JPH0239804B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はコンクリート床仕上げ用の自走式のオ
ートフイツシヤなどに使用される自律航法装置を
備えた走行台車に関する。

［従来の技術］ 現在、コンクリート床仕上げは、モノリシツク
工法が主流となつており、この工法ではコンクリ
ートが固まるのと平行して床仕上げを行うため、
深夜作業になつており、またコンクリート床面を
仕上げるときに生じる粉塵は、作業環境を著しく
悪くしている。このようにコンクリート床面の仕
上げ作業は、労働条件が必ずしも良くないが、現
在に至つても充分の解決決策がとられていない。

［発明の目的］ 従つて、本発明は、無人運転すなわちオートフ
イニツシヤなどに使つて最適の自律航法装置を備
えた走行台車を提供することを目的としている。

［発明の構成］ 本発明の自律航法装置を備えた走行台車は、走
行台車と、その走行台車に設けたステアリング可
能な前輪と、その走行台車に設けた駆動用の後輪
と、その走行台車に設けた走行台車の走行距離お
よび方向を検知するためのメジヤリングローラ
と、単位時間毎のメジヤリングローラの走行距離
を検知するメジヤリングローラ距離検知センサ
と、そのメジヤリングローラの走行方向を検知す
るメジヤリングローラ方向検知センサと、その走
行台車に設けた基準軸に対する走行台車の方向を
検知する台車方向検知センサと、その走行台車に
設けたこれらのセンサの検知信号から走行台車の
走行方向及び走行速度を制御する制御装置とを含
み、該制御装置は、単位時間毎にその時点におけ
るメジヤリングローラ距離検知センサで検知され
た走行距離とメジヤリングローラ方向検知センサ
で検知されたメジヤリングローラの走行方向と台
車方向検知センサで検知された台車方向とから走
行台車の現在位置を算出し、該算出された現在位
置とその時点における目標位置との相違量に基づ
いて走行台車の走行方向及び走行速度を制御する
ように構成されている。

本発明の実施に際し、走行台車に設けたセンサ
と走行路に設けたドツグよりなる位置修正装置を
備え、走行台車の走行制御の精度を更に向上する
ように構成するのが好ましい。

また、メジヤリングローラ距離検知センサおよ
びメジヤリングローラ方向検知センサは、エンコ
ーダとして具体化され、また台車方向検知センサ
は、ジヤイロコンパスとして具体化されるのが好
ましい。

［作用］ 上記した様な構成を有する本発明によれば、制
御装置は、メジヤリングローラ距離検知センサ、
メジヤリングローラ方向検知センサおよび台車方
向検知センサの検出信号に基づき走行台車の現在
位置を算出し、その結果を記憶されている指示走
行路と比較して、走行を制御することができ、オ
ートフイニツシヤに使用すれば、オートフイニツ
シヤを無人運転することができる。

走行台車の現在位置を計算するのに、メジヤリ
ングローラ方向検知センサ及び台車方向検知セン
サを利用するのは次の様な理由による。走行台車
の進行方向を測定するのに２種類のセンサを利用
せず、１種類のセンサのみを利用する態様として
は、 (a) メジヤリングローラを台車に対して固定し
て、台車方向検知センサの出力から台車の進行
方向を測定する、 (b) 台車方向検知センサを用いずに、メジヤリン
グローラ方向検知センサのみによつて走行台車
の進行方向を測定する、 の２通りの方式が考えられる。

しかし、上記(a)の方式は、メジヤリングローラ
を台車に固定したことから、走行台車が所謂「横
ずれ」を起しやすい。そのため、測定精度が悪く
なつてしまう。

一方、上記(b)の方式においては、メジヤリング
ローラの接地点を中心とする回転成分が発生した
時にその回転成分を判断することが出来ない。ま
た、走行台車に限らず乗物の操縦一般において
は、操舵方向を決定するために該乗物の姿勢制御
が必要不可決であるが、台車方向検知センサが無
いと操舵決定のための姿勢制御が不可能である。
さらに、台車方向検知センサがあれば壁に添わせ
て該台車を走行させることにより基準軸の設定が
行えるが、台車方向検知センサが無ければ基準軸
を容易に決定することは出来ない。

