JPH0536505U - 無人搬送車の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無人搬送車の位置検出の精度向上。 【構成】 無人搬送車の移動距離を空間フィルタを利用
した距離検出装置１で非接触に検出し、車体傾き角をレ
ートジャイロ１５と車体傾き角検出装置２０で非接触に
検出し、移動距離と車体傾き角とから位置演算器２３に
より車体位置（Ｘ，Ｙ）を算出する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は無人搬送車の位置を、空間フィルタによる移動距離の検出と、レート ジャイロによる車体傾き角の検出とによって求める装置に関し、自律走行方式の 無人搬送車の誘導に適用して特に有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、自律走行方式の無人搬送車の誘導に必要な位置検出装置として、図７に 示すように、空間フィルタによる移動距離検出装置１で移動距離Ｌを検出し、ス テアリング角センサ２でステアリング角θを検出し、これらの検出値Ｌ，θから 演算器３で車体傾き角ψを求め、ψとＬとから位置演算器４で無人搬送車の位置 （Ｘ，Ｙ）を求めるものがある。図７中、５はラインセンサ（ＣＣＤ）である。

【０００３】 まず、空間フィルタによる移動距離検出装置１について、図８〜図１０により 説明する。即ち、同図に示すように、路面１３からの反射光は光学系６を介して ラインセンサ（ＣＣＤ）５により検出され、所定の周期でサンプリングされて電 気信号に変換される。光学系６，ラインセンサ５は図示しない車体の底面に取り 付けられている。ラインセンサ５は光電変換素子を進行方向に沿って一次元的に 配列したものであり、明暗に応じた信号が順次出力される。

【０００４】 ラインセンサ５からの出力信号Ｐは読出回路７を通過し、Ａ−Ｄ変換器８でデ ィジタル信号のＣＣＤデータに変換された後、空間フィルタ演算部９に入力され る。空間フィルタ演算部９はこの出力信号を所定範囲内で積分することにより、 光学的にランダムな周波数から構成される反射光から任意の周波数成分を抽出し 、その時空列的な変化から、図９に示す位相空間において移動距離に対応するベ クトルを求めるものである。即ち、図１０に示すように、Ｎ画素からなるライン センサ５からのＣＣＤデータＤ_i （ｉ＝１，２，…Ｎ）は荷重関数データＳ_i （ ｉ＝１，２，…Ｎ）と共に読み込まれて、添字の等しいものの積が順次Ｎ回加え られることにより積和演算が行われ、積和値Ｓ_b が求められる。ここで、荷重関 数データＳ_i とは正弦波とハニング（窓）関数との積について、ＣＣＤデータと 同周期でサンプリングしたものであり、メモリ９ｂから読み出される。この正弦 波はラインセンサの長さＷの中にｎ個の波数を有するもので、以下その波長ｐ（ ＝Ｗ／ｎ）をフィルタピッチとよぶ。

【０００５】 次に、荷重関数データＣ_i （ｉ＝１，２，…Ｎ）が読み込まれると、ＣＣＤデ ータＤ_i （ｉ＝１，２，…Ｎ）との間で、添字の等しいものの積が順次ｎ回加え られることにより積和演算が行われ、積和値Ｓ_a が求められる。ここで、荷重関 数データＣ_i とは余弦波とハニング関数との積について、ＣＣＤデータと同周期 でサンプリングしたものであり、メモリ９ａから読み出される。

【０００６】 更に、積和値Ｓ_a ，Ｓ_b はサンプリング毎に求められるので、前回のサンプリ ングの積和値をＳ_a1，Ｓ_b1とし、今回のサンプリングの積和値をＳ_a2，Ｓ_b2とす ることにする。このようにすると、積和値Ｓ_a1，Ｓ_b1、Ｓ_a2，Ｓ_b2を二次元の座 標とする位相空間内における各サンプリング時でのベクトルＡ₁ ，Ａ₂ は図９の ように示される。

