JPS63148312A - 位置検出システム - Google Patents

位置検出システム

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JPS63148312A
JPS63148312A JP61296058A JP29605886A JPS63148312A JP S63148312 A JPS63148312 A JP S63148312A JP 61296058 A JP61296058 A JP 61296058A JP 29605886 A JP29605886 A JP 29605886A JP S63148312 A JPS63148312 A JP S63148312A
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Shinya Hirose
広瀬 晋也
Kyoichi Oguri
小栗 匡一
Hiroshi Komukai
小向 浩史
Akihiro Hori
堀 昭博
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Caterpillar Japan Ltd
Nittetsu Mining Co Ltd
Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Nittetsu Mining Co Ltd
Caterpillar Mitsubishi Ltd
Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

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、走行体の走行中の位置データを検出するシ
ステムに関する。
【従来の技術】
無人自走体のコース誘導制御手段としてケーブルを用い
ない自己誘導制御方式があるが、この場合、予めプログ
ラミングされた走行予定コースに追従するには走行体の
現在位置を演算して正確に把握しておく必要があり、こ
の位置データを基に走行予定コースと走行体とのズレ量
を算出し、走行予定コースへ追従するための制御が行わ
れている。 このような、走行体の位置データを検出するシステムと
して、本出願人は特開昭61−70615号の自動走行
体の自己誘導制御方法、及び特開昭61−80411号
の無人自走体の絶対位置検出装置の発明に見られる如く
、走行体に搭載したエンコーダおよびジャイロスコープ
を用いてスタート点(起算位置)からの走行距離及び操
向方向を算出して相対的な位置座標を求め、且つ地上に
設置されたステーションをステーションセンサで検出し
て走行体の位置を絶対的に求め、該絶対的に算出された
位置データで前記相対的に算出された位置データの補正
を行うという構成を既に開示している。
【発明が解決しようとする問題点】
本発明は、上記構成をより一層実用化したものであって
、その主たる課題は、相対位置演算手段によって演算さ
れた位置データを絶対位置演算手段によって演算された
位置データで補正しながら誤差の少ない正確な走行体の
位置データを検出するシステムを提供することにある。 1問題点を解決するための手段】 上記課題を達成するために、この発明は第1図の機能ブ
ロック図に示す如く、 (a)、走行体の走行速度を検出する速度センサS1を
設ける、 (b)、走行体の走行方向を検出する方位センサS2を
設ける、 (C)、上記速度センサS1及び方位センサS2からの
検知信号を基に起算位置からの移動量を算出しこれを基
に走行体の最新の位置(以下、「相対位置」とする)デ
ータを演算する相対位置演算手段1を設ける、 (d)、得られた相対位置データを基に、位置補正エリ
ア内か否かを判定する補正エリア判定手段2を設ける、 (e)、補正エリア内と判定された場合に稼働して、走
行予定コースの所定位置に設置された固定基準点Kから
の変位量を検出する固定基準点測定センサS10を設け
る、 (f)、該固定基準点測定センサSIOからの検知信号
を基に、固定基準点Kからの走行体の変位量を算出しこ
れを基に最新の補正位置(以下、「絶対位置」とする)
データを演算する絶対位置演算手段3を設ける、 (g)、相対位置演算手段1から得られた最新の相対位
置データにより上記起算位置を更新し、また絶対位置演
算手段3により最新の絶対位置データが得られた場合に
は、相対位置演算手段1により得られた最新の相対位置
データに代えて上記起算位置を更新する起算位置更新手
段4を設ける、という技術的手段を講じている。
【作 用】
速度センサS1と方位センサS2からの検知信号を基に
、相対位置演算手段1で起算位置からの移動量(距離と
方向等)を算出し、この移動量データと起算位置の位置
データとから走行体の最新の相対位置データが演算され
る。 この相対位置データから補正エリア判定手段2によって
走行体が補正エリア内に進入したか否かが判定され、補
正エリア内と判定されると固定基準点測定センサSIO
