(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方位センサによって基準方位からの変位角度を検出し、その変位角度をゼロにするように、台車を予め設定された走行経路に沿って所定の方向に走行制御する自走台車の走行制御装置において、
方向変更のため台車をいったん停止させたとき、前記自走台車の前記基準方位からの変位角度をゼロにするように前記自走台車を旋回動作させる方向修正制御手段と、
前記自走台車の前記基準方位からの変位角度がほぼゼロであることが確認されたとき前記方位センサを基準方向角度にリセットするリセット手段と、
前記方位センサをリセットした後、前記方向変更のために前記台車を次の操行方向に向けて旋回動作させる方向変更制御手段と、
次の操行方向に向けられた台車を前記走行経路に沿って再走行させる操行制御手段と
を具備したことを特徴とする自走台車の走行制御装置。
【請求項２】
前記方向修正制御手段は、前記基準方位からの変位角度が所定値より大きいときは前記台車をより高速度で旋回させ、前記基準方位角度からの変位角度が所定値より小さいときは前記台車をより低速度で旋回させるものであることを特徴とする請求項１に記載の自走台車の走行制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自走台車の走行を制御する走行制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自走台車の走行制御のために方位センサが用いられる場合が多い。しかし、この方位センサは一般にドリフトを持っており、それはセンサの誤差角度として一般に時間の経過とともに増大する。例えば、それは図８に示すような特性をもって増大する。また、センサの出力信号を処理する信号処理回路には積分器等が含まれており、この積分器等もドリフトを持っている。両者のドリフトが重なってセンサ出力すなわち変位角度信号の誤差が時間の経過とともに増大していく。
【０００３】
そこで、このドリフト誤差を軽減するために、走行開始から一定時間経過し、かつ進行方向が走行開始時の方向にほぼ一致しており変位に対する変位角度信号の安定性が大きい状態にあるとき、通常の走行制御処理に割込を発生させて台車の走行を停止させ、その停止の間に、方位センサにリセットをかけるリセット方式すなわち出力変位角度信号に修正を加えて走行開始時のゼロ値に修正する方式提案されている（特開平６−２３６２１２号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような方位センサのリセットを行う場合、次のような問題が生ずる。すなわち、走行開始後、一定時間経過する前にも、図１１に示すように、方向変更のための旋回や方位測定のための停止時に自走台車１０の積載状況や床面と車輪１１ａ，１１ｂとの間のすべり等により、停止時の自走台車１０の方向が正しい０°方向Ｐから最大０．６°程度までのずれを生じ得ることが知られている。この時の誤差角度θがセンサリセット後の方向制御に悪影響を及ぼすことは明らかである。例えば、図１２において、自走台車１０が図上、左下位置の走行開始点で走行開始して０°方向に直進走行し、最初の右９０°旋回するために“Ｑ点”で走行停止して方位センサをリセットした場合、台車１０が正しく０°方向を向いているときは方位センサの出力と台車の向きとが正しく一致することになる。しかし、“Ｑ点”で台車が正しく０°方向を向いていないにもかかわらず、センサ出力がリセットされた場合、方位センサには結果的に台車の実際の向きとは逆方向の符号をもって相対誤差が生ずることになる。このときの誤差角度は“Ｑ点”におけるセンサのリセット動作ごとに累積される。台車１０がｎ往復するとした場合、最終的に方位センサには最大限、０．６°×ｎに相当する累積誤差が生ずる。図１２示した例では、５箇所の“Ｑ点”が存在することにより、０．６°×５＝３．０°の誤差角度が方位センサに累積される。このような状況のもとで台車１０が仮に２０ｍ前進走行するものとすれば、台車１０は、２０×ｔａｎ  ３．０°＝１．０（ｍ）だけ０°方向から横方向にずれを生ずることになる。
【０００５】
