JP2014191689A - 移動体の走行制御手段に対して制御指令を出力する位置検出装置を取り付けた移動体及びその位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の移動体に限定されずに各種の移動体に適用可能な汎用性に優れた位置検出装置を取り付けた移動体を提供する。
【解決手段】移動体から周囲までの距離を測定する距離センサ３と地図２を用いて、移動体の位置と角度を同定する位置同定手段５と、入力手段６により設定した移動体の目標位置と目標角度に対する移動体の相対位置と相対角度を演算する相対位置演算手段７とを備え、前記位置同定手段５の同定結果と、前記相対位置演算手段７の演算結果を出力する位置検出装置をコンポーネント１０としてユニット化して移動体１００に取り付けるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体を目標地まで誘導するために、移動体の走行制御手段に対して制御指令を出力する位置検出装置を取り付けた移動体及びその位置検出装置に関するものである。

従来、例えば、特許文献１には、工場・物流倉庫などにおいて、部品の運搬や荷役作業用として走行経路にガイドラインを描き、そのガイドラインに沿って走行するＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）と呼ばれる無人搬送車が知られている。この無人搬送車は、車両にガイドラインを磁気的に検知するルート検出器が設けられ、そのルート検出器からの検知信号を車両側の制御装置に送り、駆動輪をコントロールすることよって無人搬送車をガイドラインに沿って走行させている。

また、目的地まで移動ロボットの自律移動を制御する技術として例えば、特許文献２に示す移動体システムが知られている。この移動体システムは、移動ロボットの探索範囲内に存在する物体までの距離及び方向を検出する距離センサと、平板標識の設置される位置を含む走行経路の地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、距離方向検出装置の検出結果と地図情報記憶手段に記憶された地図情報とを照合して移動ロボットの進行方向を決定する進行方向決定手段とを有し、地図情報と距離センサからの測定情報とを照合し、地図上での移動ロボットの位置を推定しながら移動ロボットの走行駆動系（車輪）を制御することによって、予め設定された経路を辿って目標地まで移動ロボットを誘導するように構成している。

特開２０１０−９５１４６号公報 特開２０１０−１４０２４７号公報

特許文献１に示す無人搬送車は、走行路案内用のガイドラインを検知することで車両経路に沿って走行することから、無人搬送車の走行経路を変更する場合、ガイドラインを設置し直す必要がある。一方、特許文献２に示す移動体システムは、予め設定した経路を辿って移動経路内において移動ロボットの位置・姿勢を推定しながら自律的に移動するためのシステムであるため、目標地の設定を変更するだけで、簡単に移動ロボットの経路を変更することができる機能を備えている。

そこで、走行路案内用のガイドラインに沿って走行する無人搬送車を改良して、無軌道の移動ロボットに改良すれば、目標地の設定を変更するだけで簡単に移動ロボットの経路を変更することができる機能を達成することは可能である。しかし、特許文献２に示す移動体システムは、移動ロボットの駆動制御手段を含む完成したシステムであり、特許文献２に用いられている移動体システムを特許文献１の無人搬送車に取り付けただけでは実際の自律型無人搬送車を達成することはできない。さらに、特許文献２に用いられている移動体システムを、例えば、移動体が駆動手段を備えていない手動で走行させる手動操作型作業台車あるいは作業者が運転する有人自走型の作業車などにおいて、目標地まで視覚的に誘導してサポートする、といったニーズに対しても直接的には対応できない。すなわち、特許文献１に示す移動体システムは、自律走行型の移動ロボット用として最適化されて完成したシステムであり、地図情報とを照合して地図上での自己の位置を推定しながら移動ロボットの走行駆動系（車輪）を制御することによって、移動ロボットの前進後退および操舵方向を制御し、設定された目標地に移動ロボットを誘導するためのシステムである。従って、これらの自動誘導機能を備えていない移動体において自動誘導の機能を実現させるためには、完成した制御系として、それぞれの移動体に自動誘導機能を組み込んだ制御系を作り上げなければならない。

