(57)【要約】【目的】搬送装置の移動経路設定が簡単に行え、その移動経路を自立的に走行できるようにしたものである。【構成】搬送装置の移動手段４と、移動手段の駆動状態を制御する制御手段３と、搬送装置の移動量を計測する計測手段１と、搬送装置の移動量の記録手段２とを有し、第一設定状態時は移動量を記録手段に記録し、第二設定状態時は記録手段に記録された移動量データに応じて移動手段を駆動制御する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動手段と、その移動手段を駆動制御する制御手段と、移動量を計測する計測手段と、その計測手段によって得られた移動量データを直接あるいは変換して記録する記録手段とを備え、第一の設定状態と第二の設定状態の少なくとも二つの設定状態を有する搬送装置において、第一の設定状態時は、前記計測手段によって得られる移動量データを直接あるいは変換して前記記録手段に記録し、第二の設定状態時は、前記記録手段に記録された移動量データに応じて前記制御手段で前記移動手段を駆動制御することを特徴とする搬送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の搬送装置であって、第二の設定状態時は、前記記録手段に記録された移動量データに応じて前記制御手段で前記移動手段を駆動制御するとともに、前記計測手段によって移動量データを取得し、前記制御手段が前記記録手段に記録された移動量データと前記計測手段によって得られた移動量データを比較し、前記記録手段に記録された移動量データに補正を加えることを特徴とする搬送装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の搬送装置であって、前記記録手段に記録済みの移動量データに加えて、前記計測手段によって得られる移動量データを直接あるいは変換して前記記録手段に追加記録することを特徴とする搬送装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の搬送装置であって、前記記録手段に記録済みの移動量データと前記計測手段によって得られる移動量データにより、演算手段が新たな移動データを演算し、前記記録手段に記録済みの移動量データの一部あるいは全部を新たな移動量データに書き換えることを特徴とする搬送装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の搬送装置であって、第二の設定状態時は、その走行途中に一つあるいは複数の停止状態が設定されることを特徴とする搬送装置。
【請求項６】
前記移動手段が少なくとも３個の車輪で構成され、前記計測手段は、その車輪のうち少なくとも２個の車輪の回転角をそれぞれ検出できる車輪回転角検出手段であることを特徴とする請求項１〜５に記載の搬送装置。
【請求項７】
前記計測手段は、床面の光学的特徴を取り込む画像撮影手段とその画像撮影手段によって取り込まれた画像を記録する画像記録手段と、画像撮影手段によって取り込まれた画像とそれ以前に画像記録手段に記録された画像とを比較し、この画像間の差から移動量を検出する画像比較手段とで構成されることを特徴とする請求項１〜５に記載の搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定められた二点間を、定められた経路に沿って往復することを基本機能として持つ搬送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに実現あるいは提案された無人搬送車移動の誘導方法として、代表的なものを挙げる。（特開平１１−２６５２１１号公報）
第一の方法は、移動経路に磁場、光学、電場、などの物理特性を利用した誘導路、あるいはレール、案内溝、などの機械特性を利用した誘導路を設け、搬送装置がそれに沿って移動する方法である。
【０００３】
第二の方法は、搬送装置が移動経路近辺のマップデータを持ち、搭載された撮影装置あるいは非接触測長装置などの環境認識手段によってマップデータ上の自己位置を確認しつつ移動する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の誘導方法は以下の問題を含んでいる。
【０００５】
前記第１の方法は、移動経路に、誘導に用いるための物理特性あるい機械特性を含んだ設備を設ける必要がある。これは、移動経路の設定、構築に時間的、経済的な制約が大きいこと、また移動経路の変更が容易ではないことなどの問題がある。更に、家庭内使用、オフィス使用では特に、その誘導設備によって美観が損なわれることが大きな問題となる。
【０００６】
