JPS6022282B2 - 移動体における位置計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工場や建築、造船現場等のような二次元空間
における移動体の位置及び向きを計測するのに好適な計
測装置に関するものである。

従来、広い空間での位置計測を行うには、大きな枠組を
作ってそれに付設した目盛りを謙取るか、又は単に巻尺
やトランシットを用いて計測するのが一般的である。し
かしながら、前者にあっては計測を行うのに特別な装置
を必要とし、柔軟性に欠けると共に作業性も悪く、又後
者にあっては作業能率が悪いだけでなく、移動体の経路
を計測するのには適さない。本発明の方法は、移動体上
の簡単な計測装置によりその移動体の走行平面の三つの
スＩＪット光源の方向を検出して、移動体の位置及び向
きを計測できるようにしたもので、移動体の位置の三角
測量の原理に基づく計測をテレビカメラを利用して行う
に際し、そのテレビ画面中に縦長のウィンドを設定し、
移動体の走行平面に立設したスリット光源の像がそのウ
ィンド内にある状態においてス５リット検出信号が出力
させ、このスリット検出信号が出力されたときのテレビ
カメラの回転角に基づいてスリット光源の方向を計測す
ることにより、簡単で正確な計測を可能にしたことを特
徴とするものである。

０ 以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の計測原理を概略的に示す平面的な説明
図で、移動体１が走行する工場内等の広い走行平面にＸ
Ｙ座標を設定した状態を示してし、夕る。

本発明においては、この二次元的空間の周辺における三
つの基準点にスリット光源Ａ，Ｂ，Ｃを立設するが、第
１図はそれらの基準点をＸＹ座際の（０、ａ）、（０、
０）、（ｂ、０）に設定した場合を示すものである。な
お、このスリット光源の配置は、移動体の移動領域及び
測定精度を考慮して最適に選択される。上記各スリット
光源Ａ，Ｂ，Ｃは、位置の測定精度を向上させ、また他
の環境物をスリット光源と誤認議させないために細幅の
縦スリットを通して光を導出するもので、例えば立設し
た蛍光灯の直前にその長手方向に沿うスリットを配設す
ることにより構成し、これらのうち二つのスリット光源
Ａ及びＣは単一のスリットを備えた単スリット光源とす
るが、一つのスリット光源Ｂは例えば近接した二つの縦
スリットを備えた二重スリット光源として、これを．単
スリット光源と識別可能にする。

さらに、誤認議の防止を確実にするには、二重スリット
光源と三重スリット光源を用いることもできる。一方、
上記二次元空間を走行する移動体１は、例えば機械等を
積載して自動走行する台車として構成し、この移動体に
は、上記スリット光源の検出を行うテレビカメラ２と共
に、スリット光源の検出回路及び回転角検出回路を備え
た計測装置（第３図参照）を積載し、この計測装置によ
って移動体１から見た各スリット光源Ａ，Ｂ，Ｃ間の角
度及びそれらのスリット光源と移動体上の基準線１との
間の角度関係を測定することにより二次元空間における
移動体１の位置（ｘ、ｙ）及びその向きを計測する。

上記テレビカメラ、スリット光源検出回路及び回転角検
出回路は、以下に説明するようにそれらの１組を移動体
上に設け、テレビカメラの視野を回転させて各スリット
光源の方向を順次検出してもよいが、移動体上にその３
組を設けて各スリット光源Ａ，Ｂ，Ｃに対応させ、各テ
レビカメラによってそれぞれ別個のスＩＪット光源を追
跡させることもできる。

上記テレビカメラ２は、第２図に示すようにその光藤を
上方に向けて配瞳し、煩斜ミラー４及びドーププリズム
５を備えたべリスコープ３をパルスモー夕６等によって
上記光軸のまわりに回転可能とし、或いは光髄を水平に
向けてそのテレビカメラ自体をパルスモータ等により鉛
直軸のまわりに回転可能とすることもでき、このテレビ
カメラ２等の回転角は、パルスモータを使用した場合、
その駆動パルス数によって測定することができる。

また、このパルスモータに代えてシンクロモータ等を用
いることもでき、この場合にはェンコーダによって回転
角を測定することになる。べリタスコープ３またはテレ
ビカメラ２に設けた針７は、それがべリスコープ等と共
に回転して移動体上に設けたホトインタラプタ８を通過
するとき、ホトィンタラプタ８における発光素子から受
光素子に至る光を遮ってパルス出力を発生させるもの０
で、このパルス出力があった時点での移動体上における
テレビカメラ２の向きを前記基準線１の向きとして移動
体１の向きを計測する。本発明における位置計測は、移
動体１の静止時におけるＸＹ座標計測（以下、静止モー
ドと呼夕ぶ。

