JP6684531B2 - 無人搬送システム - Google Patents

Description

本発明は、建物内を走行する無人搬送車を備える無人搬送システムに関する。

工場や倉庫等の建物内では、自律走行可能な無人搬送車が利用される。無人搬送車には、様々な誘導方式が利用される。例えば、特許文献１に開示された無人搬送車では、誘導ラインに沿って走行する誘導方式が用いられる。具体的には、この無人搬送車は、路面を撮像する下方撮像部を備えており、下方撮像部で路面に敷設された誘導ラインを撮像し、撮像された誘導ラインの位置に基づいて、誘導ラインに沿って走行する。

誘導ラインは、路面に貼付されたテープや路面に塗布された塗料などからなり、路面とは明確に異なる色彩が着色される。しかしながら、このような誘導ラインは路面に敷設されているので、汚れが誘導ラインに付着したり、誘導ラインが剥がれたりしやすい。そのため、無人搬送車は、このような誘導ラインの汚れの付着又は誘導ラインの剥がれによって、誘導ラインを認識できず、走行が停止するという問題がある。

一方、特許文献２に開示された無人搬送車では、汚れの付着や剥がれの影響を受けにくい電磁誘導に基づいて走行する誘導方式が用いられる。この誘導方式によると、トウパスワイヤの誘起磁界が、走行ルートに沿って床に敷設される。無人搬送車は、車体に設けられたピックアップコイルによって誘起磁界を検出し、検出された誘起磁界に基づいて、走行ルートに沿って移動する。

しかしながら、トウパスワイヤを床に敷設する際に、多大な工費及び時間がかかる。また、工場や倉庫内のレイアウト変更のたびに、トウパスワイヤを床に敷設しなければならないという問題がある。

特開平７−２１０２４６号公報 特開平６−１１９０３６号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、多大な設置工費及び時間を必要としない誘導方式を利用した無人搬送車を備える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、本発明に係る無人搬送システムは、
建物内を走行する無人搬送車と、
無人搬送車を誘導する無人飛行体と、
無人飛行体の飛行経路を記憶する飛行経路記憶部と、を備え、
無人飛行体は、
自機の位置を検出する自機位置検出部と、
飛行経路に沿って飛行するように制御するフライトコントロール部と、
無人飛行体が飛行経路に沿って飛行するとき、無人搬送車を誘導するための誘導信号を無人搬送車に発信する発信部と、を備え、
無人搬送車は、
発信部から発信される誘導信号を受信する受信部と、
誘導信号に基づいて走行するようにステアリング制御するステアリング制御部と、を備える。

好ましくは、
さらに、建物内に設けられると共に、無人搬送車が走行経路に沿って走行するように誘導する誘導部を備え、
無人搬送車は、
誘導部を検知する誘導検知部と、
誘導検知部が誘導部を検知できるときに通常時と判定する一方、誘導検知部が誘導部を検知できないときに異常時と判定する判定部と、を備え、
ステアリング制御部は、
通常時に誘導部に基づいて走行するように制御する一方、異常時に誘導信号に基づいて走行するように制御する。

好ましくは、
さらに、予め撮像された自機の上方の画像を位置情報と関連付けて記憶する上方画像記憶部を備え、
無人飛行体は、さらに、
自機の上方を撮像する上方撮像部を備え、
自機位置検出部は、
上方撮像部によって撮像された現在の自機の上方の画像と、上方画像記憶部に記憶されている自機の上方の画像と、を照合する照合部と、
照合部が照合した結果に基づいて、自機の位置を特定する自機位置特定部と、を備える。

好ましくは、
建物は、天井に天井マーカを備え、
上方画像記憶部は、予め撮像された天井マーカを含む天井の画像を位置情報と関連付けて記憶しており、
照合部は、上方撮像部によって撮像された天井の画像と、上方画像記憶部に記憶されている天井の画像と、を照合する。

好ましくは、
無人飛行体は、さらに、天井マーカに赤外線を照射する赤外線照射部を備え、
天井マーカは、再帰性反射材であり、
上方撮像部は、赤外線カメラであり、赤外線で照射された天井マーカを含む天井の画像を撮像する。

本発明に係る無人搬送システムは、無人搬送車を誘導する新規な誘導方式を採用し、多大な設置工事及び時間を必要としない。

本発明に係る無人搬送システムを示す概要図である。 図１の天井に設けられた天井マーカを示す図である。 無人飛行体を示し、（ａ）は下から見た斜視図であり、（ｂ）は上から見た斜視図である。 無人飛行体の上部ユニットを示す斜視図である。 無人飛行体の本体が備える各構成のブロック図である。 無人搬送車が備える各構成のブロック図である。

