JPS63150711A - 無人車の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、走行部に車輪、クローラ等を使用した各種
無人車を、指令部から同一のコマンドによって制御でき
るようにした無人車の制御方法に関する。

［従来の技術］ 現在、自立型無人車の研究が盛んに行なわれている。こ
の種の無人車は、走行部に車輪、クローラ等を持ってお
り、指令部からの命令によって、走行するようになって
いる。

第７図は、走行部に車輪を有する従来の自立型無人車ｌ
の構成を示すブロック図てめろ。図において、２は指令
部、３は車輪駆動部、４．ａ、４ｂは左右の車輪５　ａ
、５　ｂ＋駆動するモータであり、車輪駆動部３とモー
タ４ａ、４ｂと車輪５　ａ、　５　ｂが走行部６を構成
している。

このような構成において、目的地が与えられると、指令
部２は、目的地までの走行経路を探索し、その結果から
走行指令（以下、コマンドという）を作成して車輪駆動
部３へ供給する。車輪駆動部３はこのコマンドを解釈し
、車輪５　ａ、　５　ｂを駆動する。

第８図は、従来のコマンドの一例（Ｇｏコマンド）を示
すものである。例えば、指令部２から車輪駆動部３　ヘ
Ｇ　Ｏ（６０，１００，ｔｏ、３０．２０００）なるコ
マンドが与えられると（同図（イ））、車輪駆動部３は
このコマンドを解釈して、図示するように無人車Ｉを走
行させる。すなわち、無人車ｌは、Ｘ軸上を直進し、ｘ
＝６０ｃｍの地点でカーブを切り始め、ｘ＝　Ｉ　００
ｃｍ、　ｙ＝　１０ｃｍの地点を、Ｘ軸と３０゜の角を
なす方向に通過し、以後再び直進する。従って、新ｆこ
な直進方向を新座標軸Ｘ１とすると、新座標軸Ｘ、と旧
東標軸Ｘとがなす角は３０”　となる。

まｆこ、走行速度に関しては、時速２　ｋｍ（・２００
０ｍｍ）の一定速度で走行する。

また、Ｇ　Ｏ（１００，５０，８０，１３５，０）なる
コマンドが与えられると（同図（ロ））、移動ロボット
１はＸ軸上を直進し、ｘ＝１００ｃ＋＋＋の地点まで進
んで急カーブを切り始め、Ｘ＝　５０ｃｍ、　ｙ＝　８
０ｃｍの地点で、Ｘ軸と１３５°の角をなして停止する
。この場合、走行速度は一定の割合で減速し、ｘ＝　５
０　ｃｍ、　ｙ−８０ｃｍの地点で０となる。

このように、車輪駆動部３は、指令部２からの指令を解
釈して、車輪５　ａ、　５　ｂを駆動する。この場合、
車輪駆動部３は局所座標のみを考えて車輪５　ａ、　５
　ｂを制御すればよい。また、指令部２は、世界座標を
管理し、無人車ｌが目的地へ到達できるように、経路探
索、コマンド作成を行う。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の無人車にあって：よ、次のよ
うな欠点があった。

（１）指令部は走行部のカーブの開始地点や、終了地点
などの細かな点まで指示しなければならない。ところで
、このような地点は、走行部か車輪、クローラ、歩足の
いずれの走行装置を採用しているかによって異なるため
、コマンドが走行部の形態（走行機基）によって異なる
ものとならざるをえず、指令部のプログラムが走行部の
形態に強く依存してしまう。

例えば、第９図に示すように、ノードＮ２までは比較的
高速の走行速度Ｖｌが指示され、その次のノードＮ３て
急に停止することが指示された場合、走行部の形態によ
っては、慣性力を充分に制御することができず、同図に
点線で示すように減速すべきところを、実線で示すよう
に減速し、この結果、ノードＮ３を通り越した位置で停
止してしまうことになる。こ・のような事態を防ぐため
には、ノードＮｌを通過した時点で、走行部の形態に合
わせて、比較的低速の速度ｖ２を指示しなければならず
、これが、上述した指令部のプログラムが走行部の形態
に強く依存することを意味する。

