JPH083754B2 - 無人走行車両の保安装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は建屋内外で監視，清掃，搬送等の作業を行な
う無人走行車両の保安装置の改良に関する。

（従来の技術） 近年、建屋内外を監視したり、清掃したり、荷物を搬
送したりすることを人手を介さずに行なわせるものとし
て、電動機を備えた走行機構により駆動されて所定の走
行路を走行する無人走行車両が用いられてきている。こ
の無人走行車両は、その走行路上に障害物があると走行
の妨げになるので、走行路上には障害物がないように配
慮されている。しかし、予期しない事情で無人走行車両
の走行路上に障害物が出現して、無人走行車両が当該障
害物に衝突するのを回避するため、走行路上の障害物を
検出するセンサを装備する必要がある。そして、このよ
うな障害物を検出するためのセンサとしては、超音波セ
ンサ、光センサ、赤外線センサ等の各種のものがある
が、その中でも対象物に対する適用範囲の広さ、取扱い
の容易さ、低価格等の理由により、超音波センサが最も
一般的に使用されてきている。

第５図は、無人走行車両と，この無人走行車両に装備
された超音波センサによる障害物検出との関係を示した
ものである。なお第５図では、無人走行車両を例えばビ
ル床面を走行させた場合について示している。

第５図において、１は床に設定された走行路を走行す
る無人走行車両、2a,2bはこの無人走行車両１の進行方
向前面の車幅方向両端側に装備され，超音波を発信する
と共に障害物からの反射波を受信することにより走行路
上の障害物を検出する障害物センサとしての超音波セン
サ、3a,3bは超音波センサ2a,2bの障害物検出範囲、４は
無人走行車両１の車幅、５は超音波センサ2a,2bが誤動
作することなく走行するのに必要な走行路幅、６は走行
路に沿った側壁の凸部等の固定障害物を示している。

以上のようにして第５図では、無人走行車両１に装備
された超音波センサ2a,2bの働きにより、超音波センサ2
a,2bの検出範囲3a,3bの障害物を検出した場合には、障
害物との衝突を避けるために無人走行車両１の走行速度
を減速させたり、停止させたりするようにしている。

ところが、このような第５図のものでは次のような不
具合がある。すなわち、無人走行車両１が、壁のない箇
所や均一な側壁に沿って走行する場合には、前述の如く
走行路上にある障害物を超音波センサ2a,2bで検出し、
無人走行車両１を減速あるいは停止させて障害物との衝
突を回避することができる。しかるに、超音波センサ2
a,2bはその物理的特性のため、対象物の材質・形状等に
よってその検出範囲が変動する。例えば、第５図のよう
に壁に固定障害物（凸部）６があると、超音波センサ2
a,2bの感度が変化し、その検出範囲が3a,3bで示したよ
うに広がってしまう。その結果、無人走行車両１を狭細
なエリアで走行させようとした場合には、無人走行車両
１の走行に支障のない側壁の凸部６を、障害物として誤
って検出してしまう。

そこで、このような超音波センサ2a,2bの感度変化に
よる無人走行車両１の保安装置としての不具合を防止す
るために、第５図の如く走行路幅を無人走行車両１の車
幅４よりも大きくとることが行なわれている。しかし、
この方法は走行路幅を必要以上に大きくとらなければな
らないことから無駄な多いばかりでなく、無人走行車両
１の走行エリアも制限されることになる。一方、予め超
音波センサ2a,2bの検出範囲を狭く設定しておき、側壁
の凸部６で超音波センサ2a,2bの感度が上がっても、過
剰反応しないようにすることが行なわれている。しか
し、この方法は超音波センサ2a,2b全体の感度を低下さ
せることになり、無人走行車両１の走行速度が大きくな
った場合、必要な時に十分な停止距離を確保することが
できない。また、超音波センサ2a,2bによる検出を一時
的にロックすることも考えられるが、この方法では無人
走行車両１の本来の保安機能が低下することになる。さ
らに、超音波センサ2a,2bの誤検出を防止するために、
走行路の特異点を知らせるための信号装置を設け、超音
波センサ2a,2bの検出感度を切替える方法も考えられる
が、この方法では追加の装置が必要となり、システム全
体の構成が複雑になる。なお、上述のような不具合は、
光センサ、赤外線センサ等を障害物センサとして用いた
場合にも同様に生じるものである。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来の無人走行車両の保安装置は、無
人走行車両の走行に支障のある障害物を検出するばかり
でなく、走行に支障のない物にも過剰反応し障害物とし
て検出してしまうという問題があった。

