JP5046310B1

JP5046310B1 - 無人車両および無人搬送システム

Info

Publication number: JP5046310B1
Application number: JP2011081865A
Authority: JP
Inventors: 秀人稲田
Original assignee: 日本輸送機株式会社
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: JP2012216129A

Abstract

【課題】撮像手段が２つだけであっても姿勢角を修正しながら全方向に走行可能な無人車両および該無人車両を備えた無人搬送システムを提供する。
【解決手段】無人車両１０は、それぞれ領域Ａ_１、Ａ_２の画像データを出力する２つの撮像手段１１ａ、１１ｂと、画像データに基づいて姿勢角を算出する姿勢角算出部と、姿勢角がゼロになるように車輪１５の操舵角を制御する操舵制御部とを備える。姿勢角算出部は、第１方向に走行する際は、２つの撮像手段１１ａ、１１ｂから出力される２つの画像データにおける誘導ラインの位置に基づいて姿勢角を算出し、第２方向に走行する際は、１つの撮像手段１１ａから出力される１つの画像データにおける誘導ラインの位置に基づいて姿勢角を算出するか、または２つの撮像手段１１ａ、１１ｂから出力される２つの画像データにおけるマーカの位置に基づいて姿勢角を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、路面に敷設された誘導ラインに対する姿勢角を修正しながら走行する無人車両および該無人車両を備えた無人搬送システムに関する。

従来から、工場や倉庫等においては、路面に敷設された誘導ラインと、該誘導ラインに沿って走行する無人車両とを備えた無人搬送システムが活用されている。このような無人搬送システムは種々の方式のものが知られているが、例えば特許文献１には、誘導ラインに対する姿勢角を修正しながら走行する無人車両を備えた無人搬送システムが開示されている。

図７に示すように、この従来の無人搬送システム２０は、車長方向に延びる車両中心線Ｃ上に距離Ｄだけ離れて配置されるとともに車幅方向に延在した第１誘導センサ２３および第２誘導センサ２４と、車両四隅に配置された車輪２５とを備えた無人車両２２を備えている。この無人車両２２では、第１誘導センサ２３によって検知された誘導ライン２１のずれ量ｅ_４１（例えば、−１０ｍｍ。以下、かっこ内の数値は一例。）と、第２誘導センサ２４によって検知された誘導ライン２１のずれ量ｅ_４２（＋２０ｍｍ）と、センサ間距離Ｄ（１５００ｍｍ）とに基づいて、下式により車両中心線Ｃと誘導ライン２１とがなす角度、すなわち姿勢角θ（１．１５°）が算出され、姿勢角θがゼロになるように各車輪２５の操舵角等が制御される。

図８に示す別の従来の無人搬送システム３０は、第１誘導センサ２３および第２誘導センサ２４の代わりに、領域Ａ_１を撮像する第１撮像手段３３および領域Ａ_２を撮像する第２撮像手段３４を備えた無人車両３２を備えている。この無人車両３２では、領域Ａ_１の画像データから求められたずれ量ｅ_５１と、領域Ａ_２の画像データから求められたずれ量ｅ_５２と、撮像手段間距離Ｄとに基づいて姿勢角θが算出され、姿勢角θがゼロになるように各車輪３５の操舵角等が制御される。

また、走行経路が交差している場合は、図９に示すように、４つの撮像手段４３〜４６を備えた、全方向（前後方向および左右方向）に走行可能な無人車両４２が使用される。この無人車両４２は、誘導ライン４１ａに沿って走行する場合は、第１撮像手段４３および第２撮像手段４４で得た画像データから算出された誘導ライン４１ａに対する姿勢角がゼロになるように各車輪４７が制御される。一方、誘導ライン４１ｂに沿って走行する場合は、第３撮像手段４５および第４撮像手段４６で得た画像データから算出された誘導ライン４１ｂに対する姿勢角がゼロになるように各車輪４７が制御される。

