专利名称：无人搬运车系统和无人搬运车的引导方法
技术领域：
本发明涉及无人搬运车的引导系统和使用该引导系统的无人搬运车的引导方法，特别是涉及无须假设无人搬运车的初始位置，可以在任意的位置识别即时位置的系统和方法。
公知的系统是沿行走路径设置多个反射板，由无人搬运车的激光扫描器识别反射板，算出即时位置。如果能识别三块反射板，则由三角测量的原理可以识别即时位置，因而问题就归结为确定已识别的反射板是反射板位置图上的哪块反射板。在这里如果能采用在反射板上附加条形码等识别数据的方法则很简单，但这样的反射板价格高，设置繁琐，因而一般地反射板均为同一种类。
为了不用在反射板上附加识别数据而能确定反射板，所以向无人搬运车输入无人搬运车的起动位置。这里最初是以使无人搬运车从已知的位置起动为前提，确定起动时已识别的反射板。在以后的识别中，从上一次的识别位置推定即时位置，将在该位置识别得到的反射板作为已识别的对象确定反射板。
但是采取这样的方法一旦反射板的识别失误，则不可能进行正确的位置识别，也不可能进行无人搬运车的控制。另外起动时输入即时位置是一种很繁琐的操作，例如以使无人搬运车从特定的复位位置开始起动作为前提，要人工使无人搬运车移至该位置起动，或在各个位置人工输入即时位置。这样的操作都很繁琐。
本发明的目的是提供一种无人搬运车和无人搬运车的引导方法，其在无初始位置的数据情况下使无人搬运车起动并能独立行走。
本发明的第二个目的是提供一种无人搬运车和无人搬运车的引导方法，其将无人搬运车的初始位置识别的失误率降低到可以充分忽略的程度。
本发明的第三个目的是提供一种无人搬运车和无人搬运车的引导方法，其提供失误率极低的计算无人搬运车的初始位置的具体方法。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案一种无人搬运车系统，其特征在于沿行走路径设置多个反射板，无人搬运车设置有获得反射板的方位和距离的激光扫描器；反射板位置图；将对已识别的三块反射板的距离的识别值与反射板位置图进行比较，以假定该三块反射板的装置；根据该假定计算无人搬运车的即时位置的装置。
所述的无人搬运车系统，其特征在于设有一种根据第四块以后的反射板的识别值，检验上述假定的一致性的装置。
一种无人搬运车的引导方法，其特征在于，沿行走路径设置多个反射板，用无人搬运车的激光扫描器识别至少三块反射板的方位和距离，将识别的距离与反射板位置图进行比较，暂时确定上述反射板，根据暂时确定的反射板暂时求出无人搬运车的即时位置，根据第四块以后的反射板的识别值，确认暂时求出的即时位置，并求出即时位置。
本发明的无人搬运车系统，沿行走路径设置多个反射板，无人搬运车设置有获得反射板的方位和距离的激光扫描器；反射板的位置图；将对已识别的三块反射板的距离的识别值与反射板位置图进行比较，暂时确定该三块反射板位置的装置；及根据该暂时确定，计算无人搬运车的即时位置的装置。
最好设置一种装置，根据第四块以后的反射板的识别值检验上述暂时确定的一致性。
本发明的无人搬运车的引导方法，沿行走路径设置多个反射板，用无人搬车的激光扫描器识别至少三块反射板的方位和距离，将识别的距离与反射板的位置图进行比较，暂时确定上述反射板，根据暂时确定的反射板暂时计算出无人搬运车的即时位置，根据第四块以后的反射板的识别值暂时求出的即时位置，确认并求出即时位置。
本发明的效果在于本发明的无人搬运车系统对于用无人搬运车的激光扫描器识别出的三块反射板，根据反射板和激光扫描器间的距离的信息，暂时确定反射板位置图上可能的反射板的组合。接着在能够识别第四块以后的反射板的情况下，利用该信息完全确定反射板。即使是只能识别三块反射板时，除此以外的关于无人搬运车的初始位置的概要信息被提供时利用该信息，或当各反射板在无人搬运车的行走路径的左边或右边等的信息被提供时利用该信息，可以确认暂时求出的无人搬运车的即时位置。因此可以在没有无人搬运车的初始位置的信息时使无人搬运车起动。
在可以识别第四块以后的反射板的情况下，这样得到的追加信息为其方向和距离，由于激光扫描器一般地角度分辨率极高，故几乎可以忽略误差。进而如果利用第四块反射板的距离的信息，可以更准确地识别即时位置。另外在可以识别第四块以后的反射板情况下，对于第四块以后的反射板，可以只使用角度的信息来代替使用角度和距离2种信息识别即时位置。另外“三块的反射板”的说法和“第四块以后的反射板”的说法并不限于下列情形，即用于最初识别的三块的反射板的暂时识别位置，和用于第四块以后识别的反射板的一致性的确认。例如在识别四块的反射板时，用于第二块反射板的一致性的确认，可以用第一块、第三块、第四块的反射板暂时确定即时位置。
