JPH0680437B2 - 移動体の位置測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、移動体の位置測定装置に関し、特に、光の
反射を利用して移動体の現在位置を測定する装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来、自動車や工場内の無人移動搬送車等の移動体の現
在位置を測定する装置として、たとえば地上の複数箇所
に電波の送信源を設置しておき、移動体上でその電波を
受信し、受信方位などから移動体の現在位置を演算する
ような装置があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のような電波を利用した位置測定装置では、複数の
送信装置が必要であるため、高価になるという問題点が
あった。また、送信装置を常時正常に動作させるため
に、頻繁に点検や保守を行なわなければならないという
問題点もあった。特に、屋外で用いる場合は、送信装置
の設置環境が厳しいものとなるため、点検や保守の頻度
が増大してしまう。さらに、上述のような位置測定装置
では、電波を利用しているため、電波法の規制を受けた
り電波雑音の影響を受けたりするという問題点もあっ
た。

それゆえに、この発明の目的は、簡単かつ安価な構成で
しかも点検や保守の必要がほとんどなく、電波法による
規制等も全く受けないような移動体の位置検知装置を提
供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、移動体が移動すべき経路の右側および左側
の所定の座標位置に第１および第２の光反射手段を設け
ておき、移動体からこれら光反射手段に向けて光ビーム
を発射しその反射光を検知することにより移動体の現在
位置を測定するようにしたものであり、方位測定手段
と、第１および第２の光発射手段と、第１および第２の
光検知器と、走行距離測定手段と、演算手段とを備え
る。第１および第２の光反射手段は、入射した光を入射
方向と同じ方向へ反射する光学的性質を有するものであ
る。方位測定手段は、予め定められた基準方位に対する
移動体の進行方位を測定するためのものである。第１の
光発射手段は移動体の進行方位に対して右方向へ所定の
角度で光ビームを発射するように配置され、第２の光発
射手段は移動体の進行方位に対して左方向へ所定の角度
で光ビームを発射するように配置される。第１の光検知
器は第１の光発射手段に関連して設けられ、当該第１の
光発射手段から発射されて第１の光反射手段に反射され
た光を検知し得るように構成される。第２の光検知器は
第２の光発射手段に関連して設けられ、当該第２の光発
射手段から発射されて第２の光反射手段に反射された光
を検知し得るように構成される。走行距離測定手段は、
第１および第２の光検知器の一方が反射光を検知してか
ら他方が反射光を検知するまでの間に移動体が走行した
距離を測定するように構成される。演算手段は、方位測
定手段によって測定された進行方位と、走行距離測定手
段によって測定された走行距離と、第１および第２の光
反射手段の座標位置とに基づいて、移動体の現在位置を
演算するように構成される。

［作用］ この発明においては、第１および第２の光反射手段の座
標位置は予めわかっているため、基準方位に対する移動
体の進行方位と、第１および第２の光検知器の一方が反
射光を検知してから他方が反射光を検知するまでの間に
移動体が走行した距離とを測定し、これら座標位置と測
定した２種類の情報に基づいて、幾何学的な関係から移
動体の現在位置を演算することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の概略を示す図解図であ
る。図において、道路１の右側および左側には、それぞ
れ、光反射手段2Rおよび2Lが設けられる。これら光反射
手段2Rおよび2Lは、入射した光をその入射方向と同じ方
向に反射するような光学的性質を有しており、たとえば
コーナキューブなどが用いられる。また、光反射手段2R
および2Lは、それぞれを結ぶ線分αが予め定められた基
準方位Ｘと直交するように選ばれている。この基準方位
Ｘは、たとえば道路１と平行に選ばれてもよく、また道
路の延びる方向とは無関係にたとえば東西南北等に一致
するように選ばれてもよい。

一方、自動車等の移動体３には、その進行方位Ｙを測定
するための方位測定用スキャナ４と、その現在位置を測
定するための位置測定用スキャナ７とが設けられる。方
位測定用スキャナ４は、移動体３の進行方位Ｙに対して
直交する右および左方向に光ビーム5Rおよび5Lを発射す
るものである。位置測定用スキャナ７は、移動体３の進
行方位Ｙに対して右45゜の角度方向に光ビーム8Rを発射
し、左45゜の角度方向に光ビーム8Lを発射するものであ
る。

