JPH0981238A - 自律走行式無人搬送車における走行制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バッテリーを動力源とする２輪駆動方式の無人
搬送車において、カーブ走行の場合に無人搬送車の基準
点を任意の目的位置に正確に移動させ、移動後所定の車
体角を得ることのできる、構成の簡単な自律走行方式の
無人搬送車を提供する。 【構成】自律走行式無人搬送車における走行制御方法お
いて、コントローラは、制御情報として車体１の進行方
向の移動角度θ及び移動距離Ｍを入手し、制御情報に基
づいて車体上の基準点の旋回中心Ｚの位置を求め、次
に、基準点を目的位置まで移動させるために必要な前動
輪の回転量Ｒ、Ｌを演算により求め、該回転量の多い方
を主輪、少ない方を従輪とし、従輪／主輪の回転割合を
予め計算により求め、該主輪、従輪を設定速度で回転さ
せ、さらに、従輪の回転量を検出し、これを回転割合と
比較して該割合より多いときは従輪の回転を停止、少な
いときは回転させ、この処理を主輪が前記設定の回転量
に達するまで繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自律走行方式の無人搬送
車に係り、特にカーブを含む走行経路において任意の目
的位置に車体を正確に移動させることのできる無人搬送
車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工場等における部品、製品等の搬送及び
荷役に無人搬送車が広く利用されているが、製造、製品
の多様化等の要求に応えて、製造工程の変更に伴う無人
搬送車の走行径路の変更を頻繁に行う必要がある。これ
には、誘導路が不要で、走行径路の変更が容易な自律走
行方式の無人搬送車が適している。

【０００３】自律走行方式の無人搬送車は、走行径路を
示すデータを予めメモリに保持しており、各種のセンサ
により車体の現在位置を検出しながら車体が所定の走行
径路上になるように制御しつつ走行する。

【０００４】軌道式の無人搬送車を走行させるとき、左
右の軌道検出センサーにより軌道とのズレを検出し左右
の車輪の回転をコントロールする事により走行が可能で
ある。この種の技術は、例えば特開平５−３２４０５７
号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ロボットワゴ
ンのように無軌道走行をさせる場合、軌道検出センサー
がないために走行精度を極めて高くする必要である。ま
た、直進・旋回・カーブ等の走行を行うときに、左右の
車輪をどのように回転させるかを、すべて計算で求めそ
の通りに回転させることが必要である。

【０００６】直進の場合は、移動量を車輪の円周で割る
ことで簡単に回転量を求めることができる。また、旋回
の場合は、後輪のピッチを直径とする円周上を後輪が左
右逆方向に回転することにより旋回するので、旋回角度
から後輪の移動量は容易に求めることができる。

【０００７】しかし、カーブ走行の場合、車体の左右の
駆動輪の回転量が異なるために、容易に求めることは困
難である。

【０００８】また、計算により求めた左右の駆動輪の回
転量を忠実に再現するためには、サーボモーター等を使
用する事が安易ではあるが、無人搬送車の場合バッテリ
ーを使用するために通常のサーボモーターでは小電力化
・低コスト化を考えたとき実用化が困難である。

【０００９】本発明の目的は、バッテリーを動力源とす
る２輪駆動方式の無人搬送車において、カーブ走行の場
合に無人搬送車の基準点を任意の目的位置に正確に移動
させ、移動後所定の車体角を得ることのできる、構成の
簡単な自律走行方式の無人搬送車を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、車体の
左右対称位置に取付けられた一対の駆動輪と、補助輪
と、バッテリーを動力源とし該駆動輪を駆動させるため
直流モ−タ−と、前記駆動輪の回転数を検出するロータ
リーエンコ−ダと、制御情報及び前記エンコーダの出力
信号に基づき前記直流モ−タ−の回転パルス及び回転方
向を指令値として出力するコントローラとを備えた自律
走行式無人搬送車における走行制御方法おいて、前記コ
ントローラは、前記制御情報として車体の進行方向の移
動角度θ及び移動距離Ｍを入手し、前記制御情報に基づ
いて前記車体上の基準点の旋回中心Ｚの位置を求め、次
に、前記基準点を目的位置まで移動させるために必要な
前記駆動輪の回転量Ｒ、Ｌを演算により求め、該回転量
の多い方を主輪、少ない方を従輪とし、従輪／主輪の回
転割合を予め計算により求め、該主輪、従輪を設定速度
で回転させ、さらに、前記従輪の回転量を検出し、これ
を前記回転割合と比較して該割合より多いときは前記従
輪の回転を停止、少ないときは回転させ、この処理を前
記主輪が前記設定の回転量に達するまで繰り返し、前記
主輪が前記設定の回転量に達したら該主輪を停止させ、
続いて、前記従輪を回転させ、該従輪が前記設定量だけ
回転したら該従輪を停止させることにより前記基準点を
前記目的位置に移動させることにある。

