JPH0363084B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、無人搬送車や移動ロボツト等の走
行移動体を光ビームを用いて自動誘導及び位置決
め停止するための光誘導装置に関するものであ
る。

〔従来技術〕

従来から、例えば日本自動制御協会において昭
和57年１月26日、27日に開催された「第５回ビー
クル・オートメーシヨン・シンポジウム」及び昭
和58年１月25日、26日に開催された「第６回ビー
クル・オートメーシヨン・シンポジウム」で発表
されているように、無人搬送車をレーザビーム等
の光ビームを用いて自動誘導することは一般に知
られている。

第１６図ａ，ｂは従来のこの種の装置をそれぞ
れ示し、また第１７図は第１６図ｂに示す装置の
詳細図、第１８図はその受光装置の詳細図であ
り、図中１は無人搬送車２は例えば第１８図に示
すように太陽電池等の光電センサ２ａが多数個ア
レイ状に横方向に設けられた受光装置、３はHe
−Ne発振管等のレーザ光源、４はビームスキヤ
ナ５によつて駆動される揺動ミラー、６はレーザ
光源３から受光装置２に照射される細い直進ビー
ム、６ａ，６ｂは揺動ミラー４で扇形に角度αで
掃引される光ビームの最大振れ幅、７は無人搬送
車１の走行コースである。また８は受光装置２の
中心軸、９車体の中心軸である。

次に動作について説明する。第１６図ａに示す
従来装置においては、レーザ光源３から出た光ビ
ームは、細い直進ビーム６として受光装置２に照
射される。また第１６図ｂに示す従来装置におい
ては、レーザ光源３から出た光ビームは、ビーム
スキヤナ５の揺動ミラー４によつて無人搬送車１
の走行予定コース７にそい一定周期で扇形に掃引
され、受光装置２で受光される。そしていずれの
従来装置においても、例えば第１８図に示すよう
に光ビームを受光した光電センサ２ａの位置によ
り、受光装置２の走行予定コース７に対する横ず
れ量ｗを検知することができる。従つて、無人搬
送車１は、投光ビームが中央部の光電センサ２ａ
で受光できるように横ずれ量ｗに応じた操舵をす
ることで走行予定コース７にそつて走行すること
ができる。

ところで、第１６図ａに示す従来装置は、細い
直進ビームを用いているため、光強度が強く光信
号のＳ／Ｎ比がよく信号処理は容易であるが、無
人車の走行路の凹凸、車体の振動、荷重による車
体の沈み等に対応できるだけの受光面の高さ方向
の寸法が必要であり、受光装置のセンサや光学系
が高価になる。また光強度が強いため、人間の眼
に対する危険性の問題も大きく、設置場所に制限
を受けるという問題もある。

これに対し第１６図ｂに示す従来装置は、光ビ
ームを垂直面内で扇形に掃引するため、受光面の
高さ方向の制限はなくなるが、投光装置からの距
離が増大するに従つて掃引周期に対する受光時間
の割合が減少していき、光信号のＳ／Ｎ比が著し
く低下するという欠点がある。このため、受光セ
ンサに高速応答のものが必要となる。

また、上記いずれの従来装置においても、受光
した光電センサの中心軸に対する横ずれ量を検出
するものであるため、例えば第１８図に示す姿勢
角は、ある距離を直進走行した後でなければ算
出することができず、迅速な軌道修正操舵はでき
なかつた、また目標地点への無人搬送車の位置決
めのためには、磁気的、光学的、あるいは機械的
等の他の手段を必要とした。

〔発明の概要〕

この発明はかかる欠点を解消する目的でなされ
たもので、光ビームの形状あるいは掃引方式を改
良するとともに、受光装置の構造を改良し、もつ
て横ずれ量および姿勢角を同時に検知して迅速に
軌道修正操舵ができるようにし、また上記光ビー
ムを用いて走行移動体の停止位置を検出する目標
位置検知装置を走行移動体に設置し、もつて精度
のよい位置決め停止が得られる走行移動体の光誘
導装置を提案するものである。

