JPH052421A - 無人搬送車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走行中に発生する無人搬送車の車体実効値の
動的な変動誤差に基づく軌道誤差を効果的に補償するこ
とにより、目標点へ精度良く到達する。 【構成】 無人搬送車は左右２つの駆動輪によって目標
の車速および曲率に基づき走行する。学習記憶手段は目
標値と実際の車速および曲率とから、駆動輪の半径およ
びトレッド長の動的な誤差変動値を演算し記憶する。補
償手段は、目標値と誤差変動値とから車速および曲率の
補償値を演算する。変換手段は、車速および曲率の補償
値と予め設定したトレッド長とから左右駆動輪の駆動速
度指令を演算し、駆動手段は駆動速度指令値に基づき駆
動輪を駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無人搬送車の制御装置
に係わり、特に走行中における無人搬送車の動的な変動
誤差を補償して、無人搬送車を目標の軌道上に正確に走
行させる制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、走行路の地図を予め記憶し、
走行路の要所に設置された目標点を検知、あるいは走行
距離を演算することにより、前記地図上で自らの位置を
確認しながら走行する無人搬送車がある。

【０００３】この無人搬送車が目標点付近または目標点
上を通過、あるいは目標の停止位置へ位置決めする場
合、従来は目標位置と無人搬送車の位置関係から、両者
間の走行経路を円滑連続な曲線の軌道として生成し、
（ア）目標軌道からの誤差が予め定めたしきい値より大
きくなったら、それまでの目標軌道を捨ててその位置か
ら目標位置に至る目標軌道を新たに作成する方法、また
は、（イ）目標軌道からの誤差を、駆動あるいは操舵の
ためのモータの制御入力へ負帰還する方法等により、生
成した軌道上を走行して目標点へ到達するように無人搬
送車の駆動手段を制御していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に軌道誤差の原因
として、走行中に生ずる無人搬送車の車体定数実効値の
動的変動が挙げられる。即ち、走行中に制御プログラム
内の車体定数設定値と前記実効値が合致しないために、
生成軌道に従って駆動手段が走行しないことである。

【０００５】すなわち、前記（ア）の方法の場合、予め
生成されている目標軌道上へ円滑、かつ連続に接続する
新たな軌道を生成し、その新しい軌道に沿って元の目標
軌道上へ復帰することにより、誤差を補償するようにし
ているが、修正後の目標軌道に対して走行中に発生する
動的な変動誤差を補償していないので、駆動手段は精度
良く追従することが困難であり、結果的に目標点に到達
できないという問題点があった。さらに、軌道修正のた
めに多大な計算時間が必要となるため、高速な計算機が
必要となるという問題点があった。

【０００６】また、前記（イ）の方法の場合、走行中の
車体定数実効値の変動に対して、適切な負帰還ゲインを
予め決定することが困難なので、結果的に目標点に到達
できないという問題点があった。さらに、この負帰還ゲ
インは、無人搬送車の車体毎に同じではないため、車体
が変わるごとにそれぞれ個別に設計する必要があった。

【０００７】本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、
走行中に発生する無人搬送車の車体定数実効値の動的な
変動誤差に基づく軌道誤差を効果的に補償することによ
り目標点へ精度良く到達することを可能にした無人搬送
車の制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明の無人搬送車
の制御装置は、左右２つの駆動輪を有する無人搬送車が
走行すべき目標の軌道を目標の車速および曲率として出
力する目標軌道生成手段と、前記目標軌道生成手段から
の目標車速および目標曲率に基づき、走行中に生ずる前
記無人搬送車の動的な変動誤差を補償して、目標車速補
償値および目標曲率補償値を出力する補償手段と、前記
目標車速補償値および目標曲率補償値より、前記左右駆
動輪の駆動速度指令値を演算する変換手段と、前記演算
された左右の駆動速度指令値に基づき、左右の駆動輪を
それぞれ駆動制御する駆動手段と、からなる。

【０００９】第１の発明の無人搬送車は、車体の左右に
配設した２つの駆動輪の各駆動速度すなわち回転速度に
応じて、直進ないし旋回走行するものである。目標軌道
生成手段は、無人搬送車が走行すべき軌道を目標の車速
および曲率として出力する。補償手段は、予め与えられ
た目標車速および目標曲率に基づき、走行中の無人搬送
車の動的な変動誤差を補償して、実際の車速および曲率
がそれぞれ目標の車速および曲率となるような目標車速
および目標曲率の補償値を演算する。変換手段は、演算
された目標車速補償値および目標曲率補償値に基づき、
左右駆動輪の駆動速度指令値を演算する。駆動手段は、
演算された左右の駆動速度指令値に基づき、左右の駆動
輪をそれぞれ駆動制御する。