が稼働する。 この固定基準点測定センサS10は走行予定コースの所
定位置に設置された固定基準点Kを検出し、絶対位置演
算手段3によって固定基準点からの走行体の変位量を算
出すると共に該変位量と固定基準点の位置データとから
走行体の最新の絶対位置データが演算される。 このようにして得られた位置データは、起算位置更新手
段4によって、相対位置演算手段1から得られた最新の
相対位置データによって順次更新され、また絶対位置演
算手段3で最新の絶対位置データが得られた場合には、
該絶対位置データが優先して起算位置の位置データとし
て更新される。
【実施例】
以下に、この発明の位置検出システムをオフハイウェイ
トラック(ダンプトラック)の無人誘導システムに適用
した場合の好適実施例を第2図以降の図面に基づいて説
明する。 第2図に示す位置検出システムは、オフハイウェイトラ
ック(以下、単に「車輌」とする)■に搭載されて、車
輛Vの速度を検出する車速センサS1と、車輛■の前後
進を検出する前後進センサS3と、車輛Vの絶対方位を
検出するジャイロコンパスS2と、固定基準点Kを検出
する固定基準点測定センサSIOと、これらのセンサが
らの検知信号を入力し位置データを演算するマイクロコ
ンピュータ構成のロケーションコントローラ1゜と、走
行予定コースに向は車輛■を誘導制御するコースコント
ローラ20と、スーパーバイザー30と、コミュニケー
ション40と、ステアリングコントローラ50と、スピ
ードコントローラ6゜とを装備している。 ここで、車速センサS1は、本実施例の場合、公知の車
輪回転ピックアップセンサがらなっており車速がパルス
信号として出力される。 前後進センサS3は、シフトレバ−の前後進の切り換え
を検出するセンサからなっている。 また、ジャイロコンパスS2は、電i装fとマスターコ
ンパスとからなって方位センサとして用いられており、
それぞれ検知信号をロケーションコントローラ10に出
力する。 ここで、本実施例ではロケーションコントローラ10に
より演算される位置データ(相対位置データ及び後述の
絶対位置データ)は、作業現場に予め想定された直交す
るX軸及びY軸により定義された2次元座標をもとに算
出するが、マトリックス或いはその他の位置を特定しう
る手段を用いてもよい。 また高さ方向の要素(Z軸)を加えれば3次元座標とし
て立体的に取り扱うこともできる。 そしてロケーションコントローラ10では、第3図(a
)に示す如(、その演算処理部100の相対位置演算手
段101により相対位置座標が演算される(第6図参照
)。 即ち、上記各センサS1〜S3から入力された検知信号
を基に、下記の式(1) (21で示す如く、ある時間
Ti0時点での車輛■の位置P t  (xi、 yi
)は、ΔT (=Ti−Ti−1)時間前の車輌位置P
i−1(xi−L yi−t)を用いて表すことができ
る。 x i =xi−1+ΔX y i =yi−1+Δy      、、、、、式(
1)ここでΔf TI Tl→はΔを時間に移動した走
行距離であって走行距離係数×Δを時間により発生した
車輪の回転パルス数により定まる。この走行距離係数は
車輌状況(空/積戦時の変化)路面状況(摩擦/空気圧
の変化)等により変化するものであり、ターミナル5を
介していつでも該係数の変更が可能なようになっている
。 θ(Ti)は検出時の車輌方位角、θ(Ti−1)はΔ
を時間前の車輌方位角である。 この起算位置P i−1(xi−1,yi−1)からの
移動量ΔX、Δyから車輛Vの相対位置座標Pi(xi
。 yi)は式(3) (4)で表すことができる。 また車輛Vの起算位置をPo (xo、 yo)とする
と式1式% 従って、時間Ti時の車輛Vの相対位置座標は式(4)
に従い高速逐次計算することにより求めることができる
。 次ぎに、固定基準点測定センサS10は、本実施例では
赤外線の発光器及び受光器から構成された第1〜第3赤
外線発受光装置301.302.303がらなっており
、車輛■の進行方向左右両方向及び斜め前方方向に向け
て発光するよう設置されており、また同一方向からの反
射光を受光した際にスイッチSW1.SW2.SW3を
それぞれONにする常開型のスイッチを備えている(第
7図参照)。 そして第4図及び第7図で示す走行予定コースCの所定
個所に設置された固定基準点K、本実施例の場合は左右
両側に対峙した2つのゲートボール、即ち第1ゲートボ
ール201.第2ゲートボール202にそれぞれ、前記
第1〜第3赤外線発受光装置301〜303の赤外線の
入射光を同一方向へ反射させる第1〜第3反射鏡201
 A 、  202 A 、  202 Bが固設され
ている。 前記赤外線発受光装置301〜303により検出された
信号はロケーションコントローラ10に出力され、演算
処理部の絶対位置演算手段103で、ゲートボールから
の走行体■の変位量を算出し最新の車輛Vの絶対位置座
標が演算される。 この場合、車輛Vは第1及び第2ゲートボール201.