特開平７−２１０２４６号公報

しかしながら、図９に示す従来の無人搬送システム４０および無人車両４２は、計４つの撮像手段４３〜４６を必要とするため、無人車両４２が大型化、複雑化、高コスト化してしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、撮像手段が２つだけであっても姿勢角を修正しながら全方向に走行可能な無人車両および該無人車両を備えた無人搬送システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る無人車両は、走行経路に沿って敷設された誘導ラインおよび該誘導ライン近傍に点在するマーカの位置を検出しながら、少なくとも第１方向と該第１方向に直交する第２方向とに走行する無人車両であって、
第１方向に延びる車両中心線上に離間して設けられ、誘導ラインまたはマーカを含む領域の画像データを出力する第１および第２撮像手段と、画像データに基づいて姿勢角を算出する姿勢角算出部と、姿勢角がゼロになるように車輪の操舵角を制御する操舵制御部とを備え、
上記姿勢角算出部は、第１方向に走行する際は、第１および第２撮像手段から出力される２つの画像データにおける誘導ラインの位置に基づいて姿勢角を算出し、第２方向に走行する際は、第１撮像手段から出力される１つの画像データにおける誘導ラインの位置に基づいて姿勢角を算出するか、または第１および第２撮像手段から出力される２つの画像データにおけるマーカの位置に基づいて姿勢角を算出することを特徴とする。

この構成では、第１方向に走行する場合は、第１および第２撮像手段から出力される２つの画像データにおける誘導ラインの位置に基づいて従来通りの手法で姿勢角が精度よく算出される。また、この構成では、第２方向に走行する場合は、第１撮像手段から出力される１つの画像データにおける誘導ラインの位置に基づいて姿勢角が簡易的に算出されるか、または、第１および第２撮像手段から出力される２つの画像データにおけるマーカの位置に基づいて姿勢角が精度よく算出される。したがって、この構成によれば、第３および第４の撮像手段を備えていなくても、第１および第２方向に走行する際に姿勢角を算出することができるので、無人車両が大型化、複雑化、高コスト化するのを防ぐことができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る無人搬送システムは、走行経路に沿って敷設された誘導ラインと、誘導ライン近傍に点在するマーカと、誘導ラインおよびマーカの位置を検出しながら走行する上記無人車両とを備えた無人搬送システムであって、
走行経路は、無人車両を第１方向に走行させる区間と、第２方向に走行させる区間に分かれ、さらに、第２方向に走行させる区間は、姿勢角算出部が１つの画像データにおける誘導ラインの位置に基づいて姿勢角を算出する通常精度区間と、２つの画像データにおけるマーカの位置に基づいて姿勢角を算出する高精度区間とに分かれており、
上記高精度区間においては、誘導ライン上に第１マーカが設けられるとともに、第１マーカから第１方向に離間した位置に第２マーカが設けられ、第１撮像手段が第１マーカを含む領域の画像データを出力し、第２撮像手段が第２マーカを含む領域の画像データを出力することを特徴とする。

この構成では、無人車両を第２方向に走行させる区間が、姿勢角の修正を高精度に行う必要がある高精度区間とその必要がない通常精度区間とに分かれている。そして、高精度区間の誘導ライン上に第１マーカが設けられ、該第１マーカから第１方向に離間した位置に第２マーカが設けられ、第１マーカが第１撮像手段によって撮像され、第２マーカが第２撮像手段によって撮像されるよう構成されている。したがって、この構成によれば、無人車両を第２方向に走行させる区間のうち、姿勢角の修正を高精度に行う必要がある高精度区間については、第３および第４撮像手段を備えた場合と同様に、２つの撮像手段のそれぞれから出力された画像データにおけるマーカの位置に基づいて姿勢角を算出することができるので、路面にマーカを敷設する手間を最小化しつつ、姿勢角の修正を高精度に行うことができる。

本発明によれば、撮像手段が２つだけであっても姿勢角を修正しながら全方向に走行可能な無人車両および該無人車両を備えた無人搬送システムを提供することができる。

本発明に係る無人車両の概略構成を示す平面図である。本発明に係る無人車両のブロック図である。本発明に係る無人搬送システムにおける走行経路の平面図である。第１方向走行区間走行時の姿勢角算出方法を説明するための図である。通常精度区間走行時の姿勢角算出方法を説明するための図である。高精度区間走行時の姿勢角算出方法を説明するための図である。従来の無人搬送システムの概略構成を示す平面図である。従来の別の無人搬送システムの概略構成を示す平面図である。従来のさらに別の無人搬送システムの概略構成を示す平面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る無人車両および該無人車両を備えた無人搬送システムの好ましい実施形態について説明する。

［無人車両および無人搬送システムの構成］
図１に、本発明の一実施形態に係る無人車両を示す。同図に示すように、この無人車両１０は、車両四隅に設けられた車輪１５が９０°以上旋回することにより、少なくとも車長方向（第１方向）と、該方向に直交する車幅方向（第２方向）とに走行可能な全方向型の無人車両である。

