JP2014089537A

JP2014089537A - ビジョン走行システム

Info

Publication number: JP2014089537A
Application number: JP2012238427A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Eguchi; 聖隆江口
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】簡略な構成で、かつ走行軌道テープが不要な無人の走行システムを提供すること。
【解決手段】無人走行車１と複数のマーカー２とカメラ３と画像解析処理装置とを備えたビジョン走行システム。第１のマーカーがカメラの視野の画像解析位置に入るよう無人走行車が自ら方向を制御しながら走行し、画像処理位置にてマーカーの走行指示内容を解析した後に、そのマーカーの走行指示内容に従い、無人走行車は走行方向及び走行速度を制御し走行を行う。第ｎのマーカーがカメラ視野の画像解析位置に入るように、無人走行車が自ら方向を制御しながら走行し、第ｎのマーカーの走行指示内容を解析し、その走行指示内容に従い走行する。次いで、第ｎ＋１のマーカーがカメラ視野の中央である画像解析位置に入るように、無人走行車が自ら方向を制御しながら走行し、第ｎ＋１のマーカーの走行指示内容を解析し、その走行指示内容に従い無人走行車は走行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無人走行車に搭載したカメラを用いて画像処理を行い、マーカーの走行指示を解析し、その解析指示に従い無人走行車を走行させることにより、無人走行車を所望の軌道に沿って走行させるビジョン走行システムに関する。

例えば、製造工場などにおいて、部品や製品等を無人で搬送する無人搬送台車が用いられている。図７に示すごとく、走行軌道を構築する床面に貼られた光学テープ又は磁気テープからなる走行誘導テープ７２の軌道に沿って、無人搬送台７１は走行する（特許文献１、２）。すなわち、走行誘導テープ７２を車載センサ７３によって認識して、無人搬送台車７１はその走行制御を行っている。

また、ＧＰＳやジャイロセンサー等を用いて、自らの現在位置を認識し所定のルートを無人で走行する無人走行車も提案されている（特許文献３、４）。
また、無人走行車に搭載している車載カメラの画像を基にして、無人走行車の走行制御を行う方法も開示されている（特許文献５、６）。

特開平７−２０００５７号公報特開平２−８７２０８号公報特開平９−６２３５３号公報特開２００１−３５０５２０号公報特開平１１−２１２６４１号公報特開平７−２４８８２２号公報

図７に示すような、軌道に沿って走行誘導テープ７２を設置し、無人走行車（無人搬送台車７１）を走行させる方式は、床面に貼った走行誘導テープ７２が劣化すると、無人走行車が走行することができなくなり、搬送システムが機能しなくなる。そのため、走行誘導テープ７２の貼り替え等、メンテナンスが必要となる。また、走行誘導テープ７２は、屋内の平滑な床面には貼ることができても、屋外の路面や、凹凸のある地面に貼ることは困難であり、テープに代えて、磁気鋼線等を地面に埋設する場合は、その施工が大掛かりとなり、走行軌道を設置するコストが高くなる。また、走行誘導テープ方式も走行誘導方式も走行軌道を柔軟に変更する事も容易に出来ない。

また、ＧＰＳやジャイロセンサー等を用いる自律方式では、走行軌道上に実際の走行軌道目標物を全く有しないため、走行誤差が生じやすく走行軌道上を走行する際には、信頼性に欠けるという問題がある。
また、特許文献５に記載の無人自動車は、車載カメラを３台も用いて走行制御を行うため、装置が大掛かりとなり、コストが高くなり、走行軌道の設置も簡単にできない。
さらに、特許文献６に記載の走行制御方法では、天井の蛍光灯をカメラで撮影し、車両の位置を認識して走行制御を行うが、蛍光灯を基準にした特徴線が存在しない位置においては、車輪の回転を利用して車両の位置を測定する（特許文献６の段落〔００１９〕）。そのため、走行軌道に対する車両位置の誤差が発生しやすい。また、車両の走行精度を上げるために蛍光灯を多数設置することは、コスト面で不利であり、柔軟な走行軌道を設置することができない。

本発明は、かかる問題点に鑑みたもので、簡易な構成で、低コストで、メンテナンスが容易で、かつ走行軌道の縮小や拡張や変更に柔軟に対応可能なビジョン走行システムを提供するものである。

