る誘導位置手段とを具えるようにした無人移動体の誘導
位置補正装置。