JP2004085369A - ２個の独立移動体の相対位置関係認識装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２個の移動体が、相対位置関係を維持しながら独立して移動することを可能とするための相対位置関係認識装置を提供する。
【解決手段】一方の独立移動体には、２個の独立移動体の間隔方向に沿って配置された高さを異にする少なくとも２個のマーカを固定しておく。他方の独立移動体には、マーカ群を撮影する撮影装置を固定しておく。撮影視野内の２個のマーカ位置を分析して２個の独立移動体の相対位置関係を認識する。例えば、２個のマーカ位置が離反すれば２個の独立移動体の間隔が接近したと認識し、２個のマーカ位置が傾けば間隔に直交する方向にずれたと認識し、２個のマーカ位置がともに移動すれば間隔方向に対して回転したと認識する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は独立に移動できる２個の移動体の相対位置関係を認識する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、無人搬送車で大型物体を搬送する場合には、大型物体を積載できる大型の無人搬送車が必要とされる。一台では大型物体を積載できない小型の無人搬送車が２台以上あっても、現在の技術では複数の小型無人搬送車によって大型物体を搬送することはできない。２個の独立移動体の相対位置関係を維持しながら２個の移動体を独立に移動させる技術が開発されていないからである。２個の移動体の相対位置関係を維持しながら２個の移動体を独立に移動させるためには２個の独立移動体の相対位置関係を認識する技術が必要とされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、２個の独立移動体の相対位置関係を認識する技術を提案する。これが完成すれば、２個の独立移動体の相対位置関係を維持しながら２個の移動体を独立に移動させることが可能となり、例えば複数の小型の無人搬送車によって大型物体を搬送することが可能となる。幅広大型物体の左右両端を左右２台の小型無人搬送車に積載した状態で左右２台の小型無人搬送車が相対位置関係を維持しながら並列走行することができれば、幅広大型物体を２台の小型無人搬送車で搬送することができる。縦長大型物体の前後両端を前後２台の小型無人搬送車に積載した状態で前後２台の小型無人搬送車が相対位置関係を維持しながら縦列走行することができれば、縦長大型物体を２台の小型無人搬送車で搬送することができる。それら技術を組合わせると、３台の小型無人搬送車や４台の小型無人搬送車でないと積載できないような大型物体の搬送が可能となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段と作用】請求項１の発明は、２個の独立移動体の相対位置関係を認識する装置を提供する。この認識装置では、一方の独立移動体に少なくとも２個のマーカが固定されている。２個以上のマーカは高さを異にする。他方の独立移動体には撮影装置が配置されている。その撮影装置は前記したマーカ群を撮影する。そしてコンピュータが、撮影装置の撮影視野内における少なくとも２個のマーカ位置を分析して２個の独立移動体の相対位置関係を認識する。
この相対位置認識装置によると、撮影視野内における少なくとも２個のマーカ位置によって、２個の独立移動体の間隔が接近したのか否か、間隔に直交する方向にずれたのか否か、間隔方向に対して回転したのか否かを認識することができる。
【０００５】
２個以上の高さを異にするマーカ群は、２個の独立移動体の間隔を測定したい方向に沿って配置されていることが好ましい。また、他方の独立移動体に配置された撮影装置はその独立移動体に固定されていることが好ましい。特に、他方の独立移動体までの距離を測定したい方向に沿って撮影方向が固定されていることが好ましい。
この相対位置認識装置によると、コンピュータが簡単な計算をすることによって、２個の独立移動体の間隔が接近したのか否か、間隔に直交する方向にずれたのか否か、間隔方向に対して回転したのか否かを認識することができる。
【０００６】
