JP6318823B2 - 自動移動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、路面上に設けられた走行線に沿って走行する自動走行車を有する自動移動装置に関する。
ガイドコースに沿って自動走行する無人搬送車等の自動走行車においては、コース上にガイドとなる走行線を設け、その走行線を無人搬送車等が検出することで自動走行が行われる。走行線の検出方法としてはカメラで撮影して画像認識する方法(例えば特許文献1参照)や、走行線を磁気テープで構成して、無人搬送車に設けた磁気センサで検出する方法(例えば特許文献2参照)などが知られている。
上述した無人搬送車等が走行するコースの設定によっては、2つの走行線がクロス(交差)して設けられる場合がある。この場合、特許文献1に記載されているようなカメラで撮影して画像認識する方法では、交差する角度によっては、検出された2つの走行線のうち、どちらの走行線が正しいのか不明となり、本来走行すべき走行線以外を走行する場合があった。
特許文献2に記載されているような磁気センサで検出する方法では、クロス地点の手前に、磁気センサを非検知モードとするコマンドテープ等を設けてクロス地点は磁気センサを動作させずに直進するように走行させることが挙げられる。この方法では、クロス地点手前にコマンドテープを設ける手間がかかる。
また、磁気センサの場合、搭載している複数個の磁気センサ全てがONの時は磁気テープと認識しないこととしてクロス地点を走行させることも可能である。この場合、クロスする2つの走行線が直交していないと、磁気センサが全てONにならないので、走行可能なクロスコースが直交している場合に限定されてしまう。
本発明はかかる問題を解決することを目的としている。
すなわち、本発明は走行線が交差するように設けられている場合でも、適切な走行線を選択して走行することができる自動走行車を有する自動移動装置を提供することを目的としている。
上記に記載された課題を解決するために請求項1に記載された発明は、路面上に設けられた走行線と、前記走行線を撮影する撮影手段及び前記撮影手段が撮影した画像を認識する画像認識手段を有して前記画像認識手段が認識した前記走行線に沿って走行する自動走行車と、を有する自動移動装置において、前記走行線は、2つの前記走行線が交差する位置において、一方の走行線が他方の走行線を挟んで分断されるように設けられており、前記自動走行車は、前記画像認識手段が、前記撮影手段が撮影した画像内における前記走行線の角度及び中央位置を検出し、そして、今回検出した前記走行線の角度及び中央位置と、前回検出した前記走行線の角度及び中央位置と、に基づいて前記走行線毎に評価値を算出して、算出した前記評価値が予め定めた所定の条件と合致した前記走行線を前記交差する位置における走行線として選択する、ことを特徴とする自動移動装置である。
本発明によれば、他方の走行線を分断させて設け、自動走行車が算出した評価値が予め定めた所定の条件と合致した走行線を選択することで、走行線が交差している場合でも適切な走行線を選択して走行することができる。
本発明の一実施形態にかかる自動移動装置の概要を示す説明図である。 図1に示された無人搬送車が走行するコースの例である。 図1に示されたPCが検出した輪郭の例である。 右操舵し過ぎの場合に撮影される画像の例である。 図1に示されたPCに表示される入力画面の例である。 路面上の汚れを誤検知した場合の処理の説明図である。 クロスコースの場合の処理の説明図である。 図1に示しされた無人搬送車の動作のフローチャートである。 図1に示しされた無人搬送車の動作のフローチャートである。 図1に示しされた無人搬送車の動作のフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態を、図1乃至図10を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の一実施形態にかかる自動移動装置1は、自動走行車としての無人搬送車(Automatic Guided Vehicle:AGV)2と、走行線10と、を有している。
AGV2は、画像認識した走行線10に沿って自動走行する。AGV2は、車体3と、メインバッテリ4と、カメラ5と、照明6と、DC12V−AC100Vコンバータ7と、パーソナルコンピュータ(PC)9と、を有している。
車体3は、メインバッテリ4、カメラ5、照明6、DC12V−AC100Vコンバータ7、PC9、が配置される台板(不図示)、台板を支持するとともに衝突時の衝撃吸収用の弾力材を被覆した防護柵でもあるパイプフレーム(不図示)、AGV2が牽引する台車等と連結する牽引アーム(不図示)等により構成されている。
メインバッテリ4は、車輪を回転させる図示しないモータやPC9等を動作させるための電力を供給する。メインバッテリ4は、例えばケース内に蓄電池が収納されて車体3の台板に配置されている。