【００１１】

【作用】本発明によれば、車体の前後方向に中心線に左
右対称な位置に取り付けられた一対の駆動輪を駆動させ
るための直流モ−タ−及び前記駆動輪の回転数を検出す
るエンコ−ダを有するものにおいて、車体の基準点を車
体の進行方向に対して角度θだけ傾斜した所定距離にあ
る目的位置へ正確に移動させると共に、前記車体の移動
後の車体角を制御することができる。特に、車体の進行
方向が前後左右いずれの側であっても目標の角度θだけ
傾斜した所定距離にある目的位置へ移動させることがで
きる。これにより自律走行式無人搬送車におけるカーブ
走行が実現される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。
まず、図１は本発明の一実施例に係る無人搬送車の車体
１の裏面を概念的に示す図である。この無人搬送車は、
後輪駆動形の無人搬送車である。車体１の後部の左右対
称な位置には、駆動輪２ａ，２ｂが取り付けられてい
る。３ａ，３ｂは駆動輪２ａ，２ｂを駆動させるための
直流モ−タ−であり、さらに駆動輪の回転数を検出する
ロータリーエンコ−ダ４ａ，４ｂが設けられている。５
は自在キャスター（補助輪）、６はコントローラであ
る。車体１の走行距離及び車体角は、エンコーダ４ａ、
４ｂの出力信号に基づきコントローラ６で検出される。
車体１には直流モ−タ−の動力源としてのバッテリーが
搭載されている（図示略）。

【００１３】コントローラ６は、図２に示すように構成
されている。すなわち、マイクロコンピュータ６１は、
上位（メイン）のコンピュータ（図示せず）から移動量
の指令とロータリーエンコ−ダ４ａ，４ｂの検出値を入
力として受け、補助輪５の位置を基準点としこの位置５
を目的位置へ移動させると共に、車体１の移動後の車体
角を求めるように、直流モ−タ−３ａ，３ｂを駆動すべ
く、主軸モータアンプ６２に回転パルス及び回転方向を
指令値として出力する。なお、車体１の移動コース及び
現在位置等の情報は、メインのコンピュータに保持され
ている。

【００１４】次に、コントローラ６による車体１の制御
動作を図３の車体位置関係図及び図４の制御フローで説
明する。この制御は、図３において、駆動輪の位置２
ａ，２ｂ及び基準点５を結ぶ三角形５・２ａ・２ｂの基
準点５を、角度θ（右前方）の方向に距離Ｍだけ離れた
目的位置５’に移動させるとき、駆動輪２ａ，２ｂをど
れだけ移動させれば良いかを求めるものである。

【００１５】メインのコンピュータでは、まず、車体１
の姿勢（車体角）が進行方向に対して所定の範囲、例え
ば左右３０°以内に有るかどうかをチェックする（ステ
ップ４０２）。もし、車体１の角度が左右３０°以内に
無ければ、直流モ−タ−３ａ，３ｂを駆動して３０°以
内になるように車体１を旋回させる（ステップ４０
４）。

【００１６】次に、コントローラ６は、メインのコンピ
ュータから車体１の進行方向及び進行距離に関する情
報、すなわち現在位置から進行方向への移動角度θ及び
移動距離Ｍのデータをもらう（ステップ４０６）。

【００１７】次に、コントローラ６は車体１の旋回中心
Ｚの位置を演算で求める（ステップ４０８）。ここで、
三角形５・２ａ・２ｂの基準点５が目的位置５’に移動
するときの回転中心Ｚ点は、基準点５と目的位置５’の
中心点から延ばした垂線と駆動輪の位置２ａ，２ｂの延
長線が交わる点である。

【００１８】次に、以下に述べるような方法で、コント
ローラ６は車体１の旋回量θxを求める（ステップ４１
０）。

【００１９】まず、駆動輪２ａ，２ｂと基準点５の前後
方向のいずれをＨとすると、駆動輪２ａ，２ｂの中心点
の移動回転半径（ＳＺ）は、図３中の三角形５ＡＢの辺
５Ｂと三角形ＢＣＺの辺ＣＺの和である。 辺５Ｂ＝Ｍ／２＊ｃｏｓｅｃθ で求められる。 辺ＺＣ＝Ｈ＊ｃｏｔθで求められる。 辺ＳＺ＝辺５Ｂ＋辺ＣＺ ＝Ｍ／２＊ｃｏｓｅｃθ＋Ｈ＊ｃｏｔθ ＝Ｍ＊ｃｏｓｅｃθ／２＋Ｈ＊ｃｏｓθ／ｓｉｎθ ＝（Ｍ＋２Ｈ＊ｃｏｓθ）／（２＊ｓｉｎθ） で求められる 。