具体的には、請求項３に記載のように、コンピュータに、視野内における２個のマーカ位置が離反すれば２個の独立移動体の間隔が接近したと認識し、２個のマーカ位置が傾けば間隔に直交する方向にずれたと認識し、２個のマーカ位置がともに移動すれば間隔方向に対して回転したと認識するプログラムを記憶しておく。
【０００７】
上記によると、少なくとも２個のマーカと撮影装置とプログラムとによって、２個の独立移動体の相対位置関係が所定の相対位置関係からずれたか否かを認識でき、ずれた場合にはどのようにずれたのかを認識することができる。この技術を用いると、２個の独立移動体の相対位置関係を維持するのに必要な修正量を知ることができ、２個の独立移動体を所定の相対位置関係に維持しながら移動させることができる。
【０００８】
【実施の形態】以下に、本発明の相対位置関係認識装置を、２台で一対となって一定の相対位置関係を維持しながら移動する無人搬送車に適用した場合について説明する。最初に、本発明の主要な形態を列挙する。
（形態１）相対位置の基準となる無人搬送車に、他方の無人搬送車との間で維持する間隔方向に沿って配置された２個の高さの異なるマーカが固定されている。
（形態２）形態１のマーカは、撮影装置が撮影する画像のなかにコンピュータのプログラムが識別可能な色もしくは輝度で記録される。
（形態３）マーカを撮影する撮影装置は、撮影した画像をコンピュータが処理可能なデータとして出力することのできるカメラである。
（形態４）コンピュータは、形態３のカメラの撮影した画像データを受信するインターフェース部分と、ＣＰＵと、２個のマーカの位置を認識する画像処理プログラムと、その位置の解析結果から無人搬送車間の相対位置関係をもとめる比較演算プログラムと、記憶装置から構成されている。
【０００９】
【実施例】以下、図を参照しつつ、本発明の相対位置関係認識装置のいくつかの実施例を詳細に説明する。
（第１実施例）
図１は、２個の独立移動体の相対位置関係認識装置を、２台で一対となって一定の間隔を維持しながら横並びで並列走行する無人搬送車Ａ，Ｂに適用した場合の実施例を図示している。本実施例では、無人搬送車Ａ，Ｂが維持する間隔方向が進行方向に対して直交しているため、無人搬送車Ａに固定された２個のマーカ１ａ，１ｂは進行方向に対して直交する線上に固定されている。走行中はマーカ１ａ，１ｂが点灯し、カメラの画像データの中で背景から容易に識別することができる。マーカ１ａ，１ｂの高さは異なり、無人搬送車Ｂ側のマーカ１ｂの高さは反対側のマーカ１ａの高さよりも低い。
【００１０】
無人搬送車Ｂには、無人搬送車Ａの２個のマーカ１ａ，１ｂが常時撮影範囲に入るように配置されたカメラ２と、カメラに接続されたコンピュータ３が固定されている。コンピュータ３の構成例を図５に示す。コンピュータは、カメラの撮影した画像データを受信するインターフェース部分と、ＣＰＵと、画像データのなかから２個のマーカ像を抽出してその位置を認識する画像処理プログラムと、抽出された２個のマーカ像の撮影視野内での位置座標を比較演算して２台の無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置を計算するプログラムと、計算された無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置関係を一時記憶する記憶装置から構成されている。
【００１１】
図１の（１）は、２台の無人搬送車Ａ，Ｂが、正しい相対位置関係にあって間隔Ｄ０を維持している基準状態と、その状態でカメラ２がマーカ１ａ、１ｂを撮影した画像データを示している。基準状態で撮影された視野内画像中での２個のマーカ像の水平方向の座標Ｘ１と、垂直方向の座標Ｙ１，Ｙ２と、マーカ像間の距離ｄ０はコンピュータ３の記憶装置に基準データとして認識され記憶される。
【００１２】
図１の（２）は、無人搬送車Ａ，Ｂ間の間隔が、維持すべき基準値Ｄ０よりも離れた場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラ２がマーカ１ａ、１ｂを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ａ，Ｂ間の間隔がＤ１と大きくなったことによって、画像データ中ではマーカ像の垂直方向の座標が移動し、２個のマーカ像間の距離がｄ１と小さくなる。コンピュータのプログラムは、画像データ中での２個のマーカ像間の距離ｄ１が基準距離ｄ０に比較して小さくなったことを検出することによって２台の無人搬送車Ａ，Ｂの距離が離れたことを認識する。