【００１０】

【発明の効果】本発明は、予め与えられた目標の車速お
よび曲率に対し、走行中に生ずる無人搬送車の動的な変
動誤差を補償して、新たな目標車速および曲率としての
車速補償値および曲率補償値を演算すると共に、その車
速および曲率補償値に基づき左右駆動輪を駆動制御して
いるので、シンプルな構成で高精度かつリアルタイムに
無人搬送車を目標軌道に沿って走行させることができ
る。

【００１１】

【その他の発明】第２の発明の無人搬送車の制御装置
は、１つの操舵駆動輪を有する無人搬送車が走行すべき
目標の軌道を目標の車速および曲率として出力する目標
軌道生成手段と、前記目標軌道生成手段からの目標車速
および目標曲率に基づき、走行中に生ずる前記無人搬送
車の動的な変動誤差を補償して、目標車速補償値および
目標曲率補償値を出力する補償手段と、前記目標車速補
償値および目標曲率補償値より、前記操舵駆動輪の操舵
指令値および駆動速度指令値を演算する変換手段と、前
記演算された操舵指令値および駆動速度指令値に基づ
き、前記操舵駆動輪を操舵制御および駆動制御する駆動
手段と、からなる。

【００１２】第２の発明の無人搬送車は、車体の左右の
中心線上に設けられた１つの操舵駆動輪の操舵角および
駆動速度すなわち回転速度に応じて、直進ないし旋回走
行するものである。目標軌道生成手段は、無人搬送車が
走行すべき軌道を目標の車速および曲率として出力す
る。補償手段は、予め与えられた目標車速および目標曲
率に基づき、走行中の無人搬送車の動的な変動誤差を補
償して、実際の車速および曲率がそれぞれ目標の車速お
よび曲率となるような目標車速および目標曲率の補償値
を演算する。変換手段は、演算された目標車速補償値お
よび目標曲率補償値に基づき、操舵駆動輪の操舵指令値
および駆動速度指令値を演算する。駆動手段は、演算さ
れた操舵指令値および駆動速度指令値に基づき、操舵駆
動輪を操舵制御および駆動制御する。

【００１３】第２の発明によれば、前記第１の発明と同
様に、予め与えられた目標の車速および曲率に対し、走
行中に生ずる無人搬送車の動的な変動誤差を補償して、
新たな目標車速および曲率としての車速補償値および曲
率補償値を演算し、その車速および曲率補償値に基づき
左右駆動輪を駆動制御しているので、シンプルな構成で
高精度かつリアルタイムに無人搬送車を目標軌道に沿っ
て走行させることができるという利点がある。

【００１４】第３の発明は、前記第１の発明を更に具体
化したものであり、前記補償手段が、前記目標車速と目
標曲率とより前記左右駆動輪の半径およびトレッド長の
動的変動を考慮して車速補償値を演算する車速補償手段
と、前記目標曲率より前記左右駆動輪の半径およびトレ
ッド長の動的変動を考慮して曲率補償値を演算する曲率
補償手段とを有するものである。

【００１５】すなわち、第３の発明は、車速および曲率
の目標値に対する補償値を、無人搬送車の左右駆動輪の
半径およびトレッド長の走行中の動的変動を考慮して、
それぞれ独立に演算するものである。

【００１６】また、第４の発明は、図１に示すように、
左右２つの駆動輪を有する無人搬送車が走行すべき目標
の軌道を目標の車速および曲率として出力する目標軌道
生成手段Ｉと、前記無人搬送車の実際の車速および曲率
を計測する計測手段IIと、学習走行時に、前記目標軌道
生成手段Ｉからの目標車速および目標曲率と前記計測手
段IIからの実車速および実曲率とより、前記左右駆動輪
の半径およびトレッド長の走行中の動的な誤差変動値を
演算し記憶する学習記憶手段III と、前記目標軌道生成
手段Ｉからの目標車速および目標曲率と前記学習記憶手
段III からの誤差変動値とより、車速補償値および曲率
補償値を演算する補償手段IVと、前記車速補償値および
曲率補償値より、予め設定した無人搬送車の左右駆動輪
間のトレッド長に基づき左右駆動輪の駆動速度指令値を
演算する変換手段Ｖと、前記演算された左右の駆動速度
指令値に基づき、左右の駆動輪をそれぞれ駆動制御する
駆動手段VIとを有するものである。

【００１７】すなわち、第４の発明は、前記第１の発明
に、無人搬送車の実際の車速および曲率を計測する計測
手段IIをさらに設けるとともに、車速および曲率の計測
値と目標値とより左右駆動輪の半径およびトレッド長の
走行中の動的変動値を、予め学習走行によって把握して
記憶しておき、実際の走行時には、補償手段IVが、その
記憶された動的変動値に基づき、車速および曲率の補償
値を逐次演算するものである。

【００１８】これにより、第４の発明では、幅広い走行
条件において、動的な変動誤差を補償することができ
る。

【００１９】ここで、補償手段IVの演算内容について更
に詳述する。補償手段IVの出力値である車速補償値Ｖc
および曲率補償値Ｒc に対し、変換手段Ｖの出力値であ
る左右の駆動指令速度Ｖ_L およびＶ_R は、左右駆動輪の
トレッド長TRを用いて、次式で与えられる。 Ｖ_L ＝Ｖc ＋TR・Ｒc ・Ｖc ／２ … (1) Ｖ_R ＝Ｖc −TR・Ｒc ・Ｖc ／２ … (2)