以下、図面に基づき、本発明に係る無人搬送システムの一実施形態について説明する。前後、左右および上下の方向Ｘ、Ｙ、Ｚは、図面のとおり、無人搬送車の走行方向を基準にしている。

＜無人搬送システム＞
図１の通り、無人搬送システムは、無人飛行体１及び無人搬送車３０を備える。無人搬送システムは、路面Ｒに敷設された誘導ライン（誘導部）Ｌを備える。誘導ラインＬは、無人搬送車３０が走行するための走行経路に沿って敷設される。無人飛行体１は、天井Ｃを撮像し、撮像した画像を解析することにより自機位置を検出する。無人搬送車３０は、無人フォークリフトであって、誘導ラインＬに沿って走行する。

＜天井＞
図２の通り、天井Ｃには、無人飛行体１が自機位置を検出するための長方形状の天井マーカ２００が複数設けられている。天井マーカ２００は、再帰性反射材であって、同縦列または同横列において等間隔に整列して配置されている。すなわち、天井マーカ２００は、列ごとに異なる間隔で天井Ｃに配置されている。例えば、図２の最下段の横列の間隔Ｐ３の長さは、すべて同じである。一方、１段目、２段目および３段目の横列の間隔Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の長さは、それぞれ異なっている。また、１段目、２段目および３段目間の間隔Ｐ４、Ｐ５の長さも、それぞれ異なっている。

＜無人飛行体＞
図３の通り、無人飛行体１は、本体２０と、本体２０の上面から地面と平行に４方に延びる４本のアーム１２と、４本のアーム１２のそれぞれの先端側に設けられたモータ１３と、モータ１３に設けられた回転翼１４と、４本のアーム１２の基部の上側に立設された略八角柱状の上部ユニット１５と、本体２０の周囲かつアーム１２の下側に設けられた４本のスキッド１８と、を備えている。

図４の通り、上部ユニット１５は、上部ユニット本体１５１と、赤外線カメラ１５２と、４つの赤外線照射部１５３と、を有する。赤外線カメラ（上方撮像部）１５２は、上部ユニット本体１５１の上面の中央に上方を向いて配置されている。４つの赤外線照射部１５３は、それぞれ赤外線カメラ１５２の周囲に上方を向いて配置されている。赤外線照射部１５３は、例えば、赤外ＬＥＤでもよい。４つの赤外線照射部１５３は、天井Ｃに向けて赤外線を照射し、赤外線カメラ１５２は、赤外線で照射された天井マーカ２００を含む天井Ｃの画像を撮像して天井画像を生成する。

通常、屋内の天井Ｃには電灯が設けられているが、天井Ｃに設けられた天井マーカ２００には電灯の光が届きにくい。また、天井Ｃに設けられた天井マーカ２００を撮像する場合、電灯による逆光が撮像の妨げになる。そこで、赤外線照射部１５３が天井Ｃに赤外線を照射することにより、赤外線カメラ１５２は、天井マーカ２００を含む天井Ｃを適切に撮像することができる。また、天井マーカ２００が再帰性反射材であることにより、天井マーカ２００に照射された赤外線の入射角が大きくても、赤外線カメラ１５２は、適切に天井マーカ２００を撮像することができる。

図５の通り、無人飛行体１の本体２０は、制御部２１と、記憶部２４と、自機位置検出部２３と、を有する。制御部２１は、フライトコントロール部２１１と、発信部２１２と、を有する。記憶部２４は、飛行経路記憶部２４１と、上方画像記憶部２４２と、を有している。

自機位置検出部２３は、ＧＰＳセンサ、ジャイロセンサ、超音波センサ、レーザセンサ、気圧センサ、コンパス、加速度センサといった各種センサ（図示しない）を有しており、無人飛行体１の位置を検出するのに利用することができる。しかしながら、ＧＰＳセンサは、屋内においてはＧＰＳ信号を適切に検出することができない。そこで、自機位置検出部２３は、後で詳述するように、屋内においては、赤外線カメラ１５２によって撮像された天井画像と、上方画像記憶部２４２に記憶されている天井画像とを照合することにより、無人飛行体１の位置を検出する。

