JP6674572B1 - Ｓｌａｍ誘導方式の無人作業車および無人作業システム - Google Patents

Abstract

【課題】一時障害物の状況を正確に反映した環境マップを生成可能な無人作業車を提供する。【解決手段】本発明に係る無人作業車は、複数台で運用されるＳＬＡＭ誘導方式の作業車であって、生成した環境マップを記憶する環境マップ記憶部２１と、記憶された環境マップに示された走行の妨げとなる障害物の中から時間の経過に伴って位置または有無が変化し得る一時障害物を抽出する一時障害物抽出部２５と、一時障害物抽出部２５が一時障害物を抽出すると該一時障害物に関するデータを他の無人作業車に送信する機能と、他の無人作業車から一時障害物に関するデータを受信する機能とを有する通信部２８と、通信部２８が一時障害物に関するデータを受信すると該データに基づいて環境マップ記憶部２１に記憶された環境マップを更新する環境マップ更新部２６とを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、誘導方式としてＳＬＡＭ誘導を採用した無人作業車、および該無人作業車を複数台備えた無人作業システムに関する。

特許文献１に見られるように、倉庫等の建屋内で荷物を搬送する無人作業車の誘導方式として、ＳＬＡＭ誘導が知られている。この方式では、無人作業車のそれぞれに搭載されたレーザレンジファインダ等の環境センサによる計測の結果に基づいて、走行の妨げとなる障害物が示された環境マップを生成することができるとともに、生成した環境マップにおける現在位置を推定することができる。現在位置の推定については、駆動輪の回転量および操舵角を利用したオドメトリが併用されることもある。

特許第６１３６４３４号公報

ところで、ＳＬＡＭ誘導では、環境センサの計測可能範囲内にある障害物しか認識することができない。このため、ＳＬＡＭ誘導では、自車から遠く離れたところで障害物の位置または有無に変化が生じても、そのことが直ちに環境マップに反映されなかった。

すなわち、建屋内の障害物には、壁、柱および固定棚のような時間の経過とともに位置または有無が変化しないものと、床に一時的に置かれた荷物のような時間の経過とともに位置または有無が変化し得るもの（以下、「一時障害物」という）とがあるが、ＳＬＡＭ誘導において生成された環境マップは、一時障害物の最新の状況を反映していない場合があった。このため、環境マップに示された障害物を避けるように走行経路を設定したにもかかわらず、走行経路上に存在した未知の一時障害物によって走行が妨げられることがしばしばあった。

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、一時障害物の状況を正確に反映した環境マップを生成可能な無人作業車、および該無人作業車を複数台備えた無人作業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、本発明に係る無人作業車は、荷物を搬送するために複数台で運用されるＳＬＡＭ誘導方式の無人作業車であって、生成した環境マップを記憶する環境マップ記憶部と、記憶された環境マップに示された走行の妨げとなる障害物の中から時間の経過に伴って位置または有無が変化し得る一時障害物を抽出する一時障害物抽出部と、一時障害物抽出部が一時障害物を抽出すると該一時障害物に関するデータを他の無人作業車に送信する機能と、他の無人作業車から一時障害物に関するデータを受信する機能とを有する通信部と、通信部が一時障害物に関するデータを受信すると該データに基づいて環境マップ記憶部に記憶された環境マップを更新する環境マップ更新部とを備え、一時障害物抽出部は、環境マップに示された障害物の平面的な寸法または形状と上記荷物の既知の寸法または形状との一致度に基づいて該障害物を一時障害物として抽出するか否かを判定するとの構成を有している。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る無人作業システムは、ＳＬＡＭ誘導方式の複数台の無人作業車と、無人作業車のそれぞれと通信可能な管理装置とを備え、無人作業車のそれぞれは、荷物の搬送を行う無人搬送車であり、生成した環境マップを記憶する環境マップ記憶部と、記憶された環境マップに示された走行の妨げとなる障害物の中から時間の経過に伴って位置または有無が変化し得る一時障害物を抽出する一時障害物抽出部と、一時障害物抽出部が一時障害物を抽出すると該一時障害物に関するデータを管理装置に送信する機能と、管理装置から一時障害物に関するデータを受信する機能とを有する通信部と、通信部が一時障害物に関するデータを受信すると該データに基づいて環境マップ記憶部に記憶された環境マップを更新する環境マップ更新部とを有し、一時障害物抽出部は、環境マップに示された障害物の平面的な寸法または形状と上記荷物の既知の寸法または形状との一致度に基づいて該障害物を一時障害物として抽出するか否かを判定し、管理装置は、複数台の無人作業車のうちの１台から一時障害物に関するデータを受信すると該データをこの１台を除く全ての無人作業車に向けて送信するとの構成を有している。