【０００７】 従って、１サンプリング間における位相差Δφは位相差演算部１０で次式(1) のように求められる。 Δφ＝arctan｛（Ｓ_a1・Ｓ_b2−Ｓ_a2・Ｓ_b1）／（Ｓ_a1・Ｓ_a2＋Ｓ_b1・Ｓ_b2）｝ …式（１） ここで、移動距離Ｌと上記回転角Δφとは比例関係にあり、その比例定数はフィ ルタピッチｐ（＝Ｗ／ｎ）と２πとの比となるので、移動距離Ｌと速度Ｖとは次 式（２），（３）のように求められる。 ΔＬ＝Ｖ＝（ｐ／２π）・Δφ …式（２） Ｌ＝（ｐ／２π）・ΣΔφ …式（３） 但し、１サンプリング間における位相差は１回転以内とする。 従って、その後、空間フィルタ距離演算部１１により、（ｐ／２π）が積算さ れて１サンプリングでの移動距離ΔＬつまり速度Ｖが求められ、更に、累算器１ ２により総和され移動距離Ｌが求められる。

【０００８】 一方、車体傾き角演算器３は、アッカーマン・ジャントの走行モデルを用いて 下記の微分方程式（４）により、移動距離Ｌとステアリング角θから、車体傾き 角ψを求める。但し、Ｌ_WBは無人搬送車のホイールベース長である。 ｄψ／ｄＬ＝（sin θ）／Ｌ_WB …式（４）

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

空間フィルタを利用した移動距離検出は、非接触で且つ高精度な検出が可能で あるといった長所がある。また、ステアリング角θを利用した車体傾き角ψの検 出は、外部に特別な装置を付加する必要がなく、簡単にψを求めることができる といった長所がある。

【００１０】 しかし、ステアリング角θに基づく車体傾き角ψの検出は、下記（１），（２ ）の欠点がある。 （１）車体の滑りの影響：接触式であるから、ステアリングを急に切った時など 、車体が滑った場合、ステアリング角θは滑りによる車体傾きの変化を検出でき ないので、誤差が生じる。 （２）車体傾き角算出のためのパラメータの調整：前式（４）から判るように、 ステアリング角θから車体傾き角ψを求めるには、ホイールベース長Ｌ_WBの調整 が必要である。また、車体傾き角ψの算出には移動距離Ｌが必要であり、車体位 置の算出に必要な情報である移動距離Ｌと車体傾き角ψとが式（４）で既に干渉 している。従い、もし移動距離Ｌにわずかな誤差が含まれると、車体傾き角ψま で影響を受けるから、車体位置にまで影響が出てくる。

【００１１】 本考案は上述した従来技術の問題点を解消した無人搬送車の位置検出装置を提 供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案による無人搬送車の位置検出装置の構成は、入射した光を電気信号に変 換する光電変換素子と、該光電変換素子から所定周期でサンプリングして順に出 力する読出回路，該読出回路からサンプリング毎に順に出力される電気信号に正 弦波、余弦波を荷重関数として別々に掛け合わせて所定範囲内で積分することに より、任意の周波数成分を抽出する空間フィルタ演算部，該空間フィルタ演算部 により抽出された二つの信号を二次元の座標とするベクトルの位相平面上での原 点を中心とする位相差をサンプリング毎に演算する位相差演算部及び前記位相差 演算部により求められた位相差に比例する無人搬送車の移動距離を演算する空間 フィルタ距離演算部を有する距離検出装置と、レートジャイロと、該レートジャ イロの出力に基づいて無人搬送車の傾き角を検出する車体傾き角検出装置と、前 記距離検出装置により求まる移動距離及び車体傾き角検出装置により求まる傾き 角から無人搬送車の位置を演算する位置演算器とを具備することを特徴とするも のである。