このため、自律型移動体以外の用途として、例えば軌道誘導型の移動体に対して、目標地までのルートを誘導する技術に転用する場合であったとしても移動体の駆動系を制御するための制御手段も含んだ改良が必要であるために改良コストが高くなるばかりでなく、汎用性にも劣るという課題を有している。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、特定の機種に限定されることなく、多種の移動体に対して取り付けるだけで、転用可能とした汎用性に優れた移動体の走行制御手段に対して制御指令を出力する位置検出装置を取り付けた移動体及びその位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る移動体においては、移動体の移動目標位置を入力する入力手段と、当該移動体から周囲環境までの距離を測定する距離センサとを備えており、当該移動体を取り巻く周囲環境の地図情報と当該距離センサから得られた情報を用いて、当該移動体の位置と角度を同定する位置同定手段と、前記入力手段により設定した当該移動体の目標位置と目標角度に対する当該移動体の相対位置と相対角度を演算する相対位置演算手段とを内蔵しており、前記位置同定手段の同定結果と前記相対位置演算手段の演算結果とに基づいて当該移動体の走行制御手段に対して制御指令を出力する位置検出装置を取り付けたことを特徴とする。

また、本発明に係る移動体においては、前記入力手段と前記距離センサとを前記位置検出装置に内蔵させたことを特徴とする。

また、本発明に係る移動体においては、前記位置検出装置は、入力手段により地図の原点の地図絶対座標を入力し、該地図絶対座標により前記移動体の絶対位置及び絶対角度を演算する絶対位置演算手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る移動体においては、前記位置検出装置は、前記絶対位置演算手段の演算結果は前記移動体の位置を表示する表示装置に出力することを特徴とする。

さらに、本発明に係る位置検出装置において、移動体は、ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）と称される無人搬送車であり、前記取り付けた位置検出装置の前記相対位置演算手段からの制御指令を、前記無人搬送車の走行制御手段に対して出力するように構成したことを特徴とする。

さらに、本発明に係る位置検出装置において、移動体は、手動型移動体としての介護用歩行器であり、当該介護用歩行器を取り付けた前記位置検出装置の前記絶対位置演算手段からの自己の絶対位置情報を表示装置に表示するように構成したことを特徴とする。

さらに、本発明に係る位置検出装置において、移動体は、フォークリフトであり、当該フォークリフトに取り付けた前記位置検出装置の前記絶対位置演算手段からの自己の絶対位置情報を表示装置に表示するように構成したことを特徴とする。

さらに、本発明に係る位置検出装置において、移動体の移動目標位置と目標角度を入力する入力手段と、当該移動体から周囲環境までの距離を測定する距離センサから得られた情報と周囲環境の地図情報とを用いて当該移動体の位置と角度を同定する位置同定手段と、前記目標位置と前記目標角度に対する当該移動体の相対位置と相対角度を演算する相対位置演算手段とを備え、前記位置同定手段の同定結果と前記相対位置演算手段の演算結果とを出力することを特徴とする。

さらに、本発明に係る位置検出装置において、移動体の目標経路を入力する入力手段と、当該移動体から周囲環境までの距離を測定する距離センサから得られた情報と周囲環境の地図情報とを用いて当該移動体の位置と角度を同定する位置同定手段と、前記目標経路に対する当該移動体の相対距離と相対角度を演算する相対経路演算手段とを備え、前記位置同定手段の同定結果と前記相対経路演算手段の演算結果とを出力することを特徴とする。

本発明に係る移動体の走行制御手段に対して制御指令を出力する位置検出装置を取り付けた移動体は、位置同定手段の同定結果と、相対位置演算手段の演算結果を自律移動する移動体に出力することによって自律型移動体においてユーザが設定した経路を辿って目標地まで自律型移動体を誘導することができ、一方、絶対位置演算手段の演算結果を表示装置に出力すれば目標地まで経路などを視覚的に表示してユーザを誘導することができる。

本発明の位置検出装置を自律型移動体に適用した制御系全体を示す概略構成ブロック図である。 地図の原点を基準にした地図Ｂにおけるスタート点と目標点の関係を示す説明図である。 本発明の位置検出装置を自律型移動体に取り付けた例を示す外観斜視図である。 本発明の位置検出装置を無人搬送車に適用するための図１とは異なる制御系全体を示す概略構成ブロック図である。 経路に従って走行する無人搬送車に適用したときの図２とは異なる地図Ｂにおけるスタート点と目標点の関係を示す説明図である。 本発明の位置検出装置を手動型移動体に取り付けた例を示す外観斜視図である。 本発明の位置検出装置をフォークリフトに取り付けた例を示す外観斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。