本発明によれば、一時障害物の状況を正確に反映した環境マップを生成可能な無人作業車、および該無人作業車を複数台備えた無人作業システムを提供することができる。

本発明の第１実施例に係る無人作業システムを示す図である。 第１実施例に係る無人作業車の外観を示す図であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。 第１実施例に係る無人作業車が作業を行う建屋を示す平面図である。 第１実施例に係る無人作業車のブロック図である。 第１実施例に係る無人作業車が生成した環境マップを示す図である。 第１実施例における環境マップの更新を説明するための図である。 第１実施例に係る無人作業車が送信する一時障害物に関するデータを示す図である。 図７に示した一時障害物に関するデータの変形例を示す図である。 本発明の第２実施例に係る無人作業システムを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る無人作業車および無人作業システムの実施例について説明する。

［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例に係る無人作業システム３０を示す。同図に示すように、無人作業システム３０は、ＳＬＡＭ誘導方式の３台の無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれと通信可能な管理装置１００とを備えている。無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、管理装置１００から受信した指令にしたがって荷物を搬送するとともに、荷物の搬送状況および現在位置を管理装置１００に逐次送信する無人搬送車である。

図２に示すように、無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、走行輪１４を有する車両本体１１と、車両本体１１に対して水平方向に移動可能に設けられたマスト１２と、マスト１２に対して昇降可能に設けられた左右一対のフォーク１３とを備えている。フォーク１３は、マスト１２が水平方向に移動することにより、符号１３’で示した位置をとることができる。また、フォーク１３は、マスト１２に沿って上昇することにより、符号１３”で示した位置をとることもできる。

無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、車両本体１１の前側に設けられた左右一対の環境センサ１５と、車両本体１１の後側に設けられた環境センサ１６とをさらに備えている。各環境センサ１５，１６は、レーザレンジファインダからなり、扇状の領域にレーザ光を照射するとともに該領域内にある障害物からの反射光を検出することにより、車両本体１１の比較的近傍にある障害物を認識する。

図３に、管理装置１００からの指令を受けた無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが荷物の搬送を行う建屋１０１を示す。建屋１０１は、床に固定された２基の固定棚１０２，１０３と、これらの間に設けられた一時保管領域１０４とを有している。一時保管領域１０４には、固定棚１０２，１０３から別の場所に搬送されていく荷物または固定棚１０２，１０３にこれから収められる荷物が一時的に置かれている。図３では、一時保管領域１０４に４つの荷物Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が置かれているが、この状況は時間の経過とともに変化する。つまり、荷物Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの走行を一時的に妨げる「一時障害物」である。

なお、図３では、管理装置１００が省略されている。管理装置１００は、無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれと通信可能な任意の位置に設置することができる。

無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを代表して、主に無人作業車１０Ａの構成についてさらに詳しく説明する。図４に示すように、無人作業車１０Ａは、環境マップ生成部２０と、環境マップ記憶部２１と、位置推定部２２と、回転量センサ２３と、操舵角センサ２４と、走行制御部２７と、通信部２８とをさらに備えている。

環境マップ生成部２０は、障害物に関するデータを環境センサ１５，１６から受け取るとともに、受け取ったデータに基づいて環境マップＭＡを生成する。そして、環境マップ生成部２０は、生成した環境マップＭＡを環境マップ記憶部２１に記憶させる。

環境センサ１５，１６は、近傍にある障害物に関するデータを所定の頻度で出力し続ける。また、環境マップ生成部２０は、環境センサ１５，１６から新たなデータが入力されるたびに、環境マップＭＡの差分データを生成する。したがって、無人作業車１０Ａが建屋１０１内を走行すると、環境マップＭＡの走行経路の近傍に関する部分が更新されていく。

図５に、環境マップ記憶部２１に記憶された環境マップＭＡを示す。無人作業車１０Ａが建屋１０１内をくまなく走行すると、このような環境マップＭＡが完成する。なお、符号Ｂ１’で示されているのは、荷物Ｂ１（図３参照）に対応した障害物である。符号Ｂ２’、Ｂ３’およびＢ４’についても同様である。

回転量センサ２３は、駆動輪１４の回転量を検出するとともに、検出した回転量に関する信号を出力する。また、操舵角センサ２４は、操舵輪でもある駆動輪１４の操舵角を検出するとともに、検出した操舵角に関する信号を出力する。駆動輪１４の回転量は、車両本体１１の移動距離に対応し、駆動輪１４の操舵角は、車両本体１１の移動方向に対応する。

位置推定部２２は、環境マップ記憶部２１に記憶された環境マップＭＡと、回転量センサ２３および操舵角センサ２４から入力された信号とに基づいて、無人作業車１０Ａの現在位置を推定する。