また、ノードＮ１からノードＮ２まで、低速で走行する
ことは、走行時間の増大につながり、この結果、作業能
率の低下を沼く。

（２）また、カーブ走行時において、特に指令が与えら
れない場合、走行速度が一定であり、この結果、走行部
の形態によっては、正規の経路に沿ってカーブを切るこ
とができず、円滑なカーブ走行ができない。

この発明は、このような背景の下になされたもので、走
行部の形態に拘わらず、所定の停止位置に正確に停止す
ることができ、また円滑なカーブ走行を実現することが
できる無人車の走行制御方法を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、指令部と走行
部とを有し、前記指令部は目的地が与えられると、該目
的地に到達するまでに通過する各ノードを決定すると共
に、前記各ノード毎に、走行方向および走行速度を指定
する几めの走行指令を順次作成して前記走行部へ与える
一方、灯記走行部は前記指令部から与えられた走行指令
に基ついて、自らの走行機能に適合し一回転パターンお
よび速度パターンを決定し、これらの回転パターンおよ
び速度パターンに応じｆ二軌跡および速度で走行する無
人車において、前記指令部は、次に通過するノードに関
する第Ｎ番目の走行指令以外に、その次以降に通過する
各ノードに関する第Ｎ＋１番目、第Ｎ＋２番目、・・・
の各走行指令を予め前記走行部へ与える一方、航記走行
部は、前記指令部から与えられた第Ｎ＋１番目、第Ｎ−
！−２番目、・・・の各走行指令を参照して、第Ｎ番目
の走行指令に基づいて決定した速度パターンを、自らの
走行機能に応じて補正することを特徴としている。

［作用］ 上記構成によれば、走行部が、次に通過するノードに関
する第Ｎ番目の走行指令以外に、その次以降に通過する
各ノードに関する第Ｎ＋１番目。

第Ｎ−”２番目、・・・の各走行指令を先読みし、これ
ら先読みした第Ｎ÷１番目、第Ｎ＋２番目、・・・の各
走行指令を参照して、第Ｎ番目の走行指令に基づいて決
定した速度パターンを、自らの走行機能に応じて補正す
るの″で、走行部の形態、すなわち、走行部が車輪か、
クローラか等に拘わらず、常に所定の停止位置に正確に
停止することができ、また円滑なカーブ走行が可能とな
り、走行動作の円滑化が図られる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図において、１０は指令部であり、この指令部ＩＯ
は、複数の無人車を統括する中央筒２３から無線によっ
て指示された目的地のノードが通信装置２４を介して供
給されると、後述する地図部１８内に記憶された地図デ
ータに基づいて最適な経路を探索し、目的地に向かう際
に通過するノードを決定し、これら各ノードを順次結ぶ
走行予定経路に沿って走行するために必要なコマンドを
順次作成して出力する。１１は、指令部１０かろ順次供
給されるコマンドを受信するコマンド受信部であり、Ｆ
ＩＦＯ（ファーストイン・ファーストアウト）バッファ
によって構成されている。コマンド受信部１１は、送ら
れてきたコマンドをコマンド解釈部１２および軌道修正
部Ｉ６へ供給する。

ここで、上記コマンドは Ｇ　Ｏ（Ｘ、ＬＶ、θ、ｐｔｒ、Ｎ）−−（１）の形の
ものである。ただし、 ＸはＸ軸方向の走行距離（正；前進、負：後退）ＹはＸ
軸方向の走行距離（正：前進、負：後退）■はＸ、ｙ方
向の合成速度 θは回転角度（正：反時計回り） ｐｔｒは情景ボインク Ｎはコマンド実行後に到達するノード番号である。すな
わち、コマンドは、実行後に到達するノードＮまでの走
行距離をＸ、Ｙ各成分毎に与えるとともに、走行速度■
、次のノードに到達するまでの回転角度θを情景ポイン
タｐｔｒやノード番号Ｎととらに与える。そして、一連
のコマンドのよって与えられる軌跡は、複数のノードを
連結する折れ線軌跡の形を取ることとなる。ここで、ノ
ードとは、停止点、分岐点、作業地点などの走行状態変
換点のことである。また情景ポインタｐｔｒとは、左右
の壁までの距離や壁の変化点（エツジ）等の情報群を指
定するものであり、これらの情報が後述する超音波セン
サ等から得られた情報と比較対比され、無人車の実際の
位置を修正するのに利用される。

