JP2704266B2 - 無人搬送車の走行制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、無人搬送車の走行制御装置に係わり、特に
２点間の走行に関する情報から両者の間の駆動パターン
を生成し、その駆動パターンに基づき無人搬送車を走行
させる制御装置に関する。

（従来の技術） 従来より、走行路の地図を予め記憶し、走行路の要所
に設置された目標点を検知、あるいは走行距離を演算す
ることにより、前記地図上で自らの位置を確認しながら
走行する無人搬送車がある。この無人搬送車が、目標点
付近から目標点上を通過、あるいは目標の停止位置へ位
置決めする場合、従来は目標位置と無人搬送車との位置
関係から、両者の間の走行経路を、直線と円弧の結合
した軌道、または、クロソイド関数あるいはスプライ
ン関数等の補間関数で表された曲線の軌道として生成
し、生成した軌道上を走行する様に無人搬送車の駆動手
段を制御していた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前記の生成軌道の場合、直線と円弧の結合
点は曲率変化が連続ではなく、従って前記結合点で駆動
手段への駆動指令値が不連続に変化してしまい、駆動手
段が追従することが困難となり、結果的に目標点に到達
できないという問題があった。

また、前記の生成軌道の場合、軌道曲率は連続に変
化するものの、軌道生成には駆動手段の加減速時の能力
を考慮せず、従って車輪の加減速を伴う実走行時には目
標とする軌道上を正確に走行することは困難であった。
さらに、複雑な補間操作に繰り返し演算を含むため、軌
道生成の演算に多大な時間を必要とし、目標位置付近で
の状況に応じた軌道生成をリアルタイムに行うのは困難
があった。

本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、曲率変化が
連続、かつ駆動系の能力を考慮した軌道を、リアルタイ
ムで生成することを可能にした無人搬送車の走行制御装
置を提供することを目的とする。

（第１の発明の説明） 本第１発明は、第１図に示すように、無人搬送車が走
行する平面上のＸ方向に関する無人搬送車の制御開始位
置における位置および速度および加速度情報と、制御終
了位置において無人搬送車がとるべき前記Ｘ方向に関す
る位置および速度および加速度情報と、前記Ｘ方向とは
異なる方向であるＹ方向に関する無人搬送車の制御開始
位置における位置および速度および加速度情報と、制御
終了位置において無人搬送車がとるべき前記Ｙ方向に関
する位置および速度および加速度情報と、前記２つの位
置における制御開始および制御終了時刻とを記憶し出力
する走行情報記憶手段Ｉと；前記Ｘ方向について予め定
めた連続な時間関数に基づき、前記走行情報記憶手段Ｉ
より出力される前記２つの位置における無人搬送車のＸ
方向に関する走行情報を用いて、前記２つの位置の間の
Ｘ方向の駆動パターンを生成するＸ方向駆動パターン生
成手段II₁と；前記Ｙ方向について予め定めた連続な時
間関数に基づき、前記走行情報記憶手段Ｉより出力され
る前記２つの位置における無人搬送車のＹ方向に関する
走行情報を用いて、前記２つの位置の間のＹ方向の駆動
パターンを生成するＹ方向駆動パターン生成手段II
₂と；無人搬送車の車輪を駆動する駆動手段IVと；前記
Ｘ方向およびＹ方向駆動パターン生成手段II₁、II₂で各
々生成されたＸ方向およびＹ方向の駆動パターンに基づ
き、前記駆動手段IVに対する駆動指令値を演算する駆動
指令値演算手段IIIと、からなり、走行平面上の相異な
るＸおよびＹ方向について、各々独立に定めた時間関数
と２つの位置での走行情報とにより、ＸおよびＹ方向の
各々の連続な駆動パターンを生成することにより、目標
となる制御終了位置まで無人搬送車をスムーズに走行さ
せ、かつ目標位置へ精度良く誘導することを特徴とする
無人搬送車の制御装置とからなることを特徴とする。

この様な構成を有する本第１発明の作用について説明
する。

走行情報記憶手段Ｉは、軌道生成による走行制御する
ための制御開始位置および制御終了位置における時刻と
無人搬送車の位置および速度および加速度情報と相異な
るＸおよびＹ方向の２つの方向の各々に関して記憶して
いる。

Ｘ方向駆動パターン生成手段II₁は、Ｘ方向について
予め定めた連続な時間関数に基づいて、走行情報記憶手
段ＩからのＸ方向に関する走行情報、すなわち、制御開
始位置および制御終了位置における無人搬送車の位置、
速度、加速度情報と前記２つの位置での時刻を用いて、
前記２つの位置の間の駆動パターンを時間の関数として
生成する。同時に、Ｙ方向駆動パターン生成手段II₂も
Ｘ方向駆動パターン生成手段II₁と同様にして、予め定
めた連続な時間関数に基づいて、走行情報記憶手段Ｉか
らのＹ方向に関する走行情報を用いて、前記２つの位置
の間の駆動パターンを時間関数として生成する。

駆動指令値演算手段IIIでは、Ｘ方向およびＹ方向駆
動パターン生成手段II₁、II₂で生成されたＸ方向および
Ｙ方向の駆動パターンに基づいて、無人搬送車の車輪を
駆動する駆動手段IVに指令を与える。そして駆動手段IV
が、駆動指令値演算手段IIIから与えられる指令値に基
づいて車輪を駆動し、結果として制御開始および制御終
了位置の間の走行経路上を走行し、目標となる位置へ到
達する。

本第１発明では、制御開始位置および制御終了位置に
おける位置、速度、加速度、時間などの走行情報より、
相異なる２つの方向について、各々連続な時間関数に基
づいて駆動パターンを生成しているため、制御開始位置
より制御終了位置に至る滑らかに時間変化する無人搬送
車の軌道、速度、加速度をリアルタイムに同時に決定す
ることができ、従って無人搬送車を目標とする位置にス
ムーズにかつ正確に到達させることができる。

