JP4172882B2 - 移動体の位置検出方法およびその設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備、特に傾斜・凹凸のあるエリアを移動する荷役装置の位置検出にも対応した位置検出設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の位置検出設備としては、下記の方式が知られている。
▲１▼．自律方式（デットレコニング誘導方式）
走行距離と進行方向を計測する手段を設け、進行方向と走行距離を積算することによって自分の位置を算出する。
【０００３】
▲２▼．被検出体による方式
移動体の移動経路に沿って、磁石や反射シートなどの被検出体を所定間隔に設置し、移動体にこれら被検出体を検出する、近接スイッチや光電スイッチなどからなる検出手段を設け、検出した被検出体の数をカウントすることにより移動経路に沿った位置を認識する。
【０００４】
▲３▼．ＧＰＳによる方式
移動体にＧＰＳを設置し、自分の位置を認識する。
▲４▼．レーザナビゲータ方式
水平回転レーザと外部固定点の座標と角度から移動体の位置を測定する方式であり、図12に基づいて説明する。
【０００５】
図12において、１は移動体２が移動するエリアであり、このエリアには３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）に再帰反射体（再帰型の反射体）３が設けられている。再帰反射体３は、たとえばコーナキューブ（コーナレフレクター）から形成される。コーナキューブは、立方体の１つの角を切り取ったように互いに直交する３つの平らな反射面で構成される三角錐形のプリズムであり、入射した光線を３つの面で反射させた後、正確に入射した方向に送り返す働きをする。
【０００６】
また移動体２は、回転しながら水平に全周に渡って水平にレーザ光線を照射し、少なくとも３カ所の再帰反射体３から再帰した光を検出したときの水平回転光線（レーザ光線）の照射回転角度Θを検出して記憶し、これら記憶した回転角度Θ、および既知の再帰反射体３の座標データにより、移動体２（水平回転光線照射位置）の平面座標を計測している。
【０００７】
図12において、（Ｘｍ，Ｙｍ）は移動体２の平面座標、ψは移動体２のＸ軸からの姿勢角度、（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）は３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の再帰反射体３の座標（既知）である。またＬ12はＡ点−Ｂ点間の距離、Ｌ13はＡ点−Ｃ点間の距離、Θ1 はＡ点を検出したときの回転角度、Θ2 はＢ点を検出したときの回転角度、Θ3 はＣ点を検出したときの回転角度、ε1 はＡ点を原点としたＢ点のＸ軸からの角度、ε2 はＡ点を原点としたＢ点−Ｃ点間の角度である。
【０００８】
移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）と移動体２の姿勢角度ψは次の式（１）〜（10）により求められる。（詳細は、「システムと制御」第29巻第８号（1985）ｐ．553 〜560 参照。）
【０００９】
【数１】
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記移動体の位置検出設備には下記の課題があった。
▲１▼．デットレコニング誘導方式
累積誤差が生じるために、何らかの位置補正手段を設けなければならなかった。
【００１１】
▲２▼．被検出体による方式
被検出体の設置作業に多くのコストと労力がかかり、また移動経路が固定されてしまい、ランダムに移動する移動体に対して対応できなかった。
▲３▼．ＧＰＳによる方式
屋内など衛星の影に移動体の移動経路が入る場合に使用できず、すなわち、ＧＰＳの電波の受信状況が一定でなく、さらに高精度の位置計測のためには演算量が多く必要であり、応答に時間がかかった。
【００１２】
▲４▼．レーザナビゲータ方式
上記他の方式と比較して、有効な方式ではあるが、水平に照射するレーザ光線が障害物により遮光されることを避けるために、その照射位置を高い位置に設置する場合が多く、路面の傾斜・凹凸によりローリングが発生した場合、計測する位置（座標）に誤差が発生してしまう。
【００１３】
そこで、本発明は、レーザナビゲータ方式において、路面の傾斜・凹凸による誤差を解消した位置検出設備を提供することを目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出している間の前記光線の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、この計測した回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００１５】
上記方法により、第１再帰反射体の再帰反射光を検出している間の光線の回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きが求められ、第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測され、この平面座標が求めた移動体の傾きにより補正される。
【００１６】
また請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明であって、前記第１再帰反射体に近接して上下方向で反射面の水平方向の長さが一定の第２再帰反射体を設け、前記第２再帰反射体の再帰反射光を検出している間の前記光線の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、この計測した第２再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間と第１再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００１７】
上記方法により、基準となる第２再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間と、第１再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きが検出される。
また請求項３に記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に本数が変化する再帰反射体からなる再帰反射体群を設け、前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記再帰反射体群の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記再帰反射体群の再帰反射光を検出している間の前記再帰反射体の本数を計測し、この計測した再帰反射体の本数により移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および再帰反射体群の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００１８】
上記方法により、再帰反射体群の再帰反射光を検出している間の再帰反射体の本数により移動体の傾きが求められ、再帰反射体群の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度および再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測され、この平面座標が求めた移動体の傾きにより補正される。
また請求項４に記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に反射率が変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度を計測し、この計測した受光強度により移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００１９】
上記方法により、第１再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度により移動体の傾きが求められ、第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測され、この平面座標が求めた移動体の傾きにより補正される。
また請求項５に記載の発明は、上記請求項４に記載の発明であって、前記第１再帰反射体に近接して上下方向に反射率が一定の第２再帰反射体を設け、前記第２再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度を計測し、この計測した第２再帰反射体の受光強度と第１再帰反射体の受光強度の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００２０】
上記方法により、基準となる第２再帰反射体の受光強度と、第１再帰反射体の受光強度の比較により移動体の傾きが検出される。
さらに請求項６に記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体に、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され前記第１再帰反射体から再帰した再帰反射光を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰反射光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度と、前記受光手段により再帰反射光を検出している間の前記水平回転光線照射手段の回転角度幅あるいは受光時間を計測する角度検出手段と、前記角度検出手段により計測された回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きを求める傾き検出手段を設け、前記角度検出手段により計測された回転角度および第１再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成により、水平回転光線照射手段より全周囲に光線が照射され、光線の照射範囲内にある、第１再帰反射体の再帰反射光が検出され、そのときの回転角度が計測され、また第１再帰反射光が検出されている間の回転角度幅あるいは受光時間が計測され、この計測された回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき、移動体の傾きが検出される。そして、計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標が計測され、この平面座標は、検出された移動体の傾きにより補正される。
