TWI445591B - Mobile device and moving body position detection method - Google Patents

Description

移動體系統及移動體的位置檢測方法

本發明是有關於移動體系統，特別是移動體的位置檢測。

本案的申請人已提出一種：將磁性標記、和排列著複數個線圈的線圈陣列加以組合，而用來連續地檢測移動體之位置的系統(專利文獻1：日本特開2002-337037)。由於磁性標記的長度有限制，因此在專利文獻1中是沒有間隙地連續排列磁性標記，且在切換用來檢測的磁性標記的狀態下使用。此外，搭載著線圈陣列之檢測頭的長度，是比各個磁性標記的長度更短，而形成檢測頭僅受到1個磁性標記的影響。

話雖如此，沒有間隙地沿著較長的移動通路來配設磁性標記的作法有其困難。因此本案的發明人則針對「在保持間隔地配置磁性標記的狀態下，採用1個檢測頭而沒有間隙地連續檢測移動體的位置」的技術進行研究，而發展出本發明。

[專利文獻1]日本特開2002-337037

本發明的課題在於：設置一個「可採用1個檢測頭，且在保持間隔地配置磁性標記的狀態下，連續地檢測移動體之位置」的區間。

本發明中的追加課題在於：即使是「僅正確地求出相對於移動體之停止位置等的特定位置即可」的區間，也能對應。

本發明中的追加課題在於：變更第2區間的檢測範圍，而可控制第1區間與第2區間之間的切換，且即使是第2區間也能採用和第1區間相同的精度來求出位置。

本發明是將檢測頭設於移動體，並設有區間，而根據前述檢測頭的輸出，連續地求出移動體在前述區間內之位置的移動體系統，上述的檢測頭具有「把複數個線圈沿著移動體的移動方向排列」的線圈陣列，上述的區間是採用與前述線圈陣列之長度相等的節距，而將磁性標記沿著移動體的移動通路排列。

此外，本發明之移動體的位置檢測方法設有以下的步驟：用來將檢測頭設於移動體的步驟，該檢測頭具有將複數個線圈沿著移動體之移動方向排列的線圈陣列；和採用與前述線圈陣列之長度相等的節距，將磁性標記沿著移動體之移動通路的特定區間排列的步驟；和根據前述檢測頭的輸出，連續地求出移動體在前述區間內之位置的步驟。

最好的是：將前述的區間作為第1區間，且除了第1區間以外還設有第2區間，該第2區間是採用較前述節距更寬的間隔，而沿著移動通路設置磁性標記。

更好的是：藉由設置用來檢測是否有磁性標記的手段，來識別第1區間與第2區間，並設有用來變更檢測頭之檢測範圍的手段，而在第1區間內，涵跨整個區間的範圍以特定的精度輸出移動體的位置，在第2區間內，對較磁性標記周圍之前述節距更狹小的範圍，採用前述特定的精度輸出位置。

在本發明中設有：採用與線圈陣列之長度相等的節距，而將磁性標記沿著移動體之移動通路排列的區間。該區間是以下的任一種：

‧在線圈陣列的兩端附近均具有磁性標記、或

‧在較線圈陣列之兩端的更内側，具有1個磁性標記。

倘若在較線圈陣列之兩端的更内側具有1個磁性標記，便能簡單地求出位置。此外，倘若在線圈陣列的兩端附近具有2個磁性標記，兩端附近的線圈便能一起與磁性標記相互作用，而能求出位置。因此在本發明中，可以連續地求出移動體在上述區間內的位置，並無須沒有間隙地連續配置磁性標記，此外檢測頭1個即可。

在本發明中，由於磁性標記的節距與檢測頭上之線圈陣列的長度相等，故檢測頭形成：全時地與1個份量之長度的磁性標記相互作用。舉例來說，無論是在線圈陣列的兩端具有磁性標記的場合中，或在線圈陣列的中央部具有磁性標記的場合中，面向線圈陣列之磁性標記的合計長度，為1個磁性標記的份量(長度)。因此，磁性標記的檢測條件可不受位置的限制而成為一定，使檢測變得更容易。