前記第１発明をさらに具体化した、前記Ｘ方向駆動パ
ターンは、前記Ｘ方向について予め定めた連続な時間関
数の各係数を、前記Ｘ方向に関する走行情報すなわちＸ
方向の前記２つの位置における位置および速度および加
速度情報と、前記２つの位置における時刻とを境界条件
として決定することにより生成されるＸ方向の加速度の
時間パターンであり；前記Ｙ方向駆動パターンは、前記
Ｙ方向について予め定めた連続な時間関数の各係数を、
前記Ｙ方向に関する走行情報すなわちＹ方向の前記２つ
の位置における位置および速度および加速度と、前記２
つの位置における時刻とを境界条件として決定すること
により生成されるＹ方向の加速度の時間パターンであ
り；前記駆動指令値が、前記Ｘ方向およびＹ方向の加速
度および速度の値より決定される無人搬送車の車体速度
および軌道曲率であることを特徴とする第２発明を採用
することができる。

また、前記第１発明は、第２図に示すように、前記Ｘ
方向及びＹ方向の駆動パターンにより、目標軌道上の無
人搬送車が存在すべき位置を演算する目標軌道演算手段
VI₂と；無人搬送車が実際に存在する現在の位置を計測
する位置計測手段Ｖと；前記位置計測手段Ｖからの無人
搬送車の現在の位置と前記目標軌道演算手段VI₂からの
無人搬送車の目標軌道上の位置との偏差を演算し、該偏
差が予め定めたしきい値を越えた場合に、前記Ｘ方向お
よびＹ方向駆動パターン生成手段II₁、II₂に各々再生成
指令を出力する比較手段IV₁とを具備するとともに、前
記Ｘ方向およびＹ方向駆動パターン生成手段II₁、II
₂が、前記比較手段VI₁からの再生成指令の入力により、
各々Ｘ方向およびＹ方向駆動パターンを再生成すること
を特徴とする第３発明を採用することができる。すなわ
ち、実走行時には、走行床面の凹凸、駆動輪と走行床面
との間の滑り、演算時間による遅れ、積載荷重変化によ
る無人搬送車の走行特性の変化等種々の誤差要因が存在
する。このため生成した駆動パターンによる走行中に、
目標軌道からの誤差が累積する。

本第３発明ではこの誤差を比較手段VI₁により検知す
る。すなわち、目標軌道演算手段VI₂が演算した無人搬
送車が存在すべき目標軌道上での位置と、位置計測手段
Ｖが計測した無人搬送車の現在位置との偏差として表わ
し、その偏差が予め定めたしきい値を越えた場合に、比
較手段VI₁からＸ方向およびＹ方向駆動パターン生成手
段II₁、II₂へそれぞれ再生成指令が出力される。一方、
Ｘ方向およびＹ方向駆動パターン生成手段II₁、II₂は、
比較手段VI₁から再生成指令が入力されると、その時の
無人搬送車の位置および無人搬送車が到達すべき目標位
置をそれぞれ制御開始位置および制御終了位置として走
行情報記憶手段から新たな走行情報を入力し、その走行
情報に基づいてＸ方向およびＹ方向駆動パターンを再生
成する。

駆動指令値演算手段IIIおよび駆動手段IVは、再生成
されたＸ方向およびＹ方向駆動パターンに基づいて動作
し、その結果無人搬送車は目標軌道上からずれた位置よ
り、到達すべき目標位置へ正確に誘導される。

本第３発明によれば、Ｘ方向およびＹ方向駆動パター
ンに基づいて制御された実走行中に、種々の誤差要因に
より目標軌道から走行経路がずれても、走行中にＸ方向
およびＹ方向駆動パターンを再生成するので、容易に軌
道修正が可能となり、無人搬送車を正確に目標位置へ到
達させることができる。

さらに、前記走行情報記憶手段が、前記２つの位置に
おける時刻を前記２つの位置関係に応じて決定する時間
パラメータ調整手段を有することを特徴とする第４発明
を採用することができる。

この時間パラメータ調整手段は、制御開始位置および
制御終了位置における走行情報に応じて、両者における
時刻すなわち制御開始時刻および制御終了時刻を決める
ものである。すなわち、前記時刻を用いてＸ方向および
Ｙ方向駆動パターン生成手段が生成する駆動パターン
は、制御開始時刻と制御終了時刻との時間間隔を変更す
ることにより、時間に対するパターンの振幅を変えるこ
とができる。従って、例えば制御開始時刻と制御終了時
刻とが比較的接近している場合には、前記時間間隔をよ
り大きく変更することにより、駆動パターンはゆるやか
な変化となり、無人搬送車は急激な駆動を強いられるこ
となくスムーズかつ正確に目標位置に到達することがで
きる。さらに、制御開始時刻または制御終了時刻をＸ方
向とＹ方向とで異ならせることにより、無人搬送車が平
面上でＸ方向またはＹ方向のみに走行する状態を形成す
ることができ、従って、より正確な目標位置での姿勢制
御を可能にする。

本第４発明によれば、Ｘ方向およびＹ方向駆動パター
ン生成手段に与える制御開始位置および制御終了位置に
おける走行情報に応じて決定するので、目標位置へ状況
に応じて正確に誘導することができる。

（実施例） 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１実施例 第１実施例は第２発明をさらに具体化したものであ
る。第３図は、本第１実施例に係わる走行制御装置を適
用した無人搬送車の概略構成図である。

本実施例の無人搬送車１は、光学式センサ13、14と、
位置計測コンピュータ15と、走行制御位置12と、駆動装
置10、11と、モータ８、９と、減速機６、７と、駆動輪
２、３と、駆動輪２、３と各々同軸に配設した計測輪2
5、25と、計測輪25、25の回転数を検出するエンコーダ2
6、26と、蓄電池20と、キャスタ16、17、18、19とから
なる。

駆動輪２、３は、車体の前後方向の中心軸上にあって
車体の中心から左右に等距離の位置において、車体に固
定されたモータ８、９によりモータ８、９に付設された
減速機６、７および減速機６、７の出力軸４、５を介し
て各々独立に回転駆動され、車体の四隅に配設されたキ
ャスタ16、17、18、19とによって無人車１を平面上のあ
らゆる方向に走行可能としている。

光学式センサ13、14は、車体の前後に配設され、目標
となる停止マークまでの距離を測定する。光学式センサ
を車体前後に配設することにより、無人搬送車１は前後
どちらの方向にも走行制御可能である。

