JPS5848104A - 移動体制御方式 - Google Patents

移動体制御方式

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JPS5848104A
JPS5848104A JP56144798A JP14479881A JPS5848104A JP S5848104 A JPS5848104 A JP S5848104A JP 56144798 A JP56144798 A JP 56144798A JP 14479881 A JP14479881 A JP 14479881A JP S5848104 A JPS5848104 A JP S5848104A
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JP
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light beam
light
moving
moving body
work
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JP56144798A
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English (en)
Inventor
Kenro Motoda
謙郎 元田
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Motoda Electronics Co Ltd
Original Assignee
Motoda Electronics Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/24Beam riding guidance systems
    • F41G7/26Optical guidance systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一定の領域を自在に移動して各株作業を行な
う移動体の制御方式、特に、光ビームを用いて移動体を
誘導制御する制御方式に関する。
近時、走行駆動手段を有して自走し、物品の搬送、格納
、取出し、製品の溶接、組立等の作業を行なう移動体が
開発されつつある。斯かる移動体は、一定の領域をオペ
レータの遠隔操作に応じて自在に移動する構成とする必
要がある。この場合、問題となるのは、オペレータから
の操作信号をいかにして移動体に伝達するかである。
この手段として、信号ケーブルを移動体K11続する方
式がある。しかし、この方式は、ケーブルが移動体の移
動の妨けとなりやすいこと、重量のあるケーブルを引回
すため移動体に負荷がかかること、複数の移動体を使用
する場合にケーブルが絡むこと轡の欠点がある。又、他
の手段として、電波によ抄遠隔操作する方式がある。こ
の方式は、ケーブルを用いないため、移動が妨げられた
シ、余分な負荷がかかったりすることがない点で優れて
いるが、雑音を拾いやすいこと、信号の伝送が必ずしも
確実でないこと、他のl1m!GK対し影響を与えるお
それがあること、電波の使用可能周波数帯域に制限があ
り、そのため多数の移動体を同時に制御する場合に周波
数割轟ての問題を生ずること等の欠点がある。
本発明は、斯かる欠点く鑑みてなされ九本ので、その目
的は、光ビームを移動し、その照射面を移動体く追尾せ
しめて、その移動を制御することにより、移動の妨げと
なるケーブルを使用することなく、又、雑音の影響を受
けることなく確実Kll動体を誘導でき、且つ、他の!
!I器に対し影響を全く与えない移動体制御方式を提供
することKある。
父、本発明の他の付加的な目的は、光ビームをパルス化
して移動体に動作命令を伝送することによプ、上記移動
制御の外、作業動作命令をもケーブルを使用することな
く、又、雑音の影響を受けることなく確実に移動体に伝
送でき、且つ、他の機WFK対し影響を全く与えず、し
かも、電波の場合のように周波数帯域の制限を受けるこ
とのない移動体制御方式を提供することを目的とする。
上記第1の目的を達成すべく、本履第1の発明は、移動
体及びその移動領域面を見得る位置に、光ビームを投射
する投光手段と、骸投光手段に連係し、該ビームの照射