【００２２】
また請求項７に記載の発明は、上記請求項６記載の発明であって、エリアに第１再帰反射体に近接して上下方向で反射面の水平方向の長さが変化しない第２再帰反射体を設け、角度検出手段は、受光手段により第２再帰反射体から再帰した光を検出している間の水平回転光線照射手段の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、傾き検出手段は、計測された第１再帰反射体と第２再帰反射体の再帰反射光を検出している間の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００２３】
上記構成により、基準となる第２再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間と、第１再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間の比較により、移動体と再帰反射体の距離に関係なく、第１再帰反射体に照射された上下方向の位置が特定され、移動体の傾きが正確に計測される。
また請求項８記載の発明は、上記請求項６または請求項７に記載の発明であって、第１再帰反射体の形状を、円錐形状または逆円錐形状または三角錐形状または逆三角錐形状としたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記構成により、再帰反射光が検出されているときの回転角度幅あるいは受光時間が、再帰反射体の上下方向により変化する。よって回転角度幅あるいは受光時間により再帰反射体のどの高さに光線が照射されているかが求められ、この高さにより移動体の傾きが検出される。
また請求項９記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に本数が変化する再帰反射体からなる再帰反射体群を設け、前記移動体に、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され、前記再帰反射体から再帰した光を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰した光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度を計測する角度検出手段と、前記受光手段により再帰した光を検出したとき、前記再帰反射体群の再帰反射体の本数を計測し、この計測した再帰反射体の本数により移動体の傾きを検出する傾き検出手段を設け、前記角度検出手段により計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００２５】
上記構成により、水平回転光線照射手段より全周囲に光線が照射され、光線の照射範囲内にある、再帰反射体群の再帰反射光が検出され、そのときの回転角度が計測され、また再帰反射体群の再帰反射体の本数が計測され、この計測された再帰反射体の本数により、移動体の傾きが検出される。そして、計測された回転角度および再帰反射体群の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標が計測され、この平面座標は、検出された移動体の傾きにより補正される。
【００２６】
また請求項１０記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に反射率が変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体に、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され前記第１再帰反射体から再帰した再帰反射光を検出し、そのときの受光強度を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰反射光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度を計測する角度検出手段と、前記受光手段により検出された再帰反射光の受光強度により、移動体の傾きを検出する傾き検出手段を設け、前記角度検出手段により計測された回転角度および第１再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００２７】
上記構成により、水平回転光線照射手段より全周囲に光線が照射され、光線の照射範囲内にある、再帰反射体の再帰反射光が検出され、そのときの回転角度が計測され、また受光強度が計測され、この計測された受光強度により、移動体の傾きが検出される。そして、計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標が計測され、この平面座標は、検出された移動体の傾きにより補正される。
【００２８】
また請求項１１記載の発明は、上記請求項１０に記載の発明であって、エリアに第１再帰反射体に近接して上下方向に反射率が一定の第２再帰反射体を設け、受光手段は、前記第２再帰反射体から再帰した再帰反射光の受光強度を計測し、傾き検出手段は、受光手段により検出された第１再帰反射体と第２再帰反射体の再帰反射光の受光強度の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００２９】
上記構成により、第１再帰反射体と第２再帰反射体からの再帰反射光の受光強度の比較により、雨や霧などにより受光強度が変化する環境においても、第１再帰反射体に照射された上下方向の位置が特定され、移動体の傾きが正確に計測される。
また請求項１２記載の発明は、上記請求項１０または請求項１１に記載の発明であって、第１再帰反射体を、上下方向に反射率が一定の再帰反射体に、上下方向に光線の吸収率の異なるフィルタを貼りつけて構成したことを特徴とするものである。
【００３０】
上記構成により、上下方向に反射率が変化する第１再帰反射体が形成される。
また請求項１３記載の発明は、上記請求項１０または請求項１１に記載の発明であって、第１再帰反射体を、上下方向に色が異なる再帰反射体により構成したことを特徴とするものである。
上記構成により、上下方向に反射率が変化する第１再帰反射体が形成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１における移動体の位置検出設備を設けたエリアの平面図である。
【００３２】
図１において、11は移動体（たとえば、フォークリフトや無人搬送車など）12が移動するエリア（たとえば、倉庫や工場や港湾など）である。このエリア11の外周には、図２に示す、入射角が±４５゜の範囲内の光線を入射方向へ反射する反射特性を有する逆円錐形状の再帰反射体（再帰型の光反射体）13が、複数、その中心軸を鉛直にし、かつエリア11の基準平面から同一高さで壁（柱でもよい）に設置されている。またこれら再帰反射体13は、予め平面座標が設定されており、再帰反射体13を逆円錐形状とすることにより、平面を走行するどの移動体12からも同じ形状に見えるようにしている。なお、再帰反射体13は、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化するものであればよく、その形状は、円錐形状あるいは三角錐形状あるいは逆三角錐形状としてもよく、上下方向に変化する反射面の水平方向の長さのデータのテーブルが用意できるものであればよい。
【００３３】
上記移動体12の構成を図３を参照しながら説明する。
レーザ光線を発生し、このレーザ光線を回転しながら全周に渡って水平に照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され前記再帰反射体から再帰した光を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰した光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度と、前記受光手段により再帰した光を検出している間の前記水平回転光線照射手段の回転角度幅を計測する角度検出手段と、前記角度検出手段により計測された回転角度幅に基づいて移動体の傾きを検出する傾き検出手段と、前記角度検出手段により計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正する位置計測手段が設けられている。
【００３４】
上記水平回転光線照射手段は、レーザ光線を水平に照射する半導体レーザ装置21と、半導体レーザ装置21から照射されたレーザ光線を上方へ垂直に導くハーフミラー22と、レーザ光線および再帰反射体13の再帰反射光（再帰反射体から再帰された光）の通路となる垂直な筒状の導管23と、この導管23が中心下方に接続され、リング状の軸受24上に載置された筒体25と、この筒体25内に配置された、導管23から導かれたレーザ光線を水平方向に反射させ、筒体25の側面に設けた窓部25Ａへ導く反射ミラー26と、前記導管23を中心に嵌合して導管23を回転する第１ギア27と、ＤＣモータ28と、ＤＣモータ28の回転軸に直結され、前記第１ギア27と噛み合う第２ギア29から構成されている。またエリア11の基準平面に位置する移動体12の筒体25から照射するレーザ光線の高さを、再帰反射体13の高さ方向の中心と一致させている。
