JP2018054290A - 運搬用車両の障害物検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運搬用車両の走行中に、その走行路の路面において、車両の高速走行時にも走行安定性を阻害するおそれのある障害物を検出できるようにする【解決手段】ダンプトラック1に設けられ、レーザパルス出射装置34から、走行方向の前方位置の路面に向けてレーザパルスを照射して、路面からの反射光を受光するようになし、このレーザパルスの照射位置をダンプトラック1の走行方向と交差する方向に走査させるようになし、このレーザパルスの走査ラインの前後の走査間隔を走行速度に応じて変化させる構成とする。【選択図】図1
Description
本発明は、鉱山で稼働するダンプトラック等の運搬車両における走行路の障害物を検出するための運搬用車両の障害物検出装置に関するものである。
走行車両の前方に走行の障害となる物体や人、さらに他の車両等といった障害物が位置していると、これら障害物を避けて走行しなければならない。このために、車両の前方部位にセンサを装着して、前方を監視する構成としたものは従来から広く知られている。例えば、特許文献1に開示されているのは、レーザセンサを用いた距離測定装置である。
この公知の距離測定装置は車両に搭載されて、車両の走行方向に対する前方位置に向けてレーザパルスを出射して、その反射光を受信して、このレーザパルスの送信から受信までの時間を計測することにより障害物の距離を測定するものである。
前述した特許文献1では、車両の走行路において、一般道路における走行中または停止中の車両であり、さらに通行者等の人である。つまり、検出対象はある程度の高さを有するものであって、できるだけ見通しを良くするために、照射されるレーザパルスは概略水平方向となる。
ところで、鉱山を稼働フィールドとするダンプトラック等の運搬用車両にあっては、車両はある程度高速で走行するものであり、岩石等のように、走行に障害となる障害物が走行路上に存在する可能性がある。特に、掘削物を積載したダンプトラックが頻繁に走行することから、ベッセル(荷台)から積載物がこぼれ落ちる可能性もあり、また後発的に岩石等の障害物が走行路に入り込むこともある。従って、ダンプトラックの走行時には、これらの障害物を避けるように走行しなければならず、大きな障害物が走行方向の前方位置にある場合には、ダンプトラックを停止させなければならないことになる。
以上のことから、ダンプトラックが走行する路面上にダンプトラックの走行に支障のある障害物の存在を検出する必要があり、車両が乗り越えられない障害物はもとより、車両の高速走行時における安定性を考慮すれば、乗り越えることができる障害物であっても、乗り越えた時に車体が、特にベッセルに積荷がある状態では、衝撃により積荷がこぼれ出すおそれがある場合には、その障害物を避けて走行しなければならず、若しくは車両を停止させなければならないこともある。しかも、この障害物の検出はダンプトラックの走行中に行われることになる。従って、検出対象は走行路の路面からの突出物であるから、レーザパルスは路面に向けて照射する必要があり、しかも車両からどの程度離れた位置の情報を必要とするか、またどの程度の高さの突出物を検出するかはダンプトラックの構成、ベッセルにおける積載物の種類、車両の走行速度、その他の状況に応じて、任意に設定できるようにする必要がある。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、運搬用車両の走行中に、その走行路の路面において、車両の高速走行時にも走行安定性を阻害するおそれのある障害物を検出できるようにすることをその目的とするものである。
この目的を達成するために、本発明は、運搬用車両に設けられ、この運搬用車両の走行方向の前方位置の路面に向けてレーザパルスを照射して、路面からの反射光を受光するレーザ装置と、このレーザ装置からのレーザパルスの照射位置を前記運搬用車両の走行方向と交差する方向に走査させるレーザパルス走査手段と、前記運搬車両の走行速度Vと、走査始点位置から走査終点位置までの走査時間と次の走査期間の開始までの周期とからなる計測周期時間Thとに基づいて、前後のレーザパルスの走査ライン間の走査間隔を測定するようになし、前記運搬用車両の走行速度が変化しても、前記走査間隔が所定値を超えないように前記計測周期時間Thを変化させる走査間隔調整手段とを含むものである。