【００２０】一方、無人搬送車の実車速Ｖおよび実曲率
Ｒは、車体の荷重を受ける左右駆動輪の直径の動的変動
ΔＶ_L ，ΔＶ_R およびトレッド長の動的変動ΔTRによ
り、次式で表される。 Ｖ＝（Ｖ_L ^* ＋Ｖ_R ^* ）／２ … (3) Ｒ＝２（Ｖ_L ^* −Ｖ_R ^* ）／｛TR^* （Ｖ_L ^* ＋Ｖ_R ^* ）｝ … (4) ただし、 Ｖ_L ^* ＝ΔＶ_L ・Ｖ_L Ｖ_R ^* ＝ΔＶ_R ・Ｖ_R TR^* ＝TR＋ΔTR ΔＶ_L ，ΔＶ_R ：無次元量 ΔTR：〔ｍ〕

【００２１】したがって、(3) および(4) 式は、(1) お
よび(2) 式を用いて、次のように表される。 Ｖ＝｛ΔＶ_L ＋ΔＶ_R ＋TR・Ｒc （ΔＶ_L −ΔＶ_R ）／２｝Ｖc ／２… (5) Ｒ＝Ｒ１・Ｒ２／Ｒ３ … (6) ただし、 Ｒ１＝２／（TR＋ΔTR） Ｒ２＝ΔＶ_L −ΔＶ_R ＋TR・Ｒc （ΔＶ_L ＋ΔＶ_R ）／２ Ｒ３＝ΔＶ_L ＋ΔＶ_R ＋TR・Ｒc （ΔＶ_L −ΔＶ_R ）／２

【００２２】ところで、理想状態として、目標軌道生成
手段Ｉから出力される目標車速Ｖdおよび目標曲率Ｒd
と実車速Ｖおよび実曲率Ｒとが、それぞれ一致するもの
とすると、上記(5) および(6) 式においてＶd ＝Ｖおよ
びＲd ＝Ｒとして、Ｖc およびＲc について式を整理す
ると、次式のようになる。

【００２３】 Ｖc ＝ａ・Ｖd ＋ｂ・Ｖd ・Ｒd … (7) Ｒc ＝（ｅ・Ｒd ＋ｆ）／（ｇ・Ｒd ＋ｈ） … (8) ただし、Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは係数であり、次式で
表される。 ａ＝（ΔＶ_L ＋ΔＶ_R ）／（２ΔＶ_L ΔＶ_R ） ｂ＝−（TR＋ΔTR）（ΔＶ_L −ΔＶ_R ）／（４ΔＶ_L Δ
Ｖ_R ） ｅ＝（TR＋ΔTR）（ΔＶ_L ＋ΔＶ_R ） ｆ＝−２（ΔＶ_L −ΔＶ_R ） ｇ＝−TR（TR＋ΔTR）（ΔＶ_L −ΔＶ_R）／２ ｈ＝TR（ΔＶ_L ＋ΔＶ_R ）

【００２４】したがって、補償手段は、目標車速Ｖd お
よび目標曲率Ｒd を入力し、(7) および(8) 式の演算に
より、車速補償値Ｖc および曲率補償値Ｒc を出力する
ものである。なお、上記左右駆動輪の直径およびトレッ
ド長の動的変動量ΔＶ_L ，ΔＶ_R およびΔTRは、種々の
走行条件において予め把握し、学習記憶手段III にマッ
プ化して記憶しておく。

【００２５】または、上記マップの代わりに、ニューラ
ルネットワークを用いることにより、大規模なマップを
用いることなく、正確な車速および曲率の補償値を得る
ことができる。

【００２６】

【実施例】第１実施例 以下、本発明を停止時位置決め動作を行う第１実施例に
よって説明する。図２は、本第１実施例に係わる走行制
御装置を適用した無人搬送車の概略構成図である。

【００２７】無人搬送車１は、予め設定された走行コー
スに沿うように制御され、停止地点直前まで誘導され
る。この誘導方法は、次のように実行される。

【００２８】計測輪の回転量をエンコーダにより検出
し、計測装置により車両の位置および方位を演算する。
さらに、走行コースとして与えられた走行速度、位置、
方位の各誤差ｅ₀ ，ｅ₁ ，ｅ₂ が最小となるように左右
の駆動輪を駆動するモータを制御して、無人車を走行コ
ースに沿うように誘導する。

