JP2018105822A - Obstacle detection system and obstacle detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば走行面上を走行する車両等の移動体に設置されていて移動体の周囲の障害物の有無を検知する障害物検知システムおよび障害物検知方法に関し、詳しくは障害物の有無を判定する際の精度を向上できる障害物検知システムおよび障害物検知方法に関するものである。 The present invention relates to an obstacle detection system and an obstacle detection method that are installed in a moving body such as a vehicle traveling on a traveling surface and detect the presence or absence of an obstacle around the moving body. The present invention relates to an obstacle detection system and an obstacle detection method that can improve the accuracy when determining the obstacle.
自動走行する車両に設置されていて周囲の障害物を検知する障害物検知システムが種々提案されている(例えば特許文献1参照)。 Various obstacle detection systems that are installed in a vehicle that automatically travels and detect surrounding obstacles have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の障害物検知システムは、車両の前方に向かってレーザ光を水平方向に走査させる二次元レーザスキャナを有していた。このシステムは、照射したレーザ光が障害物で反射されたときの反射光を検知することで障害物の有無を判定していた。つまり反射光が得られる場合には障害物が存在し、反射光が得られない場合は障害物が存在しないと判定していた。
The obstacle detection system described in
特許文献1に記載のシステムは、反射光が得られない場合は障害物がなく安全であると判定する構成であった。そのため障害物が作業員の衣服などレーザ光を反射し難い物質である場合は、システムは障害物を検知できなかった。車両の前方に作業員がいるにも関わらず、障害物がなく安全であるとの誤った判定をシステムが行ってしまう不具合があった。レーザ光を照射する発信部や反射光を受光する受光部などが故障により反射光を検知できない場合も、障害物がなく安全であるとの判断をシステムが行ってしまう不具合があった。
The system described in
また特許文献1に記載のシステムは、反射光が得られた場合は障害物があると判定する構成であった。このシステムを屋外で使用するとレーザ光が例えば雨や昆虫などで反射されることがあった。この場合システムは得られた反射光に基づき障害物があると誤認してしまう不具合があった。雨や昆虫などは車両の走行を妨げないにも関わらず、システムは障害物があるとして車両を減速させたり停止させたりしてしまっていた。
Further, the system described in
特許文献1に記載のシステムは、障害物があるにも関わらず障害物がないと判定したり、車両の走行を妨げる障害物がないにも関わらず障害物があると判定したりする不具合があった。つまり障害物の有無を判定する際の精度が十分ではなかった。
The system described in
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は障害物の有無を判定する際の精度を向上できる障害物検知システムおよび障害物検知方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an obstacle detection system and an obstacle detection method capable of improving the accuracy in determining the presence or absence of an obstacle.
上記の目的を達成するための本発明の障害物検知システムは、移動体に設置されていて照射角度を変化させながらレーザ光を照射する発信部と、前記レーザ光の反射光を受光する受信部とを備える障害物検知システムにおいて、障害物がない場合に前記レーザ光が反
射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定する検知領域設定機構と、前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて障害物の有無を判定する判定機構とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an obstacle detection system of the present invention includes a transmitter that is installed on a moving body and that emits laser light while changing an irradiation angle, and a receiver that receives reflected light of the laser light. An obstacle detection system comprising: a detection area setting mechanism that presets a detection area in a peripheral area of a reflection point where the laser beam is reflected when there is no obstacle; and the reflection that is reflected inside the detection area And a determination mechanism for determining the presence or absence of an obstacle according to light.
本発明の障害物検知方法は、移動体に設置される発信部から照射角度を変化させながらレーザ光を照射して、このレーザ光の反射光を受信部で受光して障害物の有無を検知する障害物検知方法において、障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定して、前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて判定機構が障害物の有無を判定することを特徴とする。 The obstacle detection method of the present invention irradiates a laser beam while changing the irradiation angle from a transmitter installed in a moving body, and receives the reflected light of the laser beam at a receiver to detect the presence of an obstacle. In the obstacle detection method, a detection mechanism is preset in a peripheral area around a reflection point where the laser beam is reflected when there is no obstacle, and a determination mechanism according to the reflected light reflected inside the detection area Determines the presence or absence of an obstacle.