本発明は、無人走行車と、該無人走行車の走行軌道上に設置された複数のマーカーと、上記無人走行車に搭載され上記マーカーを撮影するカメラと、該カメラの撮影画像から該カメラの画像認識位置における上記マーカーの走行指示を解析することを備えたビジョン走行システムであって、上記複数のマーカーのうちの第１のマーカーが上記カメラの視野中に入った状態で上記無人走行車の走行を開始し、画像認識位置にて第１マーカーの走行指示を解析し、その解析した走行指示に従い外無人走行車の走行方向並びに走行速度を制御し走行を行う。
上記無人走行車は、第１のマーカーの走行指示に従い走行中に、第ｎ（ｎは自然数）のマーカーを上記カメラで補足した際、カメラの視野の画像認識位置に入るように、上記無人走行車が自身で走行方向を制御しながら、画像認識位置まで走行し、第ｎマーカーの走行指示内容を解析し、解析した走行指示に従い、走行を継続する。
次いで、第ｎ＋１のマーカーを上記カメラの視野に補足した際、第ｎ＋１のマーカーがカメラの視野の画像認識位置に入るように、上記無人走行車が自身で走行方向を制御しながら、上記第ｎ＋１のマーカーの画像認識位置まで走行し、第ｎ＋１マーカーの走行指示内容を解析し、その走行指示に従い走行することにより、上記無人走行車が、所望の軌道に沿って走行するよう構成したことを特徴とするビジョン走行システムにある（請求項１）。

上記ビジョン走行システムは、上述のごとく、無人走行車に搭載したカメラによってマーカーを撮影して、その撮影画像を基に、マーカーに含まれる走行指示を解析し、無人走行車を所望の軌道に沿って走行させる。そのため、無人走行車の軌道に誘導テープ等を敷設する必要がない。それゆえ、誘導テープの定期的な貼り替え等が不要であり、メンテナンスが容易で、また、走行軌道の変更も簡単に行うことができる。すなわち、本発明のビジョン走行システムにおいて用いるマーカーは、カメラによって撮影されるものであるため、走行軌道上の地面に貼り付ける必要はない。そのため、地面に敷設される誘導テープのように劣化することがなく、貼り替え等のメンテナンスは不要であり、メンテナンス等のコストも低減できる。

このように、走行軌道を構築する際に、本発明はマーカーを地面に貼る必要はない。このため、屋外や凹凸のある地面に走行軌道を構築し、無人走行車を走行させる場合にも、本発明のビジョン走行システムを容易に導入することが可能である。

また、本発明のビジョン走行システムは、走行軌道を構築する際に、実際の目標物であるマーカーを有し、搭載カメラでマーカーを画像認識し走行指示の解析を行い、その走行指示に従いながら走行するため、走行誤差が生じ難く、走行軌道の走行ルート上を走行する信頼性はとても高い。
また、無人走行車に搭載するカメラは１台で足りるため、システムの簡素化を図ることができると共に、コストを低減することができる。
さらに、マーカーに走行指示の情報を持たせ、搭載カメラで画像認識を行いマーカーの走行指示内容を解析し、その走行指示に従い無人走行車は走行を行うので、走行軌道を構築する際に、走行軌道上にマーカーを設置するだけで、簡単に走行軌道を構築することができる。このため、本ビジョン走行システムを簡単に導入することができ、尚且つ、柔軟に走行軌道を構築することができるため、無人走行車の導入関し、短期間で走行軌道の設置が可能となる。

以上のごとく、本発明によれば、簡易な構成で、低コストで、かつメンテナンスが容易で、走行軌道の変更が簡単にできる、ビジョン走行システムを提供することができる。

図１はビジョン走行システムに用いられる無人走行車及びマーカーの説明図。（実施例１）図２はビジョン走行システムの無人走行車の起動開始直後の説明図。（実施例１）図３は図２に続くビジョン走行システムの無人走行車の説明図。（実施例１）図４は走行開始時点（図２の符号１．Aの地点）のカメラの視野の説明図。（実施例１）図５は実施例１における、走行開始時点（図２の符号１．Bの地点）のカメラの視野の説明図。（実施例１）図６は走行開始時点（図２の符号１．Cの地点）のカメラの視野の説明図。（実施例１）図７は誘導テープを用いた、ビジョン走行システムの説明図

本発明のビジョン走行システムに用いられる上記マーカーは、本システムの用途、目的等に応じて、適宜設定することができる。そして、上記無人走行車に対する走行指示をマーカーの形状や、マーカーの模様、マーカーの色（これらの組み合わせ）により、マーカー内に含ませ、画像解析処理を通して、走行指示を無人走行車に伝達する。
または、マーカーにICタグを埋め込む事により、無線通信を経由して走行指示を、無人走行車に伝達してもよい。
上記は、何れかの方法により走行指示を、無人走行車に伝達することとなる。

