JPH0130437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、移動体の自動操舵装置に関し、特
にたとえば自動車や工場内の無人移動搬送装置の
自動操舵を行なう装置に関する。

従来、自動車や工場内の無人移動搬送装置など
の移動体を自動操舵する方法として、たとえば移
動体が走行する路面上に軌道レールを付設し、そ
の軌道レール上を走行させる方法があつた。この
ような方法は非常に大掛りな施設を要し、高価に
なるという欠点があつた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単か
つ安価な構成で移動体を予め定められた軌跡に沿
つて移動させ得る移動体の自動操舵装置を提供す
ることである。

この発明は、要約すれば、入射光方向に光を反
射する複数の光反射手段を予め定められた軌跡に
沿つて配列し、移動体からは所定の広がりを有す
る光ビームを発生し、この光ビームを光反射手段
が設けられた方向に回動走査させ、光反射手段か
ら反射される反射光を移動体で受光することによ
つてそのときの光ビーム走査手段の回動角度を検
出し、この検出した回動角度に基づいて移動体の
操舵方向を制御するようにしたものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

第１図および第２図はこの発明の一実施例の原
理を説明するための図であり、特に、第１図は移
動体Ｖを側面から見た図であり、第２図は移動体
Ｖを正面から見た図である。図において、移動体
Ｖが走行する路面の上部の天井あるいは壁などに
光反射手段の一例のコーナキユーブCCが配列さ
れる。このコーナキユーブCCは移動体Ｖを移動
させるべき予め定められた軌跡に沿つて配列され
る。なお、コーナキユーブCCは直線上に配列さ
れてもよいし、第３図に示すように曲線の軌跡上
に配列されてもよい。ここで、コーナキユーブ
CCは、たとえば四面体のプリズムを複数個組合
わせることによつて構成される。そして、コーナ
キユーブCCは、入射した光の方向にその入射光
を反射するという光学的性質を有する。

一方、移動体Ｖの上面には、ビームスキヤナ
BSが設けられる。そして、このビームスキヤナ
BSからは広がり角度φの光ビームPBが出射され
る。第２図に示すように、光ビームPBはビーム
スキヤナBSによつてたとえばθ1の角度範囲で回
動走査される。なお、光ビームPBの広がり角度
φは、光ビームPBの１回の回動走査で少なくと
も２つのコーナキユーブCCa，CCbに光が当たる
ような値に選ばれる。

ここで、ビームスキヤナBSは刻々の光ビーム
PBの回動走査角度を検出するためのたとえばロ
ータリエンコーダなどを有する。このロータリエ
ンコーダの基準角度はたとえばビームスキヤナ
BSの真上に選ばれる。さらに、ビームスキヤナ
BSには、コーナキユーブCCからの反射光を検出
するための受光手段が設けられる。たとえば、ビ
ームスキヤナBSから出射された光がコーナキユ
ーブCCaに当たると、コーナキユーブCCaは入射
光方向すなわちビームスキヤナBS方向に光ビー
ムPBを反射する。応じて、ビームスキヤナBSに
設けられた受光手段がコーナキユーブCCaからの
反射光を受光する。このときのロータリエンコー
ダの出力角度を読取れば、ロータリエンコーダの
基準角度に対するコーナキユーブCCaの開き角θa
を求めることができる。同様に、ロータリエンコ
ーダの基準角度に対するコーナキユーブCCbの開
き角θbが求められる。

上述のように、開き角θaおよびθbが求められ
る場合は、移動体Ｖの進行方向がコーナキユーブ
CCaとCCbとを結ぶ線分（予め定められた軌跡）
に対してずれているときである。もし、移動体Ｖ
の進行方向がコーナキユーブCCaとCCbとを結ぶ
線分と一致した関係にあれば、開き角θaおよび
θbはいずれも０となる。そこで、上述のように
して求めた開き角θaおよびθbをいずれも０にす
るように、移動体Ｖの操舵方向を制御すれば、移
動体ＶをコーナキユーブCCが配列された軌跡に
沿つて走行させることができる。

