JPH1039927A

JPH1039927A - 無人搬送車の自律運転時の位置演算方法

Info

Publication number: JPH1039927A
Application number: JP8215008A
Authority: JP
Inventors: Harumasa Yamamoto; 治正山本
Original assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】無人搬送車の誘導制御が行えない領域を、ジ
ャイロによる姿勢角の計測と、搬送車の車輪の回転量か
ら位置を算出する演算方法を、条件を限定することによ
り高速に演算することができる無人搬送車の自律運転時
の位置演算方法を提供する。【解決手段】無人搬送車１に搭載したジャイロ４の姿
勢角と、移動距離により自律運転を行う無人搬送車１の
自律運転時の位置演算方法において、姿勢角の計測値の
演算を、姿勢角の正弦、余弦をテーブル参照により高速
に演算することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無人搬送車の自律
運転時の位置演算方法に関し、特に誘導路として床面に
部分的に磁気テープや反射テープを敷設して磁気誘導、
光学誘導を行えない部分をジャイロとエンコーダとによ
り搬送車の位置計測によって自律運転を高速に、かつ精
度良く行うようにした無人搬送車の自律運転時の位置演
算方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工場や倉庫等において予め定めた
コースに沿って物品を無人にて移載搬送する方式とし
て、工場等の床面に走行コースに沿って誘導路を形成
し、この誘導路を無人搬送車に搭載したセンサーにて検
出して無人搬送車が走行、ステーション位置での停止、
物品の移載等を行うようにしている。そしてこの誘導路
としては、一般に磁気テープによる磁気誘導、反射テー
プによる光学誘導を採用している。コーナ等誘導路を床
面に敷設できない部分は無人搬送車に搭載した自律運転
装置にて走行するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来の無人搬送
車における自律運転時の位置演算としてＭＰＵ（MicroP
rocessing Unit）を用いて整数演算をしている。しか
し、一般には整数演算の時間は浮動小数点演算に対し、
高速で演算でき、整数演算においては加減算は乗算より
も処理時間が短い。さらに乗算と除算では乗算の方が処
理時間が短い。このため演算を高速で実行するためには
時間のかかる除算や乗算の演算回数を減らすこと、アル
ゴリズムを精選し、繰り返しの演算などの回数を減らし
演算時間を短くすることが必要である。また、機械制御
を対象とした実時間制御では、演算時間がクリティカル
な条件においてもシステムが安定に動作する一定時間以
内に演算し、制御出力として出力しなければならない。
このため演算時間が短く、かつ最悪条件においても演算
時間が確定している演算方法が求められている。本発明
は、上記従来の無人搬送車の自律運転時の位置演算方法
の有する問題点を解決し、無人搬送車の誘導制御が行え
ない領域を、ジャイロによる姿勢角の計測と、搬送車の
車輪の回転量から位置を算出する演算方法を、条件を限
定することにより高速に演算することができる無人搬送
車の自律運転時の位置演算方法を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の無人搬送車の自律運転時の位置演算方法
は、無人搬送車に搭載したジャイロの姿勢角と、移動距
離により自律運転を行う無人搬送車の自律運転時の位置
演算方法において、姿勢角の計測値の演算を、姿勢角の
正弦、余弦をテーブル参照により高速に演算することを
特徴とする。

【０００５】上記の構成からなる本発明の無人搬送車の
自律運転時の位置演算方法においては、誘導制御を行え
ない領域をも自律運転することができる。

【０００６】また、本発明の無人搬送車の自律運転時の
位置演算方法は、無人搬送車に搭載したジャイロの姿勢
角と、移動距離により自律運転を行う無人搬送車の自律
運転時の位置演算方法において、演算を、自律運転の範
囲を制限して行うことを特徴とする。

【０００７】上記の構成からなる本発明の無人搬送車の
自律運転時の位置演算方法においては、演算のオーバー
フローを発生させずに演算することができる。

【０００８】また、本発明の無人搬送車の自律運転時の
位置演算方法は、無人搬送車に搭載したジャイロの姿勢
角と、移動距離により自律運転を行う無人搬送車の自律
運転時の位置演算方法において、演算を、マイコンでの
２進数表現の高速演算とすることを特徴とする。