レーザ装置はレーザパルスを出射するレーザ装置と、路面からのレーザ光の散乱光を受信する受光センサとが含まれる。また、レーザ光の光路を曲折する場合には、光路の途中に反射ミラーを配置し、この反射ミラーの角度を制御する。路面からの反射光は集光レンズにより集光させて、受光センサに入射されるように構成するのが望ましい。
レーザ装置から出射されるレーザパルスにより路面を走査する。運搬用車両の走行路において、車両の走行方向と直交する方向をX方向とし、走行方向をY方向としたときに、X方向は走行路の道幅を規定するものである。レーザパルス走査手段はX方向の走査範囲を規定するものであり、運搬用車両が走行する際の道幅が設定される。レーザパルス走査手段はレーザ装置を往復揺動させるか、または一方向に回転させる。レーザ光の光路に反射ミラーを配置している場合には、この反射ミラーを往復回動させることによっても、レーザパルスを走査させることができ、線状乃至帯状の走査ライが設定される。ここで、走査ラインは車両の走行方向と直交するものだけに限らず、走行方向と直交する方向に対して斜め方向であっても良い。このようにして車両の走行方向前方に向けてレーザパルスを照射することにより検査・監視を行うシステムはLIDAR(Light Detection and Ranging:光検出と測距)システムと呼ばれるものである。
以上により運搬用車両の走行方向における前方位置における所定の範囲をレーザパルスによる走査が行われて、LIDARシステムに基づく障害物が存在するか否かの検出を行うことができる。従って、路面上にレーザスポット間を結ぶ仮想のグリッドを設定したときに、このグリッドを構成する網目(メッシュ)の大きさに基づいて検出可能な障害物の大きさが変化する。どの程度の大きさの障害物を検出するかについては、運搬用車両の走行時に、その障害物を乗り越えた時の安定性に基づいて決定するのが一般的であり、この検出対象とする障害物の大きさに基づいて網目のX方向及びY方向の長さが決定される。
ここで、運搬車両の走行速度Vと、走査始点位置から走査終点位置までの走査時間と次の走査期間の開始までの周期とからなる計測周期時間Thとしたときに、前述した網目を構成するX方向及びY方向について、X方向の間隔はレーザ装置から出射されるパルスレーザのパルス間隔により定まるものである。一方、Y方向の間隔は運搬用車両の走行速度Vにより変化することになる。つまり、運搬用車両が低速で走行している際にはY方向の間隔は短くなり、高速で走行している場合には長くなる。従って、運搬用車両の走行速度に応じて、前後の走査ライン間の走査間隔V×Thが変化することになる。走査間隔調整手段は、運搬用車両の走行速度に応じて、走査ラインのY方向のピッチ間隔を調整するためのものである。この走査間隔調整手段による調整によって、設定した大きさの障害物を確実に検出することができる。ここで、Y方向の間隔は運搬用車両の速度変化に応じて変化させるようにしても良いが、運搬用車両の上限速度が決まっている場合には、この上限速度を基準にしてY方向のピッチ間隔を固定することができる。
運搬用車両の走行中に、その走行路の路面において、車両の高速走行時にも走行安定性を阻害するおそれのある障害物を確実に検出できるようになる。
前述及び前述以外の発明の課題、構成及び効果については、以下において、図面を参照して説明する本発明の実施の形態によって、より明確にする。
以下、本発明に係る運搬用車両の障害物検出装置について、鉱山で稼働するダンプトラックとして構成したものについて、その実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1にダンプトラック1の全体構成を示し、図2にダンプトラック1の稼働フィールドの一例としての鉱山現場の状況を模式的に示す。ダンプトラック1は鉱山で掘削された鉱石や土砂等を運搬するためのものであり、その稼働フィールドは走行条件の悪いオフロードであり、岩石や礫等が存在する中を走行するものである。
ダンプトラック1は車両本体1aとベッセル1bとから構成される。車両本体1aには運転室2が設置されており、また走行手段として、それぞれ左右に設けた前輪3及び後輪4を有するものであり、前輪3は従動輪、後輪4は駆動輪である。
運転室2には、オペレータが搭乗するために、車両本体1aには上側デッキ5が設けられており、この上側デッキ5は車両本体1aの前側に設置されており、その幅寸法は車両本体1aの幅全体に及んでいる。上側デッキ5の下部中央位置には、一対の建屋構造部6R,6Lが配置されており、その中間位置にはエアクリーナ7が設置されている。エアクリーナ7は複数のフィルタエレメントが装着されて、空気中の塵埃等を捕捉するように構成されている。
