(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出された位置関連情報に基づき所定方向ｘに自走可能なレールレス移動体であって、
前記移動体は、
移動面にレーザ光を照射するレーザ発信器と、前記レーザ光により生じた移動面のスペックルパターンを読み取るイメージセンサとを有する検出装置が前記移動体の左右に所定距離ｈ離間して配設されており、
前記所定距離ｈよりも短い距離を移動する毎に繰り返される所定の周期で、前記移動体の移動量に応じたパルス数によって移動面に対する前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量ｘＬ,ｘＲおよび特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲを得るとともに、前記左右の検出装置により検出された前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）から、この差分（ｘＬ−ｘＲ）を小さくするように前記移動体の移動方向を修正し、前記特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲから求めたそれぞれの特定方向ｙのずれおよび横滑り量を小さくするように制御する走行制御部を備えたことを特徴とする自走式レールレス移動体。
【請求項２】
検出された位置関連情報に基づき所定方向ｘに自走可能なレールレス移動体であって、
前記移動体は、
移動面を撮像する撮像装置である検出装置が前記移動体の左右に所定距離ｈ離間して配設されており、
前記所定距離ｈよりも短い距離を移動する毎に繰り返される所定の周期で、撮像装置である検出装置により撮像したデジタル画像を用い画像相関法により前記移動体の移動面に対する前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量ｘＬ,ｘＲおよび特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲを得るとともに、前記左右の検出装置により検出された前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）から、この差分（ｘＬ−ｘＲ）を小さくするように前記移動体の移動方向を修正し、前記特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲから求めたそれぞれの特定方向ｙのずれおよび横滑り量を小さくするように制御する走行制御部を備えたことを特徴とする自走式レールレス移動体。
【請求項３】
前記走行制御部は、前記移動体の移動前後における移動方向の偏角Δθを、前記左右の検出装置により検出された前記所定方向ｘへの左右の移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）と前記所定距離ｈとから求め、この偏角Δθに基づき前記移動方向を修正することを特徴とする請求項１または２に記載の自走式レールレス移動体。
【請求項４】
前記自走式レールレス移動体は左右両側に走行体を有しており、かつ、略直線に走行するものであり、
前記走行制御部は、前記求められた偏角Δθの修正を前記左右の走行体の移動量で調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の自走式レールレス移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の移動面に対する移動方向を検出する移動方向測定装置及び自走式移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から倉庫等に用いられ床面上を所望の目的位置まで自走する電動移動棚、電動により移動可能な観覧席、工場等に用いられる無人台車等の自走式移動体が知られている。
例えば、電動移動棚（自走式移動体）は、モータにより車輪を回転させて床上を往復動するものであり、電動移動棚が幅方向にずれないようするために床面上に敷設されたシートレール状の被検出体に沿って移動するように左右の車輪を駆動するモータを独立して制御するとともに、電動移動棚が具備する接近センサが隣接する固定棚や停止中の電動移動棚への接近を検出したとき当該移動中の電動移動棚を停止させるようになされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８３２２６５号公報（段落００４０、００６０、図８）