〔発明の実施例〕

以下、第１図〜第１５図によつてこの発明の実
施例を説明する。

第１図はこの発明に係る光誘導装置の全体構成
図であり、図中１は無人搬送車、３はレーザ光
源、６ｃ，６ｄは縦長横細ビームの上端及び下
端、２０は無人搬送車１上に設置され光ビームに
対する走行移動体の横偏移量及び姿勢角を同時に
検出する受光装置と走行移動体の停止位置を検出
する目標位置検出装置とを備えた検出装置、４０
は縦長横細の偏平平行な光ビームを形成する光学
系である。

しかして、縦長ビームとすることにより、受光
面の高さ方向の制限がなく、さらにレーザ光源３
から遠距離の地点でも受光時間は同一であるた
め、光信号のＳ／Ｎ比の低下は極めてわずかであ
る。また光ビームを縦方向に拡大しているため、
人間の眼に入る光の強度も緩和されて安全であ
る。また、偏平光ビームは横細断面形状であるた
め、無人搬送車１の横偏移量及び姿勢角の検出に
対しても、精度の低下が生じないという利点があ
る。

第２図はこの発明に係る投光装置の一実施例を
示す。図において４２はビームエクスパンダ、４
３はシリンドリカル凹レンズ、４４はシリンドリ
カル凸レンズ、４５は偏平光ビームの断面形状を
表わしている。レンズ４３はビームエクスパンダ
４２からの細い円形断面形状の平行ビームを垂直
面についてのみ扇形に拡大し、レンズ４４はこの
扇形の光を垂直面についてのみ平行光線に戻す働
きをし、いずれも水平面については入射ビーム直
径に等しい幅を維持するものである。またビーム
エキスパンダ４２は、レーザ光源３からのビーム
を所要の直径の円形平行ビームに変換するもので
ある。

上記光学系は偏平形状断面の全域を、ほゞ均等
な光強度とするものである。なお、他の手段とし
て、偏平断面領域を円形平行ビームで上下に掃引
させても、ほゞ同様の効果を得ることができる。

第３図ａ〜ｄはそれらの概略構成例であり、４
６は多角形回転ミラー、４７はコリメータレン
ズ、４８は揺動ミラー、４９ａ，４９ｂは１対と
して同一角度を揺動する平行ミラーまたは平行プ
リズム、６０は垂直に上下するミラー、６１は光
路断面を表わしている。

次に、受光装置の説明に先立ち、横偏移量と姿
勢角の検出原理について説明する。

第４図ａ，ｂはリニヤポジシヨンセンサの原理
を示すものであり、平板状の光導電素子にバイア
ス電圧V_Bを印加し第４図ａに示すような演算増
幅器回路を付加することによつて、光ビームが照
射される位置に比例する電圧信号が第４図ｂに示
すように得られる。

第５図ａは、この発明に係る受光装置の基本部
分の平面図であり、同図ｂは同正面図である。図
中、S₁およびS₂はリニヤポジシヨンセンサであ
り、既知間隔ｌで平行に設置されている。またこ
れらは第５図ｂの如く、高さを異ならせて設置さ
れており、縦長・横細の光ビームを干渉なく同時
に受光することができるようになつている。

第５図ａにおいて、平行に設置されたリニヤポ
ジシヨンセンサS₁，S₂の中心軸に対し、ある角度
で光ビームが照射されている時、各センサS₁，
S₂に付加した演算増幅器出力からは光ビームの位
置d₁，d₂を検知することができる。ここで、各セ
ンサS₁，S₂の間隔ｌが既知であるから、センサ中
心Ｏと光ビーム軸とのずれ量ｙおよびセンサ中心
軸と光ビーム軸との角度φは第５図ａにおいてセ
ンサ軸をｘ軸、センサS₁，S₂の中心Ｏを通つてこ
れに直交する軸をｙ軸とする座標系を先ず考え、
そして光ビームがセンサS₁，S₂に受光される点を
P₁，P₂とするとこの点の座標は、 P₁＝（x₁、y₁）＝（−ｌ／２、d₁） P₂＝（x₂、y₂）＝（−ｌ／２、d₂） 従つて、その中点Ｍの座標は Ｍ＝（x₁＋x₂／２、y₁＋y₂／２）＝（Ｏ、d₁＋d₂／２
） 故に ｙ＝d₁＋d₂／２ ……(1) 又、傾きtanφは数学公式より tanφ＝y₂−y₁／x₂−x₁＝d₂−d₁／ｌ 従つて、 φ＝tan^-1d₂−d₁／ｌ ……(2) 上記(2)式は φ＝tan^-1d₂−d₁／ｌ であり、φの結果が上式と正負逆になるが、φの
意味としてどちらを正或は負と考えるかを決めれ
ば良いので、処理上特に問題ないと考える。