第２図は第１図に示す方位測定用スキャナ４の内部構造
を示す図であり、方位測定用スキャナ４を正面から見た
状態を示している。図において、この方位測定用スキャ
ナ４は、左右１対の投受光ユニット4Lおよび4Rを備え
る。投受光ユニット4Lは移動体３の左側へ光を発射する
ためのものであり、投受光ユニット4Rは移動体３の右側
へ光を発射するためのものである。なお、これら投受光
ユニット4Lおよび4Rは左右対称の同じ構造となっている
ため、ここでは右側の投受光ユニット4Rについてのみ説
明する。鏡筒41Rの内部には、光源42Rと、レンズ43R
と、ハーフミラー44Rとが収納される。光源42Rとして
は、指向性の鋭いたとえばレーザ光源等が用いられる。
レンズ43Rは光源42Rから出た光を上下方向に広がる平面
状の光ビーム5Rにする。このような平面状のビームとし
たのは、移動体３が多少振動しても光ビーム5Rが確実に
光反射手段2Rに当たるようにするためである。レンズ43
Rを出た光ビーム5Rはハーフミラー44Rを透過して外部へ
と出射される。また、ハーフミラー44Rは光反射手段2R
からの反射光6Rを反射する。このハーフミラー44Rの反
射光を検知し得る位置に受光器45Rが設けられる。この
受光器45Rは、たとえばフォトダイオードやフォトトラ
ンジスタ等が用いられ、ハーフミラー44Rからの反射光
を受けたことに応答して、検知信号を導出する。

第３図は第１図に示す位置測定用スキャナ７の内部構造
を示す図であり、この位置測定用スキャナ７を上側から
見た状態を示している。図において、この位置測定用ス
キャナ７は、90゜の開き角で配置された左右１対の投受
光ユニット7Lおよび7Rを備える。投受光ユニット4Lは移
動体３の進行方向Ｙに対して左45゜の角度方向へ光ビー
ム8Lを発射するためのものである。投受光ユニット7Rは
移動体３の進行方位Ｙに対して右45゜の角度方向へ光ビ
ーム8Rを発射するためのものである。なお、これら投受
光ユニット7Lおよび7Rは左右対称の同じ構造となってい
るため、ここでは右側の投受光ユニット7Rについてのみ
説明する。鏡筒71Rの内部には、光源72Rと、レンズ73R
と、ハーフミラー74Rとが収納される。光源72Rとして
は、指向性の鋭いたとえばレーザ光源等が用いられる。
レンズ73Rは光源72Rから出た光を上下方向に広がる平面
状の光ビーム8Rにする。なお、第３図は位置測定用スキ
ャナ７を上側から見ているため光ビーム8Rは直線状に見
えている。光ビーム8Rをこのような平面状のビームとし
たのは、移動体３が多少振動しても光ビーム8Rが確実に
光反射手段2Rに当たるようにするためである。レンズ73
Rを出た光ビーム8Rは、ハーフミラー74Rを透過して外部
へと出射される。また、ハーフミラー74Rは光反射手段2
Rからの反射光を反射する。このハーフミラー74Rの反射
光を検知し得る位置に受光器75Rが設けられる。この受
光器75Rは、たとえばフォトダイオードやフォトトラン
ジスタ等が用いられ、ハーフミラー74Rからの反射光を
受けたことに応答して、検知信号を導出する。以上のご
とく、第３図に示す位置測定用スキャナ７は、第２図に
示す方位測定用スキャナ４とほぼ同様の構成となってい
る。

第４図は移動体３に搭載される方位測定装置を示す概略
ブロック図である。第５図および第６図は第４図の方位
測定装置の動作を説明するための図解図である。以下、
第５図および第６図を参照しつつ第４図に示す方位測定
装置の構成ないし動作について説明する。