【特許文献２】特開平７−２８１７４０号公報（段落００１５、００１６、図１−５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にあっては、往復動する移動棚が幅方向（移動方向に直交する方向）にずれないようするために床面上にシートレール状の被検出体を敷設する必要があり、そのため電動移動棚を設置する場所の汎用性が低い。
【０００５】
また、任意の場所の用いられる自走式移動体として、ジャイロを搭載し、ジャイロの角速度情報を時間積分することにより走行方向（方位角）を得る無人台車がある（例えば特許文献２）。しかしながら、特許文献２にあっては、床面上に被検出体を敷設する必要はないものの、走行方向をジャイロより得ているため、略直線上を移動する場合には無人台車の角度の変化が小さくジャイロでは走行方向が正確に得られない又は精度が悪いという問題がある。さらに、無人台車の走行速度が小さい場合にはこの問題は顕著である。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、精度良く移動方向を測定できる移動方向測定装置及び自走式移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
検出された位置関連情報に基づき所定方向ｘに自走可能なレールレス移動体であって、
前記移動体は、
移動面にレーザ光を照射するレーザ発信器と、前記レーザ光により生じた移動面のスペックルパターンを読み取るイメージセンサとを有する検出装置が前記移動体の左右に所定距離ｈ離間して配設されており、
前記所定距離ｈよりも短い距離を移動する毎に繰り返される所定の周期で、前記移動体の移動量に応じたパルス数によって移動面に対する前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量ｘＬ,ｘＲおよび特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲを得るとともに、前記左右の検出装置により検出された前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）から、この差分（ｘＬ−ｘＲ）を小さくするように前記移動体の移動方向を修正し、前記特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲから求めたそれぞれの特定方向ｙのずれおよび横滑り量を小さくするように制御する走行制御部を備えたことを特徴としている。
この特徴によれば、左右の検出装置が配設される間隔である所定距離ｈよりも短い距離を移動する毎に繰り返される所定の周期で、移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）を小さくするように移動体の移動方向を修正するため、精度良く移動体の移動方向ｘが修正される。特に、移動方向ｘに対して角度の変化が小さい略直線上を移動する場合に顕著である。
【００１１】
検出された位置関連情報に基づき所定方向ｘに自走可能なレールレス移動体であって、
前記移動体は、
移動面を撮像する撮像装置である検出装置が前記移動体の左右に所定距離ｈ離間して配設されており、
前記所定距離ｈよりも短い距離を移動する毎に繰り返される所定の周期で、撮像装置である検出装置により撮像したデジタル画像を用い画像相関法により前記移動体の移動面に対する前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量ｘＬ,ｘＲおよび特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲを得るとともに、前記左右の検出装置により検出された前記所定方向ｘへの前記周期ごとの左右の移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）から、この差分（ｘＬ−ｘＲ）を小さくするように前記移動体の移動方向を修正し、前記特定方向ｙへの前記周期ごとの左右の移動量ｙＬ,ｙＲから求めたそれぞれの特定方向ｙのずれおよび横滑り量を小さくするように制御する走行制御部を備えたことを特徴としている。
この特徴によれば、左右の移動面を撮像する撮像装置である検出装置が配設される間隔である所定距離ｈよりも短い距離を移動する毎に繰り返される所定の周期で、移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）を小さくするように移動体の移動方向を修正するため、精度良く移動体の移動方向ｘが修正される。特に、移動方向ｘに対して角度の変化が小さい略直線上を移動する場合に顕著である。
【００１２】