つぎにこの原理を用いた受光装置を無人搬送車
に塔載する場合について述べる。

第６図において１０は無人搬送車１に塔載され
た受光装置、３０は前述した偏平ビームを発生す
る投光装置である。またA₁−A₂は光ビーム軸、
B₁−B₂及びC₁−C₂は無人搬送車１の車体中心軸
である。

第６図においては、受光装置１０を車体中心軸
に一致して搭載されているため、車体の姿勢角
および横ずれ量ｙは前記(1)式及び(2)式よりただち
に求めることができる。しかし、ｙ、が大きく
なるにつれて受光装置１０及びリニヤポジシヨン
センサS₁，S₂の寸法も大きくする必要がある。

第７図はこの点を改良した受光装置の一例を示
すものであり、同一符号は同一構成要素を示す。

この場合、受光装置１０は車体中心軸C₁−C₂
上で移動可能であり、さらに受光装置１０自体も
旋回可能なように載置されている。そして上記の
移動および旋回可能な機構は、光ビーム軸A₁−
A₂が受光装置１０の中心軸と一致するように追
従制御されるようになつている。

このような方式によれば、、ｙの増大に対し
ても小形の受光装置およびリニヤポジシヨンセン
サで対応できる。

第８図は無人搬送車に搭載された上記受光装置
によつて姿勢角および横ずれ量ｙを算出するた
めの説明図である。第８図では説明を簡単にする
ため、受光装置の旋回可能軸および光ビーム軸が
リニヤポジシヨンセンサS₁の中央と一致している
場合について示している。図においてＯは車体中
心、θは受光装置旋回角度、ｗは受光装置横移動
量、ｄはリニヤポジシヨンセンサS₂による偏移検
出量であり、θ・ｗ・ｄはそれぞれ計測制御装置
により検出可能であるとする。この時、 ＝π／２−θ＋tan^-1ｄ／ｌ……(3) ｙ＝ｗ cos ……(4) として算出することができる。なお、受光装置の
旋回可能軸および光ビーム軸がリニヤポジシヨン
センサS₁の中央に一致しない場合についても、概
略同様の方式で計算できることは言うまでもな
い。

第９図は受光装置主要部の構造概略を示すもの
であり、同図ａは平面図、同図ｂは正面図（一部
断面図）、同図ｃは側面図である。図中、１１は
暗箱、１２は旋回軸、１３は外乱光を防御するフ
ード、１４は投光ビーム波長を透過するフイルタ
である。

第１０図は受光装置を搬送車上で旋回・移動さ
せる機構の概要を説明するためのものであり、１
５はセンサ移動軸C₁−C₂に沿つて受光装置を偏
移させると共に基準軸からの偏移量ｗも検知でき
る水平駆動機構、１６は水平駆動機構１５によつ
て水平方向に移動可能であり、車体基準方向に対
する旋回角θも検知できる受光装置旋回機構であ
る。

次に、この発明による偏平光ビームを用いて、
無人搬送車１を目標位置に位置決めするための、
目標位置検出装置について説明する。第１１図
は、その原理説明図であり、５０は移載設備など
の目的ステーシヨン、５１は位置決め目標位置に
取りつけられた小形反射鏡、５２は無人搬送車１
に搭載される目標位置検出装置に内蔵された分岐
ミラー、５３はリニヤポジシヨンセンサなどの光
電素子である。

図において無人搬送車１は、幹線走行路上の偏
平光ビームに誘導されて走行しながら、分岐ミラ
ー５２により偏平光ビームの一部を幹線走行路に
直角な横方向に投射している。目的ステーシヨン
の概略位置は走行距離などによりあらかじめ知る
ことができるから、目的ステーシヨン近くでは低
速で走行しつつ、光電素子５３からの光信号に注
目する。分岐ミラー５２からの投射光がステーシ
ヨンの小形反射鏡５１に当たると、その反射光を
光電素子５３が受光するので目標位置を正確に検
知し、位置決め停止することができる。

