WO1988003674A1 - Composite method and apparatus for guiding vehicles - Google Patents

Description

明 細 書

車両の複合型誘導方法および装置 技術分野

本発明は、 車両を 自動的に誘導走行させるための複 合型誘導方法および装置に関する。 背景技術 従来、 移動体を 自動的に誘導走行させる誘導方法と しては、 ①誘導線によ る 誘導方法、 ②推測航法によ る 誘導方法、 ③電波測量によ る誘導方法等があ る。 これ らの誘導方法の特徵は下表の通り である。

誘導方法 長 所 短 所 適用例

(1)位置、 方向の計 (1)誘導線を埋設す 無人搬送 測精度は 3方式 る必要があるの

の中で一番高い。 で、 作業ェリァ

の変更に対処す

るのが困難

②推測航法 (1J外部基準を設け ω累積誤差、 加速 飛行機

る必要なく装置 船舶

コンノヽ⁰ク 卜 輛への適用は困

(2作業ェリァの変

更に容易に対処

できる。

③電波測量 ω測定距離によら ω地上に発振器を 船舶

ず精度一定 直く '必要力ある

加速度の影響を (但し作業ェリ

受けないで車輛 ァ外）

への適用が容易 見通し距離内で

(3)作業ェリァの変 し力使 ない。

更に対処できる。 車両の誘導については、 方法①が有力であ るが、 こ の方法は作業領域を変更する場合に誘導線を再敷設 し なければな らず、 したがって作業領域を徐々 に変更す る場合の適用が困難であ る。

一方、 船舶に利用される方法③は、 作業領域の変更 に充分対処できる半面、 誘導精度が方法①に比ベてか なり 落ち る。

本発明は、 誘導線による誘導方法が誘導精度に優れ 電波測量による誘導方法が経路変更の融通性に優れて いる点に着目 し、 或る特殊な作業領域にお て車両を 誘導する場合に、 それ らの利点を有効に発揮させる こ とができ る複合型誘導方法および装置を提供する こ と を 目 的 とする。

発明の開示

本発明に係る誘導方法によれば、 高い誘導精度を必 要とする 目標経路固定領域と、 経路変更を必要とする 目標経路可変領域とを有 した作業領域で、 車両を誘導 走行させる場合において、 前記目標経路固定領域では 前記車両を誘導線によ る誘導方法によ つて走行させ、 前記目 標経路可変領域では前記誘導線を出てか ら該誘 導線に戻る までを電波測量によ る誘導方法によ って前 記車両を走行させるよ うに している。

また本発明に係る誘導装置には、 高い誘導精度を必 要とする 目標経路固定領域に敷設され誘導磁界を発生 する誘導鎳 と、 所定の位置関係で配設されそれぞれ電 波測量用の電波を送信する主局および 2 つの従局 と、 車両に配設され前記誘導線か らの誘導磁界を検出する ピ ッ ク ア ッ プコ ィ ノレ と 、 該 ピ ッ ク ア ッ プコ イ ル の 出力 に基づいて車両の操舵指令を発生する第 1 の操舵指令 発生手段と、 前記車両に配設され前記主局および 2 つ の従局か らの電波を受信する受信手段 と、 該受信手段 が受信 した各電波の受信時間差に基づいて車両の位置 を検出する車両位置検出手段と、 少な く と も前記誘導 線を 出てか ら誘導線に戻る までの 1 乃至複数の走行経 路を記憶する記憶'手段と、 前記車両位置検出手段で検 出される前記車両の位置 と前記記憶手段か ら読み出さ れる走行経路とに基づいて車両の操舵指令を発生する' 第 2 の操舵指令発生手段 と、 前記第 1 の操舵指令発生 手段か らの操舵指令 と前記第 2 の操舵指令発生手段か らの操舵指令のいずれかを選択する選択手段と、 該選 択手段で選択された操舵指令によ つて前記車両を操舵 する操舵手段とが具備されている。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明が適用される 作業現場の一例を示す 概略図、 第 2 図は本発明に係る 誘導装置の一実施例を 示すブ π ッ ク 図、 第 3 図および第 4 図はそれぞれ誘導 線によ る誘導方法を説明するために用いた図、 第 5 図 は電波測量によ る 誘導方法を説明するために用いた図、 第 6 図は第 1 図に示す乗り換え部分の拡大図、 第 7 図 は誘導線および予設定走行路の他の実施例を示す図で ある。

発明を実施するための最良の形態 第 1 図は、 本発明が適用される作業現場の一例を示 す概略図である。 この作業現場は、 ホ ッ パ部 2 と、 走 行部 3 と切羽部 4 とに分け られている。 車両 1 は積荷 を降ろすホ ッパ部 2 を始点と し、 走行部 3 を通過 して 積荷作業を行な う切羽部 4 まで走行する。 そ してこの 切羽部 4 で積込車両によ って土石等の積荷が積み込ま れた後、 再びホ ッパ部 2 へ戻って こ こで積荷を，降ろす という作業を実行する。