本発明の障害物検知システムおよび障害物検知方法によれば、検知領域の内側からの反射光に基づき障害物の有無を判定する構成である。障害物があると検知領域からの反射光が得られなくなるため、障害物がレーザ光を反射し難い物質であっても障害物があることを検知できる。障害物の有無を判定する際の精度を向上するには有利である。 According to the obstacle detection system and the obstacle detection method of the present invention, the presence / absence of an obstacle is determined based on the reflected light from the inside of the detection region. If there is an obstacle, the reflected light from the detection region cannot be obtained, so that even if the obstacle is a substance that hardly reflects the laser beam, it can be detected that there is an obstacle. This is advantageous for improving the accuracy in determining the presence or absence of an obstacle.
また本発明の障害物検知システム等によれば、レーザ光を照射する発信部や反射光を受光する受光部などが故障により反射光を検知できないときは、検知領域からの反射光が得られなくなるため、障害物があると判定する。安全側の対応を取ることができるため、安全性を向上するには有利である。 Further, according to the obstacle detection system of the present invention, the reflected light from the detection region cannot be obtained when the light emitting unit that emits laser light or the light receiving unit that receives the reflected light cannot detect the reflected light due to a failure. Therefore, it is determined that there is an obstacle. Since it is possible to take measures on the safety side, it is advantageous for improving safety.
以下、本発明の障害物検知システムおよび障害物検知方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。なお、図中では移動体の移動方向を矢印y、この移動方向yを直角に横断する横行方向を矢印x、上下方向を矢印zで示している。 Hereinafter, an obstacle detection system and an obstacle detection method of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. In the drawing, the moving direction of the moving body is indicated by an arrow y, the traversing direction that intersects the moving direction y at a right angle is indicated by an arrow x, and the vertical direction is indicated by an arrow z.
図1に例示するように本発明の障害物検知システムが設置される移動体2である門型クレーンは、移動方向yに走行する走行装置3と、走行装置3の上方に配置され上下方向zに延在する四本の脚部材4と、横行方向xに延在して横行方向xに対向する脚部材4どうしの上端を連結する二本の梁部材5と、梁部材5に沿って横行方向xに移動可能に構成されるトロリ6と、トロリ6にワイヤロープで懸吊される吊具7とを備えている。移動体2を構成する門型クレーンは、走行面8を移動方向yに走行しつつコンテナの荷役を行なうことができる。
As illustrated in FIG. 1, a portal crane that is a moving
障害物検知システム1は、走行面8に向かってレーザ光を照射する発信部9と、走行面
8で反射される反射光を受光する受信部10とを有している。受信部10は発信部9の近傍に配置されている。この実施形態では四本の脚部材4の下方であって走行装置3の近傍となる位置に、それぞれ発信部9および受信部10(以下、発信部9等と総称することがある)が設置されている。発信部9等を設置する位置は上記に限らず、走行装置3など他の場所に適宜設置することができる。
The
移動体2である門型クレーンが走行する移動方向yに沿って、門型クレーンの移動方向の前方の手前から奥に至る範囲に発信部9はレーザ光を走査する構成を備えている。図1では説明のためレーザ光の照射方向を破線で示している。
The transmitter 9 is configured to scan the laser beam in a range from the front side to the back in the moving direction of the portal crane along the moving direction y in which the portal crane as the
このとき門型クレーンの移動方向yの後方側に設置されている発信部9からはレーザ光が照射されない構成にしてもよい。 At this time, the transmitter 9 installed on the rear side in the moving direction y of the portal crane may be configured not to be irradiated with laser light.