第４図はこの発明の一実施例に用いられるビー
ムスキヤナBSの外観図である。図において、円
筒１には、スリツト２が形成され、このスリツト
２から光ビームPBが出射される。また、スリツ
ト２の両端部には、前述のコーナキユーブCCか
らの反射光を受光するための受光部３および４が
設けられる。これら受光部３および４としては、
各種光電変換素子が用いられる。円筒１には、ロ
ータリエンコーダEC１およびモータＭ１が連結
される。モータＭ１の回転は円筒１に伝達され、
この円筒１を回動させる。すなわち、モータＭ１
は円筒１を回転させることによつて光ビームPB
を回動走査させる。また、ロータリエンコーダ
EC１はモータＭ１かつしたがつて光ビームPBの
回動角度を検出する。

上述の円筒１およびモータＭ１は保持部材５に
よつて保持される。特に、円筒１は保持部材５に
よつて回動自在に保持され、モータＭ１は固定的
に保持される。この保持部材５には、ロータリエ
ンコーダEC２およびモータＭ２が連結される。
モータＭ２は保持部材５を回動させるが、これに
よつて円筒１、ロータリエンコーダEC１および
モータＭ１はモータＭ１による回動面とは直交す
る面上で回動される。また、ロータリエンコーダ
EC２はモータＭ２の回動角度を検出する。

第５図は第４図における線−に沿う断面図
である。図において、円筒１の内周壁には、半導
体レーザ１１が設けられる。この半導体レーザ１
１から出射したレーザ光はレンズ１３によつて拡
散され、さらにレンズ１４によつて平行光とされ
る。この平行光はスリツト２近傍に設けられたレ
ンズ１５によつて拡散される。この拡散方向は第
４図に示すように、スリツト２の長手方向であ
る。このようにして、スリツト２の長手方向に広
がりを有した光ビームPBがスリツト２から外部
へ出射される。なお、受光部３および４は、コー
ナキユーブCCから反射された光を受光するため
のものであるが、これらに代えてビームスプリツ
タ１６およびこのビームスプリツタ１６によつて
反射されるコーナキユーブCCからの光を受光す
る受光部１７を設けるようにしてもよい。

上述のような構成において、ロータリエンコー
ダEC１の基準角度は移動体Ｖの真上に選ばれる。
ロータリエンコーダEC２の基準角度は移動体Ｖ
の直進方向に選ばれる。また、モータＭ１はモー
タＭ２に比べて充分速く回動される。

第６図はこの発明の一実施例の好ましいブロツ
ク図である。図において、ORゲート６０には、
受光部３および４からの受光出力が与えられる。
このORゲート６０の出力は、ANDゲート６１お
よび６２のそれぞれの一方入力に与えられる。
ANDゲート６１の他方入力には、ロータリエン
コーダEC１からの角度出力が与えられる。した
がつて、ANDゲート６１からは第２図で説明し
たθaあるいはθbが出力される。このANDゲート
６１の出力（以下θαと称す）はCPU６３に与え
られる。一方、ANDゲート６２の他方入力には、
ロータリエンコーダEC２からの角度出力が与え
られる。したがつて、ANDゲート６２からは、
受光部３あるいは４から受光出力があつたときに
おけるロータリエンコーダEC２の回動角度が出
力される。このANDゲート６２の出力（以下θβ
と称す）はCPU６３に与えられる。さらに、
CPU６３には、モータＭ１を駆動するためのＭ
１駆動回路６４からモータＭ１の回転方向切換信
号が与えられる。この回転方向切換信号は、たと
えばモータＭ１を正転させるときはハイレベルで
あり、逆転させるときはローレベルであるような
信号である。同様に、CPU６３には、モータＭ
２を駆動させるためのＭ２駆動回路６５からモー
タＭ２の回転方向切換信号が与えられる。

