JP7095653B2 - 自動運転フォークリフト用荷置き位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転フォークリフトに用いられる荷置き位置検出装置に関する。

自動運転フォークリフトが開発されている。この自動運転システムでは、フォークリフトの前方の状況をカメラで撮影して、その撮影映像から荷役作業における荷置き位置を含めた自動運転に必要な情報を把握している。カメラによる撮影情報は、情報量が多く、荷置き位置を含めた情報を把握するための情報解析システムが高速処理を要求され高価になる問題がある。

それに対し、特許文献１には、特定の場所での使用に限定して、荷置き位置を簡単なシステムで把握する発明が開示されている。この発明は、予め荷置き位置に設けたマークをカメラにより撮影して、マークを含んだ撮影画像に基づいて荷置き位置を把握し、荷置き位置に向けてフォークを自動的に操作するものである。

特開２００３－２１２４８９号公報

しかし、特許文献１の発明のシステムでは、荷置き位置にマークを設けることが可能な場合しか使用することができず、汎用性に欠ける問題がある。

本発明の課題は、自動運転フォークリフトに用いられる荷置き位置検出装置において、荷置き位置を距離センサの検出結果に基づいて把握することにより、マークを設けることなく自動運転フォークリフトにおける荷置き位置を検出することにある。

本発明の第１発明の自動運転フォークリフト用荷置き位置検出装置は、荷役作業における荷置き位置を検出し、この検出結果に基づいてフォークリフトを荷置き位置に向けて走行させる自動運転フォークリフトにおいて、フォークに積載される荷の後方に配置され、フォークと共に移動するリフトブラケットに対し、その上端部より上方に突出して取り付けられ、フォークリフト前方の水平方向に広がる所定角度範囲に存在する前記荷置き位置までの距離を、前記荷置き位置に向けて照射されたレーザー光により検出する水平距離センサと、前記リフトブラケットに対し、その側端部より外側方に突出して取り付けられ、フォークリフト前方の垂直方向に広がる所定角度範囲に存在する前記荷置き位置までの距離を、前記荷置き位置に向けて照射されたレーザー光により検出する垂直距離センサと、前記水平距離センサ及び前記垂直距離センサの検出結果に基づいて、前記荷置き位置を検出する荷置き位置検出手段とを備える。

第１発明によれば、水平距離センサ及び垂直距離センサの検出結果に基づいて、荷役作業における荷置き位置を検出することができる。そのため、荷置き位置に対応してマークを設けることなく、且つカメラの撮影情報に基づいて検出する場合に比べて簡単なシステムで、自動運転フォークリフトにおける荷置き位置を検出することができる。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記水平距離センサ及び前記垂直距離センサは、前記フォークに積載される荷、若しくは前記荷置き位置にある物体と干渉しないように前記リフトブラケットより前記フォークの背後側にオフセットして支持されている。

例えば、荷置き位置に荷を降ろす際、リフトブラケットは、荷を積載したフォークと共に荷置き位置の積載スペース内に入ることになる。その際、リフトブラケットに取り付けられた水平距離センサ及び垂直距離センサは、積載スペースを仕切る壁、天井、若しくは先に積載済の荷に干渉して破損する恐れがある。第２発明によれば、水平距離センサ及び垂直距離センサは、リフトブラケットよりフォークの背後側にオフセットされているため、そのような干渉を回避することができる。

本発明の第３発明は、上記第２発明において、前記垂直距離センサは、前記リフトブラケットより前記フォークの背後側に設けられてフォークリフトの天井を成すヘッドガードに支持されており、しかも前記ヘッドガードの前側部位で、前記リフトブラケットの側端部より外側方に突出して取り付けられている。

第３発明によれば、垂直距離センサがリフトブラケットより後方のヘッドガードに支持されている。そのため、荷の積み降ろしの際に垂直距離センサが積載スペースを仕切る壁、天井、若しくは先に積載済の荷に干渉して破損する恐れを抑制することができる。

本発明の第４発明は、上記第１～第３発明のいずれかにおいて、前記垂直距離センサの検出結果に基づいて前記荷置き位置の高さを確定する角部を特定して、前記角部までの距離及び角度に基づいて前記荷置き位置までの水平距離を検出する距離検出手段を備える。

