JPS6319010A - 自律走行車の誘導方法 - Google Patents

自律走行車の誘導方法

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JPS6319010A
JPS6319010A JP61164213A JP16421386A JPS6319010A JP S6319010 A JPS6319010 A JP S6319010A JP 61164213 A JP61164213 A JP 61164213A JP 16421386 A JP16421386 A JP 16421386A JP S6319010 A JPS6319010 A JP S6319010A
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岡崎 護
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冨川 久男
Masahiro Ren
昌弘 簾
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
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  • Electromagnetism (AREA)
  • 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〕 本発明は、左右独立に回転し得る車輪を備えた自律走行
車の誘導方法に関する。
〔従来技術〕
無人搬送台車等の移動体を自律走行させる方法としては
連続的な走行経路を誘導ケーブル、光学テープ等によっ
て予め設定し、この経路に沿って台車を走行させる方法
、走行経路の周囲環境を電波、光等によって移動体に認
識させて、この情報に従って走行させる方法及び推測航
法を応用して台車を誘導する方法がある。
誘導ケーブルにて走行経路を設定する方法は、経路設定
に多額の費用と時間とを要し、経路の変更が容易ではな
く、また光学テープ等では長年の使用によるテープ表面
の汚れによって走行経路の検出精度が低下する。また、
電波、光等によって周囲環境を認識する方法では、電波
、光等が外部からの障害を受は易く検出精度が低い。
このような欠点のない方法として、推測航法を応用して
移動体自身に走行経路の情報を持たせ、この情報に従っ
て移動体を誘導する方法が提案されている(特開昭57
−120118 >。
この誘導方法では、自動走行車輌の走行距離及び旋回角
を検出し、これらの情報により自車の定跡を積算して基
準点からの現在の位置及び姿勢角を検出する一方、第8
図に示すように運行床面上をXY座標で表わし、そのx
y座標上に走行路c1及びその走行路C上に定点Po 
、P’+ 、Pz・・・を設定する。各定点には、その
定点を原点となし、定点の接線をy軸と一致させるxy
座標を設定する。
各定点は、進行方向前方の固定点を原点とするxy座標
にてその位置が表わされ、原点とのなす角を定点の姿勢
角の変化分として、予めオペレータが設定する。
即ち、第7図に示すように、定点Pヨにおいて固定点P
、、1を原点とするxy座標のy軸となす角θ、を定点
P、の姿勢角の変化分Δθ、として予め設定しておく。
車輌は走行中1決定点を原点とするxy座標内の車輌の
現在位置・方位と固定点、即ち原点との偏差から車速及
び操舵角を逐次求め、定点通過時に読み込んだ姿勢角の
変化分から操舵角を減算して、この変化分がゼロとなる
ように原点に向かって走行する。車輌はこのように定点
に達する都度、姿勢角の変化分を新しく読み込み、原点
を順次更新させながら、同様の走行を繰り返すことによ
って走行路上を誘導されるという原点追尾型の誘導方法
である。
推測航法を応用した誘導方法は、走行経路の適宜の箇所
で行なう移動体の絶対位置の確認及び補正と組み合せる
ことが知られている。絶対位置の確認・補正には外部に
設けた確認物(マーク)を認識して補正する、所謂定点
補正方法が知られている。
また、推測航法において、移動体の現在位置及び方位を
検知する方法としては、移動体の左右両輪に備えたパル
スジェネレータから車輪の回転に応じて発生されるパル
スを微少時間毎に左右夫々にて計測し、これらの値をも
とに移動体の平均速度及び進行方位の変化量を得て、こ
れらの変化量から移動体の現在位置・方位を求める方法
が提案されている(特開昭5l−53870) 。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上のように特開昭57−120118号の誘導方法で
は、走行路上に設定した多数の目標点における移動体の
