JP4694599B2 - 無人車両 - Google Patents

Description

本発明は、所定の走行ルートに沿って自立走行する無人車両であって、特に走行位置及び方位のズレを低減させた無人車両に関する。

無人車両の走行には、ジャイロスコープや走行距離の検出手段が設けられており、角度変化と走行距離から現在位置が求められ、指定された目的地へ走行するようにしたものが知られている。具体例としては、例えば下記特許文献１に記載されたものを挙げることができる。ここで、図５は、同文献に記載された無人車両及び、その位置方位測定システムの一部を示した図であり、図６は、位置方位測定方法を示した図である。

無人車両１００には、車輪１１１の１つにロータリエンコーダが設けられ、車体中央部には不図示のジャイロスコープが搭載されている。そして、図５（ａ）（ｂ）に示すように、車体の先後端に方位検出器１０１，１０２が設けられ、車両中央にはＩＤタグ検出器１０３が設けられている。一方、無人車両１００が走行する走行ルート上には、図５（ｃ）に示すように、方位標識２０１、方向標識２０２およびＩＤタグ２０３が設けられている。

方位検出器１０１及び方向検出器１０２は、図６に示すように、所定間隔で複数の素子が設けられた磁気センサであり、方位標識２０１及び方向標識２０２は磁気マーカである。無人車両１００が方位標識を通過するときに前後両側の方位検出器１０１や方向検出器１０２によって、方位標識２０１や方向標識２０２が検出される。方位検出器１０１では、どの位置の素子がＯＮになるかを検出することで車体の方位のズレ角を知ることができる。また、前後いずれかの方向検出器１０２が方向標識２０２を通過すると、前後の一方から検出信号が出されることによって進行方向を知ることができる。

ここで図７は、無人車両１００の位置方向の補正を行う処理装置３００の構成を示すブロック図である。無人車両１００の走行中、方位検出器１０１、方向検出器１０２およびＩＤタグ検出器１０３、ジャイロスコープ１０５及び走行距離検出器１０６からの信号は、入力部３０１を介して演算部３０２，３０３へ送信される。演算部３０２では、無人車両１００の進行方向と共に走行距離が算出され、その結果を基にＸＹ座標上の位置が求められ、記憶部３０５に記憶され、その値を基に走行制御装置４００によって操向および速度制御が行われる。走行ルートに沿って移動する際、方位検出器１０１、方向検出器１０２およびＩＤタグ検出器１０３からの検出信号が演算部３０３へ送られる。演算部３０３では、車体のズレ角が算出され、進行方向および絶対位置（Ｘ，Ｙ，θ）情報とともに比較部３０４に送られる。そして、比較部３０４では、演算部３０２の結果との比較によって補正が行われる。
特許第３３７８８４３号公報

ところで、こうした従来の無人車両では、方位検出器１０１などによって方位標識２０１などが検出され、その検出信号が演算部３０３へと送られて演算処理され、更に比較部３０４で補正処理が行われている。この場合、走行制御装置４００によって補正値に基づいた無人車両１００の走行制御が行われるまでに、演算時間や通信時間による遅れが生じてしまう。従って、補正値自体が誤差を含むことになり、その誤差が累積されて無人車両１００の走行位置および方位にズレが生じてしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、走行位置及び方位のズレを低減させた無人車両を提供することを目的とする。