フライトコントロール部２１１は、各モータ１３の回転数を制御することにより、無人飛行体１のホバリングを可能にするとともに、無人飛行体１の飛行速度、飛行方向、飛行高度を制御する。また、フライトコントロール部２１１は、無人飛行体１の自律飛行時には、自機位置検出部２３によって検出された無人飛行体１の位置を参照しながら、飛行経路記憶部２４１に記憶された飛行経路に沿って無人飛行体１を飛行させる。飛行経路は、無人搬送車３０が走行する走行経路を含む。

発信部２１２は、無人搬送車３０に対して誘導信号を発信する。無人搬送車３０は、後述する通り、発信部２１２からの誘導信号を受信して、無人飛行体１に追従する。無人飛行体１は、上記の通り、走行経路を含む飛行経路に沿って飛行する。そのため、無人搬送車３０は、無人飛行体１に追従することで、走行経路に沿って走行できる。

自機位置検出部２３は、照合部２３１と、自機位置特定部２３２と、を有する。上方画像記憶部２４２には、天井Ｃ全体の天井全体画像が位置情報と関連付けて記憶されている。赤外線カメラ１５２は、無人飛行体１の自律飛行時には、随時、無人飛行体１の上方を撮像して上方画像を生成し、照合部２３１に出力する。照合部２３１は、入力された上方画像と、上方画像記憶部２４２に記憶されている天井全体画像とを照合し、天井全体画像の中のどの位置に上方画像が存在するのかを探索するテンプレートマッチングを行う。テンプレートマッチングには、例えば、ＳＳＤ（「Sum of Squared Difference」）またはＳＡＤ（「Sum of Absolute Difference」）を類似度の計算手法として用いてもよい。自機位置特定部２３２は、照合部２３１のテンプレートマッチングの結果に基づいて、無人飛行体１の位置を特定する。なお、自機位置検出部２３は、無人飛行体１の高度に関しては、超音波センサ、レーザセンサ等により検出する。

＜無人搬送車＞
図１の通り、無人搬送車３０は、車体３１と、車載カメラ３２と、左右一対の前輪３３と、左右一対の後輪３４と、フォーク３７と、マスト３８と、を備える。さらに、図６の通り、無人搬送車３０は、前輪３３および後輪３４のいずれか一方または両方をステアリング制御するステアリング制御部３５と、誘導経路検出部３６と、受信部４１と、判定部４０と、を備える。車載カメラ３２及び誘導経路検出部３６が誘導検知部に相当する。

図１の通り、車体３１の前面の一部は、透過部材で構成されている。車載カメラ３２は、車体３１内の前側の上側かつ中央の位置に、透過部材を通して路面Ｒを向くように設けられる。車載カメラ３２は、路面Ｒに敷設された誘導ラインＬを撮像し、誘導経路検出部３６に出力する。誘導経路検出部３６は、車載カメラ３２から入力された画像に基づいて、誘導ラインＬを検出する。

ところで、路面Ｒに敷設された誘導ラインＬは、使用状態により汚れや剥がれが発生している場合もあれば、路面Ｒに模様や印が施されている場合もある。判定部４０は、誘導経路検出部３６が誘導ラインＬを検知できるときに通常時と判定する一方、誘導経路検出部３６が誘導ラインＬを検知できないときに異常時と判定する。

受信部４１は、無人飛行体１の発信部２１２から発信される誘導信号を受信する。判定部４０は、ステアリング制御部３５に指示を出力する。判定部４０は、通常時と判定したときには、誘導経路検出部３６によって検出された誘導ラインＬに沿って走行するように、ステアリング制御部３５に指示を出力する一方、異常時と判定したときには、受信部２１２によって受信された誘導信号に基づいて走行するように、ステアリング制御部３５に指示を出力する。即ち、本実施形態では、無人飛行体１は、無人搬送車３０が誘導ラインＬを認識できないときだけ、無人搬送車３０の誘導をアシストする。

以上、本発明に係る無人搬送システムの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

（１）路面Ｒに誘導ライン（誘導部）Ｌが敷設されていなくてもよい。即ち、無人飛行体１が、常時、無人搬送車３０を誘導するので、無人搬送車３０は、無人飛行体１からの誘導信号に基づいて無人飛行体１に追従する。その場合、車載カメラ３２及び誘導経路検出部３６（誘導検知部）は設けられない。また、判定部４０も設けられない。

（２）無人搬送車３０は、例えば、有人無人兼用の搬送車またはフォークリフトであってもよい。

（３）無人飛行体１が自機位置を検出する方法は、特に限定されない。例えば、SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）技術によって、無人飛行体１の位置を検出してもよい。