図2において、10は採鉱場であり、採鉱場10には採鉱作業を行うための油圧ショベル11が稼働している。採鉱場10からは走行路12が延在されており、この走行路12は、図示は省略するが、鉱石集積場に向けた鉱石送路13や排土場に向けた土砂送路14が分岐して形成されている。
ダンプトラック1は採鉱場10に搬入され、油圧ショベル11から土砂や鉱石等がベッセル1bに積載されて、走行路12に沿って走行する。鉱石が積載されている場合には、鉱石送路13から鉱石集積所に移送される。また、ベッセル1bに土砂が積載されている際には土砂送路14に向って走行することになる。いずれの送路を取るにしても、鉱石集積所や排土場においては、ベッセル1bから積載物が排出される。
ダンプトラック1が稼働するフィールドにおいては、複数台のダンプトラック1が稼働しており、これらのダンプトラック1は交通管制センタ15に設けた管理装置により運行が管理されることになる。ダンプトラック1と交通管制センタ15との間は無線通信により情報の双方向伝達が可能となっている。このために、走行路12及び交通管制センタ15における所定の位置にはアンテナ16が設けられている。さらに、各ダンプトラック1には通信衛星(GPS)17から自己の位置情報を取得できるようにしている。
走行路12において、ダンプトラック1は採鉱場10から鉱石送路13や土砂送路14に向う往路と、採鉱場10側に向う復路とに向けて走行するものであり、走行路12の途中で他のダンプトラック1がすれ違うことになる。このために、走行路12には往路と復路とが区画されている。ただし、通常、その境界部に中央分離帯等は設けられていない。また、走行路12の道幅端部は崖等が位置しており、これによって、走行路12は往路及び復路における道幅が概略設定されていることになる。そこで、以下の説明においては、走行路12について往路及び復路の側端部をそれぞれ路肩という。
走行路12(鉱石送路13,土砂送路14を含む)をダンプトラック1が走行する際には、走行安定性を図り、円滑な走行を可能にするために、路面に障害物が存在しないようにする必要がある。鉱山においては、舗装等が行われていないことから、路面に凹凸があり、また岩石等が存在していることがある。従って、路面の状態を監視する必要があり、特にダンプトラック1の走行方向前方位置に走行不能となり、若しくは走行安定性に影響を及ぼすような障害物が存在するか否かを判断しなければならない。しかも、障害物が存在する場合、それを避けるように走行させるか、または停止しなければならない場合もある。このために、ダンプトラック1には、特に走行方向前方の路面上に障害物があるか否かの検出を行う必要があり、図3に示したLIDARシステムによる障害物検出機構20を用いられる。
障害物検出機構20は被検領域21内に障害物が存在しているか否かの検出を行うものである。図中において、22は所定の間隔をもってレーザパルスを出射するレーザ装置、23はレーザパルスを所定の範囲にわたって走査させるレーザパルス走査機構、24は受光センサをそれぞれ示す。
被検領域21をX方向及びY方向に所定の広がりをもったエリアとしたときにおいて、パルスレーザ装置22から出射されレーザ光はレーザパルス走査機構23により光路を曲げられた上で被検領域21の表面を走査することになる。従って、レーザパルス走査機構23は反射ミラー23aを有し、この反射ミラー23aによって被検領域21にレーザパルスが照射される。レーザパルスを被検領域21の全体を走査させるためには、反射ミラー23aは直交2軸、つまりX方向及びY方向に傾動乃至回転できるものとする。具体的には鉛直方向に延在させた回転軸23Xを有するものであり、この回転軸23Xを図示しないモータ等により回転駆動することによって、被検領域21のX方向にレーザパルスが走査される。また、水平方向に延在させた回転軸23Yを駆動することにより被検領域21の内部をY方向に走査させることがはできる。被検領域21を走査したレーザパルスは集光レンズ25により集光されて、受光センサ24に入射される。
受光センサ24は被検領域21からの反射光の散乱光を受信する。被検領域21に凹凸があると、散乱光が変化するので、受光センサ24による散乱光量に基づいて路面から突出している障害物の有無及びその大きさ,形状等を判定することができる。