カメラ5は、車体3の直前の路面を撮影する撮影手段である。カメラ5は、例えばUSB(Universal Serial Bus)カメラと偏光レンズとから構成されている。偏光レンズは、USBカメラのレンズの前に装着してあり、路面および走行線10の表面反射光(照返し)を遮断し、撮影画面のハレーションやハイライトを抑止することができる。カメラ5は、PC9のUSB端子に接続されている。したがって、カメラ5で撮影された画像はPC9に入力される。また、本実施形態におけるカメラ5は、その視野中心線の対路面角度θを35度にして設置されており、その視野範囲は車体3の前方10〜40cm、幅40cmの範囲となっている。
照明6は、カメラ5の視野中心線が路面と交わる位置を照明する。照明6の光源は例えば蛍光灯である。
DC12V−AC100Vコンバータ7は、メインバッテリ4から供給される直流12Vの電圧を交流100Vに変換する。
PC9は、例えばノート型のPCであって、周知のように、CPU(Central Processing Unit)等が搭載されたマザーボードやハードディスクドライブ、ディスプレイ、キーボード、USBインタフェース等を有している。そして、ハードディスクドライブに格納されているプログラムをCPUが読み出して実行する。
走行線10は、例えば黒色のビニールテープで構成されている。本実施形態では、走行線10は、上述したようにカメラ5で撮影するので、磁気テープでなくてもよい。また、走行線10の色は路面の色やカメラ5の感度等に応じて適宜変更してもよい。
本実施形態のPC9は、カメラ5が撮影した画像から路面上の走行線10を認識して、認識した走行線10に沿って走行するための運転制御命令を生成して上述したモータ等を制御するマイコン等に与える。即ち、PC9は、カメラ5(撮影手段)が撮影した画像を認識する画像認識手段として機能する。また、PC9は、路面のコード標識を検出してコード標識に対応付けられている運行指示を解読して運行指示対応の運転制御命令を生成して前記したマイコン等に与える。
次に、上述した構成の自動移動装置1において、カメラ5から取得した画像に基づく走行線10の認識処理について、図2乃至図4を参照して説明する。
図2はコースレイアウトの例である。図2においてAGV2は、矢印の方向(図中左から右)へ移動するものとする。また、番地は、荷積点や荷卸点などAGV2が運行指示を解読する必要がある地点を示しており、例えば走行線本線の進行方向右側に所定の間隔だけ離してビニールテープを所定の長さ(例えば20cm)だけ設けることで番地を示すコード標識としている。
PC9は、カメラ5が上記した視野の範囲を撮影した画像(横160dot、縦120dot)を取得し、PC9上で実行される画像処理ライブラリを用いて、当該画像中の走行線10の輪郭を抽出して検出(認識)する。
次に、輪郭の面積,中央値(中央位置)および角度(画面の縦軸に対する傾斜角度)を算出する。例えば、図3に示すように、輪郭が7つの線分から構成されているものとする。また、xを横方向、yを縦方向とすると各線分の座標は(75,10)、(69,59)、(76,88)、(72,106)、(84,8)、(86,85)、(80,115)となる。
このときの横方向の中央値(中央値x)と縦方向の中央値(中央値y)は、
中央値x=(x最大値+x最小値+1)/2=(86+69+1)/2=78、
中央値y=(y最大値+y最小値+1)/2=(115+8+1)/2=62、
となる(「/」は除算を示す)。
角度は、
角度=atan((y最大値−y最小値+1)/(x最大値−x最小値+1))
=atan((115−8+1)/(86−69+1))≒81度、
となる(atanはアークタンジェントを示す)。
角度は、真上を0度基準としているので、90−81=9度。また角度は、左右の向きも反映する必要があるので、
(xが最小値をとる時のy<xが最大値をとる時のy)であれば、左向き(−符号)、
(xが最小値を取る時のy≧xが最大値を取る時のy)であれば、右向き(+符号)、
とすると、図3の場合は、xが最小値をとる時のy=59、xが最大値をとる時のy=85なので、角度=−9度(左向き9度)となる。
面積は、画像処理ライブラリ側が求めたものをそのまま使用する。結果として、 中央値が(78,62)、角度が−9、面積が1500と算出されたとする。
ここで、走行線10となるビニールテープが市販の19mm幅のものであったとすると、有効なテープ(走行線)輪郭条件として、面積が950(19mm×50mm)〜5700(19mm×300mm)の輪郭に制限する。すなわち、面積が950〜5700mm2以内の輪郭を有効とする。これは、床面の汚れを輪郭と誤検知することを防止する為に、950mm2未満の輪郭はテープ輪郭と見なさず、5700mm2を超える輪郭もテープ輪郭とみなさないことを意味する。