位置計測コンピュータ15は、光学式センサ13、14から
の距離情報と、左右の計測輪25、25の回転数の積算によ
って得られる移動距離とによって目標位置および方位に
対する無人搬送車１の現在の位置、方位を算出する。

走行制御装置12は、位置計測コンピュータ15からの無
人搬送車の現在の位置、方位情報に基づいて無人搬送車
の走行軌道を生成し、左右の駆動輪２、３の時々刻々の
速度指令を演算し、駆動装置10、11へ出力する。駆動装
置10、11は走行制御装置12からの速度指令に基づいて、
モータ８、９を回転速度制御する。その結果無人搬送車
１は所定の軌道を走行して目標位置へ到達する。

第４図は、走行制御装置12のシステムブロック図を示
す。走行制御装置12は、走行情報記憶装置24と、Ｘ方向
およびＹ方向加速度生成装置21、22と、時計38と、制御
指令値演算装置23とからなる。なおＸ方向およびＹ方向
加速度生成装置21、22はともに同一の構成をなして、各
々Ｘ方向およびＹ方向の情報を扱っており、以下の説明
ではＹ方向加速度生成装置22については省略する。

走行情報記憶装置24は、前記位置計測コンピュータ15
から出力される無人搬送車１の現在位置におけるＸ方向
の加速度α_xs、速度v_xs、位置座標x_s、時刻t_xsと、目標
停止位置におけるＸ方向の加速度α_xd、速度v_xd、位置
座標x_d、時刻t_xeと、現在位置および目標停止位置にお
けるＹ方向の加速度α_ys、α_yd、速度v_ys、v_yd、位置座
標y_s、y_d、時刻t_ys、t_yeとを記憶している。

Ｘ方向加速度生成装置21は、走行情報記憶装置24から
Ｘ方向に関する走行情報α_xs、α_xd、v_xs、v_xd、x_s、
x_d、t_xs、t_xeを入力し、現在位置から目標位置に到達す
るのに必要な連続な加速度パターンを３次の時間関数f_x
（ｔ）として生成するＸ方向加速度パターン生成器32
と、前記Ｘ方向加速度パターン生成器32で生成されたＸ
方向の加速度パターンf_x（ｔ）と時計38より順次出力さ
れる時刻t₁とから、時々刻々Ｘ方向方向の加速度指令値
α_ｘを出力するＸ方向加速度演算器36とからなる。

制御指令値演算装置23は、Ｘ方向およびＹ方向加速度
演算器36、37より出力される時々刻々のＸ方向およびＹ
方向加速度指令値α_ｘ、α_ｙを入力し、時々刻々の車体
速度のベクトル指令値v_sdを積分演算するベクトル積分
器39と、Ｘ方向およびＹ方向加速度演算器36、37より出
力されるＸ方向およびＹ方向加速度指令値α_ｘ、α_ｙと
ベクトル積分器39より出力される車体速度のベクトル指
令値x_x、v_yとを入力し、無人搬送車の車速｜▲▼
｜と曲率f_dを演算するベクトル演算器40と、ベクトル演
算器40より出力される車速および曲率に基づいて左右の
駆動輪２、３の速度指令値を演算する駆動輪速度演算器
41とからなる。

無人搬送車１は、前記光学式センサー13、14により目
標停止位置および予め設定された位置に置かれた停止マ
ークを計測する。位置計測コンピュータ15はこのセンサ
情報に基づいて、目標停止位置の位置および方位と現在
の無人搬送車の位置および方位を算出し、走行制御装置
12へ出力する。

この演算は次のように行う。位置計測コンピュータ15
は、光学式センサ13、14が停止マークを検知すると、予
め記憶しているその停止マークと目標の停止位置および
方位との間の相対的な位置（x_m,y_m）および方位θ_ｍに
基づき、まず線形独立の関係にあるＸ方向およびＹ方向
を設定する。この２方向は任意にとることができるが、
本実施例では第５図のような目標停止位置47を原点（0,
0）にとり、停止次の目標方位44を基準となるＸ軸に、
またＸ軸に対し90゜の方向45をＹ軸にとったＸ−Ｙ直交
座標系を走行平面41上に設定する。なお、以後の実施例
の説明において、単にＸ方向、Ｙ方向というのは、目標
停止位置において上述第５図に示す方向を言う。

次に、無人搬送車１が停止マークの真横に来たとき、
光学式センサ13、14からの距離情報により得られる無人
搬送車１と停止マークとの間の相対的な距離１および方
位角θ_ｒとを用いて、無人搬送車の目標停止位置に対す
る現在の位置（x_s,y_s）および方位θ_ｓを次の式により
演算する。

θ_ｓ＝θ_ｍ＋θ_ｒ x_s＝x_m＋１・sin θ_ｍ y_s＝y_m−１・cos θ_ｍ さらに、無人搬送車の現在の車体速度v_sは、エンコー
ダ26、26からの出力である左右の計測輪25、25の速度v
_cL、v_crより、 v_s＝（v_cL＋v_cr）/2 によって得られる。

従って、ＸおよびＹ方向の制御開始位置での速度
v_xs、v_ysは、 v_xs＝v_s・cos θ_ｓ v_ys＝v_s・sin θ_ｓ で得ることができる。

ここで、駆動輪の滑り等による誤差が小さい場合は、
計測輪の速度v_cL、v_crのかわりに、左右の駆動輪への速
度指令値v_L、v_rを用いて次の式で得られる。

v_xs＝（（v_L＋v_r）・cos θ_ｓ）/2 v_ys＝（（v_L＋v_r）・sin θ_ｓ）/2 一方、ＸおよびＹ方向の制御開始位置での加速度
α_xs、α_ysは、上記速度v_xs、v_ysの時間微分により得ら
れ、さらに方位の角度誤差が小さい場合には駆動系への
指令値α_ｘ、α_ｙを用いることもできる。

次に、走行制御装置12内部の演算手順を示す。

Ｘ方向および方向加速度生成装置21、22は、Ｘおよび
Ｙ方向について無人搬送車が目標停止位置に到達するた
めに必要な加速度を各々演算する。すなわち、Ｘ方向加
速度生成装置21は、停止時目標方位方向である、Ｘ方向
の加速度を、またＹ方向の加速度生成装置22では、停止
時目標方位に直交する方向である、Ｙ方向の加速度を演
算する。