そして、指令部１０は、次に通過するノードに関する第
Ｎ番目のコマンド以外に、その次に通過するノードに関
する第Ｎ＋１番目のコマンドを、予めコマンド受信部Ｉ
＋を介してコマンド解釈部１２へ与える。

コマンド解釈部Ｉ２は、上述のように折れ線軌跡の形で
与えられたコマンドを解釈して、無人車の走行パターン
を作成するものである。すζわち、コマンド解釈部１２
は、一連のコマンドによって与えられた、ｘ、ｙ各成分
毎の走行距離、走行速度ｖ、回転角度θを実現するのに
最適な速度パターンや回転パターン（第４図参照）を走
行パターンとして決定し、Ｘ軸成分の速度パターン信号
ＶＸ、　Ｘ軸成分の速度パターン信号ｖｙ、回転パター
ン信号０を出力し、これらのパターン信号をザーホ指令
作Ｆｉ５　部１３に供給する。ここで、上記走行パター
ンは走行装置（本実施例の場合は車輪）に最も通しｆニ
パタ−ンとなるように、走行装置の種類によって変化す
る。

そして、コマンド解釈部１２は、前記指令部ｌＯから与
えられた第Ｎ番目のコマンド以外に、次の第Ｎ＋１番目
のコマンドを先読みし、この先読みした第Ｎ＋１番目の
コマンドを参照して、第Ｎ番目のコマンドに基づいて決
定した速度パターンを、走行装置に適したパターンとな
るように適宜補正する。これにより、第Ｎ番目のノード
に向って走行している時点において、その先の第Ｎ＋１
番目のノードにおいて、例えば、停止またはカーブする
二とがすでに認識され、この停止またはカーブする所定
距離手前において予め減速するように速度パターンが補
正される。

サーボ指令作成部１３は、コマンド解釈部１２から供給
されたパターン信号ｖｘ、ｖｙ、θを所定のサンプリン
グ周期毎に読み込み、これらを後述するフィードバック
信号ｖｘｆ、ｖｙｆ、θｆと突き合わせて偏差信号Δｖ
ｘ、Δｖｙ、Δθを演算し、これらの信号をアナログ信
号に変換した後サーボ制御部１４へ供給する。これによ
って、サーボ制御部１４は上記偏差信号が零になるよう
に、モータ４ａ、４ｂを駆動制御する。

モータ４ａ、４ｂの回転量は、モータ４ａ、４ｂの回転
軸に連結されたエンゴーダ１５ａ、１５ｂによって電気
パルスに変換され、軌道修正部Ｉ６に供給される。

軌道修正部１６は、エンコーダ１５ａ、１５ｂから送ら
れてきたパルス信号をカウントして走行距離を求めると
ともに、この−パルス信号から速度のフィードバック信
号ｖｘｆ、ｖｙｆを求める。ただし、本実施例は走行装
置として車輪を使用しているので、Ｘ軸方向のフィード
バック信号ｖｘｆのみが得られる。

軌道修正部１６は、また、左右のパルス信号の差から回
転角を求め、これに修正を施して回転角のフィードバッ
ク信号θｆを作成する。この修正は、環境認識部！７か
ら送られてきｆこデータと、地図部１８に記憶され、情
景ポインタｐｔｒをキーとして読み出された地図データ
とを比較して行うものである。

以下、上記修正につき説明する。

まず、上記地図部１８は、走行経路の左右両側の壁まで
の距離を、ノードからの距離と対応づけて記憶するメモ
リを有し、壁の変化点（エツジ）毎に、ノードからの距
離と、左右両側の壁までの距離とが記憶されている。そ
して、１つのノードから次のノードに至るまでの一連の
データが１つの情景ポインタｐｔｒと対応づけられてお
り、コマンドによって指定された情景ポインタｐｔｒに
対応する地図データが読み出せるようになっている。