【０００９】上記の構成からなる本発明の無人搬送車の
自律運転時の位置演算方法においては、無人搬送車の位
置をエンコーダ、ジャイロにて計測し、この計測値をマ
イコンにより高速で演算することができるので、無人搬
送車の自律運転を正確に、かつ高速で行える。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の無人搬送車の自律
運転時の位置演算方法の実施の形態を図面に基づいて説
明する。

【００１１】図において１は自動的に予め床面に敷設し
た誘導路に従って走行する無人搬送車で、この無人搬送
車１には従来と同じように走行用の車輪Ｗ及びその駆動
装置１０を配設し、電源、さらには制御装置を搭載す
る。また、床面には誘導路として磁気テープ５、６を設
定した走行路に沿って敷設する。図示の実施例では、こ
のテープを磁気テープとしたが、反射テープとすること
も可能である。

【００１２】磁気テープ５、６は床面に予め定めた走行
路に沿って敷設するが、これは一般的に床面に貼着す
る。この場合磁気テープ５、６を貼着できない箇所、例
えば図示のように曲線路等は磁気テープを貼着すること
なく一方の磁気テープ５による走行路から他方の磁気テ
ープ６による走行路へは予め定めた自律運転軌跡７に沿
って無人搬送車１に搭載した自律装置にて自動走行する
ようにする。

【００１３】無人搬送車１の誘導制御の行えない領域を
自律運転するためのセンサとして、無人搬送車１の車体
の中心にサグナック効果を利用した光ファイバジャイ
ロ、あるいは圧電素子に作用するコリオリの力を利用し
た圧電ジャイロ等の車体の姿勢角を計測するジャイロ４
を設けるとともに、無人搬送車１の車体の移動量を量る
ために、車輪Ｗにエンコーダ２、３を配設する。

【００１４】ジャイロ４は回転の角速度を検出し、この
検出値を積分することにより角度を求めるとともに、車
輪Ｗに設けるエンコーダは、異なる２つの車輪に配設す
るもので、これは図示のように前後の車輪に配設する
か、左右の２輪の速度差にて無人搬送車１の操舵をする
場合は左右の２車輪に配設する。この２つのエンコーダ
２、３の発生パルスの平均により無人搬送車１の移動距
離を求め、また、無人搬送車１の位置を演算するために
汎用のＭＰＵを使用した演算装置（マイコン）を配設す
るものである。

【００１５】さらに、床面には磁気テープ５の終端位置
に沿って自律運転開始マーク８を配設するが、この自律
運転開始マーク８は永久磁石、鉄板等にて構成し、床面
に埋設固定するとともに、無人搬送車側には磁気テープ
５に沿って走行してきた無人搬送車１がこの自律運転開
始マーク８に達したとき検出できる位置にセンサ９を配
設する。

【００１６】次に、上述のように構成した無人搬送車１
の誘導走行について説明する。無人搬送車１を誘導制御
の行える区間では磁気テープ５、６による誘導制御（磁
気誘導）を行う。無人搬送車１はモータ等の駆動装置１
０で前輪あるいは後輪の双方を駆動すると、この前後の
車輪Ｗにはエンコーダ２、３が取り付けられているの
で、無人搬送車１の移動によって車輪Ｗが回転し、車輪
の回転によりエンコーダにてその移動量が計測されると
ともに、車体の中央に取り付けたジャイロ４にて予め定
めた一定の周期で姿勢角が計測される。

【００１７】このようにしてエンコーダにて無人搬送車
１の移動量に応じて発生する発生パルス値が、そしてジ
ャイロ４にて姿勢角が、それぞれ予め定めた一定の周期
で計測されつつ無人搬送車１は磁気テープ５による誘導
路に沿って走行し、やがて磁気テープ５の終端部に達し
て自律運転開始マーカ８をセンサ９にて検出すると、こ
のマーカ検出位置から無人搬送車１は自律運転を開始し
て事前に設定された自律運転軌跡７に従って運転し、次
の磁気テープ６に達するように運転する。無人搬送車１
が磁気テープ６の位置に達すると、その後は再度磁気テ
ープ６による誘導制御によりこの磁気テープ６に沿って
走行する。