無人車両１０は、第１撮像手段１１ａおよび第２撮像手段１１ｂを備えている。第１撮像手段１１ａおよび第２撮像手段１１ｂは、第１方向に延びる車両中心線Ｃ上に距離Ｄだけ離れて配置されている。第１撮像手段１１ａおよび第２撮像手段１１ｂはＣＣＤカメラ等からなり、その撮像面は路面に向けられている。また、第１撮像手段１１ａは領域Ａ_１の画像データを、第２撮像手段１１ｂは領域Ａ_２の画像データをそれぞれ１秒間に数回〜数十回の頻度で出力する。

後述する姿勢角を精度よく算出する観点から、領域Ａ_１および領域Ａ_２は広いことが好ましい。したがって、第１撮像手段１１ａおよび第２撮像手段１１ｂは、広角撮像可能なＣＣＤカメラ等であり、かつ路面からできるだけ離れた位置に取付けられていることが好ましい。

図２に示すように、無人車両１０は制御部１２を備え、該制御部１２によって各車輪１５の操舵角が制御されるよう構成されている。より詳しくは、制御部１２は、姿勢角算出部１３と操舵制御部１４とを備えている。姿勢角算出部１３は、第１撮像手段１１ａおよび第２撮像手段１１ｂから出力された画像データに基づいて後述する姿勢角を算出する。操舵制御部１４は、姿勢角がゼロになるように各車輪１５の操舵角を制御する。つまり、操舵制御部１４は、無人車両１０の姿勢に乱れが生じたときに、該乱れを修正し、姿勢を安定化させる。

この他、制御部１２は通信部１６を備えている。通信部１６は、基地局からの指令を受信したり、無人車両１０の状況（バッテリ残容量、走行位置情報等）を基地局に送信したりする。

図３は、本実施形態に係る無人搬送システム１における、無人車両１０の走行経路の平面図である。同図に示すように、無人車両１０の走行経路は、無人車両１０を第１方向に走行させる第１方向走行区間４と、無人車両１０を第２方向に走行させる第２方向走行区間５とに分かれ、第２方向走行区間５は、さらに、姿勢角の修正を精度よく行う必要がある高精度区間５ｂとその必要がない通常精度区間５ａとに分かれている。

いずれの区間においても、路面には誘導ライン２が敷設されている。誘導ライン２は、路面とは異なる色のテープを貼り付けたり、路面とは異なる色の塗料を塗布したりして形成されている。路面の色は白色、灰色等の淡い色であることが多いので、画像データ上で明確に区別することができるように、誘導ライン２の色としては赤色、青色、緑色等の濃い色を選択することが好ましい。

高精度区間５ｂには、誘導ライン２の他、誘導ライン２の近傍に点在したマーカ３が設けられている。マーカ３は、誘導ライン２上に所定の間隔をおいて配置された複数の第１マーカ３ａと、第１マーカ３ａのそれぞれから第１方向に離れた位置に配置された複数の第２マーカ３ｂとから構成されている。第１マーカ３ａは誘導ライン２とは異なる色で着色され、第２マーカ３ｂは路面とは異なる色で着色されている。第１マーカ３ａおよび第２マーカ３ｂの形状は矩形状に限定されず、円形、菱形、その他画像データ上で認識可能な任意の形状とすることができる。

第１マーカ３ａおよび第２マーカ３ｂの間の距離は、撮像手段間距離Ｄにほぼ等しくなっている。このため、第１撮像手段１１ａが第１マーカ３ａを含む領域Ａ_１の画像データを出力するとき、第２撮像手段１１ｂは第２マーカ３ｂを含む領域Ａ_２の画像データを出力する。

［姿勢角算出方法］
次に、本実施形態に係る無人車両１０における姿勢角の算出方法を、（１）無人車両１０が第１方向走行区間４を走行する場合、（２）通常精度区間５ａを走行する場合、および（３）高精度区間５ｂを走行する場合について説明する。

（１）第１方向走行区間
図４は、無人車両１０が第１方向走行区間４の誘導ライン２に沿って第１方向に走行している状態を示す平面図である。この場合は、第１撮像手段１１ａが誘導ライン２を含む領域Ａ_１の画像データを出力し、第２撮像手段１１ｂが誘導ライン２を含む領域Ａ_２の画像データを出力する。そして、姿勢角算出部１３は、これら２つの画像データにおける誘導ライン２の位置に基づいて姿勢角θ_１を算出する。

