JPS626310A - 移動体の操舵制御方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は無人搬送台車や移動ロボット等の移動体を予定
走行路に沿って精度良く誘導操舵させるのに好適な移動
体の操舵制御方法に関するものである。

〔発明の背景〕

缶入搬送台本を予定の走行路に沿って腫Ｊｌ穫舵させる
制御方式としては各種のものが知られている。この中で
、走行路上に誘導標識を貼付し、光学検出器（例えば、
イメージセンサや複数個の受光素子列）により、無人搬
送台車の走行状態量を算出する光学誘導操舵方式がある
。

これは複数個の受光素子列の光学検出器で検出した２値
化信号に基づき、無人搬送台車の重心位置における位置
偏差と姿勢角を算出して、予定の走行路に沿って追従走
行し、精度良（箭人搬送台車を誘導操舵するものである
。このような走行路の誘導標識を検出して無人搬送台車
を誘導操舵する技術は、例えば特公昭５５−１２６０５
号、特開昭５８−１２９６０９号、特開昭５８−１２９
６０９の公報並びに、第８回ピークルオートメーシ１ン
シンポジュウム、Ａ−３（１９８５年）における丸木、
亀井他２名による［無人搬送台車の制御方式」と題する
文献において開示されている。

従来公知のこの種の誘導における操舵制御方法において
、走行路上を荷物を載せて曲線又は高速直進する無人搬
送台車は走行路に沿って走行操舵させるための駆動部（
例えば、走行モータ、減速機操舵モータ）、その駆動部
に走行操舵制御信号を与える制御部（例えば、コントロ
ーラ、増幅器。

Ｄ／Ａ変換器）並びに、走行路上の誘導標識に対する台
車中心の位置偏差を非線形的に検出する誘導部を備えて
いる。

よって、無人搬送台車は光学検出器で走行路上の誘導標
識からの位Ｗ１偏差や姿勢角を検出して演算処理し、定
められた操舵角度に操舵輪なかじ取りするように、自動
制御され、走行しながら誘導操舵できるようになってい
る。

しかし、無人搬送台車が曲線走行や直線走行の走行状態
並びに走行速度の変化が生じた場合において、その操舵
特性は大きく変化し、操舵輪な介しての操舵制御系への
応答（連応性や減衰性）変化があるため、目標の走行路
に追従するまでの時間がかかりすぎたり、光学検出器の
非線形要素のため操舵輪の大きな角度変化が生じて頻繁
に蛇行運動することから、より高精度な誘導操舵を行な
うことができない傾向にあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、曲線走行および直線走行する無人搬送
台車の高精度な誘導走行を実現する無人搬送台車の操舵
制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、曲線走行絞びに高速の直線走行を行なう無人
搬送台車の高精度な誘導操舵を阻んでいる要因が光学検
出器の非線形要素と操舵制御素の大幅な動特性変化であ
る点に看目し、無人搬送台車の走行状態（曲線走行並び
に高速の直線走行）と走行速度を検出すると共に、操舵
制御信号である台車重心の位置偏差と姿勢角の線形−次
結合量に操舵輪の角速度量を加減算し、走行状態を走行
速度に基づいて、評価する台車匍端の位置偏差と台車重
心の位ぽ偏差とを切換え、操舵制御信号を調節すること
を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を具体的な実施例にもとづき詳細に説明す
る。

まず、本発明が適用される無人搬送台車とその運用シス
テムの構成を第２（８）、１ｇ３図により説明する。

１は自動倉庫設備であり、スタッカークレーン・により
軌道上を左右に移動し、棚内の荷物を荷役搬送する保管
システムである。２は自動倉庫設備１並びに走行路４上
を誘導捜舵しながら蛇行走行し、入出庫ステージ、ン５
ａ、５ｂで荷役作業を行なう無人搬送台車３ａ、３ｂの
運行管理を行なう地上計算機である。６ａ、６ｂは無人
搬送台車３ａ、３ｂが直線走行路４ａから曲線走行路４
ｂへ至る旋回開始ゾーンである。逆に、７ａ、７ｂは曲
線走行路４ｂから直線走行路４ａへ至る旋回終了ゾーン
である。８８〜８ｅは入出庫ステージ、ンｓａ、ｓｂ並
びに自動倉庫設備ｌに至る停止寄付きゾーンである。９
ａ〜９Ｃは走行路４上に貼付された誘導標識であり、無
人搬送台車３ａ。

