無人搬送車
【課題】 複雑な制御を要することなく、予め路面に設定された走行ラインに沿って追従性良く走行することのできる無人搬送車を提供する。
【解決手段】 車両本体の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに基づいて求められる走行ライン上での移動速度ＶLから前後方向偏差ｘeを求め、これらの偏差に従って車両本体に対する進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrを求める。そしてこれらの指令値と、推定横行速度および推定旋回速度とに従って追従制御に必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る操舵角δy,δpを求めて、前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する。
【解決手段】 車両本体の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに基づいて求められる走行ライン上での移動速度ＶLから前後方向偏差ｘeを求め、これらの偏差に従って車両本体に対する進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrを求める。そしてこれらの指令値と、推定横行速度および推定旋回速度とに従って追従制御に必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る操舵角δy,δpを求めて、前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前輪および後輪をそれぞれ操舵して、予め路面に設定された走行ラインに沿って走行駆動される無人搬送車であって、特にその追従制御性を高めた無人搬送車に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等の敷地内において、予め路面に設定された走行ラインに沿って自動走行する無人搬送車は、特に重量物に対する搬送作業の省力化を実現する手段として注目されている。
この種の無人搬送車は、例えば走行距離センサ、操舵角センサおよび姿勢角センサ（ジャイロ）を備え、これらの各センサにより検出される自車の走行位置データと前記走行ラインのデータとから、前記走行ラインに沿って走行する為の目標姿勢角を求めて操舵制御するように構成される。この際、算出した目標姿勢角に達するまで、予め設定した走行距離毎に徐々に角度が変化する姿勢角指令を求めて操舵制御することで、積載重量に拘わることなく安定した走行を実現することが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
また予め路面に磁気誘導体を走行ライン（磁気ライン）として敷設しておき、無人搬送車に設けた磁気センサにて上記走行ライン（磁気誘導体）を検出して上記走行ラインからのずれ量（偏差）を求め、このずれ量とジャイロ等を用いて検出される車両本体の姿勢（車両の向き）とに基づいて操舵制御することで、該無人搬送車を走行ラインに沿って自動走行させることも提唱されている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２２１３２号公報
【特許文献２】特開２００２−３５１５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前輪および後輪をそれぞれ操舵可能な無人搬送車は、前輪側の操舵角と後輪側の操舵角とを独立に制御することで多様な走行が可能である。しかしその反面、その操舵制御が複雑化することが否めない。例えば前輪と後輪とに逆向きの操舵角δf,δrを与えた場合、無人搬送車はこれらの操舵角δf,δrの和によって規定される旋回半径にて旋回する。また前輪と後輪とに同じ向きの操舵角δf,δrを与えた場合、無人搬送車はこれらの操舵角δf,δrの差によって規定される旋回半径にて旋回すると共に、横方向への変位も生じる。特に前輪と後輪とに同じ向きで同じ操舵角δf,δrを与えた場合、無人搬送車は旋回することなく、その姿勢を維持したまま斜めに走行する。
【０００５】
従って無人搬送車を前述した走行ラインに沿って走行させるには、上述した車両本体の挙動を配慮して、例えば無人搬送車の上記走行ラインからのずれ量や該走行ラインに対する向き、更にはその走行速度に応じて、前輪および後輪をそれぞれ最適に操舵することが必要となる。具体的には、例えば車両本体の走行ラインに対するずれ量（横方向偏差）に応じて前輪の操舵角を決定した後、車両本体の姿勢（ヨー角偏差）に応じて上記前輪の操舵角を勘案しながら後輪の操舵角を決定すると言うような煩雑な制御が必要となる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複雑な制御を要することなく、予め路面に設定された走行ラインに沿って追従性良く走行することのできる無人搬送車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するべく本発明に係る無人搬送車は、前輪および後輪をそれぞれ操舵し、路面に設定された走行ラインに沿って走行駆動されるものであって、
(ａ) 前記走行ラインに対する車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、および走行速度Ｖをそれぞれ検出する検出手段と、
(ｂ) 前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度ＶLを求める射影手段と、
(ｃ) 前記車両本体に対する目標速度ｕdの積分値と前記車両本体の移動速度ＶLの積分値との差から前記走行ライン方向の前後方向偏差ｘeを求める距離差検出手段と、
(ｄ) 前記車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、前後方向偏差ｘe、および前記目標走行速度ｕdとから、前記車両本体に対する進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrをそれぞれ求める指令値演算手段と、
(ｅ) 前記横方向偏差ｙeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定する横行速度推定手段と、
(ｆ) 推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとに基づいて前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する操舵制御手段と
を具備したことを特徴としている。
【０００８】
好ましくは前記走行ラインが路面に敷設された磁気ラインである場合には、前記車両本体の横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeは、前記車両本体に設けられた前後一対のライン型磁気センサにてそれぞれ検出される前記車両本体の前輪側および後輪側における前記磁気ラインからの幅方向のずれ量ｅf,ｅrからそれぞれ求めるように構成される（請求項２）。また前記射影手段は、例えば前記車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに基づいて前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影するように構成される（請求項３）。
【０００９】
更に前記操舵制御手段は、例えば前記前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径Ｒ0と前記車両本体の走行速度Ｖとから該車両本体の旋回速度γを推定する旋回速度推定手段を備え、前記横行速度推定手段にて推定した横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を［０］とする第１の操舵角δyを求めると共に、前記旋回速度推定手段にて推定した旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を［０］とする第２の操舵角δpを求め、これらの第１および第２の操舵角δy,δpから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定するように構成される（請求項４）。
【００１０】
また好ましくは上記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求める演算手段は、前記車両本体の走行速度Ｖに応じて前記第１および第２の操舵角δy,δpに対する制御ゲインを変更するものであって、特に前記車両本体の走行速度Ｖが予め設定された定速走行速度Ｖ0以下の場合には、一定の制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求め、また前記車両本体の走行速度Ｖが前記定速走行速度Ｖ0を越える場合には、前記走行速度Ｖが大きくなるに従って小さく設定される制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求めるように構成される（請求項５）。
【００１１】
即ち、本発明に係る無人搬送車は、図１にその処理概念を示すように
車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeと、前記車両本体の走行速度Ｖとをそれぞれ検出し（検出手段ａ）、前記横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに基づいて前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度を求めると共に（射影手段ｂ）、この移動速度の積分値と目標速度ｕdの積分値との差から前記車両本体の前記走行ライン方向における前後方向偏差ｘeを求める（距離差検出手段ｃ）。
【００１２】
そして上述した如く求められた前記横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe，および前後方向偏差ｘeと、前記車両本体に対する目標走行速度ｕdとから、前記走行ラインに対する追従走行に必要な前記車両本体の走行制御指令値、具体的には進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrを、例えば
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
但し、Ｋx,Ｋy,Ｋpはそれぞれ正の制御ゲイン
として一義的に求める（指令値演算手段ｄ）。
【００１３】
その上で前記横方向偏差ｙeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定し（横行速度推定手段ｅ）、この推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する（操舵制御手段ｆ）ことを特徴としている。
尚、上記車両本体の旋回速度γについては、例えば前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径Ｒ0と前記車両本体の走行速度Ｖとから推定（旋回速度推定手段ｇ）するようにすれば良い。そして横行速度と旋回速度γとから操舵角δf,δrを決定するに際しては、例えば横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を［０］とする第１の操舵角δyを求める（第１の演算手段ｈ）と共に、旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を［０］とする第２の操舵角δpを求め（第２の演算手段ｉ）、これらの第１および第２の操舵角δy,δφから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを、