次にＸ方向加速度生成装置21での演算手順を示す。

先ず、位置計測コンピュータ15で得られた目標停止位
置47の位置および方位情報と、現在の無人搬送車の位置
および方向情報と、駆動装置10、11が、現在、駆動輪
２、３へ出力している車速とから、Ｘ方向加速度パター
ン生成器32で加速度パターン生成を行うためにＸ−Ｙ直
交座標系上でのＸ方向44の位置速度情報を得なければな
らない。そのために、走行情報記憶装置24により、Ｘ方
向44の無人搬送車の現在のＸ方向位置座標値x_sとＸ方向
速度v_xs、無人搬送車のＸ方向目標位置座標値x_dとＸ方
向目標速度v_xdが演算される。このとき、目標停止位置4
7を原点にとっているため無人搬送車のＸ方向目標位置
座標値x_d＝０であり、また、停止時位置決めを行うため
のＸ方向目標速度v_xd＝０である。

次に、Ｘ方向加速度パターン生成器32で、以上のよう
に求めた走行情報記憶装置24からのＸ方向の位置速度情
報より、目標位置へ到達するのに必要な連続な加速度パ
ターンを３次の時間関数で生成する。演算は、次のよう
に行う。また、第６図（ａ）に演算過程を示す。

無人搬送車のＸ方向加速度パターンを次のような時間
ｔの三次関数f_x（ｔ）で生成する。

f_x（ｔ）＝a_x・t³＋b_x・t²＋c_x・ｔ＋d_x 従って、無人搬送車のＸ方向速度パターンF_x（ｔ）
は、前記Ｘ方向加速度パターンf_x（ｔ）を積分した となる。また、無人搬送車が前記Ｘ方向加速度パターン
f_x（ｔ）とＸ方向速度パターンF_x（ｔ）に基づいて制御
された場合、その無人搬送車の目標軌道のＸ方向成分
は、速度パターンF_x（ｔ）を積分した となる。ここで、C₁、C₂は積分定数である。

無人搬送車は現在の位置方位速度から停止目標位置方
位速度へ連続的に滑らかに走行移動していかなければな
らない。そのため、加速度、速度、位置のパターン関数
f_x（ｔ）、F_x（ｔ）、G_x（ｔ）は、制御開始時刻t_xsか
ら制御終了時刻t_xeまでを連続的に結合しなければなら
ない。そのために、走行情報記憶装置24から出力される
無人搬送車の現在のＸ方向位置座標値x_sとＸ方向速度v
_xsとＸ方向加速度α_xs及び、無人搬送車のＸ方向目標位
置座標値x_dとＸ方向目標速度v_xdとＸ方向加速度α_xdを
境界条件として、加速度、速度、位置のパタン関数f
_x（ｔ）、F_x（ｔ）、G_x（ｔ）を解く。本実施例では、
制御終了時刻ｔ＝t_xs＝t_yeに無人搬送車は目標停止位置
（x_d,y_d）＝（0,0）に到達する。またこの場合、制御開
始時刻t_xsに於ける加速度α_xs、制御終了時刻t_xeに於け
る加速度α_xsは、加速度パターンf_x（ｔ）に連続性を与
えるため、０と設定する。加速度、速度、位置のパター
ン関数f_x（ｔ）、F_x（ｔ）、G_x（ｔ）の他の境界条件は
以下のようになる。

f_x（t_xs）＝α_xs＝０ f_x（t_xe）＝α_xe＝０ F_x（t_xs）＝v_xs F_x（t_xe）＝v_xe＝０ G_x（t_xs）＝x_s G_x（t_xe）＝x_d＝０ このとき、制御終了時刻t_xeは、走行情報記憶装置24
より、パラメータとしてＸ方向加速度パターン生成器32
へ供給される。以上の条件から、６元連立方程式の解と
して、f_x（ｔ）の係数a_x、b_x、c_x、d_xを算出する。ま
た、同時に、F_x（ｔ）、G_x（ｔ）の各係数も得られる。

一方、Ｙ方向加速度パターン生成器33においても、Ｙ
方向加速度パターンを表す第３次の時間関数f_x（ｔ）＝
a_yt³＋b_yt²＋c_yt＋d_yの係数a_y、b_y、c_y、d_yを走行情報
記憶装置24からのＹ方向に関する走行情報を境界条件と
して、第６図（ｂ）に示すように、前記Ｘ方向加速度パ
ターンの生成と同じ方法で決定する。

以上から、目標停止位置に到達するまでの必要なＸ方
向44およびＹ方向45各々の全時刻の加速度、速度、及び
位置を全て決定したことになる。

次に、Ｘ方向およびＹ方向加速度演算器36、37におい
て、時計38から指示される現在時刻ｔ＝t₁を、Ｘ方向お
よびＹ方向加速度パターン生成器32、33でそれぞれ求め
た時刻ｔに関するＸ方向およびＹ方向加速度パターンf_x
（ｔ）、f_y（ｔ）へ代入することにより、目標位置に到
達するために必要な現在の時刻t₁に於けるＸ方向および
Ｙ方向の加速度α_ｘ、α_ｙをそれぞれ順次、制御周期毎
に、以下のように演算する。

α_ｘ＝f_x（t₁）;t_xs＜t₁＜t_xe ＝０ ;t₁≧t_xe α_ｙ＝f_y（t₁）;t_ys＜t₁＜t_ye ＝０ ;t₁≧t_ye 次に、制御指令値演算装置23は、Ｘ方向およびＹ方向
加速度生成装置21、22で制御周期毎に演算された加速度
指令値α_ｘ、α_ｙを、駆動装置10、11に対する制御指令
値へ順次、変換する。その演算手順を以下に示す。

先ず、ベクトル積分器39では、Ｘ方向およびＹ方向加
速度演算器36、37により入力された時刻t₁に於けるＸ方
向およびＹ方向加速度指令値α_ｘ、α_ｙから、時刻t₁の
車体速度のベクトル指定値（v_x、v_y）を順次、制御周期
毎に演算する。すなわち、演算は次のようになる。

