JP2011118585A - 自動搬送車 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成を用いてコストの上昇や作業の煩雑化を防止しつつ車両の位置精度を向上させることができる自動搬送車を提供すること。
【解決手段】走行ルート上に配設された複数の位置情報発信手段１５からの情報を受信する情報受信手段２２と、その情報受信手段２２を介して得られる位置情報を基に、予め備えた走行ルート情報に従って走行制御を行う走行制御手段２８とを有するものであって、所定状態における車輪径を基準車輪径Ｄ０とし、所定の走行状態に応じて予め特定されている補正係数Ｋに従って基準車輪径Ｄ０を補正することにより当該走行状態における等価車輪径Ｄ２を求め、その等価車輪径Ｄ２から走行位置を算出する演算手段２７を備え、走行制御手段２８が、その演算手段２７により算出した走行位置に基づいて走行制御を行う自動搬送車１０。
【選択図】 図３

Description

本発明は、指定された走行ルートに沿って目的地まで自律走行する自動搬送車に関する。

従来、コンテナヤードや製鉄所構内等で積荷を搬送する技術として、走行ルート上に所定間隔で埋め込まれた複数のトランスポンダから情報を受信しつつ、指定された走行ルートに沿って自律走行する自動搬送車が知られている。この自動搬送車では、走行中にロータリエンコーダで計測した車輪の回転数と、予め測定された車両の車輪径とを利用して車両の走行距離が算出される。また、走行中にジャイロスコープで計測した車体の垂直軸周りの角速度を利用して進行方位が算出される。こうして、走行中に走行位置及び進行方位を確認しながら目的地まで自律走行できるようになっている。

ところで、自動搬送車の車輪径は、車両の走行状態によって変化する。例えば、自動搬送車が積荷を積載して走行している場合には、空車走行時に比べて車輪が変形し、みかけ上の車輪径が小さくなる。また、自動搬送車が減速走行している場合には、定速走行時に比べて車輪が変形し、この場合もみかけ上の車輪径が小さくなる。このように車輪径が変化すると、車輪の回転数から算出した走行距離と実際の走行距離との間にズレが生じ、車両の走行位置精度や停止位置精度が低下するという問題があった。

そこで、例えば特許文献１には、車輪径を計測する車輪径センサを自動搬送車に取り付け、その車輪径センサによって得られたた車輪径に従い走行距離を補正する技術が開示されている。具体的には、図６に示すように、車輪を支持するブラケット１２３にシリンダ１２２が取り付けられ、その最下端に車輪径センサ１０４が設けられている。車輪径センサ１０４は、路面からの距離を計測する超音波センサである。この車輪径センサ１０４を路面から所定の高さ（１００ｍｍ）に配置して走行を開始し、車輪径センサ１０４により検出される路面からの距離が変化した場合に、その値を車輪径の変化量に換算して走行距離が補正される。こうした補正により、走行状態に応じた車輪径の変動にかかわらず、車両の走行位置を高精度に算出できるようになっている。

特開２００２−２３８４７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術によると、次のような問題点があった。すなわち、各自動搬送車それぞれに車輪径センサ１０４やシリンダ１２２が取り付けられているため、自動搬送車の数に応じた車輪径センサ１０４やシリンダ１２２が必要となり、コスト高になるという問題があった。特に、大型のコンテナヤードや製鉄所構内等では、多数の自動搬送車によって積荷の搬送作業が行われるため、すべての車両に取り付けるとコストが大幅に上昇することになる。また、この自動搬送車は、荷台を低くする場合にはブラケット１２３が折られて車輪径センサ４も下降するので、そのとき車輪径センサ１０４が路面に当たらないようにシリンダ１２２で上昇させるようになっている。そのため、頻繁にシリンダ１２２を駆動して車輪径センサ１０４の位置を調節したり、車輪径センサ１０４やシリンダ１２２に対して定期的にメンテナンスを行う必要が生じて、作業の煩雑化を招くという問題もあった。

そこで、本発明は、かかる問題点を解決すべく、簡易な構成を用いてコストの上昇や作業の煩雑化を防止しつつ車両の位置精度を向上させることができる自動搬送車を提供することを目的とする。

本発明に係る自動搬送車は、走行ルート上に配設された複数の位置情報発信手段からの情報を受信する情報受信手段と、その情報受信手段を介して得られる位置情報を基に、予め備えた走行ルート情報に従って走行制御を行う走行制御手段とを有するものであって、所定状態における車輪径を基準車輪径とし、所定の走行状態に応じて予め特定されている補正係数に従って前記基準車輪径を補正することにより当該走行状態における車輪径を求め、その車輪径から走行位置を算出する演算手段を備え、前記走行制御手段が、その演算手段により算出した走行位置に基づいて走行制御を行うものであることを特徴とする。