一方、無人車から左右両側の壁までの実際の距離は、超
音波測距部１９によって測定される。すなわち、超音波
測距部１９は、超音波送信器２０ａを駆動して壁に向け
て超音波を発射し、その反射波を受信器２０ｂによって
受信して、この間の経過時間によって壁までの距離を測
定する。この測定結果は環境認識部１７に供給され、環
境認識部！７は、壁までの距離が変化する点、すなわち
、エツジを検出する。

軌道修正部１６は、情景ポインタｐｔｒによって指定さ
れた地図データを地図部１８から読み出すとともに、環
境認識部１７から供給される左右両側の壁までの実際の
距離、およびノードからエツジまでの距離を、地図デー
タと比較して次の２種類の修正を行う。

（１）左右両側の壁までの距離がほぼ等しくなるように
、すなわち、無人車が経路のほぼ中央を通るように回転
角を修正して、回転角のフィードバック信号θ「を作成
する。

（２）エンコーダ１５ａ、１５ｂからのパルス信号をカ
ウントして得たノードからエツジまでの実際の走行距離
が、地図データから得たものと違う場合は、この差分だ
け加減して修正する。言い替えると、上記パルス信号の
カウント値に差分を足しにり引いたりして、ソフト的に
修正する。

要約すると、上記修正は、無人車の両側の壁までの距離
によって、左右方向り）位置を回転角によって修正する
ものと、壁のエツジ（変化点）を検出して、エンコーダ
のカウント値をソフト的に修正するものとに大別される
。

以上か本実施例の構成であり、上述した構成要素４　ａ
、　４　ｂ、　５　ａ、　５　ｂおよび１１〜２０が走
行部２１を構成し、指令部１０と走行部２１とが無人車
２２（第２図）を構成している。但し、地図部Ｉ８は、
指令部１０と走行部２１が共有する形となる。

また、本実施例は、走行装置として車輪を用いているの
で、一方向、例えば、Ｘ軸方向にのみ走行可能であり、
Ｘ軸方向の速度成分は持たない。

次に、第２図〜第６図を参照して本実施例の動作を説明
する。なお、以下の説明では、第２図のノードＮＯから
ノードＮ７に行く場合を例にとり、無人車２２は、ノー
ドＮＯで、次のノードＮ１の方向を向いているものとす
る。また、説明の便宜上、各ノード間の距離はＩＯｍと
する。

まず、中央局２３から目的地としてノードＮ７が指示さ
れると、この指示を受けた指令部１０は、地図部１８内
の地図データに基づいて、ノードＮＯからＮ７に至る最
短経路を探索し、ＮＯ→Ｎ１−Ｎ４→Ｎ５→Ｎ７の経路
を決定する。なお、この探索方法としては、縦型探索、
横型探索などの公知の方法を用いることができる。こう
して、経路が決定されると、指令部１０は走行部２１に
転送するコマンドとして、以下の一連のコマンドを作成
する。

（１）Ｇ　Ｏ（１００００，０，２０００，０，ＰＯ，
Ｎ１）（２）Ｇ　Ｏ（１００００，０，２０００，−１
５７０８，ＰＩ、Ｎ４）（３）Ｇ　Ｏ（１０ｆ）００，
０，２０００．＋１５７０８．Ｐ２．Ｎ５）（４）Ｇ　
Ｏ（１００００，０，２０００，−１５７０８，Ｐ３．
Ｎ７）（５）Ｗ　Ａ　Ｉ　Ｔ　（０，１，０）ここで、
括弧内の最初の成分１ｏｏｏｏは、ノード間の距離がＩ
　Ｏｍ（＝　Ｉ　Ｏ０００ｍｍ）であることを示し、２
番目の成分０は、Ｘ軸方向の距離成分がゼロであること
を示している。また、３番目の成分２０００は、時速２
ｋｍ（＝　２０００ｍｍ）で走行すべきことを示してい
る。更に、４番目の成分である−１５７０８は、π／２
＝３．１４＋６／２＝１．５７０８に対応し、回転角が
一９０°、すなわち、時計方向に９０’回転すべきこと
を示している。最後に、５番目、６番目の成分が情景ポ
インタｐｔｒと次に到達すべきノードＮを示すことは、
既に述べた通りである。また、ＷＡ■Ｔコマンドは、Ｗ
　Ａ　Ｉ　Ｔ　（０，１，０）のような形で与えられ、
動作の一時停止を指示する。ここで、括弧の中の成分は
、緩減速停止／急停止、停止後ブレーキをかける／かけ
ない、サーボオフ／オンの各指定を０／１で指示するも
のである。