障害物検知システム1が設置される移動体2は門型クレーンに限定されない。障害物検知システム1は平面または空間を移動する移動体2に設置することができ、例えば岸壁クレーンやコンテナシャシに設置することができる。また障害物検知システム1は門型クレーンや岸壁クレーンの吊具7またはトロリ6に設置してもよい。
The moving
図2に例示するように障害物検知システム1は、発信部9と受信部10とを備えている。発信部9はレーザ光を照射する構成に限定されない。発信部9は光や電波などの電磁波を照射する構成でもよく、音波を発信する構成でもよい。受信部10は発信部9から照射される電磁波等の反射波を受信できる構成を有していればよい。
As illustrated in FIG. 2, the
障害物検知システム1は、受信部10からデータを取得する比較機構11と、この比較機構11にデータを送る検知領域設定機構12と、比較機構11からデータを取得して障害物の有無を判定する判定機構13と、判定機構13で利用する閾値を調整するための閾値設定機構14と、判定機構13における判定結果に基づき移動体2を制御する制御機構15とを備えている。なお比較機構11と閾値設定機構14と制御機構15とは本発明の必須要件ではない。
The
障害物検知システム1は、まず走行面8に向かって発信部9からレーザ光を照射する。発信部9はミラーの回転等により放射状(扇形状)にレーザ光を順番に複数回照射していく。受信部10は発信部9からレーザ光を照射する際の角度θnごとに、レーザ光の照射から反射光が受信部10で受光されるまでの時間tnを取得していく。ここで角度θnは上下方向zに対するレーザ光の進行方向の傾きを表している。
The
発信部9と受信部10とは、発信部9等から走行面8までの距離を測定することになる。発信部9と受信部10とは例えば二次元レーザスキャナで構成することができる。例えば角度θnの分解能が0.125度〜1.000度、ミラーの回転速度が5〜100Hzの二次元レーザスキャナを利用することができる。
The transmission unit 9 and the reception unit 10 measure the distance from the transmission unit 9 or the like to the traveling
受信部10は、角度θnが0度以上90度以下で90度を含まない範囲のデータを利用することができる。受信部10は角度θnが0度以上60度以下の範囲のデータを利用することが望ましい。この角度θnの範囲を大きくするほど移動体2から離れた位置の障害物を検知できるため、移動体2の速度が大きい場合には角度θnの範囲の上限を90度に近づけることが望ましい。
The receiving unit 10 can use data in a range in which the angle θn is 0 degree or more and 90 degrees or less and does not include 90 degrees. The receiving unit 10 preferably uses data in which the angle θn is in the range of 0 ° to 60 °. As the range of the angle θn is increased, an obstacle at a position distant from the moving
例えば角度θnの範囲が0度〜60度、分解能が0.125度、回転速度が5Hzで設定されている二次元レーザスキャナの場合に、受信部10は1秒間に2400点の測定データを得る。つまり角度θnと時間tnとを組み合わせたデータを受信部10は1秒間に2400点得る。 For example, in the case of a two-dimensional laser scanner in which the angle θn is set in the range of 0 to 60 degrees, the resolution is 0.125 degrees, and the rotation speed is 5 Hz, the receiving unit 10 obtains 2400 measurement data per second. . That is, the receiving unit 10 obtains 2400 points of data that combines the angle θn and the time tn per second.
レーザ光が走行面8で反射される反射地点Pnは、レーザ光の走査方向に沿って直線状に並ぶ。以下この直線を基準線16ということがある。この基準線16は走行面8の上に形成される仮想の直線である。基準線16は走行面8でレーザ光が反射されることで形成される複数の反射地点Pnの集合体であるともいえる。この基準線16はレーザ光が走行面8で反射される範囲に形成されるので、発信部9との相対位置は固定される。そのため基準線16は門型クレーン等の移動体2の移動にともない移動方向yに移動する。この実施形態ではレーザ光が移動方向yに沿って走査するので、基準線16は移動方向yに平行な直線となる。また基準線16は走行面8に沿う直線となる。
The reflection points Pn where the laser light is reflected by the traveling
検知領域設定機構12では、検知領域Sが予め設定されている。検知領域Sは移動方向yと上下方向zとから成る平面に形成される四角形の領域であり、発信部9等に対する相対的な位置として設定されている。この実施形態では検知領域Sは、移動体2の移動方向yに沿った方向であり反射地点Pn、即ち基準線16の上方と下方とに設定される一対の長辺17a、17bと、この一対の長辺17a、17bの対向する端部どうしを結び上下方向zに延在する一対の短辺18a、18bとで囲まれる長方形の領域である。検知領域Sの形状は上記に限らず適宜設定することが可能である。例えば多角形や曲線を含む形状に設定することもできる。