以上の障害物検出機構20を利用して、ダンプトラック1の走行方向における前方位置の路面の状況を検出することができる。即ち、路面の状態によっては、ダンプトラック1が走行できない状態となっていることがあり、またダンプトラック1が直進することができず、ステアリング操作が必要なこともある。このように、ダンプトラック1が直進できない状況となっていると、停止させるなり、ステアリング操作を行うなりといった回避動作を行うが、このために障害物検出機構20を用いることができ、この障害物検出機構20によるレーザパルスの照射位置は路面の斜め前方とし、またダンプトラック1が走行できる道幅の全体をカバーさせる。
この障害物検出機構20は、ダンプトラック1に組み込むに当っては、各機構を一体構成とした障害物検出部ユニット30として構成し、その具体例を図4に示す。障害物検出部ユニット30は、ダンプトラック1においては、図1にあるように、建屋構造部6R、6Lの間の位置で、エアクリーナ7の装着部の上部位置に配置される。障害物検出装置30は支持板体31の上下にレーザ保持部32と回転駆動部33とを所定の間隔だけ離間した位置に装着する構成となし、これらレーザ保持部32と回転駆動部33との間にレーザパルスの入出射領域が確保される。レーザ保持部32にはパルスレーザ出射装置34が装着されている。また、回転駆動部33には、図示しないモータにより回転駆動される回転体35が設けられており、この回転体35にはハーフミラー36が装着されると共に、受光センサ37が設けられている。
レーザパルス出射装置34からの光路と、回転駆動部33の回転中心とはほぼ一致しており、このレーザパルス出射装置34から出射されるパルスレーザは一部がハーフミラー36に反射して、被検領域に向けて照射されることになる。そして、被検領域の表面からの反射光は散乱するが、この散乱光の一部がハーフミラー36を透過することになる。このハーフミラー36を透過した散乱光は受光センサ37により受光されるが、この受光センサ37には集光レンズが装着されている。
ここで、図5に示したように、障害物検出部ユニット30は支持板体31と対面する方向は死角となるが、この死角範囲を除いた広い角度範囲にわたってレーザ光を照射することができるものである。障害物の検出は走行路12の路面において、その道幅に限定されることから、回転駆動部33による回転体35は一方向に回転させることによって、この走行路12の路面全体を走査することは可能である。ただし、所定角度分だけ往復回動させるようにしても良い。
路面に対してレーザ光を走査させることにより、路面上に障害物の有無を検出するが、このためにダンプトラック1が走行する間に、障害物検出部ユニット30を駆動して、回転体35を回転させながら、レーザパルス出射装置34からレーザパルスを出射させる。その結果、図6に示したように、走行路12の路面が走査される。ここで、車両の進行方向をY方向とし、道幅方向をX方向としたときに、X方向においては、レーザパルスの走査間隔がレーザスポットのピッチ間隔となる。一方、Y方向におけるレーザスポットのピッチ間隔は車両の進行速度により変化する。即ち、車両が高速で走行する際には、Y方向のレーザスポットのピッチ間隔は広くなり、車両が低速で走行する際には、ピッチ間隔が広くなる。
一般的なLIDARシステムでは、図7に示したように、レーザパルスの照射方向を一定角速度ωで回転させながら、速度Vで走行させたときにおいて、一定時間間隔ΔTでレーザ照射と検出を繰り返すことから、計測は一定角度分解能Δθ毎に得られることになる。ΔTは一定であるとすると、t=T0において、ある角度θ方向にレーザを照射した後、次に同じ角度θ方向にレーザパルスを照射するまでの時間を計測周期Thとすると、計測周期Thと計測分解能Δθとの間にはΔθ・Th=2π・ΔTの関係になる。すなわち、ThとΔθとの間に反比例の関係がある。
ここで、図8及び図9において、計測点P1−P2,P1−P1´,P2−P2´間の2方向の距離(進行方向の距離ΔY、進行方向と直交する方向の距離ΔX)としたときに、距離ΔYは計測周期Th間の間隔であり、ダンプトラック1の走行速度Vと回転駆動部33による回転体35の回転速度に基づくものであり、回転駆動部33の回転速度が一定であるとすれば、ダンプトラック1の走行速度Vにより変化する計測周期ThがΔYに相当する。また、図8(a)で示したように、レーザパルス出射装置34の路面からの高さをH、ピッチ間隔をρ、レーザ照射方向をθ、計測分解能をΔθとしたときに、同図(b)に示したように、路面上のレーザスポットのX方向のピッチ間隔、つまり距離ΔXはH/cosρ|tanθ−tan(θ+Δθ)|に基づいて演算される。