前記走行制御部は、前記移動体の移動前後における移動方向の偏角Δθを、前記左右の検出装置により検出された前記所定方向ｘへの左右の移動量の差分（ｘＬ−ｘＲ）と前記所定距離ｈとから求め、この偏角Δθに基づき前記移動方向を修正することを特徴としている。
この特徴によれば、偏角Δθに基づいて移動体の移動方位を制御することができる。このため、所定距離ｈなどの移動体の固有の形状によらないパラメータにより移動体を走行制御することができる。
【００１３】
前記自走式レールレス移動体は左右両側に走行体を有しており、かつ、略直線に走行するものであり、
前記走行制御部は、前記求められた偏角Δθの修正を前記左右の走行体の移動量で調整することを特徴としている。
この特徴によれば、偏角Δθの修正を左右の走行体の移動量で調整するため、迅速な調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１におけるレールレス移動棚の時刻０と時刻１における移動状態を上方から見た説明図である。
【図２】図１のレールレス移動棚を正面からみた説明図である。
【図３】移動量検出センサの出力信号を示す図である。
【図４】走行制御の動作を示すフローチャートである。
【図５】走行軌跡を示す図である。
【図６】実施例２における走行制御の動作を示すフローチャートである。
【図７】実施例３におけるレールレス移動棚の時刻０と時刻１における移動状態を上方から見た説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るレールレス移動棚（移動方向測定装置及び自走式移動体）を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
実施例１に係るレールレス移動棚につき、図１から図５を参照して説明する。以下、図１のｘ方向、図２の紙面奥行き方向をレールレス移動棚の進行方向（前方）とし、図１、図２のｙ方向をレールレス移動棚の左右方向として説明する。
【００１７】
レールレス移動棚２は、左右に設けられたサーボモータ６Ｌ、６Ｒにより車輪（走行体）５Ｌ、５Ｒが駆動されて、床１上を自走可能に、すなわち敷設されたレール上ではなく床１上を直接自走可能に構成されている。レールレス移動棚２は、車輪５Ｌ、５Ｒ、サーボモータ６Ｌ、６Ｒ、走行制御部７、位置計測部８、移動量検出センサ（検出装置）９Ｌ、９Ｒが主に配置される下部のフレーム部３と、物品を載置・収容可能な棚が設けられた上部の物品収容部４から構成されている。
【００１８】
移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒは、フレーム部３の左右両端に配置され、それぞれ、床１に向けてレーザ光を照射するレーザ発信器１０Ｌ、１０Ｒと、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサ１１Ｌ、１１Ｒから構成されている。床１に照射されたレーザ光は、床の微小な凹凸により乱反射した光が光路差により像面で干渉し、スペックルパターンが生じる。
【００１９】
イメージセンサ１１Ｌ、１１Ｒは、床１のスペックルパターンを撮像しており、レールレス移動棚２の移動に伴いスペックルパターンが移動すると、その移動量に応じた出力信号１２Ｌ、１２Ｒを出力する。図３に示されるように、各出力信号１２Ｌ、１２Ｒは、ｘ方向への移動量に応じたパルス数からなる移動パルス、ｘ方向への移動の正負方向を示すＨ、Ｌ信号、ｙ方向への移動量に応じたパルス数からなる移動パルス、ｙ方向への移動の正負方向を示すＨ、Ｌ信号からなる。なお、図３ではｙ方向パルスが出力される例を示しているが、レールレス移動棚２の場合には、基本的に往復動するものであるため、現実にはｙ方向パルスが出力されることはほとんどない。
【００２０】
位置計測部８は、出力信号１２Ｌ、１２Ｒを入力し、移動パルスの数及びＨ，Ｌ信号から、床１に対する移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒのｘ方向及びｙ方向の移動量を求める。ここで、上述したスペックルパターンを用いる検出手法は、いわゆるレーザスペックル法と呼ばれ、周知の手法である。実施例１では、例えば、イメージセンサ１１Ｌ、１１Ｒは、求めるｘ方向、ｙ方向の移動量の分解能が１ｍｍであればよく、例えばスキャンレート６０００回／秒、トラッキング解像度４００ｄｐｉのものにより実現できる。
【００２１】
次いで、位置計測部８による移動方向の計測について説明する。図１に示されるように、時刻ｔ＝０における、レールレス移動棚２の中心の座標（ｘ、ｙ、θ）、移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒの中心の座標（ｘＬ０、ｙＬ０）、（ｘＲ０、ｙＲ０）は、それぞれ時刻ｔ＝１において座標（ｘ’、ｙ’、θ’）、（ｘＬ１、ｙＬ１）、（ｘＲ１、ｙＲ１）に移動されている。また、レールレス移動棚２の中心の移動方向Ａは、時刻ｔ＝１では偏角Δθだけその方向が変化している。