このような、コマンドがコマンド受信部１１に受信され
ると、コマンド解釈部１２は、まず、上記（１）、（２
）のコマンド（第Ｎ番目のコマンドおよび第Ｎ＋１番目
のコマンド）から第３図に示すような走行経路をイメー
ジし、第・を図に示すような速度パターンＶＸと回転パ
ターンθとを作成する。

この場合、速度パターンＶＸは、ノードＮＯから地点Ｓ
Ｏまで徐々に加速し、速度が２０００ｍ／ｈになった地
点ＳＯから一定の速度で走行し、コーナ一部のやや学的
の地点Ｓ１から徐々に減速する。

一方、回転パターンθは、この地点Ｓ２で右方向にカー
ブを切り始めて、無人車２２を右方にコーナリングさせ
るとともに、ノードＮｌに対応する地点Ｓ３でカーブを
逆方向に戻し始め、地点Ｓ４で、無人車２２が９０°の
コーナリングを完了して、直線走行に戻るようにする。

　速度パターンＶＸは、上記地点Ｓ４で再び加速を開始
して、地点Ｓ５で速度が２０００ｍ／ｈに戻るようにす
る。

そして、この速度パターンＶＸと回転パターンθとがサ
ーボ指令作成部１３に送られ、軌道修正部１６からのフ
ィードバック信号ｖｘｆ’、θｆと突き合わされ、偏差
信号ΔＶＸ、Δθが作成されてサーボ制ｇ！Ｊ部１４に
供給され、上記走行パターンに沿った走行が行なわれる
。

この場合、情景ポインタＰＯ１ＰＩによって地図！１！
ｌｌ１８から地図データか読み出され、上述しｆ二修正
、すなわち、無人車２２が経路の中央にくるような修正
と１．エンコーダ１５ａ、１５ｂがらのパルスカウント
の修正が行なわれる。

以下、同様に（２）、（３）のコマンドにより、ノード
Ｎ　＝１〜Ｎ５の方向に走行制御され、（３＞、（＝１
　）。

（５）のコマンドによって、ノードＮ５〜Ｎ７まで走行
制御される。この場合、（３）、（４＞のコマンド、お
よび（４）、（５）のコマンドによって、第５図に示す
ような走行経路をイメージし、第６図に示すような速度
パターンＶにを作成する。すなわち、速度パターンＶＸ
は、ノードＮ５におけるコーナーリングが完了した地点
Ｓ６で加速を開始して、地点Ｓ７で速度が２０００ｍ／
ｈに達し、以降地点Ｓ８まで一定速度で走行する。そし
て、ノードＮ７の所定距離手前の地点Ｓ８から徐々に減
速し、地点Ｓ９からＳＩＯまで低速走行する。そして、
（５）のＷＡＩＴコマンドによって、ノードＮ７の手前
側の地点ＳｌＯで減速され、ノードＮ７に到達した時点
でブレーキがかかって、無人車２２が停止する。

以上は、前進（Ｘ軸方向の走行）のみによって目的地ま
で行ったが、交差点が狭いためにカーブが切れないよう
な場合は、横行（Ｘ軸方向の走行）を併用する方法が考
えられる。この場合、走行装置には、例えば、特開昭５
９−１８４０６２号公報に記載されたような全方向移動
可能な機構を用い、次のようなコマンドで制御すればよ
い。

