JP2017161970A - 誘導マーカ及び移動体システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の移動状況を表す指標を取得可能な誘導マーカ、及びこの誘導マーカを含む移動体システムを提供すること。【解決手段】複数のセンサが所定の間隔を空けて車幅方向に配列されたセンサユニットを備える移動体を誘導するために予定された走行経路に沿って配置され、前記センサユニットを構成する各センサが個別に検出可能な誘導マーカ５は、テーパー形状の頂点を形成して交わる直線的な２辺５１１を有し、走行経路上にテーパー形状の頂点が位置すると共に、走行経路の経路方向に対して直線的な２辺５１１が同じ角度で斜行するように配置可能である。【選択図】図４

Description

本発明は、誘導マーカを検出しながら移動体が移動するシステムに関する。

従来より、工場内等に設定された走行経路内で無人の搬送車等の移動体を移動させることで、部品や製品等を目的の場所に運ぶための移動体システムが知られている。このような移動体システムを導入すれば、例えば工場内で部品や製品等を搬送する作業を自動化でき作業効率を向上できる。

移動体システムとしては、例えば、磁気的あるいは光学的に検出可能な誘導マーカが離散的に配設されたフロア（走行床面）を移動する移動体のシステムがある（例えば下記の特許文献１参照。）。この移動体システムは、フロアに離散的に配置された誘導マーカを検出しながら誘導マーカを伝って移動する移動体を含んで構成されている。この移動体システムでは、例えば、ある誘導マーカの設置ポイントで右に９０度ターンして前進し、次のマーカをそのまま通過して前進・・・といった内容のティーチデータが移動体に教示されている。

特開平１０−１４７４０５号公報

しかしながら、上記従来の移動体システムでは次のような問題がある。すなわち、例えば、ある誘導マーカに対する移動体の進入角度にずれがあると、その誘導マーカの設置ポイントで右に９０度ターンして前進する方向にも角度的なずれが生じ、その角度的なずれが前進に応じて次第に大きくなって次のマーカを見失うおそれがあるという問題がある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、移動体の移動状況を表す指標を取得可能な誘導マーカ、及びこの誘導マーカを含む移動体システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、複数のセンサが所定の間隔を空けて車幅方向に配列されたセンサユニットを備える移動体を誘導するために予定された走行経路に沿って配置され、前記センサユニットを構成する各センサが個別に検出可能な誘導マーカであって、
当該誘導マーカの外縁をなす辺の中には、テーパー形状の頂点を形成して交わる直線的な２辺が含まれており、
前記走行経路上に前記テーパー形状の頂点が位置すると共に、前記走行経路の経路方向に対して前記直線的な２辺が同じ角度で斜行するように配置可能な誘導マーカにある（請求項１）。

本発明の一態様は、前記一態様の誘導マーカを含む移動体システムであって、
前記移動体は、前記センサユニットの各センサによる前記誘導マーカの検出結果を取得して、前記走行経路の経路方向に対する進行方向の角度的なずれ、及び前記走行経路に対する前記移動体の車幅方向の位置的なずれを演算する演算手段を備えている移動体システムにある（請求項４）。

本発明に係る誘導マーカを利用すれば、前記走行経路の経路方向に対する移動体の進行方向の角度的なずれや、前記移動体の車幅方向の位置的なずれを移動体側で演算可能である。この誘導マーカを含む移動体システムでは、前記誘導マーカを利用して前記移動体の進行方向の角度的なずれや位置的なずれを演算でき、これにより移動体の移動精度を向上できる。

実施例１における、移動体システムの説明図。 実施例１における、移動体の一例である搬送車の構成図。 実施例１における、誘導マーカの正面図。 実施例１における、センサユニットの説明図。 実施例１における、搬送車の進行方向の角度的なずれ等の演算方法の説明図。 実施例１における、他の誘導マーカの正面図。 実施例２における、誘導テープの正面図。 実施例２における、誘導テープをセンサユニットが検出する様子を示す説明図。 参考例の誘導テープをセンサユニットが検出する様子を示す説明図。

本発明の好適な態様について説明する。
なお、走行経路上に頂点が位置するとは、走行経路の中心線に沿って頂点が位置することを意味している。前記走行経路は、例えば移動体が収まる幅を有するものではなく、経路を表す幅のない線を意味している。