第４発明によれば、垂直距離センサにより荷置き位置の高さを確定する角部を特定して、その角部までの距離及び角度情報からフォークリフトが荷役作業のために進むべき荷置き位置までの水平距離を検出することができる。

本発明の第１実施形態を適用した自動運転フォークリフトの側面図である。 上記フォークリフトの正面図である。 上記実施形態の水平距離センサ及び垂直距離センサの作用説明図である。 上記実施形態の自動運転制御手段を示すブロック図である。 上記実施形態の水平距離センサの作用説明図である。 上記実施形態の垂直距離センサの作用説明図である。 上記フォークリフトによる荷役作業の説明図である。 図７と同様の説明図であり、図７より荷役作業が進展した状態を示す。 図７、８と同様の説明図であり、図８より荷役作業が進展した状態を示す。 本発明の第２実施形態を適用した自動運転フォークリフトの側面図である。 上記フォークリフトの正面図である。 上記フォークリフトの斜視図である。

図１、２は、本発明の第１実施形態を適用した自動運転フォークリフト１を示す。このフォークリフト１は、電動駆動の４輪タイプであり、自動運転可能とされている。しかし、マニュアル運転も可能とされており、運転者着座用シート５を備える。但し、本発明の自動運転フォークリフト１は、この構造のものに限定されず、駆動方式、ボデー形状等、各種のものを採用することができる。

各図中、フォークリフト１が車輪４を「下」にして路面上に走行可能に置かれた状態を基準とし、フォークリフト１の前進方向、及びフォーク２の先端が指す方向を「前」として各方向を矢印により示している。以下の説明において、方向に関する記述は、この方向を基準として行うものとする。

図１、２のように、フォークリフト１の前側には側面視でＬ字形のフォーク２が左右一対設けられている。フォーク２は、上下に昇降可能で、先端を持ち上げるように角度を変更可能とされている。フォーク２の後部にはバックレスト３が設けられている。バックレスト３は、フォーク２により持ち上げられる荷（図示略）の後方に配置され、荷の後方を支持可能とするように、前面視で概ね四角形のフレーム構造とされている。図２のように、バックレスト３は、左右の車輪４間に丁度収まる左右寸法とされている。また、バックレスト３の上下寸法は、フォーク２により持ち上げられる荷の後方を支持可能とする寸法とされている。

図１、２のように、バックレスト３の左右両側の縦フレームの後部には、延長ブラケット３０が一体に取り付けられている。延長ブラケット３０は、門型に組み合わされたフレームから成り、バックレスト３の高さを補うように、バックレスト３の上方に延びて設けられている。図１、２では、延長ブラケット３０を他の部材から判別し易くするためにマスキングを施して示している。バックレスト３及び延長ブラケット３０を合わせて本発明のリフトブラケットに相当する。

延長ブラケット３０の上端中央部には、水平距離センサ１０が取付ブラケット１１を介して上方に突出して取り付けられている。また、延長ブラケット３０の右側端上部には、垂直距離センサ２０が取付ブラケット２１を介して側方に突出して取り付けられている。この場合、水平距離センサ１０及び垂直距離センサ２０は、公知の広角距離センサであるレーザーレンジファインダであり、図３にマスキングを施した円弧で示すようにフォークリフト１前方の所定角度範囲の水平領域１２及び垂直領域２２に存在する物体との距離を検出可能とされている。図３では、手前側開放のコンテナ（本発明の荷置き位置を含んでいる）Ｃの左右側壁Ｃ３、Ｃ４、及び対向壁Ｃ５との距離を水平距離センサ１０により検出し、コンテナＣの天井Ｃ１、床Ｃ２、及び対向壁Ｃ５との距離を垂直距離センサ２０により検出している。なお、水平距離センサ１０及び垂直距離センサ２０としては、レーザーレンジファインダ以外に各種の距離センサを用いることができる。

図１、２のように、水平距離センサ１０は、クランク形状の取付ブラケット１１により延長ブラケット３０の上方、且つ後方にシフトして取り付けられており、延長ブラケット３０の上端から後方（フォーク２の背後側）にオフセットして支持されている。また、垂直距離センサ２０は、後方に直線状に延びる取付ブラケット２１により延長ブラケット３０の後方にシフトして取り付けられており、延長ブラケット３０の右側端から後方（フォーク２の背後側）にオフセットして支持されている。