本発明の目的は、走行路幅を必要以上に大きく確保す
ることなく，感度を低下させることなく，かつ本来の保
安機能を低下することなく，しかも構成を複雑にするこ
となく障害物センサの過剰反応を抑え、無人走行車両の
走行に支障のない物は検出せず走行に支障のある障害物
のみを確実に検出することが可能な無人走行車両の保安
装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、電動機を備
えた走行機構により駆動されて所定の走行路を走行する
無人走行車両の保安装置を、 無人走行車両に装備され、レーザ光を発光すると共に障
害物からの反射光を受光することにより、前記走行路上
の障害物と無人走行車両との間の距離を測定するレーザ
センサと、レーザセンサを前記無人走行車両の車幅方向
へ反復移動させる反復移動機構と、走行機構の電動機の
回転速度に応じて得られる走行パルスを入力とし、当該
走行パルス数より無人走行車両の走行速度を演算する走
行速度演算手段、走行パルスを入力とし、当該走行パル
ス数より無人走行車両の走行距離を演算する走行距離演
算手段、レーザセンサからの測距データ、レーザセンサ
の車両上の位置データ、走行速度演算手段および走行距
離演算手段からの走行速度および走行距離を入力とし、
これらを基に一定時間毎に進行方向前方の障害物までの
測距データを正規化する測定距離補正手段、測定距離補
正手段からの一定時間毎の正規化された測距データを入
力とし、これらの測距データに基づいて障害物が静体ま
たは動体のいずれであるかを判定する測定距離履歴判定
手段、測定距離履歴判定手段での判定結果に基づいて、
無人走行車両を停止動作させるか回避動作させるかを判
定し、障害物が静体の場合には無人走行車両を回避動作
させまた障害物が動体の場合には無人走行車両を停止動
作させるべく、無人走行車両の走行速度、走行方向を制
御するための保安制御指令を走行機構に与える走行パタ
ーン決定手段からなる制御装置とを備えて成る。

（作用） 上述の無人走行車両の保安装置においては、無人走行
車両が走行路を走行するに伴い、反復移動機構で無人走
行車両の車幅方向へ反復移動させながら，レーザセンサ
にて走行路上の障害物と無人走行車両との距離が測定さ
れる。一方、走行機構の電動機の回転速度に応じて得ら
れる走行パルス数より、制御装置内の走行速度演算手段
および走行距離演算手段にて無人走行車両の走行速度お
よび走行距離が演算される。そして、これらレーザセン
サからの測距データ，レーザセンサの車両上の位置デー
タ，走行速度演算手段および走行距離演算手段からの走
行速度および走行距離を基に、測定距離補正手段にて一
定時間毎に進行方向前方の障害物までの測距データが正
規化される。この一定時間毎の正規化された測距データ
は測定距離履歴判定手段に入力され、これらの測距デー
タに基づいて障害物が静体または動体のいずれであるか
の判定が行なわれる。そして、この判定結果に基づいて
走行パターン決定手段から、無人走行車両の走行速度，
走行方向を制御するための保安制御指令、すなわち障害
物が静体の場合には無人走行車両を回避動作させ、また
障害物が動体の場合には無人走行車両を停止動作させる
べく保安制御指令が走行機構に与えられることにより、
無人走行車両の走行に支障のない障害物のみを検出して
動作することが可能となる。

（実施例） 本発明は、レーザセンサのスポット的に測定できる特
性を利用して障害物までの距離を測定し、移動物体の進
行方向を判定して、走行車両の走行動作計画を変更する
ものである。