第１２図は目標位置検出装置の構造概略を示す
ものであり、前述の分岐ミラー５２およびリニヤ
ポジシヨンセンサ等の光電素子５３ａが装置筐体
５４の中に収納されている。幹線の偏平光ビーム
は取込み窓５５を通じて入射し、分岐ミラー５２
によつて分岐ビーム窓５６を通じて目標位置の小
形反射鏡５１ａに向つて投射される。５１ａから
の反射光は分岐ビーム窓５６内に設けられた光電
素子５３ａにより受光され、光電素子５３ａ上の
受光位置によつて、目標位置に対する無人搬送車
１の位置を正確に知ることができる。

第１３図は、分岐ミラー５２を回転可能とし、
さらに別のリニヤポジシヨンセンサ等の光電素子
５３ｂを光電素子５３ａと対称位置に設置するこ
とにより、幹線走行路の反対側の目標位置の小形
反射鏡５１ｂも検出可能としたものである。さら
に分岐ミラー５２を180゜回転させるか、或いは両
面ミラーとすることにより、無人搬送車の進行方
向が反転して偏平光ビームの方向が逆になつた場
合にも対応できることを示している。

第１４図は目標位置検出装置の一具体例を示す
ものであり、同図ａは平面図（一部断面図）、同
図ｂは側面図、同図ｃは立面図である。図中、１
３はフード、１４はフイルタ、５７は分岐ミラー
の回転駆動機構である。

第１５図はこの発明に係る投光装置、受光装
置、目標位置検出装置を適用した光誘導方式によ
る無人搬送システムの一例を示すものであり、１
は無人搬送車、１５は水平駆動機構、１６は受光
装置旋回機構、５８は第１０図にて説明したと同
様の車体位置・姿勢検出用の受光装置、５９は第
１４図で説明したと同様の目標位置検出装置、５
１はステーシヨン５０などに設けられた目標位置
用反射鏡、４５は幹線通路上の偏平光ビームの断
面形状を表わしている。

なお上記実施例では構成を明らかにするため、
受光装置５８と目標位置検出装置５９を独立装置
とし、それらを組合せた構造として示したが、受
光装置５８へ目標位置検出装置５９に内蔵したと
同様の分岐ミラー５７を付加することにより、上
記２装置の機能を併せ持つ装置を実現できること
は言うまでもない。また、この発明に係る諸装置
の無人搬送車１への搭載位置および取付方向は、
車体上部および幹線ビームに垂直方向だけでな
く、各種方式が可能である。

また受光装置内の２個の光電センサの配置は、
第５図では段差をつけて設けるようにしたものに
ついて示したが、半透鏡（ハーフミラー）やプリ
ズムにより分光して、互いのセンサが干渉せずに
偏平光ビームを同時に受光できるようにすれば同
様の効果が得られる。

さらに光電センサはリニヤポジシヨンセンサだ
けでなく、集積化したフオトダイオードアレイや
ラインイメージセンサなどのように受光位置が読
みとれるものであれば同様に利用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、縦長横細の断
面形状をなす光ビームを照射するようにしている
ので、走行移動体の上下動に対する許容量が大き
く、受光装置及び受光センサの上下視野が小さく
てもよく、さらに遠地点での受光時間の減少がな
いＳ／Ｎ比の高い光信号を得ることができる。

また、光ビームの照射方向に所定の間隔を有し
て光ビームを互いに干渉なく同時に受光する複数
のセンサにより光ビームに対する走行移動体の横
偏移量及び姿勢角を同時に検出するようにしてい
るので、走行移動体の操舵修正を迅速に行なつて
走行精度を向上させることができる。