今、第６図に示すように、移動体３の進行方位Ｙが基準
方位Ｘに対してθであると想定する。この場合、第５図
に示すように、まず最初に左側の投受光ユニット4Lから
の光ビーム5Lが光反射手段2Lに当たる。光反射手段2Lは
受けた光ビーム5Lを入射方向と同じ方向へ反射するた
め、その反射光はハーフミラー44Lに戻り、このハーフ
ミラー44Lによって反射されて受光器45Lに入射する。応
じて、受光器45Lは検知出力を導出し、その検知出力を
先着判別回路10に与えるとともに、ORゲート11を介して
フリップフロップ12に与える。このフリップフロップ12
は、最初の入力でセット出力を導出しかつ次の入力でリ
セット出力を導出するものが用いられるため、最初に反
射光を検知した受光器45Lの出力でセットされる。フリ
ップフロップ12のセット出力（ハイレベル）がANDゲー
ト13に与えられ、該ANDゲート13を能動化させるととも
に、ローレベルに反転されてANDゲート14に与えられ、
該ANDゲート14を不能動化させる。応じて、パルス発生
器15から発生されるパルスがANDゲート13を介してカウ
ンタ16に与えられるため、カウンタ16は与えられるパル
ス数を計数する。ここで、パルス発生器15は移動体３が
予め定められた単位距離進むごとにパルスを発生するも
のであり、たとえば移動体３の車輪の回転を検出するロ
ータリエンコーダ等が用いられる。したがって、このパ
ルス発生器15の出力パルス数を計数することにより、移
動体３の走行距離を測定することができる。

移動体３が少し走行して第５図の点線で示す位置に来る
と、投受光ユニット4Rからの光ビーム5Rが光反射手段2R
に当たる。そのため、光反射手段2Rの反射光がハーフミ
ラー44Rに戻り、このハーフミラー44Rによって反射され
て受光器45Rに入射する。応じて、受光器45Rは検知出力
を導出し、その検知出力を先着判別回路10に与えるとと
もに、ORゲート11を介してフリップフロップ12に与え
る。フリップフロップ12は受光器45Rの出力が２度目の
信号であるためその出力論理状態を反転し、セット出力
端からローレベルの信号を導出するとともに、リセット
出力端からハイレベルの信号を導出する。応じて、AND
ゲート13が不能動化され、かつANDゲート14が能動化さ
れる。したがって、カウンタ16は受光器45Lが反射光を
検知してから受光器45Rが反射光を検知するまでの間に
移動体３が走行する距離ｌに相関するパルス数ｎを計数
し、その計数値ｎをANDゲート14を介して除算回路17の
一方入力に与える。また、フリップフロップ12のリセッ
ト出力がタイマ18で定まる一定時間遅れてカウンタ16の
リセット信号として与えられる。

前記除算回路17の他方入力には、間隔設定部19の設定値
nwが与えられる。この間隔設定部19には、光反射手段2
R,2L間の距離ｄに相関する値nwが予め設定される。すな
わち、間隔設定部19には、上記距離ｄをもし移動体３が
走行したであればパルス発生器15から得られるであろう
パルス数が予め設定される。したがって、除算回路17は
カウンタ16の計数値ｎを光反射手段2R,2Lの取付間隔に
相関する設定値nwで除算（N/nw）し、sinθ′を求め
る。この角度θ′は、第６図に示すように、光反射手段
2R,2Lを結ぶ線部αに対して光ビーム5Lおよび5Rがなす
角度であるが、基準方位Ｘに対して移動体３の進行方位
Ｙがなす角度θと等しい。したがって、除算回路17はsi
nθを算出する。除算回路17の出力は換算回路20に与え
られ、sinθが角度θに換算される。この換算回路20
は、図示しないが、たとえば各番地にsinθ（０≦θ＜9
0゜）のそれぞれの真数（正弦値）が設定されたROMを含
み、除算回路17からの除算値（n/nw）に等しい真数に相
当する角度θを読出すように構成されている。換算回路
20から導出される角度θは、絶対値であり、基準方位Ｘ
に対して正負どちらの角度θであるか明らかでない。そ
のため、角度θの正負の判別を行なう目的で、換算回路
20の出力が正負判別回路21に与えられる。