すなわち、本発明は、レーザセンサを反復移動機構上
に搭載し、走行車両の位置、速度を用いて、レーザセン
サの移動機構内での障害物までの距離を測定し、既に測
定された過去の距離履歴を参照して、移動物体の進行方
向を判定し、この移動物体の進行方向を把握すること
で、単に移動物体が有った場合に走行車両を停止させる
のみでなく、移動物体への接触を回避させるように、動
作計画を変更するものである。

以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して説明す
る。

第１図および第２図は本発明による無人走行車両の保
安装置の構成例を示すもので、第１図は無人走行車両へ
のセンサの装備状態を示す平面図、第２図は保安装置の
制御構成例を示す機能ブロック図である。なお、第５図
と同一要素名には同一符号を付して示している。

まず第１図において、無人走行車両１の進行方向前方
側，後方側位置には、無人走行車両１の車幅方向（無人
走行車両１の進行方向と直交方向）へ反復移動可能な反
復移動機構10a,10bを装備し、さらにこの反復移動機構1
0a,10b上には、レーザ光を発光すると共に障害物からの
反射光を受光することにより走行路上の障害物と無人走
行車両１との距離を測定する測距センサとしてレーザセ
ンサ11a,11bを設置している。ここで、反復移動機構10
a,10bとしては、例えばリニアパルスモータにより構成
する。

一方、第２図において制御装置20は、走行機構の一部
である無人走行車両１の走行車輪に取付けた図示しない
パルスエンコーダから、後述する走行モータの回転速度
に応じて得られる走行パルス12を入力とし、当該走行パ
ルス数より無人走行車両１の走行速度を演算して出力す
る走行速度演算手段としてのパルス／走行速度変換手段
21と、上記走行パルス12を入力とし、当該走行パルス数
より無人走行車両１の走行距離を演算して出力する走行
速度演算手段としてのパルス／走行距離変換手段22と、
レーザセンサ11aまたは11bからの測距データA,レーザセ
ンサ11aまたは11bの無人走行車両１上の位置データB,パ
ルス／走行速度変換手段21およびパルス／走行距離変換
手段22からの走行速度Ｄおよび走行距離Ｃを入力とし、
これらを基に一定時間毎に無人走行車両１の進行方向前
方の障害物までの測距データを正規化する測定距離補正
手段23と、この測定距離補正手段23からの一定時間毎の
正規化された測距データＥを入力とし、これらの測距デ
ータ群Ｅに基づいて障害物の移動の有無，すなわち障害
物が静体であるか動体であるかを判定する測定距離履歴
判定手段24と、この測定距離履歴判定手段24での判定結
果Ｇ（静体か動体か，障害物までの距離）に基づいて、
一時停止にするか，回避動作すべきか，オペレータの介
入を要求するかを判定し、これにより無人走行車両１の
走行速度，走行方向を制御するための保安制御指令K,L
を、走行モータドライバ25,操舵モータドライバ26を介
して走行機構である走行モータ28,操舵モータ29に与え
る走行パターン決定手段25とから構成している。

次に、以上のように構成した無人走行車両の保安装置
の作用について、第３図（ａ）〜（ｄ）および第４図
（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

第１図および第５図において、無人走行車両１が走行
路を図示右方向へ走行するに伴い、反復移動機構10aで
無人走行車両１の車幅方向へ反復移動させながら、レー
ザセンサ11aにて走行路上の障害物６と無人走行車両１
との距離が測定される。一方、走行機構の一部である無
人走行車両１の走行車輪に取付けたパルスエンコーダか
ら、回転速度に応じて得られる走行パルス12の数より、
制御装置20内のパルス／走行速度変換手段21およひパル
ス／走行距離変換手段22にて、無人走行車両１の走行速
度Ｄおよび走行距離Ｃが演算される。

次に、制御装置20の測定距離補正手段23では、レーザ
センサ11aからの測距データA,レーザセンサ11aの無人走
行車両１上の位置データB,パルス／走行速度変換手段21
およびパルス／走行距離変換手段22からの走行速度Ｄお
よび走行距離Ｃを基に、一定時間毎に無人走行車両１の
進行方向前方の障害物６までの測距データが正規化され
る。この場合、障害物６までの測距データの正規化は、
例えば第３図（ａ）〜（ｄ）に示すようにして行なわれ
る。なお、第３図（ａ）は無人走行車両１と障害物６が
近づく場合を示したもので、レーザセンサ11aも反復運
動を繰返している状態をP_I，P_II，P_IIIで代表点を示
し、車速についてはV_I，V_II，V_IIIで示している。ま
た、この状態での時間／測距データの関係例を第３図
（ｂ）に示し、さらに同時点での時間／車速データの関
係例を第３図（ｃ）に示している。

