JPH0467609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、移動体の位置測定装置に関し、特
に、光の反射を利用して移動体の現在位置を測定
する装置に関する。

［従来の技術］ 従来、自動車や工場内の無人移動搬送車等の移
動体の現在位置を測定する装置として、たとえば
地上の複数箇所に電波の送信源を設置しておき、
移動体上でその電波を受信し、受信方位などから
移動体の現在位置を演算するような装置があつ
た。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のような電波を利用した位置測定装置で
は、複数の送信装置が必要であるため、高価にな
るという問題点があつた。また、送信装置を常時
正常に動作させるために、頻繁に点検や保守を行
なわなければならないという問題点もあつた。特
に、屋外で用いる場合は、送信装置の設置環境が
厳しいものとなるため、点検や保守の頻度が増大
してしまう。さらに、上述のような位置測定装置
では、電波を利用しているため、電波法の規制を
受けたり電波雑音の影響を受けたりするという問
題点もあつた。

それゆえに、この発明の目的は、簡単かつ安価
な構成でしかも点検や保守の必要がほとんどな
く、電波法による規制等も全く受けないような移
動体の位置検知装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、移動体が移動すべき経路の右側お
よび左側の所定の座標位置に第１および第２の光
反射手段を設けておき、移動体からこれら光反射
手段に向けてビームを回動走査しその反射光を検
知することにより移動体の現在位置を測定するよ
うにしたものであり、方位測定手段と、回動走査
手段と、光検知器と、角度検出手段と、データ取
込手段と、演算手段とを備える。第１および第２
の光反射手段は、入射した光を入射方向と同じ方
向へ反射する光学的性質を有する。方位測定手段
は、予め定められた基準方位に対する移動体の進
行方位を測定するためのものである。回動走査手
段は移動体から光ビームを回動走査させるための
ものである。光検知器は回動走査手段から発射さ
れて第１あるいは第２の光反射手段に反射された
光を検知するためのものである。角度検出手段は
回動走査手段の回動角度を検出するためのもので
ある。データ取込手段は光検知器の検知出力に応
答して角度検出手段から角度データを取込むため
のものである。演算手段は方位測定手段によつて
測定された進行方位と、データ取込手段によつて
取込まれた角度データとに基づいて移動体の現在
位置を演算するためのものである。

［作 用］ この発明においては、第１および第２の光反射
手段の座標位置は予めわかつているため、基準方
位に対する移動体の進行方位を測定するととも
に、移動体の現在位置と第１および第２の光反射
手段との角度関係を測定すれば、これら測定され
た結果に基づいて演算手段が幾何学的な関係から
移動体の現在位置を演算することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の概略を示す図解
図である。図において、道路１の右側および左側
には、それぞれ、光反射手段２Ｒおよび２Ｌが設
けられる。これら光反射手段２Ｒおび２Ｌは、入
射した光をその入射方向と同じ方向に反射するよ
うな光学的性質を有しており、たとえばコーナキ
ユーブなどが用いられる。また、光反射手段２Ｒ
および２Ｌは、それぞれを結ぶ線分ｄが予め定め
られた基準方位Ｘと直交するように選ばれてい
る。この基準方位Ｘは、たとえば道路１と平行に
選ばれてもよく、また道路の延びる方向とは無関
係にたとえば東西南北等に一致するように選ばれ
てもよい。

一方、自動車等の移動体３には、その進行方位
Ｙを測定するための方位測定用スキヤナ４と、そ
の現在位置を測定するための位置測定用スキヤナ
７とが設けられる。方位測定用スキヤナ４は、移
動体３の進行方位Ｙに対して直交する右および左
方向に光ビーム５Ｒおよび５Ｌを発射するもので
ある。位置測定用スキヤナ７は、光ビーム８を移
動体のまわりに回動走査するためのものである。

