(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前操舵輪、後操舵輪を有する移動体の位置計測方法において、
前記移動体が旋回運動している間の位置計測を、
微小時間での前記移動体の姿勢角変化量、前操舵輪移動量、後操舵輪移動量から前記前操舵輪、前記後操舵輪の旋回半径を算出するステップと、
算出された前記前操舵輪の旋回半径、前記後操舵輪の旋回半径及び前記移動体のホイールベース長さからホイールベース上に設定した計測点の旋回半径を算出するステップと、
算出された前記計測点の旋回半径、前記ホイールベース長さ、前記前操舵輪の旋回半径又は前記後操舵輪の旋回半径から、前記計測点と旋回中心とを結ぶ線分と前記ホイールベースの線分との間の角度Ｃを算出するステップと、
前記計測点の旋回半径と前記微小時間での前記姿勢角変化量とから移動体上に設定された座標系における前記計測点のｘ方向移動量、ｙ方向移動量を算出するステップと、
算出されたｘ方向移動量、ｙ方向移動量に対して、前記角度Ｃを使用して回転補正を行い、回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量を算出するステップと、
移動体の向きを計測し、計測された移動体の向きと前記回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量とから地上に設定された座標系における前記計測点のＸ方向移動量、Ｙ方向移動量を算出するステップを実行して行なうことを特徴とする移動体の位置計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体の位置計測方法において、
前記移動体が旋回運動しているかどうかの判定を行い、
旋回運動していないと判定された場合には、前記前操舵輪移動量、前操舵輪操舵角、前記後操舵輪移動量、後操舵輪操舵角、前記移動体の姿勢角変化量及びホイールベース長さを用いて、推測航法により移動体の位置計測を行い、
前記移動体が旋回運動していると判定された場合には、前記移動体が旋回運動している間の位置計測を行うことを特徴とする移動体の位置計測方法。
【請求項３】
請求項２に記載の移動体の位置計測方法において、
前記移動体が旋回運動しているかどうかの判定は、前記姿勢角変化量をあらかじめ定められたしきい値と比較して行われることを特徴とする移動体の位置計測方法。
【請求項４】
前操舵輪、後操舵輪を有する移動体の位置計測装置において、
移動体の向きを計測する向き計測手段からの移動体の姿勢角変化量を示す信号、前操舵輪走行距離計測手段からの前操舵輪移動量を示す信号及び前操舵輪操舵角計測手段からの前操舵輪操舵角を示す信号、後操舵輪走行距離計測手段からの後操舵輪移動量を示す信号及び後操舵輪操舵角計測手段からの後操舵輪操舵角を示す信号を受ける位置算出処理手段を備え、
該位置算出処理手段は、移動体が旋回運動している間の位置計測を、
微小時間での前記姿勢角変化量、前記前操舵輪移動量、前記後操舵輪移動量から前記前操舵輪、前記後操舵輪の旋回半径を算出するステップと、
算出された前記前操舵輪の旋回半径、前記後操舵輪の旋回半径及び移動体のホイールベース長さからホイールベース上に設定した計測点の旋回半径を算出するステップと、
算出された前記計測点の旋回半径、前記ホイールベース長さ、前記前操舵輪の旋回半径又は前記後操舵輪の旋回半径から、前記計測点と旋回中心とを結ぶ線分と前記ホイールベースの線分との間の角度Ｃを算出するステップと、
前記計測点の旋回半径と前記微小時間での前記姿勢角変化量とから移動体上に設定された座標系における前記計測点のｘ方向移動量、ｙ方向移動量を算出するステップと、
算出されたｘ方向移動量、ｙ方向移動量に対して、前記角度Ｃを使用して回転補正を行い、回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量を算出するステップと、