すなわち、第３図（ｂ），第３図（ｃ）に示した関係
例を、例えば上記レーザセンサ11aの位置P_IIIの時の距
離データとして位置P_I，P_IIの点でのデータを取扱うた
めに、次の演算を行なう。

以上の演算を各サンプリング時間毎に行なうことによ
り、ある位置を基準として無人走行車両１の進行方向前
方エリアの距離データが得られる。第３図（ｄ）は、こ
の状態を示すものである。このようにして測定距離補正
手段23では、レーザセンサ11aからの測距データが一定
の位置で正規化される。

次に、一定時間毎の正規化された測距データＥは測定
距離履歴判定手段24に入力され、これらの測距データに
基づいて障害物が静体または動体のいずれであるかの判
定が行なわれる。この場合、障害物が静体か動体かの判
定は、例えば第４図（ａ）（ｂ）に示すようにして行な
われる。なお、第４図（ａ）は無人走行車両１が障害物
６に近づいている場合に、例えば人等の移動障害物が無
人走行車両１の進行方向前方エリアに新たに生じたこと
を示している。この時、第４図（ａ）のレーザセンサ11
aの位置で測距データを正規化しているとし、第４図
（ｂ）に測定距離補正手段23の３フレーム分を示す。第
４図（ｂ）より、例えば人等の移動する障害物は、各フ
レーム上に凹凸が左右に移動することでとらえることが
できる。また静止した障害物は、各フレーム上に固定し
た凹凸としてとらえることができる。このようにして測
定距離履歴判定手段24では、凹凸の状態により障害物が
静体か動体かが判定される。

次に、走行パターン決定手段25では、測定距離履歴判
定手段24での判定結果Ｇに基づいて、すなわち障害物が
動体か静体か，また動体の場合には凹凸の移動方向から
その移動方向に応じて、一時停止にするか，回避動作す
べきか，オペレータの介入を要求するかを障害物の反応
を把握しながら判定し、これにより無人走行車両１の走
行速度，走行方向を制御するための保安制御指令K,L
（速度加減速指令K,操舵角度指令Ｌ）が、走行モータド
ライバ25,操舵モータドライバ26を介して走行モータ28,
操舵モータ29に与えられることにより、無人走行車両１
の走行に支障のある障害物のみを検出して動作すること
が可能となる。

なお、無人走行車両１が走行路を図示左方向へ走行す
る場合には、反復移動機構10bで無人走行車両１の車幅
方向へ反復移動させながら、レーザセンサ11bによって
走行路上の障害物と無人走行車両１との距離が測定さ
れ、同様の処理内容により保安動作が行なわれることに
なる。

上述したように、本実施例による無人走行車両の保安
装置は、測距センサであるレーザセンサ11a,11bを無人
走行車両１の進行方向に対して直交方向に反復移動させ
て、その各々の位置での測距データを，無人走行車両１
の走行速度を加味して無人走行車両１と障害物との相対
距離を検出し、一時停止／回避動作／オペレータ介入を
適切に行なうようにしたものである。

従って、無人走行車両１の車幅方向の距離データのみ
を検出できるため、車両の走行に必要な走行路幅のみを
確保するのみでよいことになり、走行エリアを拡大する
ことが可能となる。また、簡単なレーザセンサによって
障害物の動体／静体を判定できるため、無人走行車両１
の最適な動作を確保することが可能となる。かくして、
無人走行車両１が回避あるいは停止する必要のある（走
行に支障のある）障害物に対しては反応するが、無人走
行車両１の走行には支障のないレーザセンサの過剰反応
には応答しない、無人走行車両の保安装置を実現するこ
とができる。また、従来のように予めセンサの検出範囲
を狭く設定したり、あるいは走行路の特異点を知らせる
ための信号装置を設けたりすることが一切不要であり、
センサ全体の感度を低下させたり、システムの構成を複
雑にしたりすることなく、センサの過剰反応を抑えるこ
とができる。