【００２０】よって駆動輪２ａの移動回転半径は、辺２
ａＺ＝辺ＳＺ＋辺２ａ２ｂ／２となり、駆動輪２ｂの移
動回転半径は、辺２ｂＺ＝辺ＳＺ−辺２ａ２ｂ／２で求
められる。

【００２１】また、移動角度及び移動後の車体角はθＸ
＝θＹ＝θＺ で求められる。 ここで、θＹ＝ARCTAN((H+Mcosθ)/(辺SZ-Msinθ)) ＝ARCTAN((H+Mcosθ)/(((M+2Hcosθ)/(2sinθ))-Msinθ)) ＝ARCTAN((H+Mcosθ)/((M+2Hcosθ-2Msinθ*sinθ)/2sinθ)) ＝ARCTAN((2sinθ(H+Mcosθ)/((M+2Hcosθ-2M(1-cosθ*cosθ))) ＝ARCTAN((2sinθ(H+Mcosθ))/(2cosθ(H+Mcosθ)-M)) また、 θＺ＝ARCTAN(H/辺SZ) ＝ARCTAN(H/((M+2Hcosθ)/2sinθ)) ＝ARCTAN(2Hsinθ/(M+2cosθ)) 次に、左右の後輪の回転量Ｒ、Ｌを求める（ステップ４
１２）。基準点５を目的位置５’に移動させるときの右
車輪の移動距離（Ｒ）は、辺2b2を半径とする円周上を
θＸだけ移動するので、Ｒ＝2*辺2bZ*π*θX/360 で求
められる。

【００２２】又、左車輪の移動距離（Ｌ）は、辺2aZを
半径とする円周上をθＸだけ移動するので、 Ｌ＝2*辺
2aZ*π*θX/360 で求められる。

【００２３】次に、回転量の多い方を主輪、少ない方を
従輪とし（ステップ４１４）、主輪、従輪を設定速度で
回転させる（ステップ４１６）。

【００２４】さらに、従輪の回転量を検出し、計算値と
比較し、多いときは従輪の回転を停止、少ないときは回
転させ、この処理を主輪が設定量の回転をするまで繰り
返し、主輪が設定量だけ回転したら主輪を停止させる
（ステップ４１８〜４２２）。

【００２５】続いて、従輪を回転させ、後輪が設定量だ
け回転したら従輪を停止させる（ステップ４２４〜４２
８）。

【００２６】なお、右前方へ移動する場合は、上記ステ
ップ４１２におけるＲ，Ｌの計算で問題なく移動する
が、それ以外の方向の場合、移動はするが、無人搬送車
としては、不自然な動きになってしまう。すなわち、旋
回に近い動作をする。

【００２７】そこで、このような場合、 進行方向が９０°より小さければ、そのまま計算す
る。 進行方向が９０°＜θ＜１８０°の時は、（１８０°
−θ）をθに置き換え計算し、左右後輪を共に逆転させ
る。

【００２８】進行方向が２７０°＜θ＜３６０°の時
は、（３６０°−θ）をθに置き換え計算し、左後輪の
回転量と右後輪の回転量を入れかえて共に正転させる。

【００２９】進行方向が１８０°＜θ＜２７０°の時
は、（θ−１８０°）をθに置き換え計算し、左後輪の
回転量と右後輪の回転量を入れかえて共に逆転させる。

【００３０】すなわち、右後方へ移動する場合、（１８
０°−走行方向）を走行方向に置き換え同じ計算を行
い、左右の車輪を逆に回転させ移動させると、基準点５
を後退により目的位置５’に移動させる事が出来る。

【００３１】又、左前方へ移動するときは、（３６０°
−走行角度）を走行角度に置き換え、計算を行い左右輪
の移動量を逆にして移動させると基準点５を目的位置
５’に移動させる事が出来る。

【００３２】又、左後方に移動するときは、（走行方向
−１８０°）を走行方向に置き換え、同じ計算を行い、
左右輪の移動量を逆にし、車輪も逆に回転させる事と後
退左折により、基準点５を目的位置５’に移動させる事
が出来る。

【００３３】このようにして、駆動輪２ａ，２ｂを移動
距離Ｒ及びＬだけ上記の方法で回転させることにより基
準点５が目的位置５’へ移動する。但し、このとき駆動
輪２ａ（２ｂ）は、２ｂ（２ａ）に対し一定の割合で回
転しなければならない。

