JPH0542689B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明は移動ロボツト等の無人移動体の誘導
方法に関するものである。

この種の無人移動体は病院、工場等の室内を移
動する。

［従来の技術］ ロボツト等の移動体は、レール上を走行するも
のを除けば、直接位置を読取るスケールを利用で
きないので、移動体の制御装置に位置の情報を与
えるための他の手段が必要であり、そのような手
段の一つとしてランドマークがある。

移動体は移動経路に沿つて床や壁に取り付けた
ランドマークを視覚センサによつて読み取り、ラ
ンドマークから位置の情報を得て、予め与えられ
たマツプと比較して自己の方向や姿勢を制御して
走行する。

従来、ランドマークとして提案されているもの
は、多くは廊下の床や壁を利用するものであつ
た。すなわち廊下の床や壁に帯状の白線を連続し
て貼布した方式、不連続に貼布した方式、また
は、四角形、三角形の幾何学的図形を用いた方式
等がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、床にランドマークを貼布する方式
は、いずれも汚れたり、破損したりする欠点があ
り、また特にランドマークを貼布する手間がかか
る。ランドマークを壁に貼布する方式についても
同様であつて、貼布する手間がかかるし、移動体
の種類によつて視覚センサの高さが変われば、ラ
ンドマークもその高さに応じて貼り替えなければ
ならない。また、汚損や破損によつて使用不能と
なり、さらに廊下等の荷物が壁上のランドマーク
を隠蔽する可能性も大きい。

このようなことから、設置に手間がかからず、
汚損や破損若しくは荷物による隠蔽の可能性の少
ないランドマークの方式の開発が望まれている。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、既設の施設をそのままランドマーク
として利用することができ、したがつてランドマ
ーク設置の手間を要せず、かつ、ランドマークの
汚損や破損若しくは荷物による隠蔽の可能性が少
なく、常に正確かつ容易に情報を入手して移動体
を制御することができる無人移動体の制御方法を
提供することを目的とするものである。

(ロ) 発明の構成 ［問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の無人移動体の
誘導方法は、予め定められたマツプにしたがつて
移動する移動体の誘導方法であつて、不透光性の
環体を蛍光灯に取り外し可能に嵌着させて構成し
たバーコードをもつ蛍光灯からの光を受光して光
電変換する光電変換素子と光電変換素子からの出
力を設定されたバンドでフイルタリングするバン
ドパスフイルターとバンドパスフイルターの出力
を設定されたしきい値で比較するコンパレータと
コンパレータの出力に基づいて判断を行う判断回
路及びバーコードリーダ処理回路とを備える交流
光源検出装置を使用して移動通路の天井に設けら
れた蛍光灯を検出し、蛍光灯をガイドマークとし
て使用することを特徴としている。

以下、これらの発明の詳細を一実施例を示す図
面について説明する。

第１図及び第２図において、１は移動体であ
り、この移動体１が誘導の対象である。

移動体１は車体２内に制御装置３及び駆動装置
４とを備え、駆動装置４はコンピユータを内蔵し
た制御装置３によつて制御されて車輪５を駆動し
て、床面６上を移動する。制御装置３には予め移
動体１の移動経路のマツプがプログラムされて内
蔵されており交流光源検出装置７からの信号を入
力して処理し、駆動装置４を制御する。このよう
な構成の移動体１は公知であるが、この発明で特
に公知の移動体１と顕著に相違する点はランドマ
ークとして天井交流光源８を使用することであ
り、この天井交流光源８を検出するために、交流
光源検出装置７の視線が垂直上方若しくは斜め上
方を向く上向きに設定されている点である。

天井交流光源とは天井９に支持された光源のう
ち、交流電力によつて発光する光源をいい、この
ような光源の典型例としては蛍光灯１２や白熱電
灯がある。蛍光灯１２等は、照明のために設置さ
れるものであるが、天井から固定位置に設置され
た蛍光灯１２等は、設置位置が明らかになつてい
て、かつ変位することがないから、ランドマーク
として利用することができる。