より詳しくは、姿勢角算出部１３は、領域Ａ_１の画像データから求めた車両中心線Ｃに対する誘導ライン２のずれ量ｅ_１１と、領域Ａ_２の画像データから求めた車両中心線Ｃに対する誘導ライン２のずれ量ｅ_１２と、撮像手段間距離Ｄとに基づいて、次式により姿勢角θ_１を算出する。

例えば、ずれ量ｅ_１１が−１０ｍｍ、ずれ量ｅ_１２が＋２０ｍｍ、距離Ｄが１５００ｍｍの場合、姿勢角θ_１は１．１５°となる。一方、無人車両１０の姿勢が図４とは反対の方向に傾いて、ずれ量ｅ_１１が＋１０ｍｍ、ずれ量ｅ_１２が−２０ｍｍとなった場合、姿勢角θ_１は−１．１５°となる。当然ながら、ずれ量ｅ_１１およびｅ_１２が等しく、車両中心線Ｃと誘導ライン２が平行である（重なり合っている）場合は、姿勢角θ_１は０°となる。

第１撮像手段１１ａおよび第２撮像手段１１ｂが新たな画像データを出力すると、姿勢角算出部１３は、新たな画像データに基づいて姿勢角θ_１を再算出する。

（２）第２方向走行区間（通常精度区間）
図５は、無人車両１０が通常精度区間５ａの誘導ライン２に沿って第２方向に走行している状態を示す平面図である。この場合は、第１撮像手段１１ａが誘導ライン２を含む領域Ａ_１の画像データを出力する。そして、姿勢角算出部１３は、領域Ａ_１の画像データにおける誘導ライン２の位置に基づいて姿勢角θ_２を算出する。すなわち、姿勢角θ_２の算出において、領域Ａ_２の画像データは使用されない。

より詳しくは、姿勢角算出部１３は、領域Ａ_１の画像データに基づいて、領域Ａ_１の中心を通る車両中心線Ｃの垂線に対する領域外縁部における誘導ライン２のずれ量ｅ_２１、ｅ_２２を求め、求めたずれ量ｅ_２１、ｅ_２２と、領域Ａ_１の第２方向寸法Ｄ_Ａ１とに基づいて、次式により姿勢角θ_２を算出する。

例えば、ずれ量ｅ_２１が−４ｍｍ、ずれ量ｅ_２２が＋７ｍｍ、領域Ａ_１の第２方向寸法Ｄ_Ａ１が３００ｍｍの場合、姿勢角θ_２は２．１０°となる。一方、無人車両１０の姿勢が図５とは反対の方向に傾いて、ずれ量ｅ_２１が＋４ｍｍ、ずれ量ｅ_２２が−７ｍｍとなった場合、姿勢角θ_２は−２．１０°となる。当然ながら、ずれ量ｅ_２１およびｅ_２２が等しく、車両中心線Ｃの垂線と誘導ライン２が平行である（重なり合っている）場合は、姿勢角θ_２は０°となる。

ここで、第１撮像手段１１ａの取付位置は、無人車両１０を構成する他の部材との関係で種々の制約を受ける。また、広角撮像可能なタイプの第１撮像手段１１ａは高価である。これらの事情から、通常、領域Ａ_１の面積はあまり広くすることができないので、図５におけるずれ量ｅ_２１、ｅ_２２は図４におけるずれ量ｅ_１２、ｅ_１２よりも小さな値となることが多く、求める際に誤差が生じやすい。このため、図５に示す算出方法では、姿勢角θ_２を精度よく求めることができず、無人車両１０の姿勢が安定しにくい。

しかしながら、無人車両１０の姿勢は、荷物の積み込み・積み下ろしや充電を行うごく限られた区間においては高精度に修正されている必要があるが、それ以外のほとんどの区間においては、多少姿勢が傾いていたとしてもほとんど問題にはならない。したがって、そのような区間においては上記方法により姿勢角θ_２を算出し、高精度に姿勢を修正する必要がある区間においては、後述する別の方法により姿勢角θ_２を算出すればよい。

（３）第２方向走行区間（高精度区間）
図６は、無人車両１０が高精度区間５ｂの誘導ライン２に沿って第２方向に走行している状態を示す平面図である。この場合は、第１撮像手段１１ａが第１マーカ３ａを含む領域Ａ_１の画像データを出力し、第２撮像手段１１ｂが第２マーカ３ｂを含む領域Ａ_２の画像データを出力する。そして、姿勢角算出部１３は、これら２つの画像データにおけるマーカ３ａ、３ｂの位置に基づいて姿勢角θ_２を算出する。