前記第２の方法は、マップデータを保持するための比較的大きな容量の記録手段や環境認識手段が必要で、大がかりな装置になる。また、マップデータの取得、構成方法、目的地点までの経路策定方法も必要で、本発明に比較して、複雑で膨大なソフトウエア構成になる。更に、ゴミ箱、椅子、キャビネットの移動などでマップデータと実際のマップに相違が生じた場合は到着地点が目的地点と異なる、あるいは移動不能になるなどの問題がある。
【０００７】
本発明は、搬送装置の移動経路設定が簡単に行え、その移動経路を自立的に走行できるようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するためになされた。
【０００９】
請求項１の発明は、移動手段と、その移動手段を駆動制御する制御手段と、移動量を計測する計測手段と、その計測手段によって得られた移動量データを直接あるいは変換して記録する記録手段とを備え、第一の設定状態と第二の設定状態の少なくとも二つの設定状態を有する搬送装置において、第一の設定状態時は、前記計測手段によって得られる移動量データを直接あるいは変換して前記記録手段に記録し、第二の設定状態時は、前記記録手段に記録された移動量データに応じて前記制御手段で前記移動手段を駆動制御することを特徴とする搬送装置を要旨とする。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１に記載の搬送装置であって、第二の設定状態時は、前記記録手段に記録された移動量データに応じて前記制御手段で前記移動手段を駆動制御するとともに、前記計測手段によって移動量データを取得し、前記制御手段が前記記録手段に記録された移動量データと前記計測手段によって得られた移動量データを比較し、前記記録手段に記録された移動量データに補正を加えることを特徴とする搬送装置を要旨とする。
【００１１】
また請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の搬送装置であって、前記記録手段に記録済みの移動量データに加えて、前記計測手段によって得られる移動量データを直接あるいは変換して前記記録手段に追加記録することを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載の搬送装置であって、前記記録手段に記録済みの移動量データと前記計測手段によって得られる移動量データにより、演算手段が新たな移動経路を演算し、前記記録手段に記録済みの移動量データの一部あるいは全部を新たな移動経路に書き換えることを特徴とする。
【００１３】
さらに、請求項５の発明は、請求項１または請求項２に記載の搬送装置であって、第二の設定状態時は、その走行途中に一つあるいは複数の停止状態が設定されることを特徴とする。
【００１４】
加えて、請求項６の発明は、前記移動手段が少なくとも３個の車輪で構成され、前記計測手段は、その車輪のうち少なくとも２個に設けられた車輪回転角検出手段であることを特徴とする請求項１〜５に記載の搬送装置である。
【００１５】
さらに、請求項７の発明は、前記計測手段は、床面の光学的特徴を取り込む画像撮影手段と、その画像撮影手段によって取り込まれた画像を記録する画像記録手段と、画像撮影手段によって取り込まれた画像とそれ以前に画像記録手段に記録された画像とを比較し、この画像間の差から移動量を検出する画像比較手段とで構成されることを特徴とする請求項１〜５に記載の搬送装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の搬送装置の一実施形態を、図を参照し説明する。
【００１７】
図１は同実施形態による搬送装置の原理構成を示すブロック図である。
【００１８】
計測手段１は、搬送装置のある時点での位置かつ方向とその直前の時点での位置かつ方向との差分を移動量データとして計測する装置で、搬送装置の２次元的な移動を捉える。この差分は等時間毎、等移動距離毎など様々な設定が可能であるが、いずれにしても間隔を細かく取れば移動経路を細かく計測できる。ここで捉えた移動量データはそのままの形で、あるいは計測手段１の直後に設ける変換手段（図示せず）を経由して移動距離と方向変化量に変換した形で記録手段２と制御手段３に伝えられる。
【００１９】
記録手段２は、計測手段１から伝えられた移動量データを順次、記録し、一連のデータとして保持する。制御手段３からの求めに応じて、この一連のデータを最初から、あるいは最後から順々に制御手段に送り込む機能を有する。
【００２０】
制御手段３は、記録手段２から送り出された移動データと計測手段１から伝えられる実際の移動量データに応じて移動手段４を駆動制御し、記録手段２に保持された移動データを再現すべく搬送装置を移動せしめる。