（４）自機位置検出部２３が上方撮像部の撮像した天井画像から天井マーカ２００を認識できるのであれば、赤外線照射部１５３は、無人飛行体１に設けられていなくてもよい。また、自機位置検出部２３が上方撮像部の撮像した天井画像から天井マーカ２００を認識することができるのであれば、上方撮像部は、赤外線カメラ１５２に限定されない。

（５）天井マーカ２００には、例えば、２次元バーコードが付されており、この２次元バーコードに位置情報が含まれていてもよい。これにより、自機位置検出部２３は、天井画像から天井マーカ２００を認識することにより無人飛行体１の位置を直接認識することができる。

（６）本実施形態では、誘導部Ｌは誘導ラインであるが、他の実施形態で、誘導部Ｌは、反射板であってもよい。その場合、無人搬送車３０は、レーザースキャナを備えており、反射板をレーザースキャナで認識することで自己位置を検出して走行する。

（７）無人飛行体１と互いに通信可能なサーバを備えた無人搬送システムでもよい。例えば、サーバは、記憶部２４を備える。

１ 無人飛行体
２１ 制御部
２３ 自機位置検出部
２４ 記憶部
３０ 無人搬送車
３５ ステアリング制御部
３６ 誘導経路検出部（誘導検知部）
４０ 判定部
４１ 受信部
１５２ 赤外線カメラ（上方撮像部）
１５３ 赤外線照射部
２００ 天井マーカ
２１１ フライトコントロール部
２１２ 発信部
２３１ 照合部
２３２ 自機位置特定部
２４１ 飛行経路記憶部
２４２ 上方画像記憶部
Ｃ 天井
Ｒ 路面
Ｌ 誘導ライン（誘導部）

Claims (5)

1. 建物内を走行する無人搬送車と、
   前記無人搬送車を誘導する無人飛行体と、
   前記無人飛行体の飛行経路を記憶する飛行経路記憶部と、を備え、
   前記無人飛行体は、
   自機の位置を検出する自機位置検出部と、
   前記飛行経路に沿って飛行するように制御するフライトコントロール部と、
   前記無人飛行体が前記飛行経路に沿って飛行するとき、前記無人搬送車を誘導するための誘導信号を前記無人搬送車に発信する発信部と、を備え、
   前記無人搬送車は、
   前記発信部から発信される前記誘導信号を受信する受信部と、
   前記誘導信号に基づいて走行するようにステアリング制御するステアリング制御部と、を備える
   ことを特徴とする無人搬送システム。
2. さらに、前記建物内に設けられると共に、前記無人搬送車が走行経路に沿って走行するように誘導する誘導部を備え、
   前記無人搬送車は、
   前記誘導部を検知する誘導検知部と、
   前記誘導検知部が前記誘導部を検知できるときに通常時と判定する一方、前記誘導検知部が前記誘導部を検知できないときに異常時と判定する判定部と、を備え、
   前記ステアリング制御部は、
   前記通常時に前記誘導部に基づいて走行するように制御する一方、前記異常時に前記誘導信号に基づいて走行するように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無人搬送システム。
3. さらに、予め撮像された前記自機の上方の画像を位置情報と関連付けて記憶する上方画像記憶部を備え、
   前記無人飛行体は、さらに、
   前記自機の上方を撮像する上方撮像部を備え、
   前記自機位置検出部は、
   前記上方撮像部によって撮像された現在の前記自機の上方の画像と、前記上方画像記憶部に記憶されている前記自機の上方の画像と、を照合する照合部と、
   前記照合部が照合した結果に基づいて、前記自機の位置を特定する自機位置特定部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無人搬送システム。
4. 前記建物は、天井に天井マーカを備え、
   前記上方画像記憶部は、予め撮像された前記天井マーカを含む前記天井の画像を前記位置情報と関連付けて記憶しており、
   前記照合部は、前記上方撮像部によって撮像された前記天井の画像と、前記上方画像記憶部に記憶されている前記天井の画像と、を照合する
   ことを特徴とする請求項３に記載の無人搬送システム
5. 前記無人飛行体は、さらに、前記天井マーカに赤外線を照射する赤外線照射部を備え、
   前記天井マーカは、再帰性反射材であり、
   前記上方撮像部は、赤外線カメラであり、前記赤外線で照射された前記天井マーカを含む前記天井の画像を撮像する
   ことを特徴とする請求項４に記載の無人搬送システム。

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