【００３５】
この構成により、半導体レーザ装置21から水平に照射されたレーザ光線はハーフミラー22により上方へ導かれる。ＤＣモータ28が駆動されると、ＤＣモータ28の回転力は第２ギア29、第１ギア27を介して導管23へ伝達され、導管23が回転し、よって筒体25とともに反射ミラー26が回転し、導管23内に導かれたレーザ光線は、反射ミラー26の回転により、導管23（筒体25）の中心位置を中心として移動体12の全周に照射される。
【００３６】
また上記受光手段は、反射ミラー26および導管23、さらにハーフミラー22を介して導かれた再帰反射体13の再帰反射光が入射する受光センサ31と、この受光センサ31の光電流信号により、再帰反射体13の再帰反射光を検出し、受光信号を出力する受光検出器32から構成されている。
上記構成により、導管23の回転によって反射ミラー26が回転し、反射ミラー26を介して導かれた再帰反射体13の再帰反射光は、導管23とハーフミラー22を介して受光センサ31へ入射され、この受光センサ31の光電流信号により受光検出器32により再帰反射体13の再帰反射光が検出され、受光信号が出力される。
【００３７】
上記角度検出手段は、導管23に連結され、導管23の回転によりパルスを発生するエンコーダ41と、このエンコーダ41から出力されるパルス信号を加算して進行方向を０°とする反射ミラー26の回転角度（レーザ光線の照射角度）Θを計測し、受光検出器32より受光信号を入力したときの回転角度Θと、受光信号を入力している間の回転角度幅φを計測し、出力するミラー回転角度検出器42から構成されている。
【００３８】
この構成により、受光検出器32より受光信号を入力したときの反射ミラー26の回転角度（レーザ光線の照射角度）Θと受光している間の回転角度幅φがミラー回転角度検出器42により検出される。
上記傾き検出手段と位置計測手段はコンピュータからなるコントローラ45と、各再帰反射体13の平面座標が記憶されたリフレクタ座標記憶部46から構成されている。
【００３９】
コントローラ45には、ミラー回転角度検出器42より回転角度Θと回転角度幅φが入力されている。
まず、コントローラ45による移動体12の傾きの検出方法について説明する。
図３に示すように、移動体12に傾きが生じると、再帰反射体13の高さ方向中心に照射されていたレーザ光線は、その傾きにより、上下方向にずれる。このように上下方向にずれると、図２に示すように、±４５゜の再帰反射光が戻ってくる範囲（反射幅）が変化する。再帰反射体13は逆円錐の形状としているので、上方向へずれると、その反射幅は広くなり、すなわち受光センサ31および受光検出器32により再帰反射光が受光されている間の回転角度幅φ2は、高さ方向中心の回転角度幅φ0より広がり、逆に下方向へずれると、その反射幅は狭くなり、すなわち受光センサ31および受光検出器32により再帰反射光が受光されている間の回転角度幅φ1は、高さ方向中心の回転角度幅φ0より狭くなる。
【００４０】
レーザ光線の照射中心位置（水平回転光線照射手段の筒体25の中心）と再帰反射体13の中心位置との距離をＬとするとき、円錐検出幅Ｗは、Ｌ≫Ｗであることから、式（11）により求められる。
Ｗ≒２Ｌｔａｎ（φ／２） …（11）
なお、上記距離Ｌは、水平回転光線照射手段の前回計測の平面座標｛Ｘｖ（ｔ−１），Ｙｖ（ｔ−１）｝と、移動体12の向きと再帰反射体13を検出したときの回転角度Θにより推定される再帰反射体13の既知の平面座標（Ｘｒ，Ｙｒ）により求めることができる。
【００４１】
この円錐検出幅Ｗが求まると、図４に示すように、再帰反射体13の円錐高さを２ｈ、円錐の最大幅（底面幅）をＷｍａｘとすると、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈは式（12）により求められる。
Δｈ＝ｈ（２Ｗ／Ｗｍａｘ−１） …（12）
なお、レーザ光線の拡がり幅αが無視できないとき、中心高さ位置の円錐幅をＷ0とするとき、照射高さ変位Δｈは式（12）’により求められる。
【００４２】
Δｈ＝ｈ（Ｗ−Ｗ0−α）／Ｗ0 …（12）’
なお、レーザ光線の拡がり幅αは、
α＝２Ｌｔａｎ（拡がり角度／２）
で求められる。また距離Ｌに対するレーザ光線の拡がり幅αを予め記憶しておくこともできる。
【００４３】
コントローラ45は、これらの式（11）、および式（12）あるいは（12）’により、図５に示す再帰反射体13が設置された３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の照射高さ変位Δｈ１，Δｈ２，Δｈ３を、それぞれの回転角度幅φから求め、記憶する。
次に、移動体12が傾斜した状態における水平回転光線照射手段（筒体35の中心位置）の現在位置の平面座標を求める。この演算は従来の技術の項で説明したように、３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の再帰反射体13の検出角度Θ1 ，Θ2 ，Θ3、および再帰反射体13の既知の座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）によって、上記式（１）〜（10）により求められる。
【００４４】
図５において、（Ｘｍ，Ｙｍ）は移動体12が傾斜した状態における水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標である。
路面傾斜補正後の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）は、求められた水平回転光線照射手段の座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の照射高さ変位Δｈ１，Δｈ２，Δｈ３により補正することにより、次の式（13）〜（20）により求められる。ｚ０は、筒体25から照射されるレーザ光線の照射高さ（基準平面からの再帰反射体13の中心高さ）である。
【００４５】
【数２】
上記コントローラ45の構成およびその演算により、ミラー回転角度検出器42により計測された回転角度幅φより、このレーザ光線の照射位置の照射高さ変位Δｈが求められ、続いて移動体12が傾斜した状態における水平回転光線照射手段の座標（Ｘｍ，Ｙｍ）が求められ、この座標（Ｘｍ，Ｙｍ）が照射高さ変位Δｈにより補正され、水平面上の水平回転光線照射手段の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）が求められる。この求められた座標（Ｘｖ，Ｙｖ）は、操舵コントローラ50へ出力され、予め設定された経路にしたがって移動体12は誘導される。
【００４６】
上記設備の構成によれば、エリア11の複数箇所に、その平面座標が既知の逆円錐形状の再帰反射体13を設け、移動体12より回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、再帰反射体13の再帰反射光を検出しているときの、ミラー回転角度検出器42により計測された回転角度幅φより、照射高さ変位Δｈ（移動体12の傾き）を計測し、また再帰反射体13の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度Θおよび既知の再帰反射体13の座標データにより、エリア11の路面の傾斜・凹凸により移動体12が傾斜した状態における水平回転光線照射手段の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測し、この平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を、検出された照射高さ変位Δｈにより補正することにより、水平面上の水平回転光線照射手段の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）が求められる。
【００４７】
このように、水平面上の水平回転光線照射手段の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）を求めることができ、よって、路面の傾斜・凹凸の影響を受けずに移動体12の正確な位置計測ができ、路面の傾斜・凹凸の影響を受けない安定した走行が可能となる。
また移動体12の正確な位置計測により精度の良い誘導が可能となるため、荷役位置精度がよくなり、安定した荷役作業を行うことができ、さらに設置した機械などとの接触を防止することができ、安全を確保することができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態１では、移動体12と再帰反射体13との距離Ｌを演算する必要があるが、図６に示すように、円錐形状の再帰反射体（第１再帰反射体と称す）13に隣接して、第１再帰反射体13の高さ中心の円錐幅と同じ幅の円筒状（円柱状でもよい）の第２再帰反射体14を設け、この第２再帰反射体14を検出しているときの回転角度幅φ0を計測し、基準とすることにより、前記距離Ｌを演算する必要がなくすことができる。このとき、中心高さ位置からの照射高さ変位をΔｈとすると、式（21）〜（24）により求められる。
【００４９】
Δｈ＝ｈ（Ｗ／Ｗ0−１） …（21）
Ｗ0 ＝２Ｌｔａｎ（φ0／２） …（22）
Ｗ ＝２Ｌｔａｎ（φ／２） …（23）
Δｈ＝ｈ｛ｔａｎ（φ／２）／ｔａｎ（φ0／２）−１｝ …（24）
［実施の形態２］
実施の形態２では、上記実施の形態１における再帰反射体13に代えて、図７に示す再帰反射体群51を設けている。
【００５０】
図７に示すように再帰反射体群51を、円柱状の再帰反射体52を１段目は１本、２段目は間隔を置いて２本、３段目は間隔を置いて３本、４段目は間隔を置いて４本、５段目は間隔を置いて５本、逆円錐形状に配置して構成している。