通信部２８は、管理装置１００から荷物の搬送に関する指令を受信すると、それを走行制御部２７に出力する。

走行制御部２７は、環境マップ記憶部２１に記憶された環境マップＭＡと、位置推定部２２において推定された現在位置と、通信部２８から入力された指令とに基づいて、駆動輪１４を制御する。より詳しくは、走行制御部２７は、駆動輪１４の回転量および操舵角を制御することにより、無人作業車１０Ａを搬送すべき荷物の傍（荷取り場所）まで移動させた後、当該荷物を置くべき場所（荷置き場所）まで移動させる。

図４に示すように、無人作業車１０Ａは、一時障害物抽出部２５と、環境マップ更新部２６とをさらに備えている。

一時障害物抽出部２５は、環境マップＭＡに示されている障害物の平面的な寸法と、この建屋１０１内で搬送される荷物の既知の平面的な寸法との一致度に基づいて、当該障害物を一時障害物として抽出するか否かを判定する。例えば、建屋１０１内で搬送される荷物の平面的な寸法が１ｍ×１ｍである場合、一時障害物抽出部２５は、環境マップＭＡの生成における誤差を考慮し、寸法が０．９ｍ×０．９ｍ〜１．１ｍ×１．１ｍの範囲内にある障害物を一時障害物として抽出する。逆に言うと、一時障害物抽出部２５は、寸法が上記の範囲外にある障害物を壁、柱等の位置および有無が変化しない障害物として取り扱う。

無人作業車１０Ａが置かれたばかりの荷物Ｂ４の傍を通過し、環境マップＭＡに荷物Ｂ４に対応した障害物Ｂ４’が新たに示されると、一時障害物抽出部２５は、この障害物Ｂ４’を一時障害物として抽出すべきか否かを判定する。そして、一時障害物抽出部２５は、障害物Ｂ４’を一時障害物として抽出すべきと判定した場合は、環境マップＭＡの特徴的な点Ｐ１を基準とした一時障害物Ｂ４’の四隅の座標（ｘ₁₁，ｙ₁₁）、（ｘ₁₂，ｙ₁₂）、（ｘ₁₃，ｙ₁₃）および（ｘ₁₄，ｙ₁₄）を一時障害物Ｂ４’に関するデータとして通信部２８に出力する（図６（Ａ）および図７参照）。

このとき、一時障害物抽出部２５は、点Ｐ１を基準とした一時障害物Ｂ４’の座標の代わりに、特徴的な点Ｐ２、点Ｐ３または点Ｐ４を基準とした一時障害物Ｂ４’の座標を出力してもよいし、これらを組み合わせたものを出力してもよい。例えば、一時障害物抽出部２５は、点Ｐ１を基準とした一時障害物Ｂ４’の座標（ｘ₁₁，ｙ₁₁）、点Ｐ２を基準とした一時障害物Ｂ４’の座標（ｘ₂₂，ｙ₂₂）、点Ｐ３を基準とした一時障害物Ｂ４’の座標（ｘ₃₃，ｙ₃₃）および点Ｐ４を基準とした一時障害物Ｂ４’の座標（ｘ₄₄，ｙ₄₄）を一時障害物Ｂ４’に関するデータとして出力してもよい（図８参照）。

通信部２８は、一時障害物抽出部２５から一時障害物Ｂ４’に関するデータが入力されると、管理装置１００を介してこれを他の無人作業車１０Ｂ，１０Ｃに送信する。そして、無人作業車１０Ｂ，１０Ｃの通信部２８は、受信した一時障害物Ｂ４’に関するデータを環境マップ更新部２６に出力する。

無人作業車１０Ｂの環境マップ更新部２６は、環境マップ記憶部２１に記憶された環境マップＭＢを参照する。そして、環境マップ更新部２６は、環境マップＭＢに一時障害物Ｂ４’が示されていなければ、通信部２８から入力されたデータに基づいて環境マップＭＢを更新する。言い換えると、環境マップ更新部２６は、他の無人作業車１０Ａが発見した一時障害物Ｂ４’を環境マップＭＢに追加する（図６（Ｂ）参照）。これにより、無人作業車１０Ｂ自身が荷物Ｂ４の傍を通っていなくても、環境マップＭＢが荷物Ｂ４を反映したものとなる。

無人作業車１０Ｃの環境マップＭＣについても同様である。

このように、本実施例に係る無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、およびこれを備えた無人作業システム３０によれば、一時障害物の状況が全ての無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて共有され、一時障害物の最新の状況を正確に反映した環境マップを生成することが可能となる。