なお、制限する面積の範囲を変更することにより、カメラ5で撮影できる有効なテープ長(約30cm)を可変にできる。このメリットは、テープ汚れ等によりテープ部分の画像が一部欠落していても、走行可能になることである。本実施形態では、テープ長は約10cmあればよい面積としている。
次に、算出された中央値と角度からAGV2の運転条件を次のように決定する。
中央値のx座標値が、60≦x≦100ならば直進。x<60 ならば左操舵。100<xならば、右操舵。
角度が、±20度未満ならば直進。−20度以上ならば左操舵。+20度以上ならば右操舵。
なお、最終的な操舵方向は、中央値と角度の相関関係より決定する。
例えば図4に示す「右操舵しすぎ」のように、角度(45度)だけで最終操舵を決定すると、さらに右操舵を継続することになり、走行線10がカメラ視野から消えてしまうので、このような場合は、中央値を採用し左操舵とする。つまり、常にテープ輪郭がカメラ画面の中央付近に来るように、中央値と角度の相関関係により、最終的な操舵方向を決定する。これは人が車の運転をする時と同じような制御である。
次に、AGV1が走行線10に沿って走行する際に、路面の汚れや走行線10が交差している箇所でも正しく走行(直進)する動作を図2及び図4乃至図7を参照して説明する。
まず、図5(a)のような待機画面がPC9のディスプレイに表示されている際に、ユーザがPC9のキーボードから行き先を入力する(図5(b))。図5(b)では、行き先駅(番地)として1が入力された場合である。そして、ユーザがPC9のキーボードに割り当てられたスタートを示すキー(スタートキー)を押下すると走行開始する。なお、以下の説明において出発は図2のスタート地点(番地10の直後)とする。
AGV2が図2のコースを走行すると、Aで示す位置で路面の汚れにより誤検知された走行線が現れる。その時に撮影される画像を図6に示す。図6(a)は、実際の走行線10と汚れとを示している。図6(a)を矢印の方向に走行した場合、当初は図6(b)のように走行線10の輪郭は認識される。ここで、図6(b)では、角度=0度、中央値=(80,60)とする。
AGV2が引き続き走行すると、図6(c)のように走行線10に加えて汚れも認識されてしまう。ここで、図6(c)では、画像内の左側の輪郭(汚れ)は、角度=−40度 、中央値=(60,30)とし、中央の輪郭(走行線10)は、角度=0度、中央値=(80,60)とし、右側の輪郭(汚れ)は、角度=40度、中央値=(120,60)とする。
図6(c)のように複数の輪郭が認識された場合には、角度と中央値に基づいて評価値を算出する。本実施形態における評価値の算出式(評価式)は、
(直前輪郭の角度−検知輪郭の角度)の絶対値+(直前輪郭の中央値x−検知輪郭の中央値x)の絶対値+(直前輪郭の中央値y−検知輪郭の中央値y)の絶対値、
とし、この評価式で算出された値が最も小さい輪郭を走行すべき走行線10として選択する。
ここで、直前輪郭とは、図6の場合は、図6(b)を示している。図6(b)は、図6(c)を撮影するタイミングの1つ前のタイミングに撮影されたものであり、例えば図6(c)の30cm手前に撮影された画像などである。なお、カメラ5の撮影タイミングは30cmごとに限らない。例えばもっと短い距離間隔でもよいし長い距離間隔でもよい。あるいは距離間隔でなく時間間隔で設定してもよい。
また、撮影タイミングではなく、少なくとも輪郭の検出や角度、中央値、面積の算出処理のタイミングであればよい。例えば、図6(b)は図6(c)の1つ前に輪郭の検出や角度、中央値、面積の算出処理がされた画像である場合などである。例えば、カメラ5が動画像を撮影している場合は、そのうちの所定のフレーム間隔で輪郭の検出や角度、中央値、面積の算出処理をする。
図6(c)の評価値はそれぞれ、
左の輪郭は、|0−(−40)|+|(80−60)|+|(60−30)|=90、
中央の輪郭は、|0−0|+|(80−80)|+|(60−60)|=0、
右の輪郭は、|0−(40)|+|(80−120)|+|(60−60)|=80、
となる。算出した評価値が最小の輪郭を走行すべき走行線10として選択するから、中央の輪郭が走行線10として選択される。
なお、次の撮影タイミングで複数の輪郭が検出された場合は、上記評価式による評価によって選択された中央の輪郭の角度と中央値を直前輪郭として扱ってもよい。
次に、AGV2が図2のAで示す位置を超えて、Bで示す位置に到達すると2つの走行線10が交差(クロス)している箇所が現れる。このような2つの走行線10がクロスしている箇所(クロスコースともいう)では、図2や図7(c)に示すように、一方の走行線10が他方の走行線10を挟んで分断されるように設けられている。本実施形態では、分断された間隔は8cmとしているがビニールテープの幅などに応じて適宜変更してもよい。