回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量と計測された移動体の向きとから地上に設定された座標系における前記計測点のＸ方向移動量、Ｙ方向移動量を算出するステップを実行して行うことを特徴とする移動体の位置計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の移動体の位置計測装置において、
前記移動体が旋回運動しているかどうかの判定を行う判定手段を更に備え、
前記位置算出処理手段は、前記判定手段により前記移動体が旋回運動していないと判定された場合には、前記前操舵輪移動量、前記前操舵輪操舵角、前記後操舵輪移動量、前記後操舵輪操舵角、前記姿勢角変化量及びホイールベース長さを用いて、推測航法により移動体の位置計測を行い、
前記位置算出処理手段は、前記判定手段により前記移動体が旋回運動していると判定された場合には、前記移動体が旋回運動している間の位置計測を行うことを特徴とする移動体の位置計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載の移動体の位置計測装置において、
前記判定手段は、前記姿勢角変化量をあらかじめ定められたしきい値と比較して判定を行うことを特徴とする移動体の位置計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無人搬送車のような移動体の位置計測方法及び計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＧＶやＡＧＦにおける無人搬送車（以下、移動体と呼ぶ）は地上にレール等の固定設備を必要とせず、人や車両とスペースを共有できるために搬送システムの主要コンポーネントとして用いられてきた。
【０００３】
従来、移動体の誘導方式としては、電磁誘導方式、磁気誘導方式、光学反射方式が多く用いられている。しかし、これらの方式は、誘導線、磁気テープ、光学テープを走行路に設置するためレイアウト変更に容易に対応できない。また、床に貼り付けた磁気テープや光学反射テープの耐久性が悪い。
【０００４】
前記の誘導方式以外に、移動体に取り付けられた内界センサを使用して移動体の位置を計測する、いわゆる推測航法が知られている。
【０００５】
図７を参照して、代表的な推測航法を、前操舵輪６１と後操舵輪６２を有する移動体６０の場合について説明する。勿論、移動体６０には、前操舵輪６１と後操舵輪６２の他に、１個以上の固定輪（図示せず）を有する。ここでは、前後それぞれの操舵角は移動体６０に対して自由に変更できるものとする。移動体６０の位置を算出するために、前操舵輪６１の前操舵角及び移動距離、後操舵輪６２の後操舵角及び移動距離、移動体６０の向きを計測する。計測手段としては、前後の操舵角と前後の操舵輪の移動距離の計測は各操舵輪の駆動部に設けられたパルスエンコーダ、移動体６０の向きの計測はジャイロセンサなどの内界センサを使用するのが一般的である。
【０００６】
ここで、ある時刻の移動体６０の向きをθＬ、前操舵角をα、前操舵輪６１の移動速度をＶＳとすると、前操舵輪６１のＸ方向の移動速度ＶＸＳ、Ｙ方向の移動速度ＶＹＳは次式によって求めることができる。
【０００７】
ＶＸＳ＝ＶＳ×ｃｏｓ（θＬ＋α）
ＶＹＳ＝ＶＳ×ｓｉｎ（θＬ＋α）
前操舵輪６１の位置（移動量）は、これらの移動速度を積分することによって算出することができる。なお、後操舵輪６２の位置は、移動体６０の向きと前操舵輪６１の位置と移動体６０の寸法、例えばホイールベースＬを使用して幾何学関係から求めることができる。
【０００８】