また、第ｎのマーカーが上記カメラの視野中の所定の画像認識位置に入るように、上記無人走行車が自身の走行方向を変えながら、上記第ｎのマーカーの上記視野中における位置が、画像認識位置となるまで走行し、次いで、上記第ｎのマーカーの走行指示内容を解析し、上記無人走行車が上記第ｎのマーカーの走行指示に従い走行する。
そして、他のマーカーである第ｎ＋１のマーカーが上記カメラの視野中の所定の画像認識位置に入るように、上記無人走行車が走行方向を調整しながら、上記第ｎ＋１のマーカーの上記視野中における画像認識位置となるまで走行する（請求項２）。
この場合には、上記無人走行車が、第ｎのマーカーの走行指示に従い走行しながら、上記カメラの視野中に、第ｎ＋１のマーカーを認識した際に、第ｎ＋１のマーカー（の画像）が画像認識位置になるように、無人走行車が自身にて走行方向を調整しながら走行するため、走行軌道上を走行する精度を向上させることができる。すなわち、走行軌道上を無人走行車が多少外れたとしても、カメラの視野中のマーカーを認識し、無人走行車が自身で走行方向の調整を行うため、走行軌道上を常に走行するものであり、より精度の高いビジョン走行システムを構築することができる。

また、マーカーの形態により、無人走行車に対する走行指示を有する（請求項３）。この場合には、走行開始時において、上記カメラの視野中にマーカーを認識し画像認識位置まで走行し、走行指示の解析を行い、上記無人走行車は解析した走行指示に従い走行するため、上記無人走行車を確実に所望の軌道に沿って走行させることができる。
なお、上記形態とは、形状、模様、色、又はこれらの組み合わせをいう。

また、マーカーの設置位置は、床面または、側面または、天井に設置出来るため、柔軟な走行軌道の構築が容易に可能となる（請求項４）。
この場合には、特にマーカーの設置位置にとらわれることがないため、走行軌道の構築が容易で、且つ柔軟な走行軌道の構築が可能な本発明のビジョン走行システムを有効に利用することができる。

また、上記マーカーにICタグを用いることにより、走行指示を画像認識処理により解析を行わせる方法以外に、ICタグに含まれる走行指示の情報を無線通信により取得し、走行するものであってもよい（請求項５）。
この場合には、画像処理による走行指示の解析処理を行わせる必要が無いため、画像認識処理のデメリットである照度が極端に変化する場所においても、本発明のビジョン走行システムの効果を充分に発揮することができる。

本発明の実施例にかかるビジョン走行システムにつき、図１〜図１２を用いて説明する。
本例のビジョン走行システムは、図１に示すごとく、無人走行車１と、該無人走行車１の走行軌道上に設置された複数のマーカー２と、無人走行車１に搭載されマーカー２を撮影するカメラ３と、該カメラ３の撮影画像からカメラ３の視野３１中におけるマーカー２の位置を認識する画像認識処理装置（図示略）とマーカーに含まれる走行指示を解析する装置を備えている。
カメラ３は、無人走行車１の前部に、進行方向前方（矢印Ｆ）を向くように固定されている。

上記ビジョン走行システムにおいては、図２、図３、図４に示すごとく、マーカー２（２．A）がカメラ３の視野３１に入った状態で無人走行車１の走行を開始する。
そして、マーカー２がカメラ３の視野３１中の所定の画像処理位置３２に入るように、無人走行車１が自身の走行方向を変えつつ走行する。
画像処理位置３２にマーカーが入ったとき、マーカーに含まれる走行指示を解析し、その走行指示に従い無人搬送車１は走行を続ける。

これにより、図３に示すごとく、無人走行車１がマーカー（２．B）に含まれる走行指示を解析したのち、その走行指示（この場合、９０度右に方向を変える）に従い走行する。
これにより、無人走行車１は自身の走行方向に、新たに（２．C）のマーカーをとらえ、走行指示を解析し、その走行指示に従い走行を継続する。
上記一連の動作を、ｎ＝１、２、３、・・・と順次変更しながら繰り返すことにより無人走行車１が所望の軌道に沿って走行する。
なお、走行指示に関しては、無人走行車の進むべき方向、速度、停止位置など、無人走行車１が所望の軌道を走行するためのあらゆる走行指示をマーカーに含ませることができる。
この無人走行車１の具体的な動作につき、図２〜図６を用いて説明する。
なお、図４〜図６は、図３の１（１．A)、１（１．B)、１（１．C)の位置にある無人走行車１のカメラ３が捉えたマーカー２の画像（カメラ３の視野３１）である。ただし、マーカー２以外の撮影画像は省略する。