姿勢角の変化分をオペレータが予め記憶装置に逐一記憶
させておく必要があって、操作に手間を要し、推測航法
に基づく誘導方法であるにもかかわらず、推測誤差によ
って発生する誘導誤差を補正する手段については述べら
れていない。また特開昭51−53870号では、車輪
の回転に基づいて移動体の現在位置及び方位を求めるた
めに、車輪のスリップ、ノイズ等から誤差が生じて、移
動体の現在位置及び方位にずれを生じる結果となるが、
このずれの確認・補正を外部に設けた確認物の認識に頼
っているだけであるため、粗い補正しか行なえず、誘導
精度が低いという問題点があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであって、誘導の目標点毎のデータを予め記憶する必
要がなく、移動体の走行中に得られるデータに基づいて
誘導の目標点を定め、また定点補正を行って、移動体の
現在位置及び方位のずれを走行中に補正することによっ
て誘導精度を高めると共に、ヨーイングを抑制できる自
律走行車の誘導方法の提供を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、左右独立に回転する車輪を備えた自律走行車
の誘導方法において、予め自律走行車の走行経路を設定
すると共に、該走行経路に定点補正用のマークを配して
おく一方、自律走行車の左右の車輪の回転数を左右夫々
に検知し、検知した回転数から自律走行車の位置・方位
を算出し、算出した位置・方位と前記走行経路とに基づ
いて目標位置を設定し、設定した目標位置に向けて走行
させ、目標位置の設定と目標位置への走行とを繰り返し
て自律走行車を前記走行経路へ誘導し、また前記マーク
の検出時に算出位置及び方位を補正し、更に走行方向と
直交する方向の目標位置成分の決定に際し、上記補正時
点以後の前記目標位置設定回数に関連して定まるヨーイ
ング補正要素を用いることを特徴とする。
〔作用〕
本発明では、自律走行車の走行経路を設定する一方、自
律走行車の左右車輪の回転数を左右夫々にて検知し、そ
の回転数から自律走行車の位置・方位を算出し、算出し
た位置・方位と想定している走行経路とから目標位置を
設定し、設定した目標位置に向かって走行し、目標位置
の設定と目標位置への走行とを繰り返しながら自律走行
車を走行経路へ誘導する。この走行経路にてマークが検
出されると、定点補正が行われる。そして定点補正後の
走行経路への誘導に際してのヨーイングが抑制される。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき詳述する
。第1図は自律走行する台車の構成を示す概略図であっ
て、台車の前端及び後端の夫々にキャスタ1,2を備え
、台車の中央には左右に2個の車輪3,4を有し、この
車輪は夫々モータ5゜6によって駆動される。左右の車
輪3,4にはその回転数に応じたパルスを発するパルス
ジェネレータ7.8を設け、これらのパルスは制御回路
9に読み取られ、制御回路9はモータ5,6の回転速度
と回転方向とを制御して車輪3,4を駆動する。
以上のように構成された台車の誘導方法の概略を第2図
のフローチャートに従い説明する。
例えば台車の左右の車輪から、その回転に応じてパルス
ジェネレータが発生するパルスを左右夫々に読み取り(
イ)、これらのパルス数から台車の平均速度及び方位変
化量を算出する(口)。算出した平均速度及び変化量か
ら台車を基準に設定されるxy座標(以後、内界座標と
いう)における台車の現在位置及び方位を求め(ハ)、
この位置・方位及び予め設定される走行経路に基づいて
瞬時目標位置を仮定しく二)、目標位置方向へ台車を誘
導する(ホ)。これを所定時間毎に繰り返しくへ)、台
車は走行経路に沿うように誘導される。
また路面に想定した走行経路上に所定の間隔で磁石を設
置し、磁石は2個を1組の補正点とし、この補正点を台
車が通過すると、台車のセンサにより磁石が検知されて
(ト)路面に想定されるxy座標(以後、外界座標とい
う)における台車の絶対位置・方位が算出される(チ)
。算出された絶対位置・方位を算出時の内界座標上の位
置・方位と置き換えると、これによって内界座標が補正
される(す)。内界座標の補正が終了すると、ヨーイン
グの抑制を行ないながら台車を走行経路へ誘導する (
ヌ)。
次に、台車の位置及び方位の検出方法、誘導方法、補正
方法の実際を演算式を用いて説明する。
台車は任意の地点から出発することとし、パルスジェネ
レータからの信号のサンプル周期をτ、サンプル周期の
序列をiとする。更にiについて詳述すれば、以下に説
明する台車位置・方位の算出。
瞬時目標位置設定、定点補正等を含む一連の台車誘導の
制御の序列を表す。時刻1τより1時間に発生する左右