）、及び移動体の走行時におけるスリット光源の方向と
移動体上の基準線１の方向との間の相対角の連続した計
測（以下、移動モードと呼ぶ。）からなり、これらの計
測によって移動体に静止状態において自己の位置を確認
させ、次いで予め与０えた経路に沿って自動走行させる
ものである。第３図は上記静止モード及び移動モードの
計測を行う計測装置の回路構成を示すものであり、これ
に基づいて以下に静止モード及び移動モードにおける計
測方法について詳述する。タ 前述したように、テレビ
カメラ及び計測装置は、その１組だけを利用し、或いは
それらの３組を利用することもできるが、これらの場合
に実質的に同一の回路構成を用いて計測を行うことがで
きるため、ここではまずテレビカメラ及び計測装０層の
１組だけを用いる場合を第３図の回路構成と共に説明し
、その後に３組の場合について付言する。

まず、静止モードにおいては、上記パルスモータ等の駆
動モータにより１個のテレビカメラが一夕方向に一定速
度で回転せしめられ、テレビカメラの出力であるビデオ
信号は、アナログ回路において適切な閥値と比較するこ
とにより、スリット光源Ａ，Ｂ，Ｃに対応した出力をも
つ矩形波の輝度信号に変換される。

なお、上記アナログ回路には、閥値を最適な値に設定す
るための調節用つまみを具備させる。上記アナログ回路
からの垂直及び水平同期信号が加えられるウィンド・ゲ
ート回路は、第４図に示すように、テレビ画面９に縦長
のウィンド１０を設定し、このウィンド１０に対応して
ゲート回路を開くことによりウィンド信号を出力するも
ので、具体的には第５図に例示するような回路構成とす
ることができる。

第５図に示すウィンド・ゲート回路は、第４図に示すよ
うに垂直方向には１２８本目の走査線から８本、水平方
向には２５僕等分して左から１２８個目の１区分にウィ
ンド１０を設定する場合を示すものである。

この回路においては、垂直同期信号によってＤフリツプ
フロツプ（１）がセットされ、水平同期信号の数がカウ
ンタ（Ｎ）において計数されて、１２８カウントしたと
きにそのカウンタからのゲート入力信号（１）が論理１
となり、次いで８カウントしたとき、即ち１３６本目の
走査線の水平同期信号をカウントしたときにＤフリップ
フロップ（１）及びカウンタ（１）がリセットされる。
なお、ＤフリツプフロツプはＣｋの入力の立下りでＤ入
力のデータがセットされるタイプのフリツプフロツプで
ある。一方、Ｄフリツプフロツプ（０）は水平同期信号
によりセットされ、一走査線を２５飴等分するような周
期をもつ発振器からのクロックの数がカウンタ（Ｖ）で
計数され、１２８個目のクロックの計数によりカウン夕
（Ｖ）からのゲート入力信号（０）が論理１となり、次
のクロックでＤフリツプフロツプ（０）及びカウンタ（
Ｖ）がリセットされてゲート入力信号（ロ）が論理０と
なる。

そして、このゲート入力信号（ｎ）及び前記ゲート入力
信号（１）が共に論理１の場合にウィンド信号が論理１
として出力される。このウィンド・ゲート回路において
は、カウンタ（Ｖ）における計数値の変更により、単ス
リット光源の輝度信号に対する幅の狭い単スリット用ウ
ィンド信号と、二重スリット光源の輝度信号に対するや
や幅の広い二重スｌｊット用ウィンド信号が出力される
。

第３図におけるアナログ回路から出力される矩形波の輝
度信号は、スリット中心検出回路に加えられ、この検出
回路においてある幅をもった上記矩形波の中心が検出さ
れる。

なお「 このスリット中心検出回路は測定精度を向上さ
せるためのもので、スリット光源に対して矩形波の幅が
十分に細い場合には必要とせず、その場合には矩形波の
端によって検出すればよい。上記スリット中心検出回路
は、発振回路からのパルス及びその２倍の周波数を有す
るパルスをそれぞれ計数するカゥンタを利用して矩形波
の中心検出を行うもので、その矩形波の中心に対応する
パルスが出力される。このパルスは、単スリット用ウィ
ンド信号により開かれるアンドゲート（１）に加えられ
、単スリットウインド内に上記スリット光源の中心が入
ったときに、スリット光源が検出されたものとして上記
パルスがァンドゲート（１）を通してカウンタ（１）に
送られる。カウンタ（１）及びそれに接続した比較回路
（１）は、多数決回路を構成するもので、ウインドに含
まれる走査線の大多数においてスリット中心検出回路か
らのパルス出力があった場合、即ち連続してアンドゲー
ト（１）からパルスが送られてきた場合に、それを比較
回路（１）において検出し、その比較回路（１）の出力
である単スリット検出信号により最終的に単スリット光
源が検出されたものとする。また、二重スリット光源の
検出には、アナログ回路から出力される上記輝度信号を
上記二重スリット用ウインド信号により開かれるアンド
ゲート（Ｄ）を通じてカウンタ（Ｄ）に送り、単スリッ
トの場合と同様にして比較回路（０）の出力により二重
スリット光源が検出されたものとする。