図４は、フォークリフト１を自動運転するためのコンピュータ内蔵の制御手段を示す。ここで、自動運転制御手段４０は、図３のコンテナＣの荷置き位置を検出する荷置き位置検出手段４１を備える。また、荷置き位置検出手段４１は、垂直距離センサ２０から荷置き位置までの距離を検出する距離検出手段４１ａ、及び荷置き位置の垂直距離センサ２０からの高さを検出する高さ検出手段４１ｂを備える。荷置き位置検出手段４１は、水平距離センサ１０及び垂直距離センサ２０からの検出信号を受けて、図３のようにコンテナＣ内の荷置き位置を検出する。距離検出手段４１ａ及び高さ検出手段４１ｂの詳細については後述する。

自動運転制御手段４０は、車両位置検出センサ５１からの検出信号によりフォークリフト１の現在位置を把握し、フォーク位置検出センサ５２からの検出信号によりフォーク２の現在の高さ、仰角を把握する。また、自動運転制御手段４０は、車両作動装置５３及びフォーク作動装置５４に作動信号を出力している。車両作動装置５３は、自動運転制御手段４０からの出力信号を受けてフォークリフト１を荷置き位置に向けて走行させる。また、フォーク作動装置５４は、自動運転制御手段４０からの出力信号を受けてフォーク２の高さ及び仰角を制御して、荷を荷置き位置に降ろすように作動させる。

自動運転制御手段４０は、荷置き位置検出手段４１により検出される荷置き位置に対して車両位置検出センサ５１により検出されるフォークリフト１の現在位置が予め設定した接近位置に到達するように車両作動装置５３を作動させてフォークリフト１を走行させる。また、自動運転制御手段４０は、車両作動装置５３によりフォークリフト１が荷を降ろすことが可能な位置に到達した状態で、フォーク作動装置５４によりフォーク２の高さ、仰角を制御し、同時に車両作動装置５３によりフォークリフト１を後退させて荷降ろしを行う。

図５により、車両作動装置５３によるフォークリフト１の走行制御について説明する。自動運転制御手段４０は、水平距離センサ１０の検出信号に基づき荷置き位置検出手段４１が把握するコンテナＣの荷置き位置に対して、車両作動装置５３を作動させてフォークリフト１の走行を制御する。荷置き位置検出手段４１によるコンテナＣの水平方向における荷置き位置の把握は、水平距離センサ１０が水平領域１２内で、例えば１度間隔でレーザー光をコンテナＣに照射してコンテナＣ各部からの反射光を受けるまでの時間差により距離を検出して行う。

例えば、図５の黒点で示すように、コンテナＣの左側壁Ｃ３及び右側壁Ｃ４の内壁面上の複数点における距離が検出される。この結果、左側壁Ｃ３及び右側壁Ｃ４の形状、位置が検出される。このように左側壁Ｃ３及び右側壁Ｃ４の形状、位置が検出されると、左側壁Ｃ３及び右側壁Ｃ４の中間点Ｃ６、並びにコンテナＣの左側壁Ｃ３及び右側壁Ｃ４に沿った正面方向Ｃ７が把握される。一方、自動運転制御手段４０は、フォークリフト１が中間点Ｃ６に向けて正面方向Ｃ７を向くように車両作動装置５３を作動させてフォークリフト１を走行させる。

図６により、コンテナＣの床Ｃ２の上端の角部Ｃ２ａと垂直距離センサ２０との間の垂直高さＨ、並びに角部Ｃ２ａと垂直距離センサ２０との間の水平距離Ｌの把握の仕方について説明する。荷置き位置検出手段４１によるコンテナＣの垂直方向における荷置き位置の把握は、垂直距離センサ２０が垂直領域２２内で、例えば１度間隔でレーザー光をコンテナＣに照射してコンテナＣ各部からの反射光を受けるまでの時間差により距離を検出して行う。