本発明においては、２種類のセンサを用いるこ
とにより、上記(a)、(b)の方式における問題点を解
消している。

すなわち、走行台車に横ずれが生じた場合に、
メジヤリングローラがその横ずれ方向の移動に対
して追従するので、その分だけ横ずれ量が小さく
なる。従つて、誤差も小さくなり精度が向上す
る。

また、台車方向検知センサにより、メジヤリン
グローラの接地点を中心とする回転成分が発生し
た時にその回転成分を判断することが出来る。そ
れに加えて、台車方向検知センサを用いることに
より、操舵決定のための姿勢制御および基準軸の
設定が容易に行われるのである。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
説明する。

第１図において、この走行台車は、走行台車１
と、その走行台車１に設けたステアリング可能な
前輪２および駆動用の後輪３と、走行台車１に設
けたメジヤリングローラ４と、そのメジヤリング
ローラ４の距離検知センサ５および方向検知セン
サ６と、走行台車１に設けた台車方向検知センサ
７と、走行台車１に設けた制御装置８とからなつ
ている。

第２図において前輪２は、サーボアンプ９によ
り制御されるサーボモータ１０によりステアリン
グされ、タコジエネレータ１１、パルスジエネレ
ータ１２を介し偏差カウンタ１３により所要ステ
アリング角度に制御されるようになつている。

後輪３は、サーボアンプ１４により制御される
サーボモータ１５により駆動され、タコジエネレ
ータ１６を介して所要速度に制御されるようにな
つている。

メジヤリングローラ４は、走行台車１の中心線
上の前輪２付近に枢着された鉛直方向の支軸１７
に揺動可能に取付けられたアーム１８を介して回
転可能に支持されており、自重で走行面に当接
し、走行台車１の走行に従動して自転し、また走
行台車１のステアリングに追随して支軸１７を矢
印に示すように回動させるようになつている。距
離検知センサ５はエンコーダよりなり、アーム１
８のメジヤリングローラ４支持部に設けられ、メ
ジヤリングローラ４の回転変位からメジヤリング
ローラ４の走行距離を検知し、制御部８に検知信
号を出力するようになつている。方向検知センサ
６はエンコーダよりなり、支軸１７の頂部に設け
られ、支軸１７の回転変位からメジヤリングロー
ラ４の走行方向を検知し、制御部８に検知信号を
出力するようになつている。

台車方向検知センサ７はジヤイロコンパスから
なり、走行台車１の略中心位置に設けられ、走行
台車１の方向すなわちジヤイロ角を検知し、制御
部８に検知信号を出力するようになつている。

制御部８は、台車方向検知センサ７の後方に設
けられている。第２図において、制御部８には中
央演算処理装置１９が設けられ、入出力装置２０
を介して前記距離検知センサ５、方向検知センサ
６、台車方向検知センサ７およびステアリング用
サーボモータ９、走行用サーボアンプ１４の各機
器と接続されている。また、制御部８は、中央演
算処理装置１９の他に、走行路指示プログラム記
憶部２１および現在位置計算プログラム記憶部２
２を有するロム（ROM）２３を備えている。そ
して、前記各センサ５〜７からの検出信号が入出
力装置２０を介して中央演算処理装置１９に入力
されると、中央演算処理装置１９はそれらに基づ
いて現在位置計算プログラムにより走行台車１の
現在位置を演算し、その演算結果を走行路指示プ
ログラムと比較し、所要のステアリング角度およ
び走行速度の制御信号を入出力装置２０を介し
て、サーボアンプ９，１４に出力するようになつ
ている。