In the detection area setting mechanism 12, the detection area S is set in advance. The detection area S is a quadrangular area formed on a plane composed of the moving direction y and the vertical direction z, and is set as a relative position with respect to the transmitting unit 9 and the like. In this embodiment, the detection area S is a direction along the moving direction y of the moving
この実施形態では検知領域Sの短辺18a、18bの長さは、例えば基準線16を中心に上下方向zに±100mmの範囲に設定することができる。ゴムタイヤを有する門型クレーンの場合は、コンテナの荷重によりゴムタイヤが上下方向zに伸縮することがある。ゴムタイヤの伸縮にともない発信部9等が上下方向zに移動してこれにともない検知領域Sも上下方向zに移動する。検知領域Sが上下方向zに移動した場合であっても、基準線16が検知領域Sの内側に収まる範囲で短辺18a、18bの長さが設定されている。
In this embodiment, the lengths of the
長辺17a、17bの長さは水平方向に数mから数十mの範囲に設定することができる。長辺17a、17bの長さは基準線16より長くなる状態または同じ長さとなる状態に設定される。つまり基準線16が常に検知領域Sの内側となる状態に、検知領域Sの範囲は設定される。
The lengths of the
検知領域Sは発信部9との相対位置が固定される。そのため検知領域Sは基準線16と同様に門型クレーン等の移動体2の移動にともない移動方向yに移動する。この実施形態では基準線16が移動方向yに平行であるため、検知領域Sは移動方向yに平行な平面となる。
The relative position of the detection area S with the transmitter 9 is fixed. For this reason, the detection region S moves in the movement direction y in accordance with the movement of the
比較機構11では、発信部9から照射するレーザ光の反射地点Pnと検知領域Sとを比較して、反射地点Pnが検知領域Sの内側か外側かを判定する構成を有している。例えばレーザ光が角度θ1で照射されるとき、このレーザ光の照射方向と検知領域Sの境界線との二つの交点p1、p1’を予め決めることができる。つまり角度θnごとに検知領域Sとの二つの交点pn、pn’の範囲が決まる。
The
具体的には交点pn、pn’は、発信部9からレーザ光が照射されてから受信部10で反射光を受信するまでの時間Tn、Tn’とレーザ光の照射角度θnとの組み合わせで設定されている。 Specifically, the intersections pn and pn ′ are set by a combination of the times Tn and Tn ′ from when the laser beam is irradiated from the transmitter 9 to when the reflected light is received by the receiver 10 and the irradiation angle θn of the laser beam. Has been.
受信部10から反射地点P1までの距離が、受信部10から交点p1までの距離と交点p1’までの距離との間であれば、比較機構11は反射地点P1が検知領域Sの内側にあると判定する。複数の反射地点Pnがそれぞれ検知領域Sの内側であるか外側であるかの
判定を、検知領域設定機構12からの検知領域Sのデータに基づき比較機構11が行う。
If the distance from the receiving unit 10 to the reflection point P1 is between the distance from the receiving unit 10 to the intersection p1 and the distance to the intersection p1 ′, the
具体的にはレーザ光の照射から反射光が得られるまでの時間tnが、交点pnに対応する時間Tnと交点pn’に対応する時間Tn’との間であれば検知領域Sの内側からの反射光であると比較機構11が判定する。
Specifically, if the time tn from when the laser beam is irradiated until the reflected light is obtained is between the time Tn corresponding to the intersection pn and the time Tn ′ corresponding to the intersection pn ′, the time tn is from the inside of the detection region S. The
比較機構11は、反射地点Pnが検知領域Sの内側に位置する場合にはオン(ON)の信号を判定機構13に送り、反射地点Pnが検知領域Sの外側に位置する場合にはオフ(OFF)の信号を判定機構13に送る。比較機構11が送る信号は上記に限定されない。反射地点Pnが検知領域Sの内側のときオフの信号、外側のときオンの信号を判定機構13に送る構成としてもよい。
The
判定機構13では、比較機構11から送られてくるオンとオフの信号の割合に応じて、障害物の有無を判定する。例えば受信部10が1秒間で2400点の測定データを得る場合には、1秒間に2400点のオンとオフの信号が比較機構11から判定機構13に送られる。
The