202間を直進通過することを前提とすると、下記の如
く算出することができる。 ゲートボール201.202間の距離   :Lゲート
ボール反射点PL、 P2間の距離 :L1ゲートボー
ル反射点P2. P3間の距離 :L2第2と第3赤外
線発受光装置のなす角:θ0車輛進入角度      
     :θとすると、L及びθ0は予め設定されて
おり初期値として与えられる。 またLl、 L2は次式により定まる。 Ll=kXn23 L2=kXnl 2 ここで に:車速センサのパルス係数であり単位はm/puls
e n2z:SW2及びSW3の反射信号間の車速センサパ
ルス積算値 ntz:SWI及びsw2の反射信号間の車速センサパ
ルス積算値 である。 上記式及び初期値より車輌進入角度θは次式であられさ
れる。 θ= a  5in−1(−)  ・・・・・・・(2
)ここでaは次のように定める。 SWIがSW2より先に作動した時 :a=−1SW2
がSWIより先に作動した時 :a=1また第3図中の
L3およびL4は以下のように定まる。 t、3=t、ix  tan  (−−00)L4= 
L X  cosθ−L3 =LXcosθ−LIX  tan (−−θ0)以上
の結果より22点(P2x 、P2y)及び23点(P
3x、P3y )の座標は以下の如く算出される。 P2x = −+t、a Cosθ cos (a 5in−1(−) ) π tan (□−00) P2y =L3x sin (−〇) =  t、lx  tan  (−−θO)  Xsi
n (a  sin’  (−)  )P3x  = 
     −L4 ・cos  θ”     −(L
xcos  2  θ−Llx  Cosθ×tan 
(□−θO)) x  tan (□−00) P3y  =t、4x  sinθ =LXcosθX  sinθ−t、tx  sinθ
×jan  (□ −θ0) x  tan  (□−00)) 絶対位置算出点は、ゲートボールに進入する方向によっ
て異なり、第7図におけるケース(a)の場合は23点
が絶対位置算出点となり、ケース(b)の場合は22点
が絶対位置算出点となる。 この2つの場合分けは、SWI及びSW2のどちらが先
にONとなったか否かの判定により決定される。 またゲートボールに対し車輌が垂直に進入(即ち走行予
定コース上と平行に進行)した場合はP2.23点は同
一点になる。 以上の計算はロケーションコントローラー0の絶対位置
演算手段3によって車輌が最終反射地点P2又はP3点
通過後に瞬時に計算されて、絶対位置座標が算出される
。 この発明においては絶対位置座標を検出する構成は、特
に上記実施例に限定されるものでなく、要するに予め設
定された位置座標に設置された固定基準点を検出して、
該固定基準点の位置座標を基に、車輛■の位置座標(絶
対位置座標)を算出するものであればよい。 また前記演算処理部100には補正エリア判定手段10
2が設けられている。 これは、固定基準点であるゲートボールにの位置座標か
ら車輛Vの想定しうるゲートボールへの進入角を基にし
て、予め赤外線発受光装置301〜303による反射鏡
201A〜202Bへの入射可能な領域を設定しておき
、車輛Vの前記相対位置演算手段101によって算出さ
れた位置座標が上記エリアA内にあるか否か判定するも
ので、補正エリアA内の場合に赤外線発受光装置301
〜303の稼働スイッチが投入されセンシングが始まる
。 これによって、所定の反射鏡以外の反射物による誤検出
を可及的に防ぐことができる。 このようにして演算された位置座標は、起算位置更新手
段104によって順次最新の位置座標によって新たな起
算位置(初期位置)座標として更新されていくが、相対
的位置座標は短いサンプリング間隔によって連続的に演
算され更新されていき、絶対的位置座標は、車輛■が固
定基準点となるゲートボールの通過の際に演算され、上
記相対的位置座標に優先して更新が行われる。 この更新に際しては、前記各演算結果が適正な許容範囲
にある値か或いは異常値かを判定する異常判定手段10
5を設けることが好ましい。 この異常判定手段105では、演算された位置座標の適