移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒのｘ方向の移動量はｘＬ（＝√（（ｘＬ１−ｘＬ０）２+（ｙＬ１−ｙＬ０）２））、ｘＲ（＝√（（ｘＲ１−ｘＲ０）２+（ｙＲ１−ｙＲ０）２）で求められ、その差はｘＬ−ｘＲとして求められる。
【００２２】
偏角Δθは幾何学的関係から数１により表すことができる。
ｓｉｎΔθ＝（ｘＬ−ｘＲ）／ｈ・・・（数１）
ここで、レールレス移動棚２の左右幅（ｙ方向幅）が長く、移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒ間の距離ｈは差ｘＬ−ｘＲに比べて十分に長いため、数２のようにｓｉｎΔθはΔθに近似することができる。例えば、ｈ＝３６００ｍｍ、ｘＬ−ｘＲ＝５ｍｍであり、ｈはｘＬ−ｘＲに比べ十分に長い。
ｓｉｎΔθ≒Δθ・・・（数２）
したがって、時刻ｔ＝１の移動方向Ａは、θ+Δθとして、θ+（ｘＬ−ｘＲ）／ｈにより得ることができる。
【００２３】
次いで、図４を参照して、レールレス移動棚２の移動方向の走行制御を説明する。
レールレス移動棚２は往復動するものであるが、床１の汚れ、隆起等により移動方向が図１に示されるように旋回することがあり、この旋回を検出してその移動方向Ａ（θ）をｘ方向に向ける必要がある。
【００２４】
位置計測部８は、変数ｎをインクリメントし（ステップ１）、移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒのｘ方向の移動量ｘＬｎ、ｘＲｎ、レールレス移動体２の移動方向の偏角Δθを出力する（ステップ２）。なお、ｎの初期値は０である。
走行制御部７は、偏角Δθを所定値ｋ（例えば０．００１）と比較し（ステップ３）、所定値ｋよりも大きいときは移動方向Ａが右方向に変化しているとして、その偏角Δθを打ち消すように、右側のサーボモータ６Ｒを左側のサーボモータ６Ｌに対して相対的に増速修正させる（ステップ４）。
【００２５】
ステップ３が否定されたときには、偏角Δθを所定値−ｋ（例えば−０．００１）と比較し（ステップ５）、所定値−ｋよりも小さいときは移動方向Ａが左方向に変化しているとして、その偏角Δθを打ち消すように、左側のサーボモータ６Ｌを右側のサーボモータ６Ｒに対して相対的に増速修正させる（ステップ６）。
ステップ６が否定されたときには、レールレス移動棚２は直進しているため、左右のサーボモータ６Ｌ、６Ｒの速度修正は不要である。
このようにして、偏角Δθは例えば図５のように修正され、レールレス移動棚２を直進させることができる。なお、上述に加えて、横滑りの検出によるｙ方向の移動量ｙＬｎ、ｙＲｎを求め、ｙ方向の移動量をｙ’＝ｙに戻るようにサーボモータ６Ｌ、６Ｒを制御する処理を加えてもよい。
【００２６】
ここで、偏角Δθの演算時期（周期）について説明する。偏角Δθは、所定距離ｈよりも短い距離移動した際、好ましくは十分に短い距離移動した際に演算すればｙ方向に大きくずれることがない。十分に小さいとは、１／１０、更に好ましくは１／１００である。言い換えると、許容される誤差の範囲によるが、数２によりｓｉｎΔθをΔθに近似できる値とすればよい。例えば、ｓｉｎの値より誤差を１％に収めるときはΔθが２°以内であればよく、演算時期は移動棚２の移動速度及び距離ｈから求めることができる。例えば、ｈ＝３６００ｍｍ、レールレス移動棚２が５ｍ／ｍｉｎ移動するとして、概ね、１秒毎に演算すると、仮にサーボモータ６Ｌ、６Ｒの一方が故障し停止し旋回する場合でもΔθは０．０６°（これは２°よりも非常に小さい角度）であるから、左右のサーボモータ６Ｌ、６Ｒの速度修正を行うとｙ方向へのずれがほとんど生じることなく、上述したように、偏角Δθのみを修正することにより直進を維持することができる。
【００２７】
上述したように、移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒが配設される間隔である所定距離ｈよりも短い距離移動した際に移動面に対する所定方向ｘへの移動量ｘＬ,ｘＲを検出するため、精度良く移動方向を測定することができる。特に、レールレス移動棚２は、移動方向ｘに対して角度の変化が小さい略直線上を移動するものであること、かつ、移動速度が低速であることから、精度良く移動方向を測定することができる。すなわち、略直線上を移動するもの、又は、移動速度が低速であるものに採用すると特によい。