面を外部からの操作に対応して上記移動領域面上を自在
に移動せしめる光ビーム移動手段とを設け、且つ、上記
移動体く、上記光ビームの照射を豪数個の受光素子にて
受けて、該光ビームの前後・左右の変位を検出し、各々
の変位信号を出力する光ビーム変位検出手段と、骸前後
・左右の変位信号に対応して移動体を一進・後退又は左
折・右折させて上記光ビームを追尾するよう走行駆動手
段を制御する走行制御手段とを備えて構成される。
又、上記第2の目的を達成すぺく、本願第2の発明は、
上記第10発明の構成と共和、上記移動体の各種作業動
作に関する命令を生成する命令信号発生手段と、皺命令
信号によって上記光ビームを変調して投光せしめる変調
手段とを上記投光手段と1lal、て設け、且つ、上記
光ビームの照射を受光素子にて受け、上記命令信号を検
出する受信手段と、検出された信号を解読して作業動作
命令番抽出し、作業に対応する移動体の各作業手段駆動
装置を制御する作業制御手段とを備えて構成される。
以下、これら第1.第2の発明を図面に示す実施例に基
づいて各々説明する。
第1図及び第2図に本願第1の発明の一実施例を示す。
第1図は本発明移動体制御方式の概要を示す立面図、第
2図は上記実施例の構成を示すブロック図である。
本体11.走行駆動手段12及び作業手段16を有して
成り、移動領域面1上を自在に移動する移動体10に適
用したもので、投光手段20と、光ビーム移動手段30
と、光ビーム変位検出手段60と、走行制御手段70と
を備えて構成される。
本実施例が適用される移動体lOは、本体11の下部に
、走行部12A及び舵取部12Bとから成る走行駆動手
段12が設けてあり、本体11の四部に、アーム161
及び把持部16bから成る作業手段16が般社である。
この移動体lOは、蓄電池を搭載して、これを電源とし
て駆動することができるが、これに限らず、燃料電池を
搭載してもよい。父、移動領域面11C,電源K11l
続した電極板を多数設置すると共に、移動体1011に
集電子を設け、電極板と集電子とを介して移動自在に移
動体と電源とを!il#J!して、電源供給を行なう構
成としてもよい。父、本実施例の移動体1oは、ml@
13にて走行すゐと共に、図示しない舵取機構を備えて
hる。もつとも、走行機構及び舵取−構は他の形式とす
るξともできる。
投光手段20は、光源21、ビーム形成手段22及び光
源駆動1路25から成)、天井面2に設けられて、上記
移動体10に対し誘導用の光ビーム23を投射する。も
つとも、この投光手段2oは、移動体10に対し確実和
光ビーム23を投射できればよいのて、天井面2に限ら
ず、該移動体10及びその移動領域面】を見得る位置に
設ければ足りる。
光11121は、飼えば、レーザーダイオード、発光ダ
イオード勢から成り、光源態動回路25にで駆動されて
発光する0発光は、連続的発光でもよく、又、一定周波
数のパルス発光でもよい。一方、ビーム形成手段22は
、鏡筒22mとレンズ22bとから成り、レンズ22b
の焦点位置に上記光I[21を設置して、該光源21か
らの光を略平行な光束として光ビーム23を形成する。
もつと4、ビーム形成手段22は、この例のものに限ら
ず、例えイ放物面鏡IIIIKて構成できる。
上記投光手段20には、その光ビーム23を、移動領域
面1上を任意に移動させる光ビーム移動手段30が連係
して設けである。この光ビーム移動手段30は、上記投
光手段20を支持するX軸部材3]と、該X軸部材31
軸止するコ字形のY軸部材32ど、X軸部材31及″び
Y軸部@32をそれぞれ所定角度回動せしめるX軸サー
ボ機構33及びY軸サーボ機構34とから成る。この光
ビーム移動手段30は、外部からの機走信号に応動じて
X軸部材31及びY軸部材32がそれぞれ回動し、X軸
部材31に支持される投光手段200投射口201の向
きを任意の方向忙連続的に変化させ、光ビーム23の照
射面24を所望や経路にて目的の位置まで移動せしめる
上記光ビーム変位検出手段60は、この光ビーム23の
照射を受ける4個の受光素子61F 、 61B 。
61R、61Lと、検出回路62F 、 62B 、 
62R、62Lと、差動増幅回路63A 、 63Bと
を備えて成り、上記光ビーム23の移動に伴なう前後・
左右の変位を検出し、対応する変位信号を出力する。