また、本発明に係る自動搬送車は、車輪の回転を検出する回転検出手段を備え、前記演算手段は、前記情報受信手段を介して得られる位置情報から求めた走行距離と、前記回転検出手段によって得られる検出値から求めた車輪の回転数とから算出した車輪径を、前記基準車輪径として使用するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る自動搬送車は、前記演算手段が、前記基準車輪径を算出する際、前記情報受信手段によって得られる位置情報から求める走行距離が一定距離以上となるようにしたものであることが好ましい。

また、本発明に係る自動搬送車は、前記演算手段が、前記基準車輪径の算出を繰り返し行い、直近の所定回分の平均値を前記基準車輪径の値として使用するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る自動搬送車は、前記演算手段が、予め減速走行やカーブ走行などの所定の走行状態で走行させたときの走行距離及び車輪の回転数から算出した車輪径と、前記基準車輪径との対比によって求められた前記補正係数を記憶しているものであることが好ましい。

本発明に係る自動搬送車では、基準車輪径を所定の走行状態に応じて予め特定されている補正係数に従って補正することにより、所定の走行状態に応じた車輪径を求めるようにしたので、車輪径センサ等を設けることなく、簡易な構成を用いてコストの上昇や作業の煩雑化を防止しつつ車輪径の変化に対応した正確な走行位置を算出することができる。

自動搬送車が走行するコンテナヤードを概念的に示した図である。 自動搬送車の概略構成を示す図である。 自動搬送車の制御部を示したブロック図である。 補正係数の一例を示した表である。 演算装置が行う走行位置算出プログラムを示したフローチャートである。 従来例を示した図である。

以下、本発明に係る自動搬送車の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の自動搬送車は、コンテナを集積するコンテナヤード内で、コンテナを自動搬送するものである。そのコンテナヤードは、例えば図１に示すように、コンテナ２が置かれるコンテナ置き場３が区画され、その周りに自動搬送車１０が走行するための走行路４が設けられている。コンテナ置き場３にはクレーン５が設置され、自動搬送車１０へのコンテナ２の積み卸し作業が行われるようになっている。

走行路４には、情報発信素子であるトランスポンダ１５が所定の間隔で埋め込まれており、そのトランスポンダ１５には、固有のＩＤ（識別コード）や位置情報が書き込まれている。自動搬送車１０は、管理棟（図示略）からの指令を受けて走行ルートを決定し、走行中には各トランスポンダ１５から情報を受信し、指定された走行ルートに従って自律走行ができるよう構成されている。

ここで、図２は、自動搬送車の概略構成図である。自動搬送車１０には、コンテナ２を載置する荷台の車体１１によって構成され、車体１１の前後方向における長さが１４．３ｍであり、幅が２．８ｍ、高さが１．７ｍである。その車体１１には前後左右の各車輪１２に操舵モータと走行モータとを備えた走行装置１３が設けられ、自動搬送車１０は、全輪は独立駆動および独立操舵を可能としたことにより、前後走行や横行、或いは斜行が可能になっている。

次に、自律走行を可能とする自動搬送車１０の制御部について説明する。図３は、その制御部を示したブロック図である。制御部２０は、管理棟との間で情報を送受信する無線通信機２１、トランスポンダ１５からの情報を受信する情報受信機２２、車輪１２の回転を検出するロータリエンコーダ２３、コンテナ２の積載の有無を判別する積載判別装置２４、車体１１の方位角を検出するジャイロスコープ２５、所定の情報を入力する入力装置２６、そしてこれらに接続され車両の走行位置及び進行方位を算出するための演算装置２７を有している。また、制御部２０には、その演算装置２７により算出された走行位置及び進行方位を基に、予め記憶した走行ルート情報等に従って走行装置１３を制御する走行制御装置２８を有している。

そこで、自動搬送車１０では、無線通信機２１がポーリング方式により管理棟との間で送受信が行われ、送信される走行指令に従いながら走行し、走行状況を管理棟との間で確認しながら自律走行が行われる。走行中は、車体１１の前後に設けられた情報受信機２２によって、路面に埋め込まれたトランスポンダ１５を前後で同時に検出し、その検出データに基づいて走行ルートに対する車両の位置ズレが確認できるようになっている。しかし、走行状態によって見かけ上の車輪径が変化すると、正確な走行位置を算出することができなくなる。