【００２９】すなわち、(9) 式によって評価関数Ｅ_S を
設定し、この評価関数Ｅ_S が最小となるように、左右の
駆動輪の加速度α_L およびα_R を(10)および(11)式の偏
微分方程式によって算出する。 Ｅ_S ＝ｋ（ｋ₀ ｅ₀ ＋ｋ₁ ｅ₁ ＋ｋ₂ ｅ₂ ） … (9) α_L ＝−∂Ｅ_S ／∂α_L …(10) α_R ＝−∂Ｅ_S ／∂α_R …(11) ただし、ｋ，ｋ₀ ，ｋ₁ ，ｋ₂ は予め設定されるゲイン
定数である。

【００３０】エンコーダによる無人搬送車の位置および
方位の計測値に累積誤差があるため、停止位置直前にお
いて、車両の前後に設置した光学式距離計により光の反
射率が異なるマークの側方を無人車が通過することによ
って、補正用マークであることを認識するとともに、そ
のマークとの相対距離を計測する。

【００３１】マークは、基準位置、方位を表すものとし
て、予め走行コースの所定位置に適宜設置しておき、上
述の如く得られるマークとの相対距離から車両の正確な
位置、方位を算出し、計測データを補正する。

【００３２】本実施例の無人搬送車１は、走行制御装置
２と、駆動装置３ａ，３ｂと、モータ４ａ，４ｂと、駆
動輪の回転数を検出するパルスカウンター５ａ，５ｂ
と、減速機６ａ，６ｂと、駆動輪７ａ，７ｂと、駆動輪
と各々同軸上に配設した計測輪８ａ，８ｂと、計測輪の
回転数を検出するエンコーダ９ａ，９ｂと計測装置１０
と、キャスタ輪１１ａ，１１ｂと、光学式距離計１２
ａ，１２ｂとからなる。

【００３３】駆動輪７ａ，７ｂは、車体の中心から左右
に等距離の位置において、車体に固定されたモータによ
り、モータに付設された減速機６ａ，６ｂの出力軸を介
して各々独立に回転駆動され、車体の前後に配設された
キャスタ輪１１ａ，１１ｂとによって無人車を平面上の
あらゆる方向へ走行可能としている。

【００３４】計測装置１０は、エンコーダ９ａ，９ｂに
よって検出した左右の計測輪８ａ，８ｂの回転数Ｎ_L 、
Ｎ_R から、次式により、無人搬送車１の移動軌跡の実車
速Ｖと実曲率Ｒを算出し、走行制御装置２へ出力する。 Ｖ＝ 0.5 Ｌp(Ｎ_L ＋Ｎ_R ）／Ｔc …(12) Ｒ＝ ±２（Ｎ_L −Ｎ_R ）／｛TR (Ｎ_L ＋Ｎ_R ）｝ …(13) ここで、 Ｔc ：位置計測周期 Ｌp ：計測輪１パルス当たりの移動量 TR ：計測輪間のトレッド長 Ｎ_L ：位置計測周期Ｔc 間の左計測輪８ａのパルス数 Ｎ_R ：位置計測周期Ｔc 間の右計測輪８ｂのパルス数

【００３５】ただし、正負符号の上側は無人搬送車１が
時計回りに旋回する場合を示し、下側は無人搬送車１が
逆時計回りに旋回する場合を示す。なお、本第１実施例
では、計測周期はＴc ＝50msecである。また、計測輪
は、車体の荷重を受ける駆動輪とは別体の従動輪とし、
さらに、路面の凹凸に精度良く追従できるように、車体
に対し上下可動構造としている。

【００３６】走行制御装置２は、後述するように、予め
設定された無人搬送車１の目標位置、方位に基づいて無
人搬送車１の走行軌道を生成し、走行軌道に沿って走行
するような速度指令を左右の駆動輪７ａ，７ｂへ出力す
る。また、走行制御装置２は、内部クロックにより、後
述する車速および曲率の計測周期と、駆動装置の制御周
期とを制御している。駆動装置３ａ，３ｂは、走行制御
装置２からの速度指令に基づいて、それぞれモータ４
ａ，４ｂを回転制御する。その結果、無人搬送車１は所
定の軌道を走行して目標位置へ到達する。

【００３７】図３は、走行制御装置２のシステムブロッ
ク図を示す。走行制御装置２は、目標軌道生成装置２０
と、補償装置２１と、変換装置２４とからなる。

【００３８】目標軌道生成装置２０では、無人搬送車１
の現在位置方位を始点として、予め設定された無人搬送
車１の目標位置方位を終点として、その２点間を円滑連
続に結合する補間関数を計算する。たとえば、図５に示
すように、目標の停止位置および方位を基準に走行平面
上に設定したＸＹ直交座標系で、目標軌道は現在位置
（Ｘs ，Ｙs ）と目標停止位置（０，０）との間を円滑
連続に結合する時刻ｔに関する補間関数 (ｘ(t),ｙ(t))
として、次式により計算する。なお、無人搬送車の位置
とは、車体中心（本第１実施例では左右駆動輪間のトレ
ッド方向の中心）のＸＹ直交座標系における位置であ
り、方位とはＸＹ直交座標系における無人搬送車の進行
方向をいう。