図7(a)は、実際のクロスコースを示している。図7(a)を矢印の方向に走行した場合、当初は図7(b)のように走行線10の輪郭は認識される。ここで、図7(b)では、角度=0度、中央値=(80,60)とする。
AGV2が引き続き走行すると、図7(c)のようにクロスコースが認識される。ここで、図7(c)では、画像内の上側の輪郭は、角度=0度 、中央値=(80,20)とし、中央の輪郭は、角度=90度、中央値=(80,60)とし、下側の輪郭は、角度=0度、中央値=(80,105)とする。
クロスコースの場合も、図6に示した汚れの場合と同様の評価式に基づいて各輪郭の評価値を算出し、評価値が最も小さい輪郭を走行すべき走行線10として選択する。
図7(c)の評価値はそれぞれ、
上側の輪郭は、|0−0|+|(80−80)|+|(60−20)|=40、
中央の輪郭は、|0−90|+|(80−80)|+|(60−60)|=90、
下側の輪郭は、|0−0|+|(80−80)|+|(60−105)|=45、
となる。算出した評価値が最小の輪郭を走行すべき走行線10として選択するから、上側の輪郭が走行線10として選択される。
即ち、カメラ5(撮影手段)が撮影した画像内における走行線10の角度及び中央値(中央位置)を検出する。そして、今回検出した走行線10の角度及び中央値(中央位置)と、前回検出した走行線10の角度及び中央値(中央位置)と、に基づいて走行線10毎に評価値を算出して、算出した評価値が予め定めた最小という条件に合致した走行線10を交差する位置における走行線として選択している。
なお、図7では、2つの走行線10は直交していたが、それに限らず、他の角度であっても、他方の走行線10を分断して設け、上記評価式を用いることで適切な走行線10を選択することができる。
また、上述した評価式は直前輪郭(前回の検出値)から検知輪郭(今回の検出値)を減算していたが、例えば双方の比を求めるようにしてもよい。また、予め定めた条件としても最小に限らず、演算式に合わせて最大や最小など最適な走行線が選択される条件を設定すればよい。
次に、AGV2の動作を図8乃至図10のフローチャートに示す。このフローチャートはPC9で動作する。まず、PC9のディスプレイに駅番号入力画面を表示して(ステップS1)、スタートを示すキーが押された場合(ステップS2でYes)はAGV2の走行を開始させる。
次に、カメラ5から撮影された画像を取得して(ステップS3)、走行線10の輪郭を検出し(ステップS4)、検出した輪郭毎に、中央値、角度及び面積を算出する(ステップS5)。
次に、数字有マークFlagがONかOFFかを判断する(ステップS6)。数字有マークFlagとは、後のステップS10で数字有マークを検出した場合にONとなるフラグであり、PC9内のメモリ等にONまたはOFFを示す値が保持されている。
数字有マークFlagがOFFの場合は走行線10を発見したか否かを判断する(ステップS7)。走行線10は上述したように、面積が950mm2以上5700mm2以下の輪郭があるか否かで判断する。
走行線10を発見した場合(ステップS7がYesの場合)は輪郭が2つ以上あるか否かを判断する(ステップS8)。つまり、面積が950mm2以上5700mm2以下の輪郭が複数あるか否かを判断する。
輪郭が2つ以上ある場合(ステップS8がYesの場合)は2つの輪郭が20度以内の角度をなすものか否かを判断する(ステップS9)。つまり、2つの輪郭の角度を参照してその角度が20度以内に含まれるものであるかを判断する。例えば一方が0度で他方が15度の場合はこのステップはYesとなる。なお、輪郭が3以上ある場合は、この条件に合う輪郭の組み合わせがある場合はYesと判断すればよい。
2つの輪郭が20度以内の角度をなす場合(ステップS9がYesの場合)は数字有マークを検出したか否かを判断する(ステップS10)。数字有マークとは、上述した番地があることを示すコード標識を示している。数字有マークを検出した場合(ステップS10がYesの場合)は数字有マークFlagをONに設定する(ステップS11)。
数字有マークを検出しない場合(ステップS10がNoの場合)は輪郭が複数あるか否かを判断する(ステップS12)。このステップは、ステップS8と同様に、ステップS7で発見した走行線10について判断する。
輪郭が複数ある場合(ステップS12がYesの場合)は前回取得した輪郭に最も近い走行線10を本線として選択する(ステップS13)。このステップは、上述した評価式により評価を行って、評価値が最も小さい輪郭を前回取得した輪郭(直前輪郭)に最も近い走行線と判断して、それを本線として選択する。
次に、本線輪郭の中央値と角度から走行命令(直進、左操舵、右操舵)を決定する。これは、上述したように、中央値と角度の相関関係により決定する。