本発明に係る無人車両は、走行距離検出器と走行方向を検出するジャイロスコープを搭載して自らの位置と方位を位置方位演算装置によって算出しながら、その位置方位演算装置からの制御信号によって走行制御装置を介して車輪装置を駆動し、それによって指定された走行ルートに沿って走行させるためのものであって、前記走行ルート上に複数個が埋設され、各々に固有の識別コード及び埋設された各箇所の位置情報をもった情報発信素子からの情報を検出すべく、車体の前後に搭載された一対の情報受信装置と、前記情報発信素子の位置情報から前記無人車両の走行位置を示す位置補正データを算出し、前記一対の前記情報受信装置と２箇所の前記情報発信素子との各々のズレ量から前記無人車両の車体方位を示す方位補正データを算出する位置方位補正装置とを有し、前記情報受信装置は、前記情報発信素子を検出した検出時に前記位置方位演算装置へ検出信号を送信し、前記位置方位演算装置は、前記走行距離検出器とジャイロスコープからの検出信号を受信した時に算出を開始して得られた位置と方位の位置方位データを記憶し、当該位置方位データとその検出信号を受信した検出時における前記位置方位補正装置から得られる位置方位補正データとを比較して、前記無人車両の方位のズレ角と絶対位置とのズレ量を演算して位置及び方位を補正し、また、前記一対の前記情報受信装置が取得する２箇所の前記情報発信素子の固有の識別コードから前記無人車両の車体方向を求めるようにしたものであることを特徴とする。

本発明によれば、情報受信装置の検出値から位置方位補正装置によって補正データを算出し、それに基づいて無人車両の走行位置や方位を補正するため、走行ルートに沿った正確な走行が可能になる。特に、走行距離検出器などの検出値に基づいて算出する位置及び方位データと、情報受信装置の検出値から算出した補正データとを、同じ走行位置で比較するようにしたので、演算や通信のための時間遅れによる誤差をなくし、より正確な走行が可能となる。

次に、本発明に係る無人車両について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、無人車両の位置方位測定システムの一部について簡略化して示した図である。
本実施形態の無人車両１０は、例えば図５（ａ）に示す無人車両であって、製鉄所構内で大型鋼材等の重量物を搬送するものである。従って、昇降装置を有する複数の車輪によって走行し、荷台を上下させることが可能な車両であるが、図１では単純化して示している。

無人車両１０は、平らな荷台をもった車体１１を有し、前後の区別はなくいずれの方向を先頭にしても走行可能な車両である。無人車両１０は、車体を支える４つの車輪１２に複輪式の走行装置が構成され、各走行装置は、それぞれが操舵モータと走行モータとが設けられた全４輪独立駆動・全４輪独立操舵方式によって構成されている。走行装置の各操舵モータ及び走行モータを走行制御装置２８（図２参照）が駆動制御することで、前後走行や横行、或いは斜行などを行いながら予め指定された所定の走行ルートに沿った自動搬送が可能になっている。

ここで図２は、無人車両の制御部を示したブロック図である。無人車両１０には、例えばマイコンからなる位置方位演算装置２１が設けられており、これは各検出データに基づいて車両の走行位置や方位を算出するものである。位置方位演算装置２１は走行制御装置２８に接続され、算出した走行位置や方位に従って無人車両１０の走行を制御する制御信号が送信される。一方、車輪１２の１つには回転を検出するロータリエンコーダ２２や、車輪１２の角度を検出する舵角検出器２３が設けられ、それぞれが位置方位演算装置２１に接続されている。また、車体１１の中央部には回転角度を検出するジャイロスコープ２４が搭載され、位置方位演算装置２１に接続されている。

無人車両１０が走行する製鉄所内などには所定の走行ルートが設定されており、その走行ルート上には図１に示すように複数の情報発信素子であるトランスポンダ１５が路面に埋設されている。本実施形態の無人車両１０には、こうしたトランスポンダ１５を検出するための情報受信装置であるトランスポンダ受信機２５が設けられている。特に、車体１１の走行方向（車体前後方向）両端部にトランスポンダ受信機２５がそれぞれ搭載されている。トランスポンダ１５の埋設ピッチは、無人車両１０に搭載された前後のトランスポンダ受信機２５の距離の整数分の１に設定されている。走行ルートに沿って無人車両１０が走行した場合に、前後のトランスポンダ受信機２５が同時に異なるトランスポンダ１５上に位置するようにするためである。

トランスポンダ１５は、本体にコンデンサや空芯のコイル、それに情報が書き込まれたメモリを有するＩＣチップが絶縁体の合成樹脂材によってモールドして構成されている。そのトランスポンダ１５には、固有のＩＤ（識別コード）や埋設された箇所の絶対位置情報が書き込まれている。よって、トランスポンダ受信機２５は、走行ルート上に埋設された各々のトランスポンダ１５からＩＤ情報や位置情報を取得することができ、更には、トランスポンダ１５を検出することにより、当該受信機とトランスポンダ１５の中心位置のズレ量が算出できるようになっている。