ここで、図9及び図10に示したように、ダンプトラック1の走行中における距離ΔX及びΔYの最大値ΔXMAX、ΔYMAXを取るのは走行路12における路肩若しくはその近傍位置である。そこで、路面上において、検出すべき障害物の大きさについて、ダンプトラック1の最高走行速度であっても、図10においてEで示した位置の大きさを評価値Eとした場合、E=ΔXMAX・ΔYMAXが所定の範囲内であれば確実に検出できるように設定する。
なお、評価値Eに関しては、E=ΔXMAX・ΔYMAXでなく、E=ΔXMAX+ΔYMAXや、ΔXMAXとΔYMAXのうち大きいほうで評価する方法などもあり、目的によって選定するのがよい。以上のことから、ダンプトラック1の走行中に所定の大きさの障害物Bを検出するには、その走行速度に応じて障害物検出部ユニット30の回転駆動部33により駆動されるレーザパルス出射装置34の回転速度を調整する。これによって、所望の大きさの障害物Bを検出することができるようになる。このダンプトラック1の走行速度は、後述する自己位置計測装置42から得られるデータに基づいて計算することができるものである。これらにより走査間隔調整手段が構成される。ここで、以下においては、障害物Bについて、その大きさを基準として、走査間隔を設定する構成としたものとして説明するが、要するにダンプトラック1の走行速度により走査間隔が変化するのを防止するものであって、必ずしも障害物Bの大きさのみを基準するものではなく、他の要素を勘案して走査間隔を設定することもできる。
次に、図11に基づいて障害物検出システムの構成について説明する。同図において、40は障害物検出システムの概略構成図である。この障害物検出システム40は、走行路12の路面上に所定の大きさ以上の障害物Bが存在しているか否かを検出するためのシステムである。ここで、ダンプトラック1の走行時の安定性を確保するためのものであり、障害物Bが路面上に位置しており、前輪3または後輪4がこの障害物B(図10参照)により走行不能となる大きさのものである場合には、走行を停止させるが、ステアリング操作により障害物Bを避けるようにして走行できる場合もある。
ところで、図12に示したように、走行路12においては、ダンプトラック1が直進走行するエリアをエリアSとした時に、このエリアSの左右両側にエリアL,エリアRが存在する場合、エリアT,Rはダンプトラック1の前方に障害物Bが位置しており、直進走行していたのでは、この障害物Bと衝突するが、矢印Tまたは矢印Sで示したように、エリアTまたはエリアSの方向にステアリング操作を行えば、前輪3,後輪4が障害物Bに乗り上げないようにして走行できることが可能となる場合がある。従って、ダンプトラック1に装着される障害物検出システム40はダンプトラック1の走行方向の前方において、所定の大きさの障害物Bを検出したときには、この障害物Bを避けるようにして走行できる場合には、ステアリング操作が行われ、また走行できない障害物Bが存在する場合には、ブレーキ操作することにより車両を停止させる。
そこで、図11に示した障害物を検出するシステム構成において、40は車両本体1aに対する障害物Bの相対位置を計測する計測システムであり、この計測システム40と交通管制センタ15とは無線通信により信号の授受をできるようになっている。
40は、障害物を検出するために、図4に示した障害物計測部41を備えるものである。また、車両本体1aの位置及び姿勢を計測するための自己位置計測部42と、障害物Bの相対位置や路面路幅,対向車の存在に基づいて、車両本体1aの進行方向や走行速度を変更させる車体運動制御部43を有している。さらに、交通管制センタ15との間で通信を行うための通信部44を備えている。
障害物計測部41には、障害物検出部ユニット30と、この障害物検出部ユニット30による測定結果に基づき、障害物Bのダンプトラック1に対する相対位置を測定する障害物計測部41aと、路面Aの周囲の外部座標系での障害物位置、障害物形状に関する障害物データを記憶する記憶部としての障害物記憶部41bとを備えている。
障害物検出部ユニット30は、障害物計測部41aに接続され、障害物計測部41aは、障害物記憶部41bに接続されている。障害物検出部ユニット30は、図1に示すように、これら障害物検出部ユニット30から照射するレーザ光が到達する路面A上の計測点がなす直線である走査方向としての交線Lが、それぞれ路面Aの幅方向(路幅X方向)に沿うように設定されている。また、障害物検出部ユニット30は、レーザ光の照射方向を予め定めた所定の角度、例えば0.25度毎に徐々に変化させて路面A上の計測点を走査していき、この障害物検出部ユニット30によるレーザ光の走査面において、所定の角度毎の路面Aまでの距離を計測する。