前記先着判別回路10は、受光器45Rの検知出力と受光器4
5Lの検知出力とのいずれが先行したかを判別し、その先
着判別出力を正負判別回路21に与える。正負判別回路21
は先着判別回路10の出力に基づいて、角度θの正負を判
別する。すなわち、正負判別回路21は、受光器45Rの検
知出力が先行したと先着判別回路10が判別したとき、角
度θを負（−）と判別し、受光器45Lの検知出力が先行
したと先着判別回路10が判別したとき、角度θを正
（＋）と判別する。たとえば、移動体３が第５図に示す
ように走行した場合、受光器45Lが先に検知出力を導出
するため、先着判別回路21は角度θを正（＋）と判別
し、＋θを出力する。

以上のごとく、第４図の方位測定装置によれば、基準方
位Ｘに対して移動体３の進行方位Ｙがなす角度θを正確
に測定することができる。

第７図は移動体３に搭載される位置測定装置を示す概略
ブロック図である。なお、第４図に示す方位測定装置と
同様の構成の部分は同一の参照番号を付しその説明を省
略する。図において、第３図に示す受光器75Rおよび75L
の出力はそれぞれORゲート11の一方入力および他方入力
に与えられる。ここで、回路コンポーネント11〜16およ
び18は移動体３の走行距離を測定するための手段を構成
しており、その構成ないし動作は第４図に示すものと同
様である。ANDゲート14の出力は演算回路22に与えられ
る。また、この演算回路22には、第４図に示す正負判別
回路21から移動体３の方位情報（基準方位Ｘに対して移
動体３の進行方位Ｙがなす角度θ）が与えられる。演算
回路22は、図示しないが、たとえばマイクロコンピュー
タなどを含んで構成され、移動体の現在位置を演算する
ためのものである。

第８図〜第11図は第７図の位置測定装置の動作を説明す
るための図であり、特に、第８図は道路１上における移
動体３の進行状態を示す図であり、第９図および第10図
は移動体３と光反射手段2Rおよび2Lとの位置関係を幾何
学的に示す図であり、第11図は演算回路22の動作を示す
フローチャートである。以下、これら第８図〜第11図を
参照して第７図の位置測定装置の動作を説明する。今、
第８図に示すように、位置測定用スキャナ７が点Ａに来
たとき光ビーム8Lが光反射手段2Lに当たり、位置測定用
スキャナ７が点Ｂに来たとき光ビーム8Rが光反射手段2R
に当たるような場合を想定する。この場合、点Ａから点
Ｂまでの間の距離Ｐは第７図のORゲート11,フリップフ
ロップ12,ANDゲート13および14,パルス発生器15,カウン
タ16,タイマ18によって測定される。この測定動作は、
第４図で説明した動作と同様でありその説明を省略す
る。次に、演算回路22の動作を説明する。演算回路22
は、まず第11図のステップS11に示すように、正負判別
回路21から方位情報±θを入力する。そして、ステップ
S12において、光反射手段2Lを頂点として、点Ａを光反
射手段2Rとがなす角度γを次式によって演算する。

γ＝180゜−45゜−β 但し、β＝90゜−θ 続いて、ステップS13に進み、方位情報±θの正負と角
度γとに基づいて、点Ｃの座標を演算する。この点Ｃ
は、光反射手段2Rおよび2Lを結ぶ線分αを直径とする円
22と、点Ａと光反射手段2Lを結ぶ線分との交点である。
光反射手段2Rおよび2Lの座標位置は予めわかっているた
め、円22の方程式も予めわかっている。したがって、角
度γがわかれば点Ｃの座標を演算することは容易に行な
える。次に、ステップS14に進み、ANDゲート14からの距
離情報ｎを入力する。この距離情報ｎは、受光器75Rお
よび75Lの一方が反射光を検知してから他方が反射光を
検知するまでの間に移動体３が走行した距離であり、点
Ａと点Ｂとの間の距離Ｐに等しい。続いて、ステップS1
5に進み、点Ｃと点Ｂとの間の距離Ｑを演算する。第10
図に示すように、点A,B,Cを頂点とする三角形は、直角
２等辺三角形であるため、距離Ｑは次式によって容易に
演算できる。