δf＝０.５δp＋δy , δr＝−０.５δp＋δy
としてそれぞれ求めるようにすれば良い。そしてこれらの各操舵角δf,δrに従って前記前輪および後輪をそれぞれ操舵すると共に、前記進行速度指令値ｕrに従って前記車両本体の走行速度Ｖを制御するようにすれば良い。
【発明の効果】
【００１４】
上述した構成の無人搬送車によれば、車両本体の走行ラインに対する横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe，および前後方向偏差ｘeを求めることで、前記車両本体に対する目標走行速度ｕdに従って前記車両本体の走行制御に必要な進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および前記走行ラインに対する横行速度指令値νrをそれぞれ一括して計算することができる。その上で車両本体の挙動から推定される横方向速度および旋回速度に従い、上記横行速度指令値νrおよび旋回速度指令値γrとの偏差をそれぞれ［０］とする横変位制御系および旋回制御系を構築し、これらの各制御系を満足させ得る前輪および後輪の各操舵角δf,δrを一意に決定するだけで、走行ラインに沿った車両本体の安定した追従走行制御が可能となる。
【００１５】
従って従来のように車両本体の走行ラインに対する位置関係やその挙動等に応じて場合分けしながら前輪および後輪の操舵角やその操舵の向きを決定する必要がないので、その制御系の大幅な簡素化を図ることができる。特に、例えば車両本体の走行ラインに対するずれ量（横方向偏差）に応じて前輪の操舵角を決定した後、車両本体の姿勢（ヨー角偏差）に応じて上記前輪の操舵角を勘案しながら後輪の操舵角を決定すると言うような煩わしさがない等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る無人搬送車について、左右一対の前輪ＷFL,ＷFRおよび左右一対の後輪ＷRL,ＷRRをそれぞれ操舵可能に備えた４輪操舵型の車両を例に説明する。
尚、重量物搬送用の車両には、前輪および／または後輪をその前後方向にタンデム配列した、いわゆる多軸輪型のものもある。しかしタンデム配列された車輪については、等価的に１つの車輪（１軸）として捉えることができるので、ここでは多軸輪型の車両を含めて４輪操舵型の車両として説明する。また左右一対の前輪ＷFL,ＷFRおよび／または左右一対の後輪ＷRL,ＷRRをその車軸に複数の車輪を同軸に重ねて装着した、いわゆるダブルタイヤ等として実現する場合もある。これらの多重に装着された複数の車輪についても等価的に１つの車輪として看做すことができるので、ここでは多重に装着された車輪を含めて前輪および後輪として説明する。
【００１７】
さてこの無人搬送車は、図２にその概略構成を示すように車両本体１の前後に左右一対の前輪ＷFL,ＷFRおよび左右一対の後輪ＷRL,ＷRRを備えたもので、例えばバッテリにより駆動されるモータ（電動機）を動力源として走行駆動され、工場等の敷地内において予め設定された走行ラインＬに沿って自動走行するように構成される。特に上記各車輪ＷFL,ＷFR,ＷRL,ＷRRは、基本的には速度制御部２の制御の下で回転速度制御されて走行駆動されると共に、操舵制御部３の制御の下でその操舵角がそれぞれ制御されるようになっている。
【００１８】
ちなみに上記走行ラインＬは、予め路面に描いた白線や、路面に敷設した複数の磁性素子の並びがなす磁気ラインとして実現される。そして上記無人搬送車は、車両本体１の前輪側および後輪側にそれぞれ設けた前後一対のセンサ４f,４rを用いて後述するように前記走行ラインＬに対する車両本体１の幅方向へのずれ量ｅをそれぞれ検出し、これらの検出結果に基づいて自車両（車両本体）が上記走行ラインＬ上に位置付けられるように、その走行速度と操舵角とを制御するものとなっている。
【００１９】
具体的には上記各センサ４f,４rは、前記走行ラインＬが磁気ラインとして形成される場合、例えば図３に示すように上記磁気ラインＬからの磁力を検出する複数の磁気センシング素子を前記車両本体１の幅方向に所定のピッチｐで直線状に配列したライン型の磁気センサアレイとして実現される。これらの各センサ４f,４rは前記車両本体１の前輪側および後輪側において、センサアレイ中のどの位置の磁気センシング素子にて前記走行ラインＬからの磁力を検出し得るかを判定することで、車両本体１の上記走行ラインＬからの横方向のずれ量ｅを検出する役割を担う。そしてこれらの各ラインセンサ４f,４rにてそれぞれ検出された車両本体１の前輪側および後輪側における前記走行ラインＬからの横ずれ量ｅf,ｅrは、マイクロコンピュータ等を主体とする走行制御部５に入力され、前述した各車輪ＷFL,ＷFR,ＷRL,ＷRRの回転速度制御および操舵角制御に用いられるようになっている。
＜制御系の全体構成＞
図４は走行制御部５によって構築される無人走行車の全体的な制御系の構成を示している。
【００２０】
この走行制御部（制御系）５は上記各ラインセンサ４f,４rにてそれぞれ検出された車両本体１の前輪側および後輪側における前記走行ラインＬからのずれ量ｅf,ｅrに従って該車両本体１の前記走行ラインＬに対する横方向偏差（横ずれ量）ｙe、およびヨー角偏差（向きのずれ角）φeをそれぞれ求めるセンサ処理部１０を備える。またこの走行制御部（制御系）５は、前記車両本体１から検出される走行速度（実速度）Ｖと該車両本体１に対する目標速度ｕdとから前記走行ラインＬ上における車両本体１の移動速度ＶLを求め、更にこの移動速度から車両本体１の前記走行ラインＬに沿った移動距離を監視するデッドレコニング処理部２０を備える。このセンサ処理部１０およびデッドレコニング処理部２０は、図１を参照して説明した本発明における検出手段ａ、射影手段ｂ、および距離差検出手段ｃを実現するものである。
【００２１】
またこの制御系（走行制御部５）は、上述した如く求めた横方向偏差ｙe、向き偏差（ヨー角偏差）φe、および目標速度ｕdに従い、走行ラインＬに追従した走行制御に必要な進行速度指令ｕrと旋回速度指令γrとを求める軌道追従速度指令生成器３０を備える。この軌道追従速度指令生成器３０は、前述した指令値演算手段ｄに相当する。特にこの軌道追従速度指令生成器３０においては、旋回速度指令γrを横行成分νと旋回成分γとに分けて捉えることで、その制御指令値を
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
としてそれぞれ一括して求めるように構成される。
【００２２】
更にこの制御系（走行制御部５）は、上述した軌道追従速度指令生成器３０が生成した制御指令値ｕr,νr,γrに従い、特に上記制御指令値νr,γrを同時に満足する操舵指令値δy,δpをそれぞれ求め、更にこれらの操舵指令δy,δpを同時に満足する前輪および後輪に対する操舵角δf,δrをそれぞれ決定する速度制御器４０を備える。そしてこの速度制御器４０は、前述した速度制御指令値ｕrを車両本体１の走行速度Ｖを制御するモータ指令として前述した速度制御部２に出力すると共に、上述した如く求めた操舵角δf,δrを前述した操舵制御部３に出力するものとなっている。
【００２３】
車両本体１に組み込まれてモータの回転速度を制御するインバータ装置等からなる速度制御部２は、上記速度制御指令値ｕrに従って車両本体１の走行速度Ｖを制御し、また車両本体１に組み込まれて各車輪の操舵角を決定するシリンダを駆動する操舵制御部３は、上記操舵角δf,δrに従って前輪および後輪をそれぞれ操舵することで車両本体１の走行ラインＬに沿った自動追従走行が実現されることになる。
【００２４】
次に上述した制御系における上述したセンサ処理部１０での車両姿勢（横方向偏差ｙe,ヨー角偏差φe）の推定処理、デッドレコニング処理部２０での移動距離（移動速度ＶL）の推定処理、軌道追従速度指令生成器３０での速度制御指令値ｕr,νr,γrの生成処理、および速度制御器４０での操舵角δf,δrの決定処理について、それぞれ具体的に説明する。
＜車両姿勢の推定処理＞
車両本体１に設けられた前後一対のセンサ４f,４rは、前述したように車両本体１の幅方向に複数の磁気センシング素子を所定のピッチｐで直線状に配列したものからなる。そしてこれらの磁気センシング素子の内、図３に示すように走行ライン（磁気ライン）Ｌに対向する部位に位置付けられた磁気センシング素子だけが該走行ラインＬからの磁力を受けてその出力を変化させる。従ってセンサ４f,４rを構成する複数の磁気センシング素子の各出力を所定の閾値で弁別すれば、走行ライン（磁気ライン）Ｌ上に位置付けられた磁気センシング素子だけが走行ライン検出信号を出力することになる。
【００２５】
従ってピッチｐで配列されたＮ個の磁気センシング素子のうち、図３に示すように左からｉL番目の磁気センシング素子からｉR番目の磁気センシング素子にて走行ラインＬを検出した場合、走行ラインＬの中心線の位置ｅを
ｅ＝｛（ｉL＋ｉR）−（Ｎ＋１）｝・ｐ／２
として算出することが可能となる。つまり磁気センシング素子の配列ピッチｐの半分の分解能で前記走行ラインＬの中心線の位置ｅを検出することができる。また前記センサ４f,４rが車両本体１の中心軸を中心として左右対称に設けられているものとすれば、上述した如く検出される走行ラインＬの中心線の位置ｅは、取りも直さず車両本体１の前記走行ラインＬからの横方向へのずれ量を示すことになる。この結果、前後一対のセンサ４f,４rにて車両本体１の前輪側および後輪側における前記走行ラインＬからの横方向へのずれ量ｅf,ｅrがそれぞれ求められることになる。
【００２６】
ここで車両本体１の中心（重心）Ｏが前輪ＷFL,ＷFRおよび後輪ＷRL,ＷRRとの中心位置として定められるものとする。また前記一対の磁気センサ４f,４rは、上記車両本体１の中心Ｏから該車両本体１の前後方向にそれぞれ距離（ＬS／２）を隔てて、つまり前後一対のセンサ４f,４rが距離ＬSを隔てて上記中心Ｏに対して車両本体１の前後方向に対称に設けられているものとする。すると車両本体１の前輪側および後輪側において前記各センサ４f,４rにてそれぞれ求められた走行ラインＬからの横方向へのずれ量ｅf,ｅrから、図５に示すように車両本体１の走行ラインＬからの横ずれ量ｙeを
ｙe＝（ｅf＋ｅr）／２
として幾何学的に求めることが可能となる。
【００２７】
また車両本体１の走行ラインＬに対する傾き角度（ヨー角偏差）φeは、図５に示すように走行ラインＬに対してセンサ４f,４r間の離間方向（車両本体１の前後方向）によって規定される辺と、上記センサ４f,４rによりそれぞれ検出される横ずれ方向（車両本体１の幅方向）に規定される辺とにより形成される直角三角形の正接と看做し得るので、
φe＝tan-1｛（ｅf−ｅr）／ＬS｝
として求めることができる。
【００２８】
従って前後一対のセンサ４f,４rにて前輪側および後輪側における幅方向のずれ量ｅf,ｅrをそれぞれ検出したならば、これらのずれ量ｅf,ｅrに従って前記車両本体１の走行ラインＬに対する姿勢（ずれ量とその向き）を、横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeとしてそれぞれ検出することができる。故に従来のようにジャイロ等の姿勢角センサを用いて車両本体１の地表座標系に対する絶対的な向きを求めることなく、単に走行ラインＬに対する車両本体１の相対的な向きを車両座標系におけるヨー角偏差φeとして簡易に求めることができる。特に前後一対のセンサ４f,４rを用いて前輪側および後輪側における幅方向のずれ量ｅf,ｅrをそれぞれ検出するだけで良いので、そのセンシング系の大幅な簡素化と低コスト化を図ることができ、無人搬送車に組み込む上での実用上利点が多大である。