本発明に係る誘導マーカでは、前記移動体の進入側及び離脱側に、それぞれ、前記直線的な２辺が配置されていると良い（請求項２）。
この場合には、移動体が前記誘導マーカに進入する際、及び離脱する際の両方のタイミングで、移動体の進行方向の角度的なずれ等を演算可能になる。例えば、誘導マーカの設置ポイントで９０度ターンするような場合、そのターン動作において回転角度の過不足やターン中の位置ずれ等が起こり得る。進入する際に加えて離脱する際にも進行方向の角度的なずれ等を演算できれば、ターン動作中に生じた制御上の誤差を検出でき、その後の移動制御に活用して移動精度を向上できる。

前記誘導マーカでは、前記直線的な２辺が９０度おきに設けられ、全体として十字形状をなしていると良い（請求項３）。
この場合には、前記誘導マーカを中心とした４方向における前記移動体の進入あるいは離脱に対応できる。

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、誘導マーカ５を検出しながら移動する搬送車１を含む移動体システム１０に関する例である。この内容について、図１〜図６を用いて説明する。
図１の移動体システム１０は、移動体の一例である搬送車１が工場内を自律的に移動するシステムの例である。この移動体システム１０では、搬送車１が移動する工場のフロア面５０に設定された走行経路に沿って離散的に誘導マーカ（磁気マーカ）５が配置されている。搬送車１は、誘導マーカ５を伝うように移動し自動車部品等のワークを搬送する。

例えば、図１の移動体システム１０では、搬送車１がスタート地点を出発した後、１つ目の誘導マーカ５Ａを直進して２つ目の誘導マーカ５Ｂの設置位置で右に９０度ターンして直進し、３つめの誘導マーカ５Ｃの設置位置で左に９０度ターンして直進し、４つ目の誘導マーカ５Ｄを直進してゴール地点に到達するという走行経路１０Ｒが設定されている。

搬送車１は、図２のように、逆回転を含めて個別の回転制御か可能な左右の駆動輪１００と、２つの自在車輪（フリーキャスター）１０１を備える移動体である。例えば左右の駆動輪１００を逆向きに回転すれば、その場でのスピンターンにより搬送車１を回転できる。搬送車１の底面では、左右の駆動輪１００の前側に当たる位置にセンサユニット１２が取り付けられている。また、車体の内部には車両コントローラ１１やバッテリ等が収容されている。

図２及び図３のセンサユニット１２は、磁気マーカである誘導マーカ５が発生する磁気を検出する検出センサである。センサユニット１２では、図３に示すごとく、磁気検出素子（センサ）１２０が１０ｍｍ間隔（センサ分解能：Ｓｄ）で横方向に８個配列されている。センサユニット１２は、各磁気検出素子１２０の検出結果を１かゼロで表す８ビットの検出データを出力する。最下位のビットが進行方向に向かって右端の磁気検出素子１２０に対応し、最上位のビットが左端の磁気検出素子１２０に対応している。

図２の車両コントローラ１１は、左右の駆動輪１００を個別に回転制御する制御手段、センサユニット１２の検出データを一定周期で取り込む検出データ取得手段、走行経路１０Ｒに相対する自車の姿勢を表すデータを演算する演算手段、走行経路１０Ｒを示すティーチデータ（教示データ）を記憶する手段等としての機能を備える制御ユニットである。

記憶する手段が記憶するティーチデータは、上記のように１つ目の誘導マーカ５Ａ（図１参照。）を通過して２つ目の誘導マーカ５Ｂの設置位置で右に９０度ターンする等、搬送車１の走行経路１０Ｒを示す教示情報である。
演算手段は、センサユニット１２が出力する上記の８ビットの検出データを取得すると共に、上記の制御手段による駆動輪１００の回転角度から搬送車１の移動距離を計算し、走行経路１０Ｒに相対する自車の姿勢を表すデータを演算する。自車の姿勢を表すデータとしては、経路方向に対する進行方向の角度的なずれ、及び車幅方向の位置的なずれであるオフセットがある。なお、演算方法については後で詳しく説明する。