【００３４】通常はこのような場合、駆動用モ−タ−３
ａ，３ｂにサ−ボ系のシステムを構成しそれぞれ、速度
コントロ−ルにより一定速度で回転させる方式は一般的
である。

【００３５】本発明の場合、駆動源としてバッテリ−を
使用している為に、電力の消費を抑える事と、駆動輪２
ａ，２ｂの回転割合を更に正確に保つために、上記ステ
ップ４１４以下に示したような処理フローとした。

【００３６】すなわち、駆動輪２ａ，２ｂのうち、移動
距離が多い方を主輪、少ない方を従輪とし、従輪／主輪
の移動量の割合を予め演算により求めておき、主輪及び
従輪用の駆動モ−タ−３ａ，３ｂを指定された速度で回
転させる。このとき主輪の回転数をエンコ−ダ４ａ（４
ｂ）により読みとり、その値と割合（従輪／主輪）とを
乗じた値と、従輪のエンコ−ダ４ｂ（４ａ）を比較し、
従輪の回転量が多い場合は従輪の駆動モ−タ−３ａ（３
ｂ）の回転をＯＦＦにし、少ない場合はＯＮにする事を
高速に繰り返す事により、主輪・従輪の回転割合を常に
理想に近い状態に保つ事が出来る。

【００３７】又、直進の場合駆動モ−タ−３ａ，３ｂを
指定された速度で回転させ、回転数をエンコ−ダ４ａ，
４ｂで読みとり、回転量が多い方の駆動モ−タ−の回転
をＯＦＦさせる事を高速で繰り返す事により左右の駆動
輪２ａ，２ｂの回転量を常に同じにする事が出来る。

【００３８】この方式の場合、無人搬送車を移動させる
のに必要最小限の電力ですみ、バッテリ−の消費を抑え
る事が出来る。

【００３９】なお、上記ステップ４１４以下で、進行方
向が前進のみか後退のみの場合は問題ないが、前進から
後退・後退から前進に切り替えるとき、途中で自在キャ
スター５が回転するために車体１の位置がずれてしま
う。これは、キャスターの回転が制御システムで関知し
ないときに発生するために起こる現象であり、ズレ分の
補正が不可能である。

【００４０】そこで、上記ステップ４１４以下の処理の
前に、この補正を行うのが望ましい。この補正を図５，
図６で説明する。なお、図の例は、自在キャスターが左
右５ａ，５ｂの２個有るが、一個の場合と何ら変わると
ころは無い。補正に当たっては、図６（Ａ）の状態か
ら、車体１の方向転換をして強制的にキャスター５を回
転させるべく、図６（Ｂ）のように左右どちらかの駆動
輪２ａ，２ｂを先にキャスター５が真横の向きになるま
で回転させる。その結果、車体は１’の位置に移動す
る。その後図６（Ｃ）に示すように、もう一方の駆動輪
を同じだけ回転させキャスターを先に回転させる。その
結果、車体は１”の位置に移動する。

【００４１】図５において、 駆動輪２ａ，２ｂの間隔を ＰＷ（mm） 駆動輪の中心とキャスター５軸中心との距離を Ｈ（mm） キャスター５軸中心と取付け軸中心の距離を ｅ（mm） 旋回による車体の旋回角を θａ 車体の前へのずれを ｘ（mm） 車体の左（右）へのずれを ｙ（mm）とすると、 θａ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｈ／（ｈ−ｅ）） ｘ＝ＰＷ−ＰＷｃｏｓθａ ｙ＝ＰＷｓｉｎθａ これにより、方向転換時の車体１のずれｘ，ｙが計算で
求められ、それ以降走行するときに補正することによ
り、正確な位置制御が可能になる。

【００４２】この方法は、ベッド・ワゴン等比較的簡単
な移動装置に採用すると、前輪制御が不要であるため
に、低コスト化ができると共に、小電力化が実現できる
ため、様々な用途で利用可能である。

【００４３】なお、本発明は前輪駆動方式の無人搬送車
にも適用できることは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、駆動源としてバッテリ
−を使用した無人搬送車において、搬送車の基準点を任
意の目的位置に移動させ、移動後所定の車体角を得るこ
とができる。特に、主輪・従輪の回転割合を常に理想に
近い状態に保つ事が出来る。

【００４５】この方式の場合、無人搬送車を移動させる
のに必要最小限の電力ですみ、バッテリ−の消費を抑え
る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る無人搬送車の車体１の
裏面を概念的に示す図である。