そこで、本実施形態では、車輪径の変化を考慮した正確な走行位置の算出を行うべく、演算装置２７に走行位置算出プログラムが格納されている。走行位置算出プログラムは、基準車輪径Ｄ０や補正係数Ｋを示すデータを基に、その基準車輪径Ｄ０を補正係数Ｋにより補正して得られる車輪径（等価車輪径Ｄ２）を用いて走行位置を算出するようにしたものである。

基準車輪径Ｄ０は、車輪径の変化が最も小さい状態、すなわちコンテナ２を積載していない空車であって直線上を定速走行している空車定速走行の状態で算出した車輪径とした。車両の走行距離Ｌと車輪の回転数Ｎと車輪径Ｄとの間には、「Ｌ＝πＤ×Ｎ」の関係が成立する。したがって、基準車輪径Ｄ０は、車両の空車定速走行状態での走行距離Ｌ０と、その間にロータリエンコーダ２３を利用して計測した車輪の回転数Ｎ０とを用いて算出することができる。

走行距離Ｌ０は、走行路上に埋設された一のトランスポンダ１５から、その先にある他のトランスポンダ１５までの距離である。この走行距離Ｌ０を走行中にロータリエンコーダ２３から検出されるパルス数をカウントし、走行距離Ｌ０における車輪の回転数Ｎ０を求めている。また、走行距離Ｌ０が短いと、求めた基準車輪径Ｄ０の値に対する端数パルス分の誤差の影響が大きくなるため、本実施形態では、走行距離Ｌ０を最低５０ｍとし、この値を超えるトランスポンダ１５同士の距離を走行距離Ｌ０として採用している。なお、最低距離５０ｍは例示であり、走行ルート等に応じて適宜変更することができる。

また、基準車輪径の算出は、空車定速走行の条件にあった走行ルート上で繰り返し行われ、単純移動平均によって基準車輪径Ｄ０が自動搬送車１０の走行に従って逐次求められるようにしている。これは、常に基準車輪径Ｄ０を更新し、車輪１２の摩耗によって実際の車輪径が変化するなど、状態変化に対応した適切な値から正確な走行位置を算出できるようにするためである。本実施形態では、例えば走行距離Ｌ０毎に繰り返し算出して得られる基準車輪径のうち直近の４回分の平均値を出し、その値を基準車輪径Ｄ０として更新し続けるようにしている。なお、切り返し算出される基準車輪径の値の中には、距離Ｌ０や車輪の回転数Ｎ０の計測にミスが生じて、値が不自然なもの（特異データ）が存在する可能性がある。そうした場合、その特異データを除外した他の値を利用して単純移動平均から基準車輪径Ｄ０を求めるようにしている。

次に、補正係数Ｋは、見かけ上の車輪径が変動する減速走行時やカーブ走行時などについて求められる。本実施形態では、図４に示すように、走行状態を（Ａ）空車減速走行、（Ｂ）積車減速走行、（Ｃ）カーブ走行、（Ｄ）その他の４つに分類して求めている。補正係数Ｋは、あらかじめ自動搬送車１０を走行させて算出したものである。具体的には、自動搬送車１０を各走行状態（Ａ）〜（Ｃ）で走行距離Ｌ１だけ走行させ、その間の車輪の回転数Ｎ１をロータリエンコーダ２３により検出されるパルスから算出し、前述した「Ｌ＝πＤ×Ｎ」の関係から各走行状態（Ａ）〜（Ｃ）における車輪径Ｄ１を求め、基準車輪径Ｄ０との比の値を補正係数Ｋとした（Ｋ＝Ｄ１／Ｄ０）。

実際に補正係数Ｋを算出してみると、（Ａ）空車減速走行における補正係数Ｋａは０．９９００、（Ｂ）積車減速走行における補正係数Ｋｂは０．９７６０、そして（Ｃ）カーブ走行における補正係数Ｋｃは１．０１１３であった。これは、減速走行や積載減速走行時には、荷重によって車輪１２の径方向への変形が大きくなるため、見かけの車輪径が基準車輪径Ｄ０よりも小さくなり、カーブ走行時には、外輪の滑りの影響を受けて車輪１２の回転数に対する実際の走行距離が直線走行時に比べて長くなるため、見かけの車輪径が基準車輪径Ｄ０よりも大きくなるからと考えられる。

また、その他（Ｄ）における補正係数Ｋｄは１．００００とした。これは、その他の走行時には、（Ａ）〜（Ｃ）の走行時に比べて、基準車輪径Ｄ０に対する見かけ上の車輪径の変化量が小さいからである。そして、こうした各補正係数Ｋａ〜Ｋｄは入力装置２６によって入力される。なお、補正係数Ｋは、図４に示す数値に限られるものでなく、積荷の重さや車速等に応じてそれぞれ異なったものとなる。