また、このとき、前記積分を行う替わりに、Ｘ方向お
よびＹ方向加速度パターン生成器32、33で加速度パター
ン関数f_x（ｔ）、f_y（ｔ）を求める際に、同時に、その
積分した速度パターン関数F_x（ｔ）、F_x（ｔ）を求めて
おくことが可能である。その場合は、時刻ｔ＝t₁を速度
パターン関数F_x（ｔ）、F_y（ｔ）に代入することで、車
体速度のベクトル指令値（v_x、v_y）を次のように直接得
ることができる。

v_x＝F_x（t₁） v_y＝F_y（t₁） ベクトル演算器40では、Ｘ方向およびＹ方向加速度パ
ターン生成装置21、22から制御周期毎に順次入力される
Ｘ方向およびＹ方向の加速度指令値α_ｘ、α_ｙとベクト
ル演算器40から制御周期毎に順次入力されるＸ方向およ
びＹ方向の車体速度指令値v_x、v_yより、無人搬送車の走
行制御に必要な時刻t₁の無人搬送車の車速v_sdと曲率半
径の指令値r_dを求め、制御周期毎に順次駆動輪速度演算
器41へ出力する。これらの演算手順を、第７図のベクト
ル図を参照して説明する。

先ず、時刻t₁に於いて無人搬送車に指令される車体加
速度ベクトル▲▼車速ベクトル▲▼を加速
度指令値α_ｘ、α_ｙと車体速度指令値v_x、v_y、を用いて
次式で定義する。

この車体加速度ベクトル▲▼、車速ベクトル▲
▼を用いて、時刻t₁の車速の大きさ｜▲▼
｜、車体横方向速度ベクトル▲▼、曲率半径r_dは
次のように演算される。

駆動輪速度演算器41では、ベクトル演算器40で制御周
期毎に順次演算される時刻t₁での車速の大きさ｜▲
▼｜と曲率半径r_dによって、左と右の駆動輪への速度
指令値v_L、v_rを演算し、駆動装置10、11へ出力する。無
人搬送車は２輪独立駆動式であるため、曲率半径r_d、駆
動輪トレッドｗ、走行軌道71に対して、第８図に示す幾
何的関係がある。従って、以下のように左右駆動輪速度
指令値v_L、v_rを演算することができる。

ただし、正負符号の上側は無人搬送車が時計回りに旋
回する場合を示し、下側は無人搬送車が逆時計回りに旋
回する場合を示す。

以上のように、演算された速度指令値v_L、v_rを無人搬
送車の走行速度として実現するために、駆動装置10、11
でモータ８、９をフィードバック制御する。このフィー
ドバック信号としては、図に記載されていないが、モー
タ８、９に接続されているタコジェネレータ（以後、T.
G.と呼ぶ）の出力である速度分に比例した電圧を使用
し、サーボ回路で構成した駆動装置10、11は、前記T.G.
の出力電圧により、モータ８、９の速度を制御して、左
右駆動輪速度をv_L、v_rに一致させる。このモータ８、９
による出力トルクは減速機６、７及び、その出力軸４、
５を介して、駆動輪２、３へ伝達される。以上のような
速度指令値v_L、v_rを制御周期毎に順次出力し、制御終了
時刻t_xe、t_yeまで続けられる。

第９図に本実施例の走行制御装置による走行軌跡例を
示す。制御開始位置66から制御終了位置63まで前記制御
手段によって、軌道67上を走行させた場合である。この
とき、上述したように停止時目標方位64を基準にとって
Ｘ軸62、Ｙ軸63を設定しており、車体68はＹ軸方向の制
御が終了した場合を表している。図示するように、本実
施例により従来困難であった目標停止位置へ円滑連続に
結合する軌道パターンと速度パターンと加速度パターン
をリアルタイムで生成することを可能とした。また、上
記速度および上記加速度パターンから駆動指令値を生成
することによりスムーズな走行を実現することを可能と
した。以上より、無人搬送車の精度良い停止時位置決め
を可能とする。

第２実施例 第10図は、第２実施例のシステムブロック図である。
本第２実施例は前記第１実施例に目標軌道演算器69と比
較器70を付加したもので、上述した第３発明に属するも
のである。すなわち、目標軌道演算器69は、ベクトル積
分器40より、時刻t₁におけるＸ方向およびＹ方向の速度
指令V_x、V_yを入力し、既に生成された駆動パターンによ
る目標軌道上の現在の時刻ｔ＝t₁における無人搬送車が
存在すべき位置（x_t、y_t）および方位θ_ｔを演算する。

この演算は、制御を開始した位置（x_s,y_s）および時
刻t_xs、t_ysと車体速度指令値v_x、v_yとにより次のように
演算する。

θ_ｔ＝tan^-1（v_y/v_x） ;V_x≠０ ＝π/2・sgnV_y ;v_x＝０ このとき、前記積分によって目標軌道上の位置（x_t,y
_t）を算出するかわりに、Ｘ方向およびＹ方向加速度パ
ターン生成器32、33で加速度パターン関数f_x（ｔ）、f_y
（ｔ）の各係数を得る際に同時に決定される軌道のパタ
ーン関数G_x（ｔ）に、G_x（ｔ）、時刻t₁を代入すること
により、直接、位置（x_t,y_t）を得ることも可能であ
る。比較器70は、位置計測コンピュータ15によって算出
された時刻t₁における無人搬送車が実際に存在する位置
（x,y）および方位θと、目標軌道演算器69からの目標
軌道上の位置（x_t,y_t）および方位θ_ｔとを入力し、両
位置の距離又は両者の方位差がそれぞれのしきい値Ａ、
Ｂより大きい場合にＸ方向およびＹ方向加速度パターン
生成器32、33へ再生成指令を出力する。