本例の移動体システム１０では、誘導マーカ５の形状に技術的な特徴のひとつがある。誘導マーカ５は、図４のように、上下左右に向けて鋭角に突出する４箇所のテーパー形状（くさび形状）を有し全体として十字型の形状を呈している。４箇所のテーパー形状は全て同じ形状をなし、誘導マーカ５は、十字に直交する中心線５０１を介して上下左右に線対称の形状となっている。各テーパー形状の大きさは根元側の幅が７０ｍｍ、突出長さが１３０ｍｍであり、誘導マーカ５全体では、直径３３０ｍｍの円に内接する大きさとなっている。

誘導マーカ５は、上記の十字に直交する中心線５０１が走行経路１０Ｒ（図１）の経路方向１０Ｄｒに沿うように配置される（図５参照。）。したがって、搬送車１は、誘導マーカ５に接近する際にはテーパー形状の先端側から誘導マーカ５に進入し、誘導マーカ５を通過する際にはテーパー形状の先端側に離脱する。誘導マーカ５をテーパー状の外縁をなす辺のうち、テーパー形状をなして交差する直線的な２辺５１１は、上記の中心５０１上で交わると共に中心線５０１に対して同じ角度で斜行している。

車両コントローラ１１（図２）の演算手段は、センサユニット１２が出力する上記の８ビットの検出データを利用して、走行経路１０Ｒに対する進行方向の角度的なずれ、走行経路に対する位置的なずれを演算する。この演算処理の内容について、図５を参照しながら説明する。

図５では、楽譜の五線譜のような８本の等間隔の横線を示している。この横線は、センサユニット１２の各磁気検出素子１２０（Ｓ１〜Ｓ８）の軌跡を表している。以下の説明では、進行方向に向かって右端の磁気検出素子１２０をＳ１とし、左側に向けてＳ２、Ｓ３、Ｓ４・・・とする。図面中の右側から左側に食い込むように図示されたテーパー形状は誘導マーカ５の一部を示している。上記の通り、誘導マーカ５は、予定された走行経路１０Ｒの経路方向１０Ｄｒに対してテーパー形状の中心線５０１が沿うように設置されている。このような設置では、誘導マーカ５のテーパー形状の頂点が走行経路１０Ｒ（経路方向１０Ｄｒ）上に位置し、経路方向１０Ｄｒに対して２辺５１１Ｌ、Ｒが同じ角度をなして斜行することになる。

図５の例は、走行経路１０Ｒの経路方向１０Ｄｒに対して、搬送車１の矢印で図示する進行方向１Ｄｒが角度的に０．５度ずれているときの例である。
センサユニット１２を構成する各磁気検出素子１２０は、誘導マーカ５のテーパー形状を形成する２辺５１１と、五線譜のような磁気検出素子１２０（Ｓ１〜Ｓ８）の軌跡と、の交点で誘導マーカ５の検出状態に切り替わる。演算手段は、各磁気検出素子１２０に対応するビットデータで構成される８ビットの検出データを取得し、各ビットのビットデータの０から１への立ち上がりにより検出状態への切り替わりを検知する。

搬送車１が誘導マーカ５に接近すると、テーパー形状をなす２辺５１１のうちの進行方向に向かって左側に位置する辺５１１Ｌが形成する左側テーパー部については、Ｓ５が一番最初に検出状態となり（０→１への立ち上がり）、次にＳ６が検出状態に切り替わる（０→１）。進行方向に向かって右側に位置する辺５１１Ｒが形成する右側テーパー部については、Ｓ４が一番最初に検出状態となり（０→１）、次にＳ３が検出状態に切り替わる（０→１）。

演算手段は、上記のように左右の駆動輪１００の回転角度から計算した移動距離を利用して各磁気検出素子１２０が検出状態に切り替わったときの位置を特定し、これにより以下の（１）〜（３）の各データを計測する。さらに、演算手段は、これらのデータを利用して以下（４）〜（１１）の各データを演算する。

（１）左側変化点間隔（ＤＳＬ）：左側テーパー部について、最初に磁気検出素子Ｓ５が検出した位置と、２番目に磁気検出素子Ｓ６が検出した位置と、の距離。同図中の丸囲み数字１の３８．５６ｍｍ。
（２）左右位相差（ＰｈＬＲ）：左側テーパー部を最初に磁気検出素子Ｓ５が検出した位置と、右側テーパー部を最初に磁気検出素子Ｓ４が検出した位置と、の距離。同図中の丸囲み数字２の２１．５１ｍｍ。
（３）右側変化点間隔（ＤＳＲ）：右側テーパー部について、最初に磁気検出素子Ｓ４が検出した位置と、２番目に磁気検出素子Ｓ３が検出した位置と、の距離。同図中の丸囲み数字３の４１．５３ｍｍ。