受光素子61F 、 61B 、 61R、61Lは、
ホトダイオード、ホトトランジスタ、光導電体等の半導
体受光素子から成り、移動体100本体頂部111に1
前後・左右に対応して配設される。配置は、移動領域面
lの任意の位置にて本体頂部11a上に上記光ビーム2
3が形成する照射面(この実施例では円乃至楕円)24
内に収まる範8において十字状に設定される。この実施
例では、円形の受光素子を使用しているが、矩形、三角
形等の形状てらってもよく、受光面形状により、変位に
対する電気信号の変化の割合を適宜設定し得る。
受光素子61F 、 61B 、 61R、61Lは、
それぞれ対応する検出回路62F 、 62B 、 6
2R、62Lに接続される。この検出回路62F 、 
62B 、 62R、62Lは、各受光素子61F 、
 61B 、 61R、61LKシける光電変換された
信号を、光量変化に対応する電圧信号として出力する。
差動増幅回路63A 、 63Bは、上記検出回路62
Fと62B 、 62Rと62Lの差信号をそれぞれ増
幅するもので、63A #i、光ビーム230前後の変
位を検出する受光素子61F 、 61B K対応して
前後の変位信号を出力し、一方、63Bは、光ビーム2
3の左右の変位を検出する受光素子61R、61LK対
応して左右の変位信号を出力する。
なお、この実施例では、4個の受光素子を使用している
が、個数はこれに限られるものではな−0例えば、光ビ
ームによる誘導が一方向のみの場合は、その方向に対応
する2個の受光素子があれば足りる。父、前後シ左右の
各々Vcll数個の受光素子を配設する構成としてもよ
い。
上記光ビーム変位検出手段60の出力儒九走行制御手段
70が接続される。この走行制御手段7゜は、増幅回路
71A 、 71Bから成り、前者は、差動増幅回路6
3Aと上記走行駆動手段12の走行部12ムとの間に介
在接続され、前後の変位信号を増幅して移動体10を前
進又は後退させる操作信号を走行部12AK送出し、後
者は、差動増幅回路63Bと上記走行駆動手段12の舵
取部12Bとの間に介在接続され、左右の変位信号を増
幅して移動体10を左折又は右折させる操作信号を舵取
部12BK送出する。
次に、上記実施例の移動体制御方式による移動体の誘導
制御動作について上記各図及び第3A。
3B、30図を参照して説明する。
今、移動領域11rl上にある移動体)Oの頂部】1a
に投光手段20から光ビーム23が投射され、光ビーム
変位検出手段6oの各受光素子61F、 61B 、 
61R、61Lのすべてが該光ビーム23の照射面24
内にあるものとすると(第3A!!!l参照)、各受光
素子61F 、 61B 、 61R、61Lの受光量
が等しいので、差動増幅回路63A及び63Bは共にそ
の出力が0である。したがって、移動体1oは、その位
置にて静止している。
この状態で、オペレータの外部操作によりy軸サーボ嶺
構34を作動せしめ、Y軸部材32を徐々に回動させ、
光ビーム23を矢視A方向に移動させると、第3B図に
示すように、後部側にある受光素子61Bが照射面24
から徐々に外れてくる。
そのため、受光素子61Fと61Bの受光量に差を生じ
、これが差動増幅回路63AKて増幅される。受光素子
61Fの出力が61Bの出方より大きいとき、差動増幅
回路63Aの出力が正と表るように設定しておけば、上
記の場合、差動増幅回路63Aから受光量差に比例した
正の変位信号が出方される。この変位信号は、走行制御
手段70にて増幅され、走行駆動手段120走行部12
Aに送出されて、声行部12Aのモータ(図示せず)を
駆動し、移動体10を前進させる。
ここで、光ビーム23の移動速度を大きくすると、受光
素子61Fと61Bの受光量差が大きくなるので、それ
だけ変位信号4大きくなり、走行部12人のく一夕も対
応して回転速度が大きくなって、移動体10は、皺光ビ
ーム23の移動速度に追従して移動する。同様にして、
光ビーム23の速度が遅くなると、移動体10の速f4
遅くなり、又、光ビーム23が静止すると移動体10も
静止する。
ついで、X軸サーボ機構33をも作動せしめ、X軸部材
31を徐々に回動させると、例えば第3CIIK示すよ
うに1後部側の受光素子61Bと共に左側の受光素子6
1Lが照射面24から外れてくる。
このため受光素子61Fと61B及び61Rと611.