一方、ステップS6で数字有マークFlagがONの場合は、数字有マークが無くなったか否かを判断する(ステップS21)。数字有マークが無くなったとは、AGV2が走行して数字有マークを示すコード標識を通過したことを示している。
次に、数字有マークが無くなった場合(Yesの場合)は、数字有マーク検出FlagをOFFに設定(ステップS22)し、DRIVE_PLANファイル内の規定された動作を実行する(ステップS23)。DRIVE_PLANファイルとは、PC9に無線LAN(Local Area Network)やメモリカード等によって走行前に予め格納されるファイルであり、経路上の駅(番地)で行う動作(アクション)等が走行経路順に順次設定された運行予定表が含まれている。
次に、ステップS23で実行するアクションが“T”であるか判断し(ステップS24)、“T”である場合(Yesの場合)はAGV2を停止させる(ステップS25)。つまり、アクション“T”はAGV2を停止させる動作を意味している。停止後はステップS2でスタートキーが押されると走行を再開する。
また、ステップS7で走行線を発見しない場合(Noの場合)は、3回連続して輪郭検知が失敗したか否かを判断する(ステップS31)。このステップは走行線10を発見しない場合に実行されるステップであるので、このステップが3回連続して実行される場合は3回連続して輪郭検知が失敗したこととなる。
3回連続して輪郭検知が失敗した場合は、AGV2を停止させてPC9のディスプレイにコースアウトを示す表示を行う(ステップS32)。
本実施形態によれば、2つの走行線が交差する位置においては、一方の走行線10が他方の走行線10を挟んで分断されるように設けられている。AGV2のPC9では、カメラ5が撮影した画像内に走行線10の角度および中央値を検出し、今回検出した角度および中央値と、前回検出した角度及び中央値に基づいて走行線10ごとに評価値を算出して、最小となった走行線10を選択する。
このようにすることにより、他方の走行線10が分断されているので、交差している部分の輪郭が全て略直線状となり、輪郭の角度を、輪郭を構成する線分から容易に求めることができる。
また、今回検出した角度および中央値と、前回検出した角度及び中央値に基づいて走行線10ごとに評価値を算出して、最小となった走行線10を選択することで、前回検出した走行線10に最も近い中央値や角度を持つ輪郭を選択することができる。したがって、走行線が交差している場合でも意図した方向の適切な走行線を走行することができる。
また、カメラ5で撮影した画像から角度を検出しているので、磁気センサや磁気テープを必要とせず、走行線を交差させる角度も直交(直角)に限らず設定することができる。
なお、上述した実施形態の評価式に重み付けを行ってもよい。例えば、
(直前輪郭の角度−検知輪郭の角度)の絶対値 ×係数A+
((直前輪郭の中央値x−検知輪郭の中央値x)の絶対値+
(直前輪郭の中央値y−検知輪郭の中央値y)の絶対値)×係数B、
とすることで、係数Aや係数Bを適宜設定すれば、角度優先とするか中央値優先とするかを選択することができる。なお、係数Aと係数Bは、いずれか一方のみを設定するようにしてもよい。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の自動移動装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
1 自動移動装置
2 無人搬送車(自動走行車)
5 カメラ(撮影手段)
9 PC(画像認識手段)
10 走行線
特開平3−201110号公報 特開平5−333926号公報

Claims (2)

  1. 路面上に設けられた走行線と、前記走行線を撮影する撮影手段及び前記撮影手段が撮影した画像を認識する画像認識手段を有して前記画像認識手段が認識した前記走行線に沿って走行する自動走行車と、を有する自動移動装置において、
    前記走行線は、
    2つの前記走行線が交差する位置において、一方の走行線が他方の走行線を挟んで分断されるように設けられており、
    前記自動走行車は、
    前記画像認識手段が、前記撮影手段が撮影した画像内における前記走行線の角度及び中央位置を検出し、そして、今回検出した前記走行線の角度及び中央位置と、前回検出した前記走行線の角度及び中央位置と、に基づいて前記走行線毎に評価値を算出して、算出した前記評価値が予め定めた所定の条件と合致した前記走行線を前記交差する位置における走行線として選択する、
    ことを特徴とする自動移動装置。
  2. 前記画像認識手段が、前記角度および前記中央位置の少なくともいずれか一方に重み付けをして前記評価値を算出することを特徴とする請求項1に記載の自動移動装置。
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