【００１８】このマーカ検出後の自律運転を行う区間の
演算方法を図２の座標に従って説明する。自律運転開始
マーカ８を検出時の車体の位置と方向を初期条件とし
て、この時刻をt0、位置をp0としてこれ以降、一定周期
Δtの間隔で姿勢角θ、移動距離Lを計測する。計測回数
n回の姿勢角度θn、Δtに移動距離をΔＬnとすると、位
置Pnは次式となる。

【００１９】

【式１】

【００２０】無人搬送車１の移動距離は前輪Ｗと後輪Ｗ
のエンコーダ２、３で計測し、前輪Ｗの計測値を Lfn、
後輪Ｗの計測値を Lrn、とすると、移動距離ΔＬnは次式
となる。

【００２１】

【式２】

【００２２】ジャイロの角度の計測値は、２の補数表現
された語長ｗ1ビット、有効精度ｗ2ビットで表される。
例とし2ｗ1＝16bit、有効精度ｗ2＝15bit、位置の演算
を語長32bitの固定少数点で行う。図３にジャイロの角
度の表示を示す。これは式３のようになる。

【００２３】

【式３】

【００２４】この式で、正負で表現できる範囲が１だけ
異なることを示している。この例での角度表示の分解能
Raは次式となる。

【００２５】

【式４】

【００２６】ジャイロのデータを32ビット語長のデータ
に変換する方法は図４に示すようにする。即ち最下位ビ
ットから上位ビットに向かってｗ1ビット分は32ビット
のデータ領域にそのままコピーする。bitｗ1からbit31
の間はbitｗ1の値を31-(ｗ1-1)ビット分コピーする。

【００２７】汎用ＭＰＵのアッセンブリー言語では一般
に8ビットから16ビットのデータ変換、16ビットから32
ビットのデータ変換は、語長拡張命令として単一命令で
実行可能である。ｗ1が8又は16等の8の整数倍以外の場
合は上記方法に従い語長の拡張をする。

【００２８】また、位置の演算にはジャイロの出力する
角度データに対し、その正弦(sin)と余弦(cos)が必要
で、演算時間を短縮するため、それぞれ角度を引数とし
て表を持つ。ジャイロの有効精度がｗ2ビットであるた
め表の大きさは2^w2+1 あればよい。ジャイロの角度精度
がｗ2ビットに対し、表の精度をｗ3ビット（ｗ2＞ｗ3）
に下げることが可能である。

【００２９】正弦の表をsin_tbl［n］、余弦の表をcos_
tbl［n］とし、添字の範囲はn＝0,1,2,,,2^w2+1−1の値
となる。ｗ2＝15ビットの場合は n＝0,1,2,,,65535とな
る。この表の表現しうる精度としては表の大きさが2
^w2+1であるとき、ｗ2ビットの精度を持てば演算精度は
十分である。三角関数値と角度の関係は角度θが小さい
ときsinθ＝θ、cos（π／2＋θ）＝θと近似でき、こ
の近傍が最も精度が要求されるが、関数値は引数とする
角度よりも大きくなり得ないためである。関数値は引数
となる配列の添字ｎに対し、下記の値を格納する。表の
精度をｗ3ビットに圧縮する場合は、それぞれｗ2＝ｗ3
となる。この表は実時間で作成する必要はなく、事前に
作成しＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリ
に格納し、随時参照する。

【００３０】

【式５】

【００３１】ジャイデータのサンプリングをｎ回行った
ときの角度θ_nはジャイロの出力データをＡｎとすると
下記となる。三角関数の関数値は、ジャイロの出力デー
タの値に定数を加えた値を配列の添字として表を参照す
ることによって、きわめて短時間でその値を得ることが
できる。

【００３２】

【式６】

【００３３】次に、エンコーダによる移動距離の計測に
ついて説明する。実施例として無人搬送車の車輪Ｗの半
径をｒ＝１００ｍｍ、無人搬送車の走行速度をｖ＝１ｍ
／ｓ、エンコーダの車輪１回転当たりの発生パルス数を
ＲＰ＝２０００pulse／rev、データのサンプリング間隔
を△ｔ＝５０ｍｓの搬送車について説明する。エンコー
ダの距離計測の分解能Ｒは下記となる。エンコーダの計
数は、発生パルスの９０°または１８０°で計数する事
も可能で、この場合は分解能が２倍または４倍となる。