図１は、本発明の位置検出装置１を自律型移動体に適用した制御系全体を示す概略構成ブロック図である。同図に示すように、移動体１００に対して取り付け可能な位置検出装置１はコンポーネント１０で構成されており、移動体１００の目標位置（Ｘｇ，Ｙｇ）（必要に応じて目標角度（θｇ））を入力する入力手段６と、移動体１００の周囲環境データを取り込むレーザ距離センサ３とを設けている。移動体１００に対して取り付け可能な位置検出装置１は、記録形態は特定されない記録媒体に記録された地図データ２と、この地図データ２と距離センサ３から得られた測定データとを比較照合するデータ照合手段４とから構成される位置同定手段５と、入力手段６でユーザが設定した移動体１００の目標位置（Ｘｇ，Ｙｇ）（必要に応じて目標角度（θｇ））に対する移動体１００の相対位置（必要に応じて相対角度）を演算する相対位置演算手段７と、位置同定手段５による同定結果によって得られた移動体１００の位置（必要に応じて角度）を演算する絶対位置演算手段８とから構成される。これらはコンポーネント１０としてユニット化されることにより、各種の移動体に取り付けることが可能である。

距離センサ３は、例えば２次元レーザレンジファインダのような２次元スキャン型距離センサであり、そのレーザ光線が、左右に傾いていない平面（スキャン平面）内において、センサ取付位置を中心にして２７０°程度、扇状にスキャンして照射され、その反射光を受信して壁や棚などの周囲物体までの距離を計測する。地図データ２は壁や棚などの周囲物体の境界のデータから構成されている。位置同定手段５は、距離センサ３からの計測データを取り込んで地図データ２と照合し、絶対位置演算手段８によって地図上での移動体１００の自己の絶対位置Ｘ，Ｙ（必要に応じて絶対角度（θ））を演算処理し、その自己装置の絶対位置Ｘ，Ｙ（必要に応じて絶対角度（θ））と入力手段６からの目標位置（Ｘｇ，Ｙｇ）（必要に応じて目標角度（θｇ））により、目標位置に対する自装置絶対位置の相対位置を演算する。

ユーザは、キーボードやマウスなどの入力手段６によって、目標地点の位置（Ｘｇ，Ｙｇ）（必要に応じて目標角度θｇ）や当該目標地点に至る経路あるいは道順など予め設定し、これを経路データとして相対位置演算手段７に入力しておく。ここでは、目標角度θｇがある場合について説明する。この経路データは、移動体５０が自律的に移動するのに必要となるデータであって、計画（指定）された経路における経由地点の位置（座標）や、目標地まで移動（走行）する道順や経路などや、目標地点での姿勢（角度）を示すデータにより構成される。相対位置演算手段７によって演算処理した経路データは、制御指令２１（ｄｘ，ｄｙ，ｄθ）として自律型移動ロボット２０の走行駆動手段２３に出力される。自律型移動体ロボット２０には、該自律型移動ロボット２０を移動制御するための左右の車輪及びこの車輪をそれぞれ個別に駆動可能なモータなどから成る走行駆動手段２３が備えられており、相対位置演算手段７からの制御指令２１（ｄｘ，ｄｙ，ｄθ）を走行制御手段２２に出力することによって、自律型移動体ロボット２０の速度（ｄｘ，ｄｙによる制御）や操舵角（ｄθによる制御）が制御され、ユーザが設定した経路を辿って目標地まで自律型移動体ロボット２０を誘導することができる。

図２を用いて、地図Ｂ上に定められた原点を基準として、スタート点Ｇ０から目標点Ｇｎに到達する際の動作を説明する。地図Ｂ上にｘｂ軸とｙｂ軸の交点を地図Ｂの原点を設ける。地図Ｂ上の座標は（Ｘｂ，Ｙｂ，θｂ）で表される。角度（θｂ）は移動体１００の姿勢（向き）を意味する値である。移動体１００は、スタート点Ｇ０において水平右向きであり、スタートしてそのまま水平に装置４の前の第１経由地Ｇ１に向かい、第１経由地Ｇ１から一定の旋回半径で左に９０度旋回しながら垂直上向きで第２経由地Ｇ２に至る。次に、装置１手前の第３経由地Ｇ３まで一定の旋回半径で右旋回して右に９０度回転して水平右向きとなり、そのまま第３経由地Ｇ３まで進む。さらに、移動体１００は装置５の横で装置３の手前の第４経由地Ｇ４まで直進した後、一定の旋回半径で左に９０度旋回して垂直上向きとなり、直進して目的地Ｇｎまで進む。移動体１００は、目的地Ｇｎでは装置３に対して水平となる姿勢を保つようにしている。移動体１００は、地図Ｂの原点を基にしたＢ棟の内法と装置１乃至５の外形からなる地図データを予め記憶しており、移動体１００は、サンプリングタイムごとに自己の移動体１００からの周囲環境のデータを計測し、その計測データと地図データとを比較してマッチングを取りながら、自己の絶対位置と目標位置に対する相対位置を求めながら、走行を制御している。