次に第２図、第３図、第７図を参照して本発明
の作動を説明する。

第３図及び第７図において、中央演算処理装置
１９は一定時間△ｔ例えば100ミリセコンド毎に
台車方向検知センサ７よりジヤイロ方向（走行台
車１の方向：矢印Ｓで示す）ψ、方向検知センサ
６によりメジヤリングローラ（MR）方向（走行
台車１の中心軸に対する走行台車の進行方向：矢
印Ｔで示す）θ、距離検知センサ５により△ｔ間
のメジヤリングローラ（MR）進行距離△ｌおよ
びあらかじめセツトされた基準軸（壁などと平行
な方向に台車をセツトしその時のジヤイロの値に
基づいて基準軸を設定する。第７図ではｘ軸）を
読込む（第３図中ステツプS₁）。

ここで、後述する様に、走行台車の各時点にお
ける座標の決定は極座標系を用いて計算される
が、台車の現在位置は走行距離の累積値から計算
される。そして、走行距離の累積値から台車の現
在位置を決定するに際しては極座標系よりも直交
座標系の方が好都合である。そのため、走行台車
の走行制御にあたつては任意の直交座標系を作業
開始の度毎に設定する。

直交座標系の決定は、ｘ軸或いはｙ軸のいずれ
か一方を設定することによつて行われ、この様に
して設定されたｘ軸或いはｙ軸いずれかの方向を
基準軸と称するのである。例えば床仕上げ作業に
あつては、基準軸は一方の壁と平行な方向に設定
され、且つその日の作業開始地点が原点となる様
に設定されるのが一般的である。

次に、基準軸をｙ軸としたときの（第７図に例
示する）直交座標系のｘ方向の変化量△ｘを、現
在位置計算プログラムにより、 △ｘ；△lsin（π／２−ψ−θ） として演算する（ステツプS₂）。すなわち、第７
図において原点Ｏから位置P₁までの距離を△ｌ
とすれば、直線OP₁とｙ軸との角度が（π／２−
ψ−θ）となるので、ｘ軸と平行な距離△ｘは△
lsin（π／２−ψ−θ）で表わされるのである。

同様にｙ方向の変化量△ｙを、 △ｙ＝△lcos（π／２−ψ−θ） として演算する（ステツプS₃）。

次に、走行台車の現在位置を直交座標系におい
て特定する。

位置P₁においては、走行台車の現在位置の座
標（ｘ、ｙ）は、 ｘ＝△ｘ ｙ＝△ｙ となるが、一般的には、現在位置計算プログラム
により、走行台車の現在位置のｘ軸座標ｘは ｘ＝Σ△ｘ として計算され（ステツプS₄）、一方走行台車の
現在位置のｙ座標ｙは ｙ＝Σ△ｙ として計算される（ステツプS₅）。すなわち、例
えば第７図中の位置P₃のｘ軸座標ｘは ｘ＝△ｘ＋△x₁＋△x₂ となり、位置P₃のｙ軸座標ｙは ｙ＝△ｙ＋△y₁＋△y₂ となる。このことから、走行台車の現在位置のｘ
軸座標ｘはｘ方向の変化化量△ｘの総和として表
され、同様にｙ軸座標ｙはｙ方向の変化量△ｙの
総和として表わされる旨が理解される。

走行台車の現在位置の座標ｘ、ｙが計算される
と、その計算結果と走行路指示プログラムによる
所定の値との差位から、所要ステアリング角度α
が演算される（ステツS₆）。

また、座標ｘ、ｙの計算結果と走行路指示プロ
グラムによる所定の台車位置との差位から、所要
ステアリング角度αの場合と同様に、所定走行速
度Ｖが演算されるのである（ステツプS₇）。すな
わち、通常の走行路指示プログラムでは経過時間
とそれに対応する台車位置とが設定されている
が、或る時点t_aにおける台車の位置と次の時点
t_a+1におけるプログラムで設定された台車位置と
の間の距離を、単位時間（t_a+1−t_a）で台車が走
行出来る様に、台車の所要走行速度Ｖが演算され
る。換言すると、所要走行速度Ｖを制御すること
により、台車１が単位時間に走行出来る距離（第
７図における距離△ｌに相当する距離）を制御
し、もつて走行路指示プログラムに従つた台車の
走行を達成しているのである。