【００３４】

【式７】

【００３５】エンコーダの発生パルスＰと距離Ｌの関係
はＬ＝Ｐ・Ｒとなる。

【００３６】自律運転を行う領域を限定し、自律運転を
行う時間をＴとし、このあいだにエンコーダの発生する
パルス数Ｓは最大で下記となる。

【００３７】

【式８】

【００３８】エンコーダの発生パルス数は整数値で三角
関数値の表は小数点以下ｗ2ビットの固定小数点表現の
数値であるので、座標の演算は、小数点以下ｗ2ビット
の固定小数点で演算を行うとき、自律運転の区間を限定
し、その時間がＴで制限されているならば演算中の桁あ
ふれ（オーバーフロー）は発生しない。これは次式で示
されるように、

【００３９】

【式９】

【００４０】となっており、３２ビットの語長のデータ
で表現しうる数値の範囲内に収まるからである。発生パ
ルスを最大発生パルス数の２倍の値で評価するのは、後
述するように、除算をなくし演算時間を短縮するためで
ある。

【００４１】位置の演算はサンプリング回数ｎ回の位置
でのｘ座標ｘ_n、ｙ座標ｙ_nは下記となる。

【００４２】

【式１０】

【００４３】自律運転を開始するときの位置Ｐ₀をＰ
₀（０，０）とし、自律運転中の位置の変化を２Ｐ_nの形
で表せば以下のようになる。

【００４４】

【式１１】

【００４５】この式の演算には整数の加減算および乗算
で構成されており、除算は存在しない。また汎用ＭＰＵ
で時間の要する浮動小数点演算が必要ない。さらに条件
判別による分岐、演算過程でのオーバーフローの検証が
必要なく、きわめて高速で演算可能である。

【００４６】また演算の精度をｗ2ビットからｗ3ビット
に下げる場合、あるいは位置を２Ｐ_nでなくＰ_nで求める
場合、ＭＰＵの持つビットの算術右シフト命令により１
語内のビットを上位ビットから下位ビットの方向に最上
位ビットの値を保持したままビットを移動するだけで２
の累乗の除算が実行でき、この場合に於いても演算の高
速性は失われることはない。

【００４７】

【発明の効果】本発明の無人搬送車の自律運転時の位置
演算方法によれば、誘導制御を行えない領域をも自律運
転することができる。また、請求項２記載の発明によれ
ば、演算のオーバーフローを発生させずに演算すること
ができる。また、請求項３記載の発明によれば、無人搬
送車の位置をエンコーダ、ジャイロにて計測し、この計
測値をマイコンにより高速で演算することができるの
で、無人搬送車の自律運転を正確に、かつ高速で行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無人搬送車の自律運転時の位置演算方
法の一実施例を示す説明図である。

【図２】自律運転を行う区間の位置を演算する座標の関
係を示す説明図である。

【図３】ジャイロの角度の表示方法を示す説明図であ
る。

【図４】ジャイロデータの語長の拡張説明図である。

【符号の説明】

１無人搬送車２エンコーダ３エンコーダ４ジャイロ５磁気テープ６磁気テープ７自律運転軌跡８自律運転開始マーカ９センサ１０電動機Ｗ車輪

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無人搬送車に搭載したジャイロの姿勢角
と、移動距離により自律運転を行う無人搬送車の自律運
転時の位置演算方法において、姿勢角の計測値の演算
を、姿勢角の正弦、余弦をテーブル参照により高速に演
算することを特徴とする無人搬送車の自律運転時の位置
演算方法。
【請求項２】無人搬送車に搭載したジャイロの姿勢角
と、移動距離により自律運転を行う無人搬送車の自律運
転時の位置演算方法において、演算を、自律運転の範囲
を制限して行うことを特徴とする無人搬送車の自律運転
時の位置演算方法。
【請求項３】無人搬送車に搭載したジャイロの姿勢角
と、移動距離により自律運転を行う無人搬送車の自律運
転時の位置演算方法において、演算を、マイコンでの２
進数表現の高速演算とすることを特徴とする無人搬送車
の自律運転時の位置演算方法。