車輪のパルス数を夫々PL、・PR□。
左右車輪の1パルス当たりの進行距離を夫々H4・H,
とすると、左右車輪の速度■Li・VRi及び左右車輪
の中点(台車の代表点という)における平均速度■Ci
は、 ■LI−HL °PL1/τ    ・・・(1+■1
lI−Hl −P□/τ    ・・(2)V Ci 
” (■L、十V +++) / 2  −(31と表
わされる。また、左右の車輪間隔をTとすると台車の方
位変化量Δθいは ΔθCi −(■Li  ” Ri) τ/T ・・・
(4)となる。HL、HR及びTは台車仕様にて定まる
係数であって、P、・PRは正転をプラス、逆転をマイ
ナスとする。
更に内界座標における時刻(+−1) τにおける台車
代表点の位置をCi−+  (xCi−1+  VCi
−+) )進行方位をθ0、−1とすると、時刻1τに
おける台車の位置C4(xc++  yc、)+進行方
位θ。、は近似的に XC1−xCi−1+VC8・τ5in(θC1−1−
トΔθCi/2)−・(5))’ Ci = yCi−
1+■Ci・τ cos (θゎ、−1+Δθ、i/2
 )・・・(6)θ、l−θC1−1+Δθい   ・
・・(7)と表わし得る。(11〜(3)弐では車輪は
路面に対しある面積にて接地するが、その中の1点を代
表点として考え、走行中の速度は定常的であると仮定す
る。また(4)〜(7)式においては、台車の軌跡を直
線とみなして算出したがτが非常に短い時間であるため
大きな誤差は生じない。また+11〜(7)式において
PLi、pHiがどちらも負の場合は後退走行、−方が
正もう一方が負の場合はスピンターン走行を表わす。
次に台車を走行経路へ誘導する方法を説明する。
走行経路は直線経路を設定し、更にy軸に一致すること
とする。台車は外界座標原点から出発し走行を続けて経
路をそれ、内界座標における現在位置C8(Xct、 
 yci)に達したと仮定し、この時の方位をθ。、と
する。従って台車の位置偏差量はxCi+進行方位偏差
量はC0,として表わされる。
これらの偏差量と位置C1における台車の速度■Ciを
もとに第3図に示すような瞬時目標位置d。
(Xai、  yai)を仮定して誘導を行なう。この
目標位置d、は、 x6.=に1xcI+に2θc t         
 −(8)Yar=  yに+に21 θct I +
に3vci+に4  ・−・(91〔0≦Kl<1.0
≦に2 .0−13.に4  )と表わされる。ここで
に1〜に4は各偏差量の重みを調節する係数又は定数で
あって、K1は位置係数。
K2は方位係数、 K3は速度係数、 K4は位置定数
である。
なお、第4図はKl、に2の値が変わることにより台車
の誘導軌跡が変わることを示した図である。
このように係数を変えながら予め実験又はシミュレーシ
ョン計測を行なって、適当な係数を固定的に設定するこ
とも可能であり、また台車のずれが大きい場合は瞬時目
標位置を相対的に遠方に設定して台車の先端部がゆるや
かに変化するようにして台車の揺れを防止し、台車のず
れが小さい場合は、瞬時目標位置を近くに設定し、台車
が走行経路に短い距離で収束し得るように係数を複数設
定しておき、これら係数の中から条件に応じた係数を選
択し得るようにしておくことも可能である。
本実施例では台車はC1とd、との2点間を円弧を描い
て走行する方法を採るが、その方法は第5図に示すよう
にC3及びd、を通り、しかもy軸と角θ□をなす台車
進行方向延長線に接する円弧を想定してこの円弧を時刻
iτより1時間で走行する場合の左右車輪の指定速度■
11.。d+  vRi+ Cl1dを求める。
C8よりd、を臨む角度θ、6.は、第5図から幾何学
的に θcar −tan−’ ((Xd+  Xct) /
 (yat  yci) )・・・C0) と表わされる。次に台車がこの円弧上を走行しd。
に到達した場合の進行方位θ441台車の旋回半径r、
を第5図から幾何学的に求めると、C4,−20cd、
−〇〇、   ・・・0υ”r  = l  (ydt
  yci) / (sinθ、14 5jn0ci)
  l・・・叩 となる。時刻lτから1時間の平均指令速度をV。
としてこのr、の値をもとに左右車輪の指令速度を算出
すると第5図に示すようなθ。、〉θd□である左旋回
では、 またθ。、〈C4,である右旋回では、となる。
以上(1)〜αa式の演算をτ時間毎に繰り返せば台車
は半径の異なる微小な円弧がなめらかにっなかった経路
上を走行経路であるy軸に収束するように誘導される。
この誘導をなめらかに行なうために内界座標内目標位置
d□と台車の現在位置Ci  (Xct+  yet)
との相対的位置関係よりその2点間の距離を3段階に分