第２図は第１図に示す方位測定用スキヤナ４の
内部構造を示す図であり、方位測定用スキヤナ４
を正面から見た状態を示している。図において、
この方位測定用スキヤナ４は、左右１対の投受光
ユニツト４Ｌおよび４Ｒを備える。投受光ユニツ
ト４Ｌは移動体３の左側へ光を発射するためのも
のであり、投受光ユニツト４Ｒは移動体３の右側
へ光を発射するためのものである。なお、これら
投受光ユニツト４Ｌおよび４Ｒは左右対称の同じ
構造となつているため、ここでは右側の投受光ユ
ニツト４Ｒを代表して説明する。鏡筒４１Ｒの内
部には、光源４２Ｒと、レンズ４３Ｒと、ハーフ
ミラー４４Ｒとが収納される。光源４２Ｒとして
は、指向性の鋭いたとえばレーザ光等を発射する
光源が用いられる。レンズ４３Ｒは光源４２Ｒか
ら出た光を上下方向に拡がる平面状の光ビーム５
Ｒにするためのものである。このような平面状の
ビームを用いたのは、移動体３が多少振動しても
光ビーム５Ｒが確実に光反射手段２Ｒに当たるよ
うにするためである。レンズ４３Ｒを出た光ビー
ム５Ｒはハーフミラー４４Ｒを透過して外部へと
出射される。また、ハーフミラー４４Ｒは光反射
手段２Ｒからの反射光６Ｒを反射する。このハー
フミラー４４Ｒの反射光を検知し得る位置に受光
器４５Ｒが設けられる。この受光器４５Ｒは、た
とえばフオトダイオードやフオトトランジスタ等
が用いられ、ハーフミラー４４Ｒからの反射光を
受けたことに応答して、検知信号を導出する。

第３図は第１図に示す位置測定用スキヤナ７の
内部構造を示す図であり、この位置測定用スキヤ
ナ７を正面から見た状態を示している。図におい
て、ハウジング７０の内部には、鏡筒７１が収納
されて保持される。この鏡筒７１の内部には、光
源７２と、レンズ７３と、ハーフミラー７４とが
収納される。光源７０としては、指向性の鋭いた
とえばレーザ光等を発射する光源が用いられる。
レンズ７３は光源７２から出た光を上下方向に拡
げて平面状の光ビーム８にするためのものであ
る。このような平面状の光ビーム８を用いたの
は、移動体３が多少振動しても光ビーム８が確実
に光反射手段２Ｒおよび２Ｌに当たるようにする
ためである。レンズ７３を出た光ビーム８は、ハ
ーフミラー７４を透過して外部へと出射される。
また、ハーフミラー７４は光反射手段２Ｒおよび
２Ｌからの反射光を受けて反射する。このハーフ
ミラー７４の反射光を検知し得る位置に受光器７
５が設けられる。この受光器７５は、たとえばフ
オトダイオードやフオトトランジスタ等が用いら
れ、ハーフミラー７４からの反射光を受けたこと
に応答して、検知信号を導出する。また、ハウジ
ング７０はエンコーダ７６およびモータ７７と連
結される。モータ７７はハウジング７０を回転さ
せることによつて光ビーム８を移動体３のまわり
に回動走査させる。エンコーダ７６は光ビーム８
の回動角度を検出するためのものであり、その基
準角度は移動体３の進行方位Ｙに一致するように
選ばれている。

第４図は移動体３に搭載される方位測定装置を
示す概略ブロツク図である。第５図および第６図
は第４図の方位測定装置の動作を説明するための
図解図である。以下、第５図および第６図を参照
しつつ第４図に示す方位測定装置の構成ないし動
作について説明する。