走行路指示プログラムに従つた台車の走行を達
成する外、床仕げ作業の様に作業速度が一定であ
ることが望まれる場合には、台車１の走行速度を
一定にする必要性がある。そして、台車１の走行
速度を一定にする場合は、上記ステツプS₇ではそ
の一定走行速度が常に出力されるのである。

上記ステツプS₆で求められた所要ステアリング
角度αに基づいて、ステアリングを制御する態様
について説明する。所要ステアリング角度αを表
示する信号が偏差カウンター１３（第２図）に入
力されると、偏差カウンターはサーボアンプ９に
対し適当な速度の指示値を与える。該指示値が伝
えられると、サーボアンプ９は所要速度でサーボ
モータ１０を作動し、前輪２をステアリングす
る。

このとき、サーボモータ１０の速度がタコジエ
ネレータ１１で検出されてサーボアンプにフイー
ドバツクされる。また、サーボモータ１０の回転
数がパルスジエネレータ１２で検出されて偏差カ
ウンタ１３にフイードバツクされ、偏差カウンタ
１３によりサーボモータ１０の回転数が制御され
る。これにより、前輪２のステアリングが所要ス
テアリング角度α制御されるのである。

また、上記ステツプS₇で求められた所要走行速
度Ｖに基づいて、走行台車１の速度を制御する態
様について説明すると、次の通りである。すなわ
ち、所要走行速度Ｖがそれを表示する信号により
サーボアンプ１４に伝えられると、サーボアンプ
１４は所要量サーボモータ１５を作動し、後輪３
を駆動する。このとき、サーボモータ１５の回転
速度がタコジエネレータ１６により検出され、サ
ーボアンプ１４にフイードバツクされる。これに
より、走行台車１の速度が所要走行速度になるよ
うにサーボモータ１５の回転速度が制御されるの
である。

ところで、この発明では、必要により走行台車
１の走行制御の精度を更に向上させるため、位置
修正装置を備えることができる。すなわち第４図
および第５図において、走行台車１の中心線前部
には、センサヘツド２４が立設され、その所定高
さ両側方には一対の接触時にオンとなる左センサ
２５Ｌ、右センサ２５Ｒが突設されている。一
方、走行路の所要個所には、両センサ２５Ｌ，２
５Ｒと同じ高さに一対のドツク２６Ｌ、２６Ｒが
前述のｘ軸上の誘導目標点Ｐをはさんで設けられ
ている。このドツク２６Ｌ，２６Ｒの基部には、
両センサ２５Ｌ，２５Ｒがともにオンとなつて通
過し得るようなクリアランスＣが形成されてお
り、また原点方向に対して、角度βで開いてい
る。

ここで、センサヘツド２４及び左センサ２５
Ｌ、右センサ２５Ｒが一対のドツク２６Ｌ，２６
Ｒと接触しない程度の誤差が生じてしまうこと
は、防止されなければならい。もしもセンサとド
ツクとが接触しなければ、走行台車１の走行中に
位置修正装置を用いて走行制御を行うことが出来
なくなつてしまうからである。

この事に鑑みて、ドツクの開口の長さｌは、誘
導目標点Ｐと関連した所定の数値に設定されてい
る。すなわち、ドツクの間口の長さｌは、走行台
車１の走行距離（第３図および第７図における距
離ｘ及び距離ｙ）と、走行台車１の走行中の累積
誤差の数値と、統計的に求められた両者の関係と
から決定される。