は台車の指令速度V、を加速がら低速そして減速の3段
階にて制御する。
加速時 Vi =αir (0≦’/ ci< Lac
c ) ・−・as定速時 Vi −vcoast  
(Lacc S )’at+ Lr、〉Lacc)・・
・Q61 Veoait  i指定速度(m亀/5)yar   
:瞬時目標位置y軸座標(1閣)Lri   :対目標
位置残距離(m)  =y4(−yetL 1lcc 
  : veonst” / 2α以上Q!9. as
、 aη式よりV、を求める。
次に、as、rm式により求められる左右車輪の指令速
度■Li+ caa l vli+ Cudについてp
Iot#I御で速度制御を行なう。
E V Li = V ti、 cma −V ci 
   ”・Qly、、。ut= ■tt、cma+GI
E VttiG2ΣE vLn+63 (E VLt 
 E VLt−+)  −(191vc、はC1におけ
る左右車輪の平均速度+VLi、。。
はPID制御に基づく左車輪指令速度出力値であり、G
l、G2.G3は制御係数である。Ql、01式は左車
輪の速度制御を表わしているが、右車輪についても同様
の制御式となる。以上の制御によってなめらか1 へ な走行を行ない、スリップによる外乱を避ける。
ところが、内界座標における台車の位置・方位に基づい
て台車の誘導を行なううちに、路面に想定されるxy座
標における台車の位置・方位と内界座標における台車の
位置・方位との間にずれが生してくる。即ち、台車の位
置・方位は微少な変化量を累積演算を行なって割り出す
ために路面の凹凸・車輪のスリップ等のノイズによる誤
差、また(11. (2)、 +41式に係る台車係数
が不適切であるために生ずる誤差等も累積される結果、
演算の結果にずれが生じてくる。
そこでこれらの誤差を除去するために走行中の適宜の位
置で台車の絶対位置に対する内界座標位置のずれを補正
する必要がある。
補正の手段としては走行経路上に設置された基準物体ま
たはコース側方に設置された基準物体を用いる方法が開
発されているが、路上に所定の間隔で設置された複数の
磁石を用いて定点補正を行なう手順を第6図に従い説明
する。設定された走行経路、ここではY軸上にLの間隔
で磁石M1.M2が設置されており、台車出発点側の磁
石M1を前置ノード、進行方向前方の−2を補正ノード
(0,YN)とする。台車中央下部には第1図に示すよ
うに磁気を検知する素子を横方向に複数個並設した磁石
センサ10が取り付けられている。
台車が内界座標の走行経路に従って走行しなから、路上
に設置された磁石Ml、M2を通過すると第1図に図示
する磁石センサ10によりMl、M2夫々によって台車
中央からの横ずれ長Ll、L2が検出される。これらの
検出後、補正の演算が行われる間に台車はL ovの距
離を進むとして点XR、Y*を補正の開始位置とする。
補正開始位置(XI 、 Y++ )及び方位θ8は第
6図から幾何学的に下記式にて求められる。
θB = jan−1t (Ll−L2) /L ) 
  ・112呻X* =−L2 ・cosem +Lo
v’  SinθK ”’ (21)Y++ =YN 
  I L2 I ・5inlθR1+ Lov−co
sem  −(22)以上のようにして求められる外界
座標上の台車の絶対位置及び方位の値X、、Y、及びθ
8を内、7         −59− 昇圧標上における累積誤差を含んだ台車の位置(Xct
−yet)及び方位θ。、の値と置き換えることによっ
て内界座標は外界座標に一致して初期状態となり補正が
完了する。
以上の補正には2つの磁石が必要であり、2つの1組の
補正点としてこの補正点を通過する度に内界座標を初期
化し外界座標に対する内界座標のずれを補正することに
より、台車は路上に設定された走行経路スを誘導される
ところで定点補正時における外界座標と内界座標とのず
れは通常走行における位置・方位のずれよりも大きいた
めに次の不都合を生じることがある。
即ち、磁石センサは台車左右方向に相当する幅を有する
から定点補正後においてもその代表点が走行経路上にあ
るとは限らない。従って、定点補正後の走行経路からず
れた地点から設定されている走行経路へ誘導される場合
、比較的小さなずれを基準として走行経路へ短時間で収
束するように設定されている前記(81,+91式に基
づき瞬時目標位置を定めると瞬時目標位置は進行方位の
変化量の大きな地点に定められ、台車は大きく方位を変
化させる必要が生じる。従って、定点補正後の左右車輪
回転速度は方位変化量の大きな地点へ走行する場合は回
転速度の増加又は減少の割合も大となる(Got〜α船
式参照〕。この指令回転速度の急激な変化のため定点補
正後の台車の誘導期間初期に台車のヨーイングが起こる