【００２１】
移動手段４は計測手段１、記録手段２、制御手段３、その他の必要装置（電源等）と積載物を搭載し、制御手段３からの駆動信号に従って、加速、減速、進行方向変更（操舵）して移動する。
【００２２】
図２は、移動経路設定のために外力によって搬送装置が移動する期間として定義される従動時の信号ブロック図である。この外力とは、人が押したり、引いたりすること以外に、リモコン操作等によって移動手段４を駆動して、搬送装置を移動せしめる場合をも含む。従動時、搬送装置が外力によって移動すると、計測手段１が移動量を計測し、定められた間隔毎に、それらを記録手段２に送り、移動量データとして記録手段２に順次、記録する。
【００２３】
この構成により、任意の移動経路設定は、出発地点で搬送装置を従動モードにし、そこから目標地点まで引いて行くという動作で簡単に行うことがてきる。
【００２４】
図３は、設定された移動経路に沿って搬送装置が移動する期間として定義される走行時の信号ブロック図である。
【００２５】
移動経路設定を行った後の走行時、出発命令を制御手段３が受けると、記録手段２から移動量データを記録した順番とは逆に移動量データを読み出し、それを再現すべく移動手段４を駆動制御し、搬送装置が移動する。それに伴って計測手段１は実際の移動量を計測し、制御手段３に伝える。制御手段３は記録手段２から読み出した移動量データと計測手段１が計測した実際の移動量との差を移動誤差として計算し、それを補正するために、記録手段２から読み出す次の移動量データから移動誤差を差し引きし、補正移動量データとする。制御手段３はこの補正移動量データを再現すべく移動手段４を駆動制御し、搬送装置が移動する。この区間以降についても同様に移動誤差を求め、それを補正するための補正移動量データに従って駆動制御される。これは移動誤差を累積させないための方策で、こうした結果、到着地点での位置誤差が少ない、精度の高い移動が可能となった。
【００２６】
これら一連の動作を移動量データが終了するまで繰り返すことで、搬送装置は出発地点に戻る。その後、同様に、移動量データを記録した順番で移動量データを読み出し、それを再現すべく移動手段４を駆動制御すれば、搬送装置が出発地点から目標地点へ移動する。つまり、移動経路の往復動作が何回でも可能である。
【００２７】
上述のように、位置誤差が少なく、精度の高い移動を可能としたが、位置誤差が無視できず修正を加えたい場合、あるいは目標地点や出発地点を変更したい場合がある。これらの場合、記録手段２に記録された移動経路データを変更する必要がある。
【００２８】
図４は記録手段２に記録される、一連の移動量データの集合体である移動経路データの概念図である。移動経路設定後の移動経路データを図４（ａ）で表した。搬送装置が移動経路を走行して、目標地点あるいは出発地点に到着、停止した後、その位置に修正を加える場合は、人力によって押す、あるいは引くなどの外力によって搬送装置を移動させる。その際、目標地点あるいは出発地点で搬送装置が停止した後、計測手段１が搬送装置の移動を検知すると、計測手段１が移動量を計測し、記録済みの移動経路データに加えて、新たな移動経路データを追加記録する。目標地点で修正を加えた場合は記録済みの移動経路データの目標地点側に順次、追加記録し、出発地点で修正を加えた場合は記録済みの移動経路データの出発地点側に順次、追加記録する。これによって、新たな出発地点あるいは目標地点が設定される。（図４（ｂ）参照）
新たな目標地点が図５のように出発地点方向に修正される場合、前述の記録方法では、新目標地点を行き過ぎてから、追加データに従って戻るという非能率的な移動動作となる。これを防ぐために、移動経路の修正がなされた時は、図６に示すように、記録手段２は演算手段５に移動経路データと追加データを送り、演算手段５はそれらに基づいて、出発地点から新目標地点までの合理的な新たな移動経路を演算し、移動経路データと異なる部分は修正データに置き換え、新たな移動経路データとして、図４（ｃ）に示す形で記録手段２に修正記録する。搬送装置はこの新たな移動経路データに従って移動するので、新目標地点から合理的な経路に沿って出発地点へ戻り、そこから合理的な経路に沿って新目標地点へ行くことが可能となった。ここでは目標地点での修正について言及したが、出発地点での修正についても同様である。
【００２９】