こ こで、 ホ ッ ノ、。部 2 は車両 1 に対して高 誘導精度 が要求される 目標経路固定領域であ って、 こ こには誘 導線 5 が敷設されている。 また、 走行部 3 および切羽 部 4 は、 車両 1 への積込点の変更によ ってその走行経 路が、 例えば実線 6 、 一点鎖線 7 、 二点鎖隸 8 のよ う に変更される 目標経路可変領域である。

上記目標経路固定領域および目標経路可変領域の う ちの車両 1 が走行する領域外で、 車両 1 を見通せる適 宜の位置には後述する電波測量用の固定局 （ 主局 1 0 従局 1 1 および従局 1 2 ) が設置されている。

第 2 図は本発明による誘導装置の一実施例を示すブ ロ ッ ク 図であ る。 同図において、 4 つのビ ッ ク ア ツプ コ ィ ノレ 2 0 a ， 2 0 b , 2 0 c および 2 0 d は、 車両 1 に対して第 3 図に示す位置関係に配設されている。 こ らの ピ ッ ク ア ッ プコ イ ルは、 第 4 図に示すよ う に 誘導線 5 の発生磁界を検出 し （ 第 4 図参照 ） 、 その磁 界強度に対応する 信号を操舵指令発生装置 2 1 に加え 0

操舵指令発生装置 2 1 は、 ピ ッ ク ア ッ プコ イ ル 2 0 a と 2 0 b の検出 出力の差、 およびピ ッ ク ア ッ プコ ィ ノレ 2 0 c と 2 0 d の検出 出力の差に基づいて車両 1 の誘 導線 5 に対する コ ― スずれ量および姿勢角を検出 し、 上記コ ー スずれ量および姿勢角 を示す操舵指令 s _a お よび を発生する。

—方、 車載局 3 1 は主局 1 0 、 従局 1 1 および 1 2 か ら送信される電波測量用の電波を受信する。 そ して 主局 1 0 と従局 1 1 よ り 車載局 3 1 に到来する電波の 時間差△ と、 主局 1 0 と従局 1 2 よ り車載局 3 1 に到来する電波の時間差 Δ ί ₂ と を求め、 .これ ら を車 両位置検出装置 3 2 に加える。 車両位置検出装置 3 2 は、 これ らの時間差△ t 1 , Δ t 2 に基づいて車両 1 の位置を算出する。

なお、 上記時間差 Δ t ！ ， Δ t 2 は、 例えば主局 1 0 と従局 1 1 ， 1 2 よ り 、。ル ス信号を同時に送信する こ とによ り 計測される。 も ちろん各局 1 0 ， 1 1 およ び 1 2 よ り 同一位相の信号電波を連続的に送信 し、 車 載局 3 1 側で受信される それ らの信号電波の位相差に 基づいて上記時間差 Δ t i , Δ t ₂ を計測する こ と も 可能である。

こ こ で、 上記 ¾波測 JSの原理を III 5 図に基づいて説 明する。 主局 1 0 と従局 1 1 _r 1 2 が既知の位置、 例 えば主局 1 0 の位置が （ 0 ， 0 ) 、 従局 1 1 の位置が

( a ！ , b ！ ) 、 従局 1 2 の位置が （ a ₂ , b a ) で あ る と し、 車載局 3 1 の位置を （ X , γ ) とする と、 主局 1 0 、 車载局 3 1 間の距離 L i と車載局 3 1 、 従 局 1 1 間の距離 L ₂ との差 Δ L i および上記距離 L i と車载局 3 1 、 従局 1 2 間の距離 L ₃ との差 Δ L 2 は 次式、 ·

によ って表わすこ とができる 。 なお、 上記時間差 A t と Δ t 2 はそれぞれ第（1)式の Δ L！ と Δ L ₂ に対応す る こ とはも ち論である。

そ して、 △ L 1 が一定となる位置を各 Δ L i 毎に示 すと第 5 図の実線のよ う になる。 同様に△ L ₂ が一定 となる位置を各 Δ ₂ 毎に示すと第 5 図の破線のよ う になる。 した力 Sつて、 Δ L と Δ L ₂ が求まれば、 そ の A L i に対応する実線の曲線 と Δ L ₂ に対応する破 線の曲線との交点か ら車両 1 の位置を検出する こ とが でき る。