また、周知の左右車輪間の速度差により移動方向を求める場合と異なり、車輪と床との間のスリップないため、精度が良い。
【００２８】
また、同時刻に検出した左右の移動量ｘＬ,ｘＲを用いるため、得られる移動方向の正確性が増す。
また、求められる偏角Δθが小さいため、その値をｓｉｎθに近似でき、偏角を正確且つ迅速に得ることができる。
また、レーザ光により生じた移動面のスペックルパターンを読み取るため、移動量を精度良く得ることができる。
また、偏角Δθにより移動方向Ａを修正するため、所定距離ｈなどの移動体の固有の形状によらないパラメータｋ,−ｋにより移動体を走行制御することができる。
【実施例２】
【００２９】
次に、実施例２に係るレールレス移動棚につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成を省略する。実施例１では、偏角Δθを求め、偏角Δθに応じて左右のサーボモータ６Ｌ、６Ｒの速度修正を行う例について説明したが、図６に示されるように、左右のｘ方向の移動量の差ｘＬｎ−ｘＲｎを求め、この差を所定値ｍ、−ｍと比較することにより、左右のサーボモータ６Ｌ、６Ｒの速度修正を行うようにしてもよい。
【実施例３】
【００３０】
次に、実施例３に係るレールレス移動棚につき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成を省略する。実施例１では、位置計測部８が移動方向Ａを求める例について説明したが、移動方向に加えて二次元位置ｘ、ｙ、θを求めるようにしてもよい。
【００３１】
図７は図１と同様にレールレス移動棚２が時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝１にかけて移動することを説明する図であり、図１に加えて、旋回の中心Ｏ、半径ｒが示されている。レールレス移動棚２の移動距離は上述したようにｘ方向の移動距離となる。この動作を回転運動として近似した場合、微小時間経過後のレールレス移動棚２の二次元位置ｘ’、ｙ’、θ’は、曲座標を用いて以下のように表される。
【００３２】
Δθ＝（ｘＬ−ｘＲ）／ｈ                     ・・・（数３）
ｒ＝−ｘＲ／θ                               ・・・（数４）
ｘ’＝ｘ−ｒ・ｓｉｎθ＋ｒ・ｓｉｎ（θ＋Δθ）・・・（数５）
ｙ’＝ｙ−ｒ・ｃｏｓθ＋ｒ・ｃｏｓ（θ＋Δθ）・・・（数６）
θ’＝θ＋Δθ                               ・・・（数７）
【００３３】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００３４】
前記実施例では、自走式移動体としてレールレス移動棚を例に説明したが、これに限られず、自走する無人搬送車、自走式ロボット、移動観覧席等であってもよい。特に、移動方向が正確に得られるという観点から、略直線上を移動する移動体や、移動速度が遅い移動体が好ましい。
【００３５】
また、移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒとして、レーザ発信器１０Ｌ、１０Ｒと、イメージセンサ１１Ｌ、１１Ｒとを有し、スペックルパターンを検出するものを例に説明したが、撮像装置により撮像したデジタル画像を用い画像相関法により移動量を検出するものであってもよい。
【００３６】
また、車輪５Ｌ、５Ｒの横滑りがないことを前提に説明したが、横滑りが生じた場合には、両移動量検出センサ９Ｌ、９Ｒから同量のｙ方向の移動距離が出力されるため、横滑りを判別することが可能である。また、走行体は無限軌道等、車輪以外であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
２                レールレス移動棚（自走式移動体）
３                フレーム部
４                物品収容部
５Ｌ、５Ｒ        車輪（走行体）
６Ｌ、６Ｒ        サーボモータ
７                走行制御部
８                位置計測部
９Ｌ、９Ｒ        移動量検出センサ（検出装置）
１０Ｌ、１０Ｒ    レーザ発信器
１１Ｌ、１１Ｒ    イメージセンサ
Ａ                移動方向
ｈ                所定距離
Δθ              偏角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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