無人走行車１の走行開始前においては、無人走行車１が停止していて、走行を開始するさいには、図２、図４に示すとおり無人走行車１（１．A）のカメラ３の視野３１（３１．A）の範囲に、マーカー２（２．A）を捉えている状態でなければならない。
すなわち、所望の走行軌道上の何れかのマーカーｎ（この場合ｎは自然数）を、カメラ３の視野３１の範囲内に捉えていることが必須となる。

そこで本例については、無人走行車１（１．A）のカメラ３の視野範囲２（２．A）内に、マーカーの１部分を捉えた状態であるが、無人走行車１に搭載している画像認識処理装置により、図４に示すとおりマーカーの１部分であることを認識するとともに、無人走行車１は認識したマーカーが図５に示すように、無人走行車１が自身の走行方向を調整しながら、１（１．B）のようにマーカーの全てを視野範囲２（２．B）内に捉えられるように走行するとともに、マーカーが視野範囲３１の中央の画像処理位置に捉えられるように走行するものである。

ついで、図６に示すように、無人走行車１はカメラ３の視野範囲２（２．C）内の画像処理位置３２にマーカーを捉えられるように自身で方向を調整し、１（１．C）の位置まで走行し、つぎに、マーカーに含まれる走行指示を解析するものである。

マーカーの大きさについては、予め適宜定めておく。また、マーカーの色に関しては、画像認識処理の制約により、走行軌道の床面（床面にマーカーを設置する場合）、走行軌道の側面（側面にマーカーを設置する場合）、走行軌道の天井（天井にマーカーを設置する場合）の色と異なる色で有ることが望ましい。

そして、マーカーの走行指示を解析した後に無人走行車１は、その解析した走行指示に従い走行するものである。この走行指示には、無人走行車が進むべき方向、速度、動作（停止、一旦停止、その他付帯する全ての動作を含む）などをマーカーの形状、模様、色や、これらの組み合わせにより含ませることができる。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、走行指示を無人走行車に対して伝達することができれば、例えば、走行指示の情報を有したICタグをマーカーに埋め込み、無線通信を通して無人搬送車に伝達するなど、他の手段を用いることもできる。

そして、本例の無人走行車１が図４の符号１（１．D）画像処理位置でマーカー２（２．B）の走行指示を解析し、その走行指示に従い走行を行う。
本例のごとく解析した走行指示が、右に９０度の方向へ進む指示のさいは、無人走行車１はその指示に従い走行を行うため、つぎに、１（１．E）に示すように、自身で走行方向を変える。

つぎに、無人走行車１は、９０度の方向に向きを変えるため、図４に示すとおり１（１．E）、１（１．F）、１（１．G）、１（１．H）と方向を変えながら走行を行い、そして、画像処理位置にてつぎの走行指示であるマーカー２（２．C）を、解析し、解析したその走行指示に従い走行を行うものである。
これを繰り返し続けることにより、無人走行車１が所望の軌道に沿い走行するものである。

マーカー２は走行軌道上に沿って、複数個所に適切に設置されるものである。設置位置は、前記したとおり、床面、側面、天井の何れかに設置するものとし、無人走行車１に取り付けたカメラ３を、マーカー２を設置した位置の方向に光軸が向くように固定して取り付けることとする。ただし、本発明はこれらに限られるものではなく、マーカー２の設置位置を床面、側面、天井の組み合わせに設置してもよい。このばあい、カメラ３の光軸を床面、側面、天井に向けて３台のカメラを無人走行車に取り付けてもよく、また、カメラ３の光軸を固定せずに、カメラ３自身が可動式とし床面、側面、天井をカメラ自身で映し出すようにするなどとしてもよい。

無人走行車１とマーカー２の距離は、カメラ３の視野３１の映像に捉えたマーカー２大きさにより把握することができる。すなわち、距離が近いマーカー２は大きく写り、遠いマーカー２は小さく写し出される。
無人走行車１は自身で走行方向を調整し、視野３１中のマーカーが常に、画像処理位置３２の範囲に入るように走行を行うものである。