今、第６図に示すように、移動体３の進行方位
Ｙが基準方位Ｘに対してθであると想定する。こ
の場合、第５図に示すように、まず最初に左側の
投受光ユニツト４Ｌからの光ビーム５Ｌが光反射
手段２Ｌに当たる。光反射手段２Ｌは受けた光ビ
ーム５Ｌを入射方向と同じ方向へ反射するため、
その反射光はハーフミラー４４Ｌに戻り、このハ
ーフミラー４４Ｌによつて反射されて受光器４５
Ｌに入射する。応じて、受光器４５Ｌは検知出力
を導出し、その検知出力を先着判別回路１０に与
えるとともに、ORゲート１１を介してフリツプ
フロツプ１２に与える。このフリツプフロツプ１
２は、最初の入力でセツト出力を導出しかつ次の
入力でリセツト出力を導出するものが用いられる
ため、最初に反射光を検知した受光器４５Ｌの出
力でセツトされる。フリツプフロツプ１２のセツ
ト出力（ハイレベル）がANDゲート１３に与え
られ、該ANDゲート１３を能動化させるととも
に、ローレベルに反転されてANDゲート１４に
与えられ、該ANDゲート１４を不能動化させる。
応じて、パルス発出器１５から発生されるパルス
がANDゲート１３を介してカウンタ１６に与え
られるため、カウンタ１６は与えられるパルス数
を計数する。ここで、パルス発生器１５は移動体
３が予め定められた単位距離進むごとにパルスを
発生するものであり、たとえば移動体３の車輪の
回転を検出するロータリエンコーダ等が用いられ
る。したがつて、このパルス発生器１５の出力パ
ルス数を計数することにより、移動体３の走行距
離を測定することができる。

移動体３が少し走行して第５図の点線で示す位
置に来ると、投受光ユニツト４Ｒからの光ビーム
５Ｒが光反射手段２Ｒに当たる。そのため、光反
射手段２Ｒの反射光がハーフミラー４４Ｒに戻
り、このハーフミラー４４Ｒによつて反射されて
受光器４５Ｒに入射する。応じて、受光器４５Ｒ
は検知出力を導出し、その検知出力を先着判別回
路１０に与えるとともに、ORゲート１１を介し
てフリツプフロツプ１２に与える。フリツプフロ
ツプ１２は受光器４５Ｒの出力が２度目の信号で
あるためその出力論理状態を反転し、セツト出力
端からローレベルの信号を導出するとともに、リ
セツト出力端からハイレベルの信号を導出する。
応じて、ANDゲート１３が不能動化され、かつ
ANDゲート１４が能動化される。したがつて、
カウンタ１６は受光器４５Ｌが反射光を検知して
から受光器４５Ｒが反射光を検知するまでの間に
移動体３が走行する距離ｌに相関するパルス数ｎ
を計数し、その計数値ｎをANDゲート１４を介
して除算回路１７の一方入力に与える。また、フ
リツプフロツプ１２のリセツト出力がタイマ１８
で定まる一定時間遅れてカウンタ１６のリセツト
信号として与えられる。

前記除算回路１７の他方入力には、間隔設定部
１９の設定値nwが与えられる。この間隔設定部
１９には、光反射手段２Ｒ，２Ｌ間の距離dlに相
関する値nwが予め設定される。すなわち、間隔
設定部１９には、上記距離dlをもし移動体３が走
行したであればパルス発生器１５から得られるで
あろうパルス数が予め設定される。したがつて、
除算回路１７はカウンタ１６の計数値ｎを光反射
旬２Ｒ，２Ｌの取付間隔に相関する設定値nwで
除算（ｎ／nw）し、sinθ′を求める。この角度
θ′は第６図に示すように、光反射手段２Ｒ，２Ｌ
を結ぶ線分ｄに対して光ビーム５Ｌおよび５Ｒが
なす角度であるが、基準方位Ｘに対して移動体３
の進行方位Ｙがなす角度θと等しい。したがつ
て、除算回路１７はsinθを算出する。除算回路１
７の出力は換算回路２０に与えられ、sinθが角度
θに換算される。この換算回路２０は、図示しな
いが、たとえば各番地にsinθ（０≦θ＜90゜）のそ
れぞれの真数（正弦値）が設定されたROMを含
み、除算回路１７からの除算値（ｎ／nw）に等
しい真数に相当する角度θを読出すように構成さ
れている。換算回路２０から導出される角度θ
は、絶対値であり、基準方位Ｘに対して正負どち
らの角度θであるか明らかでない。そのため、角
度θの正負の判別を行なう目的で、換算回路２０
の出力が正負判別回路２１に与えられる。