また、本実施例に係る無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、およびこれを備えた無人作業システム３０によれば、全ての無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて環境マップの全体を共有する場合に比べ、通信量を低減することが可能となる。

［第２実施例］
図９に、本発明の第２実施例に係る無人作業システム４０を示す。無人作業システム４０は、無人作業システム３０と同様、ＳＬＡＭ誘導方式の３台の無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれと通信可能な管理装置１００とを備えている。ただし、本実施例では、無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ同士が相互に通信することができる。

本実施例において、通信部２８は、一時障害物抽出部２５から一時障害物に関するデータが入力されると、これを他の無人作業車１０Ｂ，１０Ｃに直接的に送信する。

本実施例に係る無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、およびこれを備えた無人作業システム４０によれば、管理装置１００の通信負担を軽減し、管理装置１００−無人作業車１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ間の通信を遅滞なく行うことが可能となる。

［変形例］
以上、本発明に係る無人作業車および無人作業システムの第１実施例および第２実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれらに限定されるものではない。

例えば、環境センサは、レーザレンジファインダに限定されず、音響的に障害物を検知するタイプのセンサ等であってもよい。

また、無人作業システムに含まれる無人作業車の数は、２台であってもよいし、４台以上であってもよい。

また、無人作業車は、荷物の搬送以外の作業を行う車両であってもよい。

また、一時障害物抽出部は、環境マップに示されている障害物の形状と荷物の既知の形状との一致度に基づいて判定を行ってもよいし、寸法および形状の両方の一致度に基づいて判定を行ってもよい。

また、通信部が送信する一時障害物に関するデータは、環境マップにおける位置を示す任意のデータであってもよい。

また、一時障害物は、荷物に限定されず、移動式の棚等であってもよい。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 無人作業車
１１ 車両本体
１２ マスト
１３ フォーク
１４ 走行輪
１５ 環境センサ
１６ 環境センサ
２０ 環境マップ生成部
２１ 環境マップ記憶部
２２ 位置推定部
２３ 回転量センサ
２４ 操舵角センサ
２５ 一時障害物抽出部
２６ 環境マップ更新部
２７ 走行制御部
２８ 通信部
３０，４０ 無人作業システム
１００ 管理装置
１０１ 建屋
１０２ 固定棚
１０３ 固定棚
１０４ 一時保管領域

Claims (2)

1. 荷物を搬送するために複数台で運用されるＳＬＡＭ誘導方式の無人作業車であって、
   生成した環境マップを記憶する環境マップ記憶部と、
   記憶された前記環境マップに示された走行の妨げとなる障害物の中から時間の経過に伴って位置または有無が変化し得る一時障害物を抽出する一時障害物抽出部と、
   前記一時障害物抽出部が前記一時障害物を抽出すると該一時障害物に関するデータを他の無人作業車に送信する機能と、他の無人作業車から前記一時障害物に関するデータを受信する機能とを有する通信部と、
   前記通信部が前記一時障害物に関するデータを受信すると該データに基づいて前記環境マップ記憶部に記憶された前記環境マップを更新する環境マップ更新部と、
   を備え、
   前記一時障害物抽出部は、前記環境マップに示された前記障害物の平面的な寸法または形状と前記荷物の既知の寸法または形状との一致度に基づいて該障害物を前記一時障害物として抽出するか否かを判定する
   ことを特徴とする無人作業車。
2. ＳＬＡＭ誘導方式の複数台の無人作業車と、
   前記無人作業車のそれぞれと通信可能な管理装置と、
   を備え、
   前記無人作業車のそれぞれは、
   荷物の搬送を行う無人搬送車であり、
   生成した環境マップを記憶する環境マップ記憶部と、
   記憶された前記環境マップに示された走行の妨げとなる障害物の中から時間の経過に伴って位置または有無が変化し得る一時障害物を抽出する一時障害物抽出部と、
   前記一時障害物抽出部が前記一時障害物を抽出すると該一時障害物に関するデータを前記管理装置に送信する機能と、前記管理装置から前記一時障害物に関するデータを受信する機能とを有する通信部と、
   前記通信部が前記一時障害物に関するデータを受信すると該データに基づいて前記環境マップ記憶部に記憶された前記環境マップを更新する環境マップ更新部と、
   を有し、
   前記一時障害物抽出部は、前記環境マップに示された前記障害物の平面的な寸法または形状と前記荷物の既知の寸法または形状との一致度に基づいて該障害物を前記一時障害物として抽出するか否かを判定し、
   前記管理装置は、前記複数台の無人作業車のうちの１台から前記一時障害物に関するデータを受信すると該データを前記１台を除く全ての前記無人作業車に向けて送信する
   ことを特徴とする無人作業システム。

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