以上のように、本発明の移動体１００に対して取り付け可能な位置検出装置１の絶対位置演算手段８は、移動体１００が移動する環境内の予め決められた地図の特定地点を原点とする座標系の絶対位置を演算処理することができる。この絶対位置演算手段８から得られた絶対座標は、移動体１００の表示手段３０の表示装置３１上に出力することができる。これによって、移動体１００の表示手段３０に備えた表示装置３１にて移動体１００の絶対位置（Ｘ，Ｙ座標）と、移動体１００の絶対角度が表示され、目標地までのルート表示が可能となる。

本発明は、以上のように、位置検出装置１をコンポーネント１０としてユニット化し、各種の移動体１００に取り付けることができるように構成し、その取り付けた位置検出装置１からは、移動体１００に対する演算終了後の制御指令を出力するようにしたので、位置検出装置１を特定の移動体に限定されることなく、多種の移動体に取り付けることが可能となるものである。

すなわち、図１では移動体として自律型移動ロボット２０を示したが、例えば図３に示すように、移動体としてＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）と称する無人搬送車５０に対して位置検出装置１をコンポーネント１０として取り付けることも可能であり、このようにした場合、無人搬送車５０に組み込まれている走行制御手段２２に対して制御指令２１を出力するように変更すれば、容易に無人搬送車５０の走行及び操舵角を制御して無人搬送車５０を所定の経路を辿って目標地まで無軌道で誘導制御することができる。これにより、無人搬送車５０の経路を変更する場合、経路に形成したガイドラインＡの設置を変更することなく、単に目標地の設定を変更するだけで、簡単に無人搬送車５０の経路を変更することができる。

図４に、経路Ａに沿って移動する無人搬送車５０に適用する際の実施例を示す。図１と異なる点は、入力手段６から位置検出装置１に入力される情報が、目標位置Ｘｇ，Ｙｇだけで、目標角度θｇを入力していない点である。目標角度θｇは目標角度演算手段８１において、目標位置Ｘｇ，Ｙｇを用いて計算する。例えば、目標点Ｇ２の目標角度θｇ２は下記の式により求める。
θｇ２＝ｔａｎ-1｛（Ｙg2−Ｙｇ1）／（Ｘg2−Ｘg1）｝
つまり、１つ前の目標点Ｇ１から目標点Ｇ２までの線分の傾きで計算する。これにより、入力手段６から入力する情報は少なくすることができる。さらに、目標点Ｇ0〜Ｇｎを設定することにより、図５に示すように、無人搬送車５０が走行する経路Ａを確定できる。次に、図４の相対位置演算手段７において、目標点までの相対距離ｄｘ、ｄｙと相対角度ｄθを計算する点は図１と同じであるが、それを経路偏差演算手段８２に入力している点が異なる。

目標点Ｇ４に向かって走行しているときの無人搬送車５０が図５に示すような状態にあるとすると、経路Ａからの位置ずれｄは目標点Ｇ４からの相対距離ｄｙに相当するので、それを選択することにより、位置ずれｄを求めることができる。また、経路Ａに対する角度ずれγは相対角度ｄθに相当するので、それを選択して角度ずれγとして出力している。これを無人搬送車５０の走行制御手段２２に制御指令２１を出力することで、従来の無人搬送車と同じ制御を実現する。位置検出装置１を入れ替えるだけで、従来、現場に設置していた磁気テープやマーカーなどを必要とすることなく、同一の制御方法で無人搬送車を走行することができるので、柔軟性を有するシステムを構築できる利点がある。

また、図６に示すように、移動体として例えば病院内においてリハビリ用などに用いる介護用歩行器６０（手動型移動体）に適用し、絶対位置演算手段８から介護用歩行器６０に設けた表示装置３１に自己の絶対位置を表示すれば、予め指定されたルートを通って介護用歩行器６０の介助を受けながら歩行するような場合、その設定したルートに従って介護用歩行器６０が進む方向を表示してユーザを誘導することができる。これにより、表示装置３１によりユーザを目標地まで視覚的に誘導しながら歩行を介助することができる。