（４）左側角度（ＤｅｇＬ）：左側テーパー部をなす５１１Ｌ辺と、搬送車１の進行方向と、のなす角度。同図中の丸囲み数字４の角度。
ＤｅｇＬ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓｄ/ＤＳＬ)＝１４．５４度
（５）右側角度（ＤｅｇＲ）：右側テーパー部をなす辺５１１Ｒと、搬送車１の進行方向と、のなす角度。同図中の丸囲み数字５の角度。
ＤｅｇＲ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓｄ／ＤＳＲ）＝１３．５４度
（６）進行方向角度ずれ（ＤｅｇＯＳ）：テーパー形状の中心線５０１（走行経路の経路方向１０Ｄｒに一致。）に対する搬送車１の進行方向の角度的なずれ。同図中の丸囲み数字６の角度。
ＤｅｇＯＳ＝｜ＤｅｇＬ−ＤｅｇＲ｜／２＝０．５度
（７）計測開始点の右側交点オフセット（ＯＦＲ）：同図中の丸囲み数字７の位置的なずれ。
ＯＦＲ＝ｔａｎ（ＤｅｇＲ)×ＰｈＬＲ＝５．１８ｍｍ
（８）位相検出点の左側オフセット（ＯＦＬ）：同図中の丸囲み数字８の位置的なずれ。
ＯＦＬ＝ｔａｎ（ＤｅｇＬ）×ＰｈＬＲ
＝ｔａｎ（１４．５４）×２１．５１＝５．５８ｍｍ
（９）先端オフセット（ＯＦＴＯＰ）：同図中の丸囲み数字９の位置的なずれ。
ＯＦＴＯＰ＝（Ｓｄ−ＯＦＲ）／（ＯＦＲ＋ＯＦＬ）×ＯＦＬ
＝（１０−５．１８）／（５．１８＋５．５８）×５．５８＝２．５ｍｍ
（１０）マーカ先端位置（ＰｏＴＯＰ）：誘導マーカ５が検出された最先の位置と、誘導マーカ５の先端の位置と、の距離。同図中の丸囲み数字１０の距離。
ＰｏＴＯＰ＝ｔａｎ（９０−ＤｅｇＬ）×ＯＦＴＯＰ
＝ｔａｎ（９０−１４．５４）×２．５＝９．６４ｍｍ
（１１）任意位置でのオフセット（ＯＦＳＡ）：任意の進行方向の位置における車幅方向の位置的なずれ。
ＯＦＳＡ＝ｔａｎ（ＤｅｇＯＳ）×（ＰｏＴＯＰ＋任意の長さ）
例えばＳ６が検出状態に切り替わったときの位置でのオフセット（ＯＦＳＡ）は、同図中の丸囲み数字１１の位置的なずれとなる。誘導マーカ５が検出された最先の位置と、磁気検出素子Ｓ６が検出状態に切り替わったときの位置と、の長さが３８．５６ｍｍであるから、
ＯＦＳＡ＝ｔａｎ（０．５）×（９．６４＋３８．５６）＝０．４２ｍｍ
となる。

以上のように図４のテーパー形状を備える誘導マーカ５を採用すれば、センサユニット１２を利用して進行方向の角度的なずれや、車幅方向の位置的なずれを搬送車１側で演算可能となる。車幅方向に磁気検出素子１２０が配列されたセンサユニット１２は、磁気テープや磁気マーカ等を追従する搬送車１が通常、備えるセンサである。この誘導マーカ５を採用した移動体システム１０であれば、センサユニット１２のほかに新たなセンサを追加することなく、進行方向の角度的なずれや車幅方向の位置的なずれを演算等できるようになり、コスト的に非常に有利である。

誘導マーカ５として、磁気マーカを例示したが、色や反射率などにより光学的に検出可能なマーカであっても良いし、電磁気的に検出可能なマーカであっても良い。センサユニットがマーカを検出する原理はどのような原理であっても良い。センサユニットの車幅方向において間隔を空けて配列された複数のセンサが個別に検出できるマーカであれば良い。センサユニットを構成するセンサについても磁気検出素子に限定されず、誘導マーカの検出原理に対応するセンサを採用すれば良い。