このとき、移動体６０の向きθＬ、前操舵角α、前操舵輪６１の移動速度ＶＳを正しく計測できれば、移動体６０の位置の算出結果に誤差は発生しない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に操舵角αの計測は、操舵機構に含まれる減速器のバックラッシュによる誤差や、操舵角の正確な零点調整が困難であることから、許容できない誤差を持つ場合が多い。このため、操舵角計測誤差に起因した移動体位置の計測誤差が発生し、実用上の問題点となっている。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、移動体の位置を、極力操舵角を使用せずに、移動体の向きと操舵輪の移動距離から求めることのできる位置計測方法及び計測装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前操舵輪、後操舵輪を有する移動体の位置計測方法において、前記移動体が旋回運動している間の位置計測を、微小時間での前記移動体の姿勢角変化量、前操舵輪移動量、後操舵輪移動量から前記前操舵輪、前記後操舵輪の旋回半径を算出するステップと、算出された前記前操舵輪の旋回半径、前記後操舵輪の旋回半径及び前記移動体のホイールベース長さからホイールベース上に設定した計測点の旋回半径を算出するステップと、算出された前記計測点の旋回半径、前記ホイールベース長さ、前記前操舵輪の旋回半径又は前記後操舵輪の旋回半径から、前記計測点と旋回中心とを結ぶ線分と前記ホイールベースの線分との間の角度Ｃを算出するステップと、前記計測点の旋回半径と前記微小時間での前記姿勢角変化量とから移動体上に設定された座標系における前記計測点のｘ方向移動量、ｙ方向移動量を算出するステップと、算出されたｘ方向移動量、ｙ方向移動量に対して、前記角度Ｃを使用して回転補正を行い、回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量を算出するステップと、移動体の向きを計測し、計測された移動体の向きと前記回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量とから地上に設定された座標系における前記計測点のＸ方向移動量、Ｙ方向移動量を算出するステップを実行して行なうことを特徴とする。
【００１２】
本位置計測方法においては、前記移動体が旋回運動しているかどうかの判定を行い、旋回運動していないと判定された場合には、前記前操舵輪移動量、前操舵輪操舵角、前記後操舵輪移動量、後操舵輪操舵角、前記移動体の姿勢角変化量及びホイールベース長さを用いて、推測航法により移動体の位置計測を行い、前記移動体が旋回運動していると判定された場合には、上記の移動体が旋回運動している間の位置計測を行うようにすることが好ましい。
【００１４】
本位置計測方法においては、前記移動体が旋回運動しているかどうかの判定は、前記姿勢角変化量をあらかじめ定められたしきい値と比較して行われる。
【００１５】
本発明によればまた、前操舵輪、後操舵輪を有する移動体の位置計測装置が提供される。本位置計測装置においては、移動体の向きを計測する向き計測手段からの移動体の姿勢角変化量を示す信号、前操舵輪走行距離計測手段からの前操舵輪移動量を示す信号及び前操舵輪操舵角計測手段からの前操舵輪操舵角を示す信号、後操舵輪走行距離計測手段からの後操舵輪移動量を示す信号及び後操舵輪操舵角計測手段からの後操舵輪操舵角を示す信号を受ける位置算出処理手段を備え、該位置算出処理手段は、移動体が旋回運動している間の位置計測を、微小時間での前記姿勢角変化量、前記前操舵輪移動量、前記後操舵輪移動量から前記前操舵輪、前記後操舵輪の旋回半径を算出するステップと、算出された前記前操舵輪の旋回半径、前記後操舵輪の旋回半径及び移動体のホイールベース長さからホイールベース上に設定した計測点の旋回半径を算出するステップと、算出された前記計測点の旋回半径、前記ホイールベース長さ、前記前操舵輪の旋回半径又は前記後操舵輪の旋回半径から、前記計測点と旋回中心とを結ぶ線分と前記ホイールベースの線分との間の角度Ｃを算出するステップと、前記計測点の旋回半径と前記微小時間での前記姿勢角変化量とから移動体上に設定された座標系における前記計測点のｘ方向移動量、ｙ方向移動量を算出するステップと、算出されたｘ方向移動量、ｙ方向移動量に対して、前記角度Ｃを使用して回転補正を行い、回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量を算出するステップと、回転補正されたｘ方向移動量及びｙ方向移動量と計測された移動体の向きとから地上に設定された座標系における前記計測点のＸ方向移動量、Ｙ方向移動量を算出するステップを実行して行うことを特徴とする。