したがって本発明は、ドリフト誤差を軽減するために方位センサのリセットを行う場合に台車側の方向誤差によってセンサ出力に生じ得る角度誤差を解消させることの可能な自走台車の走行制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、方位センサによって基準方位からの変位角度を検出し、その変位角度をゼロにするように、台車を予め設定された走行経路に沿って所定の方向に走行制御する自走台車の走行制御装置において、方向変更のため台車をいったん停止させたとき、自走台車の基準方位からの変位角度をゼロにするように自走台車を旋回動作させる方向修正制御手段と、自走台車の基準方位からの変位角度がほぼゼロであることが確認されたとき方位センサを基準方向角度にリセットするリセット手段と、方位センサをリセットした後、方向変更のために台車を次の操行方向に向けて旋回動作させる方向変更制御手段と、次の操行方向に向けられた台車を走行経路に沿って再走行させる操行制御手段とを具備したことを特徴とする。
【０００７】
方向修正制御手段は、基準方位からの変位角度が所定値より大きいときは台車をより高速度で旋回させ、基準方位からの変位角度が所定値より小さいときは台車をより低速度で旋回させるものとするのがよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態による自走台車の走行制御装置について図面を参照して説明する。
【０００９】
まず、図３を参照して本発明による走行制御の対象となる自走台車１０の走行機構および制御装置の概略について説明する。
【００１０】
図３には矢印Ｐで示す走行方向に走行する自走台車１０が示されており、左右両側に一対の車輪すなわち左車輪１１ａおよび右車輪１１ｂを備えている。車輪１１ａ，１１ｂはそれぞれ左駆動モータ１２ａおよび右駆動モータ１２ｂによって独立に回転駆動される。駆動モータ１２ａ，１２ｂは左ドライバ１３ａおよび右ドライバ１３ｂによって駆動される。
【００１１】
各駆動モータ１２ａ，１２ｂには、一定回転角度ごとにパルスを発生する左パルス発信器１４ａおよび右パルス発信器１４ｂが別々に設けられている。これらのパルス発信器の発生パルスの積算値に基づいて車両の走行距離を求めたり、走行速度を求めたりすることができる。また、自律走行のために方位を検出する方位センサ１５、前方障害物を検出する前方障害物センサ１６ａ、左側方および右側方の障害物を検出する左側方障害物センサ１６ｂおよび右側方障害物センサ１６ｃが設けられている。これらの障害物センサおよびパルス発信器の各検出信号は制御装置２０に入力される。制御装置２０には操作パネル１７が付設されており、マニュアル操作により種々の初期設定等をすることができる。制御装置２０は入力された各センサの検出出力および操作パネル１７による設定内容に基づきドライバ１３ａ，１３ｂおよび駆動モータ１２ａ，１２ｂを介して車輪１１ａ，１１ｂの回転を制御する。
【００１２】
図４は制御装置２０とその入出力部のより詳細な構成を示すものである。制御装置２０は、インタフェース２１ａ〜２１ｃ、メインコントローラ２２、およびカウンタ２３を備えている。障害物センサ１６ａ、１６ｂおよび１６ｃの検出信号はインタフェース２１ａを介してメインコントローラ２２に入力され、方位センサ１５は基準方位に対する自走台車１０の走行方位を検出し、その方位検出信号をインタフェース２１ｂを介してメインコントローラ２２に入力する。操作パネル１７からは操作者により入力された情報がインタフェース２１ｂを介してメインコントローラ２２に入力される。さらにパルス発信器１４ａ，１４ｂによって発生されたパルスをカウンタ２３によりカウントすることにより自走台車１０の走行距離に比例するカウント値が得られ、それがメインコントローラ２２に入力される。ここでカウント値に所定の係数を乗ずることによって台車１０の走行距離が得られ、単位時間あたりの走行距離を演算することによって台車１０の走行速度を得ることができる。
【００１３】