３ｂはこの誘導標識９８〜９Ｃを利用して走行並びに操
舵を行なう。特に、９ａは操舵用誘導標識、９ｂは走行
速度の加減速開始用誘導標識、９Ｃは後述するが、走行
状態変更場所を示す走行ゾーン用誘導標識である。

１０ａ、１０ｂは無人搬送台車３ａ、３ｂの車体下部に
前後に取付けられた光学検出器であり、これにより誘導
標識９３〜９Ｃをそれぞれ検出するものである。１１は
操舵輪氏の左右方向の操切りを行なう操舵機構であり、
図示していないが減速機や操舵モータから成る。１３ａ
〜１３　ｂは無人搬送台車３ａ、３ｂを支持すると共に
、走行させるための走行袋［１４の駆動力を受けて回転
運動する走行輪である。

市は制御装置であり、光学検出器１０ａ、１０ｂからの
位置偏差信号、操舵機構１１からの操舵角信号並びに走
行袋ｆｉ　１４の速度信号を入力し、演算処理した後、
操舵機構１１や走行装置ｉｊ　１４を制御するものであ
る。１６は無人搬送台車３ａ、３ｂ上に積載された荷物
である。１１は地上計算機１からの走行動作の指令信号
を送受信するための無線装置である。

次に、このような無人搬送台車を誘導操舵する本発明の
一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す図面であり、無人搬送
台車の前側に取り付けられた光学検出器１０　ａのみを
示し、１０　ｂについての開示を省略した。

第１図ｉこおいて、大きく分類すると、制御！ｊｊｌ！
１５、光学検出器１０ａ、１０ｂ並びに操舵駆動部刃か
ら成る。その制御装置１５はディジタル入力回路■２０
ａ、ディジタル入力回路■２０ｂ、Ａ／Ｄ変換回路２０
ｃ、データ処理部４．制御量演算部ｎ、無線回路久、運
行情報部２４．目標操舵指令部５．走行操舵指令部々、
操操舵パター全発生あおよびサーボ増ｍｉ器四を含むも
のである。

ディジタル入力回路■２０ａ、ディジタル入力回路■２
０ｂは光学検出器１０ａ、１０ｂで検出したＯＮ−ＯＦ
Ｆの２値化信号をディジタル信号に変換する回路である
。

操舵駆動部Ｉは操舵輪セを操舵機構Ｕを介して回動させ
る操舵モータｍとその操舵角ａを検出する角度計３１ｂ
から成る。

Ａ／Ｄ変換回路２０Ｃは操舵輪νの操舵角δを角度計３
１　ｂで検出したアナログ電圧をリニアなディジタル値
に変換するためのＡ／Ｄ変換器を含む回路である。

データ処理部４は図示していないが、プロセッサ、プロ
グラムメモリおよび演算用のデータメモリで構成され、
ディジタル入力回路■２０ａ、ディジタル入力回路■２
０ｂおよびＡ／Ｄ変換回路２０Ｃで変換した走行状態量
（台車中心の位ば偏差、姿勢角、操舵角等）から台車前
端の位置偏差や操舵角速度の制御信号を算出する機能を
有する。

制御量演算部ｎはデータ処理部２１で算出した制御信号
を台車前端の位ｇｌ偏差（＝ｙθ＋１１１ｎψＩ）に基
づき、操舵制御信号！、　（＝　ｙ（＋　ｋｓ　８又は
ｙｌ＋に３’Ｓ、但し、１１　＝ｋｔ　ＹＢ　＋に２ψ
ａ）を決定し、曲線走行又は直線走行の判定を行なう運
行情報部スからの制御信号により、最適な操舵制御信号
ｙｒｎを算出する機能を有する。

目標操舵指令部５は走行操舵指令部がで設定された走行
状態に応じて、曲線走行か直線走行の目標操舵指令信号
ｙ、を設定するものである。

操舵パターン発生部器は制御量演算部ｎで設定された操
舵制御信号ｙｍ　と目標操舵指令信号ｙｒとの比較を行
ない、その差分な電圧に変換して、サーボ増幅器四へ入
力するものである。

サーボ増幅器四は操舵パターン発生部公の出力電圧を操
舵モータ３１　ａを作動させるための駆動電流すと変換
する電圧−電流増幅器である。

光学検出器１０ａ、１０ｂは走行路４や誘導標識９ａ〜
９Ｃからの高輝層の反射光を得るための蛍光灯１８およ
び反射光の強弱を検出する複数個の光電型光学素子１９
で構成され、オン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）の２値化信
号（９）ａ、　２０ｂを出力する。