また図８に示すように、実施の形態１における移動体12に新たに、受光検出器32の受光信号（パルス信号）を入力すると、所定時間、すなわち５本の再帰反射体52を走査する時間内に入力するパルス信号をカウントするカウンタ33を設けている。カウンタ33のカウント値はコントローラ45へ出力されている。
【００５１】
上記再帰反射体群51の構成によれば、移動体12に傾きにより再帰反射体51群を照射するレーザ光線が上下方向にずれると、カウンタ33に入力される受光検出器32の受光信号の数が変化する。したがって、コントローラ45はカウンタ33より入力したカウント値により、図７に示すように、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈを判断することができ、この照射高さ変位Δｈにより移動体12の平面座標を補正することができる。
［実施の形態３］
実施の形態３では、上記実施の形態１における再帰反射体13に代えて、図９に示す再帰反射体61を設けている。
【００５２】
図９に示すように再帰反射体61は、円筒状（円柱状でもよい）の再帰反射体62に、透過率が異なる所定幅のフィルタ63を上下方向に順に貼りつけ、上下方向に反射率を変化させる構成としている。前記フィルタ63としては、たとえばＮＤフィルタ（白色光を減衰するフィルタ）を使用する。
また図10に示すように、実施の形態１における移動体12において、受光検出器32に、新たに受光センサ31の光電流信号の強度、すなわち受光強度を計測し、その受光強度をコントローラ45へ出力する機能を付加している。
【００５３】
上記再帰反射体61の構成によれば、移動体12に傾きにより再帰反射体61を照射するレーザ光線が上下方向にずれると、再帰反射体61の反射率が変化するため、受光センサ31および受光検出器32により検出される再帰反射光の受光強度が変化する。したがって、コントローラ45は受光検出器32により計測される再帰反射光の受光強度により、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈを判断することができ、この照射高さ変位Δｈにより移動体12の平面座標を補正することができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態３では、反射率を上下で変化させるために、円筒状の再帰反射体62にフィルタ63を貼り付けているが、同じ目的で、色の異なる円筒状（円柱状でもよい）の再帰反射体を垂直方向ヘ積み上げて、再帰反射体61を形成するようにしてもよい。
また図11に示すように、再帰反射体61に隣接して、再帰反射体61の高さ中心の反射率と同じ反射率を全体に有する円筒状（円柱状でもよい）の第２再帰反射体64を設け、この第２再帰反射体64の再帰反射光の受光強度を計測して、再帰反射体61の再帰反射光の受光強度と第２再帰反射体64の再帰反射光の受光強度を比較することにより、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈを判断することができる。この方法によれば、雨や霧などにより受光強度が変化する環境においても、第１再帰反射体61に照射されたレーザ光線の上下方向の照射高さ変位Δｈを正確に計測でき、したがって移動体12の傾きを正確に計測することができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態１〜３では、レーザ光線を使用しているが、レーザ光線に限らず、直進性のある光線であればよい。また再帰反射体13，61あるいは再帰反射体群51をエリア11の外周に配置しているが、必ずしも外周に配置する必要はなく、エリア11内に設置することも可能である。
また角度検出手段においては、エンコーダ41から出力されるパルス信号を加算して回転角度幅φを計測しているが、回転速度は既知であるので、受光信号を入力している時間、すなわち受光時間を計測することにより、回転角度幅を求めるようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、路面の傾斜・凹凸による移動体の傾きを検出することができ、この傾きにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を補正することにより、正確な平面座標を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における移動体の位置検出設備を備えたエリアの平面図である。
【図２】同移動体の位置検出設備の移動体における再帰反射体の説明図である。
【図３】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図４】同移動体の位置検出設備において、再帰反射体の反射幅から照射高さ変位を求めるための説明図である。
【図５】同移動体の位置検出設備の移動体における位置演算方法の説明図である。
【図６】同移動体の位置検出設備の２つの再帰反射体の形状と配置を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２における移動体の位置検出設備の再帰反射体の説明図である。
【図８】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３における移動体の位置検出設備の再帰反射体の説明図である。
【図１０】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図１１】同移動体の位置検出設備の２つの再帰反射体の形状と配置を示す斜視図である。
【図１２】従来の移動体の位置検出設備の移動体における位置演算方法の説明図である。
【符号の説明】
11 エリア
12 移動体
13 （第１）再帰反射体
14，64 （第２）再帰反射体
21 半導体レーザ装置
22 ハーフミラー
23 導管
25 筒体
26 反射ミラー
27，29 ギア
28 ＤＣモータ
31 受光センサ
32 受光検出器
33 カウンタ
41 エンコーダ
42 ミラー回転角度検出器
45 コントローラ
51 再帰反射体群
52，61，62 再帰反射体
63 フィルタ
Ａ，Ｂ，Ｃ 再帰反射体の位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備、特に傾斜・凹凸のあるエリアを移動する荷役装置の位置検出にも対応した位置検出設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の位置検出設備としては、下記の方式が知られている。
▲１▼．自律方式（デットレコニング誘導方式）
走行距離と進行方向を計測する手段を設け、進行方向と走行距離を積算することによって自分の位置を算出する。
【０００３】
▲２▼．被検出体による方式
移動体の移動経路に沿って、磁石や反射シートなどの被検出体を所定間隔に設置し、移動体にこれら被検出体を検出する、近接スイッチや光電スイッチなどからなる検出手段を設け、検出した被検出体の数をカウントすることにより移動経路に沿った位置を認識する。
【０００４】
▲３▼．ＧＰＳによる方式
移動体にＧＰＳを設置し、自分の位置を認識する。
▲４▼．レーザナビゲータ方式
水平回転レーザと外部固定点の座標と角度から移動体の位置を測定する方式であり、図12に基づいて説明する。
【０００５】
図12において、１は移動体２が移動するエリアであり、このエリアには３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）に再帰反射体（再帰型の反射体）３が設けられている。再帰反射体３は、たとえばコーナキューブ（コーナレフレクター）から形成される。コーナキューブは、立方体の１つの角を切り取ったように互いに直交する３つの平らな反射面で構成される三角錐形のプリズムであり、入射した光線を３つの面で反射させた後、正確に入射した方向に送り返す働きをする。
【０００６】
また移動体２は、回転しながら水平に全周に渡って水平にレーザ光線を照射し、少なくとも３カ所の再帰反射体３から再帰した光を検出したときの水平回転光線（レーザ光線）の照射回転角度Θを検出して記憶し、これら記憶した回転角度Θ、および既知の再帰反射体３の座標データにより、移動体２（水平回転光線照射位置）の平面座標を計測している。
【０００７】
図12において、（Ｘｍ，Ｙｍ）は移動体２の平面座標、ψは移動体２のＸ軸からの姿勢角度、（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）は３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の再帰反射体３の座標（既知）である。またＬ12はＡ点−Ｂ点間の距離、Ｌ13はＡ点−Ｃ点間の距離、Θ1 はＡ点を検出したときの回転角度、Θ2 はＢ点を検出したときの回転角度、Θ3 はＣ点を検出したときの回転角度、ε1 はＡ点を原点としたＢ点のＸ軸からの角度、ε2 はＡ点を原点としたＢ点−Ｃ点間の角度である。
【０００８】
移動体２の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）と移動体２の姿勢角度ψは次の式（１）〜（10）により求められる。（詳細は、「システムと制御」第29巻第８号（1985）ｐ．553 〜560 参照。）
【０００９】
【数１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記移動体の位置検出設備には下記の課題があった。
▲１▼．デットレコニング誘導方式
累積誤差が生じるために、何らかの位置補正手段を設けなければならなかった。
【００１１】
▲２▼．被検出体による方式
被検出体の設置作業に多くのコストと労力がかかり、また移動経路が固定されてしまい、ランダムに移動する移動体に対して対応できなかった。
▲３▼．ＧＰＳによる方式
屋内など衛星の影に移動体の移動経路が入る場合に使用できず、すなわち、ＧＰＳの電波の受信状況が一定でなく、さらに高精度の位置計測のためには演算量が多く必要であり、応答に時間がかかった。