＜移動距離の推定＞
ところで上述した如く求めた横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに従って操舵制御しながら車両本体１を走行させた場合、その制御系の構成によっては操舵の追従遅れ等に起因して、例えば図６にその概念を示すように走行ラインＬに対して車両本体１の走行軌跡が破線ａとして示すように蛇行したり、或いは走行ラインＬの曲がりに対してアンダーステア（二点鎖線ｂ）やオーバーステア（一点鎖線ｃ）を生じて、その走行軌跡が走行ラインＬからずれることがある。このような走行ラインＬに対する蛇行やずれを生じながら車両本体１が走行した場合、例えば車輪径とその回転数とにより求められる車両本体１の走行距離と、走行ラインＬに沿った車両本体１の実質的な移動距離との間にずれが生じることが否めない。この為、車両本体１の走行距離に応じて該車両本体の停止位置を制御すると、目標停止位置に至る前に車両本体１が停止すると言う不具合が生じる。
【００２９】
そこで前記デッドレコニング処理部２０においては、横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに従って車両本体１の走行速度Ｖを前記走行ラインＬ上に射影することで、該走行ラインＬ上での車両本体１の移動速度ＶLを推定している。そしてこの移動速度ＶLを積分することで前記走行ラインＬ上での移動距離を求め、これによって上述した目標停止位置までの正確な追従走行を実現している。
【００３０】
例えば前述した走行ラインＬに対する蛇行は、微小時間におけるヨー角偏差φeに依存する車両本体１の上記ヨー角方向への走行として捉えることができる。従ってこの場合には、図７に示すように走行ラインＬに対して角度（ヨー角）φeをなす向きへの車両本体１の走行速度Ｖを上記走行ラインＬ上に射影すれば、該走行ラインＬ上での車両本体１の実質的な移動速度ＶLを
ＶL＝Ｖ・cosφe
として求めることができる。
【００３１】
また走行ラインＬに沿って旋回する場合には、オーバー／アンダーステアによって上記走行ラインＬに対して横方向偏差ｙeを生じながら該走行ラインＬに沿って走行していると看做すことができる。特に車両本体１の旋回速度がγであるとき、微小時間Δｔにおいて車両本体１が進む距離ΔＳは、
ΔＳ＝（Ｒ＋ｙe）・γ・Δｔ
として表すことができる。また微小時間Δｔにおける旋回運動による移動量は、直進運動による移動量に等しいと看做し得るので、微小時間Δｔに車両本体１が進む距離ΔＳは
ΔＳ＝Ｖ・Δｔ
としても表すことができる。従って図８に示すように走行ラインＬから偏差ｙｅのずれをもって旋回する車両本体１の走行速度Ｖを上記走行ラインＬ上に射影することで走行ラインＬ上での移動速度ＶLを、
ＶL＝Ｒ・γ＝Ｖ−ｙe・γ
であると推定することが可能となる。
【００３２】
尚、このような旋回走行は、前述したヨー角偏差φeを持ちながら生じることもある。従ってこの場合には、車両本体１の走行速度Ｖを上記走行ラインＬに平行で、且つ該走行ラインＬに対して横方向偏差ｙeを有する平行ライン上に一旦射影した後、この平行ラインに射影した速度を前記走行ラインＬ上に射影して移動速度ＶLを求めるようにすれば良い。
【００３３】
このようにして車両本体１の走行速度Ｖを、走行ラインＬに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに従って該走行ラインＬ上に射影し、これによって走行ラインＬ上での実質的な移動速度ＶLを求めれば、この移動速度ＶLを積分することによって走行ラインＬ上での車両本体１の移動距離を正確に評価することが可能となる。従ってデッドレコニングの手法を用いて車両本体１の走行距離を制御する場合であっても、その走行距離を正確に評価することが可能となるので、車両本体１をその目標停止位置に正確に停止させることが可能となる。
【００３４】
特に車両本体１の走行ラインＬに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに従って当該車両本体１の走行速度Ｖを走行ラインＬ上に射影すると言う簡単な手法だけで、走行ラインＬ上における実質的な移動速度ＶＬを正確に評価することができる。従って操舵制御遅れ等に起因する走行ラインＬに対する蛇行等の問題に拘わることなく、車両本体１の移動距離を高精度に把握することが可能となる。
＜追従制御指令＞
ところで走行ラインＬに沿って車両本体１を走行させるには、前述した走行ラインＬに対する車両本体１の横ずれ量を示す横方向偏差ｙeと、車両本体１の向き（角度）のずれ量を示すヨー角偏差φeとに従って、これらの横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeをそれぞれ［０］とするように前記速度制御部２および操舵制御部３を用いてその走行速度と操舵角とをそれぞれ制御することが必要である。
【００３５】
ちなみに従来より提唱されている非ホロノミック制御の手法による軌道追従制御は、専ら、或る時刻における絶対座標系での走行ラインＬ上の目標軌道の位置とその向きを［ｘd,ｙd,φd］とし、車両本体１の重心における絶対位置とその向きを［ｘ,ｙ,φ］としたとき、
【００３６】
【数１】
【００３７】
が成り立つことから、上記軌道を追従するに必要な進行速度指令ｕrと旋回速度指令γrとを
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
γr＝γd＋ｕd（Ｋy・ｙe＋Ｋp・sinφe）
として求めている。但し、上記ｕdは目標進行速度であり、またγdは目標旋回速度である。またＫx,Ｋy,Ｋpは、それぞれその制御ゲインである。しかし車両本体１の絶対位置とその向きを［ｘ,ｙ,φ］を取得するには、例えばジャイロ等の方位センサや、ＧＰＳ（全方位測位システム）等の位置検出センサが必要となり、その構成が複雑化することが否めない。
【００３８】
この点、この実施形態に係る無人搬送車においては前述したように車両座標系における横方向偏差ｙeと向き偏差（ヨー角偏差）φeとをそれぞれ求めている。また前後方向偏差ｘeについては前述した走行ラインＬ上での移動速度ＶLの積分値と目標進行速度ｕdの積分値の差として求めることができる。更に車両本体１の走行ラインＬに対する斜行を勘案すれば、上述した旋回速度指令γrについては横行と旋回とに分けて捉えることが可能である。従ってこれらの観点に立脚すれば、走行ラインＬに追従して走行するに必要な制御指令（進行速度指令値ｕr、横行速度指令値νr、および旋回速度指令値γr）を
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
としてそれぞれ一括に求めることが可能となる。
＜操舵角の決定＞
ところで上述した横行指令νrおよび旋回速度指令γrに基づいて横行速度と旋回速度とを制御するには、操舵角を制御することが必要である。即ち、或る速度で走行している状態において操舵すれば、その走行速度に応じた横行速度と旋回速度とが生じることは自明であり、逆に所望とする横行速度と旋回速度とを得るには、操舵角を決定することが必要である。
【００３９】
ちなみに４輪操舵型の車両（無人搬送車）は、等価的には図９に示すように前輪側および後輪側の各中央部に前輪および後輪を１輪ずつ備えた二輪モデルとして表現することができる。そして４輪モデルにおける左右一対の前輪ＷFL,ＷFRの操舵角δFL,δFR、および左右一対の後輪ＷRL,ＷRRの操舵角δRL,δRRと、二輪モデルにおける前輪および後輪の各操舵角δf,δrとの間には
δf＝（δFL＋δFR）／２
δr＝（δRL＋δRR）／２
なる関係が成立する。換言すれば上記操舵角の関係が成立する場合、４輪操舵型の車両（無人搬送車）を上述した二輪モデルとして捉えることができる。
【００４０】
そしてこれらの前輪側および後輪側の操舵角δf,δrの絶対値が等しい場合、その操舵の向き逆相であれば車両本体１は旋回し、同相であれば車両本体１の向きを保ったまま斜行する。また前輪側および後輪側の操舵角δf,δrが異なり、その操舵の向き逆相であれば車両本体１はその操舵角差に応じて旋回し、操舵の向きが同相であれば旋回しながら斜行することになる。
【００４１】
従って必要とする横行速度と旋回速度とを得るには、例えば必要な旋回速度を得るための逆相の操舵角成分δpを求めた後、次の必要な横行速度を得る為の同相の操舵角成分δyを求め、これらの各操舵角成分δp,δyが
δp＝δf−δr
δy＝（δf＋δr）／２
なる関係を満たすように、前輪側および後輪側の各操舵角δf,δrを決定すれば良い。そこで速度制御器４０においては、走行ラインＬを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得るための操舵角成分δp,δyが求められたならば、これらの各操舵各成分δp,δyに従って
δf＝０.５δp＋δy
δr＝−０.５δp＋δy
として前輪側および後輪側の各操舵角δf,δrをそれぞれ決定している。
＜旋回速度の推定＞
ところで走行ラインＬを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る制御系は、一般的には図１０に示すようにＰＩ（比例・積分）制御系にて構成される。具体的には指令横行速度（横行指令νr）が決定されたならば、そのときの車両本体１の実横行速度νとの偏差Δνを求め、この偏差Δνを［０］とする操舵指令値（制御値）δyを求めるようにすれば良い。同様に指令旋回速度（旋回速度指令γr）が決定されたならば、そのときの車両本体１の実旋回速度γとの偏差Δγを求め、この偏差Δγを［０］とする操舵指令値（制御値）δpを求めるようにすれば良い。
【００４２】
尚、横行速度指令νrおよび旋回速度指令γrについては、前述したように走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとから、その目標進行速度ｕdに従って
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
として求めることができる。また車両本体１の実横行速度νについては、前述した走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeの変化から推定することが可能である。しかし車両本体１の実旋回速度γについては、例えばヨーレートセンサを用いない限り計測することは困難である。
【００４３】
そこで速度制御器４０においては次のようにして車両本体１の実旋回速度γを推定している。即ち、前輪および後輪の操舵角δf,δrの絶対値が等しく、その操舵の向き逆相であって、しかも車両本体１の重心とその中心点Ｏとが一致し、更に中心点Ｏから各車輪までの距離が等しいと仮定した場合、その内輪の操舵角をδとすると上記重心の旋回半径Ｒ0は図１１に示すように
Ｒ1＝Ｗf／sinδ
Ｒ0＝Ｒ1cosδ＝Ｗf・cosδ／sinδ
として示される。但し、Ｗfは車両の前後方向における中心点Ｏから前輪までの距離（ホイールベース長の半分）である。尚、上式において［sinδ］にて除する項は、操舵角δが小さい程その旋回半径が大きく、操舵角δが［０］ならば、旋回半径は無限大、つまり直進運動であることを示している。
【００４４】
そして微小時間においては、旋回運動による速度と進行速度とが一致すると看做し得るので、車両本体１の走行速度をＶとしたときの旋回速度γを