【００１６】
本位置計測装置においては、前記移動体が旋回運動しているかどうかの判定を行う判定手段を更に備え、前記位置算出処理手段は、前記判定手段により前記移動体が旋回運動していないと判定された場合には、前記前操舵輪移動量、前記前操舵輪操舵角、前記後操舵輪移動量、前記後操舵輪操舵角、前記姿勢角変化量及びホイールベース長さを用いて、推測航法により移動体の位置計測を行い、前記位置算出処理手段は、前記判定手段により前記移動体が旋回運動していると判定された場合には、上記の移動体が旋回運動している間の位置計測を行うことが望ましい。
【００１７】
前記判定手段は、前記姿勢角変化量をあらかじめ定められたしきい値と比較して判定を行う。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本発明による位置計測装置１０は判定部１０−１と位置算出処理部１０−２とを有し、位置算出処理部１０−２は判定部１０−１の判定結果に応じて異なった方法で位置計測の演算を行う。すなわち、判定部１０−１は、移動体が旋回運動中であるかどうかの判定を行い、判定結果を位置算出処理部１０−２に与える。判定結果が旋回運動中でない場合には、位置算出処理部１０−２は、以下の各種センサからの信号を使用して従来の技術において説明した推測航法と同じ計測方法で位置計測を行なう。一方、判定結果が旋回運動中である場合には、位置算出処理部１０−２は以下の各種センサからの信号のうち操舵角を示す信号は使用せずに、以下に述べる方法で位置計測を行なう。
【００２０】
移動体の向きを計測するために移動体にはジャイロセンサ２１が設けられている。移動体の前操舵輪には、前操舵輪の移動距離を計測する前操舵輪走行距離エンコーダ２２と前操舵輪の操舵角を計測する前操舵輪操舵角エンコーダ２３が取り付けられている。移動体の後操舵輪には、後操舵輪の移動距離を計測する後操舵輪走行距離エンコーダ２４と後操舵輪の操舵角を計測する後操舵輪操舵角エンコーダ２５が取り付けられている。
【００２１】
位置計測装置１０は上記の計測データ及び内部に有する移動体の車体データ（例えば、ホイールベースＬ）を使用して現在位置を演算し、移動体位置を出力する。
【００２２】
図２に示す移動体３０は前操舵輪３１の操舵角と後操舵輪３２の操舵角とが異なっている場合に旋回運動を行う。
【００２３】
判定部１０−１では、ジャイロセンサ２１からの信号により微少時間内の姿勢角の変化量Δθを計測し、計測した変化量Δθにより旋回運動を行なっているかどうかを判定する。特に、判定部１０−１は、変化量Δθ＞しきい値ｄの時、旋回運動中であると判定してその旨を位置算出処理部１０−２に出力する。この場合、位置算出処理部１０−２は、操舵角を使用せずに以下に説明する本発明による計測方法により位置計測を行なう。
【００２４】
一方、Δθ≦しきい値ｄの時には、判定部１０−１は、旋回運動を行なっていない（姿勢を変化させずに走行している状態）と判定し、その旨を位置算出処理部１０−２に出力する。この場合、位置算出処理部１０−２は、従来の技術において説明した推測航法と同じ計測方法で位置計測を行なう。
【００２５】
次に、移動体が旋回運動を行なっている時の位置計測演算方法について説明する。移動体の旋回運動は、前操舵輪３１の車軸の延長線と後操舵輪３２の車軸の延長線の交点を旋回中心Ｐｃとした旋回動作となる。ここでは、移動体のホイールベース中間位置を位置計測上の計測点（基準点）Ｐｓとし、以下に計測点Ｐｓの位置を求める方法を説明する。
【００２６】
ステップ１
微少時間での姿勢角の変化量Δθ（ラジアン）、前操舵輪３１の移動距離及び後操舵輪３２の移動距離から前操舵輪３１の旋回半径Ｒｆ、後操舵輪３２の旋回半径Ｒｂを算出する。
【００２７】
Ｒｆ＝（前操舵輪３１の移動距離ΔＬｆ／姿勢角変化量Δθ）
Ｒｂ＝（後操舵輪３２の移動距離ΔＬｒ／姿勢角変化量Δθ）
ステップ２
旋回中心Ｐｃから計測点Ｐｓまでの旋回半径Ｒｃを求める。
【００２８】