に受光量差を生じ、差動増幅回路63A 、 63B 
Kてそれぞれ差が増幅され、それぞれの大小関係に対応
して正・貴の変位信号が差動増幅回路63A 、 63
Bから出力される。これらの変位信号は、走行制御手段
70を介して走行部12A、舵取部12BK送出され、
移動体10を前進させつつ右折させる。
したがって、移動体】0は、光ビーム23の照射面24
を追尾して移動することくなり、光ビーム23を移動さ
せること−により移動体10を任意の経路にて自在に目
的位置まで誘導することができる。
次に、第4図は本発明移動体制御方式における走行制御
手段70及び走行駆動手段12の他の実施例を示すブロ
ック図である。なお同図に示すものは、後述する本願第
2の発明にも適用できるものである。
同図に示す走行制御手段70は、上記第2図に示される
差動増幅回路63人(前後変位検出用)の出力に入力を
接続される増幅fit 72R、72Lと、差動増幅回
路63B(左右変位検出用)の出力に入力を接続される
インバータ73R及びバッファアンプ73Lとから成る
。上記増幅972Rは、その出力をモーフ14RK按続
され、増幅器72Lは、その出力を毫−J14LKII
m!される。又、インバータ73Rはその出力を増幅9
72Hの入力に、又バッファアンプ73Lはその出力を
増幅II 78Lの入力にそれぞれ出力信号を加算する
ように接続される。
一方、走行駆動手段12は、上記そ−J 14R#14
Lとギア15R、151,とから成抄、上記増幅器72
R、72Lの出力に応じて左右の車輪1.3 、13を
独立に駆動せしめる。
斯かる構成IC力いて、上述したように1光ビームが移
動体の前方側KV位すると、差動増幅回路63Aから正
の変位信号が出力されるので、増幅器72R、72Lは
、これを増[して左右のそm−14R114Lを均等に
駆動せしめる。更に、光ビームが右11に変位すると、
上述したように、差動増幅回路63Bから%変位信号が
出力される。ここで、光ビームが右側KIR位すると正
の変位信号を出力するように差動増幅回路63Bを設定
しておくと、上述の場合、正の変位信号が出力される。
この変位信号は二分され、一方はインバータ73Rを介
して符号を反転され、他方はバッファアンプ73Lを介
してその11の符号で、それぞれ上記差動増幅回路63
Aの出力に加算される。その結果、増幅器72Rの入力
信号は減少し、他方、増幅II 72Lの入力信号は増
大して、篭−夕14Hの回転が遅くなり、父、モータ1
4Lの回転が速くなるよう制御され、ロボットlOは右
折することになる。
次に、第1図及び第5図に本原第2の発明の一実施例を
示す、第5図は上記実施例の構成を示すブロック図であ
る。
これらの図において、本実施例の制御方式は、上記第1
の発明の実施例と同様の移動体10に適用したもので、
該第1の実施f14Jf構成する投光手段20、光ビー
ム移動手段30、光ビーム変位検出手段60及び走行制
御手段70に1命令信号発生手段40と、変調手段50
と、受信手段80と、作業制御手段90とを付加して構
成される。な紙第1の実施例のものと同一物については
同一符号を付して説明を省略する。
命令信号発生手R4Gは、スイッチ、可変抵抗等からな
る入力手R(図示せず)、エンコーダ(図示せず)、並
列−直列蜜換器(図示せず)等から故知、移動体lOの
各種作業動作に関する命令をパルス符号として生成する
。父、変調手段5oFi、上記命令信号発生手段40と
光源駆動回路25とに接続され、上記パルス符号により
上記光ビーム23を変調して投光すべく、光源駆動回路
25を制御する。なお、変調手段50は、上記直接変調
一方式Kml・らず、高速シャッタ、セクタ等の機械的
手段、又は、電気光学効果素子、音響光学効果素子等の
変調素子を用いた外部変調方式によってもよい。
上記受信手段80は、受光素子81と、検出回路82と