より詳しくは、姿勢角算出部１３は、領域Ａ_１の画像データから求めた車両中心線Ｃに対する第１マーカ３ａのずれ量ｅ_３１と、領域Ａ_２の画像データに基づいて求めた車両中心線Ｃに対する第２マーカ３ｂのずれ量ｅ_３２と、撮像手段間距離Ｄとに基づいて、次式により姿勢角θ_２を算出する。

例えば、ずれ量ｅ_３１が−１０ｍｍ、ずれ量ｅ_３２が−２０ｍｍ、距離Ｄが１５００ｍｍの場合、姿勢角θ_２は−０．３８°となる。一方、無人車両１０の姿勢が図４とは反対の方向に傾いて、ずれ量ｅ_３１が＋１０ｍｍ、ずれ量ｅ_３２が＋２０ｍｍとなった場合、姿勢角θ_２は０．３８°となる。他の姿勢角算出方法と同様、ずれ量ｅ_３１およびｅ_３２が等しい場合は、姿勢角θ_２は０°となる。

この方法によれば、第１方向に走行する場合と同程度の高い精度で姿勢角θ_２を算出することができる。

結局、本実施形態に係る無人車両によれば、第３および第４の撮像手段を備えていないにもかかわらず、第１および第２方向に走行する際に姿勢角を算出することができるので、車両が大型化、複雑化、高コスト化するのを防ぐことができる。

また、本実施形態に係る無人搬送システムによれば、無人車両を第２方向に走行させる区間のうち、姿勢角の修正を高精度に行う必要がある高精度区間については、第３および第４撮像手段を備えた場合と同様に、２つの撮像手段のそれぞれから出力された画像データにおけるマーカの位置に基づいて姿勢角を算出することができるので、路面にマーカを敷設する手間を最小化しつつ、姿勢角の修正を高精度に行うことができる。

以上、本発明に係る無人車両および無人搬送システムの好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

１無人搬送システム
２誘導ライン
３マーカ
３ａ第１マーカ
３ｂ第２マーカ
４第１方向走行区間
５第２方向走行区間
５ａ通常精度区間
５ｂ高精度区間
１０無人車両
１１ａ第１撮像手段
１１ｂ第２撮像手段
１２制御部
１３姿勢角算出部
１４操舵制御部
１５車輪
１６通信部

Claims

走行経路に沿って敷設された誘導ラインおよび該誘導ライン近傍に点在するマーカの位置を検出しながら、少なくとも第１方向と該第１方向に直交する第２方向とに走行する無人車両であって、
前記第１方向に延びる車両中心線上に離間して設けられ、前記誘導ラインまたは前記マーカを含む領域の画像データを出力する第１および第２撮像手段と、
前記画像データに基づいて姿勢角を算出する姿勢角算出部と、
前記姿勢角がゼロになるように車輪の操舵角を制御する操舵制御部と、
を備え、
前記姿勢角算出部は、
前記第１方向に走行する際は、前記第１および第２撮像手段から出力される２つの前記画像データにおける前記誘導ラインの位置に基づいて前記姿勢角を算出し、
前記第２方向に走行する際は、前記第１撮像手段から出力される１つの前記画像データにおける前記誘導ラインの位置に基づいて前記姿勢角を算出するか、または前記第１および第２撮像手段から出力される２つの前記画像データにおける前記マーカの位置に基づいて前記姿勢角を算出する、
ことを特徴とする無人車両。
走行経路に沿って敷設された誘導ラインと、前記誘導ライン近傍に点在するマーカと、前記誘導ラインおよび前記マーカの位置を検出しながら走行する請求項１に記載の無人車両とを備えた無人搬送システムであって、
前記走行経路は、前記無人車両を第１方向に走行させる区間と、第２方向に走行させる区間に分かれ、
さらに、前記第２方向に走行させる区間は、前記姿勢角算出部が１つの前記画像データにおける前記誘導ラインの位置に基づいて前記姿勢角を算出する通常精度区間と、２つの前記画像データにおける前記マーカの位置に基づいて前記姿勢角を算出する高精度区間とに分かれており、
前記高精度区間においては、
前記誘導ライン上に第１マーカが設けられるとともに、前記第１マーカから前記第１方向に離間した位置に第２マーカが設けられ、前記第１撮像手段が前記第１マーカを含む領域の画像データを出力し、前記第２撮像手段が前記第２マーカを含む領域の画像データを出力する、
ことを特徴とする無人搬送システム。