前記先着判別回路１０は、受光器４５Ｒの検知
出力と受光器４５Ｌの検知出力とのいずれか先行
したかを判別し、その先着判別出力を正負判別回
路２１に与える。正負判別回路２１は先着判別回
路１０の出力に基づいて、角度θの正負を判別す
る。すなわち、正負判別回路２１は、受光器４５
Ｒの検知出力が先行したと先着判別回路１０が判
別したとき、角度θを負（−）と判別し、受光器
４５Ｌの検知出力が先行したと先着判別回路１０
が判別したとき、角度θを正（＋）と判別する。
たとえば、移動体３が第５図に示すように走行し
た場合、受光器４５Ｌが先に検知出力を導出する
ため、先着判別回路２１は角度θを正（＋）と判
別し、＋θを出力する。

以上のごとく、第４図の方位測定装置によれ
ば、基準方位Ｘに対して移動体３の進行方位Ｙが
なす角度θを正確に測定することができる。

第７図は移動体３に搭載される位置測定装置を
示す概略ブロツク図である。図において、微分回
路２２には第３図に示す受光器７５の出力が与え
られる。この微分回路２２の出力はＴ型フリツプ
フロツプ２３に与えられる。このＴ型フリツプフ
ロツプ２３は微分回路２２から微分パルスが入力
されるごとにその出力が反転する構成となつてい
る。Ｔ型フリツプフロツプ２３のＱ出力はAND
ゲート２４の一方入力に与えられるとともに、反
転されてANDゲート２５の一方入力に与えられ
る。これらANDゲート２４および２５の他方入
力には、波形整形回路２６の出力が与えられる。
この波形整形回路２６は第３図に示すエンコーダ
７６の出力をパルス信号に波形整形するための回
路である。ANDゲート２４および２５の出力は、
それぞれ、レジスタ２７および２８に与えられ
る。このレジスタ２７および２８の出力は演算回
路２９に与えられる。また、演算回路２９には、
第４図に示す正負判別回路２１からの方位情報が
与えられる。演算回路２９は、与えられたデータ
ないし情報に基づいて移動体の現在位置を演算す
るためのもので、その出力は利用装置３０に与え
られる。利用装置３０としては、たとえば自動操
縦装置や表示装置等種々のものが考えられる。