ディジタル入力回路■２ｏｇとデジタル入力回路■２ｏ
ｂは光学検出器１０ａ、１０ｂで検出した非線形要素を
有する検出信号Ｙ１＋　７２　から重心位置における位
置偏差の角度信号Ｙｌと姿勢角の角層信号ψθを算出す
る変換回路である。

操舵機構１１を設けた無人搬送台車３ａ、３ｂではその
操舵モータ３１　ａに操舵制御信号ｅ３を供給すれば操
舵制御が実施できる。

この実施例における特徴的な部分は制御量演算部ｎであ
り、無人搬送車３ａ、３ｂの走行状態（曲線走行又は直
線走行）により、台車前端の位置偏差又は台車重心の位
置偏差を判定基準にして操舵制御信号を調節することで
高精度の誘導操舵走行を行なうことができる。なかでも
、制御量演算部ｎは次の■〜■の機能を実施する。

■　ディジタル入力回路■１５　ａとディジタル入力回
路■１５ｂを介して、光学検出器１０ａ、１０ｂから得
られた非線形要素を含む重心位置における位置偏差の角
質信号ｙθと光姿勢角の角度信号ψθから無人搬送台車
３ａ、ｓｂ［端における位置偏差（＝ｙθ＋１１ｓｉｎ
ψθ）又は重心の位置偏差（ｙθ）を算出する。（この
機能は曲線走行又は直線走行する無人搬送台車の最大位
置偏差を算出するものである。）■　得られた操舵角度
の微分値から操舵角速度を算出し、操舵制御信号へ帰還
させると、目標の操舵制御指令に対応する操舵角度の応
答を変化させることができる。（この機能は操舵制御系
の減衰特性を可変にするものである。） ■　高速直線走行時における無人搬送台車３ａ。

３ｂｆｌＪ端の位置偏差の大小に基づき、データ処理部
４で得られた位置偏差の操舵角Ｗｙθと姿勢角の操舵角
層ψθの線形−法帖合量ｙ、に加える操舵輪校の角速度
を調節することで最適な操舵制御信号を出力する。（こ
の機能は無人搬送台車３ａ、３ｂの過渡特性や外乱に対
応して良好に操舵制御するものである。） これらの機能のうち、■、■の機能について詳細に説明
する。

操舵制御系の各要素特性を示すと、第４図のようになり
、その制御系の伝達関数Ｇ（、）は次式とな但し、ｋｌ
：サーボ増幅器のゲイン に２＋　Ｔｌ　：操舵モータのゲイン、時定数に３：操
舵周速イフィードバックゲインに４：操舵角度フィード
バックゲイン ρ：補償前の減衰定数 ωｎ＝補償前の固有振動数 ρ′：補償後の減衰定数 ωｏ　　ｋ３ ρ′＝ρ＋−（）　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・　＋４１２　π すなわち、ｋ４とωゎを一定にした場合、ｋ３を変化さ
せると、ｅ、に対するδのステップ応答は第５図に示す
如く、減衰特性が著しく変化する。例えば、ｋ３＝００
場合では目標の操舵角範囲±δ０以内に収束するのが、
約２周期半であり、ｋ３　＝　０．８の場合では約１周
期であることが分かる。それ故、曲線走行から直線走行
へ至る範囲で、走行操舵する無人搬送台車の蛇行特性を
良好にするにはこのに３を変化させれば良い。

次に、無人搬送台車全体の操舵制御系の各要素特性を示
すと、第６図のようになる。

すなわち、無人搬送台車３ａ、３ｂの全体操舵制御系３
４ａにおけるＧ、　３４　ｂとＧｐ　３４　ｃは無人搬
送台車の重心位置における位置偏差伝達関数と姿勢の伝
達関数であり、次式で算出される。

３Ｖ 但し、ｋｌ：位置偏差ゲイン に３：姿勢角ゲイン Ｉ！ｆ：重心位置から操舵輪までの距離Ｉ！ｒ：重心位
置から走行輪までの距離Ｋｆ：操舵輪のコーナリングフ
ォース Ｋｒ：走行輪のコーナリングフォース ｍ：台車の重心位置における質量 Ｉ：台車の重心位置におけるヨー慣性モーメント Ｖ：走行速度 ３５ａ、３５ｂは無人搬送台車３ａ、３ｂの重心位置に
おける位置偏差ｙと姿勢角ψである。