γ＝Ｖ／Ｒ0
として推定することができる。尚、このようにして旋回速度γを推定する場合には、内輪の操舵角δが必要となる。この操舵角δについては、例えば車輪を操舵するシリンダのストローク長から求めるようにしたり、ストローク長指令に適当な制御遅れ要素を加味して求めるようにすれば良い。また或いは前述したセンサ４f,４rの出力から旋回速度γを計算しても良いことは言うまでもない。
【００４５】
また上述したシリンダのストローク長に基づいて操舵角δを求める場合、実際には左右の各車輪に対してそれぞれ操舵角が求められることになる。そこで左右両輪の操舵角の平均値を求め、この操舵角の平均値に従って旋回速度γを推定している。尚、実際には重心位置と中心位置Ｏとにずれがあり、これに起因して推定誤差が生じることがある。しかし或る程度の推定誤差についてはフィードバック制御により適切に対処することが可能なので、操舵制御を実行する上で致命的な問題となることはない。
＜制御ゲインの調整＞
ところで前述した旋回速度γは車両本体１の走行速度Ｖに依存する。具体的には低速走行時に比較して高速走行時には、同じ操舵角であっても旋回速度γが早くなる。即ち、或る操舵角および走行速度で１秒間に車両本体１が旋回し得る角度が明らかである場合、その走行速度が２倍になれば、当然のことながら車両本体１が１秒間に旋回する角度も２倍となる。
【００４６】
これに対して車両本体１が安定に旋回できる旋回速度γには自ずと制約がある。従って前述した如くして旋回指令γrを求めた場合、例えば図１２に示すように車両本体１の走行速度Ｖに応じて操舵ゲインを変化させて、高速走行時における旋回速度γがその旋回限界を超えないように制御することが望ましい。具体的には位置合わせ時等のゆっくりとした低速走行時から通常走行速度Ｖ0までは操舵ゲインを［１］として前述した図１０に示したＰＩ制御系の制御ゲインに乗じることで操舵指令値δpを求める。そして車両本体１の走行速度Ｖが通常走行速度Ｖ0を超えて高速走行域に入ったならば、その走行速度の高速化に応じて操舵ゲインを徐々に低減し、これによって操舵指令値δpを抑えるようにすれば良い。
【００４７】
尚、車両本体１の移動が殆ど認められない極低速走行時には、図１２に示すように上記操舵ゲインを［０］とし、これによって操舵自体を禁止することも望ましい。このようにして、例えば３ｍ／分程度の低速位置合わせ速度に達するまで旋回指令γrを出力することのないような制限を加えれば、いわゆる据え切りを防止することができるので、車輪の局部的な摩耗等による変形を未然に防ぐことが可能となる等の効果が奏せられる。
【００４８】
かくして上述した如く制御系を構成した無人搬送車によれば、前後一対のセンサ４f,４rを用いて車両本体１の前輪側および後輪側における走行ラインＬからのずれ量ｅf,ｅrに基づいて該車両本体１の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとを求め、これらの横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに従って走行ラインＬに対する軌道追従制御に必要な制御指令（進行速度指令ｕr、横行速度指令νr、および旋回速度指令γr）を一意に求めるので、その制御系の大幅な簡素化を図ることが可能となる。
【００４９】
また車両本体１の向き（姿勢）や走行ラインＬの曲がり具合等の状態、および前輪および後輪の各操舵の向き等の全てを把握していなくても、走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとを検出するだけで上記走行ラインＬに精度良く追従させるに必要な制御指令値ｕr,νr,γrを求めることができ、これらの制御指令値ｕr,νr,γrに従って車両本体１の走行速度や前輪および後輪の各操舵角δf,δrをそれぞれ精度良く制御することが可能となる。しかも簡単な演算処理だけで前輪および後輪の各操舵角δf,δrを一意に決定して、その操舵制御に用いることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
＜変形例＞
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばこの実施形態においては、走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeを、前後一対の磁気センサ４f,４rにて求められる前輪側および後輪側のすれ量ｅf,ｅrから算出するようにしたが、ジャイロ等を用いて求められる車両本体１の地表座標に対する絶対角と走行ラインＬの向きを示すデータとからヨー角偏差を求めたり、またＧＰＳを用いて検出される地表座標位置と走行ラインＬの座標データとから、その横方向偏差を算出するようにしても良い。
【００５０】
またここでは走行ラインＬが磁気ラインとして実現される場合を例に説明したが、走行ラインが白線にて形成される場合には、これを光学的に検出して走行制御することも勿論可能である。更には車両本体の横行速度や旋回速度を推定する手法についても種々の手法を適宜採用可能である。
また４輪操舵型の無人搬送車において前輪ＷFL,ＷFRおよび後輪ＷRL,ＷRRを同相に操舵した場合等、車両本体１は走行ラインＬに対して斜めに走行し、前輪側および後輪側のセンサ４f,４rの一方が走行ラインＬ上から脱線することがある。この場合には、例えば脱線したセンサ４f,４rの出力を無視し、同相操舵による斜行だけが行われるようにその走行を制御すれば良い。具体的には一方のセンサ４f（４r）の出力だけを用い、他方のセンサ４r（４f）については上記一方のセンサ４f（４r）と同じ値（ずれ量）を出力しているものと看做すことで、ヨー角偏差φeが存在せず、同相操舵による斜行だけが行われるようにすれば良い。
【００５１】
この場合、車両本体１の斜行距離を監視する等して他方のセンサ４f（４r）の出力を有効とするタイミングを制御し、例えば所定の距離に亘って斜行しても上記他方のセンサ４f（４r）から走行ラインＬを検出することができないような場合には、車両本体１が走行ラインＬから大きく逸脱している、或いはヨー角偏差φeが大きい等と判断してその走行を停止させることが望ましい。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る無人搬送車における追従制御を実現する為の全体的な処理概念を示す図。
【図２】無人搬送車の概略構成を示す図。
【図３】磁気センサによるずれ量検出の原理を説明する為の図。
【図４】無人搬送車の走行ラインに対する追従走行制御系の全体構成を示す図。
【図５】前後一対のセンサにより検出されたずれ量ｅf,ｅrに基づく車両本体の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeの算出原理を示す図。
【図６】走行ラインに対する車両本体の追従走行軌跡を示す図。
【図７】ヨー角偏差φe有して走行する車両本体の走行速度を走行ライン上に射影して求められる移動速度を示す図。
【図８】横方向偏差ｙeを有して旋回する車両本体の走行速度を走行ライン上に射影して求められる移動速度を示す図。
【図９】４輪モデルと２輪モデルとの関係を示す図。
【図１０】走行ラインＬを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る制御系の一般的な構成を示す図。
【図１１】車両本体の操舵角δとその旋回半径Ｒ0との関係を示す図。
【図１２】旋回速度を決定する走行速度に応じた操舵ゲインの例を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
ａ 検出手段（センサ）
ｂ 射影手段
ｃ 距離差検出手段
ｄ 指令値演算手段
ｅ 横行速度推定手段
ｆ 操舵制御手段
ｇ 旋回速度推定手段
ｈ 第１の演算手段（第１の操舵角δy）
ｉ 第２の演算手段（第２の操舵角δp）
Ｌ 走行ライン
１ 車両本体
２ 速度制御部
３ 操舵制御部
４f,４r センサ（磁気センサ）
５ 走行制御部
１０ センサ処理部
２０ デッドレコニング処理部
３０ 軌道追従速度指令生成器
４０ 速度制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前輪および後輪をそれぞれ操舵して、予め路面に設定された走行ラインに沿って走行駆動される無人搬送車であって、特にその追従制御性を高めた無人搬送車に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等の敷地内において、予め路面に設定された走行ラインに沿って自動走行する無人搬送車は、特に重量物に対する搬送作業の省力化を実現する手段として注目されている。
この種の無人搬送車は、例えば走行距離センサ、操舵角センサおよび姿勢角センサ（ジャイロ）を備え、これらの各センサにより検出される自車の走行位置データと前記走行ラインのデータとから、前記走行ラインに沿って走行する為の目標姿勢角を求めて操舵制御するように構成される。この際、算出した目標姿勢角に達するまで、予め設定した走行距離毎に徐々に角度が変化する姿勢角指令を求めて操舵制御することで、積載重量に拘わることなく安定した走行を実現することが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
また予め路面に磁気誘導体を走行ライン（磁気ライン）として敷設しておき、無人搬送車に設けた磁気センサにて上記走行ライン（磁気誘導体）を検出して上記走行ラインからのずれ量（偏差）を求め、このずれ量とジャイロ等を用いて検出される車両本体の姿勢（車両の向き）とに基づいて操舵制御することで、該無人搬送車を走行ラインに沿って自動走行させることも提唱されている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２２１３２号公報
【特許文献２】特開２００２−３５１５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前輪および後輪をそれぞれ操舵可能な無人搬送車は、前輪側の操舵角と後輪側の操舵角とを独立に制御することで多様な走行が可能である。しかしその反面、その操舵制御が複雑化することが否めない。例えば前輪と後輪とに逆向きの操舵角δf,δrを与えた場合、無人搬送車はこれらの操舵角δf,δrの和によって規定される旋回半径にて旋回する。また前輪と後輪とに同じ向きの操舵角δf,δrを与えた場合、無人搬送車はこれらの操舵角δf,δrの差によって規定される旋回半径にて旋回すると共に、横方向への変位も生じる。特に前輪と後輪とに同じ向きで同じ操舵角δf,δrを与えた場合、無人搬送車は旋回することなく、その姿勢を維持したまま斜めに走行する。
【０００５】
従って無人搬送車を前述した走行ラインに沿って走行させるには、上述した車両本体の挙動を配慮して、例えば無人搬送車の上記走行ラインからのずれ量や該走行ラインに対する向き、更にはその走行速度に応じて、前輪および後輪をそれぞれ最適に操舵することが必要となる。具体的には、例えば車両本体の走行ラインに対するずれ量（横方向偏差）に応じて前輪の操舵角を決定した後、車両本体の姿勢（ヨー角偏差）に応じて上記前輪の操舵角を勘案しながら後輪の操舵角を決定すると言うような煩雑な制御が必要となる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複雑な制御を要することなく、予め路面に設定された走行ラインに沿って追従性良く走行することのできる無人搬送車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するべく本発明に係る無人搬送車は、前輪および後輪をそれぞれ操舵し、路面に設定された走行ラインに沿って走行駆動されるものであって、