【００１２】
▲４▼．レーザナビゲータ方式
上記他の方式と比較して、有効な方式ではあるが、水平に照射するレーザ光線が障害物により遮光されることを避けるために、その照射位置を高い位置に設置する場合が多く、路面の傾斜・凹凸によりローリングが発生した場合、計測する位置（座標）に誤差が発生してしまう。
【００１３】
そこで、本発明は、レーザナビゲータ方式において、路面の傾斜・凹凸による誤差を解消した位置検出設備を提供することを目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出している間の前記光線の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、この計測した回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００１５】
上記方法により、第１再帰反射体の再帰反射光を検出している間の光線の回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きが求められ、第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測され、この平面座標が求めた移動体の傾きにより補正される。
【００１６】
また請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明であって、前記第１再帰反射体に近接して上下方向で反射面の水平方向の長さが一定の第２再帰反射体を設け、前記第２再帰反射体の再帰反射光を検出している間の前記光線の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、この計測した第２再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間と第１再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００１７】
上記方法により、基準となる第２再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間と、第１再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きが検出される。
また請求項３に記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に本数が変化する再帰反射体からなる再帰反射体群を設け、前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記再帰反射体群の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記再帰反射体群の再帰反射光を検出している間の前記再帰反射体の本数を計測し、この計測した再帰反射体の本数により移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および再帰反射体群の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００１８】
上記方法により、再帰反射体群の再帰反射光を検出している間の再帰反射体の本数により移動体の傾きが求められ、再帰反射体群の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度および再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測され、この平面座標が求めた移動体の傾きにより補正される。
また請求項４に記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に反射率が変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度を計測し、この計測した受光強度により移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００１９】
上記方法により、第１再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度により移動体の傾きが求められ、第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標が計測され、この平面座標が求めた移動体の傾きにより補正される。
また請求項５に記載の発明は、上記請求項４に記載の発明であって、前記第１再帰反射体に近接して上下方向に反射率が一定の第２再帰反射体を設け、前記第２再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度を計測し、この計測した第２再帰反射体の受光強度と第１再帰反射体の受光強度の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００２０】
上記方法により、基準となる第２再帰反射体の受光強度と、第１再帰反射体の受光強度の比較により移動体の傾きが検出される。
さらに請求項６に記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体に、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され前記第１再帰反射体から再帰した再帰反射光を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰反射光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度と、前記受光手段により再帰反射光を検出している間の前記水平回転光線照射手段の回転角度幅あるいは受光時間を計測する角度検出手段と、前記角度検出手段により計測された回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きを求める傾き検出手段を設け、前記角度検出手段により計測された回転角度および第１再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により求めた移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成により、水平回転光線照射手段より全周囲に光線が照射され、光線の照射範囲内にある、第１再帰反射体の再帰反射光が検出され、そのときの回転角度が計測され、また第１再帰反射光が検出されている間の回転角度幅あるいは受光時間が計測され、この計測された回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき、移動体の傾きが検出される。そして、計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標が計測され、この平面座標は、検出された移動体の傾きにより補正される。
【００２２】
また請求項７に記載の発明は、上記請求項６記載の発明であって、エリアに第１再帰反射体に近接して上下方向で反射面の水平方向の長さが変化しない第２再帰反射体を設け、角度検出手段は、受光手段により第２再帰反射体から再帰した光を検出している間の水平回転光線照射手段の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、傾き検出手段は、計測された第１再帰反射体と第２再帰反射体の再帰反射光を検出している間の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００２３】
上記構成により、基準となる第２再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間と、第１再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間の比較により、移動体と再帰反射体の距離に関係なく、第１再帰反射体に照射された上下方向の位置が特定され、移動体の傾きが正確に計測される。
また請求項８記載の発明は、上記請求項６または請求項７に記載の発明であって、第１再帰反射体の形状を、円錐形状または逆円錐形状または三角錐形状または逆三角錐形状としたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記構成により、再帰反射光が検出されているときの回転角度幅あるいは受光時間が、再帰反射体の上下方向により変化する。よって回転角度幅あるいは受光時間により再帰反射体のどの高さに光線が照射されているかが求められ、この高さにより移動体の傾きが検出される。
また請求項９記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に本数が変化する再帰反射体からなる再帰反射体群を設け、前記移動体に、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され、前記再帰反射体から再帰した光を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰した光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度を計測する角度検出手段と、前記受光手段により再帰した光を検出したとき、前記再帰反射体群の再帰反射体の本数を計測し、この計測した再帰反射体の本数により移動体の傾きを検出する傾き検出手段を設け、前記角度検出手段により計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００２５】