有時移動體通過的頻率低，譬如只要在站台等特定位置的附近，則只需知道現在位置即可。此外，存在著如同曲線及分歧部、合流部等難以利用磁性標記執行位置檢測的區間。因此，一旦設置「採用較寬的間隔而沿著移動通路設置磁性標記」的第2區間，便可以只在必要的場所執行位置檢測。

此外，一旦設置用來檢測是否存有磁性標記的手段，便能根據在特定位置是否存有磁性標記，而輕易地識別第1區間與第2區間。而更好的是變更檢測頭的檢測範圍，而在第1區間內涵跨全域地以特定精度輸出移動體的位置，在第2區間內，對磁性標記周圍的狹小範圍，以前述特定精度輸出位置。如此一來，即使是第2區間，在檢測頭的檢測範圍內，也能採用與第1區間相同的精度來檢測位置。

在第1圖～第7圖中，顯示實施例的移動體系統。第1圖中是顯示檢測頭2與磁性標記22之間的配置。4為線圈陣列，是將複數個線圈5沿著移動體的移動方向排列成譬如1列的構件。此外，在線圈陣列4之行走方向的前後設有譬如一對霍爾元件6、7，用來檢測是否有磁性標記22。也能採用任意的磁性感知器來取代霍爾元件6、7，在較極端的場合中，亦可以線圈陣列4兩端的線圈來替代霍爾元件6、7。8為驅動迴路，用來將來自於交流電源9的交流電流作用於各線圈5，評估迴路10是根據流經個別線圈5的電流：或者作用於個別線圈5的電壓、或電流、或電壓的相位等而輸出位址。

藉由來自於評估迴路10之輸出軌跡的急劇變化，而1次1個地加減計數器12的計數器值。檢測範圍切換部14是根據來自於霍爾元件6、7的訊號而切換檢測範圍，並將檢測模式在全域檢測與分散配置之間切換。檢測範圍在全域檢測中，線圈陣列4的長度P，即是磁性標記22之排列節距的數值，而在分散配置模式中，檢測範圍則較節距P更窄。

計數器值是特定成檢測當下的磁性標記22，並具備從停電等狀態下的復元(recovery)，且採用快閃記憶體16之類的非揮發性記憶體來保存計數器值。接著，當從停電等狀態下的重置(reset)時，是將保存於快閃記憶體16的計數器值設定於計數器12。偏移表18是用來將計數器值換算成偏移(offset)。加算器20是將來自於評估迴路10的地址加算於偏移(offset)，而輸出現在的位置。將檢測頭2所輸出的現在位置作為絕對位置即可，該位置不必依存於内置感知器的訊號，是藉由直接檢測磁性標記22所求出的資料。而亦可將偏移表18及加算器20設在檢測頭2的後段。此外，在藉由編碼器等内置感知器辨識概略的現在位置的場合中，來自於評估迴路10的輸出亦可從檢測頭2直接輸出，在上述場合中，不必根據偏移(offset)來換算絕對位置。

磁性標記22，是極性交錯地排列永久磁鐵的陣列。但亦可採用1個磁鐵來取代磁鐵的陣列，並且也能以磁性體取代磁鐵來作為磁性標記22。磁性標記22的排列節距P、與線圈陣列4的檢測可能範圍相等。如此一來便形成：從線圈陣列4來看，全時地以合計1個的磁性標記22存在檢測範圍内。而線圈陣列4的長度是與檢測可能範圍相同。由於磁性標記22與線圈5之間的間隔非常地小，故使線圈陣列4所承接之來自於磁性標記22的磁通形成一定，並形成：磁通的分布是根據線圈陣列4相對於磁性標記22的相對位置來變化。接著，根據該磁通的分布，使流經各個線圈5的電流產生變化。而所謂電流的變化是指：電流的絕對值或相位、或者為了流過一定電流所必須之電壓的變化。因此流經各個線圈5之電流的分布是利用評估迴路10來評估而求出位址(address)。此外，位址(address)是表示：以特定的解析度(resolution)分割線圈陣列4之檢測長度P的位置。