判定機構13は、単位時間あたりに比較機構11から送られてくるオンの信号の数とオフの信号の数との総数に対するオンの信号の数の割合を充足率として算出する。また充足率の予め定められた閾値を判定機構13は格納している。充足率の閾値は例えば90%に設定することができる。
The
障害物がない場合に反射地点Pnは基準線16に沿った位置となり検知領域Sの内側に位置するため、1秒間に2400点のオンの信号が判定機構13に送られる。このとき充足率は100%となり、閾値の90%以上の値となる。
When there is no obstacle, the reflection point Pn is located along the
発信部9から照射されるレーザ光の全てが走行面8で反射されているので、レーザ光を遮蔽する障害物が発信部9と走行面8との間に存在しないことがわかる。判定機構13は充足率が閾値以上である場合には障害物がなく安全であると判定する。判定機構13は1秒ごとに判定を行なう構成に限定されず、例えば0.2秒ごとに判定を行うなど、判定を行なう頻度は適宜設定することができる。
Since all of the laser light emitted from the transmitter 9 is reflected by the traveling
このとき図3に例示するように障害物検知システム1は、基準線16の全体を確認できた状態となる。障害物検知システム1は走行面8を見ることができる状態ともいえる。
At this time, as illustrated in FIG. 3, the
図4および図5に例示するように移動体2の前方に作業員がいる場合には、発信部9から照射されるレーザ光の一部は作業員に遮られ走行面8まで到達しない。レーザ光が作業員に吸収されると反射光が得られない。レーザ光が作業員に反射したとしても検知領域Sの外側からの反射光となる。いずれの場合においても、作業員がいると検知領域Sの内側から得られる反射光の数が少なくなる。反射光の反射地点Pnが検知領域Sの外側となる場合には、比較機構11から判定機構13にオフの信号が出力される。
As illustrated in FIGS. 4 and 5, when a worker is present in front of the moving
つまり反射地点P1〜P3は検知領域Sの内側となるので判定機構13に例えば三つのオンの信号が出力され、反射地点P4〜P6は検知領域Sの外側となるので判定機構13に例えば三つのオフの信号が出力される。
That is, since the reflection points P1 to P3 are inside the detection region S, for example, three ON signals are output to the
図5に例示するように障害物検知システム1は、基準線16の半分程度しか確認できない状態となる。充足率は50%程度となり閾値よりも小さい値となる。このような場合に障害物検知システム1は、基準線16の上に障害物があると判定する。
As illustrated in FIG. 5, the
障害物検知システム1が制御機構15を備えている場合には、判定機構13による障害物があるとの判定に基づき、門型クレーン等の移動体2の走行速度を減速させたり、停止させたりする制御を制御機構15が行う構成にしてもよい。
When the
障害物検知システム1は、障害物を直接的に検知する構成ではないため、障害物がレーザ光を吸収したりして反射光が得られない場合であっても、障害物があることを判定できる。障害物の有無を判定する際の精度を向上するには有利である。
Since the
従来の障害物検知システムでは障害物からの反射光により障害物があることを検知していたため、障害物検知システムの精度を向上するためにはレーザ光の出力を増加させて反射光を得やすくしたり、受信部10の感度を向上させて微量の反射光であっても検出できるようにしたりする必要があった。存在が不確かな障害物を直接的に探すために、多大な労力を割いていた。またシステムの感度を向上させるほど、障害物とはならない雨や昆虫を障害物として検出してしまう不具合が大きくなっていた。さらに何らかの故障によりレーザ光が照射されなくなったり、反射光を検知できなくなると、障害物があっても検出できず、安全であると判定してしまう不具合があった。 In the conventional obstacle detection system, the presence of an obstacle is detected by the reflected light from the obstacle. Therefore, in order to improve the accuracy of the obstacle detection system, it is easy to obtain reflected light by increasing the laser beam output. It is necessary to improve the sensitivity of the receiving unit 10 so that even a small amount of reflected light can be detected. A great deal of effort was spent to find obstacles that were uncertain. As the sensitivity of the system is improved, the problem of detecting rain and insects that do not become obstacles as obstacles has been increasing. Furthermore, if the laser beam is not irradiated due to some failure or the reflected light cannot be detected, there is a problem that even if there is an obstacle, it cannot be detected and it is determined to be safe.