(ａ) 前記走行ラインに対する車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、および走行速度Ｖをそれぞれ検出する検出手段と、
(ｂ) 前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度ＶLを求める射影手段と、
(ｃ) 前記車両本体に対する目標速度ｕdの積分値と前記車両本体の移動速度ＶLの積分値との差から前記走行ライン方向の前後方向偏差ｘeを求める距離差検出手段と、
(ｄ) 前記車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、前後方向偏差ｘe、および前記目標走行速度ｕdとから、前記車両本体に対する進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrをそれぞれ求める指令値演算手段と、
(ｅ) 前記横方向偏差ｙeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定する横行速度推定手段と、
(ｆ) 推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとに基づいて前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する操舵制御手段と
を具備したことを特徴としている。
【０００８】
好ましくは前記走行ラインが路面に敷設された磁気ラインである場合には、前記車両本体の横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeは、前記車両本体に設けられた前後一対のライン型磁気センサにてそれぞれ検出される前記車両本体の前輪側および後輪側における前記磁気ラインからの幅方向のずれ量ｅf,ｅrからそれぞれ求めるように構成される（請求項２）。また前記射影手段は、例えば前記車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに基づいて前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影するように構成される（請求項３）。
【０００９】
更に前記操舵制御手段は、例えば前記前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径Ｒ0と前記車両本体の走行速度Ｖとから該車両本体の旋回速度γを推定する旋回速度推定手段を備え、前記横行速度推定手段にて推定した横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を［０］とする第１の操舵角δyを求めると共に、前記旋回速度推定手段にて推定した旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を［０］とする第２の操舵角δpを求め、これらの第１および第２の操舵角δy,δpから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定するように構成される（請求項４）。
【００１０】
また好ましくは上記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求める演算手段は、前記車両本体の走行速度Ｖに応じて前記第１および第２の操舵角δy,δpに対する制御ゲインを変更するものであって、特に前記車両本体の走行速度Ｖが予め設定された定速走行速度Ｖ0以下の場合には、一定の制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求め、また前記車両本体の走行速度Ｖが前記定速走行速度Ｖ0を越える場合には、前記走行速度Ｖが大きくなるに従って小さく設定される制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求めるように構成される（請求項５）。
【００１１】
即ち、本発明に係る無人搬送車は、図１にその処理概念を示すように
車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeと、前記車両本体の走行速度Ｖとをそれぞれ検出し（検出手段ａ）、前記横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに基づいて前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度を求めると共に（射影手段ｂ）、この移動速度の積分値と目標速度ｕdの積分値との差から前記車両本体の前記走行ライン方向における前後方向偏差ｘeを求める（距離差検出手段ｃ）。
【００１２】
そして上述した如く求められた前記横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe，および前後方向偏差ｘeと、前記車両本体に対する目標走行速度ｕdとから、前記走行ラインに対する追従走行に必要な前記車両本体の走行制御指令値、具体的には進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrを、例えば
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
但し、Ｋx,Ｋy,Ｋpはそれぞれ正の制御ゲイン
として一義的に求める（指令値演算手段ｄ）。
【００１３】
その上で前記横方向偏差ｙeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定し（横行速度推定手段ｅ）、この推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する（操舵制御手段ｆ）ことを特徴としている。
尚、上記車両本体の旋回速度γについては、例えば前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径Ｒ0と前記車両本体の走行速度Ｖとから推定（旋回速度推定手段ｇ）するようにすれば良い。そして横行速度と旋回速度γとから操舵角δf,δrを決定するに際しては、例えば横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を［０］とする第１の操舵角δyを求める（第１の演算手段ｈ）と共に、旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を［０］とする第２の操舵角δpを求め（第２の演算手段ｉ）、これらの第１および第２の操舵角δy,δφから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを、
δf＝０.５δp＋δy , δr＝−０.５δp＋δy
としてそれぞれ求めるようにすれば良い。そしてこれらの各操舵角δf,δrに従って前記前輪および後輪をそれぞれ操舵すると共に、前記進行速度指令値ｕrに従って前記車両本体の走行速度Ｖを制御するようにすれば良い。
【発明の効果】
【００１４】
上述した構成の無人搬送車によれば、車両本体の走行ラインに対する横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe，および前後方向偏差ｘeを求めることで、前記車両本体に対する目標走行速度ｕdに従って前記車両本体の走行制御に必要な進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および前記走行ラインに対する横行速度指令値νrをそれぞれ一括して計算することができる。その上で車両本体の挙動から推定される横方向速度および旋回速度に従い、上記横行速度指令値νrおよび旋回速度指令値γrとの偏差をそれぞれ［０］とする横変位制御系および旋回制御系を構築し、これらの各制御系を満足させ得る前輪および後輪の各操舵角δf,δrを一意に決定するだけで、走行ラインに沿った車両本体の安定した追従走行制御が可能となる。
【００１５】
従って従来のように車両本体の走行ラインに対する位置関係やその挙動等に応じて場合分けしながら前輪および後輪の操舵角やその操舵の向きを決定する必要がないので、その制御系の大幅な簡素化を図ることができる。特に、例えば車両本体の走行ラインに対するずれ量（横方向偏差）に応じて前輪の操舵角を決定した後、車両本体の姿勢（ヨー角偏差）に応じて上記前輪の操舵角を勘案しながら後輪の操舵角を決定すると言うような煩わしさがない等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る無人搬送車について、左右一対の前輪ＷFL,ＷFRおよび左右一対の後輪ＷRL,ＷRRをそれぞれ操舵可能に備えた４輪操舵型の車両を例に説明する。
尚、重量物搬送用の車両には、前輪および／または後輪をその前後方向にタンデム配列した、いわゆる多軸輪型のものもある。しかしタンデム配列された車輪については、等価的に１つの車輪（１軸）として捉えることができるので、ここでは多軸輪型の車両を含めて４輪操舵型の車両として説明する。また左右一対の前輪ＷFL,ＷFRおよび／または左右一対の後輪ＷRL,ＷRRをその車軸に複数の車輪を同軸に重ねて装着した、いわゆるダブルタイヤ等として実現する場合もある。これらの多重に装着された複数の車輪についても等価的に１つの車輪として看做すことができるので、ここでは多重に装着された車輪を含めて前輪および後輪として説明する。
【００１７】
さてこの無人搬送車は、図２にその概略構成を示すように車両本体１の前後に左右一対の前輪ＷFL,ＷFRおよび左右一対の後輪ＷRL,ＷRRを備えたもので、例えばバッテリにより駆動されるモータ（電動機）を動力源として走行駆動され、工場等の敷地内において予め設定された走行ラインＬに沿って自動走行するように構成される。特に上記各車輪ＷFL,ＷFR,ＷRL,ＷRRは、基本的には速度制御部２の制御の下で回転速度制御されて走行駆動されると共に、操舵制御部３の制御の下でその操舵角がそれぞれ制御されるようになっている。
【００１８】
ちなみに上記走行ラインＬは、予め路面に描いた白線や、路面に敷設した複数の磁性素子の並びがなす磁気ラインとして実現される。そして上記無人搬送車は、車両本体１の前輪側および後輪側にそれぞれ設けた前後一対のセンサ４f,４rを用いて後述するように前記走行ラインＬに対する車両本体１の幅方向へのずれ量ｅをそれぞれ検出し、これらの検出結果に基づいて自車両（車両本体）が上記走行ラインＬ上に位置付けられるように、その走行速度と操舵角とを制御するものとなっている。
【００１９】
具体的には上記各センサ４f,４rは、前記走行ラインＬが磁気ラインとして形成される場合、例えば図３に示すように上記磁気ラインＬからの磁力を検出する複数の磁気センシング素子を前記車両本体１の幅方向に所定のピッチｐで直線状に配列したライン型の磁気センサアレイとして実現される。これらの各センサ４f,４rは前記車両本体１の前輪側および後輪側において、センサアレイ中のどの位置の磁気センシング素子にて前記走行ラインＬからの磁力を検出し得るかを判定することで、車両本体１の上記走行ラインＬからの横方向のずれ量ｅを検出する役割を担う。そしてこれらの各ラインセンサ４f,４rにてそれぞれ検出された車両本体１の前輪側および後輪側における前記走行ラインＬからの横ずれ量ｅf,ｅrは、マイクロコンピュータ等を主体とする走行制御部５に入力され、前述した各車輪ＷFL,ＷFR,ＷRL,ＷRRの回転速度制御および操舵角制御に用いられるようになっている。
＜制御系の全体構成＞