尚、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、次のようにしても実施することができるものであ
る。

上記実施例では、無人走行車両１の走行に支障のない
ものの例として、第５図に示したような側壁の凸部６に
対する場合を述べたが、これに限らず本発明の保安装置
は、ノイズ等の何らかの望ましくない原因によるセンサ
の過剰反応、さらに無人走行車両１の走行に支障のない
一瞬通過性の物体に対する過剰反応の防止に対しても有
効である。

また上記実施例で、測定距離履歴判定手段24における
障害物の動体／静体の判定精度を向上させるためにジャ
イロケータ等を設置して、無人走行車両１の姿勢保持精
度を高めることも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、走行路幅を必要
以上に大きく確保することなく，感度を低下させること
なく，かつ本来の保安機能を低下することなく，しかも
構成を複雑にすることなく障害物センサの過剰反応を抑
え、無人走行車両の走行に支障のない物は検出せず走行
に支障のある障害物のみを確実に検出することが可能な
無人走行車両の保安装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による無人走行車両の保安
装置の一実施例を示す図で、第１図は無人走行車両への
センサの装備状態を示す平面図、第２図は保安装置の制
御構成例を示す機能ブロック図、第３図（ａ）〜（ｄ）
および第４図（ａ）（ｂ）は同実施例における作用を夫
々説明するための図、第５図は無人走行車両と超音波セ
ンサによる障害物検出との関係を示す概要図である。 １……無人走行車両、2a,2b……超音波センサ、3a,3b…
…超音波センサの検出範囲、４……車幅、５……必要走
行路幅、６……固定障害物（側壁の凸部）、10a,10b…
…反復移動機構、11a,11b……レーザセンサ、12……走
行パルス、20……制御装置、21……パルス／走行速度変
換手段、22……パルス／走行距離変換手段、23……測定
距離補正手段、24……測定距離履歴判定手段、25……走
行パターン決定手段、26……走行モータドライバ、27…
…操舵モータドライバ、28……走行モータ、29……操舵
モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機を備えた走行機構により駆動されて
   所定の走行路を走行する無人走行車両の保安装置におい
   て、 前記無人走行車両に装備され、レーザ光を発光すると共
   に障害物からの反射光を受光することにより、前記走行
   路上の障害物と無人走行車両との間の距離を測定するレ
   ーザセンサと、 前記レーザセンサを前記無人走行車両の車幅方向へ反復
   移動させる反復移動機構と、 以下の（ａ）〜（ｅ）の各手段からなる制御装置と、 を備えて成ることを特徴とする無人走行車両の保安装
   置。 （ａ） 前記走行機構の電動機の回転速度に応じて得ら
   れる走行パルスを入力とし、当該走行パルス数より前記
   無人走行車両の走行速度を演算する走行速度演算手段。 （ｂ） 前記走行パルスを入力とし、当該走行パルス数
   より前記無人走行車両の走行距離を演算する走行距離演
   算手段。 （ｃ） 前記レーザセンサからの測距データ、レーザセ
   ンサの車両上の位置データ、前記走行速度演算手段およ
   び走行距離演算手段からの走行速度および走行距離を入
   力とし、これらを基に一定時間毎に進行方向前方の障害
   物までの測距データを正規化する測定距離補正手段。 （ｄ） 前記測定距離補正手段からの一定時間毎の正規
   化された測距データを入力とし、これらの測距データに
   基づいて前記障害物が静体または動体のいずれであるか
   を判定する測定距離履歴判定手段。 （ｅ） 前記測定距離履歴判定手段での判定結果に基づ
   いて、無人走行車両を停止動作させるか回避動作させる
   かを判定し、前記障害物が静体の場合には無人走行車両
   を回避動作させまた前記障害物が動体の場合には無人走
   行車両を停止動作させるべく、前記無人走行車両の走行
   速度、走行方向を制御するための保安制御指令を前記走
   行機構に与える走行パターン決定手段。