車両位置検出装置 3 2 は上記のよ う に して車両 1 の 現在位置 （ X , y ) を求め、 その位置を示す信号を操 舵指令発生装置 3 3 に加える

走行経路記憶装置 3 は予め複数の走行経路、 例え ば第 1 図の実線 6 、 一点鎖線 7 、 二点鎖線 8 等の走行 経路を記憶 している。 なお、 これ らの走行経路は、 少 な く と も 誘導線 5 を 出てか ら適宜の積込位置を経由 し て再び誘導線 5 に戻る経路であ る。 走行経路記憶装置 3 4 は上記複数の走行経路の う ち適宜手段によ って選 択されたいずれか 1 つの走行経路を示す信号を操舵指 令発生装置 3 3 に加え る。

操舵指令発生装置 3 3 は、 車両位置検出装置 3 2 お よび走行経路記憶装置 3 4 か ら加わる信号に基づいて、 記憶 した走行経路に対する車両 1 の コ ー スずれ量およ び姿勢角 を検出 し、 上記 コ ー スずれ量および姿勢角を 示す操舵指令 s _b および _b を発生する。 なお、 予め 記憶 した走行経路に対する車両 1 の姿勢角は、 例えば 現在の車両の位置とその直前の車両の位置に基づいて 車両の進行方向を求め、 この進行方向 と予め記憶 した 走行経路とのなす角によ つて求める。

選択回路 2 2 は、 操舵指令発生装置 2 1 か ら入力端 子 に加わる操舵指令 s _a ， _a と操舵指令発生装 置 3 3 カゝ ら入力端子 T ₂ に加わる操舵指令 s _b ， Θ _b の う ちいずれか一方の入力に加わる操舵指令を選択 し て操舵装置 2 3 に出力する もので、 車両 1 を誘導線 5 によ って誘導する場合には入力端子 T 側の操舵指令 を選択出力 し、 電波測量によ って誘導する場合には入 力端子 T ₂ 側の操舵指令を選択出力する。 すなわち、 この選択切換えによ り 誘導線 5 に基づ く 定行経路と予 め記憶装置 3 4 に記憶された走行経路間の乗り換えが 行なわ lる。

さて、 誘導線 5 に基づ く 経路か ら予め記憶した走行 経路への乗り換えは、 電波測量によ る誘導が全作業領 域で可能である こ とか ら、 乗り換える地点を適宜指定 する こ とによ り 容易に行な う こ とができ る。 したがつ て、 以下、 予め記憶した走行経路か ら誘導線 5 への乗 り換えについて説明する。

第 6 図は、 第 1 図に示す予め記憶した走行経路 6 ， 7および 8 か ら誘導線 5 への乗り換え部分の拡大図で ある。 同図では、 電波測量による コ ー スずれ量の検出 誤差を ± e 、 誘導線 5 への操舵可能な進入角を 土 α と しているため、 上記乗り換え部分は角度 2 α で V字形 に開口 しており 、 その先端の間隔は 2 e となっている なお、 予め記憶 した走行経路は破線で示すよ う に上記 角度 2 な を 2 等分して進入する よ う に設定されている 上記のよ う に乗り換え部分の誘導線 5 および該誘導 線 5 への走行経路を設定する こ とによ ]? 、 電波測量に よる誘導誤差があ つても確実に誘導線 5 に乗り換える ことができ る。

選択回路 2 2 は、 操舵指令発生装置 2 · 1 によって検 出-される コ ー スずれ量が電波測量による コ 一 スずれ量 の検出誤差 土 e 以内 となったとき、 あ るいは電波測量 によ つ て検出される車両 1 の位置がほぼ乗り換え位置 に達 した ときに、 電波測量によ る誘導か ら誘導線 5 に よ る誘導に切換える。 すなわち入力端子 T ₂ か ら入力 端子 Τ 1 に切り 換えてその操舵指令を操舵装置 2 3 に カロ元る。

操舵装置 2 3 は選択回路 2 2 か ら加わる コ ー スずれ 量および姿勢角を示す操舵指令に基づいてコ 一 スずれ 量および姿勢角がと も に 0 になるよ う に車両 1 の操舵 量を制御する。

なお、 電波測量によ る誘導か ら誘導線 5 によ る誘導 に切り 換わったのち、 車両 1 は第 1 図に示す'よ う に誘 導線 5 に沿って地点 Α まで前進 し、 こ の地点 A力ゝ ら車 止め 9 の直前の地点 B まで直線後進 し、 こ こで積荷を 降ろ して再び直進 し、 地点 Aか らは電波測量によ る誘 導に切り換わるが、 これ らの各地点におけ る車両 1 へ の指令 （ 前進、 停止、 後進、 ベ ッ セル作動等 ） は公知 の適宜手段、 例えば誘導線に設けた特異点、 やサイ ン ボ ス 卜 等によ って与える こ と力: ίでき る。