さらに、CPU６３には、タイマ６６、操舵用
モータ６７、ROM６８およびRAM６９が接続
される。後述するように、この実施例では移動体
Ｖの操舵制御を２つのフアクタに基づいて交互に
行なうようにしているが、タイマ６６はそのうち
の１つのフアクタに基づく操舵制御における操舵
時間を規制するために用いられる。操舵用モータ
６７は移動体Ｖの操舵方向を制御するためのモー
タである。ROM６８には、たとえば第９図ない
し第１１図に示すようなCPU６３の動作プログ
ラムが格納される。RAM６９は、各種処理デー
タを記憶するが、特にこの実施例興味ある記憶領
域として、カウンタ６９ａと、θxレジスタ６９
ｂと、θyレジスタ６９ｃと、θ_Fレジスタ６９ｄと
を含む。

第７図および第８図はこの発明の一実施例の操
舵制御態様を説明するための図解図である。ま
た、第９図ないし第１１図はCPU６３の動作を
説明するためのフローチヤートであり、特に第９
図はメインフローを示し、第１０図および第１１
図は第９図におけるサブルーチンを示す。

以下、第１図ないし第１１図を参照してこの発
明の一実施例の動作について説明する。

まず、第９図のステツプ（図示ではＳと略す）
１において、θxが検出される。θxは、第７図に
示されるように、コーナキユーブCCaとCCbとを
結ぶ線分に対して移動体Ｖの直進方向がなす角度
である。ステツプ１におけるサブルーチンの詳細
は第１０図に示される。

第１０図において、ステツプ101では、ANDゲ
ート６１から出力θαがあつたか否かが判断され
る。もし、出力θαがあれば、ステツプ102におい
て、ANDゲート６２からの出力θβが読取られ、
RAM６９に記憶される。次に、ステツプ103に
おいて、カウンタ６９ａが＋１される。そして、
ステツプ104に進む。このステツプ104では、Ｍ１
駆動回路６４からの回転方向切換信号に基づい
て、モータＭ１の回転方向が切換わつたか否かが
判断される。このステツプ104において、モータ
Ｍ１の回転方向の切換えが判断されなければ、再
びステツプ101以下の動作が繰返される。すなわ
ち、ステツプ101ないし104では、モータＭ１によ
る光ビームPBの１走査の間にコーナキユーブCC
から何回反射光を受光したかを検出している。一
方、ステツプ104において、モータＭ１の回転方
向の切換えが判断されると、ステツプ105に進む。
このステツプ105では、カウンタ６９ａの計数値
が１であるか否かが判断される。今、移動体Ｖの
直進方向がコーナキユーブCCaとCCbとを結ぶ線
分に対して平行でない場合を想定する。この場
合、コーナキユーブCCaからの反射光を受光する
タイミングとコーナキユーブCCbからの反射光を
受光するタイミングとがずれるため、モータＭ１
が光ビームPBを１回走査する間に得られる受光
出力は２個である。これに対し、移動体Ｖの直進
方向がコーナキユーブCCaとCCbとを結ぶ線分と
平行である場合は、コーナキユーブCCaからの反
射光を受光するタイミングとコーナキユーブCCb
からの反射光を受光するタイミングとはほぼ同じ
になる。したがつて、この場合モータＭ１が光ビ
ームPBを１回走査する間に得られる受光出力は
１個である。すなわち、ステツプ105では、カウ
ンタ６９ａの計数値が１であるか否かを判断する
ことによつて、移動体Ｖの直進方向がコーナキユ
ーブCCaとCCbとを結ぶ線分と平行であるか否か
を検出している。ステツプ105においてカウンタ
６９ａの計数値が１でないことが判断されると、
ステツプ106においてカウンタ６９ａがクリアさ
れる。その後、再びステツプ101以下の動作が繰
返される。これらステツプ101ないし106の動作の
繰返しによつて、カウンタ６９ａの計数値が１に
なると、ステツプ107においてθβがθxレジスタ６
９ｂに記憶される。なお、ここでθxレジスタ６
９ｂに記憶されるθβは光ビームPBの広がり方向
がコーナキユーブCCaとCCbとを結ぶ線分と平行
になつたときのロータリエンコーダEC２の角度
出力である。