在本发明中，使无人搬运车在没有初始位置信息的情况下独立行走，并在独立行走开始后当无人搬运车的即时位置的识别发生问题时，可以再次正确地计算无人搬运车的位置。因而不会产生只能在特定的点进行无人搬运车的起动的问题，不需要向无人搬运车正确地输入初始位置等，免去许多繁琐的操作。
以下根据附图，对实施例进行详细说明。
图1为实施例中使用的无人搬运车的侧面图。
图2为实施例中使用的无人搬运车的控制系统的框图。
图3表示实施例中反射板的确定过程特性图。
图4表示实施例中反射板的确定过程特性图。
图5表示实施例中反射板设置图。
图6表示实施例中即时位置的识别过程流程图。
以下为本实施例的详细说明。
图1～图6表示的是实施例。图1表示无人搬运车2的构造，其中4为车体，6为装载物体用于升降的升降机，8为装载激光扫描器10的支架，12为行走控制部，14为即时位置识别部。激光扫描器10例如以10Hz旋转，通过检测来自反射板16的反射光，计算距反射板16的距离和方位。反射板16的方位(角度)的分辨率在0.1度以下，距离的分辨率在1M左右。
图2表示无人搬运车2的控制系统。激光扫描器10识别的反射板的角度和距离的信息被送给即时位置识别部14，然后由即时位置识别部14计算无人搬运车2的即时位置和其方位。作为即时位置识别部14的子系统，包括存储沿着行走路径分布的反射板位置的反射板位置图18和根据位置图18的数据和激光扫描器10的数据计算出即时位置的即时位置计算部20。即时位置计算部20不仅计算即时位置，而且具有检验一致性，确定激光扫描器10识别的反射板是位置图18上的哪个反射板的功能。
图3表示将三块的反射板16-1～16-3按这个顺序识别时，反射板的暂时确定。若设与第一块反射板16-1的距离为a，与第二块反射板16-2的距离为b，设它们间的角度为θ，则根据余弦定理，由a、b及角度θ可求出反射板16-1和16-2的间距。由于距离a、b的分辨率为1m左右，2块反射块16-1和16-2的距离的精度为1.4m左右。接着当识别第三块的反射板16-3时，由三块反射板16-1～16-3形成的三角形的各边长被确定，该三角形的形状完全确定。
图4表示例如四块反射板时，反射板的确定和无人搬运车2的即时位置的识别算法。例如假设沿行走路径有N块的反射板。因为无须假设无人搬运车2的初始位置，在识别了第一块的反射板16-1的时候，对该反射板可能有N种分配。接着当识别第二块的反射板16-2时，第二块反射板与第一块反射板的距离必须在预定的距离内，其分辨率为1.4m左右。例如反射板以平均间隔10m放置，当反射板间的距离的标准偏差为5m时，假定反射板几乎一样地在标准偏差的范围内分布，若第一块反射板和第二块反射板的距离能以1.4m的精度被识别，则在最靠近第一块反射板的反射板中出现第二块反射板的概率为7块中有1块。此时对于识别的2块反射板的确定有kN种假设(k大于1小于10，实际上接近1)。
接着识别第三块的反射板16-3时，三块的反射板16-1～16-3形成三角形，但必须与反射板位置图18上的某一个三角形一致。此时三块反射板的候选组合减少，其可能性变为mN种(m＜1)。可以对候选进行大幅的限定。例如对于mN种的候选可以根据已知的三角测量原理计算无人搬运车2的即时位置。另外如果有相对三块反射板的角度的信息，则可以决定和得到无人搬运车2的位置和方向。如果有必要，对于mN种情况求出的无人搬运车的即时位置，计算三块反射板16-1～16-3的间距，与激光扫描器10的识别值进行比较，对确定三块反射板的假设进一步缩小范围。
例如当全部反射板的块数很少时，或向无人搬运车输入初始位置的大概值时(例如将行走路径分成10个区间左右时的区间号码)，或者输入各反射板是在行走路径前方的右侧能看见，还是在左侧能看见等附加的信息时，此时几乎完全可以确定三块反射板。例如设反射板间的距离的分辨率为1.4m左右，反射板间的间隔的标准偏差为5m左右，则在识别第二块反射板时k的值为1左右，在识别第三块反射板时m的值为例如1/10左右，如果再加上对即时位置算出后的无人搬运车2与各反射板的距离进行检查，则m值为1/100左右。如果有无人搬运车2的初始位置的大概数据，和有各反射板是在行走路径的右侧还是左侧等的附加数据，则m的值可以小于1/100，对小规模的无人搬运车系统几乎可以在位置图18上确定三块的反射板。
若使反射板的块数增加30％左右，可以从能识别三块的反射板的状态变为能识别四块以上的反射板的状态。当识别了第四块反射板时，首先可以根据角度的分辨率检验已确定的反射板是否正确，即检验一致性。如上所述角度的分辨率为0.1度以下，第四块反射板在该范围内偶然存在的概率为小于1/1000，几乎可以确实地检验其一致性。另外与第四块反射板间的距离分辨率为上述的1m左右时，由此可以进而检验其一致性。因此当识别了第四块的反射板时，在实际运用中几乎可以确定反射板。