正度合を判定して、それに応じた異常ステータスを演算
された位置座標と共に出力し、モニタを介してオペレー
タに注意を与えることができると共に、記録される。 例えば■、検出された方位角の変化が所定角度以上の場
合、■、検出された車速か所定速度以上の場合、■カウ
ンター異常の場合等にはそれぞれに対応したコードが位
置座標と共に出力される。 また絶対位置座標の場合には、その異常の度合が大であ
る場合には、絶対位置座標で補正せずにそのまま相対的
位置座標を用いて更新することにより誤測定を防ぐこと
ができる。 例えば■、L2>Lの場合、■絶対位置と相対位置との
差がL/2以上の場合、■補正が最初のポール検出より
L以内で終了しない場合、■位置補正が行われない場合
、にはそれぞれに対応したコードが出力されると共に、
絶対位置による位置補正(更新)を行わず、前述の相対
位置座標をそのまま起算位置として更新していく。 尚、第3図(b)はロケーションコントローラ10のハ
ード構成を示すブロック図であり、図中01は、電源降
下監視回路であって、マイクロコンピュータ作動用の内
部電源の電圧監視の機能を有し、電圧降下時に異常信号
を出力して、電源電圧の降下に伴う異常動作をチェック
できる。 またC2は、位置座標が補正エリア内に入った場合に赤
外線発受信装置を作動し、補正エリア外に出た場合に、
該装置を停止する回路である。 次ぎに、このロケーションコントローラ10の作用を第
5図のフローチャートに基づいて説明する。 ステップ1で、最初のスタート地点となる起算位置の位
置座標や、車輌特性、作業の種類等に応じた各種パラメ
ータが設定される。 次いで車輛Vの走行に伴い、ステップ2で車速センサS
1、前後進センサS3及びジャイロコンパスS2により
検出された検知信号は、ステップ3で起算位置からΔを
時間経過後の移動変位量ΔX、Δyが算出される。 次ぎに、ステップ4で該移動変位量が異常か否かの判定
を行う。 この判定は予め設定した経験値等を基に、算出された移
動変位量が適正許容範囲内か否か(異常か)を判定する
もので、異常と判定された場合にはその種類や度合に応
じた異常ステータスが出力される(ステップ5)。 そしてステップ6で、起算位置の位置座標Pi−1(x
i−i+ yi−1)と上記移動量ΔX、ΔyとからΔ
を時間後の位置座標Pi (xi、 yi)が前述の如
く算出される。 このようにして算出された最新の相対位置座標は、ステ
ップ7で走行予定コースに予め設定した補正エリアA(
第4図参照)の領域内に有るか否か、換言すれば車輛■
が補正エリアAに進入したか否かを判定する。 補正エリアAの領域外である場合は更にステップ15で
補正エリア内での補正が完了したが未だかを判定し、未
だ(NO)の場合にはステップ16で異常ステータスが
付与されてステップ17に進み直前の起算位置の位置座
標を上記演算した相対位置座標で更新し、次の演算の起
算(初期)位置座標とする。 そして前記各センサの短いサンプリング間隔から得られ
た検知信号を基にして短い周期で連続して上記手順を繰
り返す。 また、補正エリアA内である場合は、ステップ8で前記
赤外線発受光装置301〜303が稼働しはじめる。 次いで、ステップ9で上記赤外線発受光装置301〜3
03によりゲートボール201.202の反射鏡’20
1A、  202A、  202Bが検出され、即ち各
赤外線発光器の発信した赤外線がそれに対応する各反射
鏡で反射され、その反射光線束を赤外線受光器で受信し
て検出が完了すると、ステップ10で絶対位置座標が演
算される。 尚、ステップ9で検出が完了しない場合はステップ2に
戻る。 ここで絶対位置座標は、予め所定の位置に設置されてい
るゲートボールの位置座標を基に、車輛■の変位量(進
入角度、及び距離)を演算し、それに基づき演算するも
のである。 このようにして検出された絶対位置座標は、ステップ1
1で適正許容範囲内か否か(異常値か)が判定され、範
囲内の場合は、ステップ14で最新の位置座標として更
新され、つぎの相対的位置座標の演算の起算位置座標と
なる。 しかしステップ11で異常値と判定された場合は、ステ