さらに、この二重スリット光源は単スリット光源として
も検出されるので、二重スリット光源における二つのス
リット光源についての比較回路（１）からの出力のうち
最初の出力（テレビカメラが右回転の場合左側のスリッ
ト光源についての出力）と比較回路（０）の出力とのア
ンドをとることによって二重スリット検出信号を得、一
度二重スリット光源が検出されたならば、二重スリット
光源が完全にウィンドの外に移動するまで一定時間検出
を禁止して、二重スリット光源を単スリット光源として
譲って検出するのを防ぐ。単スリット検出信号及び二重
スリット検出信号は垂直同期信号に同期して出力され、
それぞれフリツプフロツプ（１）及びフリップフロツプ
（０）に記憶され、その後、カゥンタ（１）及びカウン
タ（０）は垂直同期信号によってリセットされる。

このようなスリット光源の検出においては、上記スリッ
ト中心検出回路を設けて、その検出回路においてスリッ
ト光源の中心に対応するパルスを発生させ、またウィン
ド１０の幅をできるだけ小さくし、さらに必要に応じて
テレビカメラに望遠レンズを用いることにより、回転す
るテレビカメラによるスリット光源の検出時点について
の測定精度、即ち角度検出精度を高めることができる。

モータパルスゲート回路は、ホトインタラプタの出力、
上記単スリット検出信号及び二重スリット検出信号に基
づいてアンドゲート（ｍ）（Ｎ）を制御し、駆動モータ
としてのパルスモ−夕に対する駆動パルスの分配を行う
と共に、そのパルスをアップダウンカウンタに入力する
もので、静止モードの場合にはアンドゲート（ｍ）のみ
を開いて駆動モータに発振回路からの駆動パルスを送り
、前述したように駆動モータを一方向に等速度で回転さ
せる。さらに、アップダウンカゥンタは、上記ホトィン
タラプタの出力、単スリット検出信号及び二重スリット
検出信号により直接的に、或いはモータパルスゲート回
路を介して制御されるが、この静止モードにおいては二
重スリット光源が検出された時点から角度計測を開始す
るので、二重スリット検出信号によってアップダウンカ
ウンタをリセットして計数を開始させ、ホトィンタラプ
タの出力及び単スリット検出信号によってそのカウンタ
の内容をコンピュータに転送し、四つ目のスリット光源
の検出即ち再び二重スリット光源を検出した時点でカゥ
ソタを停止させて上記データ転送及びリセットを行うと
同時に駆動モータを停止させる。

カウンタ（ｍ）は二重スリット検出信号によってリセツ
トされ、単スリット検出信号及びホトィンタラフ。

タの出力によってカウントアップされ、またフリツプフ
ロツプ（ｍ）はホトインタラプタの出力によってセット
され、単スリット検出信号によってリセツトされるもの
で、これらの出力はアップダウンカウンタのデータが二
重スリットから教えて何個目のデータか、及びそれがホ
トィンタラプタの出力か否かを示し、これらはアップダ
ウンカウンタの内容と共にコンピュータに転送される。
而して、コンピュータにおいては、アップダウンカウン
タの計数データとして与えられるパルス数により第１図
における角度ａ，〜ａ４を計算し、さらにミ角測量の原
理に基づいて移動体１の現在位置の座標ｘ，ｙを計算す
ると共に、移動体の向きの方向余弦；、りを計算し、適
宜表示する。

このようにして、静止モードにおける移動体の座標及び
向きの計測を行った後、移動体は移動モ−ドーこよって
所定の経路に沿って自動走行させる。

この移動モードにおいては、二重スリット光源の検出を
禁止して前記比較回路（１）から出力される単スリット
検出信号のみを用い、また前記ウィンドゲート回路によ
って設定される単スリット用ウィンド１０の幅は第６図
のテレビ画面９に示すように中心から一方へ拡がったも
のとする。