图5、图6表示实施例的即时位置的识别过程。图5表示行走路径和反射板(用○来图示)的设置。例如识别了三块的反射板时，假设由这些反射板构成的三角形与图5的反射板16-1～16-3几乎一致。与此几乎全等的三角形在图5中不存在。在增加了第四个反射板的情况下，与这四块射板形成的四边形全等的四边形在图5中不存在。这样用三块以上的反射板，如果有它们和激光扫描器10的距离的信息，则很明显地几乎可以确定反射板。
图6表示确定反射板的过程。无人搬运车2从沿行走路径的任意位置开始起动，或者沿行走路径设置多处位置，该多处位置是识别四块以上的反射板得到的位置，假设从其中任一个开始起动。识别了最初1块反射板时，设行走路径上的反射板16的总数为N，对反射板的确定有N种假设。接着当识别第二块反射板时，选择与用图3的方法求出的第一块反射板与第二块反射板的距离几乎相同的反射板。此时对第一块的反射板与第二反射板的组合的假没有kM种，k大于1小于10，实际上为几乎接近1的数。接着当识别第三块的反射板时，确定由该三块反射板形成的三角形的形状。根据图5的反射板位置图，仅留下有与之几乎形状相同的三角形作为与确定反射板有关的假设。其结果对于确定反射板的假设范围得到进一步限定。
这样对确定反射板的假设通过运算予以限定，而不会造成负担，对于剩下来的假设算出无人搬运车2的即时位置和方位，例如有10种假设剩下来的话，计算出的无人搬运车2的即时位置和方位有10种。这时如有必要的话，将激光扫描器10和各反射板间的距离的识别值与每个假设求出的距离的值进行比较，除去不合理的部分。因此此时的无人搬运车2的即时位置和方位的有效假设变为mN种，m为比1小得多的数。
此时再识别第四块以后的反射板，根据该识别角度检验mN种假设的一致性。其失误率几乎可以由下列值来决定，即激光扫描器10的距离分辨率与反射板间的距离的标准偏差之比，乘以激光扫描器10的角度分辨率与360度之比后的值。该值比1/1000还小很多。因此如果能识别四块的反射板，确定反射板的失误概率为1/1000以下。假设能识别第五块以后的反射板时，进一步检验一致性，例如根据由角度和距离求出的五块的反射板即时位置的最小2乘法误差是否在预定范围内来检验一致性。当一致性不充分时，例如改变无人搬运车2的位置重新试验。当一致性存在时，以下变为独立行走。在独立行走中以如上所求的即时位置作为初始位置，在这里将确定的反射板作为最初见到的反射板，以后根据该信息反复确定反射板。即激光扫描器以10Hz左右进行扫描，在此期间由于无人搬运车2的行走距离远小于1m，因此实际上等同于连续看着各反射板。其结果，对于上一次识别的反射板的组合，在下一次的识别中，由上一次的数据确定在预定的角度内预定的距离内的反射板，作为与上一次相同的反射板。若有新出现的反射板，参照反射板位置图18来计算，当这样确定反射板时，根据这一点识别即时位置。
权利要求
1.一种无人搬运车系统，其特征在于沿行走路径设置多个反射板，无人搬运车设置有获得反射板的方位和距离的激光扫描器；反射板位置图；将对已识别的三块反射板的距离的识别值与反射板位置图进行比较，以假定该三块反射板的装置；根据该假定计算无人搬运车的即时位置的装置。
2.根据权利要求1所述的无人搬运车系统，其特征在于设有一种根据第四块以后的反射板的识别值，检验上述假定的一致性的装置。
3.一种无人搬运车的引导方法，其特征在于，沿行走路径设置多个反射板，用无人搬运车的激光扫描器识别至少三块反射板的方位和距离，将识别的距离与反射板位置图进行比较，暂时确定上述反射板，根据暂时确定的反射板暂时求出无人搬运车的即时位置，根据第四块以后的反射板的识别值，确认暂时求出的即时位置，并求出即时位置。
全文摘要
本发明公开一种无人搬运车系统及其引导方法,其在行走路径上设置多个反射板,在激光扫描器能识别四块以上的反射板的位置起动无人搬运车,得到反射板的角度和距离。识别第一块反射板时,确定假设有N种;识别第二块反射板时,与第一块的距离为合理的确定假设有kN种(K< 10);识别第三块反射板时,与位置图上一致的假设有mN种(m< 1),根据mN种的假设计算即时位置。识别第四块反射板,检验一致性,确定即时位置。
文档编号G05D1/02GK1253109SQ9911130
公开日2000年5月17日 申请日期1999年8月4日 优先权日1998年8月6日
发明者堀喜久雄 申请人:村田机械株式会社