(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵輪を含む複数の車輪を具備した移動体の位置計測装置において、
２つ以上の車輪の回転数を検出する複数の回転数検出手段と、
前記複数の回転数検出手段の検出結果に基づいて移動体の位置を演算する演算手段とを備え、
前記演算手段は、前記複数の回転数検出手段の検出結果から車輪毎に移動速度を算出する第１のステップと、それらの移動速度の比から車輪毎に車輪径変化による距離計測誤差の割合を推定して車輪径補正係数を算出する第２のステップと、算出された車輪径補正係数に基づいて車輪毎の移動速度を修正し、修正された車輪毎の移動速度を平均処理することにより移動体の移動速度を算出する第３のステップと、算出した移動速度を積分することにより移動体の位置を算出する第４のステップとを実行し、
更に、あらかじめ車輪毎に積載荷重の変化に対する車輪径変化量を測定することにより得られた、積載荷重と距離計測誤差関数との対応関係を各車輪毎に記憶している記憶部を備え、
前記演算手段は、前記第２のステップにおいて、前記車輪毎に算出された複数の移動速度を比較することにより積載荷重を推定し、推定した積載荷重に基づいて参照された車輪毎の距離計測誤差関数を使用して、車輪径変化に起因する誤差を補償するための車輪径補正係数を車輪毎に算出することを特徴とする移動体の位置計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の位置計測装置において、前記操舵輪の操舵角を計測する操舵角計測手段を更に備え、前記演算手段は、前記第１のステップにおいて、前記操舵輪については前記操舵角計測手段の計測結果と対応する前記回転数検出手段の検出結果とから、それ以外の車輪については対応する前記回転数検出手段の検出結果からそれぞれ、移動体のあらかじめ定められた基準点における基準点移動速度を車輪毎の移動速度として算出することを特徴とする移動体の位置計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の位置計測装置において、前記演算手段は、前記第３のステップにおいて、前記車輪毎に算出された複数の移動速度をそれぞれ、車輪毎に算出された前記車輪径補正係数によって修正し、その結果、各車輪毎に修正された複数の修正移動速度を重み付けしたうえで平均処理することによって、移動体の移動速度を算出することを特徴とする移動体の位置計測装置。
【請求項４】
請求項３記載の位置計測装置において、移動体の向きを検出する向き検出手段を更に備え、前記演算手段は、前記第４のステップにおいて、前記算出された移動体の移動速度と前記操舵角計測手段の計測結果と前記向き検出手段の検出結果とから、２次元平面上におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を算出し、算出されたＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を積分することにより２次元平面上における移動体の位置を算出する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、無人搬送車などの移動体の位置計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製造業においては自動化が進んでおり、その生産ラインには無人搬送車（以下、移動体と呼ぶ）に組立て部品を搭載して自動走行させ、組立て部品を所望の目的地まで搬送する自動搬送システムが採用されている。このような自動搬送システムにおける移動体の誘導方式には、例えば電磁誘導方式や光学誘導方式などの固定の走行経路による誘導方式が知られている。
【０００３】
上記の方式とは別に、移動体の現在位置を計測する方法として、移動体に取り付けられた「内界センサ」を使った、いわゆる「推測航法」が知られている。
【０００４】
一般的な推測航法を、図２に示す操舵輪４１と固定輪４２とによる車輪配置を持つ移動体で説明する。ここでは、操舵輪４１の方向は移動体に対して自由に変更でき、固定輪４２の向きは移動体の向きと平行であるとする。なお、実際には、移動体の安定性を保つために、操舵輪４１、固定輪４２の他に、キャスタ輪が備えられる。移動体の現在位置を算出するために、移動体の「操舵輪の操舵角」、「車輪（操舵輪／固定輪）の移動距離あるいは移動速度」、「移動体の向き」を計測する。計測手段として、操舵角の計測には操舵角センサ、車輪の移動距離あるいは移動速度の計測には車輪の回転数、すなわち回転速度を検出するパルスエンコーダ、移動体の向きの計測に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。