すなわち、 （ｘ−x_t）^２＋（ｙ−y_t）^２＞A² 又は、 ｜θ−θ_t|＞Ｂ が成立する場合に再生成指令を出力す
る。Ｘ方向およびＹ方向加速度パターン生成器32、33は
再生成指令の入力した時刻を新たな制御開始時刻t_xs、t
_ysとして、第１実施例と同じ操作によりＸ方向およびＹ
方向加速度パターンf_x（ｔ）、f_x（ｔ）を再生成する。
そして、無人搬送車はこの再生成された加速度パターン
に基づき、駆動装置10、11により新たな軌道上を目標位
置まで走行する。

第11図（ａ）、（ｂ）に、以上述べた駆動パターンの
生成および再生成による走行制御のフローチャートを示
す。

以上のように、目標軌道からの無人搬送車の位置方位
誤差に応じて目標軌道を繰り返し生成し直すことによっ
て、目標停止位置への精度良い停止を実現することがで
きる。これを第12図によって説明する。停止目標位置82
に至る滑らかに結合する目標軌道84をＸ方向およびＹ方
向加速度生成装置21、22によって生成する。そして、前
記目標軌道上を走行するように制御指令値演算装置23に
よって駆動指令値が演算され、駆動装置10、11へ送られ
る。ところで、走行床面の凹凸、駆動輪と走行床面との
間の滑り、各種演算時間による遅れ、負荷重量等による
無人搬送車の動特性の変動等の各種誤差要因が存在する
場合には、実際の走行軌道83は目標軌道84からずれ、誤
差を生じてくる。従って、目標軌道84上を走行させるた
めの駆動指令値を全て出力し終えた時点に於て、停止目
標位置に到達できなくなってしまう。それを防ぐため、
比較器70によって目標軌道上の無人搬送車の位置方位と
実際の無人搬送車の位置方位を比較し、その間の差が設
定しきい値を越えた時81に、Ｘ方向およびＹ方向加速度
パターン生成器32、33によって新たに目標軌道85を生成
し直す。それによって、過去の目標軌道84上で生じる可
能性のあった停止目標位置82付近での誤差を消去して、
精度良い停止目標82への制御を可能とする。

第３実施例 第３実施例は、走行情報記憶装置24が、制御時間調整
機能を有して、さらに精密な走行制御を行うもので、上
述した第４発明に属するものである。以下図面を参照し
てＸ方向を例にとって説明する。

第13図は本第３実施例の走行制御装置12のシステムブ
ロック図である。

走行情報記憶装置24は、Ｘ方向およびＹ方向加速度パ
ターン生成器32、33より、既に生成したＸ方向およびＹ
方向の加速度パターン関数f_x（ｔ）、f_y（ｔ）を入力し
て、新たに制御終了時刻t_xe、t_yeを補正演算し、再びＸ
方向およびＹ方向加速度パターン生成器32、33へ出力す
る。このとき、走行情報記憶装置24では、駆動手段の駆
動能力の加速度制限内に加速度パターンの最大値および
最小値を抑えるように制御終了時刻t_xe、t_yeを生成し、
駆動手段の動特性が駆動指令値に追従できないことに起
因する軌道ずれを防止するばかりではなく、また無理な
加減速による走行床面と駆動輪との間の滑りや無人搬送
車に加わる遠心力による軌道ずれを防止する。

前述のようにＸ方向加速度パターンはＸ方向加速度パ
ターン生成器32に於て、Ｘ方向の制御開始時および制御
終了時に於ける位置、速度、加速度と両者の時刻とか
ら、次のような時間の三次関数f_x（ｔ）の係数a_x、b_x、
c_x、d_xとして生成される。

f_x（ｔ）＝a_x・t³＋b_x・t²＋c_x・ｔ＋d_x このとき、時間の三次関数f_x（ｔ）は制御開始時刻t
_xsから制御終了時刻t_xeまで連続となるように、加速度
についてf_x（t_xs）＝０、f_x（t_xe）＝０という境界条件
を満たすように生成しているので、時間の三次関数f
_x（ｔ）の最大値および最小値は、０か、または、制御
開始時刻t_xsから制御終了時刻t_xeまでの間に存在する三
次の時間関数f_x（ｔ）の極値f_mxである。この極値f
_mxは、次のように演算される。

f_mx＝a_x・t_m ³＋b_x・t_m ²＋c_x・t_m ＋d_x このとき、t_mは、方程式3a_x・t_m ²＋2b_x・t_m＋c_x＝０
の解として求められ、 t_m＝｛−b_x±（b_x ²−３・a_x・c_x）^1/2｝／（３・a_x） である。従って、極値f_mxと予め設定された駆動手段に
於ける駆動能力の加速度制限値α_maxが次式を満たすよ
うな制御終了時刻t_xeを求める。

|f_mx|≦α_max この様に求められたＸ方向の制御終了時刻t_xeをＸ方
向加速度パターン生成器32へ出力し、時間の３次関数f_x
（ｔ）の係数a_x、b_x、c_x、d_xを前記演算方法で生成させ
る。

第14図は、横軸に時間を、縦軸に加速度をとった一定
方向の加速度パターンの一例を表すグラフである。加速
度パターン74は制御開始時刻78から制御終了時刻79まで
連続になるようにＸ方向又はＹ方向加速度パターン生成
器32、33で生成させる。このとき、加速度パターンの最
大値75および最小値76は、制御終了時刻79によって決定
される。例えば、制御終了時刻79を早めると、短時間
で、より急激な加速減速を行う必要があるため、加速度
パターンの最大値75および最小値76が、より増大する傾
向が出てくる。また、制御終了時刻79を遅くすると、長
時間で、緩い加速減速を行う必要があるため、加速度パ
ターンの最大値75、最小値76が、より減少する傾向が出
てくる。従って、加速度パターンの最大値75、最小値76
を指定してやることによって、逆に、制御終了時刻79を
決定することが可能となる。本第３実施例は、駆動手段
の能力の制限内77に加速度パターンの最大値75、最小値
76を抑えるように制御終了時刻79を生成している。

同様に、Ｙ方向制御終了時刻t_yeも走行情報記憶手段2
4で生成してＹ方向加速度パターン生成器33へ出力し、
時間の３次関数f_y（ｔ）の係数a_y、b_y、c_y、d_yを生成さ
せる。

次に、制御指令値演算装置23に於て、Ｘ方向およびＹ
方向加速度演算器36、37で、制御周期毎に演算された信
号を駆動装置10、11への制御指令値へ順次、変換する。