さらに、障害物計測部41は、障害物検出部ユニット30で検出した障害物情報と、障害物記憶部41bに記憶させた障害物データとを比較する比較部41cを備え、比較部41cでの比較に基づき,その障害物が設置物などの静止障害物なのか,若しくは車両などの動的障害物なのかといった障害物データの属性情報を更新する。
自己位置計測部42は、車両本体1aの、例えば前輪3の回転速度を計測するための車輪速計測部42aと、車両本体1aの運転室2に設けられたハンドル(図示せず)の操舵角度を計測するための操舵角計測部42bと、車輪速計測部42aにて計測した回転速度結果及び操舵角計測部42bにて計測した操舵角結果に基づいて、車両本体1aの走行速度、前輪3の角速度、地面に固定された座標系での車両本体1aの位置及び姿勢を算出するための自己位置演算装置42cとを備えている。車輪速計測部42aは、例えば前輪3の回転速度を検出するための速度センサ等である。操舵角計測部42bは、ハンドルの操舵角を検出することができる変位センサ等である。
自己位置計測側部42は、車両本体1aの自己位置を補正するための自己位置補正装置42dを備えている。自己位置補正装置42dは、車両本体1aの位置及び姿勢をより高精度に計測するためのものであり、例えば慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)や、GPS(Global Positioning System)等で構成されている。車輪速計測部42a、操舵角計測部42b及び自己位置補正装置42dは、自己位置演算装置42cにそれぞれ接続されている。
車体運動制御部43は、車両本体1aの走行速度を低下させたり停止させたりする制動装置43aと、ダンプトラック1の後輪4に対する回転トルク指令値を制限するための駆動トルク制限装置43bと、障害物Bを避けるための操舵制御装置43cと、走行路の経路やその路面Aの路幅、対向車情報等の地図データが記憶されたデータ記憶部43dと、制動装置43aによる制動量、駆動トルク制限装置43bによる制限量、及び操舵制御装置43cによる制御量を算出するための車両制御装置43eを備えている。車両制御装置23eは、データ記憶部43dに記憶された地図データに基づき、車両本体1aの障害物Bまでの距離や走行速度を制限することを目的として、制動装置43aによる制動量、駆動トルク制限装置43bによる制限量、及び操舵制御装置23cによる制御量を算出する。
制動装置43aとして、例えば後輪4の回転を制動させるディスクブレーキ等の機械的構造のメカニカルブレーキである。駆動トルク制限装置43bは、例えば後輪4の回転に対して電気的な抵抗を掛けて制動させる電気ブレーキ等のリターダブレーキである。データ記憶部43dに記憶された地図データとしては、走行路の側部に設けられている路肩形状等の路肩情報も記憶されている。車両制御装置43eには、データ記憶部43dに記憶されている地図データ、自己位置演算装置42cにて演算された自己位置情報、及び障害物計測部41aにて計測された障害物情報が入力される。車両制御装置43eは、制動装置43a、駆動トルク制限装置43b及び操舵制御装置43cのそれぞれに接続されている。
通信部44は、自己位置演算部42cに接続され、自己位置演算部42cにおいて演算したダンプトラック1の自己位置情報を交通管制センタへ送信する。通信部44は、障害物記憶部41b及びデータ記憶部43dに接続され、障害物記憶部41bに記憶されている障害物位置データや、データ記憶部43dに記憶されている地図データを、通信部44を介して出力できる構成とされている。
交通管制センタ15は、ダンプトラック1に搭載された通信部44との間で情報を送受信するための通信装置51と、走行路の障害物形状等の障害物マップが記憶される障害物データ記憶部52と、ダンプトラック1の通信部44から通信装置51に送信されてくる障害物情報と、障害物データ記憶部52に記憶されている障害物マップとを比較する比較部としての障害物比較装置53と、障害物比較装置53での比較により障害物情報が障害物マップと相違する場合に、その障害物情報のうちの障害物変化情報を記憶させるための変化データ記憶部54と、が備えられている。
次いで、計測システム40による障害物検出処理について、図11及び図12を参照して説明する。図13は、ダンプトラック1の障害物検出部ユニット30による障害物検出を示す図であり、(a)は障害物検出時のレーザパルスPLによる走査状態を示す概略斜視図で、(b)は障害物検出位置Pを示すグラフである。ここで、図13の(a)は、ダンプトラック1が走行路上の障害物Bを検出しながら走行している様子を示しており、図13の(a)中の破線は、障害物検出部ユニット30及び障害物計測部41にて求められる障害物位置を示す。図14は、ダンプトラック1による障害物検出処理を示すフローチャートである。