上記構成により、水平回転光線照射手段より全周囲に光線が照射され、光線の照射範囲内にある、再帰反射体群の再帰反射光が検出され、そのときの回転角度が計測され、また再帰反射体群の再帰反射体の本数が計測され、この計測された再帰反射体の本数により、移動体の傾きが検出される。そして、計測された回転角度および再帰反射体群の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標が計測され、この平面座標は、検出された移動体の傾きにより補正される。
【００２６】
また請求項１０記載の発明は、所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に反射率が変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、前記移動体に、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され前記第１再帰反射体から再帰した再帰反射光を検出し、そのときの受光強度を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰反射光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度を計測する角度検出手段と、前記受光手段により検出された再帰反射光の受光強度により、移動体の傾きを検出する傾き検出手段を設け、前記角度検出手段により計測された回転角度および第１再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正することを特徴とするものである。
【００２７】
上記構成により、水平回転光線照射手段より全周囲に光線が照射され、光線の照射範囲内にある、再帰反射体の再帰反射光が検出され、そのときの回転角度が計測され、また受光強度が計測され、この計測された受光強度により、移動体の傾きが検出される。そして、計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標が計測され、この平面座標は、検出された移動体の傾きにより補正される。
【００２８】
また請求項１１記載の発明は、上記請求項１０に記載の発明であって、エリアに第１再帰反射体に近接して上下方向に反射率が一定の第２再帰反射体を設け、受光手段は、前記第２再帰反射体から再帰した再帰反射光の受光強度を計測し、傾き検出手段は、受光手段により検出された第１再帰反射体と第２再帰反射体の再帰反射光の受光強度の比較により移動体の傾きを検出することを特徴とするものである。
【００２９】
上記構成により、第１再帰反射体と第２再帰反射体からの再帰反射光の受光強度の比較により、雨や霧などにより受光強度が変化する環境においても、第１再帰反射体に照射された上下方向の位置が特定され、移動体の傾きが正確に計測される。
また請求項１２記載の発明は、上記請求項１０または請求項１１に記載の発明であって、第１再帰反射体を、上下方向に反射率が一定の再帰反射体に、上下方向に光線の吸収率の異なるフィルタを貼りつけて構成したことを特徴とするものである。
【００３０】
上記構成により、上下方向に反射率が変化する第１再帰反射体が形成される。
また請求項１３記載の発明は、上記請求項１０または請求項１１に記載の発明であって、第１再帰反射体を、上下方向に色が異なる再帰反射体により構成したことを特徴とするものである。
上記構成により、上下方向に反射率が変化する第１再帰反射体が形成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１における移動体の位置検出設備を設けたエリアの平面図である。
【００３２】
図１において、11は移動体（たとえば、フォークリフトや無人搬送車など）12が移動するエリア（たとえば、倉庫や工場や港湾など）である。このエリア11の外周には、図２に示す、入射角が±４５゜の範囲内の光線を入射方向へ反射する反射特性を有する逆円錐形状の再帰反射体（再帰型の光反射体）13が、複数、その中心軸を鉛直にし、かつエリア11の基準平面から同一高さで壁（柱でもよい）に設置されている。またこれら再帰反射体13は、予め平面座標が設定されており、再帰反射体13を逆円錐形状とすることにより、平面を走行するどの移動体12からも同じ形状に見えるようにしている。なお、再帰反射体13は、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化するものであればよく、その形状は、円錐形状あるいは三角錐形状あるいは逆三角錐形状としてもよく、上下方向に変化する反射面の水平方向の長さのデータのテーブルが用意できるものであればよい。
【００３３】
上記移動体12の構成を図３を参照しながら説明する。
レーザ光線を発生し、このレーザ光線を回転しながら全周に渡って水平に照射する水平回転光線照射手段と、前記水平回転光線照射手段より照射され前記再帰反射体から再帰した光を検出する受光手段と、前記受光手段により再帰した光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度と、前記受光手段により再帰した光を検出している間の前記水平回転光線照射手段の回転角度幅を計測する角度検出手段と、前記角度検出手段により計測された回転角度幅に基づいて移動体の傾きを検出する傾き検出手段と、前記角度検出手段により計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正する位置計測手段が設けられている。
【００３４】
上記水平回転光線照射手段は、レーザ光線を水平に照射する半導体レーザ装置21と、半導体レーザ装置21から照射されたレーザ光線を上方へ垂直に導くハーフミラー22と、レーザ光線および再帰反射体13の再帰反射光（再帰反射体から再帰された光）の通路となる垂直な筒状の導管23と、この導管23が中心下方に接続され、リング状の軸受24上に載置された筒体25と、この筒体25内に配置された、導管23から導かれたレーザ光線を水平方向に反射させ、筒体25の側面に設けた窓部25Ａへ導く反射ミラー26と、前記導管23を中心に嵌合して導管23を回転する第１ギア27と、ＤＣモータ28と、ＤＣモータ28の回転軸に直結され、前記第１ギア27と噛み合う第２ギア29から構成されている。またエリア11の基準平面に位置する移動体12の筒体25から照射するレーザ光線の高さを、再帰反射体13の高さ方向の中心と一致させている。
【００３５】
この構成により、半導体レーザ装置21から水平に照射されたレーザ光線はハーフミラー22により上方へ導かれる。ＤＣモータ28が駆動されると、ＤＣモータ28の回転力は第２ギア29、第１ギア27を介して導管23へ伝達され、導管23が回転し、よって筒体25とともに反射ミラー26が回転し、導管23内に導かれたレーザ光線は、反射ミラー26の回転により、導管23（筒体25）の中心位置を中心として移動体12の全周に照射される。
【００３６】
また上記受光手段は、反射ミラー26および導管23、さらにハーフミラー22を介して導かれた再帰反射体13の再帰反射光が入射する受光センサ31と、この受光センサ31の光電流信号により、再帰反射体13の再帰反射光を検出し、受光信号を出力する受光検出器32から構成されている。
上記構成により、導管23の回転によって反射ミラー26が回転し、反射ミラー26を介して導かれた再帰反射体13の再帰反射光は、導管23とハーフミラー22を介して受光センサ31へ入射され、この受光センサ31の光電流信号により受光検出器32により再帰反射体13の再帰反射光が検出され、受光信号が出力される。
【００３７】
上記角度検出手段は、導管23に連結され、導管23の回転によりパルスを発生するエンコーダ41と、このエンコーダ41から出力されるパルス信号を加算して進行方向を０°とする反射ミラー26の回転角度（レーザ光線の照射角度）Θを計測し、受光検出器32より受光信号を入力したときの回転角度Θと、受光信号を入力している間の回転角度幅φを計測し、出力するミラー回転角度検出器42から構成されている。
【００３８】
この構成により、受光検出器32より受光信号を入力したときの反射ミラー26の回転角度（レーザ光線の照射角度）Θと受光している間の回転角度幅φがミラー回転角度検出器42により検出される。
上記傾き検出手段と位置計測手段はコンピュータからなるコントローラ45と、各再帰反射体13の平面座標が記憶されたリフレクタ座標記憶部46から構成されている。
【００３９】
コントローラ45には、ミラー回転角度検出器42より回転角度Θと回転角度幅φが入力されている。
まず、コントローラ45による移動体12の傾きの検出方法について説明する。
図３に示すように、移動体12に傾きが生じると、再帰反射体13の高さ方向中心に照射されていたレーザ光線は、その傾きにより、上下方向にずれる。このように上下方向にずれると、図２に示すように、±４５゜の再帰反射光が戻ってくる範囲（反射幅）が変化する。再帰反射体13は逆円錐の形状としているので、上方向へずれると、その反射幅は広くなり、すなわち受光センサ31および受光検出器32により再帰反射光が受光されている間の回転角度幅φ2は、高さ方向中心の回転角度幅φ0より広がり、逆に下方向へずれると、その反射幅は狭くなり、すなわち受光センサ31および受光検出器32により再帰反射光が受光されている間の回転角度幅φ1は、高さ方向中心の回転角度幅φ0より狭くなる。
【００４０】
レーザ光線の照射中心位置（水平回転光線照射手段の筒体25の中心）と再帰反射体13の中心位置との距離をＬとするとき、円錐検出幅Ｗは、Ｌ≫Ｗであることから、式（11）により求められる。
Ｗ≒２Ｌｔａｎ（φ／２） …（11）
なお、上記距離Ｌは、水平回転光線照射手段の前回計測の平面座標｛Ｘｖ（ｔ−１），Ｙｖ（ｔ−１）｝と、移動体12の向きと再帰反射体13を検出したときの回転角度Θにより推定される再帰反射体13の既知の平面座標（Ｘｒ，Ｙｒ）により求めることができる。
【００４１】
この円錐検出幅Ｗが求まると、図４に示すように、再帰反射体13の円錐高さを２ｈ、円錐の最大幅（底面幅）をＷｍａｘとすると、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈは式（12）により求められる。