線圈陣列4的長度，也就是指線圈陣列4的檢測長度，是與磁性標記22的排列節距P相等。藉此，無論線圈陣列4位在哪個位置，承接來自於磁性標記22的磁通總量皆為一定，而容易檢測。舉例來說，在線圈陣列4的長度設為300mm的場合中，磁性標記22的排列節距P是設成300mm±0.2mm以内。而容許誤差越小的話越能提高檢測精度，容許誤差是根據所需的檢測精度來訂定。

第2圖中是顯示全域檢測規格之檢測頭2的輸出。24為行走通路，移動體是從圖的右側朝左側行走，並採用與線圈陣列長度相等的節距來排列磁性標記22，在該圖中是從右到左排列(A)、(B)、(C)的3個磁性標記。當檢測頭2位於a的位置時是檢測(A)磁性標記，一旦檢測頭2的右端(正確地說，是線圈陣列4的左端)抵達(B)磁性標記的中心，計數器值形成數值1的變更。此時檢測頭2的位置是位於第2圖的b。接著，在c的位置僅採用(B)磁性標記來檢測，由於在d的位置，線圈陣列左端抵達(C)磁性標記的中央部，故使計數器值更進一步形成數值1的變更。在e的位置採用(C)磁性標記執行檢測。隨著上述的進行，由檢測頭2所輸出的位址，是形成第2圖下側的變化。

第3圖是顯示分散配置規格中之檢測頭的輸出。沿著行走通路24的是(D)磁性標記，且與其它的磁性標記充分地分離。雖然檢測頭是在f的位置辨識出(D)磁性標記，但由於磁性標記僅在線圈陣列的左端，因此檢測精度低。在g的位置形成一整個磁性標記22面向線圈陣列，而獲得與第2圖之全域檢測規格的各點相等的檢測精度。該狀態將持續到i的位置為止，在j的位置，面向線圈陣列之磁性標記的長度則形成1/2個(磁性標記)的量，在較其更左側處便不能辨識位置。

隨著上述的動作形成：無法獲得來自於檢測頭之資料的領域(較f更右側的領域)、和僅能採用較全域檢測更低的精度獲得現在位置的領域(f-g之間、與i-j之間)、以及採用與全域檢測相同的精度獲得現在位置的領域(g-i之間)。而在申請專利範圍中所記載的檢測範圍，是指採用與全域檢測相同的精度而求得位置的範圍。

第4圖是顯示行走通路24的例子。這裡所指的移動體是假定為圖面未顯示的高架行走車，30是圈際路線，31是圈內路線且形成環狀，在行走通路24中具有分歧部32及合流部33、曲線部34。沿著圈內路線31設有裝載埠35，而成為高架行走車的停止位置。在圈內路線31中的分散配置區間36，譬如只要在裝載埠35的附近可辨識現在位置即可。因此將磁性標記22配置在停止位置，在磁性標記與磁性標記之間則利用旋轉編碼器等一邊推測位置一邊行走，而在停止位置使用磁性標記22執行停止控制。在分歧部32及合流部33、曲線部34，倘若設置磁性標記恐有與線圈陣列干涉之虞，因此不能設置磁性標記。因此在無法檢測區間38中，無法根據磁性標記來檢測現在位置。在上述以外的區間則可全域檢測。

如此一來，可在交通量大的圈際路線30正確地求出現在位置而防止高架行走車間的干涉。在交通量小的圈內路線31，則只需在裝載埠35等停止位置的附近設置磁性標記22。在無法檢測區間38，是藉由磁性標記22以外的手段來防止高架行走車間的干涉。譬如在分歧部32及合流部33的行走，是利用圖面未顯示之地上側的控制器等進行排他控制。此外在進入曲線部34之前，是使高架行走車間存在特定長度以上的車間距離。