【００１３】

【作用】

無人搬送車の位置算出に必要な情報のうち、移動距離は空間フィルタを利用し て検出し、車体傾き角はレートジャイロを用いて検出する。レートジャイロは回 転に対してその角速度を非接触に検出するものであるから、ステアリング角を利 用する場合のような車体の滑りによる誤差が生じず、滑った時の車体傾き角の変 化も検出できる。また、移動距離と干渉することなく、直接的に車体傾き角を求 めることができるので、パラメータの調整が不要である。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１〜図６及び図８〜図１０に基づいて説明する。図 １は本考案の一実施例に係る位置検出装置を備えた３輪の無人搬送車１４を示し 、空間フィルタを利用した移動距離検出装置１と共に、レートジャイロ１５を搭 載してある。レートジャイロ１５としては、振動ジャイロ、ガスレートジャイロ 、光ファイバレートジャイロ等がある。図１中、１６は前輪、１７と１８を後輪 、Ｌ_WBはホイールベース長をそれぞれ示す。前輪１６が駆動兼操舵輪であり、後 輪１７，１８は従動輪である。移動距離検出装置１は後輪軸中心に取付けてある 。レートジャイロ１５は図１の如く車体中央に限らず、原理的には、床面と平行 であればどこに取付けても良い。

【００１５】 移動距離検出装置１は図７〜図１０で先に説明したものと同機能のものであり 、図８に示すように、路面１３からの反射光は光学系６を介してラインセンサ（ ＣＣＤ）５により検出され、所定の周期でサンプリングされて電気信号に変換さ れる。光学系６，ラインセンサ５は図示しない車体の底面に取り付けられている 。ラインセンサ５は光電変換素子を進行方向に沿って一次元的に配列したもので あり、明暗に応じた信号が順次出力される。

【００１６】 ラインセンサ５からの出力信号Ｐは読出回路７を通過し、Ａ−Ｄ変換器８でデ ィジタル信号のＣＣＤデータに変換された後、空間フィルタ演算部９に入力され る。空間フィルタ演算部９はこの出力信号を所定範囲内で積分することにより、 光学的にランダムな周波数から構成される反射光から任意の周波数成分を抽出し 、その時空列的な変化から、図９に示す位相空間において移動距離に対応するベ クトルを求めるものである。即ち、図１０に示すように、Ｎ画素からなるライン センサ５からのＣＣＤデータＤ_i （ｉ＝１，２，…Ｎ）は荷重関数データＳ_i （ ｉ＝１，２，…Ｎ）と共に読み込まれて、添字の等しいものの積が順次Ｎ回加え られることにより積和演算が行われ、積和値Ｓ_b が求められる。ここで、荷重関 数データＳ_i とは正弦波とハニング（窓）関数との積について、ＣＣＤデータと 同周期でサンプリングしたものであり、メモリ９ｂから読み出される。この正弦 波はラインセンサの長さＷの中にｎ個の波数を有するもので、以下その波長ｐ（ ＝Ｗ／ｎ）をフィルタピッチとよぶ。

【００１７】 次に、荷重関数データＣ_i （ｉ＝１，２，…Ｎ）が読み込まれると、ＣＣＤデ ータＤ_i （ｉ＝１，２，…Ｎ）との間で、添字の等しいものの積が順次ｎ回加え られることにより積和演算が行われ、積和値Ｓ_a が求められる。ここで、荷重関 数データＣ_i とは余弦波とハニング関数との積について、ＣＣＤデータと同周期 でサンプリングしたものであり、メモリ９ａから読み出される。

【００１８】 更に、積和値Ｓ_a ，Ｓ_b はサンプリング毎に求められるので、前回のサンプリ ングの積和値をＳ_a1，Ｓ_b1とし、今回のサンプリングの積和値をＳ_a2，Ｓ_b2とす ることにする。このようにすると、積和値Ｓ_a1，Ｓ_b1、Ｓ_a2，Ｓ_b2を二次元の座 標とする位相空間内における各サンプリング時でのベクトルＡ₁ ，Ａ₂ は図９の ように示される。