Ｒｃ＝［（Ｒｆ2 ＋Ｒｂ2 ）／２−Ｌ2 ／４］1/2 
ステップ３
移動体の姿勢がΔθ変化しているので、計測点Ｐｓの移動量ΔＬｃは、
ΔＬｃ＝Ｒｃ×Δθ
で求めることが出来る。
【００２９】
ステップ４
ホイールベースの線分と、計測点Ｐｓと旋回中心Ｐｃとを結ぶ線分との間の角度Ｃを求める。
【００３０】
Ｃ＝ｃｏｓ-1［（Ｒｃ2 ＋（Ｌ／２）2 −Ｒｆ2 ）／（２×Ｒｃ×Ｌ／２）］
なお、Ｒｆに代えてＲｂを用いることもできる。
【００３１】
ステップ５
移動体上の座標系（図３）で計測点Ｐｓの移動量を求める。図４において、
ｘ移動量ΔＬｃｘ＝Ｒｃ×ｓｉｎ（Δθ）
ｙ移動量ΔＬｃｙ＝Ｒｃ×［１．０−ｃｏｓ（Δθ）］
なお、これらの式は旋回中心Ｐｃが移動体上の座標系におけるｙ軸上にある場合である。
【００３２】
ステップ６
旋回中心Ｐｃがｙ軸上に無い場合を考慮し、移動量の回転補正を行なう。
【００３３】
回転補正量γは角度Ｃから演算で求めることができる。
【００３４】
回転補正処理は、以下の数１で表される。
【００３５】
【数１】
0004382266.tif 000002
【００３６】
図５の場合について言えば、
ｘ補正移動量ΔＬｃｘ´＝ΔＬｃｘ×ｃｏｓγ＋ΔＬｃｙ×ｓｉｎγ
ｙ補正移動量ΔＬｃｙ´＝−ΔＬｃｘ×ｓｉｎγ＋ΔＬｃｙ×ｃｏｓγ
ステップ７
地上に固定した座標系での計測点Ｐｓの位置を求める。
【００３７】
図６を参照して、いま、Ｘ方向に関してのある時刻の移動体の向き（図示しない固定輪の向きに同じ）をθＬとすると、地上座標系での移動量は次式により求まる。
【００３８】
Ｘ方向移動量ΔＸＬ＝ΔＬｃｘ´×ｃｏｓθＬ−ΔＬｃｙ´×ｓｉｎθＬ
Ｙ方向移動量ΔＹＬ＝ΔＬｃｘ´×ｓｉｎθＬ＋ΔＬｃｙ´×ｃｏｓθＬ
従って、計測点Ｐｓの位置（ＸＬ，ＹＬ）は、各移動量ΔＸＬとΔＹＬを積分することによって求められる。
【００３９】
本例ではホイールベースの中間点を位置の計測点Ｐｓとしたが、計測点Ｐｓを他の箇所に設定した場合でも同様の考え方で位置を算出することが出来る。また、本発明は、無人搬送車や無人フォークリフト、無人トラクタのための位置計測に適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
従来は、全ての位置計測時に操舵角を使用していたため、操舵角を正確に計測出来ない場合には常に位置計測誤差が発生していたが、本発明によれば、旋回運動中は移動体の位置演算処理で操舵角度を計測する必要が無いので、操舵角を正確に計測できない場合でも、移動体の位置を正しく推定することができる。
【００４１】
また、旋回運動中であるかどうかを自動で判断して計測方式を切り替えるため、操舵角による位置計測誤差を低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置計測装置と位置計測用の各種センサとの関係を示したブロック図である。
【図２】移動体が旋回運動中の移動体上での計測点の移動量算出を説明するための図である。
【図３】移動体に座標系を設定した場合の座標軸と計測点の関係を示した図である。
【図４】移動体の座標系での姿勢角変化量Δθに対する計測点の移動量算出を説明するための図である。
【図５】移動量の回転補正について説明するための図である。
【図６】座標系を地上に設定した場合の位置計測を説明するための図である。
【図７】従来の推測航法により位置計測を行う場合について説明するための図である。
【符号の説明】
１０    位置計測装置
１０−１    判定部
１０−２    位置算出処理部
３０、６０    移動体
３１、６１    前操舵輪
３２、６２    後操舵輪
【図１】
0004382266.tif 000003
【図２】
0004382266.tif 000004
【図３】
0004382266.tif 000005
【図４】
0004382266.tif 000006
【図５】
0004382266.tif 000007
【図６】
0004382266.tif 000008
【図７】
0004382266.tif 000009