、直列−並列変換1183とを有して成り、上記パルス
符号を検出する。受光素子81は、ガえばホトダイオー
ドから成り、上記受光素子61F。
61B 、 61R、6ルの略中央に配設される。この
受光素子81は、光ビームのパルス局波数に応答可能と
するため、高速応答し得るもの、例えばPINホトダイ
オード、アバランシ・ホトダイオードが望ましい。検出
回路82は、受光素子81にて光電費換された電気信号
からパルス符号を検出する。直列−並列変換器83は、
直列伝送されたパルス符号を並列データに変換するもの
で、後述する作業制御手段90のインタフェースとして
橡能する。なお、受光素子81として、受光素子61F
61B 、 61R、61Lを適宜使用してもよい。
作業制御手段90は、例えばマイクロコンピュータから
成り、□上記パルスを解読して作業動作命令を抽出し、
対応する作業手段駆動装置17a 、 17b・・・を
、予め記憶してい石動作パターンをメモリ(lll示せ
ず)から読出して制御し、所定の作業を行なわしめる。
なか、表すべき作業が重線な場合には、作業制御手段9
0を、デコーダ及びシーケンスコントローラにて構成す
ることができる。又、すべての動作パターンを、光ビー
ムを介してオペレータが直接指示する構成とすることも
できる。
−&か、本実施調では、パルス変調方式を用いているが
、これに限らず、振幅変調方式、周波数変調方式とする
こともできる0例えば、前者の場合は、命令信号を一定
の波形に対応させ、この波形によって連続発光する光ビ
ームを変調する方法が考えられる。
斯かる構成によれば、命令信号発生手段40にて生成さ
れた動作命令によシ、変調手段50を介して光ビーム2
3を変調し、これを受光素子81及び検出回路82にて
検出せしめるととくより、作業動作命令をオペレータか
ら移動体10に伝送することができる。又、移動体1G
の移動は、上記第1の実施内と全く同様に行なうことが
でき、更に、この移動と同時に作業を行なわしめるξと
もできる。
上記各実施内では1台O移動体くついて制御する場合を
示したが、本発明は祷数台の移動体を同時に制御するこ
ともできる。この場合、投光手段20及び光ビーム移動
手段30を移動体の数に対応させて設ければよい。なか
、信号の干渉を排除するKFi、飼えば光の波長(色)
等を変えればよい。
又、本発明は、車輪走行式の移動体く限らず、歩行ロボ
ット等にも適用でき、更に、自動運転装置を有する車輛
の誘導にも適用できる。勿論、特別の作業を行なわない
雁なるデモンストレーション用ロボット、玩具のロボッ
トにも本発明を適用することができる。
以上説明し元ように、本福明は、光ビームを移動し、そ
の照射面を移動体く追尾せしめて腋移動体の移動を制御
することくより、移動の妨げとなるケーブルを使用する
ことなく、任意の経姑】茫1て自在に目的位置に移動体
を確実vcn導でき、しかも、信号の伝送媒体が光であ
るから、電気的雑音。を拾うことがなく、又、雑音を発
生して他の機器に影響を与えることがないという効果が
ある。更に1光を媒体とするため、電波のように使用し
得る周波数に制限を受けないので、任意の周波数帯域に
て信号O伝送を行ない得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願第1.第2の発明の移動体制御方式O概要
を示す立面図、第2図は本願第1の発明の一実施例の構
成を示すブロック図、第3A図、第3BII!及び第S
Cmは上記実施例にシける光ビームの照射面と受光素子
との関係を示す説明図、第4図は本発明移動体制御方式
における走行制御手段及び走行駆動手段の他の実施例を
示すブロック図、第s!11#i本願第2の発明の一実
施例の構成を示すブロック図である。 】2・・・走行駆動手段   12A・・・走行部12
B・・・舵取部     13・・・車輪16・・・作
