JP2010189130A - フォークリフトの荷役支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パレットにフォークを差し込む前に、フォークの位置を正確に補正する。
【解決手段】荷役支援装置４は、パレットの撮像画像を取得する撮像手段４０と、パレットのテンプレート画像を記憶する記憶手段４３と、撮像画像とテンプレート画像とのマッチング処理をするマッチング手段４４と、マッチング処理により最もマッチングしたテンプレート画像の位置からパレットの位置を検出する位置検出手段４５と、パレットの位置から予め設定した荷役位置とのオフセット量を算出する算出手段４６と、オフセット量に基づいてフォークの位置を補正する補正手段４７とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、荷物を載せたパレットをフォークで荷役する際に、フォークの動作を制御して荷役を支援するフォークリフトの荷役支援装置に関する。

物流倉庫等では、効率化及び省力化を向上するために、無人フォークリフトが荷物を運搬する。一般に、無人フォークリフトの自動走行として、電磁や磁気を検知して走行する方式（電磁誘導式・磁気誘導式）がある。この方式では、無人フォークリフトは、磁気テープ等の誘導手段からの電磁や磁気等を検知して自動走行する。そして、無人フォークリフトは、荷物の位置や荷役動作等の運行情報が知らされて、この運行情報に基づいて荷役作業を行う。

無人フォークリフトに知らされる運行情報は、荷物を載せたパレットが正しい位置に置かれていることを前提にしている。しかし、荷物を載せたパレットは、正しい位置に置かれているとは限らず、例えば無人フォークリフトではなく作業者がパレットを置いた場合には、正確な位置からずれて置かれることがある。その状態で、無人フォークリフトが荷役作業を行うと、パレットをずれた位置で荷役するので、パレットのずれが段々と大きくなり不安定な荷置きとなったり、荷役作業ができない場合がある。

そこで、パレットとフォークとの左右方向のずれを認知して、フォークをパレット内の中央位置に移動させるフォークリフトの荷取制御装置がある（特許文献１等）。この荷取制御装置は、パレットとパレット内に差し込まれたフォークとの相対位置をセンサで検出して、パレットに対するフォークの偏位を補正するものである。しかし、この荷取制御装置は、パレットにフォークを差し込んだ後に補正するので、パレットにフォークを差し込む差込孔が小さい場合には、パレットにフォークを差し込むことができない場合がある。

特開平５−１８６２００号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、パレットにフォークを差し込む前に、フォークの位置を正確に補正できるフォークリフトの荷役支援装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係るフォークリフトの荷役支援装置は、
荷物を載せたパレットを一対のフォークで荷役する際に、フォークの動作を制御して荷役を支援し、
荷役支援装置は、パレットの撮像画像を取得する撮像手段と、パレットのテンプレート画像を記憶する記憶手段と、撮像画像とテンプレート画像とのマッチング処理をするマッチング手段と、マッチング処理により最もマッチングしたテンプレート画像の位置からパレットの位置を検出する位置検出手段と、パレットの位置から予め設定した荷役位置とのオフセット量を算出する算出手段と、オフセット量に基づいてフォークの位置を補正する補正手段とを備える。

好ましくは、パレットは、各フォークを差し込むための一対のフォーク差込孔を備え、各フォーク差込孔の間に設けられた中壁と、フォーク差込孔の上下に設けられた上下壁とを備え、
テンプレート画像は、中壁と上下壁とで構成されるＩ型形状を採用し、
撮像手段は、パレットのＩ型形状を含む撮像画像を取得できるように設置され、
マッチング手段は、Ｉ型形状に基づいてマッチング処理を実行する。

好ましくは、マッチング手段は、撮像画像におけるＩ型形状の高さを基準にして、テンプレート画像とのマッチング処理を実行する。

本発明に係るフォークリフトの荷役支援装置は、パレットを含む撮像画像とテンプレート画像とのマッチング処理をしてパレットの位置を検出し、フォークの位置を検出したパレットの位置に一致するように補正して、荷役作業を行う。そのため、パレットにフォークを差し込む前にフォークの位置を正確に補正できるので、パレットの差込孔が小さい場合であっても、フォークをパレットに確実に差し込むことができる。

無人搬送システムを示す斜視図。 無人フォークリフトを示す斜視図。 荷物を載せるパレットを示す斜視図。 荷役支援装置を示すブロック図。 カメラで撮像したカメラ画像を示す図。 カメラ画像の両側部分を塗り潰した図。 カメラ画像を二値化した図。 テンプレート画像を示す図。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係るフォークリフトの荷役支援装置について説明する。

[全体構成]
図１の通り、無人搬送システムは、荷物を保管する複数の棚１と、荷物を搬送する無人フォークリフト２を備える。無人搬送システムは、各棚１の間に形成される通路に敷設された磁気テープ等からなる誘導線路３を備える。無人フォークリフト２は、車体に磁気検出センサ（図示略）を備えており、この磁気検出センサで誘導線路３に沿って自律走行する。無人フォークリフト２は、誘導線路３に沿って棚１の間の通路に進入して、設定された棚１に対して荷物を積み降ろす荷役作業を行う。