ップ12でその種類や度合に応じた異常ステータスが出
力され、ステップ13で異常の度合が大か小かが判定さ
れる(この度合を判定せず直接ステップ17へ進んでも
よい)。 異常が小の場合は1.前記ステップ14に戻り、大であ
る場合はステップ17に進み、絶対的位置座標で更新す
ることなく、相対的位置座標により起算位置の更新が行
われる。 次に、ステップ18で初期値として設定された値に変更
があるか否か判定し、ある場合はステップ19で変更後
の初期値が設定されステップ2に戻る。 この更新による座標データと異常ステータスとは所定周
期毎にコースコントローラ20に出力される(ステップ
20)。 コースコントローラ20では、予め記憶されている走行
予定コースのデータを基に、入力された最新の車輌位置
座標を比較して上記走行予定コースとのズレ量を演算し
、該ズレ量に基づいて所定プログラムによりコース追従
に要する走行駆動機構の制御を行う構成となっている。 そしてステップ21で車輛Vの作業が終了したと判定さ
れた場合は上記手順も終了となり、作業が続行する場合
は前記ステップ2に戻る。 以上において、第2図で示す如く、本実施例の場合、コ
ースコントローラ20には、適宜手段により生成された
走行予定コースCのデータが入力されており、これにタ
ーミナル5を介して車輛Vの初期位置とゲートボールの
位置座標その他の初期値が入力される。 ここで、車輛Vが無人走行を開始すると、該車輛■を走
行予定コースCに誘導すべくステアリング角と走行速度
が制御される。 このようにして得られた車輛Vの位置座標はコースコン
トローラ20に出力され、そこで走行予定コースCとの
ズレ量が演算され、該ズレ量に基づき走行予定コースに
追従するのに必要な車速や操舵角が求められる。 この演算結果はステアリングコントローラ50とスピー
ドコントローラ60に出力され、それぞれで制御信号に
置き換えられて、操舵角制御機構や車速制御機構の各ア
クチュエータ71〜74に出力され走行制御が行われる
。 即ち、ステアリングコントローラ50は、コースコント
ローラ20からコミュニケーション40を介して入力さ
れた操舵角設定コマンドと操舵角センサS4からフィー
ドバックされた操舵角データとを基に、現在の車輛■が
コース走行に最適な゛目標操向になっているか否かを判
断し、目標操向になるまで操舵機構のアクチュエータ7
1を制御して目標操舵角にする。 スピードコントローラ60は、コースコントローラ20
からコミュニケーション40を介して入力された車速設
定コマンドとエンジンスピードセンサS5からフィード
バックされた車速データとを基に、現在の車輛■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し、
目標速度になるまでエンジン、ブレーキ、トランスミッ
ションの各アクチュエータ?2,73.74を制御して
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、車輛
■は最適速度で目標の走行予定コースCに誘導されて無
人走行する。 かかる制御は車輛■が無人走行している限り常に繰り返
される。
【発明の効果】
この発明は上記構成からなっているので、補正エリアを
自らの演算による判断すると共に相対的位置データを絶
対的位置データにより補正するに際し、より正確に補正
することができ、固定基準点測定センサの誤動作による
エラーを可及的に防止することができるので、信頼性の
高い位置データが得られる。 また、オペレータはモニタを介す等して、位置データの
異常をステータスにより知ることができ、適切な措置を
迅速に講じることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の位置検出システムを示す機能ブロッ
ク図、第2図はこの発明の好適実施例を示すブロック図
、第3図(a)はコースコントローラの演算処理部を示
すブロック図、同図(b)はそのハード構成を示すブロ
ック図、第4図は走行予定コースを説明する図、第5図
は実施例の作用を示すフローチャート、第6図は相対位
置を算出する一例を示す原理図、第7 W(a) (b