図４は走行制御部５によって構築される無人走行車の全体的な制御系の構成を示している。
【００２０】
この走行制御部（制御系）５は上記各ラインセンサ４f,４rにてそれぞれ検出された車両本体１の前輪側および後輪側における前記走行ラインＬからのずれ量ｅf,ｅrに従って該車両本体１の前記走行ラインＬに対する横方向偏差（横ずれ量）ｙe、およびヨー角偏差（向きのずれ角）φeをそれぞれ求めるセンサ処理部１０を備える。またこの走行制御部（制御系）５は、前記車両本体１から検出される走行速度（実速度）Ｖと該車両本体１に対する目標速度ｕdとから前記走行ラインＬ上における車両本体１の移動速度ＶLを求め、更にこの移動速度から車両本体１の前記走行ラインＬに沿った移動距離を監視するデッドレコニング処理部２０を備える。このセンサ処理部１０およびデッドレコニング処理部２０は、図１を参照して説明した本発明における検出手段ａ、射影手段ｂ、および距離差検出手段ｃを実現するものである。
【００２１】
またこの制御系（走行制御部５）は、上述した如く求めた横方向偏差ｙe、向き偏差（ヨー角偏差）φe、および目標速度ｕdに従い、走行ラインＬに追従した走行制御に必要な進行速度指令ｕrと旋回速度指令γrとを求める軌道追従速度指令生成器３０を備える。この軌道追従速度指令生成器３０は、前述した指令値演算手段ｄに相当する。特にこの軌道追従速度指令生成器３０においては、旋回速度指令γrを横行成分νと旋回成分γとに分けて捉えることで、その制御指令値を
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
としてそれぞれ一括して求めるように構成される。
【００２２】
更にこの制御系（走行制御部５）は、上述した軌道追従速度指令生成器３０が生成した制御指令値ｕr,νr,γrに従い、特に上記制御指令値νr,γrを同時に満足する操舵指令値δy,δpをそれぞれ求め、更にこれらの操舵指令δy,δpを同時に満足する前輪および後輪に対する操舵角δf,δrをそれぞれ決定する速度制御器４０を備える。そしてこの速度制御器４０は、前述した速度制御指令値ｕrを車両本体１の走行速度Ｖを制御するモータ指令として前述した速度制御部２に出力すると共に、上述した如く求めた操舵角δf,δrを前述した操舵制御部３に出力するものとなっている。
【００２３】
車両本体１に組み込まれてモータの回転速度を制御するインバータ装置等からなる速度制御部２は、上記速度制御指令値ｕrに従って車両本体１の走行速度Ｖを制御し、また車両本体１に組み込まれて各車輪の操舵角を決定するシリンダを駆動する操舵制御部３は、上記操舵角δf,δrに従って前輪および後輪をそれぞれ操舵することで車両本体１の走行ラインＬに沿った自動追従走行が実現されることになる。
【００２４】
次に上述した制御系における上述したセンサ処理部１０での車両姿勢（横方向偏差ｙe,ヨー角偏差φe）の推定処理、デッドレコニング処理部２０での移動距離（移動速度ＶL）の推定処理、軌道追従速度指令生成器３０での速度制御指令値ｕr,νr,γrの生成処理、および速度制御器４０での操舵角δf,δrの決定処理について、それぞれ具体的に説明する。
＜車両姿勢の推定処理＞
車両本体１に設けられた前後一対のセンサ４f,４rは、前述したように車両本体１の幅方向に複数の磁気センシング素子を所定のピッチｐで直線状に配列したものからなる。そしてこれらの磁気センシング素子の内、図３に示すように走行ライン（磁気ライン）Ｌに対向する部位に位置付けられた磁気センシング素子だけが該走行ラインＬからの磁力を受けてその出力を変化させる。従ってセンサ４f,４rを構成する複数の磁気センシング素子の各出力を所定の閾値で弁別すれば、走行ライン（磁気ライン）Ｌ上に位置付けられた磁気センシング素子だけが走行ライン検出信号を出力することになる。
【００２５】
従ってピッチｐで配列されたＮ個の磁気センシング素子のうち、図３に示すように左からｉL番目の磁気センシング素子からｉR番目の磁気センシング素子にて走行ラインＬを検出した場合、走行ラインＬの中心線の位置ｅを
ｅ＝｛（ｉL＋ｉR）−（Ｎ＋１）｝・ｐ／２
として算出することが可能となる。つまり磁気センシング素子の配列ピッチｐの半分の分解能で前記走行ラインＬの中心線の位置ｅを検出することができる。また前記センサ４f,４rが車両本体１の中心軸を中心として左右対称に設けられているものとすれば、上述した如く検出される走行ラインＬの中心線の位置ｅは、取りも直さず車両本体１の前記走行ラインＬからの横方向へのずれ量を示すことになる。この結果、前後一対のセンサ４f,４rにて車両本体１の前輪側および後輪側における前記走行ラインＬからの横方向へのずれ量ｅf,ｅrがそれぞれ求められることになる。
【００２６】
ここで車両本体１の中心（重心）Ｏが前輪ＷFL,ＷFRおよび後輪ＷRL,ＷRRとの中心位置として定められるものとする。また前記一対の磁気センサ４f,４rは、上記車両本体１の中心Ｏから該車両本体１の前後方向にそれぞれ距離（ＬS／２）を隔てて、つまり前後一対のセンサ４f,４rが距離ＬSを隔てて上記中心Ｏに対して車両本体１の前後方向に対称に設けられているものとする。すると車両本体１の前輪側および後輪側において前記各センサ４f,４rにてそれぞれ求められた走行ラインＬからの横方向へのずれ量ｅf,ｅrから、図５に示すように車両本体１の走行ラインＬからの横ずれ量ｙeを
ｙe＝（ｅf＋ｅr）／２
として幾何学的に求めることが可能となる。
【００２７】
また車両本体１の走行ラインＬに対する傾き角度（ヨー角偏差）φeは、図５に示すように走行ラインＬに対してセンサ４f,４r間の離間方向（車両本体１の前後方向）によって規定される辺と、上記センサ４f,４rによりそれぞれ検出される横ずれ方向（車両本体１の幅方向）に規定される辺とにより形成される直角三角形の正接と看做し得るので、
φe＝tan-1｛（ｅf−ｅr）／ＬS｝
として求めることができる。
【００２８】
従って前後一対のセンサ４f,４rにて前輪側および後輪側における幅方向のずれ量ｅf,ｅrをそれぞれ検出したならば、これらのずれ量ｅf,ｅrに従って前記車両本体１の走行ラインＬに対する姿勢（ずれ量とその向き）を、横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeとしてそれぞれ検出することができる。故に従来のようにジャイロ等の姿勢角センサを用いて車両本体１の地表座標系に対する絶対的な向きを求めることなく、単に走行ラインＬに対する車両本体１の相対的な向きを車両座標系におけるヨー角偏差φeとして簡易に求めることができる。特に前後一対のセンサ４f,４rを用いて前輪側および後輪側における幅方向のずれ量ｅf,ｅrをそれぞれ検出するだけで良いので、そのセンシング系の大幅な簡素化と低コスト化を図ることができ、無人搬送車に組み込む上での実用上利点が多大である。
＜移動距離の推定＞
ところで上述した如く求めた横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに従って操舵制御しながら車両本体１を走行させた場合、その制御系の構成によっては操舵の追従遅れ等に起因して、例えば図６にその概念を示すように走行ラインＬに対して車両本体１の走行軌跡が破線ａとして示すように蛇行したり、或いは走行ラインＬの曲がりに対してアンダーステア（二点鎖線ｂ）やオーバーステア（一点鎖線ｃ）を生じて、その走行軌跡が走行ラインＬからずれることがある。このような走行ラインＬに対する蛇行やずれを生じながら車両本体１が走行した場合、例えば車輪径とその回転数とにより求められる車両本体１の走行距離と、走行ラインＬに沿った車両本体１の実質的な移動距離との間にずれが生じることが否めない。この為、車両本体１の走行距離に応じて該車両本体の停止位置を制御すると、目標停止位置に至る前に車両本体１が停止すると言う不具合が生じる。
【００２９】
そこで前記デッドレコニング処理部２０においては、横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに従って車両本体１の走行速度Ｖを前記走行ラインＬ上に射影することで、該走行ラインＬ上での車両本体１の移動速度ＶLを推定している。そしてこの移動速度ＶLを積分することで前記走行ラインＬ上での移動距離を求め、これによって上述した目標停止位置までの正確な追従走行を実現している。
【００３０】
例えば前述した走行ラインＬに対する蛇行は、微小時間におけるヨー角偏差φeに依存する車両本体１の上記ヨー角方向への走行として捉えることができる。従ってこの場合には、図７に示すように走行ラインＬに対して角度（ヨー角）φeをなす向きへの車両本体１の走行速度Ｖを上記走行ラインＬ上に射影すれば、該走行ラインＬ上での車両本体１の実質的な移動速度ＶLを
ＶL＝Ｖ・cosφe
として求めることができる。
【００３１】
また走行ラインＬに沿って旋回する場合には、オーバー／アンダーステアによって上記走行ラインＬに対して横方向偏差ｙeを生じながら該走行ラインＬに沿って走行していると看做すことができる。特に車両本体１の旋回速度がγであるとき、微小時間Δｔにおいて車両本体１が進む距離ΔＳは、
ΔＳ＝（Ｒ＋ｙe）・γ・Δｔ
として表すことができる。また微小時間Δｔにおける旋回運動による移動量は、直進運動による移動量に等しいと看做し得るので、微小時間Δｔに車両本体１が進む距離ΔＳは
ΔＳ＝Ｖ・Δｔ
としても表すことができる。従って図８に示すように走行ラインＬから偏差ｙｅのずれをもって旋回する車両本体１の走行速度Ｖを上記走行ラインＬ上に射影することで走行ラインＬ上での移動速度ＶLを、
ＶL＝Ｒ・γ＝Ｖ−ｙe・γ
であると推定することが可能となる。
【００３２】
尚、このような旋回走行は、前述したヨー角偏差φeを持ちながら生じることもある。従ってこの場合には、車両本体１の走行速度Ｖを上記走行ラインＬに平行で、且つ該走行ラインＬに対して横方向偏差ｙeを有する平行ライン上に一旦射影した後、この平行ラインに射影した速度を前記走行ラインＬ上に射影して移動速度ＶLを求めるようにすれば良い。
【００３３】
このようにして車両本体１の走行速度Ｖを、走行ラインＬに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに従って該走行ラインＬ上に射影し、これによって走行ラインＬ上での実質的な移動速度ＶLを求めれば、この移動速度ＶLを積分することによって走行ラインＬ上での車両本体１の移動距離を正確に評価することが可能となる。従ってデッドレコニングの手法を用いて車両本体１の走行距離を制御する場合であっても、その走行距離を正確に評価することが可能となるので、車両本体１をその目標停止位置に正確に停止させることが可能となる。
【００３４】
特に車両本体１の走行ラインＬに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに従って当該車両本体１の走行速度Ｖを走行ラインＬ上に射影すると言う簡単な手法だけで、走行ラインＬ上における実質的な移動速度ＶＬを正確に評価することができる。従って操舵制御遅れ等に起因する走行ラインＬに対する蛇行等の問題に拘わることなく、車両本体１の移動距離を高精度に把握することが可能となる。
＜追従制御指令＞
ところで走行ラインＬに沿って車両本体１を走行させるには、前述した走行ラインＬに対する車両本体１の横ずれ量を示す横方向偏差ｙeと、車両本体１の向き（角度）のずれ量を示すヨー角偏差φeとに従って、これらの横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeをそれぞれ［０］とするように前記速度制御部２および操舵制御部３を用いてその走行速度と操舵角とをそれぞれ制御することが必要である。