まず、障害物検出部ユニット30により走行路12の路面上の障害物Bを計測し、これら路面の位置と障害物Bについての測距データを取得する(ステップS1、以下単に「S1」等と示す。)。このS1にて取得した測距データに基づいて、図13の(a)及び(b)に示すように、障害物検出部ユニット30による走査面と路面Aと交差する交線Lを、路肩計測部41aにて算出する(S2)。
この後、障害物計測部41は、S2にて算出した交線Lから所定の距離H以上離れた測定点を、障害物計測点Pnとする(図13においては,P1,P2,P3が障害物計測点である。)(S3)。そして、ダンプトラック1の走行中に障害物計測点Pnに所定の大きさ及び形状の障害物を検出すると(S4),この障害物計測点Pnの相対位置とダンプトラック1の現在位置から,障害物計測点Pnの絶対位置を算出する(S5)。ここで、ダンプトラック1の現在位置は通信衛星17に基づいて測定される。そして,障害物計測点Pnの絶対位置を障害物記憶部41bに記憶させる(S6)。
一方、車両速計測部42aにて計測した回転速度結果と、操舵角計測部42bにて計測した操舵角結果とに基づき、自己位置補正装置42dにて補正されたダンプトラック1の走行速度、前輪3の角速度、地面に固定された座標系でのダンプトラック1の位置及び姿勢が自己位置演算部42cにて算出されて自己位置推定されている。そして、自己位置演算部42cにて演算されたダンプトラック1の位置と,障害物記憶部41bに記憶させたダンプトラック1の周囲の障害物の位置から,障害物までの最短距離が、所定の距離Dよりも大きいか判断される(S7)。
一方、車両速計測部42aにて計測した回転速度結果と、操舵角計測部42bにて計測した操舵角結果とに基づき、自己位置補正装置42dにて補正されたダンプトラック1の走行速度、前輪3の角速度、地面に固定された座標系でのダンプトラック1の位置及び姿勢が自己位置演算部42cにて算出されて自己位置推定されている。そして、自己位置演算部42cにて演算されたダンプトラック1の位置と,障害物記憶部41bに記憶させたダンプトラック1の周囲の障害物の位置から,障害物までの最短距離が、所定の距離Dよりも大きいか判断される(S7)。
S7により、自己位置演算部42cにて求めた位置と,障害物記憶部41bに記憶させたダンプトラック1の周囲の障害物の位置との距離が,所定の距離Dよりも大きいか判断された(S7におけるYES)場合は、図14に示す障害物検出処理が終了となる。一方、S7により、自己位置演算部42cにて求めた位置と,障害物記憶部41bに記憶させたダンプトラック1の周囲の障害物の位置との距離が,所定の距離Dよりも小さいと判断された(No)と判断された場合では、障害物に衝突する危険があると判断されたときにあっては、この障害物を回避してダンプトラック1を走行させることができるか否かを判断する(ステップ8)。回避可能な場合には、操舵等によりダンプトラック1に回避行動を取らせる(ステップ9)。回避動作を行うことができないと判断されたときには、車体運動制御部43の制動装置43a及び駆動トルク制限装置43bを制御してダンプトラック1の走行を停止させる(ステップ10)。
さらに、走行路において、レーザスポットのX方向及びY方向のグリッドマップを作製して、走行路面上の障害物の有無をこのグリッドマップで管理し、未検出のグリッドができるだけ少なくなるように、角度分解能Δθ(または、計測周期ΔT)を設定する。このグリッド情報を記録することで、走行路面の管理やメンテナンスを効率的に実施できるようになる。また、ダンプトラック1は概略同一の走行路面を走行することになるので、同一のダンプトラック1及び複数のダンプトラック1から同一走行路面において同じ位置のグリッド情報が繰り返し得られる。しかも、ダンプトラック1は往復走行するものであり、往路走行中で走査した位置が復路でも同じ位置を走査することも可能である。従って、走行路面を往復する部位のグリッド情報を取得することも可能である。これらのグリッド情報を蓄積するように設定すれば、グリッドマップはより完全なものになり、未知検知領域を最小限に抑制することができる。