また、 誘導線 5 に基づ く 経路ゃ該誘導線 5 を出てカ ら再び誘導線 5 に戻る までの電波測量用の予設定走行 経路は上記実施例に限 らず、 例えば第 7 図に示すよ う に複数の誘導線 （ 実線部分 ） か らな る経路を設け る と と も に、 これ らの誘導線間を結ぶ形で電波測量によ る 走行経路 （ 破線部分 ） を設ける こ とも でき る。 も ち論、 車両も運搬車両に限 らない。

更に、 本実施例では第 2 図に示すよ う に車両側に電 波測量によ る車両位置検出装匱 3 2 、 走行経路記憶装 置 3 4 、 操舵指令発生装置 3 3 を搭載する よ う に した が、 これに限 らず、 例えば一点鎖線 3 ひ で囲んだ部分 3 0 を単に車載局 3 1 と通信制御装置のみに し、 事務 所側に該車载局 と通信し、 車両位置を検出 し、 車両が 適宜の走行経路を走行すベ く 操舵指令を無線によ って 与える手段を設ける よ う に してもよい。 これによれば 走行中に実時間で走行経路、 走行ス ケ ジ ュ ールを変更 する こ とが可能となり 、 障害物の出現など作業環境の 変化に伴う 走行条件変更の要求にも早急に対処でき る 産業上の利用可能性

以上説明 したよ う に本発明によれば、 誘導線によ る 誘導方法の利点であ る高い誘導精度と電波測量による 誘導方法の利点である走行経路の融通性とを兼ね備え た実用性の高い車両の誘導を行な う こ とができる。

Claims

請求の範囲

1 . 高い誘導精度を必要 とする 目 標経路固定領域 と、 経路変更を必要とする 目 標経路可変領域と を有 した作 業領域で車両を誘導走行させる場合において、

前記 目標経路固定領域では前記車両を誘導線によ る 誘導方法によ つて走行させ、

前記目 標経路可変領域では前記誘導線を出てか ら該 誘導線に戻る までを電波測量によ る誘導方法によ つて 前記車両を走行させる こ と を特徵とする車両の複合型 誘導方法。

2 . 前記目標経路固定領域は前記車両の積荷を降ろす ホ ッ パ部であ り 、 前記目標経路可変領域は前記車両へ の積込作業を行な う切羽部および前記ホ ッ パ部と切羽 部間の走行部である請求の-範囲第 1 項記載の車両の複 合型誘導方法。

3 . 前記誘導線によ.る誘導方法は、 前記 目標経路固定 領域に敷設された誘導線か ら発生する誘導磁界を、 前 記車両に配設される ピ ッ ク ァ ッ プ コ イ ル によ って検出 して前記誘導線に対する車両の コ 一 スずれ量または コ — スずれ量および姿勢角 を求め、 これに基づいて前記 車両を誘導する方法であ る請求の範囲第 1 項記載の車 両の複合型誘導方法。 .

4 . 前記電波測量による誘導方法は、 それぞれ電波測 量用の電波を送信する主局および 2 つの従局を所定の 位置関係で配設 し、 前記主局 と一方の従局か らの電波 の前記車両への到達時間差と、 前記主局と他方の従局 か らの電波の前記車両への到達時間差とに基づいて該 車両の位置を求め、 上記車両の位置と予め設定した走 行経路とから該走行経路に対する車両のコ 一 スずれ量 またはコ ― スずれ量および姿勢角を検出 し、 これに基 づいて前記車両を誘導する方法である請求の範囲第 1 項記載の車両の複合型誘導方法。

5 . 高い誘導精度を必要とする 目標経路固定領域に敷 設され誘導磁界を発生する誘導鎳 と、 所定の位置関係 で配設されそれぞれ電波測量用の電波を送信する主局 および 2つの従局 と、 車両に配設され前記誘導線か ら の誘導磁界を検出す ¾ ピ ッ ク ア ッ プコ イ ル と、· 該ピ ッ ク ア ップコ イ ルの出力に基づいて車両の操舵指令を発 生する第 1 の操舵指令発生手段と、 前記車両に配設さ れ前記主局および 2つの従局か らの電波を受信する受 信手段と、 該受信手段が受信 した各電波の受信時間差 に基づいて車両の位置を検出する車両位置検出手段と . 少な く と も 前記誘導線を 出てか ら誘導線に戻る までの 1 乃至複数の走行経路を記憶する記憶手段と、 前記車 両位置検出手段で検出される前記車両の位 gと前記記 憶手段か ら読み出される走行経路とに基づいて車両の 3674

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操舵指令を発生する第 2 の操舵指令発生手段 と、 前記 第 1 の操舵指令発生手段か らの操舵指令と前記第 2 の 操舵指令発生手段か らの操舵指令のいずれかを選択す る選択手段と、 該選択手段で選択された操舵指令によ つて前記車両を操舵する操舵手段と を具えた車両の複 合型誘導装置。