【００１３】
図１の（３）は、無人搬送車Ａ，Ｂの一方が先行して進行方向の相対位置関係にずれが生じた場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラ２がマーカ１ａ、１ｂを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ａ，Ｂ間に進行方向のズレＤ３が生じたことで、画像データ中では２個のマーカ像の水平方向の座標にずれが生じ、２個のマーカ像を結ぶ直線に角度α（垂直線からの傾き）が生じる。コンピュータのプログラムは、画像データ中での２個のマーカ像を結ぶ直線に角度が生じたことを検出すると、２台の無人搬送車のいずれか一方が先行して進行方向の相対位置関係にずれが生じたことを認識する。
【００１４】
図１の（４）は、無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａとの間で維持する間隔方向に対して角度θ１だけ回転し、このまま進むと間隔が維持できなくなる場合の無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラ２がマーカ１ａ、１ｂを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ｂの間隔方向に対する回転に伴って、固定されているカメラも回転するため、画像データ中では２個のマーカ像の水平方向の座標がともに移動する。コンピュータのプログラムは、画像データ中の２個のマーカ像の位置が、基準となる間隔ｄ０を維持しつつ、水平方向の座標が基準座標Ｘ１から同時に同一量ｄ４だけ移動したことを検出すると、無人搬送車Ｂが回転したことを認識する。
【００１５】
図１の（５）は、２台の無人搬送車Ａと無人搬送車Ｂが進行方向から見て基準の相対位置関係にある場合を示している。画像データ中のマーカ像は、中央線ｃから等距離ｄ５にある関係におかれている。図１の（６）は、走行する床面の凹凸等により無人搬送車Ｂが間隔方向に沿って傾いた場合を示している。この場合画像データ中では２個のマーカ像の位置が垂直方向に移動し、かつ、マーカ像間の距離が広がる。コンピュータのプログラムは、画像データから、２個のマーカ像の中央線ｃからの距離ｄ６，ｄ７を読み取って値の違いを検出すると、無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａ側に傾いたことを認識する。
【００１６】
以上に述べてきたように、画像データ中のマーカ像位置を標準データと比較して解析することによって、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置関係の変化を認識することができる。コンピュータに保存されている比較演算プログラムのフローチャートの一例を図６に示す。相対位置関係の変化が同時に二種類以上生じた場合も、コンピュータのプログラムは標準位置関係からのずれを認識することが可能である。たとえば、進行方向のずれＤ３と間隔方向のずれ（Ｄ１−Ｄ０）が同時に生じた場合、カメラからは、図１の（２）と図１の（３）のマーカ像の位置の変化が組み合わさった画像データが得られる。すなわち、マーカ像間の距離が標準距離から変化するとともに、マーカ像を結ぶ直線に角度が生じることになる。コンピュータのプログラムは、図６のＳ１０でマーカ像間距離が離反したことを検出して無人搬送車が接近したことを認識する。さらにＳ１４で、マーカ像位置が傾いたことを検出し、無人搬送車のどちらかが先行したことを認識する。
【００１７】
以上のようにして、本実施例では、２台で一対となって一定の間隔を維持しつつ横並びで並列走行する無人搬送車が、独立に移動しながら、常時相対位置関係を認識することが可能となっている。すなわち、維持する間隔よりも接近しすぎたりはなれすぎたりしているか否か、併走しなければならないのに先行してしまったか否か、維持する間隔方向に対して回転したか否か、傾いたか否かを常時監視し認識することが可能である。
【００１８】
（第２実施例）