次に、ステップS16に進み、点Ｃの座標と距離Ｑとに基
づいて、点Ｂの座標を演算する。点Ｂの座標は、点Ｃと
光反射手段2Rとを結んだ線分上にあり、点ＣからＱの距
離に存在する。続いて、ステップS17に進み、ステップS
16で演算した点Ｂの座標を位置情報として出力する。

なお、移動体３が方位角θで点Ｃ上を通過する場合は、
光ビーム8Rおよび8Lが同時に光反射手段2Rおよび2Lに当
たるため、受光器75Rおよび75Lからは同時に検知出力が
得られる。そのため、この場合距離Ｐが０となり、ステ
ップS15で演算される距離Ｑも０となる。したがって、
点Ｃの座標位置が現在位置として演算される。

なお、以上のようにして得られた方位情報および位置情
報は、種々の利用態様が考えられる。たとえば、表示器
に表示させるようにしてもよいし、自動操縦のための情
報として用いてもよい。自動操縦を行なう場合は、道路
１に沿って複数組の光反射手段の所定間隔ごとに配置す
ればよい。

第12図はこの発明の他の実施例の概略を示す図解図であ
る。図において、この実施例では、移動体３が通過すべ
き道路１が２車線になっており、その２車線の道路の右
端と左端に光反射手段2Rおよび2Lが設けられる。この場
合、位置測定用スキャナ７は、移動体３の進行方位Ｙに
対して右60゜の角度で光ビーム8Rを発射し、左30゜の角
度で光ビーム8Lを発射するように配置される。なお、こ
の実施例において、移動体３の現在位置を求めるための
幾何学的アプローチは前述の実施例とは若干異なるが、
当業者であれば前述の実施例から容易に実現し得るであ
ろうからその説明を省略する。

なお、以上説明した実施例においては、移動体３の進行
方位を測定するための手段として方位測定用スキャナ４
と第４図に示す方位測定装置とを用いたが、これらに代
えてジャイロスコープや方位磁石等を用いてもよい。

また、上述の実施例では、90゜の開き角を有する光ビー
ム8Rおよび8Lを発射する位置測定用スキャナ７を用いた
が、この実施例はこれに限定されることなく、その他の
開き角で光ビーム8Rおよび8Lを発射するような位置測定
用スキャナを用いてもよい。理論的には、光ビーム8Rお
よび8Lの開き角が180゜でなければ移動体３の現在位置
を測定することが可能である。