蛍光灯１２にバーコード等の光学的に読み取り
可能な他の標識を設ければ蛍光灯１２に移動体１
の移動の制御に必要なさらに多くの情報を含ませ
ることができる。蛍光灯１２にバーコードを設け
る場合に、直接蛍光灯１２にバーコードーを描い
てもよいが、バーコードが表現する情報の内容を
変更する場合に、対処できるようにするために、
バーコードを蛍光灯１２に対して取り外し可能と
することが有効である。このためには第３図に示
すように、例えば幅の異なる合成樹脂製の黒色の
リング１３ａ，１３ｂを多数準備しておいて、こ
れらを蛍光灯１２に材料の弾性を利用して嵌着、
離脱させればバーコードの内容を変えることがで
きる。また、一度、蛍光灯１２に嵌着したリング
１３ａ，１３ｂを相互に隣接させたり離隔させる
ことによりバーコードのバーの幅を変えることも
できる。この場合に、リング１３ａ，１３ｂの当
接面から蛍光灯１２の光が漏洩することを防ぐた
めには、第４図に示すように、リング１３ａ，１
３ｂの端面に環状溝１４、環状突出部１５を形成
して相互に嵌合可能としてもよい。次に交流光源
検出装置７の構成について説明する。

第５図に示すように、交流光源検出装置７は光
学系１７、光電変換素子１８、増幅器２１、バン
ドパスフイルタ２２、コンパレータ２３ａ，２３
ｂ及び判断回路２４を備えている。

光学系１７は蛍光灯１２からの光を光電変換素
子１８の受光面上に集光する。光電変換素子１８
としては例えばCCD、フオトダイオードやフオ
トトランジスタを使用し、受光量に応じた電気量
（例えば電流）を出力する。光電変換素子１８の
出力は増幅器２１に入力されて増幅された後、バ
ンドパスフイルタ２２に入力される。バンドパス
フイルタ２２は入力信号から特定発光周波数の交
流光源成分だけをフイルタリングしてとり出す機
能を持つものである。例えば蛍光灯１２が50サイ
クルの交流電源によつて発光するものとすれば、
その発光周波数は100Hzであるからバンドパスフ
イルタ２２のバンドを100Hzに設定しておけば、
入力信号から蛍光灯の交流成分だけを取り出すこ
とができる。バンドパスフイルタ２２の出力はコ
ンパレータ２３ａに入力され、コンパレータ２３
ａで矩形波が生成される。

また、交流光源検出装置７は外光の影響を除去
し、蛍光灯の有無の判断を確実にするために他の
コンパレータ２３ｂを備えている。すなわち、コ
ンパレータ２３ｂは増幅器２１の出力をバンドパ
スフイルタ２２を通さずに直接入力する。コンパ
レータ２３ｂのスレシホールドレベルをあるレベ
ルに設定しておけば、入力光が太陽光などの外光
であればコンパレータ２３ｂの出力は“High”
になるが、コンパレータ２３ａからは矩形波が出
力されず、入力光が交流光源でないことが判断で
きる。また交流誘導によりコンパレータ２３ａの
出力が100Hzの矩形波を出力しても入力光の絶対
値を判断するコンパレータ２３ｂは“Low”の
出力であるので、交流光源有無の判定が確実に行
えることになる。したがつて、外光等の影響を考
慮しないでもよい通常の環境で使用する場合に
は、コンパレータ２３ｂは設けなくてもよい。コ
ンパレータ２３ｂの出力はコンパレータ２３ａの
出力とともに判断回路２４に入力され、蛍光灯１
２の有無が検出される。判断回路２４としては例
えばAND回路を使用することができる。

［作用］ 次に以上述べた無人移動体の誘導方法の作用を
説明する。

第１図に示すように、移動体１は廊下２６の床
面６上を走行するものとする。移動体１の制御装
置３のコンピユータには移動体１の移動経路のマ
ツプと、そのマツプ上のそれぞれ蛍光灯１２の位
置との関係をプログラムして予め記憶させてお
く。今仮りに、移動体１が矢印で示す方向に走行
して来て、図に示す位置に達したとすると、移動
体１の交流光源検出装置７がn_i番目の蛍光灯１２
を検出し、その信号を制御装置３に入力し、制御
装置３は入力された信号に基づいて、プログラム
とデータに従つて、舵取り角度を算出し、駆動装
置４を制御し、移動体１は廊下の角を曲がる。次
に移動体１がn_i+1番目の蛍光灯１２の下に達する
と、同様に交流光源検出装置７がn_i+1番目の蛍光
灯１２を検出し、その信号が制御装置３に入力さ
れ、制御装置３は舵取り角度が元に戻るように駆
動装置４を制御する。蛍光灯１２の検出な交流光
源検出装置７によつて行う。