例えば、図６の黒点で示すように、コンテナＣの天井Ｃ１及び床Ｃ２の内壁面上の複数点における距離が検出される。この結果、天井Ｃ１及び床Ｃ２の形状、位置が検出される。垂直距離センサ２０から床Ｃ２の上端の角部Ｃ２ａまでの距離Ｓ、並びに垂直距離センサ２０と角部Ｃ２ａとを結ぶ直線が水平面に対して成す角度θが検出されると、図６のように、角部Ｃ２ａと垂直距離センサ２０との間の垂直高さＨ、並びに角部Ｃ２ａと垂直距離センサ２０との間の水平距離Ｌが把握される。角部Ｃ２ａは、コンテナＣの荷置き位置の高さを確定する部位として特定されている。このようにして、図４の距離検出手段４１ａは水平距離Ｌを検出し、高さ検出手段４１ｂは垂直高さＨを検出する。水平距離Ｌに基づき車両作動装置５３によるフォークリフト１が前進制御され、垂直高さＨに基づきフォーク作動装置５４によるフォーク２の上下動が制御される。

ここでは、垂直距離センサ２０によりコンテナＣの角部Ｃ２ａを検出する例を説明したが、角部Ｃ２ａよりも手前側にコンテナＣとは別の段部がある場合、その段部が垂直距離センサ２０の垂直領域２２内にあれば、垂直距離センサ２０によりその段部を検出することもできる。例えば、コンテナＣを搭載する何等かの台があれば、垂直距離センサ２０がその台の段部を検出することにより、自動運転制御手段４０は、その台にフォークリフト１が衝突しないように制御することができる。

図７～９は、フォークリフト１が、自動運転によりフォーク２上に積載した荷ＢをコンテナＣの荷置き位置に移載する荷役作業の様子を示す。図７の状態では、検出された垂直高さＨに基づいてフォーク２の高さを制御して荷Ｂを持ち上げ、検出された水平距離Ｌに基づいてフォークリフト１をコンテナＣに向けて走行させる。このとき、フォークリフト１の走行方向は、図５に基づいて説明したように制御される。

図８の状態では、荷ＢがコンテナＣの内部に搬入されている。この状態でも、垂直距離センサ２０による垂直高さＨ及び水平距離Ｌの検出は継続されている。また、垂直距離センサ２０は、対向壁Ｃ５までの距離も検出している。それらの検出に基づき、荷ＢのコンテナＣ内への搬入が完了していないことが判定されている。

図９の状態では、荷ＢのコンテナＣ内部への搬入が完了して、フォークリフト１の走行は停止されている。このとき、バックレスト３及び延長ブラケット３０もコンテナＣの内部に進入した状態となる。水平距離センサ１０及び垂直距離センサ２０は、延長ブラケット３０よりも後方にオフセットされているため、コンテナＣの左右の側壁Ｃ３、Ｃ４、天井Ｃ１、若しくは先に積載済の荷Ｂと干渉することは回避される。そのため、係る干渉による水平距離センサ１０及び垂直距離センサ２０の損傷を回避することができる。

図１０～１２は、本発明の第２実施形態を適用した自動運転フォークリフト１を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、垂直距離センサ２０をフォークリフト１の天井を成すヘッドガード６に支持した点である。その他の構成は、第２実施形態においても第１実施形態と同一であり、再度の説明は省略する。

フォークリフト１には、運転者着座用シート５の上方を覆うようにヘッドガード６が設けられている。ヘッドガード６は、運転者着座用シート５の前方から上方まで延びた左右一対のピラー６１と天板６２とから成り、ヘッドガード６の天板６２の前側には、ロッド状のセンサ取付フレーム２３が設けられている。センサ取付フレーム２３は、左右方向の長さがヘッドガード６の左右幅より大きくされており、特にセンサ取付フレーム２３の右側端部は、ヘッドガード６の右側端より外側に突出されている。そして、そのように突出されたセンサ取付フレーム２３の右側端部に、垂直距離センサ２０が更に右外側に突出して取り付けられている。その結果、垂直距離センサ２０は、延長ブラケット３０の右側端部より右外側に突出されている。なお、垂直距離センサ２０は、センサ取付フレーム２３を用いることなく取り付けても延長ブラケット３０の右側端部より右外側に突出する位置に配置可能な場合は、ヘッドガード６のピラー６１に直接取付けることもできる。