図２は、本発明にかかる２個の移動体の相対位置関係認識装置を、２台で一対となって一定の間隔を維持しつつ１列の縦並びで縦列走行する無人搬送車に適用した場合の一実施例を図示している。本実施例では、無人搬送車Ａ，Ｂが維持する間隔方向は進行方向と同一であるため、無人搬送車Ａに固定された２個のマーカ１ａ，１ｂは進行方向と同一線上に固定されている。走行中はマーカ１ａ，１ｂが点灯し、カメラの画像データの中で背景からマーカ像が容易に識別できるようになっている。マーカ１ａ，１ｂの高さは異なり、無人搬送車Ｂ側のマーカ１ｂの高さは反対側のマーカ１ａの高さよりも低い。無人搬送車Ｂには、無人搬送車Ａの２個のマーカ１ａ，１ｂが常時撮影範囲に入るように配置されたカメラ２と、カメラ２から転送された画像データを処理して無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置関係を認識するプログラムを格納したコンピュータ３が固定されている。
【００１９】
図２の（１）は、２台の無人搬送車Ａ，Ｂが正しい相対位置関係にあって、間隔Ｄ８を維持している基準状態と、その状態でカメラ２がマーカ１ａ，１ｂを撮影した画像データを示している。基準状態で撮影された画像内での２個のマーカ像の水平方向の座標と垂直方向の座標とマーカ像間の距離ｄ８は、コンピュータのプログラムに基準データとして認識され記憶される。
【００２０】
図２の（２）は、無人搬送車Ｂの相対速度が無人搬送車Ａよりも遅く、２台の無人搬送車Ａ，Ｂの間隔が維持すべき間隔Ｄ８よりも広くなった場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラがマーカ１ａ，１ｂを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ａ，Ｂの間隔がＤ９と大きくなったことによって、画像データでは、マーカ像の垂直方向の座標が移動して、２個のマーカ像の距離がｄ９と小さくなる。コンピュータのプログラムは、画像上の２個のマーカ像の距離が基準距離よりも小さくなったことを検出することによって２台の無人搬送車Ａ，Ｂの距離が離れたことを認識する。
【００２１】
図２の（３）は、無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａに対して、維持すべき間隔方向と垂直な方向に横ずれをおこした場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラがマーカを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ａ，Ｂ間で、維持する間隔方向に垂直方向のずれ量Ｄ１０が生じたことで、画像データでは、２個のマーカ像の水平方向の座標にずれが生じ、２個のマーカ像を結ぶ直線に角度βが生じる。コンピュータのプログラムは、画像上の２個のマーカを結ぶ直線に角度が生じたことを検出することによって、無人搬送車Ｂの相対位置に横ずれが生じたことを認識する。
【００２２】
図２の（４）は、無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａとの間で維持すべき間隔方向に対して角度θ２だけ回転し、このまま進むとずれが広がっていく場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラがマーカを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ｂの間隔方向に対する回転に伴って、固定されているカメラも回転するため、画像データでは、２個のマーカ像の水平方向の座標がともに移動する。コンピュータのプログラムは、画像上の２個のマーカ像が基準となる間隔ｄ８を維持しつつ、水平方向の座標が基準座標から同時に同一量ｄ１１だけ移動したことを検出することによって無人搬送車Ｂが回転したことを認識する。
【００２３】
（第３実施例）
本発明にかかる移動体の相対位置関係認識装置を、２台で一対となって、位置の基準となる無人搬送車の斜め後方を一定の間隔を維持しつつもう１台の無人搬送車が走行する場合に適用した一実施例を以下に説明する。本実施例では、図４に示すように、無人搬送車Ａと無人搬送車Ｂが走行時に維持する間隔方向は進行方向に対して角度Ｃを有しているが、２台が走行する軌跡は図３のように平行となる。以下、実施例３において維持する間隔方向をＦ方向、維持する間隔方向と垂直な方向をＥ方向と称する。無人搬送車Ａに固定された２個のマーカの位置関係は、Ｆ方向に沿って固定されている。走行中はマーカが点灯し、カメラの画像データの中で容易に識別可能なっている。無人搬送車Ｂには、無人搬送車Ａの２個のマーカが常時撮影範囲に入るように配置されたカメラと、カメラから転送された画像データを処理して無人搬送車間の相対位置関係を認識するプログラムを格納したコンピュータが固定されている。