結果となる。
そこで、定点補正後の台車誘導の場合には、前述の(8
)弐にヨーイング抑制のための項を付加した下記(8−
1)弐を用いることとする。即ち、Xci=XIXet
+に2θ0、+に5f  (J  + ) Xc、・・
・(8−1) とする。
jは以下に定義する正の整数である。またに5は定数で
ある。
(8−1)式の右辺第3項目、即ちヨーイング抑制項に
おける関数f(f−i)は、以下の定義に従う。
f  (j−4) =j−i  (i≦j < i +
 m)   −talf  (j  i) −〇   
 (j<i、i十m≦j) ・(bl但し、mは定点補
正後からヨーイング終了までの瞬時目標位置設定回数 第7図は、(8−1)式における関数f(j−4)の変
化を示す図である。図中、縦軸は関数、横軸は時間を示
し、i comはiの序列の内、定点補正を行なった序
列、またi comの添字は定点補正の回数を表わす。
定点補正後、台車が設定された走行経路から最も遠方の
場合に関数は最大となり、走行経路への誘導制御が行な
われる都度関数は減少し、ヨーイング抑制の制御が終了
するicom+m点から次の定点補正まではゼロとなる
また、第1回の定点補正までの走行期間中はヨーイング
抑制は不要であるので、nを定点補正回数として j=o  (0≦i< tcom、、、 n=1)j 
= icom +m (icomn ≦l、n=2)と
なる。
以上のように定点補正後の台車誘導にヨーイング抑制項
を付加することによって瞬時目標位置は台車進行方向に
直交する方向において、通常走行時の誘導に比べ遠方に
設定され、台車の進行方向の必要変化量が少なくなるた
めに車輪の回転速度の変化量も少なく、台車のヨーイン
グが抑制される結果となる。
なお、本実施例では台車の横ずれ量に基づいてヨーイン
グ抑制項を設定したが、方位ずれ量も加味してヨーイン
グ抑制項としてもよい。即ち、X ci−に1 ” c
、+に2θ0、+に5f  (j−i) Xci+に6
f  (j−4)  lθゎ、1  ・・・(8−2)
とする。
また、本実施例では瞬時目標位置は通常走行時における
誘導の場合と比較してy軸の直交方向遠方に設定され、
台車の進行方位及び速度の変化を抑制することが可能と
なるが、前記(9)式にヨーイング抑制項を付加し、進
行方向遠方に目標位置を設定することとしても同様の効
果が得られる。
また、定点補正には2個の磁石を1組とする補正点を設
置したが、これに限るものではない。
〔効果〕
本発明は、自律走行車を誘導するために設定する目標位
置の情報が車輪の回転数から走行中に算出され得るため
に予め記憶装置に情報を記憶させる必要がなく、操作の
手間を省き、また外部に設置した磁石による定点補正だ
けに転らず、補正と補正との間には台車が走行経路に沿
うようにきめ細かく誘導を行うことにより誘導精度を高
め、定点補正後の台車誘導時にヨーイングを抑制すると
いう優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は台車の構成を示す概略図、第2図は本発明方法
の手順を示すフローチャート、第3図。 第5図は本発明に係る誘導状態の概念図、第4図は係数
変化による台車の誘導軌跡を示した図、第6図は磁石に
よる補正原理の説明図、第7図は本実施例による関数の
変化を表わした図、第8図は従来の誘導方法の概念図で
ある。 3.4・・・車輪 9・・・制御回路 時 許 出願人  株式会社 椿本チェイン代理人 弁
理士  河  野  登  夫第 4 図 埠  5 目 算 6 図 手続補正書(自発) 昭和61年7月25日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、左右独立に回転する車輪を備えた自律走行車の誘導
    方法において、予め自律走行車の走行経路を設定すると
    共に、該走行経路に定点補正用のマークを配しておく一
    方、自律走行車の左右の車輪の回転数を左右夫々に検知
    し、検知した回転数から自律走行車の位置・方位を算出
    し、算出した位置・方位と前記走行経路とに基づいて目
    標位置を設定し、設定した目標位置に向けて走行させ、
    目標位置の設定と目標位置への走行とを繰り返して自律
    走行車を前記走行経路へ誘導し、また前記マークの検出
    時に算出位置及び方位を補正し、更に走行方向と直交す
    る方向の目標位置成分の決定に際し、上記補正時点以後
    の前記目標位置設定回数に関連して定まるヨーイング補
    正要素を用いることを特徴とする自律走行車の誘導方法
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