続いて、本実施形態の自動搬送車１０の走行時の様子について具体的に説明する。自動搬送車１０は、例えば図１に示す箇所で管理棟からの指令を受け、指定されたコンテナ置き場３にあるクレーン５の積載箇所へと自律走行する。ここでは、走行区間（１）〜（６）を走行する場合について説明する。自動搬送車１０は、走行区間（１），（３），（５）では主として空車定速走行を行い、その区間開始及び終了領域で加速又は減速走行する。したがって、走行区間（１），（３），（５）では、主として図４に示す補正係数Ｋｄが選択され、この区間の終了領域や停車のための減速区間（６）では、図４に示す補正係数Ｋａが選択されて、基準車輪径Ｄ０の補正が行われる。

一方、カーブ経路の走行区間（２），（４）では、図４に示す補正係数Ｋｃが選択されて、基準車輪径Ｄ０の補正が行われる。なお、図１では、クレーン５でコンテナ２を積載した後の走行ルートを示していないが、コンテナ２の積載後に自動搬送車１０が減速走行するときには、補正係数Ｋｂが選択され、カーブ経路では空車時と同様に補正係数Ｋｃが選択される。そして、その他の走行区間では、補正係数Ｋｄが選択される。こうして、各走行区間及びその区間内での走行状態に応じて補正係数Ｋが選択され、選択された補正係数Ｋと基準車輪径Ｄ０とから等価車輪径Ｄ２が求められ、さらにその等価車輪径Ｄ２に基づいて走行位置の算出が行われる。具体的には、演算装置２７が、次に示すように走行位置算出プログラムを実行して走行位置を算出する。

演算装置２７が実行する走行位置算出プログラムの内容について、図５を参照しながら説明する。図５は、演算装置２７が行う走行位置算出プログラムを示したフローチャートである。演算装置２７では、先ず車体１１上にコンテナ２が積載されているか否かの確認が行われ（Ｓ１）、さらに現在の走行区間（１）〜（６）の判別が行われる（Ｓ２）。コンテナの積載の有無は、積載別装置２４からの信号によって判断され、走行区間は、情報受信機２２が受信したトランスポンダ１５の情報に基づいて判断される。また、走行制御装置２８では、トランスポンダ１５から得られる位置情報に基づいて走行位置が定期的に確認され、走行ルート情報に従って定速走行や減速走行、或いは曲線走行などの制御信号が走行装置１３に送信されている。そして、積荷の有無や走行区間、制御信号に基づき、走行状態の判別が行われる（Ｓ３）。

次に、ステップＳ３で得られた走行状態に基づいて、図４に示す補正係数Ｋの選択が行われる（Ｓ４）。そして、各走行状態に応じた補正係数Ｋが選択された後、等価車輪径Ｄ２が算出される（Ｓ５）。この等価車輪径Ｄ２は、基準車輪径Ｄ０に対しステップＳ４で選択された補正係数Ｋが乗算されることによって算出される（Ｄ２＝Ｄ０×Ｋ）。そして、ステップＳ５で算出された等価車輪径Ｄ２と、ロータリエンコーダ２３を利用して算出された車輪の回転数Ｎ２とに基づき、自動搬送車１０の走行距離Ｌ２が算出される（Ｌ２＝πＤ２×Ｎ２）（Ｓ６）。その後、直前のトランスポンダ１５から得られる位置情報と、ステップＳ６で算出した走行距離Ｌ２に基づき、現在の走行位置が算出される（Ｓ７）。

自動搬送車１０の走行中は、以上のようなＳ１〜Ｓ７の各ステップが繰り返され、現在走行中の走行位置が逐次算出される。一方、自動搬送車１０の走行位置は、情報受信機２２がトランスポンダ１５上を通過するタイミングでも確認が可能である。従って、走行路上のトランスポンダ１５からの位置情報によっても位置確認はできるが、自動搬送車１０は、そのトランスポンダ１５間の走行位置がより正確に求められている。そこで、カーブ経路では、そのトランスポンダ１５間の曲線部分において正確な走行位置が算出され、その値に基づいた適切な車輪の舵角の制御が行われる。また、図１に示す停止区間（６）では、減速開始から停止までの間においても正確な走行位置が算出され、その値に基づいた適切な速度制御によって正確な位置での停車が行われる。