（１）Ｇ　Ｏ（１００００，０，２０００，０，ＰＯ，
Ｎ１）（２）Ｇ　Ｏ（０，−１００００，２００００，
０，Ｐｉ’、Ｎ４）（３）Ｇ　Ｏ（１００００，０，２
０００，０，Ｐ２．Ｎ５）（４）Ｇ　Ｏ（０，−１００
００，２０００，０，Ｐ３．Ｎ７）（５）Ｗ　Ａ　Ｉ　
Ｔ　（０，１，０）このような一連のコマンド゛によれ
ば、第２図のノードＮＯからＮｌまで前進した後、ノー
ドＮｌからＮ４まで横行し、ノードＮ４からＮ５までは
再び前進し、ノードＮ５からＮ７まで横行して目的ノー
ドＮ７に到達する。

第２図の場合は、通路が直交しているので、横行のみで
対処できるが、斜めに交差している通路がある場合は、
Ｘ、ｙ両成分にゼロでない値を与えることによって、斜
行させればよい。

このように、本発明によれば、指令部ＩＯから与えられ
たコマンドによって、走行部２１が自らの走行装置（車
輪、クローラ等）に最適な、滑らかな走行軌跡および走
行速度を作成して移動するので、指令部ＩＯは走行装置
に依存せず、走行装置が変わっても指令部１０のプログ
ラム等を変えなくても済む。また、全方向の走行装置に
も容易に適用することができる。

なお、上記実施例において、指令部１０と走行部２１は
別々のプロセッサで構成してもよいし、共通のプロセッ
サを時分割的に使用してもよい。

また、複数のプロセッサを結合して、データをやり取り
しながら処理するようにしてもよい。

また、走行部２Ｉのプログラムは、各種走行装置専用の
ものであってもよいし、走行装置の種類を判別すること
によって、その種類に対応するプログラムを起動するよ
うにしてもよい。

更に、環境認識部は超音波センサに限定されず、その他
の認識装置を使用してもかまわない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、走行部が、次に通過
するノードに関する第Ｎ番目の走行指令以外に、その次
以降に通過する各ノードに関する第Ｎ＋１番目、第Ｎ＋
２番目、・・・の各走行指令を先読みし、これら先読み
した第Ｎ＋１番目、第Ｎ＋２番目、・・・の各走行指令
を参照して、第Ｎ番目の走行指令に基づいて決定した速
度パターンを、自らの走行機能に応じて補正するように
したので、走行部の形態、すなわち、走行部が車輪か、
クローラかあるいは歩足か等に拘わらず、常に所定の停
止位置に正確に停止することができ、また円滑なカーブ
走行が可能となり、走行動作の円滑化を図ることができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による無人車の電気的構成
を示すブロック図、第２図は同無人車の走行経路の一例
を示す平面図、第３図はノードＮＯからノードＮ１を経
てノードＮ４に至る実際の走行軌跡を示す平面図、第４
図は第３図の場合の速度パターンと回転パターンとを示
す波形図、第５図はノードＮ５からノードＮ７に至る実
際の走行軌跡を示す平面図、第６図は第５図の場合の速
度パターンを示す波形図、第７図は従来の無人車の電気
的構成を示すブロック図、第８図は同無人車のコマンド
例を説明するための平面図、第９図および第１θ図は従
来の無人車の速度パターンを示す波形図である。 １０・・・・・指令部、２Ｉ・・・・・・走行部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 指令部と走行部とを有し、前記指令部は目的地が与えら
   れると、該目的地に到達するまでに通過する各ノードを
   決定すると共に、前記各ノード毎に、走行方向および走
   行速度を指定するための走行指令を順次作成して前記走
   行部へ与える一方、前記走行部は前記指令部から与えら
   れた走行指令に基づいて、自らの走行機能に適合した回
   転パターンおよび速度パターンを決定し、これらの回転
   パターンおよび速度パターンに応じた軌跡および速度で
   走行する無人車において、 前記指令部は、次に通過するノードに関する第Ｎ番目の
   走行指令以外に、その次以降に通過する各ノードに関す
   る第Ｎ＋１番目、第Ｎ＋２番目、・・・の各走行指令を
   予め前記走行部へ与える一方、前記走行部は、前記指令
   部から与えられた第Ｎ＋１番目、第Ｎ＋２番目、・・・
   の各走行指令を参照して、第Ｎ番目の走行指令に基づい
   て決定した速度パターンを自らの走行機能に応じて補正
   することを特徴とする無人車の制御方法。