換言すると、左センサ２５Ｌ、右センサ２５Ｒ
が一対のドツク２６Ｌ、２６Ｒのいずれかと必ず
接触する様な数値がドツクの間口の長さｌとして
選定されるのである。

一般に自律航法装置では微小変位量を計測しそ
の値を累計することにより現在位置を知るための
ものであるため、計測機の誤差やサンプリング間
〓による誤差などによつて誤差が生じる。この誤
差はほとんどのものが走行距離に比例する（誤差
の量は確率分布に従うものである）。したがつて
原点と位置修正装置とのあいだの距離がわかれ
ば、誤差の量ε（符号εは添付図面では図示せず）
の最大値（MAXε）も求められる（MAXε＝ｌ
とする）。

次に第６図を参照して位置修正装置の作動を説
明する。

中央演算処理装置１９は、右センサ２５Ｒがオ
ンされているかどうかを見て（ステツプS₁）、オ
ンされていないときは、左センサ２５Ｌがオンさ
れているかを見る（ステツプS₂）。オンされてい
ないときは、走行台車１をそのまま進行させ（ス
テツプS₃）、一定時間そのまま進行させ（ステツ
プS₇）、再びステツプS₁に戻る。ステツプS₂にお
いて、左センサ２５Ｌが第４図に示すようにオン
のときは、矢印のように右にステアリングし（ス
テツプS₄）、その後一定時間そのまま進行し（ス
テツプS₇）、ステツプS₁に戻る。そこで、右セン
サ２５Ｒがオンのときは、更に左センサ２５Ｌが
オンかどうかを見て左センサ２５Ｌもオンのとき
は、誘導目標点Ｐにあつて、誘導は完了する。ス
テツプS₅において、左センサ２５がオンでないと
きは、左にステアリングし（ステツプS₆）、一定
時間そのまま進行し（ステツプS₇）、再びステツ
プS₁に戻るのである。このようにして、両センサ
２５Ｌ，２５Ｒがドツク２６Ｌ，２６Ｒを通過す
るとき、誘導目標点Ｐを通るよう進行方向との累
積誤差ＸおよびＹが修正されるのである。

［発明の効果］ 以上設明したように本発明によれば、メジヤリ
ングローラ距離検知センサ、メジヤリングローラ
方向検知センサおよび台車方向検知センサの検知
信号に基づき走行台車の走行を制御する制御装置
を設けたので、制御装置は諸センサの検知信号に
基づき走行台車の現在位置を演算し、その結果を
記憶されている指示走行路と比較して走行を制御
することができる。従つて、オートフイニツシヤ
に使用すればオートフイニツシヤを無人運転する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す斜視図、第２
図はこの実施例の制御装置のブロツク図、第３図
はこの実施例のフローチヤート、第４図は位置修
正装置を示す上面図、第５図は側面図、第６図は
位置修正装置のフローチヤート、第７図は本発明
の測定原理を直交座標により説明する図である。 １……走行台車、２……前輪、３……後輪、４
……メジヤリングローラ、５……距離検知セン
サ、６……方向検知センサ、７……台車方向検知
センサ、８……制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 走行台車と、その走行台車に設けたステアリ
   ング可能な前輪と、その走行台車に設けた駆動用
   の後輪と、その走行台車に設けた走行台車の走行
   距離および方向を検知するためのメジヤリングロ
   ーラと、単位時間毎のメジヤリングローラの走行
   距離を検知するメジヤリングローラ距離検知セン
   サと、そのメジヤリングローラの走行方向を検知
   するメジヤリングローラ方向検知センサと、その
   走行台車に設けた基準軸に対する走行台車の方向
   を検知する台車方向検知センサと、その走行台車
   に設けたこれらのセンサの検知信号から走行台車
   の走行方向及び走行速度を制御する制御装置とを
   含み、該制御装置は、単位時間毎にその時点にお
   けるメジヤリングローラ距離検知センサで検知さ
   れた走行距離とメジヤリングローラ方向検知セン
   サで検知されたメジヤリングローラの走行方向と
   台車方向検知センサで検知された台車方向とから
   走行台車の現在位置を算出し、該算出された現在
   位置とその時点における目標位置との相違量に基
   づいて走行台車の走行方向及び走行速度を制御す
   るように構成されたことを特徴とする自律航法装
   置を備えた走行台車。