図３は、トランスポンダ受信機２５の構成を概念的に示した図である。本実施形態のトランスポンダ受信機２５は、図示するように車体幅方向に複数の受信コイル２５１が設けられたものであり、それぞれの受信コイル２５１に誘起される電圧の大きさによって、受信機の中心位置Ｃ１からトランスポンダ１５の中心位置Ｃ２までのズレ量ｄが算出できるように構成されている。

無人車両１０は、走行ルート上に設けられた複数のトランスポンダ１５について、それらが埋設された絶対位置（ＸＹ座標）を記憶したデータベース２６を有している。従って、トランスポンダ１５を検出する毎にデータベース２６が検索され、各々のＩＤに従って当該トランスポンダ１５の位置が得られ、そこから無人車両１０の走行位置が確認できるようになっている。また、無人車両１０は、車体前後にトランスポンダ受信機２５を有しているため、それぞれが検出したトランスポンダ１５のＩＤ情報によって、無人車両１０自身の車体方向が確認できるようになっている。

位置方位演算装置２１には、ロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４からの信号に基づいて無人車両１０の走行位置や車体方向について演算処理を行い、走行ルートに沿って目的地へと走行できるようにしたナビゲーション機能（プログラム）が格納されている。すなわち、各検出値による演算結果を基に無人車両１０の位置や方位が得られ、その位置及び方位が走行ルートに従って比較される。そして、その結果に基づいて走行ルートに沿って走行するための指令信号が、位置方位演算装置２１から走行制御装置２８へと送られる。その走行制御装置２８では、指定された走行ルートと走行速度に従って車輪１２の操舵や走行速度の制御が行われる。

ところが、ロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４による回転角度による走行距離の検出値はともに誤差を有するため、走行距離が長く曲線が多い程累積されて走行位置や方位にズレが生じてしまう。そこで、本実施形態の無人車両１０には位置方位補正装置２７が設けられている。位置方位補正装置２７は、トランスポンダ受信機２５から得られた位置方位の検出値に基づいて、無人車両１０の位置及び方位について位置方位補正データを算出するものである。

また、本実施形態では、トランスポンダ受信機２５が位置方位演算装置２１と位置方位補正装置２７とに接続され、位置方位補正装置２７へは検出信号を送る一方、位置方位演算装置２１へは、トランスポンダ１５を検出したタイミングを知らせる検出パルス（ＴＰ）を送るよう構成されている。

続いて、無人車両１０の走行について説明する。例えば、製鉄所の構内で大型鋼材等の重量物を搬送する場合、その走行ルートの走行開始位置に配置され、入力装置２９から現在位置と目的地を示す走行ルートの入力が行われ、走行が開始される。この走行開始時点では、前後のトランスポンダ受信機２５が２箇所のトランスポンダ１５上に配置され、検出した一対のトランスポンダ１５のＩＤの読み取りによって車体前後方向が確認できる。従って、無人車両１０は、その車体前後方向と入力された目的地とを基に進行方向を判断し、走行ルートに従った走行を開始する。

走行中、無人車両１０はロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４からの検出信号に基づき、その走行位置や車体方向を判断しながら走行ルートに従って進行する。また、そうした走行ルート上にはトランスポンダ１５が埋設されているため、その上を通過するトランスポンダ受信機２５が所定の間隔で情報を受け取っていく。複数あるトランスポンダ１５は、無人車両１０に設けられた前後のトランスポンダ受信機２５の距離に対し、その整数分の１の間隔で埋設されている。そのため、前後一対のトランスポンダ受信機２５は、走行中に同じタイミングで前後２箇所のトランスポンダ１５を検出することになる。