【００３９】（Ｔxs＜ｔ＜Ｔxe）の場合 ｘ(t) ＝ａ₀ ＋ａ₁ ｔ＋ａ₂ ｔ² ＋ａ₃ ｔ³ ＋ａ₄ ｔ⁴
＋ａ₅ ｔ⁵ （ｔ≧Ｔxe）の場合 ｘ(t) ＝０ （Ｔys＜ｔ＜Ｔye）の場合 ｙ(t) ＝ｂ₀ ＋ｂ₁ ｔ＋ｂ₂ ｔ² ＋ｂ₃ ｔ³ ＋ｂ₄ ｔ⁴
＋ｂ₅ ｔ⁵ （ｔ≧Ｔye）の場合 ｙ(t) ＝０

【００４０】無人搬送車は、始点では直線コース上を走
行しているため、係数ａ₀ 〜ａ₅ およびｂ₀ 〜ｂ₅ は次
の境界条件より求める。 ｘ(t=0) ＝Ｘs ｘ'(t=0)＝Ｖxs ｙ(t=0) ＝Ｙs ｙ'(t=0)＝Ｖys ｘ''(t=0) ＝ｘ'' (t=Ｔxe) ＝ｘ'(t=Ｔxe) ＝ｘ (t=Ｔ
xe) ＝０ ｙ''(t=0) ＝ｙ'' (t=Ｔye) ＝ｙ'(t=Ｔye) ＝ｙ (t=Ｔ
ye) ＝０

【００４１】ここで、ｘ' およびｙ' は、それぞれＸお
よびＹ方向の速度、ｘ''およびｙ''は、それぞれＸおよ
びＹ方向の加速度である。また、（Ｘs ，Ｙs ）は停止
時における位置決め開始時の位置、（Ｖxs，Ｖys）は停
止時における位置決め開始時の速度である。さらに、停
止時における位置決め開始時刻を０とし、ＸおよびＹ方
向の位置決め制御終了時刻をそれぞれＴxeおよびＴyeと
している。

【００４２】さらに、ＴxeおよびＴyeは軌道の形状を調
整するパラメータとなっている。すなわち、車両停止時
の車両の方位をＸ軸方向へ向けるために、Ｔxe＞Ｔyeと
し、また、 max｜ｘ''(t) ｜および max｜ｙ''(t) ｜が
ともに、車両の駆動能力を超えて過大にならないよう
に、ＴxeおよびＴyeを予め設定しておく。

【００４３】以上の手順により、目標軌道が補間関数と
して計算される。なお、後述する補償装置は、目標車速
および目標曲率を入力するため、上記以外の補間関数、
例えば、クロソイド関数やスプライン関数等で軌道を生
成することも可能である。

【００４４】目標軌道生成装置２０は、このように求め
た補間関数の曲率から無人搬送車１の時々刻々の目標曲
率Ｒd を計算し、また、補間関数の時間微分項から無人
搬送車１の時々刻々の目標車速Ｖd を制御周期（50mse
c）に同期して計算し、それぞれ、制御周期毎に補償装
置２１へ出力する。

【００４５】図４は、補償装置２１のシステムブロック
図を示す。補償装置２１は、車速補償装置２２１と車速
応答遅れ補償装置２２２と加算器２２３とからなる目標
車速補償装置２２と、曲率補償装置２３１と曲率応答遅
れ補償装置２３２と加算器２３３とからなる目標曲率補
償装置２３とからなる。

【００４６】車速補償装置２２１では、目標車速Ｖd と
補償係数ａの積と、Ｖd と目標曲率Ｒd と補償係数ｂの
積との和ａ・Ｖd ＋ｂ・Ｖd ・Ｒd を車速補償出力とし
て演算する。

【００４７】車速応答遅れ補償装置２２２では、目標車
速Ｖd と一時刻（制御周期）前の目標車速Ｖd ^- の差分
と補償係数ｃとの積と、目標車速Ｖd と一時刻（制御周
期）後の目標車速Ｖd ⁺ の差分と補償係数ｄとの積を加
算し、車速応答遅れ補償出力ｃ・（Ｖd −Ｖd ^- ）＋ｄ
・（Ｖd ⁺ −Ｖd ）として演算する。

【００４８】加算器２２３は、前記車速補償出力と前記
車速応答遅れ補償出力とを加算し、補償された車速指令
値Ｖd ' を次式のように演算する。 Ｖd ' ＝ａ・Ｖd ＋ｂ・Ｖd ・Ｒd ＋ｃ・（Ｖd −Ｖd ^- ）＋ｄ・（Ｖd ⁺ −Ｖd ） …(14)

【００４９】なお、係数ａは左右駆動輪径の変動量の大
きさと該変動量の目標車速への影響とを補償するもので
あり、係数ｂは左右駆動輪径の変動量の差分と該変動量
の目標車体角速度への影響とを補償するものであり、係
数ｃおよびｄは車速の応答遅れを補償するものである。