第５図及び第６図に示すように、交流光源検出
装置７の光学系１７に蛍光灯１２の光が入ると光
学系１７は、その光を光電変換素子１８の受光面
上に集光する。光電変換素子１８は入射した光量
に応じた電流に変換する（第６図ａ）。この電流
は増幅器２１に入力されて電圧増幅される（第６
図ｂ）。増幅された電圧は一方でバンドパスフイ
ルタ２２に入力される。バンドパスフイルタ２２
ではバンドを例えば100Hzに設定することによつ
て、蛍光灯の発光周波数を含む100Hzの交流成分
だけが取り出される（第６図ｃ）。バンドパスフ
イルタ２２の出力はコンパレータ２３ａに入力さ
れ、蛍光灯の光量に相当するスレツシホールドレ
ベルを越える電圧が入力した場合に矩形波を発生
する（第６図ｄ）。コンパレータ２３ａの出力は
判断回路２４に入力される。他方、増幅器２１の
出力をコンパレータ２３ｂに入力する。コンパレ
ータ２３ｂでは蛍光灯の光量に相当するスレツシ
ホールドレベルが設定され、このスレツシホール
ドレベルを越えた入力がある場合にHighの信号
を出力する（第６図ｅ）。コンパレータ２３ｂの
出力は判断回路２４に入力される。判断回路２４
ではコンパレータ２３ａの出力が矩形波であり、
コンパレータ２３ｂの出力がHighであれば、光
電変換素子１８に交流光源（蛍光灯１２）からの
光が当つていると判断する。

移動体１の姿勢は壁に沿つた移動中は超音波セ
ンサ２８等を用いて制御することができる。しか
し初期状態として移動体１が壁に対して任意の位
置に置かれたとき、自動的に壁に平行にしたとき
蛍光灯を利用することができる。すなわち、第７
図に示すように、壁面２７に対して蛍光灯１２が
一定角度（図示の場合は直角）で設置されている
とすれば、移動体１は全方向に移動可能に構成し
ておき、移動体１を一旦蛍光灯１２を通過させ、
その後、移動体１を後退させて再び蛍光灯１２を
通過させ、ａ点、ｂ点で蛍光灯１２を検出して、
移動体１の位置を算出すれは、移動体１の壁面２
７に対する姿勢が算出されるので、制御装置３に
よつて駆動装置４を制御して車輪５の舵取りをし
て姿勢を直す。また、移動体１を回転可能な構造
とした場合には、交流光源検出装置７がａ点で蛍
光灯１２を検出したときに、その場で移動体１を
回転させ、ｂ点で再び蛍光灯１２を検出し、この
ａ点、ｂ点から移動体１の姿勢を算出してもよ
い。この姿勢の制御には他のセンサ、例えば固定
型の超音波センサ２８（第２図）を移動体１に取
り付け、前記の交流光源検出装置７からの信号に
よつて、移動体１を壁面２７に対してほぼ平行に
姿勢制御した後に、超音波センサ２８を使用して
壁面２７との位置を正確に検出して、正確な姿勢
制御をしてもよい。また、超音波センサ２８は、
移動体１に上向きに取り付けて、廊下の天井の高
さを計測するようにしてもよい。

蛍光灯１２にバーコードを付着した場合には、
そのバーコードの解読を確実にするために、交流
光源検出装置７にバーコードリーダ処理回路を設
けるとともに、光学系１７として自動焦点調節機
構を持つものを使用することが望ましい。この場
合には光電変換素子１８は交流光源を認識する機
能とバーコードを認識する機能を兼ね、交流光源
を前述の方法で認識したのち、光電変換素子はバ
ーコード解読機能に切り換わる。

［他の実施例］ 交流光源検出装置の他の実施例について述べ
る。

移動体の移動を伴わずに蛍光灯の方向を検出す
るには光電変換素子１８は多数の受光素子を配列
した受光素子アレーで構成するが、天井交流光源
８（蛍光灯１２）の検出が不可能な死角を生じな
いようにすることが重要である。受光素子アレー
における素子の配列は、第９図に示すように、多
数の素子を直線状に配列した受光素子アレー３１
や、第１０図に示すように、多数の素子をマトリ
ツクス状に配列した受光素子アレー３２を使用す
ることが考えられるが、直線状の受光素子アレー
３１は直線状の天井交流光源８（蛍光灯１２）に
対して死角があり、また、マトリツクス状の受光
素子アレー３２は、多数の素子を必要として価格
が高価であるのみならず、かつ信号の処理がきわ
めて煩雑であるという問題がある。そこで、第１
１図に示すように多数の素子を円環状に配列した
受光素子アレー３３が好適である。このような受
光素子アレー３３を使用した場合には、第１２図
に示すように、ｘをＡ点から測定した中心角、ｙ
をＢ点から測定した中心角とすると、直線状の天
井交流光源８（蛍光灯１２）と移動体１との角度
θは θ＝（１／２）（ｘ＋ｙ） となつて、容易に求めることができる。