そこで、実際に図４に示す補正係数Ｋを用いて自動搬送車１０を走行させたところ、カーブ走行では、車体の横ズレを従来の３１８ｍｍから±３８ｍｍにすることができ、目標範囲である２００ｍｍ以内に収めることが可能になった。これにより、自動搬送車１０では、カーブ走行時の大回りなどを防止し、障害物との接触を回避することができるようになる。また、減速走行による自動搬送車１０の停止制御では、停止位置との誤差を、従来の−２３．２〜６．８ｍｍから±１５ｍｍにすることができ、目標範囲±２０ｍｍ以内に収めることが可能になった。これにより、自動搬送車１０では、コンテナ２の積載位置や積み下ろし位置に精度良く停止させることができ、コンテナ２の積載作業や積み下ろし作業を確実に行うことができるようになる。

また、本実施形態の自動搬送車１０では、予め設定されている基準車輪径Ｄ０を、図４に示す各走行状態（Ａ）〜（Ｄ）に応じて予め特定した補正係数Ｋに従って補正することにより、各走行状態に応じた車輪径を求めているので、従来例のように各車両に車輪径センサ等を追加して走行中に車輪径を計測する必要がなく、簡易な構成によってコストを抑え、また作業の煩雑化を防止しつつ車両の位置精度を向上させることができる。

また、基準車輪径Ｄ０を算出する際、走行距離Ｌ０が５０ｍ以上となるようにしたことで、基準車輪径Ｄ０の値に対する端数パルス分の誤差の影響を小さくすることができる。
また、基準車輪径Ｄ０の値を走行中に更新するようにしたので、車輪１２がすり減るなどの状態変化に応じて常に正確な走行位置の算出を行うことができる。

以上、本発明に係る自動搬送車について実施形態を示したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施形態では、基準車輪径Ｄ０として空車定速走行時の車輪径を採用したが、コンテナ２を積載した積車定速走行時の車輪径など、他の走行状態における車輪径を基準車輪径として採用することも可能である。
また、前記実施形態では、基準車輪径Ｄ０を算出するようにしたが、走行前に実際に計測し、その値を入力装置２６から入力するようにしてもよい。
また、本実施形態では、走行状態を（Ａ）空車減速走行、（Ｂ）積車減速走行、（Ｃ）カーブ走行、（Ｄ）その他の４つに分類して各状態の補正係数Ｋを算出したが、他の分類を採用して補正係数を算出してもよい。

１０ 自動搬送車
１２ 車輪
１３ 走行装置
１５ トランスポンダ
２０ 制御部
２１ 無線通信機
２２ 情報受信機
２３ ロータリエンコーダ
２４ 積載判別装置
２５ ジャイロスコープ
２６ 入力装置
２７ 演算装置
２８ 走行制御装置
Ｋ 補正係数
Ｄ 車輪径
Ｌ 走行距離
Ｎ 車輪の回転数

Claims (5)

1. 走行ルート上に配設された複数の位置情報発信手段からの情報を受信する情報受信手段と、その情報受信手段を介して得られる位置情報を基に、予め備えた走行ルート情報に従って走行制御を行う走行制御手段とを有する自動搬送車において、
   所定状態における車輪径を基準車輪径とし、所定の走行状態に応じて予め特定されている補正係数に従って前記基準車輪径を補正することにより当該走行状態における車輪径を求め、その車輪径から走行位置を算出する演算手段を備え、前記走行制御手段が、その演算手段により算出した走行位置に基づいて走行制御を行うものであることを特徴とする自動搬送車。
2. 請求項１に記載の自動搬送車において、
   車輪の回転を検出する回転検出手段を備え、
   前記演算手段は、前記情報受信手段を介して得られる位置情報から求めた走行距離と、前記回転検出手段によって得られる検出値から求めた車輪の回転数とから算出した車輪径を、前記基準車輪径として使用するようにしたものであることを特徴とする自動搬送車。
3. 請求項２に記載の自動搬送車において、
   前記演算手段は、前記基準車輪径を算出する際、前記情報受信手段によって得られる位置情報から求める走行距離が一定距離以上となるようにしたものであることを特徴とする自動搬送車。
4. 請求項２又は請求項３に記載の自動搬送車において、
   前記演算手段は、前記基準車輪径の算出を繰り返し行い、直近の所定回分の平均値を前記基準車輪径の値として使用するようにしたものであることを特徴とする自動搬送車。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自動搬送車において、
   前記演算手段は、予め減速走行やカーブ走行などの所定の走行状態で走行させたときの走行距離及び車輪の回転数から算出した車輪径と、前記基準車輪径との対比によって求められた前記補正係数を記憶しているものであることを特徴とする自動搬送車。

Images