【００５０】曲率補償装置２３１では、目標曲率Ｒd と
補償係数ｅの積に補償係数ｆを加算した項を、Ｒd と補
償係数ｇの積に補償係数ｈを加算した項で除し、曲率補
償出力（ｅ・Ｒd ＋ｆ）／（ｇ・Ｒd ＋ｈ）として演算
する。

【００５１】曲率応答遅れ補償装置２３２では、目標曲
率Ｒd と一時刻（制御周期）前の目標曲率Ｒd ^- の差分
と補償係数ｉとの積と、目標曲率Ｒd と一時刻（制御周
期）後の目標曲率Ｒd ⁺ の差分と補償係数ｊとの積を加
算し、曲率応答遅れ補償出力ｉ・（Ｒd −Ｒd ^- ）＋ｊ
・（Ｒd ⁺ −Ｒd ）として演算する。

【００５２】加算器２３３は、前記曲率補償出力と前記
曲率応答遅れ補償出力を加算し、補償された曲率指令値
Ｒd ' を次式により演算する。 Ｒd ' ＝（ｅ・Ｒd ＋ｆ）／（ｇ・Ｒd ＋ｈ） ＋ｉ・（Ｒd −Ｒd ^- ）＋ｊ・（Ｒd ⁺ −Ｒd ） …(15)

【００５３】なお、係数ｅおよびｈはトレッド長の変動
量の目標曲率への屁異境を補償するものであり、係数
ｆ，ｇおよびｈは左右駆動輪径の変動量の目標曲率に対
する影響を補償するものであり、係数ｉおよびｊは曲率
の応答遅れを補償するものである。

【００５４】変換装置２４では、補償装置２１において
補償された車速指令値Ｖd ' と曲率指令値Ｒd ' によっ
て、左と右の駆動輪７ａ，７ｂへの速度指令値Ｖ_L 、Ｖ
_R を演算し、駆動装置３ａ，３ｂへ出力する。無人搬送
車１は２輪独立駆動方式であるため、車速および曲率の
指令値Ｖd ' およびＲd ' と駆動輪トレッド長TRとか
ら、次式にて、左右駆動輪速度指令値Ｖ_L 、Ｖ_R を演算
することができる。 Ｖ_R ＝−Ｖd ' ・（−１±0.5 ・TR・Ｒd ' ） …(16) Ｖ_L ＝ Ｖd ' ・（ １±0.5 ・TR・Ｒd ' ） …(17) ただし、(16),(17) 式において、正負符号の上側は、無
人搬送車１が時計回りに旋回する場合を示し、下側は、
無人搬送車１が逆時計回りに旋回する場合を示す。

【００５５】以上のように、演算された速度指令値
Ｖ_R 、Ｖ_L を無人搬送車１の走行速度として実現するた
めに、駆動装置３ａ，３ｂでモータ４ａ，４ｂをフィー
ドバック制御する。このフィードバック信号としては、
モータ４ａ，４ｂに同軸に接続されているパルスカウン
ター５ａ，５ｂを使用し、サーボ回路で構成した駆動装
置３、４は、パルスカウンター５ａ，５ｂの出力パルス
により、モータ４ａ，４ｂの速度を制御して、左右駆動
輪速度をＶ_R、Ｖ_L に一致させる。このモータ４ａ，４
ｂによる出力トルクは減速機６ａ，６ｂ及び、その出力
軸を介して、駆動輪７ａ，７ｂへ伝達される。以上のよ
うな速度指令値Ｖ_R 、Ｖ_L が制御周期毎に出力される。

【００５６】本第１実施例により、従来困難であった無
人搬送車の車体定数実効値や無人車システムのむだ時間
やダイナミクスの走行中の動的変動が原因による軌道誤
差を効果的に補償することにより目標点へ精度良く到達
することを可能とした。さらに、付加的な効果として、
無人搬送車組み立て時の駆動系の組み付け誤差や、駆動
系の経時変化等の軌道誤差要因を補償することができる
ようになり、無人搬送車の駆動性能の初期特性を維持す
ることができる。以上より、無人搬送車の精度良い停止
時位置決めが可能となる。

【００５７】第２実施例 本第２実施例では、補償装置２１を構成する目標車速補
償装置２２と目標曲率補償装置２３とを、それぞれ階層
型のニューラルネットワーク（以下、ＮＮと略記する）
によって構成し、前記(14),(15) 式の係数ａ〜ｊをＮＮ
により推定するものである。この他の構成は、全て前記
第１実施例と同じであるので、説明を省略する。

【００５８】目標車速補償装置２２を構成するＮＮ-1
は、図６に示すように、２層構造である。入力層は、目
標軌道生成装置２０から出力される目標車速Ｖd と、目
標車速Ｖd と目標曲率Ｒd との積Ｖd ・Ｒd と、一時刻
（制御周期）前および後の目標車速Ｖd ^- ，Ｖd ⁺ と
を、それぞれ入力する４つの入力ユニット１０１〜１０
４で構成される。これら４つの入力ユニットは、すべ
て、各入力値に対して線形関数値を出力する。