【００２４】
図４の（１）は、２台の無人搬送車Ａと無人搬送車Ｂが、正しい相対位置関係にあって間隔Ｄ１２を維持している基準状態と、その状態でカメラがマーカを撮影した画像データを示している。基準状態で撮影された画像内での、２個のマーカの水平方向の座標と、垂直方向の座標と、マーカ像間の距離ｄ１２は、コンピュータのプログラムに基準データとして認識され記憶される。
【００２５】
図４の（２）は、無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａに対してＦ方向に接近していき、２台の無人搬送車Ａ，Ｂの間隔Ｄ１３が維持すべき間隔Ｄ１２よりも狭くなった場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラがマーカを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ａ，ＢのＦ方向の間隔がＤ１３と小さくなったことによって、画像データでは、マーカ像の垂直方向の座標が移動して、２個のマーカ像間の距離がｄ１３と大きくなる。コンピュータのプログラムは、画像上の２個のマーカ像間の距離が基準距離よりも大きくなったことを検出することによって２台の無人搬送車Ａ，Ｂの距離が接近したことを認識する。
【００２６】
図４の（３）は、無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａに対してＥ方向にずれを生じた場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラがマーカを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ａ，Ｂ間でずれ量Ｄ１４が生じたことで、画像データでは、２個のマーカ像の水平方向の座標にずれが生じ、２個のマーカ像を結ぶ直線に角度γが生じる。コンピュータのプログラムは、画像上の２個のマーカ像を結ぶ直線に角度が生じたことを検出することによって２台の無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置関係にＥ方向のずれが生じたことを認識する。
【００２７】
本実施例では、２台の無人搬送車の相対位置関係に、進行方向とそれに垂直な方向でずれが同時に生じた場合には、カメラから図４の（２）と図４の（３）のマーカ像の位置の変化が組み合わさった画像データが得られる。すなわち、マーカ像間の距離が標準距離から変化するとともに、マーカ像を結ぶ直線に角度が生じることになる。コンピュータのプログラムは、この画像データを解析し、マーカ像間の距離とマーカ像を結ぶ直線の角度をそれぞれ検出することにより、２台の無人搬送車の相対位置関係にずれが生じたことを認識する。
【００２８】
図４の（４）は、無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａとの維持すべき間隔方向に対して角度θ３だけ回転し、このまま進むと無人搬送車Ｂが無人搬送車Ａに接近する場合の、無人搬送車Ａ，Ｂの相対位置と、その状態でカメラがマーカを撮影した画像データを示している。無人搬送車Ｂの間隔方向に対する回転に伴って、固定されているカメラも回転するため、画像データでは、２個のマーカ像の水平方向の座標がともに移動する。コンピュータのプログラムは、画像上の２個のマーカ像が基準となる間隔ｄ１２を維持しつつ、水平方向の座標が基準座標から同時に同一量ｄ１５だけ移動したことを検出することによって無人搬送車Ｂが回転したことを認識する。
【００２９】