【０００５】
一般的な位置算出は次の方法による。今、ある時刻の移動体の向きをθL 、操舵輪４１の操舵角をα、操舵輪４１の移動速度をＶｓとすると、２次元のＸ−Ｙ座標上での操舵輪４１のＸ方向の移動速度Ｘｓｖ、Ｙ方向の移動速度Ｙｓｖは次式によって求まる。
【０００６】
Ｘｓｖ＝Ｖｓ×ｃｏｓ（θL ＋α）
Ｙｓｖ＝Ｖｓ×ｓｉｎ（θL ＋α）
Ｘ−Ｙ座標系の原点をスタート地点とし、これを基準とする操舵輪４１の位置座標は、この移動速度算出値を積分することによって算出することができる。
【０００７】
同様に、固定輪４２の移動速度算出値Ｖｒを使用した一般的な位置算出は次の方法による。固定輪４２のＸ方向の移動速度Ｘｒｖ、Ｙ方向の移動速度Ｙｒｖは次式によって求まる。
【０００８】
Ｘｒｖ＝Ｖｒ×ｃｏｓ（θL ）
Ｙｒｖ＝Ｖｒ×ｓｉｎ（θL ）
固定輪４２の位置座標は、この移動速度算出値を積分することによって算出することができる。
【０００９】
移動体上の任意の点の位置は、移動体における各車輪の位置が分かれば、車輪の幾何学的配置条件から求めることができる。
【００１０】
ところで、上記でいう各車輪の移動速度（Ｖ）は、車輪径（Ｒ）と回転速度  （θｖ）から次式によって算出される。
【００１１】
Ｖ＝Ｒ×θｖ
一般に、車輪の回転数計測は、車輪の回転軸に取り付けられたパルスエンコーダの単位時間あたりの出力パルス数を計測することなどによって容易かつ正確に計測が可能であり、回転数は回転速度として得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、車輪径は、その材質にゴムなどの弾性体を使用することが多い。特に、無人搬送車などの荷物の搬送を目的とした移動体においては、荷の有無によって積載荷重が変化することにより車輪径が変化し、車輪径の正確な把握が困難である。
【００１３】
一般的には、移動距離を計測する車輪は１つであることや、複数あった場合においても単純にその結果を平均処理している場合が多い。しかし、この方式では、上記の移動速度（Ｖ）の算出式から明らかなように、積載荷重の変化に伴う車輪径の変化によって速度算出誤差が生じる。この速度算出誤差は距離計測誤差の原因となり、これによって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。
【００１４】
そこで、本発明の課題は、無人搬送車などの移動体に適用される位置計測装置であって、移動体の車輪径の変化に起因する距離計測誤差を抑制することによって、移動体の位置計測精度を向上させることのできる位置計測装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、操舵輪を含む複数の車輪を具備した移動体の位置計測装置において、２つ以上の車輪の回転数を検出する複数の回転数検出手段と、前記複数の回転数検出手段の検出結果に基づいて移動体の位置を演算する演算手段とを備え、前記演算手段は、前記複数の回転数検出手段の検出結果から車輪毎に移動速度を算出する第１のステップと、それらの移動速度の比から車輪毎に車輪径変化による距離計測誤差の割合を推定して車輪径補正係数を算出する第２のステップと、算出された車輪径補正係数に基づいて車輪毎の移動速度を修正し、修正された車輪毎の移動速度を平均処理することにより移動体の移動速度を算出する第３のステップと、算出した移動速度を積分することにより移動体の位置を算出する第４のステップとを実行し、更に、あらかじめ車輪毎に積載荷重の変化に対する車輪径変化量を測定することにより得られた、積載荷重と距離計測誤差関数との対応関係を各車輪毎に記憶している記憶部を備え、前記演算手段は、前記第２のステップにおいて、前記車輪毎に算出された複数の移動速度を比較することにより積載荷重を推定し、推定した積載荷重に基づいて参照された車輪毎の距離計測誤差関数を使用して、車輪径変化に起因する誤差を補償するための車輪径補正係数を車輪毎に算出することを特徴とする移動体の位置計測装置が提供される。
【００１６】
前記操舵輪の操舵角を計測する操舵角計測手段を更に備えることにより、前記演算手段は、前記第１のステップにおいて、前記操舵輪については前記操舵角計測手段の計測結果と対応する前記回転数検出手段の検出結果とから、それ以外の車輪については対応する前記回転数検出手段の検出結果からそれぞれ、移動体のあらかじめ定められた基準点における基準点移動速度を車輪毎の移動速度として算出する。
【００１８】
前記演算手段はまた、前記第３のステップにおいて、前記車輪毎に算出された複数の移動速度をそれぞれ、車輪毎に算出された前記車輪径補正係数によって修正し、その結果、各車輪毎に修正された複数の修正移動速度を重み付けしたうえで平均処理することによって、移動体の移動速度を算出する。
【００１９】