本発明の障害物検知システム1は、障害物がないことを検知する構成である。具体的には走行面8の上に形成される仮想の直線、すなわち基準線16をどの程度の割合で検知できるかを確認する構成である。基準線16を検知できればいいので、障害物検知システム1の精度を向上するためにレーザ光の出力を上げたり、受信部10の感度を向上させたりする必要がない。障害物検知システム1は、障害物がない可能性を判定する構成であり、充足率に応じて障害物がない可能性が高く安全性が高そうである場合と、障害物があるらしく安全性が低そうである場合とを判定することができる。
The
障害物検知システム1は、検知領域Sの内側で反射する反射光に応じて障害物の有無を判定する構成である。そのため発信部9や受信部10の故障等により反射光を受光できない場合に、障害物がないと誤った判定を行なうことがない。そのため障害物検知システム1は安全側に機能するシステムとなる。移動体2の移動にともなう安全性を向上するには有利である。
The
従来の障害物検知システムでは、存在が不確かな障害物を直接的に探すため、少しの反応であっても障害物ありとして移動体を停止させていた。これに対して本発明では雨や昆虫により例えば一つのレーザ光が検知領域Sの外側で反射した場合であっても、判定機構13に送られる2400点のデータのうち2399点がオンとなり充足率は90%以上となるので門型クレーン等の移動体2が緊急停止したりする不具合を回避できる。
In the conventional obstacle detection system, in order to directly search for an obstacle whose existence is uncertain, the moving body is stopped as an obstacle even if there is a slight reaction. On the other hand, in the present invention, even when, for example, one laser beam is reflected outside the detection region S due to rain or insects, 2399 points out of 2400 points sent to the
障害物検知システム1が閾値設定機構14を備えている場合には、クレーンオペレータ等が閾値を天候等に応じて適宜調整することが可能となる。晴天の際には閾値を例えば90%に設定することができる。大雨の際には、閾値を例えば50%に設定することができる。雨により多数のレーザ光が検知領域Sの外側で反射される場合であっても、門型クレーン等の移動体2を走行させることができる。この場合でも作業員が基準線16の上にいるときは充足率がさらに低下して例えば25%などの低い値になるため、作業員の存在を検知することが可能である。
When the
比較機構11を設置する構成により、判定機構13にはオンまたはオフの1ビットのデータが送られる。判定機構13に送られるデータ量が極めて小さいため、判定機構13が判定の際に必要とするメモリ量を節約するには有利である。移動体2が例えば門型クレーンで構成される場合、判定機構13は門型クレーンの動作を制御するシーケンサ(PLC)に組み込むことができる。シーケンサは門型クレーンの走行や荷役などの制御も処理しなければならないので、判定機構13により占有されるメモリ量が小さいほど望ましい。
Depending on the configuration in which the
判定機構13により占有されるメモリ量を抑制できるので、発信部9が照射するレーザ光の単位時間当たりの数を増加させたり、判定機構13による判定の頻度を増加させたりすることができる。ミラーの回転速度が50Hzの二次元レーザスキャナで発信部9を構成したとしても、シーケンサのメモリの占有量をそれほど増加させることなく判定機構13により判定を行なうことができる。
Since the amount of memory occupied by the
比較機構11を備えていない場合に、判定機構13が1秒間に例えば2400点のデータを処理できると仮定する。比較機構11を備えている場合には、判定機構13は1秒間に例えば24000点のデータを処理することが可能となる。
If the
また比較機構11の設置により判定機構13で処理するデータ量が小さくなるので、判定機構13で判定を行なう際に必要となる時間を短縮することができる。発信部9を構成する二次元レーザスキャナの分解能が比較的高く回転速度が比較的速い場合であっても、遅れがほとんど生じない状態で判定機構13による判定を行なうことができる。
Further, since the amount of data processed by the
移動体2が例えば自動車など移動速度の速いものであっても、遅れなく安全性を適切に判定することができる。移動体2の緊急停止が間に合わないなどの不具合の発生を抑制するには有利である。移動体2の移動速度に比べて判定機構13で判定を行なう速度を比較的速くすることができる。そのため充足率の閾値を必要以上に高く設定して、移動体2の障害物等への衝突を回避するなどの対策が不要となる。
Even if the moving
本発明の障害物検知システム1において比較機構11は必須要件ではない。比較機構11を備えていない場合は、受信部10で得られるデータをそのまま判定機構13に送信する構成にすることができる。この場合、検知領域設定機構12で予め設定される検知領域Sに関するデータは判定機構13に送られる。判定機構13は、受信部10から得られるデータを検知領域Sに関するデータと比較して、反射光が検知領域Sの内側からの反射光であるか否かを判断する。
In the
判定機構13は発信部9から照射されるレーザ光の総数に対する検知領域Sの内側からの反射光の数の割合を充足率として算出する。判定機構13は、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がなく安全であると判定して、充足率が閾値よりも小さいときに障害物があると判定する。
The