そして、無人走行車１は図１に示す駆動モーター１２を２つ有しており、方向を制御するさいには、この２つの駆動モーターの回転差により制御を行う。すなわち、左右の駆動モーター１２が何回転したかを常に把握することにより、無人走行車１の方向を制御する。ただし、無人走行車の方向を制御する方法はこれに限られるものではなく、例えば、方向を制御する操舵輪を設け、操舵輪の向きを変えることにより、方向を制御してもよい。

本発明の作用効果について説明する。
上記ビジョン走行システムは、上述のごとく、無人走行車１に搭載したカメラ３により、上記複数のマーカー２を、走行軌道上に設置し、そのマーカー２を撮影して走行指示を解析し、解析した走行指示に従い無人走行車１が走行することにより、所望の軌道を走行するものである。
すなわち、走行軌道上に誘導テープを設置する必要がなく、誘導テープの劣化によるメンテナンスが不要となる。また、走行軌道を構築する場合に、マーカー２を必要な個所に設置するだけでよいため、走行軌道の設定が簡単に行える。このことにより、本ビジョン走行システムを用いた場合には、走行軌道の柔軟な変更も容易に可能となる。

また、本発明のビジョン走行システムは、走行軌道上に実際の目標物であるマーカー２を用いるため、走行誤差が発生することがなく、所望の走行軌道を走行する精度が高い。

すなわち、本発明のビジョン走行システムは簡易な構成で、かつ走行軌道の構築が容易にでき、さらに、柔軟な走行軌道の変更も可能である、ビジョン走行システムを提供することができる。

１無人走行車
２マーカー
３カメラ
３１カメラの視野
３２画像処理位置

Claims

無人走行車と、無人走行車に搭載されたマーカーを撮影するカメラと、該無人走行車の走行軌道上に設置された、複数の走行指示を含むマーカーと、該カメラの撮影画像から視野中における上記マーカーの位置とマーカーに含まれる走行指示を解析する画像認識処理装置とを備えたビジョン走行システムであって、上記複数のマーカーのうちの第１のマーカーが上記カメラの視野に入った状態で画像認識位置にて画像認識処理を行いマーカーの走行指示内容を解析し、上記無人走行車は解析した走行指示に従い走行を開始する。
上記無人走行車は解析したマーカーの走行指示に従いながら走行し、第ｎ（ｎは自然数）のマーカーが上記カメラの視野中の画像認識位置の範囲に入るように、上記無人走行車が走行方向を調整しながら、上記第ｎのマーカーの上記視野中における画像認識位置となるまで走行し、マーカーに含まれる走行指示内容を解析し、上記無人走行車を第ｎのマーカーの解析した走行指示に従い走行を継続する。
次いで、第ｎ＋１のマーカーが上記カメラの視野中の画像認識位置の範囲に入るように、上記無人走行車が走行方向を調整しながら、上記第ｎ＋１のマーカーの上記視野中における画像認識位置となるまで走行し、第ｎ＋１のマーカーの走行指示内容を解析し上記無人走行車を第ｎ＋１のマーカーの解析した走行指示に従い走行することにより、上記無人走行車が所望の軌道に沿って走行するよう構成したことを特徴とするビジョン走行システム。
請求項１において、第ｎのマーカーが上記カメラの視野中の所定の画像認識位置に入るように、上記無人走行車が自身の方向を変えながら、上記第ｎのマーカーの上記視野中における位置が画像認識位置となるまで走行し、次いで、上記第ｎのマーカーの走行指示内容を解析し上記無人走行車が上記第ｎのマーカーの走行指示に従い走行する。
次いで、他のマーカーである第ｎ＋１のマーカーが上記カメラの視野中の所定の画像認識位置に入るように、上記無人走行車が走行方向を調整しながら、上記第ｎ＋１のマーカーの上記視野中における画像認識位置となるまで走行するよう構成したことを特徴とするビジョン走行システム。
請求項１又は請求項２において、マーカーの形態により無人走行車に対する走行指示を有することを特徴とするビジョン走行システム。
請求項１〜３において、マーカーの設置位置は、床面または、側面または、天井に設置出来ることを特徴とするビジョン走行システム。
請求項１〜４において、マーカーの画像解析による走行指示の取得に変わり、マーカーに無線ICタグを取り付け、そのICタグ内の情報として走行指示を無線通信にて、無人走行車に伝達することを特徴とするビジョン走行システム。