【図２】図１のコントローラの構成を示す図である。

【図３】図１のコントローラによる車体の制御動作を説
明するための車体位置関係図である。

【図４】図１のコントローラによる車体の制御動作を示
す制御フローである。

【図５】進行方向を前進・後退いずれかに切り替えると
きの車体位置のずれ補正の説明図である。

【図６】図５の車体位置のずれ補正の動作説明図であ
る。

【符号の説明】

１…車体、２ａ，２ｂ…駆動輪、３ａ，３ｂ…直流モ−
タ−、４ａ、４ｂ…ロータリーエンコ−ダ、５…自在キ
ャスター（補助輪）、６…コントローラ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体の左右対称位置に取付けられた一対の
   駆動輪と、補助輪と、バッテリーを動力源とし該駆動輪
   を駆動させるため直流モ−タ−と、前記駆動輪の回転数
   を検出するロータリーエンコ−ダと、制御情報及び前記
   エンコーダの出力信号に基づき前記直流モ−タ−の回転
   パルス及び回転方向を指令値として出力するコントロー
   ラとを備えた自律走行式無人搬送車における走行制御方
   法おいて、 前記コントローラは、前記制御情報として車体の進行方
   向の移動角度θ及び移動距離Ｍを入手し、前記制御情報
   に基づいて前記車体上の基準点の旋回中心Ｚの位置を求
   め、次に、前記基準点を目的位置まで移動させるために
   必要な前記駆動輪の回転量Ｒ、Ｌを演算により求め、該
   回転量の多い方を主輪、少ない方を従輪とし、従輪／主
   輪の回転割合を予め計算により求め、該主輪、従輪を設
   定速度で回転させ、さらに、前記従輪の回転量を検出
   し、これを前記回転割合と比較して該割合より多いとき
   は前記従輪の回転を停止、少ないときは回転させ、この
   処理を前記主輪が前記設定の回転量に達するまで繰り返
   し、前記主輪が前記設定の回転量に達したら該主輪を停
   止させ、続いて、前記従輪を回転させ、該従輪が前記設
   定量だけ回転したら該従輪を停止させることにより前記
   基準点を前記目的位置に移動させることを特徴とする自
   走行式無人搬送車における走行制御方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の自走行式無人搬送車におけ
   る走行制御方法において、 前記車体の右前方向の移動角度をθ、前記駆動輪と前記
   基準点の前後方向のずれをＨ、前記右駆動輪の移動回転
   半径を辺ａZ、前記左駆動輪の移動回転半径を辺bZと
   し、前記車体の移動角度及び移動後の車体角を、θＸ＝
   ARCTAN(2Hsinθ/(M+2cosθ))としたとき、前記基準点を
   右前方の前記目的位置に移動させるときの前記右駆動輪
   の移動距離Ｒを、Ｒ＝2*辺2bZ*π*θX/360、前記左駆動
   輪の移動距離Ｌを、Ｌ＝2*辺2aZ*π*θX/360で求めるこ
   とを特徴とする自走行式無人搬送車における走行制御方
   法。
3. 【請求項３】請求項２記載の自走行式無人搬送車におけ
   る走行制御方法において、 前記車体の進行方向の移動角度θが、９０°＜θ＜１８
   ０°のときは、（１８０°−θ）をθに置き換えて前記
   演算を行い、前記左右の駆動輪を共に逆転させ、前記基
   準点を後退により右後方の前記目的位置に移動させるこ
   とを特徴とする自走行式無人搬送車における走行制御方
   法。
4. 【請求項４】請求項２記載の自走行式無人搬送車におけ
   る走行制御方法において、 前記車体の進行方向の移動角度θが、２７０°＜θ＜３
   ６０°の時は、（３６０°−θ）をθに置き換えて前記
   演算を行い、前記左右の駆動輪の回転量を入れかえて共
   に正転させることにより、前記左右の駆動輪の移動量を
   逆にして移動させ前記基準点を左前方の前記目的位置に
   移動させることを特徴とする自走行式無人搬送車におけ
   る走行制御方法。
5. 【請求項５】請求項２記載の自走行式無人搬送車におけ
   る走行制御方法において、 前記車体の進行方向の移動角度θが、１８０°＜θ＜２
   ７０°の時は、（θ−１８０°）をθに置き換えて前記
   演算を行い、前記左右の駆動輪の回転量を入れかえて共
   に逆転させて、前記左右の駆動輪の移動量を逆にし、該
   駆動輪を逆に回転させることにより、前記基準点を左後
   方の目的位置に移動させるを特徴とする自走行式無人搬
   送車における走行制御方法。