【００１９】 従って、１サンプリング間における位相差Δφは位相差演算部１０で次式(1) のように求められる。 Δφ＝arctan｛（Ｓ_a1・Ｓ_b2−Ｓ_a2・Ｓ_b1）／（Ｓ_a1・Ｓ_a2＋Ｓ_b1・Ｓ_b2）｝ …式（１） ここで、移動距離Ｌと上記回転角Δφとは比例関係にあり、その比例定数はフィ ルタピッチｐ（＝Ｗ／ｎ）と２πとの比となるので、移動距離Ｌと速度Ｖとは次 式（２），（３）のように求められる。 ΔＬ＝Ｖ＝（ｐ／２π）・Δφ …式（２） Ｌ＝（ｐ／２π）・ΣΔφ …式（３） 但し、１サンプリング間における位相差は１回転以内とする。 従って、その後、空間フィルタ距離演算部１１により、（ｐ／２π）が積算さ れて１サンプリングでの移動距離ΔＬつまり速度Ｖが求められ、更に、累算器１ ２により総和され移動距離Ｌが求められる。

【００２０】 図２に位置検出装置の構成例を示し、基本的には空間フィルタを利用した前述 の移動距離検出装置１と、ラインセンサ（ＣＣＤ）５と、レートジャイロ１５と 、車体傾き角検出装置２０と、位置演算器２３とを備え、また必要に応じて零点 オフセット電圧変動の補正装置１９を備えており、これらは無人搬送車に搭載さ れている。

【００２１】 レートジャイロ１５は車体の回転角速度Δψを出力するので、零点オフセット を補正したのち、車体傾き角検出装置２０によって角速度Δψを車体傾き角ψに 変換する。具体的には、レートジャイロ15から出力される角速度Δψ deg/sec をサンプリングし、この角速度Δψに乗算器２１でサンプリング時間Ｔ_s sec を乗算してサンプリング時間Ｔ_s 間での車体の傾き角ψ_SMP deg を求め、これ を累算器２２でサンプリング時間毎に加算することにより、車体傾き角ψ deg を算出している。例えば、０秒からｎ・Ｔ_s 秒間（ｎは整数）の車体傾き角ψ_n は次式（５）のように求められる。但し、Δψ_i はｉ・Ｔ_s 秒でサンプリングし た角速度である。 ψ_n ＝Δψ₀ ・Ｔ_s ＋Δψ₁ ・Ｔ_s ＋……＋Δψ_n-1 ・Ｔ_s ＋Δψ_n ・Ｔ_s ＝ΣΔψ_i ・Ｔ_s …式（５）

【００２２】 上述した移動距離Ｌと車体傾き角ψに基づき、位置演算器２３が車体位置を算 出する。図３から判るように、例えば、１サンプリング時間での移動距離ΔＬと 車体傾き角ψ_SMP とから、１サンプリング時間での車体位置の変化（ΔＸ，ΔＹ ）を次式（６），（７）で求める。 ΔＸ＝ΔＬ・cos ψ_SMP …式（６） ΔＹ＝ΔＬ・sin ψ_SMP …式（７） また、原点からの車体位置（Ｘ，Ｙ）を次式（８），（９）で求める。 Ｘ＝ΣΔＸ …式（８） Ｙ＝ΣΔＹ …式（９）

【００２３】 次に、零点オフセット電圧変動の補正装置１９について説明する。レートジャ イロ１５は回転角速度Δψ deg/sec に比例した電圧を出力するが、一般に零点 電圧はオフセットしている。従って、Δψは次式（１０）で表わすようにオフセ ットをキャンセルせねばならない。 ψ deg/sec ＝Ｋ・（Ｖ_out −Ｖ_offset） …式（10） 但し、Δψは角速度出力、Ｋは比例定数、Ｖ_out はレートジャイロ出力電圧、 Ｖ_offsetはレートジャイロが角速度ゼロ deg/sec の時の出力電圧即ち零点オフ セット電圧である。