図２の通り、無人フォークリフト２は、車体２３にマスト２６を立設しており、このマスト２６に沿ってスタッキング機構２７が昇降可能に設けられている。スタッキング機構２７は、リフトブラケット３０に形成された上下一対のシフトレール３１に沿ってシフトキャリッジ３２が車体の左右方向２３ｂにスライド可能に設けられている。

シフトキャリッジ３２にフィンガーバー３３が設けられている。フィンガーバー３３は、一対のフォーク３４を備える。これにより、フォーク３４は、スタッキング機構２７のスライド移動及び車体の前後移動によって、フォークの前後方向（車体の左右方向）２３ｂ及びフォークの左右方向（車体の前後方向）２３ａにスライド可能で、各方向に旋回でき、かつ、マスト２６に沿って昇降できるようになっている。

無人フォークリフト２は、コントローラ１７を備える。コントローラ１７には、無人フォークリフト２が走行及び荷役するための運行情報が入力されて記憶される。この運行情報に基づくコントローラ１７の指示に従って、無人フォークリフト２は、所定の誘導線路３に沿って走行して、スタッキング機構２７を駆動して所定の棚１の所定区画に対して荷役作業を行う。

図３の通り、荷物ＭはパレットＰに載せられて搬送される。パレットＰは、上壁Ｐｃ及び下壁Ｐｄを備え、上下壁Ｐｃ，Ｐｄは、両側に設けられた左右壁Ｐｅと中央に設けられた中壁Ｐｂとにより支持される。これにより、パレットＰは、左右壁Ｐｅと中壁Ｐｂとの間に、一対のフォーク差込孔Ｐａが形成される。そして、無人フォークリフト２は、フォーク３４をパレットＰのフォーク差込孔Ｐａに差し込んで搬送する。

[荷役支援装置]
図４の通り、無人フォークリフト２は、荷物Ｍを載せたパレットＰの荷役作業をする際に、荷役を支援するための荷役支援装置４を備える。上記の通り、無人フォークリフト２は、コントローラ１７における運搬情報記憶手段１７０に記憶された運搬情報に基づいて、所定の棚１へ走行し、荷役するパレットＰの位置までフォーク３４を昇降する。

そして、荷役支援装置４は、運搬情報を記憶する運搬情報記憶手段１７０と交信して、パレットＰにフォーク３４を差し込む直前に、次の制御手法を実行することによりフォーク３４の位置を補正する。

荷役支援装置４は、カメラ（撮像装置）４０を備える。カメラ４０は、無人フォークリフト２のフィンガーバー３３に設けられ（図２）、一対のフォーク３４の中央部分に配設され、フォーク３４の先端側を撮像するようになっている。荷役支援装置４は、コントローラ１７にカメラ画像取得手段４１を備える。カメラ画像取得手段４１は、カメラ４０が撮像したカメラ画像Ｃｇを取得する（図５）。図５の通り、カメラ画像Ｃｇの画面中心Ｃ３（一対のフォーク３４，３４間の中心位置）から解るとおり、本実施形態では、パレットＰは、正しい位置（予め設定された位置）から図左側にずれて設置されている。尚、パレットＰは、棚１に設置されるので、高さ方向のずれはない。

荷役支援装置４は、コントローラ１７に画像二値化手段４２を備える。画像二値化手段４２は、先ず、カメラ画像Ｃｇのフォーク３４が写っている両側部分を黒色に塗り潰してカットし、パレットＰの必要な部分のみの画像とする処理を行う（図６）。

そして、画像二値化手段４２は、その画像を二値化処理して、パレットＰの部分を白色に、それ以外の部分を黒色に変換して、二値化画像Ｔｇを形成する（図７）。本実施形態では、二値化処理は、カメラ画像ＣｇをＲＧＢ及びＨＳＶで表現して、予め設定したパレットＰの色（例えば、赤色及び青色）に基づいて所定のフィルタを加えることで二値化することができる。

荷役支援装置４は、コントローラ１７にテンプレート画像記憶手段４３を備える。テンプレート画像記憶手段４３は、テンプレート画像Ｌｇを記憶する（図８）。テンプレート画像Ｌｇは、二値化画像Ｔｇとのマッチング処理を行うものであり、本実施形態では、正面視におけるパレットＰの中壁Ｐｂ及び上下壁Ｐｃ，Ｐｄを表現したＩ型形状からなる。テンプレート画像ＬｇをＩ型形状にすることで、周囲の光量等によって形状が変化し易いフォーク差込孔等の影響を最小限できる。

荷役支援装置４は、コントローラ１７にマッチング手段４４を備える。マッチング手段４４は、テンプレート画像Ｌｇのパレット部分Ｐ２と二値化画像Ｔｇのパレット部分Ｐ１とのマッチング処理を行う。マッチング処理は、公知のアルゴリズムでパターンマッチング処理を行う。