１０ａ、１０ｂは前後に設置された光学検出器位置にお
ける位置偏差ｙ１１　）’２である。

２０ａ、頷すは無人搬送台車３ａ、３ｂの重心位置にお
ける位置偏差の角度信号ｙθ、姿勢角の角度信号ψθで
ある。２０ｃは操舵角δの微分値である可変の操舵角速
雇値である。

箕は重心位置における位置偏差の角度信号ｙθと姿勢角
の角度信号ψθの線形−法帖合量ｙ４（＝ｋｔｙｅ十に
２ψθ）を算出する一決レジスタである。

Ｍは前端位置における位置偏差（γθ＋ｊ’１ｓｉｎψ
、）が目標位置偏差ｙｏと比較して、小であれば操舵制
御信号ｙ、を（ｙｌ＋ｋｓ　Ｓ）と設定する二次レジス
タである。

あは曲線走行又は直線走行かを判定する運用情報部冴か
らの信号により二次レジスタ＃の出力値ｙ、と一次しジ
スタＸの出力値ｙ１を選択する切替えレジスタである。

その無人搬送台車の前端の位置偏差におけるスナップ応
答は第７図に示す如く、前述の操舵角速度ゲインに３を
変化させると、適応特性が若干悪曵なるが、減衰特性が
著し鳴良好となる。

その定数に３に対する無人搬送台車３ａ、３ｂ前端の位
置偏差（γθ＋ｆｌｓｌｎψθ）とその１周期時間ｔは
第８図に示すようになる。その位置偏差（γθ＋Ｚｔｓ
ｉｎψθ）は定数に３に対して、右下り特性を示すと共
に、１周期時間ｔは定数に３に対して指数関数的に増加
する。そこで図中の交点Ｇの定数に３′は減衰特性と適
応特性が良好な定数であり、図中の交点Ｆの定数に３′
は減衰特性が非常に良いが、適応特性が少し悪くなる傾
向にある。

第８図に示す如く、直線走行時における無人搬送台車３
ａ、３ｂ前端の位置偏差ｙ＋／１ａｉｎψが目標の位置
偏差ｙ、Ｈの範囲内であれば、操舵角速度ゲインに３を
に′の値に設定することで適応特性よりも減衰特性を重
視して、滑らかな蛇行走行を実施する。一方、目標の位
置偏差ｙｏの範囲外であれば、操舵角速度ゲインに３を
に３′の値に設定することで適応特性を重視して鋭敏な
追従走行を実施する。

次に、上述した構成の動作を第１０図に示すフローチャ
ートを用いて説明する。まず、電源が投入されると、 ステップ（ａｌ・・・・・・初期設定が自動的になされ
る。

以下、図示したステップ（ｂ）〜（ｒ）の動作が実施さ
れる。

ステップ（ｂｌ・・・・・・前後の光学検出器１０ａ、
１０ｂで誘導標識９ａ〜９Ｃからの２値化画像を入力し
、デジタル入力回路■、■２０ａ、２０ｂでＧＮ−ＯＦ
Ｆの２値化信号に変換して、２値化信号から１１ｍ信号
の受光素子を算出した後、無人搬送台車３ａ。

３ｂと誘導標識９ａとの相対的な位置偏差Ｙｔ＋　ｙ２
を算出する。

ステップ（Ｃ）・・−・・ステップ（ｂ）で算出した位
置偏差Ｙ１＊Ｙ２から無人搬送台車３ａ、３ｂの重心位
置における位置偏差ｙと姿勢角ψに相当する角度信号ｙ
θ、ψθに変換する。

ステップ（ｄ）・・−・・ステップ（Ｃ１で算出された
重心位置における位置偏差の角度信号ｙθと姿勢角の角
度信号ψθとの線形−法統合量３’７（＝ｋｌ）’θ十
に２ψθ）を演算して求める。

ステップ（ｅｌ、　（ｆｌ・・−・・無人搬送台車３ａ
、３ｂが誘導標識９ａ〜９Ｃに沿って、曲線走行路４ｂ
並びに直線走行路４ａを蛇行しながら走行している場所
、すなわち、無線装置ｔ１７にて地上計算機２からの運
行情報と走行ゾーン用誘導標識９Ｃから旋回開始ゾーン
ｓａ、ｅｂ、施回終了ゾーン７ａ。

７ｂおよび停止寄付きゾーン８ａ〜８ｅの把握を行なう
。そして、旅回開始ゾーン６ａ、ｓｂであれば、ステッ
プ（ｆｌ）にジャンプし、そうでなければステップ（ｇ
）に進む。