本発明の障害物検知システム1において、判定機構13において充足率を算出する構成は必須要件ではない。この場合は判定機構13が、検知領域Sの内側からの反射光の数が単位時間あたりに例えば2000点など所定の閾値以上となる場合に障害物がないと判定して、この閾値よりも小さいときに障害物があると判定する構成にしてもよい。
In the
本発明の障害物検知システム1において制御機構15は必須要件ではない。移動体2が門型クレーンの場合は、判定機構13による判定結果をディスプレイ等に表示してクレーンオペレータに通知する構成にすることができる。また障害物があると判定されたときに、警報音等によりクレーンオペレータに注意を促す構成にしてもよい。
In the
制御機構15を備えている場合には、クレーンオペレータへの連絡の他に、門型クレーンを自動的に減速させたり、停止させたりする制御を行なうことができる。門型クレーンが自動走行の場合に、制御機構15による減速や停止等を自動で制御する構成にしてもよい。
When the
また制御機構15が、充足率の値に応じて移動体2の減速量を制御する構成にしてもよい。例えば充足率が小さくなる程、減速量を増加させる制御を制御機構15により行なうことができる。充足率が高いほど安全性が高い状態となり、充足率が低いほど安全性が低い状態となるため、安全性が低いときには移動体2の移動速度が小さくなる。大雨など視界の悪いときには、移動体2の移動速度は小さくなるものの移動体2を走行させることができる。
Further, the
図6に例示するように検知領域設定機構12が、複数の検知領域Sを設定できる構成にしてもよい。図6の実施形態では移動体2の移動方向yに沿って移動体2の手前に設定される検知領域S1と、奥に設定される検知領域S2との二つの検知領域Sが設定されている。この実施形態では検知領域S1、S2のいずれも移動方向yおよび上下方向zに平行となる長方形に形成されている。また検知領域S1、S2は互いに重ならない位置にそれぞれ設定されている。
As illustrated in FIG. 6, the detection area setting mechanism 12 may be configured to set a plurality of detection areas S. In the embodiment of FIG. 6, two detection areas S are set, that is, a detection area S <b> 1 set in front of the moving
二つの検知領域S1、S2ごとに制御機構15が異なる制御を行なう構成にすることができる。充足率の閾値をそれぞれ例えば90%に設定して、奥の検知領域S2で充足率が閾値を下回ったとき制御機構15により移動体2を減速させる制御を行ない、手前の検知領域S1で充足率が閾値を下回ったとき制御機構15により移動体2を停止させる制御を行なうことができる。
It can be set as the structure which the
二つの検知領域S1、S2ごとに異なる閾値を設定することができる。例えば手前の検知領域S1の閾値を90%に設定して、奥の検知領域S2の閾値を70%に設定することができる。奥の検知領域S2で充足率が閾値を下回ったとき移動体2を減速させる制御を行ない、手前の検知領域S1で充足率が閾値を下回ったとき移動体2を減速させる制御を行なう構成にすることができる。手前の検知領域S1の閾値を奥の検知領域S2の閾値よりも高く設定しているので、移動体2が障害物に近づくほど減速し易くなる。
Different threshold values can be set for each of the two detection areas S1 and S2. For example, the threshold value of the front detection area S1 can be set to 90%, and the threshold value of the back detection area S2 can be set to 70%. Control is performed to decelerate the moving
二つの検知領域S1、S2ごとに、それぞれ異なる制御内容と異なる閾値とを設定してもよい。例えば奥の検知領域S2で充足率が70%を下回ったとき移動体2を減速させる制御を行ない、手前の検知領域S1で充足率が90%を下回ったとき移動体2を緊急停止させる制御を行なうことができる。
Different control contents and different threshold values may be set for each of the two detection areas S1 and S2. For example, the control is performed to decelerate the moving
また奥の検知領域S2での充足率の値に応じて、移動体2の移動速度の上限値を制御する構成にすることができる。例えば充足率の値に移動速度の上限値を比例させることができる。この場合充足率が小さくなる程、移動体2の移動速度の上限値が小さくなるので、障害物に接近するにしたがって移動体2を減速させることができる。
Moreover, it can be set as the structure which controls the upper limit of the moving speed of the
検知領域Sの数は上記に限らない。互いに重ならない位置に設定される三つ以上の領域を検知領域Sとして設定してもよい。一部が重なる位置に設定される複数の領域を検知領域Sとして設定してもよい。 The number of detection areas S is not limited to the above. Three or more areas set at positions that do not overlap each other may be set as the detection area S. A plurality of areas set at positions where a part thereof overlaps may be set as the detection area S.