移動体の向きを検出する向き検出手段を更に備えることにより、前記演算手段は更に、前記第４のステップにおいて、前記算出された移動体の移動速度と前記操舵角計測手段の計測結果と前記向き検出手段の検出結果とから、２次元平面上におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を算出し、算出されたＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を積分することにより２次元平面上における移動体の位置を算出する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図２に示すような操舵輪が１つ、固定輪が１つの場合の移動体モデルを例示して説明する。
【００２２】
本発明は、あらかじめ各車輪毎の積載荷重の変化に対する車輪径変化量を把握しておき、複数の車輪毎に算出した移動体の基準点の移動速度を比較することによって、各車輪径の変化量を推定し、それを補償することによって移動体の位置計測精度を向上させるものである。
【００２３】
本発明が適用される位置計測方式は、一般に推測航法と呼ばれるもので、移動体上の内界センサを使用するものである。すなわち、図１に示されるように、本形態における位置計測装置は、内界センサとして、操舵輪４１の操舵角を計測する操舵角センサ１０と、移動体の向き（姿勢角）を検出するジャイロセンサ１１と、操舵輪４１、固定輪４２のそれぞれの回転数（回転速度）を検出するパルスエンコーダ１２とを備えている。また、記憶部１３には、後で説明されるように、あらかじめ各車輪毎に積載荷重の変化に対する車輪径変化量を測定することにより得られた、積載荷重と距離計測誤差関数との対応関係が各車輪毎に記憶されている。
【００２４】
演算部１４は、以降に詳しく説明するように、パルスエンコーダ１２の検出結果から車輪毎に移動速度を算出する第１のステップと、それらの移動速度の比から車輪毎に車輪径変化による距離計測誤差の割合を推定して車輪径補正係数を算出する第２のステップと、算出された車輪径補正係数に基づいて車輪毎の移動速度を修正し、修正された車輪毎の移動速度を平均処理することにより移動体の移動速度を算出する第３のステップと、算出した移動速度を積分することにより移動体の位置を算出する第４のステップとを実行する。
【００２５】
以下、図２に示すような移動体モデルを例に位置計測手順を説明する。この移動体の運動は、操舵輪４１の車軸と固定輪４２の車軸を延長した直線の交点を中心とした旋回動作となる。ここでは、移動体にあらかじめ定められる代表点を基準点と呼び、その基準点を固定輪４２と同一点に定義する。
【００２６】
（１）基準点移動速度比の算出
積載荷重の変化に伴う車輪径の変化量は、車輪形状、材質や荷重により決まるが、これらの条件は各車輪によって異なるのが一般的である。その結果、例えば積載荷重がゼロの時に各車輪間で移動速度算出値が一致するように調整した場合、積載荷重が増加すると各車輪毎に算出される距離算出値に差が生じることになる。
【００２７】
ここでは、固定輪４２の移動速度算出値を基準とし、その比率を算出する。
【００２８】
まず、操舵輪４１の回転速度から移動速度算出値（Ｓｓ）を算出する。次に、操舵輪４１の移動速度算出値（Ｓｓ）から基準点の移動速度を算出する。操舵輪４１の移動速度算出値（Ｓｓ）から求まる基準点の移動速度（Ｖｓ）は、操舵角（α）から次式により求められる。
【００２９】
Ｖｓ＝Ｓｓ／ｃｏｓ（α）
上記と同様にして、固定輪４２の移動速度算出値（Ｓｒ）から求まる基準点の移動速度（Ｖｒ）は、次式により求められる。
【００３０】
Ｖｒ＝Ｓｒ
このとき、計測誤差が無いとすると、Ｖｓ＝Ｖｒ＝Ｖとなる。但し、Ｖは実際の基準点移動速度である。
【００３１】
いま、移動体の積載荷重の変化による距離計測誤差の割合を、操舵輪４１で（Ｅｓ）、固定輪４２で（Ｅｒ）とすると、それぞれの移動速度算出値（Ｓｓ），（Ｓｒ）から求めた基準点の移動速度算出値（Ｖｅｓ，Ｖｅｒ）は、次式により求められる。
【００３２】
0003863303.tif 000002
このときの基準点の移動速度算出値の比は、距離計測誤差の割合になることは、次式により明らかである。
【００３３】
0003863303.tif 000003
【００３４】
（２）車輪径補正係数の算出
積載荷重の変化に対する車輪径変化量の関係が既知であり、かつ各車輪毎にその特性が異なっている場合、結果として積載荷重と基準点移動速度算出値の比の関数が定義できる。したがって、その関数の逆関数を求めることにより、基準点移動速度算出値の比から積載荷重を推定することが可能となり、そこで推定した積載荷重から距離計測誤差の関数を記憶部１３から読み出す。
【００３５】