次に、図15及び図16は、発明の第2実施形態に係るダンプトラック1を示す概略構成図である。ダンプトラック1は、第1の実施形態と同様、車両本体1aと、車両本体1a上に起伏可能に設けられた作業部としてのベッセル1bとを有し、また車両本体1aの前側上方に運転室2が設けられている。そして、走行可能に支持する左右の前輪3及びび後輪4を備えた構成とされている。また、上側デッキ5の下側の中央部には、一対の建屋構造物6L,6Rが所定間隔を空けて設けられ、これら建屋構造物6L,6R間にラジエータ等の熱交換装置が設置されている。各建屋構造部6L,6Rの間の位置には、車両本体1aの走行方向の一側、例えば走行方向前方に存在する障害物Bの一部の相対位置を検出するために、計2台の障害物検出部30L,30Rがそれぞれ取り付けられている。
本第2実施形態においては、第1の実施形態と同様、LIDARシステムにより障害物の検出を行うものであり、この場合、2台の障害物検出部30L,30Rはダンプトラック1の走行方向と直交する方向にレーザパルスの走査を行うのではなく、斜め方向に走査ラインXL,XRが設定されるようにしている。そして、この場合には、走査ラインXLとXRとは所定の位置で交差することになり、この交差位置Qを基準として、障害物検出の実行は走査ラインXLについては、交差位置Qから一方の路肩、つまり左側の路肩まで、走査ラインXRについては、交差位置Qから他方の路肩、つまり右側の路肩までについて、障害物検出を行うようにしている。
障害物を検出する領域上の計測点間の2方向の距離(進行方向の距離ΔY、進行方向と垂直な方向の距離ΔX)のうち、最大となるものに着目し、評価値E=ΔXMAXΔYMAXを評価関数とするが、角度分解能Δθ(または、計測周期ΔT)だけでなく、走査ラインXl,XRについて、交差位置Qにおける交差角αを適切に決定することで、より小さい障害物を確実に検出できるようになる。
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が含まれる。例えば、前述した実施形態は、本発明を分りやすく説明するためのものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものだけに限定されるものではない。
1 ダンプトラック
1a 車両本体
1b ベッセル
2 運転室
6L,6R 建屋構造物
12 走行路
30 障害物検出部ユニット
33 回転駆動部
34 レーザパルス出射装置
35 回転体
37 受光センサ
40 障害物検出システム
41 障害物計測部
42 自己位置計測部
42a 車輪速計測部
42b 操舵角計測部
43 車体運動制御部
1a 車両本体
1b ベッセル
2 運転室
6L,6R 建屋構造物
12 走行路
30 障害物検出部ユニット
33 回転駆動部
34 レーザパルス出射装置
35 回転体
37 受光センサ
40 障害物検出システム
41 障害物計測部
42 自己位置計測部
42a 車輪速計測部
42b 操舵角計測部
43 車体運動制御部
Claims (4)
- 運搬用車両に設けられ、この運搬用車両の走行方向の前方位置の路面に向けてレーザパルスを照射して、路面からの反射光を受光するレーザ装置と、
このレーザ装置からのレーザパルスの照射位置を前記運搬用車両の走行方向と交差する方向に走査させるレーザパルス走査手段と、
前記運搬車両の走行速度Vと、走査始点位置から走査終点位置までの走査時間と次の走査期間の開始までの周期とからなる計測周期時間Thとに基づいて、前後のレーザパルスの走査ライン間の走査間隔を測定するようになし、前記運搬用車両の走行速度が変化しても、前記走査間隔が所定値を超えないように前記計測周期時間Thを変化させる走査間隔調整手段と
を有する運搬用車両の障害物検出装置。 - 前記レーザ装置の路面からの高さをH、ピッチ間隔をρ、レーザ照射方向をθ、計測分解能をΔθとして、路面上のレーザスポットのピッチH/cosρ|tanθ−tan(θ+Δθ)|間隔と、前記走査間隔V×Thとからなる計測メッシュの大きさとが各々所定値を超えないように前記計測周期時間Thを変化させることを特徴とする請求項1記載の運搬用車両の障害物検出装置。
- 前記路面上の障害物をグリッドマップに記録して、前記路面の計測が繰り返される毎にグリッドマップデータを蓄積することによって、このグリッドマップの未知検知領域を減らすように、前記計測周期時間Thを変化させる構成としたことを特徴とする請求項1記載の運搬車両の障害物検出装置。
- 前記レーザ装置は前記運搬用車両の左右両側に一対配置して、レーザパルスの走査方向を交差するようにしてレーザパルスを照射するように構成したことを特徴とする請求項1記載の運搬車両の障害物検出装置。
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