【００２４】 零点オフセット電圧は主に周囲温度によって変化するので、周囲温度が変化し たにもかかわらず、これを無視して式（１０）から車体傾き角の算出を行うと、 正確な値を示さなくなる。そこで、図４〜図６に示すように零点オフセット電圧 変動の補正を行っている。

【００２５】 〔補正例１：ハイパスフィルタによる補正〕 零点オフセット電圧は主に周囲温度の変化に対して変化するが、この変化は一 般に数１０分といった長い周期を持つ。従って、角速度出力Δψ（＝Ｖ_out −Ｖ _offset ）も同様の長い周期で変化することになるので、変化分をハイパスフィル タで除去すれば補正できる。そのため、補正装置１９は図４に示すアルゴリズム によって補正を行う。

【００２６】 図４において、停止時にはΔψ＝０となるべきであることから、まず自律走行 運転を開始する前に、無人搬送車の停止時に数秒間ジャイロ出力Ｖ_out を取り込 み、その平均値からＶ_offsetを算出し、以後はこの値Ｖ_offsetを固定のままとす る（ステップＳ１，Ｓ２）。Ｖ_offsetを決定したら走行を開始でき、毎回サンプ リングされたジャイロ出力Ｖ_out から零点オフセット電圧Ｖ_offsetを減算し、こ の値Ｖ_d （＝Ｖ_out −Ｖ_offset）を以後の処理に用いる（ステップＳ３）。そし てＶ_d をハイパスフィルタに入力するのであるが、自律走行中に無人搬送車が一 定角速度で回転している時にハイパス処理を行うとその角度成分まで除去されて しまう恐れがあるので、Ｖ_d が或る一定値Ｖ_out Ｌ以下の場合にだけハイパスフ ィルタを付加することとしている（ステップＳ４，Ｓ５）。ハイパスフィルタの 時点数は零点オフセット電圧の変動周期である数10分程度としている。このよう にして零点オフセット電圧の変動分を除去した値Ｖ_dhを用いて、Δψ＝Ｋ・Ｖ_dh により角速度を、またψ＝ΣΔψ・Ｔ_s により車体傾き角を高精度に算出する（ ステップＳ６，Ｓ７）。上述したＶ_offsetの決定は自律走行運転の開始時に行え ば良く、必ずしも無人搬送車の停止毎に行う必要はない。

【００２７】 〔補正例２：ステアリング角検出による車体角速度を用いた補正〕 補正装置１９は図５に示すアルゴリズムによって補正を行う。即ち、補正装置 １９はレートジャイロ１５からの車体角速度出力Δψを取り込むと共に、図２に 示すようにステアリング角センサ２からステアリング角θを入力して、このステ アリング角θからもサンプリング毎に車体角速度Δθを算出する。まず、それぞ れ前回のサンプリングでのレートジャイロ１５による車体角速度Δψ_n-1 とステ アリング角に基づく車体角速度Δθ_n-1 とを或る小さな所定値Δθ_LIM と比較す る（ステップＳ１）。Δψ_n-1 ＜Δθ_LIM 且つΔθ_n-1 ＜Δθ_LIM であれば直進 又は停止状態と判断でき、角速度がΔθ_LIM 未満である或る時間Ｔ₀ （２〜３秒 程度）の間、レートジャイロ出力電圧Ｖ_out を取り込んでＴ₀ 間のジャイロ出力 電圧の平均値を算出し、この平均値を新たな零点オフセット電圧Ｖ_offsetとして 、Δψ_n ＝Ｋ・（Ｖ_out −Ｖ_offset）から車体角速度Δψ_n を算出し、またψ_n ＝ΣΔψ_i ・Ｔ_s から車体傾き角ψ_n を算出する（ステップＳ２〜Ｓ４）。Δψ _n-1 ≧Δθ_LIM またはΔθ_n-1 ≧Δθ_LIM の場合は停止または直進状態でないの で、零点オフセット電圧は変更せず、前回のＶ_offsetを用いてΔψ_n ，ψ_n を算 出する。以上により、走行中でも停止時でも常に零点オフセット電圧の変動を補 正でき、高精度な検出ができる。