ここで、図４は、前後のトランスポンダ受信機２５（２５ａ，２５ｂ）が、２個のトランスポンダ１５（１５ａ，１５ｂ）の上を同時に通過する場合の位置関係を示した平面図である。無人車両１０は、Ｆ方向に走行している。
位置方位演算装置２１では、ジャイロスコープ２４からの回転角の検出情報とロータリエンコーダ２２からの走行距離の検出情報とを受け取り、演算処理によって無人車両１０の進行方向が求められると共に、走行位置すなわち進行方向における走行距離が求められる。そして、その位置及び方位データが位置方位演算装置２１に記憶される。

一方、前後のトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂでは、２箇所のトランスポンダ１５ａ，１５ｂがそれぞれ検出される。検出された一対のトランスポンダ１５ａ，１５ｂからは、それぞれ固有のＩＤ（識別コード）や絶対位置の情報が前後のトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂによって読み取られる。また、各トランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂでは、図３に示すように、車体幅方向の中心位置Ｃ１からのズレ量に応じた受信コイル２５１に誘起される電圧の大きさが検出される。

従って、トランスポンダ１５ａ，１５ｂに対する各ＩＤ情報と電圧値が、それぞれ検出信号として位置方位補正装置２７へ送信される。そして、本実施形態では、トランスポンダ１５を検出したタイミング（ｔ１）で、トランスポンダ受信機２５から位置方位演算装置２１へ検出パルス（ＴＰ）が送信され、位置方位演算装置２１では、ロータリエンコーダ２２などの検出値から求められる位置及び方位データに関し、そのタイミングｔ１に対応させた位置及び方位データが記憶される。

位置方位補正装置２７では、トランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂによって得られたタイミングｔ１におけるトランスポンダ１５ａ，１５ｂのＩＤに従い、データベース２６内に格納された埋設位置（ＸＹ座標）を検索し、これによってトランスポンダ１５ａ，１５ｂの位置から無人車両１０の走行位置が確認される。そして、車体前後のトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂが検出する、異なるトランスポンダ１５ａ，１５ｂのＩＤに基づいて無人車両１０の車体方向が算出される。

また、そのタイミングｔ１における無人車両１０の方位は次の演算によって求められる。まず、トランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂで得られたトランスポンダ１５ａ，１５ｂのズレ量が、前後それぞれにおいてｄ１，ｄ２であるとする。そして、タイミングｔ１における無人車両１０の車体中心座標が（Ｎ０，Ｅ０）であるとする。ここで、トランスポンダ１５ａ，１５ｂを結んだ直線の方向をＮ軸とし、それに直交する方向をＥ軸とする。トランスポンダ１５ａ，１５ｂのそれぞれの位置が（Ｎ１，Ｅ１）、（Ｎ２，Ｅ２）であるとする。また、無人車両１０に設置されたトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂの前後方向の距離はａである。

そこで、無人車両１０について、車体中心座標（Ｎ０，Ｅ０）と車体の方位角θは次のようにして求められる。
Ｎ０＝（Ｎ１＋Ｎ２）／２
Ｅ０＝｛（Ｅ１＋ｄ１）＋（Ｅ２＋ｄ２）｝／２
θ＝ｔａｎ^-1｛（ｄ１−ｄ２）／ａ｝

位置方位補正装置２７では、こうしてトランスポンダ受信機２５ａ，２５ｂからの検出値から、無人車両１０の位置及び方位について位置方位補正データが算出され、それが位置方位演算装置２１へと送信される。よって、一定間隔で検出されるトランスポンダ１５ａ，１５ｂからの情報によって車体中心座標（Ｎ０，Ｅ０）と車体の方位角θが求められ、走行中、常に送られてくるロータリエンコーダ２２、舵角検出器２３及びジャイロスコープ２４からの情報によって算出される走行位置や方位との比較が行われる。

位置方位演算装置２１では、ロータリエンコーダ２２やジャイロスコープ２４の検出値から求めた無人車両１０の位置と方位に関する値と、その位置方位補正データとが比較される。特に、本実施形態では、位置方位演算装置２１に記憶されているタイミングｔ１における走行時の位置及び方位データと、その同じタイミングｔ１における位置方位補正データとが比較される。そして、タイミングｔ１における無人車両１０の方位のズレ角と絶対位置とのズレ量を演算して現在位置と方位が補正される。そして、その補正値に基づいた制御信号が走行制御装置２８へと送信され、指定された走行ルートと走行速度に従って、車輪１２の走行装置に対して操向制御および速度制御が行われる。