先ず、二値化画像Ｔｇのパレット部分Ｐ１（図７の白色部分）における平均高さＨ１のピクセル数を算出する。そして、テンプレート画像Ｌｇのパレット部分Ｐ２（図８の白色部分）における平均高さＨ２のピクセル数が、二値化画像Ｔｇの平均高さＨ１のピクセル数に一致するように、テンプレート画像Ｌｇを拡大・縮小する。

これにより、テンプレート画像Ｌｇの縮尺が二値化画像Ｔｇの縮尺と略一致する。そして、テンプレート画像Ｌｇを二値化画像Ｔｇに対して上下左右にスライドさせて、最もマッチングする位置を検出する。このとき、最もよいマッチング結果（一致度）を最小値として検出する。そして、この最小値が、予め設定した閾値以下であればパレット検出（マッチングＯＫ）として、閾値以上であればパレット非検出（マッチングＮＧ）とする。

荷役支援装置４は、コントローラ１７にパレット中心検出手段４５を備える。上記の通り、マッチング手段４４がパレットの位置を検出すると、パレット中心検出手段４５は、マッチングしたテンプレート画像Ｌｇにおけるパレットの中心位置Ｃ２（この位置Ｃ２は、予めテンプレート画像Ｌｇに設定されて記憶されている）を、カメラ画像Ｃｇのパレットの中心位置Ｃ１として検出する（図７）。

荷役支援装置４は、コントローラ１７にオフセット量算出手段４６を備える。オフセット量算出手段４６は、上記で検出したカメラ画像Ｃｇのパレット中心位置Ｃ１と、カメラ画像Ｃｇの画面中心位置Ｃ３とを比較して、フォークの左右方向（車体の前後方向）２３ａ（図２）のずれ量（オフセット量）Ｐｏ（図７）をピクセル数で算出する。

ここで、パレットＰの実際の高さを設定し（例えば、Ｈ１＝１５０ｍｍ）、これと上記で算出した高さＨ１のピクセル数とに基づいて、１ピクセル当りの実寸値を算出して、上記で求めたオフセット量Ｐｏのピクセル数を実寸値に変換する。尚、カメラ画像Ｃｇの画面中心Ｃ３がフォーク３４，３４間の中心位置になるので、オフセット量Ｐｏが予め設定した荷役位置とのずれ量（実寸値）を表すことになる。

荷役支援装置４は、フォーク位置補正手段４７を備える。フォーク位置補正手段４７は、車体を前後方向２３ａ（図２）に移動して、オフセット量Ｐｏに基づいて、フォーク３４を左右方向に移動させ、パレット中心位置Ｃ１を画面中心位置Ｃ３に一致させる。これにより、フォーク３４が、予め設定した荷役位置からずれた現状のパレット位置における荷役位置に移動するので、正確にフォーク差込孔Ｐａに差し込むことができる。尚、フォーク位置補正手段４７は、車体を前後移動せずに、フォーク３４を支持するフィンガーバー等を移動して、左右方向にスライド移動してもよい。

４ 荷役支援装置
４０ カメラ
４１ カメラ画像取得手段
４２ 画像二値化手段
４３ テンプレート画像記憶手段
４４ マッチング手段
４５ パレット中心検出手段
４６ オフセット量算出手段
４７ フォーク位置補正手段
１７ コントローラ
３４ フォーク
Ｃｇ カメラ画像
Ｔｇ 二値化画像
Ｌｇ テンプレート画像
Ｐ パレット
Ｐｂ 中壁
Ｐｃ，Ｐｄ 上下壁

Claims (3)

1. 荷物を載せたパレットを一対のフォークで荷役する際に、前記フォークの動作を制御して荷役を支援する荷役支援装置を備えたフォークリフトにおいて、
   前記荷役支援装置は、前記パレットの撮像画像を取得する撮像手段と、前記パレットのテンプレート画像を記憶する記憶手段と、前記撮像画像と前記テンプレート画像とのマッチング処理をするマッチング手段と、前記マッチング処理により最もマッチングした前記テンプレート画像の位置から前記パレットの位置を検出する位置検出手段と、前記パレットの位置から予め設定した荷役位置とのオフセット量を算出する算出手段と、前記オフセット量に基づいて前記フォークの位置を補正する補正手段とを備えることを特徴とするフォークリフトの荷役支援装置。
2. 前記パレットは、前記各フォークを差し込むための一対のフォーク差込孔を備え、前記各フォーク差込孔の間に設けられた中壁と、前記フォーク差込孔の上下に設けられた上下壁とを備え、
   前記テンプレート画像は、前記中壁と前記上下壁とで構成されるＩ型形状を採用し、
   前記撮像手段は、前記パレットの前記Ｉ型形状を含む前記撮像画像を取得できるように設置され、
   前記マッチング手段は、前記Ｉ型形状に基づいて前記マッチング処理を実行することを特徴とする請求項１に記載のフォークリフトの荷役支援装置。
3. 前記マッチング手段は、前記撮像画像における前記Ｉ型形状の高さを基準にして、前記テンプレート画像との前記マッチング処理を実行することを特徴とする請求項２に記載のフォークリフトの荷役支援装置。

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