移動経路設定時に、スイッチ操作あるいは一定時間以上搬送装置を停止させるなどの方法で、記録手段２に移動経路データに加えて停止点データを織り込んで記録すれば、移動経路上に停止点の設定が可能である。走行時、この移動経路データに応じて制御手段３は移動手段４を駆動制御し、織り込まれた停止点データに従って移動手段４を停止させる。再動操作がなされると、続きの移動経路データに応じて制御手段３は移動手段４を駆動制御する。これによって、出発地点と目標地点のみならず、移動経路途中の任意の位置で搬送装置を停止させることが可能となった。
【００３０】
図７は本発明に基づく一実施形態を示す実施例で用いた搬送装置の移動手段である。
【００３１】
搬送装置の基台１１は、それぞれ独立して駆動される２個の駆動輪１２、１３と舵角自在の従動輪１４を持ち、それらの回転動作で移動が可能である。
【００３２】
左側の駆動輪１２の車輪１５は、減速機を内包し、上面を基台１１に固着されたギヤボックス１６に回転可能に支持され、減速機の出力軸を兼ねる。減速機の人力軸にはＤＣモータ１７軸が直結され、そのＤＣモータ１７軸の回転角を検出する計測手段１を構成する光学式エンコーダ１８が設けられている。ＤＣモータ１７軸と駆動輪１２の車軸１５の回転は減速機を介して互いに拘束されるので、ＤＣモータ１７が回転すれば、その回転速度に減速機の減速比を乗じた速度で駆動輪１２が回転し、駆動輪１２が回転すればその回転速度に減速比の逆数を乗じた速度でＤＣモータ１７が回転する。従って、ＤＣモータ１７軸の回転角を検出する光学式エンコーダ１８の出力値は、駆動輪１２が接地点で滑らないとすれば、駆動輪１２の移動距離に比例することになる。
【００３３】
搬送装置を外力によって移動させる時、駆動輪１２の接地点での滑りを生じさせないために、減速機の減速比を１／４０に抑え、ＤＣモータ１７の摩擦トルク等から減速機を介して生じる車軸１５での負荷トルクが、駆動輪１２と床面との摩擦によって生じる駆動輪１２を回そうとするトルクを越えないように設計した。
【００３４】
右側の駆動系も駆動輪１３、車軸１９、ギヤボックス２０、ＤＣモータ２１、光学式エンコーダ２２で、前述の左側の駆動系と同様に、構成され、同様の機能を有している。なお、左側の車軸１５と右側の車軸１９は同軸となるよう一直線上に配置した。
【００３５】
従動輪１４には施回可能なキャスターを用い、荷重を支えた状態で、あらゆる方向への移動が可能である。
【００３６】
駆動輪１２と駆動輪１３の接地点の中間点を搬送装置の位置を代表する点Ａ、接地点間の距離（トレッド）をＢとし、ある微小区間で、駆動輪１２の移動距離がＬ、駆動輪１３の移動距離がＲであることをそれぞれのエンコーダ１８、２２が検出したとすれば、この間の点Ａの移動距離Ｓと搬送装置の方向変化Ｋは次式で示される。
【００３７】
Ｓ＝（Ｌ＋Ｒ）／２
Ｋ＝（Ｌ−Ｒ）／Ｂ　（ｒａｄｉａｎ）
また、点Ａの移動距離Ｓと搬送装置の方向変化Ｋから、駆動輪１２の移動距離Ｌと駆動輪１３の移動距離Ｒを次式で逆算できる。
【００３８】
Ｌ＝Ｓ＋ＢＫ／２
Ｒ＝Ｓ−ＢＫ／２
後続の微小区間についても、次々と同様の計算が行える。
【００３９】
従動時の移動量データの記録は微小区間毎に駆動輪１２の移動距離Ｌと駆動輪１３の移動距離Ｒを順次、記録手段２に記録するか、あるいは上式の計算を実行し、点Ａの移動距離Ｓと搬送装置の方向変化Ｋに変換して順次、ＳとＫを記録手段２に記録する。本実施例では、駆動輪１２の移動距離Ｌか駆動輪１３の移動距離Ｒに変化がある毎に点Ａの移動量Ｓを求める計算を実行し、それが定めた値に達すると微小区間終了の判断をし、搬送装置の方向変化Ｋを求め、次の微小区間に移行する。こうすることで、点Ａの移動量Ｓは一定値なので記録の必要が無く、搬送装置の方向変化Ｋのみの記録で移動量データを記録でき、記憶容量を半分に減じられる。あるいは、同じ記憶容量なら、２倍の分解能での移動量データ記録が可能になる。
【００４０】
走行時は先に記録された移動量データを読み出し、それに応じて、制御手段３がＤＣモータ１７、２１に電力を供給し、駆動輪１２、１３を回転駆動する。それと同時に実際の移動量がエンコーダ１８、２２の出力信号より求められる。
【００４１】
走行によって路面状況が変わると、走行抵抗が刻々と変化する。そのため、実際の移動量は必ずしも読み出された移動量データに一致しなかった。この移動誤差を補正するために、記録手段２から読み出す次の移動量データから移動誤差を差し引いて、補正移動量データとし、これに応じて制御手段３が駆動輪１２、１３を回転駆動する移動方法とした。
【００４２】
このように、位置誤差が少なく、精度の高い移動方法を考案し、実現したが、これは移動量を知るための計測手段が設けられた車輪と床面との相対的な滑りが無いことを前提としている。しかし、実用上の問題が無い範囲ではあるが、状況によっては僅かに滑りが発生することが確認された。更なる移動精度が求められる搬送装置には、図８で示す計測手段を用いた。