第８図および第９図は第７図の測定装置の動作
を測定するための図であり、特に、第８図は道路
１上における移動体３の走行状態を示しており、
第９図は移動体３と光反射手段２Ｒおよび２Ｌと
の位置関係を幾何学的に示している。以下、これ
ら第８図および第９図を参照して第７図の位置測
定装置の動作を説明する。今、既に方位測定用ス
キヤナ４および第４図に示す方位測定装置によつ
て移動体３の進行方位測定されているものとす
る。この状態で、位置測定用スキヤナ７は、モー
タ７７によつて回動されており、したがつて光ビ
ーム８は回動走査されている。この光ビーム８が
たとえば光反射手段２Ｌに当たつたとすると、光
反射手段２Ｌは光ビームの入射方向と同じ方向に
光を反射するので、その反射光は位置測定用スキ
ヤナ７のハーフミラー７４に戻り、このハーフミ
ラー７４によつて反射されて受光器７５に入射す
る。したがつて、受光器７５は検知出力を導出す
る。この受光器７５の検知出力は微分回路２２に
よつて微分され、微分パルスとなつてＴ型フリツ
プフロツプ２３に与えられる。Ｔ型フリツプフロ
ツプ２３は当初そのＱ出力がローレベルであつた
とすると、微分パルスが入つてきたためＱ出力は
ハイレベルに反転する。したがつて、ANDゲー
ト２４が開成され、ANDゲート２５は閉成され
る。そのため、エンコーダ７６から出力され波形
整形回路２６によつて波形整形された角度データ
φ_LはANDゲート２４を通つてレジスタ２７にス
トアされる。次に、位置測定用スキヤナ７が回動
されて第８図の点線で示す位置に変位したとする
と、このとき光ビーム８は光反射手段２Ｒに当た
る。なお、モータ７７による位置測定用スキヤナ
７の回動速度はかなり速いので、光ビーム８が光
反射手段２Ｌに当たつてから光反射手段２Ｒに当
たるまでの間に移動体３はほとんど移動しないも
のと仮定する。光反射手段２Ｒは入射した光ビー
ム８を同じ方向へ反射する。そのため、ハーフミ
ラー７４が光反射手段２Ｒからの反射光を受けて
反射する。ハーフミラー７４の反射光は受光器７
５によつて受光されて検知出力が導出される。そ
のため、微分回路２２から微分パルスが出力さ
れ、Ｔ型フリツプフロツプ２３はその出力状態が
反転する。すなわち、Ｑ出力がローレベルとな
る。この状態では、ANDゲート２４が閉成され
てANDゲート２５が開成される。したがつて、
エンコーダ７６からの角度データφ_RはANDゲー
ト２５を通過してレジスタ２８にストアされる。
次に、演算回路２９はレジスタ２７および２８に
ストアされた角度データφ_Lおよびφ_Rと、正負判
別回路２１からの方位情報±θとに基づいて移動
体３の現在位置を演算する。この演算は以下のよ
うにして行なわれる。

まず、演算回路２９は次式(1)および(2)によつて
第９図に示される角度α_Lおよびα_Rを演算する。な
お、角度α_Lは光反射手段２Ｌを頂点として光反射
手段２Ｒと移動体３の現在位置Ａとの間の角度で
あり、角度α_Rは光反射手段２Ｒを頂点として光反
射手段２Ｌと移動体３の現在位置Ａとの間の角度
である。

α_L＝180゜−β_L−φ_L …(1) α_R＝180゜−β_R−φ_R …(2) 但し、β_L＝90゜−θであり、β_R＝90゜＋θである。
なお、これら角度β_Lおよびβ_Rを演算する際、90゜
にθを加算するか減算するかは、正負判別回路２
１から与えられる方位情報θの符号によつて決定
される。上記角度α_Lおよびα_Rが演算されると、今
度は移動体３の現在位置Ａの座標位置が演算され
る。この演算は、光反射手段２Ｌおよび２Ｒの座
標位置が既知であり演算回路２９に設定されてい
るので、角度α_Lおよびα_Rから容易に求めることが
できる。

なお、以上説明した実施例においては、移動体
３の進行方位を測定するための手段として方位測
定用スキヤナ４と第４図に示す方位測定装置とを
用いたが、これらに代えてジヤイロスコープや方
位磁石等を用いてもよい。

また、この発明は、自動車のみならずゴルフ場
におけるゴルフカートや、空港の誘導路上を移動
する航空機や、構内の各種運搬車や、盲人を自動
的に誘導するための誘導ワゴンや、自動掃除機
や、各種農業機器や建設機器等にも適用できるこ
とはもちろんである。すなわち、平面上を移動す
るような移動体すべてのものに適用することがで
きる。なお、屋内を走行する移動体に適用する場
合、光反射手段２Ｒおよび２Ｌは壁もしくは天井
に設けるようにしてもよい。