また、光ビームを受光して少なくともその一部
を走行移動体の側方に反射し目標位置で反射した
反射光を受光して走行移動体の停止位置を検出す
る目標位置検出装置を走行移動体に設置している
ので、位置決め用として別の光源を必要とせず、
しかも走行移動体の姿勢も含めた精度の高い目標
位置情報を迅速に知ることができる。また目標位
置は、目標位置検出装置からの光ビームを反射す
る機能を備えていればよく特別な位置決め手段を
要しないので、複数の目標位置を設置する場合に
も安価なシステムを構成することができる。

また、受光装置及び目標位置検出装置を同一原
理の光位置検出センサを用いて共用化すれば、両
装置の機能を併せ持つように構成でき、安価な検
出手段が得られる。

また、これら両装置を移動、旋回可能な構成と
し、光ビームを常時追従できるようにすれば、両
装置の視野及び光電センサの寸法を小さくでき
る。またその際、両装置の移動量及び旋回角を読
み取れるようにすれば、幹線通路での軌道修正の
みならず、車体の幅寄せや斜め走行等の複雑な操
舵制御が必要な走行移動体にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光誘導装置を示す全体
構成図、第２図はこの発明に係る投光装置の一例
を示す斜視図、第３図ａ〜ｄはこの発明に係る投
光装置の他の例をそれぞれ示す概略構成図、第４
図ａはリニヤポジシヨンセンサの原理説明図、同
図ｂはその出力波形図、第５図ａはこの発明に係
る受光装置の原理を示す平面図、同図ｂは同正面
図、第６図は受光装置の走行移動体への搭載の一
例を示す平面図、第７図は受光装置の走行移動体
への搭載の他の例を示す平面図、第８図は第７図
に示す受光装置による走行移動体の横偏移量及び
姿勢角の算出方法を示す説明図、第９図ａは受光
装置の主要部の構成を示す平面図、同図ｂは同正
面図、同図ｃは同側面図、第１０図は受光装置の
移動、旋回機構を示す斜視図、第１１図はこの発
明に係る目標位置検出装置の原理を示す平面図、
第１２図は目標位置検出装置の一例を示す斜視
図、第１３図は目標位置検出装置の他の例を示す
斜視図、第１４図ａは目標位置検出装置の一具体
例を示す平面図、同図ｂは側面図、同図ｃは立面
図、第１５図はこの発明に係る投光装置、受光装
置、目標位置検出装置を適用した光誘導方式の無
人搬送システムの一例を示す斜視図、第１６図
ａ，ｂは従来の光誘導装置をそれぞれ示す第１図
相当図、第１７図は第１６図ｂに示す従来装置の
詳細図、第１８図は第１７図に示す受光装置の詳
細図である。 １：無人搬送車、３：レーザ光源、１０，５
８：受光装置、１５：水平駆動機構、１６：受光
装置旋回機構、４０：光学系、４５：偏平光ビー
ムの断面形状、５０：目的ステーシヨン、５１，
５１ａ，５１ｂ：小形反射鏡、５２：分岐ミラ
ー、５３，５３ａ，５３ｂ：光電素子、５９：目
標位置検出装置、S₁，S₂：リニヤポジシヨンセン
サ、なお各図中、同一符号は同一又は相当部分を
示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地上側の固定点に設置され縦長横細の断面形
   状をなす光ビームを照射する投光装置と、走行移
   動体に設置され上記光ビームの照射方向に所定の
   間隔を有して光ビームを互いに干渉なく同時に受
   光する複数の受光センサにより光ビームに対する
   走行移動体の横偏移量及び姿勢角を同時に検出す
   る受光装置と、地上側の固定点に設置され走行移
   動体の側方に位置する走行移動体停止用の目標位
   置を設定するとともに上記光ビームが照射される
   とそれを反射する目標位置設定装置と、走行移動
   体に設置され上記光ビームを受光して少なくとも
   その一部を走行移動体の側方に反射し上記目標位
   置で反射した反射光を受光して走行移動体の停止
   位置を検出する目標位置検出装置とを具備するこ
   とを特徴とする走行移動体の光誘導装置。 ２ 投光装置は、平行掃引して形成される縦長横
   細の断面形状をなす光ビームを照射することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の走行移動体
   の光誘導装置。 ３ 受光装置および目標位置検出装置のうちの少
   なくともいずれか一方を、水平移動及び水平面旋
   回可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の走行移動体の光誘導装
   置。