メインコントローラ２２は障害物センサ１６ａ〜１６ｃの各検出出力、方位センサ１５の検出出力、カウンタ２３のカウント出力、および操作パネル１７の操作内容に基づいて所定の制御演算を行い、その結果得られた出力信号を、第３のインタフェース２１ｃを介してドライバ１３ａ，１３ｂに送出し、これを介して駆動モータ１２ａ，１２ｂすなわち車輪１１ａ，１１ｂの回転を制御し、例えば、図５に示すように、所定の走行領域５１内を矢印Ｄ１〜Ｄ１１により示す所定の走行経路を、左手前位置からスタートして走行するとした場合、Ｄ１直進、右９０度旋回、Ｄ２直進、右９０度旋回、Ｄ３直進、左９０度旋回、Ｄ４直進、および左９０度旋回の一連のステップを各センサの検出信号および予め設定された走行経路に関する情報に基づき制御装置２０のメインコントローラ２２による駆動モータ１２ａ，１２ｂの制御を通して繰り返し、走行領域５１内をくまなく走行することができる。
【００１４】
自走台車１０を図１２の各“Ｑ”点すなわち当初に設定した進行方向に進行させて９０°右旋回する地点で停止させ、方位センサ１５のリセットを行う。その場合、方位センサ１５の角度データが０°（スタート方向）または所定の角度方向に対応する基準角度方向になるまで台車１０を左右方向にその地点で旋回させ、方位センサ１５の角度データが０°となったところで台車１０の旋回を停止させる。この制御動作が本発明に係る方向修正制御である。図６は０°方向に対し台車１０がプラス方向の偏差角度＋δをもってずれている場合を例示しており、この場合は左方向への角度−δの旋回動作により偏差角度＋δを相殺してゼロにすることができる。図７は、０°方向に対し台車１０がマイナス方向の偏差角度−δをもってずれている場合を例示しており、この場合は右方向への角度＋δの旋回動作により偏差角度−δを相殺してゼロにすることができる。この動作の後、方位センサ１５のリセットを行う。
【００１５】
方向修正制御の目標となる方位センサ１５の角度データは多少の誤差を含んでいるものであり、図８に示すように、誤差が急激に増加する前の、誤差の小さい時点ｔａ  で方位センサ１５をリセットするようにすれば角度誤差を可及的に小さくすることができる。リセット点は、この条件を満たすように適宜設定すればよい。
【００１６】
以下に方向修正制御の概要について述べる。
台車１０が比較的大きな偏差角度をもって停止した場合、左右両車輪１１ａ，１１ｂを微小速度で回転させ、台車１０を低速（３．０°／ｓ）で旋回させ、方位センサが０°（スタート方向）を検出したら旋回停止とする。台車１０が旋回によりオーバーランするのを防止し、正確に０°（スタート方向）で旋回停止させるため、設定速度を複数段階、例えば２段階とするのがよい。すなわち、例えば±０．５°以上の角度誤差をもってずれている場合、やや高めの旋回速度（例えば、３．０°／ｓ）を設定し、±０．５°以内の角度誤差の場合は低めの旋回速度（例えば、０．５°／ｓ）を設定する。
【００１７】
ここに示す速度３．０°／ｓまたは０．５°／ｓは実験的に求められる最適値とすればよい。本例においては、絶対方位０°（スタート方向）を基準として説明しているが、絶対方位９０°または１８０°を基準とする場合でも上記と同様に適用可能である。
【００１８】
一定時間経過後の方位センサ１５のリセットの前にも停止時に車輪と床面との間のスリップ等により、車輪の回転から算出した車輪１１ａ，１１ｂの制御角度と方位センサ１５の検出角度との間に差が生じて累積され、その累積誤差のため台車１０が設定した軌道から外れ得ることはすでに述べたが、本発明によれば方向変更等のため、設定した直進方向（通常はスタート時の０°方向）で台車１０が停止する比較的短い時間で、誤差の少ない時に、方位センサ１５をリセットしてしまうので誤差が累積されない。また、方向修正に際しては通常の旋回速度よりも遅い速度で左右に旋回させ、また設定した直進方向（０°方向）に近くなった時さらに旋回速度を遅くして設定した直進方向（０°方向）になったことを検出して停止させる。これにより、旋回動作に基づくすべり、旋回時のオーバーランが無くなり、高精度の停止を実現することができる。
【００１９】
以下、フローチャートを参照し、メインコントローラ２２によって実行される台車走行のための演算制御について図９以下を参照しながら詳述する。
【００２０】
１．メインルーチン