以上のようにして、本実施例では、位置の基準となる無人搬送車の斜め後方を一定の間隔を維持しつつもう１台の無人搬送車が走行する場合に、それぞれの無人搬送車が独立に移動しながら、常時相対位置関係を認識することが可能となっている。すなわち、維持する間隔よりも接近しすぎたりはなれすぎたりしているか否か、間隔方向と垂直な方向に横ずれを起こしてしまったか否か、維持する間隔方向に対して回転したか否か、常時監視し認識することが可能である。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。たとえば、独立移動体には、マーカが多数固定されており、維持すべき他方の独立移動体の位置関係にあわせて、点灯させるマーカを選択し、撮影装置に撮影させることも可能である。この場合、独立移動体に配置されている撮影装置の撮影方向を独立移動体に対して回転させて、適当な撮影方向に調整するようにすることが好ましい。また、コンピュータの構成についての変更や拡張は可能であり、コンピュータ内に保存されているプログラムのマーカ位置と距離の処理フローの順序も、変更が可能である。位置の基準となる１台の独立移動体と複数（２台以上）の独立移動体のそれぞれの間に本技術を適用することによって、複数（３台以上）の独立移動体間の位置関係を認識することもでき、独立移動体群の相対位置関係を調整するように活用することもできる。位置の基準となる１台の独立移動体をＡとし、他の２台の独立移動体をＢ，Ｃとしたときに、ＡとＢの間とＡとＣの間に本技術を適用することによって、Ａ、Ｂ、Ｃの３台の独立移動体の相対位置関係関係を認識することが可能となる。台数の制約はなく、極めて多数の独立移動体に拡張することができる。
本実施例では、２個の独立移動体が基準相対位置にあるときは、２個のマーカの水平座標が等しいとしたが、基準相対位置にあるときに水平座標が所定量だけずれる位置関係に設定しておくこともできる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本願発明の２個の独立移動体の相対位置関係認識装置によると、一方の独立移動体のマーカを他方の独立移動体の撮影装置が撮影し、この画像データを元にしてコンピュータのプログラムによって、両移動体の間の相対位置を認識することが可能となるので、２個の移動体の相対位置関係を維持しながら独立して移動させること等が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の相対位置関係認識装置を、並列走行する無人搬送車に適用した場合の模式図。
【図２】本発明の相対位置関係認識装置を、縦列走行する無人搬送車に適用した場合の模式図。
【図３】進行方向に対して斜めの位置関係を維持して走行する無人搬送車の走行する経路を模式的に表した図。
【図４】本発明の相対位置関係認識装置を、斜めの位置関係を維持して走行する無人搬送車に適用した場合の模式図。
【図５】本発明で使用されるコンピュータの構成を模式的に表した図。
【図６】マーカの画像データから無人搬送車の相対位置を認識する比較演算プログラムのフローチャート。
【符号の説明】
１ｄ、１ｂ・・マーカ
２・・撮影装置
３・・コンピュータ

Claims (3)

1. ２個の独立移動体の相対位置関係を認識する装置であり、
   一方の独立移動体には、高さを異にする少なくとも２個のマーカが固定されており、
   他方の独立移動体には、前記マーカ群を撮影する撮影装置が配置されており、前記撮影装置の撮影視野内における少なくとも２個のマーカ位置を分析して２個の独立移動体の相対位置関係を認識するコンピュータを備えている相対位置関係認識装置。
2. ２個の独立移動体の相対位置関係を認識する装置であり、
   一方の独立移動体には、２個の独立移動体の間隔方向に沿って配置された高さを異にする少なくとも２個のマーカが固定されており、
   他方の独立移動体には、前記マーカ群を撮影する撮影装置が固定されており、前記撮影装置の撮影視野内における少なくとも２個のマーカ位置を分析して２個の独立移動体の相対位置関係を認識するコンピュータを備えている相対位置関係認識装置。
3. 前記コンピュータに、前記撮影視野内において２個のマーカ位置が離反すれば２個の独立移動体の間隔が接近したと認識し、前記２個のマーカ位置が傾けば前記間隔に直交する方向にずれたと認識し、前記２個のマーカ位置がともに移動すれば前記間隔方向に対して回転したと認識するプログラムが記憶されていることを特徴とする請求項１又は２の相対位置関係認識装置。

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