以上のように駆動指令を制御周期毎に順次、制御終了
時刻t_xe、t_yeまで出力し続ければ、滑らかで連続的な軌
道上を走行して、停止時位置決めが可能となる。また、
駆動手段の駆動能力による加速度制限内に加速度パター
ンの最大、最小を抑えているので、駆動手段の動特性が
駆動指令値に追従できないこと起因する軌道ずれを抑え
ることができ、さらに、無理な加減速による走行床面と
駆動輪との間の滑りや無人搬送車に加わる遠心力による
軌道ずれを防止することが可能である。

第４実施例 第４実施例は第４発明に属し、前記第３実施例の走行
情報記憶手段24が有する制御時間調整機能により、Ｘ方
向とＹ方向とで制御終了時刻t_xe、t_yeを異ならせて設定
するものである。以下、演算手順を説明する。

簡単のためＸ方向およびＹ方向制御開始時刻をt_xs＝t
_ys＝０とする。

また、前記第１実施例と同様に、目標停止位置47を原
点にとり、停止時目標方位44を基準となるＸ軸に、ま
た、方向45をＹ軸に設定したＸ−Ｙ直交座標系を走行平
面41上にとる。無人搬送車を目標停止位置47に於て、目
標停止方向に合わせるためには、先ず、目標停止位置に
到達する以前にまずＹ方向の誤差を収束させて、その後
Ｘ方向軸上を走行させるようにするのが望ましい。その
ためには、Ｙ方向制御開始時刻t_yeをＸ方向制御開始時
刻t_xeよりも後になるように、即ち、 t_xe＞t_ye となるように設定する必要がある。これは、次の手順で
実行する。

もし、 t_xe・const＜t_ye ならば、t_xeの値を、 t_xe＝t_ye/const とするように置き換える。但し、constは、軌道の形を
決定する定数であり、const＜１を満足する様に設定す
る。これによって、Ｙ方向制御開始時刻t_yeをＸ方向制
御開始時刻t_xeよりも後になるように設定できる。

以上のようにＸ方向、Ｙ方向制御終了時刻t_xe、t_yeを
調整することによって、無人搬送車を停止目標方向に合
うような停止時位置決めが可能になる。

次に、制御指令値演算器23において、Ｘ方向およびＹ
方向加速度演算器36、37で、制御周期毎に演算された加
速度指令α_ｘ、α_ｙを、駆動装置10、11への制御指令値
に順次、変換する。

以上のように速度指令値v_x、v_yを制御周期毎に順次、
制御終了時刻t_xe、t_yeまで出力し続ければ、滑らかで連
続的な軌道上を走行して、停止時位置決めが可能とな
る。

以上のように目標軌道の形を調整し、速度指令値v_L、
v_rを制御周期毎に順次、制御終了時刻t_xe、t_yeまで出力
し続ければ、滑らかで連続的な軌道上を走行して、か
つ、停止時に於て無人搬送車の車体方向が停止目標横行
に合うような停止時位置決めが可能になる。

以上を第15図によって説明する。第15図は、無人搬送
車を、制御開始位置86から目標の停止位置87および停止
方位88まで制御した場合の目標軌道の例89、90、91を示
している。目標軌道89は、Ｘ方向制御開始時刻t_xeとＹ
方向制御開始時刻t_yeがほぼ等しい時刻に設定された場
合を示している。修正した目標軌道90は、走行情報記憶
装置24において、定数const＜１と置いて、Ｙ方向制御
終了時刻t_yeよりもＸ方向制御終了時刻t_xeが後になるよ
うに設定した場合を示している。目標軌道89および90を
比較すると、時間パラメータの調整を行った目標軌道90
の方が、停止目標位置よりも手前で無人搬送車の車体方
向が停止目標方向に一致し、停止目標位置方位へ無人搬
送車がより滑らかに連なっている。図示されるように上
記走行制御装置によって、無人搬送車の停止目標位置で
の方位角精度向上が可能となる。

変形例 次に、無人搬送車の駆動手段として、三輪車を使用し
た場合の変形例を第16図によって示す。三輪の無人搬送
車92は、操蛇輪93をその中心軸94を中心にしてステアリ
ング角θ_stを切り換え、指令された曲率半径ｒ、中心99
の円弧上を無人搬送車の中心98が通るように制御する。
同時に左駆動輪95、右駆動輪96を指令された車速を実現
する。97は左駆動輪95、右駆動輪96を結ぶ線の中点であ
る。

従って、前記第１実施例において、走行制御装置の演
算を次のように変形することによって、三輪車型無人搬
送車の制御が可能になる。

本変形例では、前記駆動輪速度演算器41での演算を次
のように変更する。ベクトル演算器40によって、制御周
期毎に逐次演算される時刻t₁での車速の大きさ｜▲
▼｜と曲率半径r_dによって、操蛇輪93のステアリング
角指令値θ_stと駆動輪95、96への速度強値v_L、v_rを以下
に示す手順により演算し、駆動装置へ出力する。

三輪型無人搬送車は、円弧の中心99を中心として、操
蛇輪94の中心93は半径r₁の円弧上を移動し、車体の中心
98は半径ｒの円弧上を移動し、駆動輪95、96の中点97は
半径r₂の円弧上を移動している。従って、ベクトル演算
器40に於て演算された曲率半径r_dを車体中心98に於て与
える場合には、次の演算式によって無人搬送車のステア
リング角θ_stを決定できる。

θ_st＝tan^-1｛L₁/（r_d ²−L₂ ²）^1/2｝ また、ベクトル演算器40で演算された車速の大きさ｜
▲▼｜は、そのまま駆動輪95、96への指令速度V_s
とすれば良い。

以上のように、演算された操蛇輪93のステアリング角
指令値θ_stと駆動輪95、96への速度指令値V_sを制御周期
毎に順次、制御終了時刻t_xe、t_yeまで出力する。

上記手順によって、三輪型無人搬送車においても、目
標停止位置へ円滑連続に結合する軌道パターンと速度パ
ターンと加速度パターンをリアルタイムで生成すること
ができるので、スムーズな走行を実現でき、精度良い停
止時位置決めを可能としている。