誘導マーカの形状については、図４の十字形状には限定されない。例えば、図５に例示するように、走行経路１０Ｒの経路方向に沿って対角線が位置するように４５度傾けた正方形等であっても良い。搬送車１が直進する誘導マーカであれば両側にテーパー形状を持つ菱形であっても良い。
テーパー形状の頂角の角度として図４では鋭角を例示したが、図５に例示する直角であっても良く、９０度を超える鈍角であっても良い。

（実施例２）
本例は、菱形が連なる誘導テープ５０を採用した移動体システムの例である。この内容について、図７〜図９を参照して説明する。
図７の誘導テープ５０は、菱形が連なる磁気テープであり、各菱形の両側にはテーパー形状が形成されている。この誘導テープ５０を採用した移動体システムでは、搬送車の進行方向の角度的なずれを早期に検出可能である。

図８及び図９では、走行経路の経路方向１０Ｄｒに沿うように配設された誘導テープ５０の中心線５０１に対して、搬送車の進行方向１Ｄｒが２度ずれている場合のセンサユニットの検出データを例示している。これらの図では、センサユニットとして車幅方向に配列された８つの磁気検出センサによる時間毎の検出位置が、板チョコのブロックのように図示されている。各ブロックのうち、白抜きのブロックが非検出状態の検出位置を示し、ハッチングのブロックが検出状態の検出位置を示している。

図８の誘導テープ５０の場合であれば、進行方向に向かって左側の左側テーパー部では、検出状態の磁気検出素子が１個増減するのに４２．２７ｍｍの移動を要し、右側テーパー部では６１ｍｍの移動を要している。一方、図９に参考例として例示するテープ幅が一定の誘導テープ（磁気テープ）９の場合には、検出状態の磁気検出素子が１個増減するのに２８３．３６ｍｍの移動が必要となっている。

つまり、図７及び図８の菱形が連なる誘導テープ５０の場合であれば、実施例１で説明した演算により１００ｍｍに満たない移動距離の範囲内で搬送車の進行方向の角度的なずれを演算あるいは検出できる。一方、図９の参考例の誘導テープ９の場合には、搬送車の進行方向の角度的なずれを検出するために最低２８３．３６ｍｍの移動を要する。

このように、本例の図７及び図８の誘導テープ５０を採用すれば、搬送車の進行方向のずれを早期に検出できる。制御上では、搬送車の進行方向を制御するための制御上のムダ時間が少なくなるため、制御性を向上できる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

１ 搬送車（移動体）
１Ｄｒ 進行方向
１０ 移動体システム
１０Ｒ 走行経路
１０Ｄｒ 経路方向
１１ 車両コントローラ（演算手段）
１２ センサユニット
１２０ 磁気検出素子
５ 誘導マーカ（磁気マーカ）
５０ 誘導テープ
５０１ 中心線
５１１ 辺

Claims (4)

1. 複数のセンサが所定の間隔を空けて車幅方向に配列されたセンサユニットを備える移動体を誘導するために予定された走行経路に沿って配置され、前記センサユニットを構成する各センサが個別に検出可能な誘導マーカであって、
   当該誘導マーカの外縁をなす辺の中には、テーパー形状の頂点を形成して交わる直線的な２辺が含まれており、
   前記走行経路上に前記テーパー形状の頂点が位置すると共に、前記走行経路の経路方向に対して前記直線的な２辺が同じ角度で斜行するように配置可能な誘導マーカ。
2. 請求項１において、前記移動体の進入側及び離脱側に、それぞれ、前記直線的な２辺が配置されている誘導マーカ。
3. 請求項１又は２において、前記直線的な２辺が９０度おきに設けられ、全体として十字形状をなしている誘導マーカ。
4. 複数のセンサが所定の間隔を空けて車幅方向に配列されたセンサユニットを備える移動体を誘導するために走行経路に沿って配置され、前記センサユニットを構成する各センサが個別に検出可能な誘導マーカを含む移動体システムであって、
   前記誘導マーカが、請求項１〜３のいずれか１項に記載された誘導マーカであって、
   前記移動体は、前記センサユニットの各センサによる前記誘導マーカの検出結果を取得して、前記走行経路の経路方向に対する進行方向の角度的なずれ、及び前記走行経路に対する前記移動体の車幅方向の位置的なずれを演算する演算手段を備えている移動体システム。

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