再び第９図を参照して、ステツプ１の動作の
後、ステツプ２においてθxが０か否かが判断さ
れる。もし、θxが０でなければ、ステツプ３に
進む。このステツプ３では、θxに基づいて操舵
用モータ６７による移動体Ｖの操舵が行なわれ
る。なお、このステツプ３における操舵では、た
とえばθxの正負に応じて操舵用モータ６７を正
転あるいは逆転させる。また、θxの大きさに応
じて操舵用モータ６７の回動角度を制御する。次
に、ステツプ４において、θxレジスタ６９ｂが
クリアされる。その後、ステツプ１以下の動作が
繰返される。

ステツプ３における操舵によつて、移動体Ｖの
直進方向がコーナキユーブCCaとCCbとを結ぶ線
分と平行となると、θxは０となる。そのことが
ステツプ２において判断され、ステツプ５におい
てタイマ６６がスタートされる、次に、ステツプ
６において、θyが検出される。このθyはロータ
リエンコーダEC１の基準角度に対するコーナキ
ユーブCCa（あるいはCCb）からの反射光の開き
角である。なお、ステツプ６の動作に進む場合
は、ステツプ１ないし５の動作において既に移動
体Ｖの直進方向がコーナキユーブCCaとCCbとを
結ぶ線分と平行にされているため、コーナキユー
ブCCaの反射光の開き角とコーナキユーブCCbか
らの反射光の開き角とは等しくなつている。ここ
で、ステツプ６のサブルーチンの詳細は第１１図
に示される。

次に、第１１図を参照して、ステツプ111では
θαが読取られる。そして、ステツプ112に進む。
このステツプ112では、θαからθ_Fレジスタ６９ｄ
に予め設定された角度θ_Fが減算される。続いて、
ステツプ113において、ステツプ112における減算
結果がθyレジスタ６９ｃに記憶される。

再び第９図を参照して、ステツプ７では、θy
レジスタ６９ｃに記憶された角度θyに基づいて
操舵用モータ６７が制御される。すなわち、ステ
ツプ７では、θyが０になる方向に操舵用モータ
６７が制御される。したがつて、θ_Fが０に設定さ
れているときは、移動体Ｖは各コーナキユーブ
CCを結ぶ線分の真下を走るように制御される。
これに対し、θ_Fが正あるいは負のいずれかの値に
設定されているときは、移動体Ｖは各コーナキユ
ーブCCを結ぶ線分の右下あるいは左下を走るよ
うに制御される。次に、ステツプ８において、タ
イマ６６がタイムアツプしたか否かが判断され
る。もし、タイマ６６がタイムアツプしていなけ
れば、ステツプ７の動作が繰返される。ステツプ
７の動作が何回か行なわれた後ステツプ８におい
てタイマ６６のタイムアツプが判断されると、ス
テツプ９においてθyレジスタ６９ｃに記憶され
た角度θyがクリアされる。これらステツプ５な
いし９の操舵制御において、移動体Ｖは予め定め
られた軌跡にさらに近付けられる。

上述のごとくこの実施例では、まず移動体Ｖが
予め定められた軌跡に平行になるように制御さ
れ、さらに次の段階で移動体Ｖが予め定められた
軌跡に近付くように制御される。このような交互
の制御を行なうと、移動体Ｖの走行軌跡は第３図
の１点鎖線Ｔで示すようにジグザグを描きながら
予め定められた軌跡に近付きその後予め定められ
た軌跡を追従する。