業手段     17・・・作業手段駆動装置20・・
・投光手段    21・・・光源22・・・ビーム形
成手段  23・・・光ビーム24・・・照射面   
  25・・・光源駆動回路30・・・光ビーム移動手
段  31・・・X軸5W32・・・Y軸部材    
 33・・・X軸サーボ機構34・・・Y軸サーボ機構
  40・・・命令信号発生手段50・・・変調子9 
     6G・・・光ビーム蜜位検出手段61F、6
1B、6]R,61L・・・受光素子62F、62B、
62R,62L・・・検出回路63A、F13B・・・
差動増幅回路 70・・・走行制御手段71A、71B
・・・増幅回路  72R,72L・・・増幅器73R
・・・インバータ   73L・・・バッファアンプ8
0・・・受信手段    81・・・受光素子82・・
・検出回路     83・・・直列−並列変!lI器
90・・・作業制御手段 出履人  元田電子工業株式会社 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +1)  走行駆動手段を備え、一定の領域を自在に移
    動して各種作業を行なう移動体の制御方式において、 上記移動体及びその移動領域面金見得る位置く、光ビー
    ムを投射する投光手段と、該投光子WIK連係し、該光
    ビームの照射面を外部からの操作く対応して上記移動領
    域面上を自在に移動せしめる光ビーム移動手段とを設け
    、 且つ、上記移動体に、裡数儒の受光素子にて上記光ビー
    ムの解射を受け、該ビームの前後・左右の変位を検出し
    、各々の変位信号を出力する光ビーム変位検出手段と、
    該前後舎左右の変位信号に対応して移動体を前進・後退
    又は左折・右折させて上記光ビームを追尾するよう走行
    駆動手段を制御する走行制御手段とを一見たことを特徴
    とする移動体制御方式。 (21走行駆動手段を備え、一定の領域を自在に移動し
    て各種作業を行なう移動体の制御方式にシいて、 上記移動体及びその移動領域面を見得る位置に、光ビー
    ムを投射する投光手段と、皺投光手段に連係し、該光ビ
    ームの照射面を外部からの操作に対応して上記移動領域
    面上を自在に移動せしめる光ビーム移動手段とを設け、 且つ、上記移動体の各種作桑動作に関する命令を生成す
    る命令信号発生手段と、該命令信号によって上記光ビー
    ムを変調して投光せしめる変調手段とを上記投光手段と
    接続して設け、更に、上記移動体に、複数個の受光素子
    にて上記光ビームの照射を受け、該ビームの前後・左右
    の変位を検出し、各々の変位信号を出力する光ビーム変
    位検出手段と、該前後・左右の変位信号に対応して移動
    体を前進・後退又は左折・右折させて上記光ビームを追
    尾するよう走行駆動手段を制御する走行制御手段とを備
    え、且つ、上記光ビームの照射を受光素子にて受け、上
    記命令信号を検出する受信手段と、検出された信号を解
    読して作業動作命令を抽出し、作業に対応する移動体の
    各作業手段駆動装置を制御する作業制御手段とを倫えた
    ことを特徴とする移動体制御方式。 (31移動体の各種作業動作に関する命令をパルス符号
    として生成する命令信号発生手段と、骸パルス符号によ
    って上記党ビームを変調して投光せしめる変調手段とを
    備え、且つ、上記光ビームの照射を受光素子にて受け、
    上記パルス符号を検出する受信手段と、検出されたパル
    ス符号を解読して作業動作命令を抽出し、作業に対応す
    る移動体の各作業手段駆動装置を制御する作業制御手段
    とを偕えた上記第2項記載の移動体制御方式。
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