【００２８】 〔補正例３：恒温槽の利用〕 図６に示すように無人搬送車の車体２４に恒温槽２５を設け、この恒温槽２５ 内にレートジャイロ１５を納めてある。恒温槽２５は室温程度の一定温度にレー トジャイロ１５を保つようにしてある。これによりレートジャイロ１５は周囲の 外気温の影響を受けず、零点オフセット電圧が殆ど変動せず精度が向上する。こ の恒温槽２５を用いた安定化を前述の補正例１（図４）又は補正例２（図５）に よる変動補正と併用することにより、精度が更に向上する。

【００２９】

【考案の効果】

本考案によれば、空間フィルタを利用して移動距離を求め、非接触のレートジ ャイロを利用して車体傾き角を求め、これらから無人搬送車の位置を算出する。 従いステアリング角を利用した従来のような車体の滑りによる誤差が生じず、滑 った時の車体傾き角の変化も検出できる。また、移動距離と干渉することなく、 直接的に車体傾き角を求めることができるので、パラメータの調整が不要であり 、位置算出の計算も簡単であり、その精度も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】無人搬送車の概略図。

【図２】本考案の位置検出装置の実施例を示す図。

【図３】位置演算の原理を示す図。

【図４】零点オフセットの補正アルゴリズム例を示す
図。

【図５】零点オフセットの補正アルゴリズム例を示す
図。

【図６】恒温槽を用いた零点オフセットの安定化を示す
図。

【図７】従来例を示す図。

【図８】空間フィルタを利用した移動距離検出装置の構
成例を示す図。

【図９】位相空間を示す図。

【図１０】空間フィルタによる積和演算の過程を示す
図。

【符号の説明】

１ 移動距離検出装置 ２ ステアリング角センサ ５ ラインセンサ ６ 光学系 ７ 読出回路 ８ Ａ−Ｄ変換器 ９ 空間フィルタ演算部 １０ 位相差演算部 １１ 空間フィルタ距離演算部 １２，２２ 累算器 １３ 路面 １４ 無人搬送車 １５ レートジャイロ １６ 前輪 １７，１８ 後輪 １９ 補正装置 ２０ 車体傾き角検出装置 ２１ 乗算器 ２３ 位置演算器 ２４ 車体 ２５ 恒温槽

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射した光を電気信号に変換する光電変
   換素子と、該光電変換素子から所定周期でサンプリング
   して順に出力する読出回路，該読出回路からサンプリン
   グ毎に順に出力される電気信号に正弦波、余弦波を荷重
   関数として別々に掛け合わせて所定範囲内で積分するこ
   とにより、任意の周波数成分を抽出する空間フィルタ演
   算部，該空間フィルタ演算部により抽出された二つの信
   号を二次元の座標とするベクトルの位相平面上での原点
   を中心とする位相差をサンプリング毎に演算する位相差
   演算部及び前記位相差演算部により求められた位相差に
   比例する無人搬送車の移動距離を演算する空間フィルタ
   距離演算部を有する距離検出装置と、レートジャイロ
   と、該レートジャイロの出力に基づいて無人搬送車の傾
   き角を検出する車体傾き角検出装置と、前記距離検出装
   置により求まる移動距離及び車体傾き角検出装置により
   求まる傾き角から無人搬送車の位置を演算する位置演算
   器とを具備することを特徴とする無人搬送車の位置検出
   装置。