【００３５】
ちなみに従来より提唱されている非ホロノミック制御の手法による軌道追従制御は、専ら、或る時刻における絶対座標系での走行ラインＬ上の目標軌道の位置とその向きを［ｘd,ｙd,φd］とし、車両本体１の重心における絶対位置とその向きを［ｘ,ｙ,φ］としたとき、
【００３６】
【数１】
【００３７】
が成り立つことから、上記軌道を追従するに必要な進行速度指令ｕrと旋回速度指令γrとを
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
γr＝γd＋ｕd（Ｋy・ｙe＋Ｋp・sinφe）
として求めている。但し、上記ｕdは目標進行速度であり、またγdは目標旋回速度である。またＫx,Ｋy,Ｋpは、それぞれその制御ゲインである。しかし車両本体１の絶対位置とその向きを［ｘ,ｙ,φ］を取得するには、例えばジャイロ等の方位センサや、ＧＰＳ（全方位測位システム）等の位置検出センサが必要となり、その構成が複雑化することが否めない。
【００３８】
この点、この実施形態に係る無人搬送車においては前述したように車両座標系における横方向偏差ｙeと向き偏差（ヨー角偏差）φeとをそれぞれ求めている。また前後方向偏差ｘeについては前述した走行ラインＬ上での移動速度ＶLの積分値と目標進行速度ｕdの積分値の差として求めることができる。更に車両本体１の走行ラインＬに対する斜行を勘案すれば、上述した旋回速度指令γrについては横行と旋回とに分けて捉えることが可能である。従ってこれらの観点に立脚すれば、走行ラインＬに追従して走行するに必要な制御指令（進行速度指令値ｕr、横行速度指令値νr、および旋回速度指令値γr）を
ｕr＝ｕd・cosφe＋Ｋx・ｘe
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
としてそれぞれ一括に求めることが可能となる。
＜操舵角の決定＞
ところで上述した横行指令νrおよび旋回速度指令γrに基づいて横行速度と旋回速度とを制御するには、操舵角を制御することが必要である。即ち、或る速度で走行している状態において操舵すれば、その走行速度に応じた横行速度と旋回速度とが生じることは自明であり、逆に所望とする横行速度と旋回速度とを得るには、操舵角を決定することが必要である。
【００３９】
ちなみに４輪操舵型の車両（無人搬送車）は、等価的には図９に示すように前輪側および後輪側の各中央部に前輪および後輪を１輪ずつ備えた二輪モデルとして表現することができる。そして４輪モデルにおける左右一対の前輪ＷFL,ＷFRの操舵角δFL,δFR、および左右一対の後輪ＷRL,ＷRRの操舵角δRL,δRRと、二輪モデルにおける前輪および後輪の各操舵角δf,δrとの間には
δf＝（δFL＋δFR）／２
δr＝（δRL＋δRR）／２
なる関係が成立する。換言すれば上記操舵角の関係が成立する場合、４輪操舵型の車両（無人搬送車）を上述した二輪モデルとして捉えることができる。
【００４０】
そしてこれらの前輪側および後輪側の操舵角δf,δrの絶対値が等しい場合、その操舵の向き逆相であれば車両本体１は旋回し、同相であれば車両本体１の向きを保ったまま斜行する。また前輪側および後輪側の操舵角δf,δrが異なり、その操舵の向き逆相であれば車両本体１はその操舵角差に応じて旋回し、操舵の向きが同相であれば旋回しながら斜行することになる。
【００４１】
従って必要とする横行速度と旋回速度とを得るには、例えば必要な旋回速度を得るための逆相の操舵角成分δpを求めた後、次の必要な横行速度を得る為の同相の操舵角成分δyを求め、これらの各操舵角成分δp,δyが
δp＝δf−δr
δy＝（δf＋δr）／２
なる関係を満たすように、前輪側および後輪側の各操舵角δf,δrを決定すれば良い。そこで速度制御器４０においては、走行ラインＬを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得るための操舵角成分δp,δyが求められたならば、これらの各操舵各成分δp,δyに従って
δf＝０.５δp＋δy
δr＝−０.５δp＋δy
として前輪側および後輪側の各操舵角δf,δrをそれぞれ決定している。
＜旋回速度の推定＞
ところで走行ラインＬを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る制御系は、一般的には図１０に示すようにＰＩ（比例・積分）制御系にて構成される。具体的には指令横行速度（横行指令νr）が決定されたならば、そのときの車両本体１の実横行速度νとの偏差Δνを求め、この偏差Δνを［０］とする操舵指令値（制御値）δyを求めるようにすれば良い。同様に指令旋回速度（旋回速度指令γr）が決定されたならば、そのときの車両本体１の実旋回速度γとの偏差Δγを求め、この偏差Δγを［０］とする操舵指令値（制御値）δpを求めるようにすれば良い。
【００４２】
尚、横行速度指令νrおよび旋回速度指令γrについては、前述したように走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとから、その目標進行速度ｕdに従って
νr＝Ｋy・ｕd・ｙe
γr＝Ｋp・ｕd・sinφe
として求めることができる。また車両本体１の実横行速度νについては、前述した走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeの変化から推定することが可能である。しかし車両本体１の実旋回速度γについては、例えばヨーレートセンサを用いない限り計測することは困難である。
【００４３】
そこで速度制御器４０においては次のようにして車両本体１の実旋回速度γを推定している。即ち、前輪および後輪の操舵角δf,δrの絶対値が等しく、その操舵の向き逆相であって、しかも車両本体１の重心とその中心点Ｏとが一致し、更に中心点Ｏから各車輪までの距離が等しいと仮定した場合、その内輪の操舵角をδとすると上記重心の旋回半径Ｒ0は図１１に示すように
Ｒ1＝Ｗf／sinδ
Ｒ0＝Ｒ1cosδ＝Ｗf・cosδ／sinδ
として示される。但し、Ｗfは車両の前後方向における中心点Ｏから前輪までの距離（ホイールベース長の半分）である。尚、上式において［sinδ］にて除する項は、操舵角δが小さい程その旋回半径が大きく、操舵角δが［０］ならば、旋回半径は無限大、つまり直進運動であることを示している。
【００４４】
そして微小時間においては、旋回運動による速度と進行速度とが一致すると看做し得るので、車両本体１の走行速度をＶとしたときの旋回速度γを
γ＝Ｖ／Ｒ0
として推定することができる。尚、このようにして旋回速度γを推定する場合には、内輪の操舵角δが必要となる。この操舵角δについては、例えば車輪を操舵するシリンダのストローク長から求めるようにしたり、ストローク長指令に適当な制御遅れ要素を加味して求めるようにすれば良い。また或いは前述したセンサ４f,４rの出力から旋回速度γを計算しても良いことは言うまでもない。
【００４５】
また上述したシリンダのストローク長に基づいて操舵角δを求める場合、実際には左右の各車輪に対してそれぞれ操舵角が求められることになる。そこで左右両輪の操舵角の平均値を求め、この操舵角の平均値に従って旋回速度γを推定している。尚、実際には重心位置と中心位置Ｏとにずれがあり、これに起因して推定誤差が生じることがある。しかし或る程度の推定誤差についてはフィードバック制御により適切に対処することが可能なので、操舵制御を実行する上で致命的な問題となることはない。
＜制御ゲインの調整＞
ところで前述した旋回速度γは車両本体１の走行速度Ｖに依存する。具体的には低速走行時に比較して高速走行時には、同じ操舵角であっても旋回速度γが早くなる。即ち、或る操舵角および走行速度で１秒間に車両本体１が旋回し得る角度が明らかである場合、その走行速度が２倍になれば、当然のことながら車両本体１が１秒間に旋回する角度も２倍となる。
【００４６】
これに対して車両本体１が安定に旋回できる旋回速度γには自ずと制約がある。従って前述した如くして旋回指令γrを求めた場合、例えば図１２に示すように車両本体１の走行速度Ｖに応じて操舵ゲインを変化させて、高速走行時における旋回速度γがその旋回限界を超えないように制御することが望ましい。具体的には位置合わせ時等のゆっくりとした低速走行時から通常走行速度Ｖ0までは操舵ゲインを［１］として前述した図１０に示したＰＩ制御系の制御ゲインに乗じることで操舵指令値δpを求める。そして車両本体１の走行速度Ｖが通常走行速度Ｖ0を超えて高速走行域に入ったならば、その走行速度の高速化に応じて操舵ゲインを徐々に低減し、これによって操舵指令値δpを抑えるようにすれば良い。
【００４７】
尚、車両本体１の移動が殆ど認められない極低速走行時には、図１２に示すように上記操舵ゲインを［０］とし、これによって操舵自体を禁止することも望ましい。このようにして、例えば３ｍ／分程度の低速位置合わせ速度に達するまで旋回指令γrを出力することのないような制限を加えれば、いわゆる据え切りを防止することができるので、車輪の局部的な摩耗等による変形を未然に防ぐことが可能となる等の効果が奏せられる。
【００４８】
かくして上述した如く制御系を構成した無人搬送車によれば、前後一対のセンサ４f,４rを用いて車両本体１の前輪側および後輪側における走行ラインＬからのずれ量ｅf,ｅrに基づいて該車両本体１の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとを求め、これらの横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとに従って走行ラインＬに対する軌道追従制御に必要な制御指令（進行速度指令ｕr、横行速度指令νr、および旋回速度指令γr）を一意に求めるので、その制御系の大幅な簡素化を図ることが可能となる。
【００４９】
また車両本体１の向き（姿勢）や走行ラインＬの曲がり具合等の状態、および前輪および後輪の各操舵の向き等の全てを把握していなくても、走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeとを検出するだけで上記走行ラインＬに精度良く追従させるに必要な制御指令値ｕr,νr,γrを求めることができ、これらの制御指令値ｕr,νr,γrに従って車両本体１の走行速度や前輪および後輪の各操舵角δf,δrをそれぞれ精度良く制御することが可能となる。しかも簡単な演算処理だけで前輪および後輪の各操舵角δf,δrを一意に決定して、その操舵制御に用いることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
＜変形例＞
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばこの実施形態においては、走行ラインＬに対する車両本体１の横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeを、前後一対の磁気センサ４f,４rにて求められる前輪側および後輪側のすれ量ｅf,ｅrから算出するようにしたが、ジャイロ等を用いて求められる車両本体１の地表座標に対する絶対角と走行ラインＬの向きを示すデータとからヨー角偏差を求めたり、またＧＰＳを用いて検出される地表座標位置と走行ラインＬの座標データとから、その横方向偏差を算出するようにしても良い。
【００５０】
またここでは走行ラインＬが磁気ラインとして実現される場合を例に説明したが、走行ラインが白線にて形成される場合には、これを光学的に検出して走行制御することも勿論可能である。更には車両本体の横行速度や旋回速度を推定する手法についても種々の手法を適宜採用可能である。