さらに、この発明は光反射手段２Ｒおよび２Ｌ
を、移動体が通過する経路の適宜の箇所に複数組
設け、移動体を自動誘導するように応用すること
もできる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、光ビームの
反射を利用して移動体の現在位置を測定するよう
にしているので、従来の電波を用いて現在位置を
測定する方法に比べて、構造が簡単でかつ安価で
あり、また電波法の規制を受けることもなく、さ
らに電波雑音の影響を受けることもない。また、
この発明によれば、光反射手段の保守および点検
を行なう必要がほとんどなく、そのための時間お
よび労力を大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略を示す図解
図である。第２図は第１図に示す方位測定用スキ
ヤナ４の内部構造を示す正面図である。第３図は
第１図に示す位置測定用スキヤナ７の内部構造を
示す正面図である。第４図は移動体３に搭載され
る方位測定装置を示す概略ブロツク図である。第
５図および第６図は方位測定用スキヤナ４および
第４図に示す方位測定装置によつて行なわれる方
位測定動作を説明するための図解図であり、特
に、第５図は移動体３の進行状態と光反射手段２
Ｒおよび２Ｌとの位置関係を示した図であり、第
６図は第５図の幾何学的説明図である。第７図は
移動体３に搭載される位置測定装置を示す概略ブ
ロツク図である。第８図および第９図は位置測定
用スキヤナ７および第７図に示す位置測定装置に
よつて行なわれる現在位置測定動作を説明するた
めの図解図であり、特に、第８図は道路１上での
移動体３の現在位置と光反射手段２Ｒおよび２Ｌ
との位置関係を示した図であり、第９図は第８図
の幾何学的説明図である。 図において、２２は微分回路、２３はＴ型フリ
ツプフロツプ、２４および２５はANDゲート、
２６は波形整形回路、２７および２８はレジス
タ、２９は演算回路、３０は利用装置、７２は光
源、７３はレンズ、７４はハーフミラー、７５は
受光器、７６はエンコーダ、７７はモータを示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光の反射を利用して移動体の現在位置を測定
   する装置であつて、 前記移動体が移動すべき経路の右側および左側
   の所定の座標位置にはそれぞれ入射した光を入射
   方向と同じ方向へ反射する第１および第２の光反
   射手段が設けられ、 予め定められた基準方位に対する前記移動体の
   進行方位を測定するための方位測定手段、 前記移動体から光ビームを回動走査させるため
   の回動走査手段、 前記回動走査手段に関連して設けられ、該回動
   走査手段から発射されて前記第１あるいは第２の
   光反射手段に反射された光を検知するための光検
   知器、 前記回動走査手段の回動角度を検出するための
   角度検出手段、 前記光検知器の検知出力に応答して、前記角度
   検出手段から角度データを取込むためのデータ取
   込手段、および 前記方位測定手段によつて測定された進行方位
   と、前記データ取込手段によつて取込まれた角度
   データとに基づいて、前記移動体の現在位置を演
   算するための演算手段を備える、移動体の位置測
   定装置。 ２ 前記方位測定手段は、前記光反射手段の光の
   反射を利用して方位の測定を行なうことを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項記載の移動体の位置
   測定装置。 ３ 前記方位測定手段は、 前記移動体の進行方向に対して直交する左右方
   向へ光を発射する光発射手段と、 前記光発射手段に関連して設けられ、該光発射
   手段から発射されて前記第１の光反射手段に反射
   された光を検知するための右側光検知器と、 前記光発射手段に関連して設けられ、該光発射
   手段から発射されて前記第２の光反射手段に反射
   された光を検知するための左側光検知器と、 前記右側および左側光検知器の一方が前記反射
   光を検知してから他方が前記反射光を検知するま
   での間に前記移動体が走行した距離を測定するた
   めの走行距離測定手段と、 前記走行距離測定手段によつて測定された走行
   距離と、予め設定された前記第１および第２の光
   反射手段の間の距離情報とに基づいて、予め定め
   られた基準方位に対する前記移動体の進行方位を
   演算する角度演算手段とを含む、特許請求の範囲
   第２項記載の移動体の位置測定装置。 ４ 前記方位測定手段は、ジヤイロスコープであ
   る、特許請求の範囲第１項記載の移動体の位置測
   定装置。 ５ 前記方位測定手段は、方位磁石である、特許
   請求の範囲第１項記載の移動体の位置測定装置。