第5圖、第6圖中，顯示全域檢測規格與分散配置規格之現在位置的檢測演算法。在全域檢測規格中是以評估迴路來評估來自於線圈陣列的訊號，而輸出位址(步驟1)。此外，將計數器值轉換成偏移(offset)(步驟2)，並以霍爾元件搜尋是否存有磁性標記(步驟3)。譬如將位址加算入偏移(offset)中而算出現在位置並輸出(步驟4)。接著，倘若逐漸增加、或減少來自於評估迴路的輸出軌跡，也就是指評估迴路的輸出，將從達到計數器值之加減用的特定值起，對計數器的值進行加減(步驟5)。此外，譬如當評估迴路的輸出達到特定的值時，在霍爾元件檢測到下一個磁性標記的場合中，將持續全域檢測(連續檢測)的狀態，在未檢測到的場合中，則以較全域檢測規格更寬的間隔來配置磁性標記，並移動至第6圖之分散配置規格的演算法(步驟6)。

在第6圖中是顯示與第5圖相同的步驟，在分散配置規格中檢測範圍是被縮小成第3圖之可精密檢測的範圍(步驟11)，在檢測範圍內是將線圈陣列間的訊號變換成位址(步驟1)，譬如加算由計數器值所求出的偏移而輸出現在位置(步驟4)。此外，在該過程中以霍爾元件搜尋磁性標記(步驟3)。根據評估迴路的輸出軌跡來加減計數器值(步驟5)，當評估迴路的輸出達到特定值時，一旦霍爾元件檢測到下一個磁性標記，便移動至第5圖之全域檢測規格的演算法，一旦霍爾元件檢測不到磁性標記，便持續分散配置規格的狀態(步驟12)。在此之後，譬如當霍爾元件檢測到下一個磁性標記時，檢測頭的狀態便回到檢測範圍內(步驟13)。

第7圖是顯示將堆高式起重機40作為移動體的例子。沿著堆高式起重機40的行走軌道等，採用與線圈陣列之檢測長度相同的節距來排列磁性標記22。此外，沿著塔41，採用與檢測頭2之線圈陣列的檢測長度相同的節距來排列磁性標記22。藉由上述的方式，無論是水平方向或者垂直方向皆能求出絕對位置。42為昇降台，43是滑動叉之類的移載裝置。在堆高式起重機的場合中，台車的行走範圍和昇降台42的昇降範圍皆為一定，且行走及昇降均為直進運動。因此將整個行程設定為全域檢測規格的作法最為合適。

雖然在實施例中是顯示高架行走車與堆高式起重機的2種範例，但是除了上述的範例以外，本發明也能適用於有軌道台車、基部固定於地上的移載裝置、工作機械、或輸送機及其他的移動體。

實施例可獲得以下的效果。

(1)可設置下列的區間：分散地設有間隙地配置磁性標記，並能採用1個檢測頭而連續地檢測位置。

(2)由於線圈陣列的長度與磁性標記的排列節距相等，因此從線圈陣列所看見之磁性標記的長度，是全時地合計1個的份量(1個磁性標記的完整長度)，且檢測條件安定。

(3)倘若設置「採用較線圈陣列之檢測長度更寬的間隔來設置磁性標記」的區間，雖然是直線區間，但也能對應：「只需能在特定位置的附近辨識位置即可」的區域、及「如同曲線區間及分歧合流部般，採用特定節距配置磁性標記」的困難區間。此外，倘若在直線區間的全域，採用與線圈陣列之檢測長度相同的節距配置磁性標記，直線區間的長度則侷限於磁性標記之排列節距的整數倍。相對於上述的說明，倘若設置「採用較線圈陣列之檢測長度更寬的間隔來配置磁性標記」的區間，直線區間的長度則沒有限制。因此使圈內路線的配置變更，譬如停止點的變更、追加等變得容易。