(ハ) 発明の効果 この発明の無人移動体の誘導方法においては、
ランドマークとして天井に設けられた蛍光灯の如
き天井交流光源を使用する。天井に設けられた蛍
光灯は、もともと照明の目的で設置されたものを
そのままランドマークとして利用できるので、マ
ークを貼布する手間がかからない。しかも、汚れ
たり、はげたり、また荷物で隠蔽されることがな
く、したがつて、マークの検出に必要な、判断回
路や、処理回路が簡単になり、移動体の制御を確
実にするとともに、制御に要する機器を低廉にす
ることができる。

天井交流光源の位置は建物を建てた時点で固定
されており、その位置精度もよい。移動体の位置
はエンコーダ、ポテンシヨメータ等の内界センサ
で計測されるが、車輪のすべり、計算誤差等によ
つて、数ｍの移動においても、かなりの誤差が蓄
積される。この発明ではこの誤差を修正する参照
点として天井にとりつけた交流光源を利用するこ
とによつて移動体の制御を正確にすることができ
る。

また、移動体の姿勢制御に関しては、壁との距
離を固定超音波センサで計測して求めることがで
きるが、この場合でも、壁と移動体との角度が大
きくずれている時には、超音波センサが超音波の
反射波を受信することができない。しかるにこの
発明の誘導方法では、移動体がその場で回転する
モード若しくはそれと等価なモードで移動体を概
略壁と平行にすれば、その後は固定超音波センサ
が使用でき、精密な測距が可能となり、移動体を
壁に対しく正確に平行にすることができる。

また、蛍光灯にバーコードを付した場合には、
通常のバーコードリーダのように、自身に発光体
を持つ必要がなく、自動焦点調節機構を有する光
学系を用いることによつて、天井の高さの変化が
ある場合でも鮮明な像を得ることができ、移動体
の停止、右折、左折、進路の変更、壁からの距離
の指定等の情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は移動体と天井交流光源との位置関係を
示す平面説明図、第２図は移動体と天井交流光源
との位置関係を示す側面説明図、第３図は蛍光灯
の尺斜視説明図、第４図はリングを示す断面説明
図、第５図は交流光源検出装置の構成説明図、第
６図は交流光源検出装置の構成機器の出力波形を
示す説明図、第７図は移動体の姿勢検出方法を示
す平面説明図、第８図は移動体の他の姿勢検出方
法を示す平面説明図、第９図は受光素子アレーの
１例を示す説明図、第１０図は受光素子アレーの
他の例を示す説明図、第１１図は受光素子アレー
の他の例を示す説明図、及び第１２図は第１１図
に示す受光素子アレーにおける移動体の角度算出
方法を示す説明図である。 １…移動体、２…車体、３…制御装置、４…駆
動装置、５…車輪、６…床面、７…交流光源検出
装置、８…天井交流光源、９…天井、１２…蛍光
灯、１３ａ…リング、１３ｂ…リング、１４…環
状溝、１５…環状突出部、１７…光学系、１８…
光電変換素子、２１…増幅器、２２…バンドパス
フイルタ、２３ａ…コンパレータ、２３ｂ…コン
パレータ、２４…判断回路、２６…廊下、２７…
壁面、２８…超音波センサ、３１…受光素子アレ
ー（直線状）、３２…受光素子アレー（マトリツ
クス状）、３３…受光素子アレー（円環状）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予め定められたマツプにしたがつて移動する
   移動体の誘導方法であつて、不透光性の環体を蛍
   光灯に取り外し可能に嵌着させて構成したバーコ
   ードをもつ前記蛍光灯からの光を受光して光電変
   換する光電変換素子と前記光電変換素子からの出
   力を設定されたバンドでフイルタリングするバン
   ドパスフイルターと前記バンドパスフイルターの
   出力を設定されたしきい値で比較するコンパレー
   タと前記コンパレータの出力に基づいて判断を行
   う判断回路及びバーコードリーダ処理回路とを備
   える交流光源検出装置を使用して移動通路の天井
   に設けられた前記蛍光灯を検出し、前記蛍光灯を
   ガイドマークとして使用することを特徴とする無
   人移動体の誘導方法。