【００５９】また、出力層は、４つの入力ユニット１０
１〜１０４から出力される各出力値に、それぞれの重み
係数Ｗ^V _ijを掛けた値の総和を入力値Ｉn として、次式
で表される線形関数値を出力する出力ユニット１０５か
らなる。 Ｆ（Ｉn ) ＝Ｃ・Ｉn ＋β …(18) ただし、Ｃ：係数、β：バイアス

【００６０】目標曲率補償装置２３を構成するＮＮ-2
は、図７に示すように、３層構造である。入力層は、目
標軌道生成装置２０から出力される目標曲率Ｒd と、一
時刻（制御周期）前および後の目標曲率Ｒd ^- ，Ｒd ⁺
とを、それぞれ入力する３つの入力ユニット１１１〜１
１３で構成される。これら３つの入力ユニットは、すべ
て、各入力値に対して線形関数値を出力する。

【００６１】隠れ層は、複数の中間ユニット群１１４で
構成され、各中間ユニットは、目標曲率Ｒd を入力する
入力ユニット１１１の出力値に、それぞれの重み係数を
掛けた値を入力値として、その入力値に対するシグモイ
ド関数値を出力する。なお、この中間ユニットの数は、
最終的に得られる目標曲率の補償値の精度に応じて、要
求精度が高くなるほど数多く設けるものである。

【００６２】シグモイド関数Ｇ（ｘ）は、入力値Ｉn お
よびバイアスβに対し、次式で定義される。 Ｇ（Ｉn ) ＝２／｛１＋exp(−In＋β）｝−１ …(19)

【００６３】また、出力層は、複数の中間ユニット群
１１４および３つの入力ユニット１１１〜１１３の各出
力値に、それぞれの重み係数を掛けた値の総和を入力値
として、前記(18)式と同様の線形関数値を出力する出力
ユニット１１５からなる。

【００６４】次に、これらのＮＮの学習方法について説
明する。無人搬送車１を、複数の走行パターンからなる
目標軌道に基づき、予め実際に走行させる。そして、各
走行パターンにおける目標軌道上の位置および方位と、
計測輪８ａ，８ｂの回転数から得られる車速および曲率
に基づく実際の位置および方位との各ずれ量を教師デー
タとして、以下のようなエネルギー最小化の学習方法
（バックプロパゲーショ法）によって、ＮＮの各重み係
数を修正することにより、学習が行われる。

【００６５】すなわち、まず、車速および曲率に関し
て、誤差関数ε_V およびε_R と、エネルギー関数Ｅ_V お
よびＥ_R とを次のように定義する。 ε_V ＝Ｖd −Ｖ ε_R ＝Ｒd −Ｒ Ｅ_V ＝ε_V ² ／２ Ｅ_R ＝ε_R ² ／２

【００６６】次に、ＮＮ-1の入力、出力の各ユニット間
の重み係数Ｗ^V _ijおよびＮＮ-2の入力、中間、出力の各
ユニット間の重み係数Ｗ^R _ijに対して、それぞれ、下に
示すようなエネルギー関数の偏微分値を求める。 ∂Ｅ_V ／∂Ｗ^V _ij ∂Ｅ_R ／∂Ｗ^R _ij

【００６７】得られた偏微分値を用いて、下に示すよう
に、各重み係数更新量ΔＷ^V _ijおよびΔＷ^R _ijを求め
る。 ΔＷ^V _ij＝−η（∂Ｅ_V ／∂Ｗ^V _ij） ΔＷ^R _ij＝−η（∂Ｅ_R ／∂Ｗ^R _ij）

【００６８】この重み係数更新量ΔＷ^V _ijおよびΔＷ^R
_ijによって、次式により重み係数を更新する。 Ｗ^V _ij＝Ｗ^V _ij＋ΔＷ^V _ij Ｗ^R _ij＝Ｗ^R _ij＋ΔＷ^R _ij

【００６９】更新された重み係数のもとで、ＮＮ-1およ
びＮＮ-2は、新たな入力値に基づきそれぞれ出力値Ｖお
よびＲを演算し、この演算結果に対し、それらの目標車
速および曲率Ｖｄ，Ｒｄを新たな教師データとして、再
度各重み係数を更新していく。

【００７０】以上の手順を、各誤差関数ε_V およびε_R
の大きさが、予め設定したしきい値よりも小さくなった
ときに学習を終了する。

【００７１】これにより、エネルギー関数が最小化さ
れ、目標車速および目標曲率と実車速および実曲率とが
それぞれほぼ一致することにより、目標とする軌道から
のずれも極めて小さくすることができる。なお、走行
中、常に学習を行うことにより、さらにずれ量を小さく
して、実際の値と目標値との一致度を高めることが可能
である。