(4)可藉由計算目前檢測到哪一個磁性標記的作法，而輕易地將由線圈陣列所求出的位址換算成絕對位置。此外，只要計算磁性標記的數量並記憶於非揮發性記憶體，從停電等狀態下的復元是容易的。

(5)倘若在中間設置偏移表來取代「將磁性標記的編號等直接偏移(offset)」，即使是分散配置規格也能輕易地求得絕對位置。

(6)藉由對應於「由霍爾元件等磁性感知器對磁性標記的檢測結果」來切換檢測範圍，即使面對「採用較寬的間隔來配置磁性標記」的區間，也能採用與全域檢測規格的場合相同的精度來檢測現在位置。

2．．．檢測頭

4．．．線圈陣列

5．．．線圈

6、7．．．霍爾元件

8．．．驅動迴路

9．．．交流電源

10．．．評估迴路

12．．．計數器

14．．．檢測範圍切換部

16．．．快閃記憶體

18．．．偏移表(offset table)

20．．．加算器

22．．．磁性標記

24．．．行走通路

30．．．圈際路線(inter-bay route)

31．．．圈內路線(intra-bay route)

32．．．分歧部

33．．．合流部

34．．．曲線部

35．．．裝載埠

36．．．分散配置區間

38．．．無法檢測區間

40．．．堆高式起重機

41．．．塔

42．．．昇降台

43．．．移載裝置

P．．．線圈陣列長度

第1圖：是顯示實施例中絕對位置之檢測頭與磁性標記間的配置的塊狀圖。

第2圖：是顯示全域檢測規格中，檢測頭對磁性標記之位置與輸出間的關係的圖。

第3圖：是顯示全域檢測規格中，檢測頭對磁性標記之位置與輸出間的關係的圖。

第4圖：是顯示高架行走車系統中的全域檢測區間與分散檢測區間、及無法檢測區間的圖。

第5圖：是顯示全域檢測規格之處理的圖。

第6圖：是顯示分散配置規格之處理的圖。

第7圖：是示意地顯示實施例之堆高式起重機系統的圖。

P．．．長度(節距)

2．．．檢測頭

4．．．線圈陣列

5．．．線圈

6、7．．．霍爾元件

8．．．驅動迴路

9．．．交流電源

10．．．評估迴路

12．．．計數器

14．．．檢測範圍切換部

16．．．快閃記憶體

18．．．偏移表

20．．．加算器

22．．．磁性標記

Claims (4)

1. 一種移動體系統，其特徵為：將檢測頭設於移動體，並設有區間，可根據前述檢測頭的輸出而連續地求出移動體在前述區間內的位置，前述的檢測頭具有線圈陣列，該線圈陣列是將複數個線圈沿著移動體的移動方向排列，前述的區間，是採用與前述線圈陣列之長度相等的節距，將磁性標記沿著移動體的移動通路排列。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的移動體系統，其中將前述的區間作為第1區間，且除了第1區間之外，還設有第2區間，該第2區間是採用較前述節距更寬的間隔，而沿著移動通路設置磁性標記。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的移動體系統，其中藉由設置用來檢測是否存有磁性標記的手段，來辨識第1區間與第2區間，並且設置用來變更檢測頭之檢測範圍的手段，而在第1區間內，涵蓋整個區間地以特定精度輸出移動體的位置，在第2區間內，面對較磁性標記周圍之前述節距更狹小的範圍，以前述特定的精度輸出位置。
4. 一種移動體的位置檢測方法，其特徵為：設有：用來將檢測頭設置於移動體的步驟，該檢測頭具有線圈陣列，而該線圈陣列是將複數個線圈沿著移動體的移動方向排列；和採用與前述線圈陣列之長度相等的節距，將磁性標記沿著移動體之移動通路的特定區間排列的步驟；及根據前述檢測頭的輸出而連續地求出移動體在前述區間內之位置的步驟。