)は絶対位置座標を算出する一例を示す原理図である。 Sl・・・速度センサ S2・・・方位センサ S10・・・固定基準点測定センサ ト・・・相対位置演算手段 2・・・・補正エリア判定手段 3・・・・絶対位置演算手段 4・・・・起算位置更新手段 10・・・ロケーションコントローラ 出願人 キャタピラ−三菱株式会社 第3図 (b)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、走行体の走行速度を検出する速度センサと、走
    行体の走行方向を検出する方位センサと、上記速度セン
    サ及び方位センサからの検知信号を基に、起算位置から
    の相対的な移動量を算出しこれを基に走行体の最新の位
    置データを演算する相対位置演算手段と、 得られた位置データを基に、位置補正エリア内か否かを
    判定する補正エリア判定手段と、 補正エリア内と判定された場合に稼働して、走行予定コ
    ースの所定位置に設置された固定基準点からの変位量を
    検出する固定基準点測定センサと、該固定基準点測定セ
    ンサからの検知信号を基に、固定基準点からの走行体の
    変位量を算出しこれを基に最新の補正位置データを演算
    する絶対位置演算手段と、 相対位置演算手段から得られた最新の位置データにより
    上記起算位置を更新し、また絶対位置演算手段により最
    新の補正位置データが得られた場合にはこの補正位置デ
    ータにより上記起算位置を更新する起算位置更新手段と からなることを特徴とする位置検出システム。
  2. (2)、相対位置演算手段の位置データを検出するため
    の速度センサが車輪の速度を検出するピックアップセン
    サからなっており、方位センサがシフトレバーの前後進
    を検出する前後進検出センサと走行方位を検出するジャ
    イロコンパスとからなっていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の位置検出システム。
  3. (3)、各センサからの検出信号の値乃至相対位置演算
    手段又は絶対位置演算手段で算出された値が適正許容範
    囲内か否か(異常値か)を判定し、異常の場合に所定の
    異常ステータスをその得られた位置データ又は補正位置
    データと共に出力する異常判定手段を設け、該異常判定
    手段で補正位置データが異常と判定された場合は、起算
    位置更新手段で該補正位置データによる起算位置の更新
    を行わないことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の位置検出システム。
  4. (4)、起算位置更新手段により更新された位置データ
    がコース演算手段に入力され、コース演算手段では、入
    力された位置データを基に、走行予定コースとのズレ量
    を演算し、走行予定コースに追従させるための走行駆動
    条件を演算して、走行体の走行駆動制御部を制御して、
    走行予定コースに追従した自己誘導制御を行うことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の位置検出システム
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JPH02270003A (ja) * 1988-06-27 1990-11-05 Meidensha Corp 車体位置・速度検出装置
JP2008044442A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Denso Corp 車両用診断装置
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JPS62272307A (ja) * 1986-05-21 1987-11-26 Komatsu Ltd 無人移動体の誘導位置補正装置

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