なお、トランスポンダ受信機２５がトランスポンダ１５を検出することにより、無人車両１０の位置方位について補正を行う間隔、すなわちタイミングｔ１から次の検出タイミングｔ２までの間隔は、距離にして数メートルから数十メートルであるのに対し、検出パルスＴＰが位置方位演算装置２１へ入力されてから位置及び方位の補正が行われるまでの走行距離は僅かに数十センチメートルである。従って、例えばタイミングｔ１の位置及び方位について補正を行う間の走行距離は数十センチメートルであり、これは無視し得る程度の誤差である。

よって、本実施形態の無人車両１０によれば、トランスポンダ受信機２５の検出値から位置方位補正装置２７によって補正データを算出し、それに基づいての走行位置や方位を補正するため、走行ルートに沿った正確な走行が可能になる。特に、ロータリエンコーダ２２などの検出値に基づいて算出する位置及び方位データと、トランスポンダ受信機２５の検出値から算出した補正データとを、同じ走行位置で比較できるようにしたので、演算や通信のための時間遅れによる誤差をなくし、より正確な走行を可能にした。
また、トランスポンダ１５のＩＤによって絶対位置が確認できるため、走行ルートの途中から走行するような場合でも無人車両１０はその車体前後方向を確実に判断し、入力された目的地に向かって進行方向をとり、走行ルートに従った走行を開始することができる。

以上、本発明に係る無人車両の位置方位測定システムについて実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

無人車両を簡略化して示した図である。 無人車両の制御部を示したブロック図である。 トランスポンダ受信機の構成を概念的に示した図である。 前後のトランスポンダ受信機が、２個のトランスポンダの上を同時に通過する場合の位置関係を示した平面図である。 従来の無人車両及び、その位置方位測定システムの一部を示した図である。 従来の位置方位測定システムにおける位置方位測定方法を示した図である。 無人車両の位置方向の補正を行う処理装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 無人車両
１５ トランスポンダ
２１ 位置方位演算装置
２２ ロータリエンコーダ
２３ 舵角検出器
２４ ジャイロスコープ
２５ トランスポンダ受信機
２６ データベース
２７ 位置方位補正装置
２８ 走行制御装置
ＴＰ 検出パルス

Claims (1)

1. 走行距離検出器と走行方向を検出するジャイロスコープを搭載して自らの位置と方位を位置方位演算装置によって算出しながら、その位置方位演算装置からの制御信号によって走行制御装置を介して車輪装置を駆動し、それによって指定された走行ルートに沿って走行させるための無人車両において、
   前記走行ルート上に複数個が埋設され、各々に固有の識別コード及び埋設された各箇所の位置情報をもった情報発信素子からの情報を検出すべく、車体の前後に搭載された一対の情報受信装置と、
   前記情報発信素子の位置情報から前記無人車両の走行位置を示す位置補正データを算出し、前記一対の前記情報受信装置と２箇所の前記情報発信素子との各々のズレ量から前記無人車両の車体方位を示す方位補正データを算出する位置方位補正装置とを有し、
   前記情報受信装置は、前記情報発信素子を検出した検出時に前記位置方位演算装置へ検出信号を送信し、
   前記位置方位演算装置は、前記走行距離検出器とジャイロスコープからの検出信号を受信した時に算出を開始して得られた位置と方位の位置方位データを記憶し、当該位置方位データとその検出信号を受信した検出時における前記位置方位補正装置から得られる位置方位補正データとを比較して、前記無人車両の方位のズレ角と絶対位置とのズレ量を演算して位置及び方位を補正し、また、前記一対の前記情報受信装置が取得する２箇所の前記情報発信素子の固有の識別コードから前記無人車両の車体方向を求めるようにしたものであることを特徴とする無人車両。

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