また、上述の実施例によれば、位置測定用スキャナ７は
移動体３の前方に向かって光ビームを発射するように配
置されているが、位置測定用スキャナ７は移動体３の後
方に向かって光ビームを発射するように配置されてもよ
い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、光ビームの反射を利
用して移動体の現在位置を測定するようにしているの
で、従来の電波を用いて現在位置を測定する方法に比べ
て、構造が簡単でかつ安価であり、また電波法の規制を
受けることもなく、さらに電波雑音影響を受けることも
ない。また、この発明によれば、光反射手段の保守およ
び点検を行なう必要がほとんどなく、そのための時間お
よび労力を大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略を示す図解図であ
る。第２図は第１図に示す方位測定用スキャナ４の内部
構造を示す図である。第３図は第１図に示す位置測定用
スキャナ７の内部構造を示す図である。第４図は移動体
３に搭載される方位測定装置を示す概略ブロック図であ
る。第５図および第６図は方位測定用スキャナ４および
第４図に示す方位測定装置によって行なわれる方位測定
動作を説明するための図解図であり、特に、第５図は移
動体３の進行状態と光反射手段2Rおよび2Lとの位置関係
を示した図であり、第６図は第５図の幾何学的説明図で
ある。第７図は移動体３に搭載される位置測定装置を示
す概略ブロック図である。第８図〜第10図は位置測定用
スキャナ７および第７図に示す位置測定装置によって行
なわれる現在位置測定動作を説明するための図解図であ
り、特に、第８図は移動体３の進行状態と光反射手段2R
および2Lとの位置関係を示した図であり、第９図は第８
図の幾何学的関係を示した図であり、第10図は第９図に
おける点A,B,C付近の拡大図である。第11図は第７図に
示す演算回路22の動作を説明するためのフローチャート
である。第12図はこの発明の他の実施例の概略を示す図
解図である。 図において、１は道路、2Rおよび2Lは光反射手段、３は
移動体、４は方位測定用スキャナ、７は位置測定用スキ
ャナ、72Rおよび72Lは光源、75Rおよび75Lは受光器、15
はパルス発生器、16はカウンタ、22は演算回路を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の反射を利用して移動体の現在位置を測
   定する装置であって、 前記移動体が移動すべき経路の右側および左側の所定の
   座標位置にはそれぞれ入射した光を入射方向と同じ方向
   へ反射する第１および第２の光反射手段が設けられ、 予め定められた基準方位に対する前記移動体の進行方位
   を測定するための方位測定手段、 前記移動体の進行方位に対して右方向へ所定の角度で光
   ビームを発射する第１の光発射手段、 前記移動体の進行方位に対して左方向へ所定の角度で光
   ビームを発射する第２の光発射手段、 前記第１の光発射手段に関連して設けられ、当該第１の
   光発射手段から発射されて前記第１の光反射手段に反射
   された光を検知するための第１の光検知器、 前記第２の光発射手段に関連して設けられ、当該第２の
   光発射手段から発射されて前記第２の光反射手段に反射
   された光を検知するための第２の光検知器、 前記第１および第２の光検知器の一方が前記反射光を検
   知してから他方が前記反射光を検知するまでの間に前記
   移動体が走行した距離を測定するための走行距離測定手
   段、および 前記方位測定手段によって測定された進行方位と、前記
   走行距離測定手段によって測定された走行距離と、前記
   第１および第２の光反射手段の座標位置とに基づいて、
   前記第１および第２の光検知器の前記他方が前記反射光
   を検知した時点における前記移動体の現在位置を演算す
   る演算手段を備える、移動体の測定装置。
2. 【請求項２】前記第１および第２の光発射手段は、それ
   ぞれ前記移動体の進行方向に対して右方向および左方向
   へ対称な角度で光ビームを発射するように配置されてい
   る、特許請求の範囲第１項記載の移動体の位置測定装
   置。
3. 【請求項３】前記第１の光発射手段は、前記移動体の進
   行方向に対して右方向へ45゜の角度で光ビームを発射す
   るように配置され、 前記第２の光発射手段は、前記移動体の進行方向に対し
   て左方向へ45゜の角度で光ビームを発射するように配置
   される、特許請求の範囲第２項記載の移動体の位置測定
   装置。
4. 【請求項４】前記第１および第２の光発射手段は、それ
   ぞれ前記移動体の進行方向に対して右方向および左方向
   へ非対称な角度で光ビームを発射するように配置されて
   いる、特許請求の範囲第１項記載の移動体の位置測定装
   置。
5. 【請求項５】前記方位測定手段は、 前記移動体の進行方向に対して直交する左右方向へ光を
   発射する第３の光発射手段と、 前記第３の光発射手段に関連して設けられ、当該第３の
   光発射手段から発射されて前記第１の光反射手段に反射
   された光を検知するための第３の光検知器と、 前記第３の光発射手段に関連して設けられ、当該第３の
   光発射手段から発射されて前記第２の光反射手段に反射
   された光を検知するための第４の光検知器と、 前記第３および第４の光検知器の一方が前記反射光を検
   知してから他方が前記反射光を検知するまでの間に前記
   移動体が走行した距離を測定するための方位測定用走行
   距離測定手段と、 前記方位測定用走行距離測定手段によって測定された走
   行距離と、予め設定された前記第１および第２の光反射
   手段の間の距離情報とに基づいて、予め定められた基準
   方位に対する前記移動体の進行方位を演算する角度演算
   手段とを含む、特許請求の範囲第１項ないし第４項のい
   ずれかに記載の移動体の位置測定装置。
6. 【請求項６】前記方位測定手段は、ジャイロスコープで
   ある、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の移動体の位置測定装置。
7. 【請求項７】前記方位測定手段は、方位磁石である、特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の移
   動体の位置測定装置。