【００４３】
搬送装置の底部のほぼ中央に床面が撮れるように取り付けられたＣＭＯＳあるいはＣＣＤカメラ等からなる画像撮影手段６は極めて早いシャッタースピートを有し、搬送装置が移動中であっても、静止中と同程度に床面の瞬間画像を取り込める。床面は微細に見ると、場所毎に様々な光学的特徴を有しており、場所的な識別が可能である。画像撮影手段６はある間隔毎に床面の瞬間画像を取り込み、その画像データを画像記録手段７と画像比較手段８に伝送する。画像比較手段８はその画像データと画像記録手段７に記録されている一つ前の画像データとを比較し、その期間中のカメラレンズ位置における搬送装置の移動量を求める。
【００４４】
図９（ａ）は図９（ｂ）の一つ前に取り込まれた床面の簡略化された瞬間画像の例である。この二つの画像を画像比較手段８が比較すると、図９（ｃ）に示すように移動距離Ｓと方向変化Ｋが求まる。この例からも理解されるように、比較のためには二つの画像の重複部分が不可欠で、望ましくは画像面積の半分以上の重複面積を得ることで、誤計測を皆無とすることができた。必要な面積の重複部分を得るための撮影時間間隔は搬送装置の移動速度によって決まり、実際の撮影時間間隔はそれを越えないように設定されなければならない。
【００４５】
この床面画像から移動量を得る方法によれば、車輪の滑りは移動量の計測に影響が無い。
【００４６】
本発明は、定められた二点間を、定められた経路に沿って往復することを基本機能として持つ搬送装置に関するものではあるが、複数の二点間経路に対し、二点間経路の少なくとも一つの端点が、他の二点間経路の端点と共通と成るような経路設定を行い、その複数の２点間経路の移動経路データを全て記録すれば、図１０に示すような比較的複雑な移動経路においても、搬送装置は移動経路上の任意の端点への移動が可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１の発明によれば、搬送装置の移動経路設定が容易に行え、搬送装置はその移動経路を自立的に走行できる。
【００４８】
請求項２の発明によれば、到着地点での位置誤差が少ない、精度の高い搬送装置の移動が可能となった。
【００４９】
請求項３の発明によれば、出発地点と目標地点の修正と再設定が容易に行える。
【００５０】
請求項４の発明によれば、出発地点あるいは目標地点の修正あるいは再設定が行われた後、搬送装置は合理的な経路に沿って移動することが可能になった。
【００５１】
請求項５の発明によれば、出発地点と目標地点以外で、搬送装置が移動経路上の任意の位置に停止できる。
【００５２】
請求項６の発明によれば、簡単な構成で計測手段を実現できる。
【００５３】
請求項７の発明によれば、滑りやすい床面であっても、搬送装置の精度の高い移動量計測が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における搬送装置の原理構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における従動時の信号ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における走行時の信号ブロック図である。
【図４】記録手段に記録される移動経路データの概念図である。
【図５】移動経路データの修正方法の例を示す図である。
【図６】移動経路データの修正時の信号ブロック図である。
【図７】本実施例の移動手段と計測手段を表す鳥瞰図である。
【図８】本実施例の床面画像を用いた計測手段の信号ブロック図である。
【図９】床面画像を用いた計測方法の例を示す図である。
【図１０】複数の二点間経路を組み合わせた移動経路を説明する図である。
【符号の説明】
１　計測手段
２　記録手段
３　制御手段
４　移動手段
５　演算手段
６　画像撮影手段
７　画像記録手段
８　画像比較手段
１１　搬送装置の基台
１２、１３　駆動輪
１４　従動輪
１５、１９　車軸
１６、２０　ギヤボックス
１７、２１　ＤＣモータ
１８、２２　光学式エンコーダ
【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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【図８】
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【図９】
2004005324.tif 000011
【図１０】
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