静止モードの終りにおいては、上述したところから明ら
かなように、テレビカメラが二重スリット光源に向いた
状態になり、従って二重スリット光源の像は第６図のテ
レビ画面のほぼ中央にある。移動モ−ド‘こおいては、
比較回路（１）からの単スリット検出信号によってその
二重スリット光源を追跡し、二重スリット光源の方向に
対する移動体の向きの角度の増減分として、アップダウ
ンカウンタの内容を用いながら移動体を走行させる。即
ち、上記スリット光源の像がウィンド１０内にあって単
スリット検出信号が出力されたときには、モータパルス
ゲート回路においてスリット光源の像がウィンド１０内
をテレビ画面の中央に移動するように駆動モータを駆動
すべく、アンドゲート（ｍ）を開いて駆動パルスを駆動
モータに送り、逆に、ウィンドー０内にスリット光源の
像がなく、単スリット検出信号が出力されないときには
、モータパルスゲート回路においてスリット光源を逆方
向に移動させるためにアンドゲート（Ｎ）を開いてモー
タを逆方向に駆動し、これによってテレビカメラは常に
スリット光源の方向を中心に往復して回動し、その間の
アンドゲート（ｍ）（Ｗ）からの駆動パルスはアップダ
ウンカウンタにおいて加減算され、その間のアップダウ
ンカゥンタにおける計数データがコンピュータに転送さ
れて移動体の向きが計算される。

１組のテレビカメラ及び計測装置のみを用いる場合には
、二重スリット光源に対する移動体の向きが検出される
のみであるため、速度計等による走行速度に関する情報
を併用して、移動体の時々刻々の位置及び方向に関する
ｘ、ｙ、ｆ、刀がコンピュータにおいて積分により計算
され、これが予め設定した経略に沿っているか杏かによ
りステアリングの制御が行われる。

次に、テレビカメラ及び計測装置の３組を用いる場合、
静止モードにおいては前記カウンタ（皿）及びフリツプ
フロツプ（ｍ）を用い、コンピュータを通じてモータパ
ルスゲート回路に制御信号を送ることにより、第１の計
測装置は二重スリット光源の次の単スリット光源を検出
したときに駆動モータを停止させ、第２の計測装置はそ
の次の単スリット光源を検出したときに駆動モータを停
止させ、第３の計測装置はその次の二重スリット光源を
検出したときに駆動モータを停止させ、三角測量の原理
により、ｘ、ｙ、ｆ、りが計算される。

また、移動モードでは、それぞれの計測装置は、前記１
組の計測装置のみを用いる場合と全く同様に、それぞれ
のスリット光源を追跡し、やはり三角測量の原理に基づ
き時々刻々のｘ、ｙ、ｆ、刀を計算する。

このように３組の計測装置を用いた場合には、１組の計
測装置を用いる場合に比して、移動モー日こおける積分
による累積誤差がない点で有利である。

以上に詳述したように、本発明の方法によれば、簡単な
計測装置によって移動体の静止状態における位置及び向
きを計測できると共に、移動体のその後の走行時におい
てもその計測装置を利用して位置及び方向を簡単に計測
することができ、移動体の自動走行制御のための位置計
測に極めて有効である。

また、本発明においては、移動体の走行平面に立設した
スリット光源をテレビカメラによってと０らえ、その像
がテレビ画面中に設定した縦長の細いウィンド内にある
状態におけるテレビカメラの向きからスリット光源の方
向を計測するため、簡単な装置によって正確な位置及び
向きの計測を行うことができる。

タ図面の簡単な説明 第１図は本発明の計測原理についての説明図、第２図は
スリット光源を検出するテレビカメラの駆動機構等につ
いての構成図、第３図は本発明に基づく計測を行う計測
装置のブロック構成図、第０ ４図及び第６図はテレビ
画面に設定するウィンドについての説明図、第５図はウ
ィンド・ゲート回路のブロック構成図である。

１・・・・・・移動体、２・・・・・・テレビカメラ、
９・・・・・・ナレビ画面、１０・・・・・・ウインド
、Ａ，Ｂ，Ｃ・・・・・・スタリット光源。

第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 移動体の走行平面の周辺における三つの基準点にそ
   れぞれ細幅の縦スリツトを通して光を導出するスリツト
   光源を、それらのうちの一つを他のスリツトと識別可能
   なものとして立設し、上記走行平面を走行する移動体上
   に、スリツト光源の検出を行うテレビカメラと共に、そ
   のテレビカメラに接続されるスリツト光源検出回路及び
   回転角検出回路を備えた計測装置を積載し、移動体の座
   標計測に際して、テレビカメラの視野を回転させ、上記
   スリツト光源検出回路において、スリツト光源に対応し
   たビデオ信号とテレビ画面中に設定した縦長のウインド
   に対応するウインド信号とに基づいて、スリツト光源に
   対応する出力がウインド内にあるときにスリツト検出信
   号を出力させ、上記回転角検出回路において、スリツト
   検出信号が出力されたときのテレビカメラ回転角に基づ
   き、移動体上の基準線と上記各スリツト光源の方向との
   角度関係を計測して、コンピユータにより移動体の位置
   座標及び向きを計測することを特徴とする移動体におけ
   る位置計測方法。