第２実施形態によれば、垂直距離センサ２０が第１実施形態に比べて後方に支持されている。そのため、荷の積み降ろしの際に垂直距離センサ２０がコンテナＣの左右の側壁Ｃ３、Ｃ４、天井Ｃ１、若しくは先に積載済の荷Ｂと干渉して破損する恐れをより一層抑制することができる。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、水平距離センサ１０及び垂直距離センサ２０を、バックレスト３に対して延長ブラケット３０を介して取り付けたが、バックレスト３の大きさ、形状等が延長ブラケット３０を設けるまでもない場合は、水平距離センサ１０及び垂直距離センサ２０をバックレスト３に直接取り付けてもよい。

上記実施形態では、荷置き位置がコンテナＣにある例を説明したが、荷置き位置は、工場の棚、トラックの荷台等でもよい。

上記実施形態では、自動運転フォークリフト用荷置き位置検出装置を、フォークリフト１のフォーク２に積載した荷を荷置き位置に降ろす際の荷置き位置の検出に使用する例について説明したが、荷置き位置にある荷をフォーク２に積載する際の荷置き位置の検出に使用することもできる。

１ フォークリフト
２ フォーク
３ バックレスト（リフトブラケット）
４ 車輪
５ 運転者着座用シート
６ ヘッドガード
６１ ピラー
６２ 天板
１０ 水平距離センサ
２０ 垂直距離センサ
１１、２１ 取付ブラケット
１２ 水平領域
２２ 垂直領域
２３ センサ取付フレーム
３０ 延長ブラケット（リフトブラケット）
４０ 自動運転制御手段
４１ 荷置き位置検出手段
４１ａ 距離検出手段
４１ｂ 高さ検出手段
５１ 車両位置検出センサ
５２ フォーク位置検出センサ
５３ 車両作動装置
５４ フォーク作動装置
Ｂ 荷
Ｃ コンテナ（荷置き位置）
Ｃ１ 天井
Ｃ２ 床
Ｃ２ａ 角部
Ｃ３ 左側壁
Ｃ４ 右側壁
Ｃ５ 対向壁
Ｃ６ 中間点
Ｃ７ 正面方向

Claims (4)

1. 荷役作業における荷置き位置を検出し、この検出結果に基づいてフォークリフトを荷置き位置に向けて走行させる自動運転フォークリフトにおいて、
   フォークに積載される荷の後方に配置され、フォークと共に移動するリフトブラケットに対し、その上端部より上方に突出して取り付けられ、フォークリフト前方の水平方向に広がる所定角度範囲に存在する前記荷置き位置までの距離を、前記荷置き位置に向けて照射されたレーザー光により検出する水平距離センサと、
   前記リフトブラケットに対し、その側端部より外側方に突出して取り付けられ、フォークリフト前方の垂直方向に広がる所定角度範囲に存在する前記荷置き位置までの距離を、前記荷置き位置に向けて照射されたレーザー光により検出する垂直距離センサと、
   前記水平距離センサ及び前記垂直距離センサの検出結果に基づいて、前記荷置き位置を検出する荷置き位置検出手段と
   を備える自動運転フォークリフト用荷置き位置検出装置。
2. 請求項１において、
   前記水平距離センサ及び前記垂直距離センサは、前記フォークに積載される荷、若しくは前記荷置き位置にある物体と干渉しないように前記リフトブラケットより前記フォークの背後側にオフセットして支持されている
   自動運転フォークリフト用荷置き位置検出装置。
3. 請求項２において、
   前記垂直距離センサは、前記リフトブラケットより前記フォークの背後側に設けられてフォークリフトの天井を成すヘッドガードに支持されており、しかも前記ヘッドガードの前側部位で、前記リフトブラケットの側端部より外側方に突出して取り付けられている
   自動運転フォークリフト用荷置き位置検出装置。
4. 請求項１～３のいずれかにおいて、
   前記垂直距離センサの検出結果に基づいて前記荷置き位置の高さを確定する角部を特定して、前記角部までの距離及び角度に基づいて前記荷置き位置までの水平距離を検出する距離検出手段を備える
   自動運転フォークリフト用荷置き位置検出装置。

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