また４輪操舵型の無人搬送車において前輪ＷFL,ＷFRおよび後輪ＷRL,ＷRRを同相に操舵した場合等、車両本体１は走行ラインＬに対して斜めに走行し、前輪側および後輪側のセンサ４f,４rの一方が走行ラインＬ上から脱線することがある。この場合には、例えば脱線したセンサ４f,４rの出力を無視し、同相操舵による斜行だけが行われるようにその走行を制御すれば良い。具体的には一方のセンサ４f（４r）の出力だけを用い、他方のセンサ４r（４f）については上記一方のセンサ４f（４r）と同じ値（ずれ量）を出力しているものと看做すことで、ヨー角偏差φeが存在せず、同相操舵による斜行だけが行われるようにすれば良い。
【００５１】
この場合、車両本体１の斜行距離を監視する等して他方のセンサ４f（４r）の出力を有効とするタイミングを制御し、例えば所定の距離に亘って斜行しても上記他方のセンサ４f（４r）から走行ラインＬを検出することができないような場合には、車両本体１が走行ラインＬから大きく逸脱している、或いはヨー角偏差φeが大きい等と判断してその走行を停止させることが望ましい。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る無人搬送車における追従制御を実現する為の全体的な処理概念を示す図。
【図２】無人搬送車の概略構成を示す図。
【図３】磁気センサによるずれ量検出の原理を説明する為の図。
【図４】無人搬送車の走行ラインに対する追従走行制御系の全体構成を示す図。
【図５】前後一対のセンサにより検出されたずれ量ｅf,ｅrに基づく車両本体の横方向偏差ｙeとヨー角偏差φeの算出原理を示す図。
【図６】走行ラインに対する車両本体の追従走行軌跡を示す図。
【図７】ヨー角偏差φe有して走行する車両本体の走行速度を走行ライン上に射影して求められる移動速度を示す図。
【図８】横方向偏差ｙeを有して旋回する車両本体の走行速度を走行ライン上に射影して求められる移動速度を示す図。
【図９】４輪モデルと２輪モデルとの関係を示す図。
【図１０】走行ラインＬを追従するに必要な横行速度と旋回速度とをそれぞれ得る制御系の一般的な構成を示す図。
【図１１】車両本体の操舵角δとその旋回半径Ｒ0との関係を示す図。
【図１２】旋回速度を決定する走行速度に応じた操舵ゲインの例を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
ａ 検出手段（センサ）
ｂ 射影手段
ｃ 距離差検出手段
ｄ 指令値演算手段
ｅ 横行速度推定手段
ｆ 操舵制御手段
ｇ 旋回速度推定手段
ｈ 第１の演算手段（第１の操舵角δy）
ｉ 第２の演算手段（第２の操舵角δp）
Ｌ 走行ライン
１ 車両本体
２ 速度制御部
３ 操舵制御部
４f,４r センサ（磁気センサ）
５ 走行制御部
１０ センサ処理部
２０ デッドレコニング処理部
３０ 軌道追従速度指令生成器
４０ 速度制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪および後輪をそれぞれ操舵し、路面に設定された走行ラインに沿って走行駆動される無人搬送車であって、
前記走行ラインに対する車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、および走行速度Ｖをそれぞれ検出する検出手段と、
前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度ＶLを求める射影手段と、
前記車両本体に対する目標速度ｕdの積分値と前記車両本体の移動速度ＶLの積分値との差から前記走行ライン方向の前後方向偏差ｘeを求める距離差検出手段と、
前記車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、前後方向偏差ｘe、および前記目標走行速度ｕdとから、前記車両本体に対する進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrをそれぞれ求める指令値演算手段と、
前記横方向偏差ｙeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定する横行速度推定手段と、
推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとに基づいて前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する操舵制御手段と
を具備したことを特徴とする無人搬送車。
【請求項２】
前記走行ラインは、路面に敷設された磁気ラインであって、
前記車両本体の横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeは、前記車両本体に設けられた前後一対のライン型磁気センサにてそれぞれ検出される前記車両本体の前輪側および後輪側における前記磁気ラインからの幅方向のずれ量ｅf,ｅrからそれぞれ求められるものである請求項１に記載の無人搬送車。
【請求項３】
前記射影手段は、前記車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに基づいて前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影するものである請求項１に記載の無人搬送車。
【請求項４】
前記操舵制御手段は、前記前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径Ｒ0と前記車両本体の走行速度Ｖとから該車両本体の旋回速度γを推定する旋回速度推定手段を備え、
前記横行速度推定手段にて推定した横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を［０］とする第１の操舵角δyを求めると共に、前記旋回速度推定手段にて推定した旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を［０］とする第２の操舵角δpを求め、
これらの第１および第２の操舵角δy,δpから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定して前記前輪および後輪をそれぞれ操舵するものである請求項１に記載の無人搬送車。
【請求項５】
前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求める演算手段は、前記車両本体の走行速度Ｖに応じて前記第１および第２の操舵角δy,δpに対する制御ゲインを変更するものであって、
前記車両本体の走行速度Ｖが予め設定された定速走行速度Ｖ0以下の場合には、一定の制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求め、
前記車両本体の走行速度Ｖが前記定速走行速度Ｖ0を越える場合には、前記走行速度Ｖが大きくなるに従って小さく設定される制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求めるものである請求項４に記載の無人搬送車。
【請求項１】
前輪および後輪をそれぞれ操舵し、路面に設定された走行ラインに沿って走行駆動される無人搬送車であって、
前記走行ラインに対する車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、および走行速度Ｖをそれぞれ検出する検出手段と、
前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影して該車両本体の前記走行ライン上での移動速度ＶLを求める射影手段と、
前記車両本体に対する目標速度ｕdの積分値と前記車両本体の移動速度ＶLの積分値との差から前記走行ライン方向の前後方向偏差ｘeを求める距離差検出手段と、
前記車両本体の横方向偏差ｙe、ヨー角偏差φe、前後方向偏差ｘe、および前記目標走行速度ｕdとから、前記車両本体に対する進行速度指令値ｕr、旋回速度指令値γr、および横行速度指令値νrをそれぞれ求める指令値演算手段と、
前記横方向偏差ｙeから前記走行ラインに対する前記車両本体の横行速度を推定する横行速度推定手段と、
推定した横行速度と前記車両本体の旋回速度γとに基づいて前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定する操舵制御手段と
を具備したことを特徴とする無人搬送車。
【請求項２】
前記走行ラインは、路面に敷設された磁気ラインであって、
前記車両本体の横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeは、前記車両本体に設けられた前後一対のライン型磁気センサにてそれぞれ検出される前記車両本体の前輪側および後輪側における前記磁気ラインからの幅方向のずれ量ｅf,ｅrからそれぞれ求められるものである請求項１に記載の無人搬送車。
【請求項３】
前記射影手段は、前記車両本体の前記走行ラインに対する横方向偏差ｙeおよびヨー角偏差φeに基づいて前記車両本体の走行速度Ｖを前記走行ライン上に射影するものである請求項１に記載の無人搬送車。
【請求項４】
前記操舵制御手段は、前記前輪および後輪の操舵角から求められる前記車両本体の旋回半径Ｒ0と前記車両本体の走行速度Ｖとから該車両本体の旋回速度γを推定する旋回速度推定手段を備え、
前記横行速度推定手段にて推定した横行速度と前記横行速度指令値νrとの差を［０］とする第１の操舵角δyを求めると共に、前記旋回速度推定手段にて推定した旋回速度γと前記旋回速度指令値γrとの差を［０］とする第２の操舵角δpを求め、
これらの第１および第２の操舵角δy,δpから前記前輪および後輪の各操舵角δf,δrを決定して前記前輪および後輪をそれぞれ操舵するものである請求項１に記載の無人搬送車。
【請求項５】
前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求める演算手段は、前記車両本体の走行速度Ｖに応じて前記第１および第２の操舵角δy,δpに対する制御ゲインを変更するものであって、
前記車両本体の走行速度Ｖが予め設定された定速走行速度Ｖ0以下の場合には、一定の制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求め、
前記車両本体の走行速度Ｖが前記定速走行速度Ｖ0を越える場合には、前記走行速度Ｖが大きくなるに従って小さく設定される制御ゲインの下で前記第１および第２の操舵角δy,δpをそれぞれ求めるものである請求項４に記載の無人搬送車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１０７０２７（Ｐ２００６−１０７０２７Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９１３７３（Ｐ２００４−２９１３７３）
【出願日】平成１６年１０月４日（２００４．１０．４）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【出願人】（０００１９８３６３）石川島運搬機械株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月４日（２００４．１０．４）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【出願人】（０００１９８３６３）石川島運搬機械株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
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