これ以外にも、上述した発明は、特許請求の範囲の精
神に反しない限りにおいて、幾多の設計変更および付加
変更が可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は、第１発明の基本的構成を示すブロック図であ
る。第２図は、第３発明の基本的構成を示すブロック図
である。第３図は、本発明の実施例に係わる無人搬送車
の概略構成図である。第４図は、第１実施例における走
行制御装置のシステムブロック図である。第５図は、制
御開始および制御終了位置とＸ−Ｙ座標系の関係を示す
図である。第６図は、生成された駆動パターンを示す図
である。第７図は、車体の加速度および速度のベクトル
図である。第８図は、曲率半径と駆動輪トレッドとの関
係を示す図である。第９図は、第１実施例における走行
制御による走行軌跡を示す図である。第10図は、第２実
施例における走行制御装置のシステムブロック図であ
る。第11図は、駆動パターンの生成および再構成による
走行制御動作のフローチャートである。第12図は、第２
実施例における目標軌道と再生成された軌道との関係を
示す図である。第13図は、第３実施例における走行制御
装置のシステムブロック図である。第14図は、制御時間
設定による加速度制限を示す図である。第15図は、第４
実施例における走行軌道を示す図である。第16図は、変
形例における曲率半径と操蛇輪の関係を示す図である。 Ｉ……走行情報記憶手段、 II₁……Ｘ方向駆動パターン生成手段、 II₂……Ｙ方向駆動パターン生成手段、 III……駆動指令値演算手段、IV……駆動手段、 Ｖ……位置計測手段、VI₁……比較手段、 VI₂……目標軌道演算手段、 １……無人搬送車、10、11……駆動装置、 12……走行情報記憶装置、 15……位置計測コンピュータ、 21、22……Ｘ方向およびＹ方向加速度パターン生成装
置、 23……駆動指令値演算装置、 24……走行情報記憶装置、 26……エンコーダ、38……時計、 69……目標軌道演算器、70……比較器

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無人搬送車が走行する平面上のＸ方向に関
   する無人搬送車の制御開始位置における位置および速度
   および加速度情報と、制御終了位置において無人搬送車
   がとるべき前記Ｘ方向に関する位置および速度および加
   速度情報と、前記Ｘ方向とは異なる方向であるＹ方向に
   関する無人搬送車の制御開始位置における位置および速
   度および加速度情報と、制御終了位置において無人搬送
   車がとるべき前記Ｙ方向に関する位置および速度および
   加速度情報と、前記２つの位置における制御開始および
   制御終了時刻とを記憶し出力する走行情報記憶手段と、 前記Ｘ方向について予め定めた連続な時間関数に基づ
   き、前記走行情報記憶手段より出力される前記２つの位
   置における無人搬送車のＸ方向に関する走行情報を用い
   て、前記２つの位置の間のＸ方向の駆動パターンを生成
   するＸ方向駆動パターン生成手段と、 前記Ｙ方向について予め定めた連続な時間関数に基づ
   き、前記走行情報記憶手段により出力される前記２つの
   位置における無人搬送車のＹ方向に関する走行情報を用
   いて、前記２つの位置の間のＹ方向の駆動パターンを生
   成するＹ方向駆動パターン生成手段と、 無人搬送車の車輪を駆動する駆動手段と、 前記Ｘ方向およびＹ方向駆動パターン生成手段で各々生
   成されたＸ方向およびＹ方向の駆動パターンに基づき、
   前記駆動手段に対する駆動指令値を演算する駆動指令値
   演算手段と、 からなり、走行平面上の相異なるＸおよびＹ方向につい
   て、各々独立に定めた時間関数と２つの位置での走行情
   報とにより、ＸおよびＹ方向の各々の連続な駆動パター
   ンを生成することにより、目標となる制御終了位置まで
   無人搬送車をスムーズに走行させ、かつ目標位置へ精度
   良く誘導することを特徴とする無人搬送車の制御装置。
2. 【請求項２】前記Ｘ方向駆動パターンは、前記Ｘ方向に
   ついて予め定めた連続な時間関数の各係数を、前記Ｘ方
   向に関する走行情報すなわちＸ方向の前記２つの位置に
   おける位置および速度および加速度情報と、前記２つの
   位置における時刻とを境界条件として決定することによ
   り生成されるＸ方向の加速度の時間パターンであり、 前記Ｙ方向駆動パターンは、前記Ｙ方向について予め定
   めた連続な時間関数を各係数を、前記Ｙ方向に関する走
   行情報すなわちＹ方向の前記２つの位置における位置お
   よび速度および加速度と、前記２つの位置における時刻
   とを境界条件として決定することにより生成されるＹ方
   向の加速度の時間パターンであり、 前記駆動指令値が、前記Ｘ方向およびＹ方向の加速度お
   よび速度の値より決定される無人搬送車の車体速度およ
   び軌道曲率であることを特徴とする請求項（１）記載の
   無人搬送車の走行制御装置。
3. 【請求項３】請求項（１）記載の無人搬送車の走行制御
   装置が、 前記Ｘ方向及びＹ方向の駆動パターンより、目標軌道上
   の無人搬送車が存在すべき位置を演算する目標軌道演算
   手段と、 無人搬送車が実際に存在する現在の位置を計測する位置
   計測手段と、 前記位置計測手段からの無人搬送車の現在の位置と前記
   目標軌道演算手段からの無人搬送車の目標軌道上の位置
   との偏差を演算し、該偏差が予め定めたしきい値を越え
   た場合に、前記Ｘ方向およびＹ方向駆動パターン生成手
   段に各々再生成指令を出力する比較手段とを具備すると
   ともに、前記Ｘ方向およびＹ方向駆動パターン生成手段
   が、前記比較手段からの再生成指令の入力により、各々
   Ｘ方向およびＹ方向駆動パターンを再生成することを特
   徴とする無人搬送車の走行制御装置。
4. 【請求項４】前記走行情報記憶手段が、前記２つの位置
   における時刻を前記２つの位置関係に応じて決定する時
   間パラメータ調整手段を有することを特徴とする請求項
   （２）記載の無人搬送車の走行制御装置。