第１２図はこの発明の他の実施例を示す図解図
である。この実施例では、コーナキユーブCCが
群単位にまとめられ、各群はそれぞれがかなり長
い距離を隔てて設けられる。今、移動体Ｖが第１
群のコーナキユーブCCの下を通過しているとす
ると、移動体Ｖは第１群のコーナキユーブCCか
らの反射光に基づいて操舵制御される。ところ
が、移動体Ｖが第１群のコーナキユーブCCを通
過してしまうと、第１群のコーナキユーブCCに
よつて移動体Ｖの操舵制御ができなくなる。そこ
で、この実施例では、ビームスキヤナBS′を移動
体Ｖの走行方向に傾けることによつて第２群のコ
ーナキユーブCCに光ビームPBを投射して操舵制
御を行なうようにしている。

第１３図および第１４図は第１２図に示すビー
ムスキヤナBS′の外観図であり、特に第１３図は
移動体Ｖの側面から見た図であり、第１４図は移
動体Ｖの正面から見た図である。図において、こ
のビームスキヤナBS′は、第４図と同様に半導体
レーザや光学系が収納された円筒１と、この円筒
１を直接回動させるためのモータＭ１と、モータ
Ｍ１の回動角度を検出するためのロータリエンコ
ーダEC１とを含む。円筒１およびモータＭ１は
保持部材５０によつて保持される。この保持部材
５０の底辺中央部はモータＭ３およびロータリエ
ンコーダEC３に連結される。モータＭ３は保持
部材５０を回動させて、第１２図に示すように光
ビームPBを傾ける。ロータリエンコーダEC３は
モータＭ３の回動角度を検出する。モータＭ３お
よびロータリエンコーダEC３は保持部材５１に
よつて保持される。この保持部材５１の底面には
ロータリエンコーダEC２とモータＭ２とが連結
される。モータＭ２は第４図に示すモータＭ２と
同様に、移動体Ｖの移動面と平行な面上で保持部
材５１を回動させる。ロータリエンコーダEC２
はモータＭ２の回動角度を検出する。

上述のごとくの構成で、第１群のコーナキユー
ブCCからの反射光が得られなくなれば、モータ
Ｍ３を回動させて光ビームPBを第２群のコーナ
キユーブCCに投射させる。その他の動作は、第
４図の実施例とほぼ同様であり、その詳細な説明
を省略する。

上述したこの発明の他の実施例によれば、コー
ナキユーブCCの設置個数を減らすことができ設
備費の低減を図ることができる。なお、このよう
な実施例はたとえばトンネル内における自動車の
操舵制御に特に有効となろう。

なお、以上の説明では、１台の移動体Ｖの操舵
制御について示したが、コーナキユーブCCは複
数台の移動体Ｖによつて同時に共用されることが
可能である。たとえば、複数のレーンがある道路
では、いずれかのレーンの上部に１列だけコーナ
キユーブを配列しておけばよい。その場合、各レ
ーンを走る移動体Ｖで設定されるθ_Fを各レーンに
見合うように異ならせて設定しておけばよい。ま
た、以上の説明では、この発明を移動体の操舵制
御に用いる場合について説明したが、この発明は
移動体が予め定める軌跡からずれたことを警報あ
るいは表示するようなコースずれ検知装置にも利
用することができる。