Δｈ＝ｈ（２Ｗ／Ｗｍａｘ−１） …（12）
なお、レーザ光線の拡がり幅αが無視できないとき、中心高さ位置の円錐幅をＷ0とするとき、照射高さ変位Δｈは式（12）’により求められる。
【００４２】
Δｈ＝ｈ（Ｗ−Ｗ0−α）／Ｗ0 …（12）’
なお、レーザ光線の拡がり幅αは、
α＝２Ｌｔａｎ（拡がり角度／２）
で求められる。また距離Ｌに対するレーザ光線の拡がり幅αを予め記憶しておくこともできる。
【００４３】
コントローラ45は、これらの式（11）、および式（12）あるいは（12）’により、図５に示す再帰反射体13が設置された３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の照射高さ変位Δｈ１，Δｈ２，Δｈ３を、それぞれの回転角度幅φから求め、記憶する。
次に、移動体12が傾斜した状態における水平回転光線照射手段（筒体35の中心位置）の現在位置の平面座標を求める。この演算は従来の技術の項で説明したように、３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の再帰反射体13の検出角度Θ1 ，Θ2 ，Θ3、および再帰反射体13の既知の座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）によって、上記式（１）〜（10）により求められる。
【００４４】
図５において、（Ｘｍ，Ｙｍ）は移動体12が傾斜した状態における水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標である。
路面傾斜補正後の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）は、求められた水平回転光線照射手段の座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を３ヵ所（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）の照射高さ変位Δｈ１，Δｈ２，Δｈ３により補正することにより、次の式（13）〜（20）により求められる。ｚ０は、筒体25から照射されるレーザ光線の照射高さ（基準平面からの再帰反射体13の中心高さ）である。
【００４５】
【数２】
【００４６】
上記設備の構成によれば、エリア11の複数箇所に、その平面座標が既知の逆円錐形状の再帰反射体13を設け、移動体12より回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、再帰反射体13の再帰反射光を検出しているときの、ミラー回転角度検出器42により計測された回転角度幅φより、照射高さ変位Δｈ（移動体12の傾き）を計測し、また再帰反射体13の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度Θおよび既知の再帰反射体13の座標データにより、エリア11の路面の傾斜・凹凸により移動体12が傾斜した状態における水平回転光線照射手段の平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を計測し、この平面座標（Ｘｍ，Ｙｍ）を、検出された照射高さ変位Δｈにより補正することにより、水平面上の水平回転光線照射手段の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）が求められる。
【００４７】
このように、水平面上の水平回転光線照射手段の座標（Ｘｖ，Ｙｖ）を求めることができ、よって、路面の傾斜・凹凸の影響を受けずに移動体12の正確な位置計測ができ、路面の傾斜・凹凸の影響を受けない安定した走行が可能となる。
また移動体12の正確な位置計測により精度の良い誘導が可能となるため、荷役位置精度がよくなり、安定した荷役作業を行うことができ、さらに設置した機械などとの接触を防止することができ、安全を確保することができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態１では、移動体12と再帰反射体13との距離Ｌを演算する必要があるが、図６に示すように、円錐形状の再帰反射体（第１再帰反射体と称す）13に隣接して、第１再帰反射体13の高さ中心の円錐幅と同じ幅の円筒状（円柱状でもよい）の第２再帰反射体14を設け、この第２再帰反射体14を検出しているときの回転角度幅φ0を計測し、基準とすることにより、前記距離Ｌを演算する必要がなくすことができる。このとき、中心高さ位置からの照射高さ変位をΔｈとすると、式（21）〜（24）により求められる。
【００４９】
Δｈ＝ｈ（Ｗ／Ｗ0−１） …（21）
Ｗ0 ＝２Ｌｔａｎ（φ0／２） …（22）
Ｗ ＝２Ｌｔａｎ（φ／２） …（23）
Δｈ＝ｈ｛ｔａｎ（φ／２）／ｔａｎ（φ0／２）−１｝ …（24）
［実施の形態２］
実施の形態２では、上記実施の形態１における再帰反射体13に代えて、図７に示す再帰反射体群51を設けている。
【００５０】
図７に示すように再帰反射体群51を、円柱状の再帰反射体52を１段目は１本、２段目は間隔を置いて２本、３段目は間隔を置いて３本、４段目は間隔を置いて４本、５段目は間隔を置いて５本、逆円錐形状に配置して構成している。
また図８に示すように、実施の形態１における移動体12に新たに、受光検出器32の受光信号（パルス信号）を入力すると、所定時間、すなわち５本の再帰反射体52を走査する時間内に入力するパルス信号をカウントするカウンタ33を設けている。カウンタ33のカウント値はコントローラ45へ出力されている。
【００５１】
上記再帰反射体群51の構成によれば、移動体12に傾きにより再帰反射体51群を照射するレーザ光線が上下方向にずれると、カウンタ33に入力される受光検出器32の受光信号の数が変化する。したがって、コントローラ45はカウンタ33より入力したカウント値により、図７に示すように、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈを判断することができ、この照射高さ変位Δｈにより移動体12の平面座標を補正することができる。
［実施の形態３］
実施の形態３では、上記実施の形態１における再帰反射体13に代えて、図９に示す再帰反射体61を設けている。
【００５２】
図９に示すように再帰反射体61は、円筒状（円柱状でもよい）の再帰反射体62に、透過率が異なる所定幅のフィルタ63を上下方向に順に貼りつけ、上下方向に反射率を変化させる構成としている。前記フィルタ63としては、たとえばＮＤフィルタ（白色光を減衰するフィルタ）を使用する。
また図10に示すように、実施の形態１における移動体12において、受光検出器32に、新たに受光センサ31の光電流信号の強度、すなわち受光強度を計測し、その受光強度をコントローラ45へ出力する機能を付加している。
【００５３】
上記再帰反射体61の構成によれば、移動体12に傾きにより再帰反射体61を照射するレーザ光線が上下方向にずれると、再帰反射体61の反射率が変化するため、受光センサ31および受光検出器32により検出される再帰反射光の受光強度が変化する。したがって、コントローラ45は受光検出器32により計測される再帰反射光の受光強度により、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈを判断することができ、この照射高さ変位Δｈにより移動体12の平面座標を補正することができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態３では、反射率を上下で変化させるために、円筒状の再帰反射体62にフィルタ63を貼り付けているが、同じ目的で、色の異なる円筒状（円柱状でもよい）の再帰反射体を垂直方向ヘ積み上げて、再帰反射体61を形成するようにしてもよい。
また図11に示すように、再帰反射体61に隣接して、再帰反射体61の高さ中心の反射率と同じ反射率を全体に有する円筒状（円柱状でもよい）の第２再帰反射体64を設け、この第２再帰反射体64の再帰反射光の受光強度を計測して、再帰反射体61の再帰反射光の受光強度と第２再帰反射体64の再帰反射光の受光強度を比較することにより、中心高さ位置からの照射高さ変位Δｈを判断することができる。この方法によれば、雨や霧などにより受光強度が変化する環境においても、第１再帰反射体61に照射されたレーザ光線の上下方向の照射高さ変位Δｈを正確に計測でき、したがって移動体12の傾きを正確に計測することができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態１〜３では、レーザ光線を使用しているが、レーザ光線に限らず、直進性のある光線であればよい。また再帰反射体13，61あるいは再帰反射体群51をエリア11の外周に配置しているが、必ずしも外周に配置する必要はなく、エリア11内に設置することも可能である。
また角度検出手段においては、エンコーダ41から出力されるパルス信号を加算して回転角度幅φを計測しているが、回転速度は既知であるので、受光信号を入力している時間、すなわち受光時間を計測することにより、回転角度幅を求めるようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、路面の傾斜・凹凸による移動体の傾きを検出することができ、この傾きにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を補正することにより、正確な平面座標を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における移動体の位置検出設備を備えたエリアの平面図である。
【図２】同移動体の位置検出設備の移動体における再帰反射体の説明図である。