図９において、自走台車１０を方位センサ１５からの角度データを基に０°方向（または他の設定方向、例えば９０°または１８０°等）へ走行させる（ステップ４１）。カウンタ２３のカウント内容に基づいて台車１０の走行距離を算出し（ステップ４２）、その走行距離が所定値を超えるか否かを判断し（ステップ４３）、超えていれば台車１０を減速停止させ（ステップ４４）、方向修正制御を行い（ステップ４５）、台車１０の向きを進行開始時または他の設定方向に合わせる。この方向修正制御については別途、図１および図２のサブルーチンを参照して詳述する。走行距離が所定値を超えていないときは、ステップ４１〜４３を繰り返し、台車１０の走行を続ける。方向修正制御の後、方位センサ１５が前回サンプリングを行った時点から一定時間経過しているか否かをチェックし（ステップ４６）、一定時間経過している場合は方位センサ１５のサンプリングを行う（ステップ４７）とともに方位センサ１５のリセットを行い（ステップ４８）、台車１０の向きの角度データを０°または設定方向にリセットする。前回行った方位センサ１５のサンプリングからまだ一定時間経過していない場合は、方位センサ１５のサンプリングを行わない。
【００２１】
（方向修正制御サブルーチン）
図１および図２を参照して方向修正制御サブルーチンについて説明する。
まず偏差角度の正負（プラス・マイナス）、方向修正制御で用いる角度状態フラグの値の定義について説明する。図１０に示すように、目標方位、例えば、絶対方位０°、９０°、１８０°等を基準としてそれを相対的な意味での０°とし、その右半分がプラスの偏差角度領域、左半分がマイナスの偏差角度領域であると定義する。また角度状態フラグＳＳＰＦＧと、その時の台車１０の動作との対応を以下に示すように設定する。
【００２２】
0003580946.tif 000002
角度データがプラスのときは図１のステップ５３以下のフローチャートに従う制御を実行し、角度データがマイナスのときは図２のステップ７１以下のフローチャートに従う制御を実行する。
【００２３】
さて、図９のステップ４８に引き続き、図１において方位センサ１５からの角度データを読み込み（ステップ５１）、読み込んだ偏差角度が負か否かをチェックする（ステップ５２）。偏差角度が負の場合はステップ７１（図２）に進む。偏差角度が負でなかった場合はさらに偏差角度が０．０°か否かをチェックする（ステップ５３）。ここで、０．０°であった場合、すなわち台車１０がスタート時方向または設定方向と一致しているときは減速停止させる（ステップ５４）。０．０°でなかった場合、すなわち偏差角度が正のある値をもっている場合は、フラグＳＳＰＦＧの値が３以上か否かを判断し（ステップ５５）、ＳＳＰＦＧ≦２、すなわち台車１０の状態が右旋回によりマイナス偏差角度からプラス偏差角度へ変化したときは偏差角度値に応じて低速または高速に左旋回させるべく、まず台車１０の減速・停止を行う（ステップ５６）。ステップ５２で偏差角度の正負を判断し、正のみのケースが対象になっているはずであるから、通常はＳＳＰＦＧ≧３である。したがって、ＳＳＰＦＧ≦２のときは、ステップ５２からステップ５５までの間に右旋回したことになる。ここで偏差角度の再チェック、すなわち偏差角度が０．５°以上か否かをチェックする（ステップ５７）。ステップ５５において、ＳＳＰＦＧ≧３のときはステップ５６を実行することなくステップ５７を実行する。このとき通常は正の偏差角度状態になっている。ステップ５７において、偏差角度が０．５°以上であるときは、フラグＳＳＰＦＧを“４”にセットし（ステップ５８）、目標角度方向から遠い角度状態にあるものとして高速データを取得し（ステップ５９）、また偏差角度が０．５°以下であるときは、フラグＳＳＰＦＧを“３”にセットし（ステップ６０）、目標角度方向に近い角度状態にあるものとして低速データを取得し（ステップ６１）、それぞれ取得した高速データまたは低速データで左車輪１１ａを後退方向に、右車輪１１ｂを前進方向にそれぞれ駆動して左方向旋回を実施する（ステップ６２）。この後、再びステップ５１へ戻る。
【００２４】