【００７２】本第２実施例では、無人搬送車の車体定数
実効値の動的な変動、すなわち走行中の変動に対し、ニ
ューラルネットワークによって補償演算を行うので、極
めてシンプルな構成で、リアルタイムに目標軌道を正確
に走行することが可能となる。

【００７３】なお、本第２実施例では、学習走行時に、
計測装置よりリアルタイムに得られる実車速および実曲
率を用いて、ＮＮの重み係数を修正したが、計測装置に
よることなく、例えば、無人搬送車の外部から測定した
目標軌道からの位置および方位のずれ量を用いてもよ
い。

【００７４】第３実施例 前記第１および第２実施例での無人搬送車は、左右２つ
の駆動輪の回転速度に応じて直進ないし旋回走行するも
のであったが、本第３実施例は、１つの操舵駆動輪の操
舵角および回転速度に応じて、直進ないし旋回走行する
無人搬送車に関するものである。

【００７５】本第３実施例は、前記第１および第２実施
例と同様に演算された目標の車速および曲率補償値に基
づき、操舵駆動輪の操舵角および駆動速度の指令値を演
算する点のみが、前記第１および第２実施例と異なる。
以下、相違点についてのみ述べる。

【００７６】図８は、本第３実施例における無人搬送車
の旋回状態を示したものである。無人搬送車１は、車体
後部には車体の左右の中心線上に１つの操舵駆動輪３０
が設けられ、車体前部には左右２つの従動輪３１ａ，３
１ｂと計測輪３２ａ，３２ｂとが設けられている。無人
搬送車の車体中心は、左右の従動輪および計測輪の中心
に位置しており、車体中心と操舵駆動輪の中心とは距離
Ｌ₁ 隔たっている。

【００７７】無人搬送車１は、駆動操舵輪３０の操舵角
θおよび回転速度ωによって、車体中心が、走行平面上
の回転中心Ｏより距離１／Ｒd ’の地点をＶd ’の車速
で旋回するものとする。なお、Ｒd ’およびＶd ’は、
それぞれ、補償装置２１から出力される曲率および車速
の指令値である。このときの操舵駆動輪の中心と回転中
心Ｏとの距離をＬ₂ とする。

【００７８】図８の各部分の幾何学的な関係から、回転
中心Ｏにおける車体中心と操舵駆動輪の中心とのなす角
は、操舵駆動輪３０の操舵角θに等しくなるので、次の
関係が成り立つ。 θ＝tan ^-1( Ｒd ’・Ｌ₁ ） …(20)

【００７９】一方、回転中心Ｏに対する車体中心の角速
度と操舵駆動輪の中心での角速度は等しいことより、次
の関係が成り立つ。 ω＝Ｖd ’( １／Ｒd ’）／Ｌ₂ ＝Ｖd ’cos(θ) …(21)

【００８０】したがって、上記(20)および(21)式に示さ
れるように、操舵駆動輪の駆動指令値および駆動速度指
令値は、補償装置より得られる曲率および車速の指令値
によって決定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第４の発明の基本的構成を示すブロック図であ
る。

【図２】実施例に係わる無人搬送車の概略構成図であ
る。

【図３】走行制御装置のシステムブロック図である。

【図４】補償手段のシステムブロック図である。

【図５】補間関数により表された目標軌道を示す図であ
る。

【図６】目標車速補償装置としてのニューラルネットワ
ークの構成を示す構成図である。

【図７】目標曲率補償装置としてのニューラルネットワ
ークの構成を示す構成図である。

【図８】第３実施例における無人搬送車の旋回状況を示
す図である。

【符号の説明】

１…無人搬送車 ２…走行制御装置 ３ａ，３ｂ…
駆動装置 ４ａ，４ｂ…モータ ５ａ，５ｂ…パルスカウンタ ６ａ，６ｂ…減速機 ７ａ，７ｂ…駆動輪 ８ａ，８
ｂ…計測輪 ９ａ，９ｂ…エンコーダ １０…計測装置 １１ａ，１１ｂ…キャスタ輪 １２ａ，１２ｂ…光学
式距離計 ２０…目標軌道生成装置 ２１…補償装置 ２２…
目標車速補償装置 ２３…目標曲率補償装置 ２４…変換装置 ３０…
操舵駆動輪 ３１ａ，３１ｂ…従動輪 ３２ａ，３２ｂ…計測輪

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 左右２つの駆動輪を有する無人搬送車が
   走行すべき目標の軌道を目標の車速および曲率として出
   力する目標軌道生成手段と、前記目標軌道生成手段から
   の目標車速および目標曲率に基づき、走行中に生ずる前
   記無人搬送車の動的な変動誤差を補償して、目標車速補
   償値および目標曲率補償値を出力する補償手段と、前記
   目標車速補償値および目標曲率補償値より、前記左右駆
   動輪の駆動速度指令値を演算する変換手段と、前記演算
   された左右の駆動速度指令値に基づき、左右の駆動輪を
   それぞれ駆動制御する駆動手段とを有することを特徴と
   する無人搬送車の制御装置。