【図３】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図４】同移動体の位置検出設備において、再帰反射体の反射幅から照射高さ変位を求めるための説明図である。
【図５】同移動体の位置検出設備の移動体における位置演算方法の説明図である。
【図６】同移動体の位置検出設備の２つの再帰反射体の形状と配置を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２における移動体の位置検出設備の再帰反射体の説明図である。
【図８】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３における移動体の位置検出設備の再帰反射体の説明図である。
【図１０】同移動体の位置検出設備の構成図である。
【図１１】同移動体の位置検出設備の２つの再帰反射体の形状と配置を示す斜視図である。
【図１２】従来の移動体の位置検出設備の移動体における位置演算方法の説明図である。
【符号の説明】
11 エリア
12 移動体
13 （第１）再帰反射体
14，64 （第２）再帰反射体
21 半導体レーザ装置
22 ハーフミラー
23 導管
25 筒体
26 反射ミラー
27，29 ギア
28 ＤＣモータ
31 受光センサ
32 受光検出器
33 カウンタ
41 エンコーダ
42 ミラー回転角度検出器
45 コントローラ
51 再帰反射体群
52，61，62 再帰反射体
63 フィルタ
Ａ，Ｂ，Ｃ 再帰反射体の位置
Claims (13)
- 所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、
前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出している間の前記光線の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、この計測した回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正すること
を特徴とする移動体の位置検出方法。 - 前記第１再帰反射体に近接して上下方向で反射面の水平方向の長さが一定の第２再帰反射体を設け、
前記第２再帰反射体の再帰反射光を検出している間の前記光線の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、この計測した第２再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間と第１再帰反射体の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きを検出すること
を特徴とする請求項１に記載の移動体の位置検出方法。 - 所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に本数が変化する再帰反射体からなる再帰反射体群を設け、
前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記再帰反射体群の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記再帰反射体群の再帰反射光を検出している間の前記再帰反射体の本数を計測し、この計測した再帰反射体の本数により移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および再帰反射体群の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正すること
を特徴とする移動体の位置検出方法。 - 所定エリア内を移動する移動体の位置検出方法であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に反射率が変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、
前記移動体において、回転しながら全周に渡って水平に光線を照射し、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出したときの光線の回転角度を計測するとともに、前記第１再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度を計測し、この計測した受光強度により移動体の傾きを求め、前記計測した回転角度および第１再帰反射体の平面座標データにより現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を前記求めた移動体の傾きにより補正すること
を特徴とする移動体の位置検出方法。 - 前記第１再帰反射体に近接して上下方向に反射率が一定の第２再帰反射体を設け、
前記第２再帰反射体の再帰反射光を検出しているときの受光強度を計測し、この計測した第２再帰反射体の受光強度と第１再帰反射体の受光強度の比較により移動体の傾きを検出すること
を特徴とする請求項４に記載の移動体の位置検出方法。 - 所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向で反射面の水平方向の長さが変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、
前記移動体に、
回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、
前記水平回転光線照射手段より照射され前記第１再帰反射体から再帰した再帰反射光を検出する受光手段と、
前記受光手段により再帰反射光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度と、前記受光手段により再帰反射光を検出している間の前記水平回転光線照射手段の回転角度幅あるいは受光時間を計測する角度検出手段と、
前記角度検出手段により計測された回転角度幅あるいは光線を照射する回転速度と受光時間に基づき移動体の傾きを求める傾き検出手段
を設け、
前記角度検出手段により計測された回転角度および第１再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により求めた移動体の傾きにより補正すること
を特徴とする移動体の位置検出設備。 - エリアに第１再帰反射体に近接して上下方向で反射面の水平方向の長さが変化しない第２再帰反射体を設け、
角度検出手段は、受光手段により第２再帰反射体から再帰した光を検出している間の水平回転光線照射手段の回転角度幅あるいは受光時間を計測し、
傾き検出手段は、計測された第１再帰反射体と第２再帰反射体の再帰反射光を検出している間の回転角度幅あるいは受光時間の比較により移動体の傾きを検出すること
を特徴とする請求項６に記載の移動体の位置検出設備。 - 第１再帰反射体の形状を、円錐形状または逆円錐形状または三角錐形状または逆三角錐形状としたこと
を特徴とする請求項６または請求項７に記載の移動体の位置検出設備。 - 所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、
前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に本数が変化する再帰反射体からなる再帰反射体群を設け、
前記移動体に、
回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、
前記水平回転光線照射手段より照射され、前記再帰反射体から再帰した光を検出する受光手段と、
前記受光手段により再帰した光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度を計測する角度検出手段と、
前記受光手段により再帰した光を検出したとき、前記再帰反射体群の再帰反射体の本数を計測し、この計測した再帰反射体の本数により移動体の傾きを検出する傾き検出手段
を設け、
前記角度検出手段により計測された回転角度および再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正すること
を特徴とする移動体の位置検出設備。 - 所定エリア内を移動する移動体の位置検出設備であって、前記エリアの平面座標が既知である複数箇所にそれぞれ、上下方向に反射率が変化する特性を有する第１再帰反射体を設け、
前記移動体に、
回転しながら全周に渡って水平に光線を照射する水平回転光線照射手段と、
前記水平回転光線照射手段より照射され前記第１再帰反射体から再帰した再帰反射光を検出し、そのときの受光強度を検出する受光手段と、
前記受光手段により再帰反射光を検出したときの前記水平回転光線照射手段の回転角度を計測する角度検出手段と、
前記受光手段により検出された再帰反射光の受光強度により、移動体の傾きを検出する傾き検出手段
を設け、
前記角度検出手段により計測された回転角度および第１再帰反射体の座標データにより、水平回転光線照射手段の現在位置の平面座標を計測し、この平面座標を、前記傾き検出手段により検出された移動体の傾きにより補正すること
を特徴とする移動体の位置検出設備。 - エリアに第１再帰反射体に近接して上下方向に反射率が一定の第２再帰反射体を設け、
受光手段は、前記第２再帰反射体から再帰した再帰反射光の受光強度を計測し、
傾き検出手段は、受光手段により検出された第１再帰反射体と第２再帰反射体の再帰反射光の受光強度の比較により移動体の傾きを検出すること
を特徴とする請求項１０に記載の移動体の位置検出設備。 - 第１再帰反射体を、上下方向に反射率が一定の再帰反射体に、上下方向に光線の吸収率の異なるフィルタを貼りつけて構成したこと
を特徴とする請求項１０または請求項１１記載の移動体の位置検出設備。 - 第１再帰反射体を、上下方向に色が異なる再帰反射体により構成したこと
を特徴とする請求項１０または請求項１１記載の移動体の位置検出設備。
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