ステップ（ｇｌ、　（ｈｌ・・・・・・無人搬送台車３
ａ、３ｂの走行速度の検出により高速走行であるのか否
かの判断を実施し、高速走行であればステップ（ｉ）へ
進み、そうでなければ、ステップ（ｍ）へ９ヤンプする
。

ステップ（’）＃　Ｄ）・・・・・・台車前端の位置偏
差（ｙθ＋ｌ！１ｉｉｎψθ）を算出し、ステップ（Ｃ
）で算出した台車中心の位置偏差ｙと姿勢角ψに相当す
る角度信号ｙθ、ψθから目標の位ご偏差ｙ０よりも大
すなわち蛇行量が大である場合ではステップ（ト））へ
進み、そうでなければすなわち蛇行量が小である場合で
はステップθに進む。

ステップ（ｋｌ、　（１）・・・・・・台車前端の位置
偏差が大きい場合であるから目標の位置偏差範囲内に早
曵追従しなければならない、すなわち適応特性を良鳴し
なければならないので操舵制御信号ｙ、（＝ｙ７＋に３
’８　）を算出する。一方、台車前端の位置偏差が小さ
い場合では適応特性よりも減衰特性を重視するので、ゆ
っ曵り追従するように操舵制御信号ｙｓ（＝７４＋ｋａ
’８　）を算出する。

ステップ（ｍ）〜（ｐ）・・−・・曲線走行又は低速の
直線走行する場合では台車中心の位置偏差ｙθを算出し
、操舵制御信号ｙ、をｋｔＹθ、ｙ、として算出する。

ステップ（ｑｌ〜（ｒ）・・・・・・上述のステップで
求められた操舵制御信号ｙ、をｙｍと設定し、操舵パタ
ーン発生部器でサーボ増幅器四と操舵駆動部加へ操作量
ｅ３（＝ｙ、−ｙｒｎ）を出力する。操舵駆動部（９）
はこの操作量ｅｓを取込んで、演算増幅し、操舵モータ
Ｚｔａ、操舵機構１１を介して、操舵輪νを回転制御さ
せる。

このように、制御量演算部は無人搬送台車の走行状態と
走行速度変化に応じて台車前端又は重心位置での位置偏
差を基準にして操舵制御系のゲインを切換え、操舵制御
信号を調節することによって無人搬送台車は走行路に沿
って高精度な誘導走行が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、曲線走行および直線走行する無人搬送
台車を高精変に誘導走行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、′Ｍ２図は無人搬
送台車の運行システム構成図、第３図は無人搬送台車の
構成を示す図、第４図は操舵駆動部の制御系を示す図、
′！Ｊ５図は操舵駆動部の操舵角ステップ応答波形を示
す図、第６図は本発明の誘導を含む操舵制御系の全体ブ
ロック図、第７図は全体操舵制御系の位置偏差ステップ
応答波形を示す図、第８図は操舵角迷電ゲイン変化に対
する位置偏差と１周期時間の特性を示す図および第９回
旋回開始ゾーン、７ａ、７ｂ・曲・旋回終了ゾーン、８
ａ〜８ｅ・・・・・・停止寄付きゾーン、９ａ〜９ｃ・
・・誘導標識、１０ａ、１０ｂ・・−・・光学検出器、
１１・・・・・・操舵機構、肛・・曲操舵輪、巧・・曲
制御装置、２０ｃ・・・操舵角速度値、乙・・−・・デ
ータ処理部、２２・・・・・・制御量演算部、冴・・・
・・・運行情報部、５・・曲目標操舵指令部、（９）・
・・・・・操舵駆動部、３１ａ・・−・・操舵モータ、
３１−ｂ・・・・・・角度計、３４ａ・・−・・全体操
舵制御系、あ・・・−次レジスタ、舅・・−・・二次レ
ジスタ、蕊・・−・・切替えレジスタ 代理人　弁理士　　小　川　勝　勇 牙１図 Ｙ６　　　γＱ’／（４ −Ｎ−−／ 牙３図 第４図 ；　　　　第５図 オ６０ 第９図 Ｏ甲ｆＴ高の４ｔ１．匣桐左

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、誘導標識に沿って走行する移動体の操舵制御方法に
   おいて、該移動体の走行状態（直線走行、曲線走行）と
   走行速度を検出し、該走行状態と該走行速度に基づいて
   、操舵制御信号に操舵輪の角速度量とを加算させ、該誘
   導標識と該移動体前端の位置偏差と重心の位置偏差に応
   じ、該操舵制御信号を調節することを特徴とする移動体
   の操舵制御方法。