ステップ５２において偏差角度がマイナスであった場合は、ステップ５５以下に類似したステップ７１以下（図２）が実行される。この場合は、フラグＳＳＰＦＧの値が３以上か否かを判断し（ステップ７１）、ＳＳＰＦＧ≧３、すなわち台車１０の状態が左旋回によりプラス偏差角度からマイナス偏差角度へ変化したときは、偏差角度値に応じて低速または高速に右旋回させるため、台車１０の減速・停止を行う（ステップ７２）。ここで偏差角度の再チェック、すなわち偏差角度が−０．５°以下か否かをチェックする（ステップ７３）。ステップ７１において、ＳＳＰＦＧ≦２であったときはステップ７２を実行することなくステップ７３を実行する。このとき通常は負の偏差角度状態になっている。ステップ７３において、偏差角度が−０．５°以下（偏差角度が左方向に０．５°以上ずれた値）であるときは、フラグＳＳＰＦＧを“１”にセットし（ステップ７４）、目標角度方向から遠い角度状態にあるものとして高速データを取得し（ステップ７５）、また偏差角度が−０．５°以上（偏差角度が−０．５°〜−０．１°の範囲内）であるときは、フラグＳＳＰＦＧを“２”にセットし（ステップ７６）、目標角度方向に近い角度状態にあるものとして低速データを取得し（ステップ７７）、それぞれ取得した高速データまたは低速データで左車輪１１ａを前進方向に、右車輪１１ｂを後退方向にそれぞれ駆動して右方向旋回を実施する（ステップ７８）。この後、再びステップ５１（図１）へ戻る。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べた本発明の自走台車の走行制御装置によれば、ドリフト誤差を軽減するために方位センサのリセットを行う場合に台車側の方向誤差によって相対的にセンサ出力に生じ得る角度誤差を解消し、長時間にわたって高精度で自走台車の走行制御を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における方向修正制御の手順を示すフローチャート。
【図２】本発明の一実施の形態における方向修正制御の手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の方向修正制御を適用する自走台車の走行機構および制御装置の概略を示す説明図。
【図４】図３の装置における制御装置の詳細を示すブロック図。
【図５】本発明を適用する自走台車の走行経路の一例を示す経路図。
【図６】台車がプラスの角度誤差をもって走行停止した状態を示す説明図。
【図７】台車がマイナスの角度誤差をもって走行停止した状態を示す説明図。
【図８】方位センサの角度誤差を補償するために行うリセット動作の実行タイミングを説明する線図。
【図９】本発明の方向修正制御を含んで行われる台車走行制御のメインルーチンを示すフローチャート。
【図１０】本発明に係る角度状態フラグの設定内容を説明するための説明図。
【図１１】自走台車が所定距離を走行して停止した時の台車の角度誤差について説明するための説明図。
【図１２】自走台車の走行経路と方位センサのリセット点および方向修正制御点の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０  自走台車
１１ａ、１１ｂ  車輪
１２ａ，１２ｂ  駆動モータ
１３ａ，１３ｂ  ドライバ
１４ａ、１４ｂ  パルス発信器
１５  方位センサ
１６ａ〜１６ｃ  障害物センサ
１７  操作パネル
２０  制御装置
２１ａ〜２１ｃ  インタフェース
２２  メインコントローラ
２３  カウンタ
Ｄ１〜Ｄ１１  走行経路
【図１】
0003580946.tif 000003
【図２】
0003580946.tif 000004
【図３】
0003580946.tif 000005
【図４】
0003580946.tif 000006
【図５】
0003580946.tif 000007
【図６】
0003580946.tif 000008
【図７】
0003580946.tif 000009
【図８】
0003580946.tif 000010
【図９】
0003580946.tif 000011
【図１０】
0003580946.tif 000012
【図１１】
0003580946.tif 000013
【図１２】
0003580946.tif 000014