距離計測誤差の割合を関数｛ｆ（Ｗ）、ｇ（Ｗ）｝で表現し、さらにその比率｛ｈ（ｗ）｝を次式により定義する。
【００３６】
Ｅｓ＝ｆ（Ｗ）
Ｅｒ＝ｇ（Ｗ）
ｈ（Ｗ）＝ｆ（Ｗ）／ｇ（Ｗ）
このとき、基準点の移動速度算出値の比は、次式にて表現される。
【００３７】
0003863303.tif 000004
ここで、ｆ（Ｗ）とｇ（Ｗ）は記憶部１３から読み出すことで既知であるので、各車輪の距離計測誤差の割合は次式により求められる。但し、ｈ-1（Ｖ）はｈ
（Ｖ）の逆関数であるとする。
【００３８】
0003863303.tif 000005
上記の式により算出されたＥｓおよびＥｒから、各車輪の「車輪径補正係数」（操舵輪：Ｋｓ、固定輪：Ｋｒ）を次式により算出する。
【００３９】
Ｋｓ＝１／Ｅｓ
Ｋｒ＝１／Ｅｒ
【００４０】
（３）移動体移動速度算出値の算出
各車輪毎に算出した「移動速度算出値」をそれぞれ、「車輪径補正係数」によって修正し、その結果として各車輪毎に修正される「修正基準点移動速度」を平均処理することによって、移動体の移動速度算出値を求める。
【００４１】
すなわち、各車輪毎に算出した「移動速度算出値」を「車輪径補正係数」によって修正した「修正基準点移動速度」をＶｍｓ（操舵輪４１），Ｖｍｒ（固定輪４２）とし、次式により定義する。
【００４２】
Ｖｍｓ＝Ｖｅｓ×Ｋｓ
Ｖｍｒ＝Ｖｅｒ×Ｋｒ
さらに、その結果を平均処理することによって、移動体の移動速度算出値（Ｖｍ）を求める。但し、ａｓ，ａｒはそれぞれ、平均化処理の重み係数で、この値は定数でも変数でもよい。
【００４３】
Ｖｍ＝｛（ａｓ×Ｖｍｓ）＋（ａｒ×Ｖｍｒ）｝／（ａｓ＋ａｒ）
車輪径補正係数の推定が正確に行われた場合、次式によりＶｍ＝Ｖとなることが明らかで、車輪径の変化が移動体移動速度の計測に影響を与えないことがわかる。
【００４４】
0003863303.tif 000006
【００４５】
（４）移動体位置の算出
上記（３）により求めた移動体移動速度（Ｖｍ）と、操舵角センサ１０によって計測された操舵角（α）と、ジャイロセンサ１１によって計測された移動体の向き（θ）とから、２次元平面上での移動体の移動速度（Ｘｖ，Ｙｖ）は次式により求まる。
【００４６】
Ｘｖ＝Ｖｍ×ｃｏｓ（θ＋α）
Ｙｖ＝Ｖｍ×ｓｉｎ（θ＋α）
２次元平面上での移動体の位置は、これらの移動速度（Ｘｖ，Ｙｖ）を積分することによって算出することができる。
【００４７】
なお、本発明による位置計測装置は、ガイド線が床面に埋設されていることによりガイド線が物理的に設定されているガイド方式、ガイド線が仮想的に設定され、レーザ等による誘導方式を採用したガイドレス方式のいずれにも適用可能である。
【００４８】
また、上記（１）〜（４）において移動体の移動速度の代わりに移動距離を算出することで同様な位置計測を行うことができる。この場合、演算部１４は、複数のパルスエンコーダ１２の検出結果から車輪毎に移動距離を算出する第１のステップと、それらの移動距離の比から車輪毎に車輪径変化による距離計測誤差の割合を推定して車輪径補正係数を算出する第２のステップと、算出された車輪径補正係数に基づいて車輪毎の移動距離を修正し、修正された車輪毎の移動距離を平均処理することにより移動体の移動距離を算出する第３のステップと、算出した移動距離から移動体の位置を算出する第４のステップとを実行する。
【００４９】
上記の説明は、移動体の向きが様々に変化する走行経路に適用する場合を想定しているが、走行経路が直線のみである場合には、操舵角センサ１０、ジャイロセンサ１１は不要である。
【００５０】
以上、本発明を好ましい実施の形態について説明したが、内界センサは図１のものに限定されるものではない。また、本発明は、無人搬送車の他、無人フォークリフト、無人トラクタ、無人ダンプトラック等にも適用可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によればあらかじめ移動体の積載荷重と車輪径変化量を記憶しておくことによって、複数の車輪の移動速度あるいは移動距離算出結果を比較することで、積載荷重を計測することなく車輪径変化量を正しく推定することができ、結果として正確な移動体位置計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置計測装置の実施の形態の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明が適用される移動体モデルを示した図である。
【符号の説明】
１０    操舵角センサ
１１    ジャイロセンサ
１２    パルスエンコーダ
１３    記憶部
１４    演算部
４１    操舵輪
４２    固定輪
【図１】
0003863303.tif 000007
【図２】
0003863303.tif 000008