以上のように、この発明によれば、従来のよう
な軌道レールに代えて予め定められた軌跡に沿つ
て光反射手段を配列するだけでよく、非常に簡単
かつ安価な移動体の自動操舵装置が得られる。ま
た、光反射手段は複数の移動体によつて同時に共
用されることができ、さらに設備費の低減を図る
ことができる。また、この発明によれば、光ビー
ムを移動体が走行する面と直交する方向および平
行な面上の２方向に回動させ、これら各回動方向
に関連して異なる２種類の回動角度を検出し、そ
れを移動体の誘導のためのパラメータとして用い
るようにしたので、これら２種類のパラメータか
ら誘導コースに対する移動体の進行方向のずれ角
度と移動体に対する光反射手段の鉛直角とを知る
ことができ、その結果、移動体と光反射手段との
鉛直角を所定角度に保ちながら移動体を誘導する
ことができる。これによつて、移動体の誘導コー
スの真上に障害物がある場合はそれを避けて光反
射手段を配置することができ、まわりの障害物に
左右されることなく移動体の誘導コースを設定で
きるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例の原
理を説明するための図であり、第１図は移動体Ｖ
を側面から見た図であり、第２図は移動体Ｖを正
面から見た図である。第３図はコーナキユーブ
CCの配置例と、移動体Ｖの走行軌跡を示す図で
ある。第４図はビームスキヤナBSの外観図であ
る。第５図は第４図における線−に沿う断面
図である。第６図はこの発明の一実施例の好まし
いブロツク図である。第７図および第８図はこの
発明の一実施例の操舵制御態様を説明するための
図解図である。第９図ないし第１１図はCPU６
３の動作を説明するためのフローチヤートであ
る。第１２図はこの発明の他の実施例を示す図解
図である。第１３図および第１４図は第１２図に
示すビームスキヤナBS′の外観図であり、特に第
１３図は移動体Ｖの側面から見た図であり、第１
４図は移動体Ｖの正面から見た図である。 図において、Ｖは移動体、BSはビームスキヤ
ナ、CCはコーナキユーブ、Ｍ１ないしＭ３はモ
ータ、EC１ないしEC３はロータリエンコーダ、
４および３は受光部、１１は半導体レーザを示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動体を予め定められた軌跡に沿つて移動さ
   せるために、移動体の操舵制御を行なう移動体の
   自動操舵装置であつて、 前記予め定められた軌跡に沿つて配列され、入
   射光方向に光を反射する複数の光反射手段、 前記移動体に設けられ、所定の拡がりを有する
   光ビームを発生する光ビーム発生手段、 前記光ビーム発生手段に関連して設けられ、前
   記光ビーム発生手段から発生された光ビームを前
   記光反射手段方向に回動走査する光ビーム走査手
   段、 前記光ビーム走査手段に関連して設けられ、前
   記光反射手段からの反射光を受光するための受光
   手段、 前記光ビーム走査手段に関連して設けられ、前
   記受光手段の受光出力に応答して前記光ビーム走
   査手段のそのときの回動角度を検出する回動角度
   検出手段、および 前記回動角度検出手段によつて検出された回動
   角度に基づいて、前記移動体の操舵方向を制御す
   る操舵方向制御手段を備え、 前記光ビーム走査手段は、 前記光ビームを前記移動体が走行する面と直交
   する方向に回動走査させる第１の光ビーム走査手
   段と、 前記光ビームを前記移動体が走行する面と平行
   な面上で回動させる第２の光ビーム走査手段とを
   含み、 前記回動角度検出手段は、 前記第１の光ビーム走査手段において予め定め
   られた基準回動角度に対する前記光反射手段から
   の反射光の開き角を検出する開き角検出手段と、 前記第２の光ビーム走査手段の回動角度が前記
   予め定められた軌跡に対して平行になつたときの
   該回動角度を検出する平行回動角度検出手段とを
   含み、 前記操舵方向制御手段は前記開き角検出手段に
   よつて検出された開き角と前記平行回動角度検出
   手段によつて検出された平行回動角度とに基づい
   て前記移動体の操舵方向を制御する手段を含む、
   移動体の自動操舵装置。 ２ 前記光反射手段は比較的短い間隔で配列され
   る複数の群を有し、 前記各群は比較的長い間隔で配置され、 前記光ビームがいずれかの群方向に走査される
   ように、前記光ビーム走査手段による走査方向を
   前記移動体が走行する面に対して傾けるための手
   段を含む、特許請求の範囲第１項記載の移動体の
   自動操舵装置。