この場合には、介護用歩行器６０は、走行のための動力を備えることは安全上問題がある。詳細には説明しないが、自走する車輪にエンコーダを備えておき、相対位置演算手段からの制御指令に従って自走しているか否かの監視に使うことができる。また、目的と相違した方向に走行しようとした場合には制動力を発揮することも可能である。

さらに、図７に示すように、移動体として運転者が運転する自走式のフォークリフト７０に適用した場合でも、絶対位置演算手段８からのフォークリフト７０に設けた表示装置３１に情報が出力すれば、工場・物流倉庫などにおいて、予め設定したルートに従ってフォークリフト７０が進む方向を運転者に表示して誘導することができる。

本発明においては、以上のように、位置検出装置１をコンポーネント１０としてユニット化し、自律式、自走型、手動型といった各種の移動体に取り付けることが可能であり、汎用性に優れるとともに、位置検出装置１自体には、移動体の走行駆動系を制御するための構成も不要となり、構成も簡略化することができる。

１ 位置検出装置
２ 地図データ
３ 距離センサ
４ 位置同定手段
６ 入力手段
７ 相対位置演算手段
８ 絶対位置演算手段
１０ 位置同定コンポーネント
２０ 自律型移動ロボット（移動体）
３０ 表示手段
３１ 表示装置
５０ 無人搬送車（移動体）
６０ 介護用歩行器（移動体）
７０ フォークリフト（移動体）
８２ 経路偏差演算手段
１００ 移動体

Claims (9)

1. 移動体の移動目標位置を入力する入力手段と、当該移動体から周囲環境までの距離を測定する距離センサとを備えており、
   当該移動体を取り巻く周囲環境の地図情報と当該距離センサから得られた情報を用いて、当該移動体の位置と角度を同定する位置同定手段と、前記入力手段により設定した当該移動体の目標位置と目標角度に対する当該移動体の相対位置と相対角度を演算する相対位置演算手段とを内蔵しており、前記位置同定手段の同定結果と前記相対位置演算手段の演算結果とに基づいて当該移動体の走行制御手段に対して制御指令を出力する位置検出装置を取り付けたことを特徴とする移動体。
2. 前記入力手段と前記距離センサとを前記位置検出装置に内蔵させたことを特徴とする請求項１記載の移動体。
3. 前記位置検出装置は、入力手段により地図の原点の地図絶対座標を入力し、該地図絶対座標により前記移動体の絶対位置及び絶対角度を演算する絶対位置演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の移動体。
4. 前記位置検出装置は、前記絶対位置演算手段の演算結果は前記移動体の位置を表示する表示装置に出力することを特徴とする請求項３記載の移動体。
5. 請求項１記載の移動体は、ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）と称される無人搬送車であり、当該無人搬送車に取り付けた位置検出装置の前記相対位置演算手段からの制御指令を、前記無人搬送車の走行制御手段に対して出力するように構成したことを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項１記載の移動体は、手動型移動体としての介護用歩行器であり、当該介護用歩行器取り付けた前記位置検出装置の前記絶対位置演算手段からの自己の絶対位置情報を表示装置に表示するように構成したことを特徴とする位置検出装置。
7. 請求項１記載の移動体は、フォークリフトであり、当該フォークリフトに取り付けた前記位置検出装置の前記絶対位置演算手段からの自己の絶対位置情報を表示装置に表示するように構成したことを特徴とする位置検出装置。
8. 移動体の移動目標位置と目標角度を入力する入力手段と、当該移動体から周囲環境までの距離を測定する距離センサから得られた情報と周囲環境の地図情報とを用いて当該移動体の位置と角度を同定する位置同定手段と、前記目標位置と前記目標角度に対する当該移動体の相対位置と相対角度を演算する相対位置演算手段とを備え、前記位置同定手段の同定結果と前記相対位置演算手段の演算結果とを出力することを特徴とする位置検出装置。
9. 移動体の目標経路を入力する入力手段と、当該移動体から周囲環境までの距離を測定する距離センサから得られた情報と周囲環境の地図情報とを用いて当該移動体の位置と角度を同定する位置同定手段と、前記目標経路に対する当該移動体の相対距離と相対角度を演算する相対経路演算手段とを備え、前記位置同定手段の同定結果と前記相対経路演算手段の演算結果とを出力することを特徴とする位置検出装置。
   

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