また複数の検知領域Sごとにそれぞれ充足率の閾値と、閾値を下回ったときの制御を設定することができる。また閾値を設定せずに、充足率と比例または反比例させる状態で、移動体2の移動速度や減速量を変化させる制御を行なう設定としてもよい。
Moreover, the threshold value of the fullness rate for each of the plurality of detection regions S and the control when the value falls below the threshold value can be set. Moreover, it is good also as a setting which performs the control which changes the moving speed and deceleration amount of the
図7に例示するように検知領域設定機構12が、台形の検知領域Sを設定する構成にしてもよい。この実施形態では移動体2から近い手前に位置して上下方向zに延在する短辺18aの長さに比べて、移動体2から遠い奥に位置して上下方向zに延在する短辺18bの長さが長く設定されている。
As illustrated in FIG. 7, the detection area setting mechanism 12 may set the trapezoidal detection area S. In this embodiment, as compared to the length of the
門型クレーンがゴムタイヤを備えている場合など、荷役するコンテナの重心位置の偏心等により移動体2が移動方向yに起伏することがある。移動体2の起伏とは、移動体2の後方側に比べて前方側が上がったり下がったりすることをいう。移動体2が起伏すると走行面8に対する発信部9の傾きや位置が変化する。検知領域Sは発信部9に対する相対位置が固定されているため、発信部9の傾き等にともないその位置が変化してしまう。
When the portal crane is provided with rubber tires, the
台形の検知領域Sを設定することにより、移動体2が起伏したとしても走行面8に形成される基準線16が検知領域Sの内側になる状態を維持できる。基準線16が検知領域Sの外側に位置する場合、障害物がないにも関わらず、障害物検知システム1は障害物ありと判定してしまう。移動体2が起伏する場合であっても、障害物の有無を判定する際の精度を向上することができる。図7では説明のため移動体2に起伏が発生していないときの検知領域Sの範囲および発信部9等の位置を一点鎖線で示している。
By setting the trapezoidal detection region S, it is possible to maintain a state in which the
なお走行面8が全体的に傾斜している場合は、走行面8とともに移動体2も傾斜するため、検知領域Sが長方形であっても検知領域Sの内側に基準線16が位置することになる。移動体2が自動車など起伏し難い機器の場合には、検知領域Sを長方形に設定しても障害物の有無を精度よく判定できる。
When the traveling
ここで走行面8の上下方向zにおける凹凸が比較的大きい場合は、検知領域Sを台形で構成することで移動体2が移動にともない振動したとしても、基準線16が検知領域Sの内側となる状態を維持し易くなる。また検知領域Sを長方形に設定しても、短辺18a、18bを比較的長く設定することで、基準線16が検知領域Sの内側となる状態を維持し易くなる。
Here, when the unevenness in the vertical direction z of the traveling
一方で走行面8に凹凸がほとんどない場合は、検知領域Sの短辺18a、18bを比較的短く設定することができる。基準線16を中心に上下方向zに例えば±30mmの範囲に短辺18a、18bの長さを設定すると、上下方向zの長さが30mmよりも大きい障害物を障害物検知システム1が検知できる。比較的小さな障害物を検知する必要がある場合には有利である。
On the other hand, when the running
この実施形態では一対の長辺17a、17bの長さが等しくなる等脚台形に検知領域Sが設定されているがこれに限定されない。例えば移動体2の前方側が下がることはあっても上がることがない場合には、下側の長辺17bに対して上側の長辺17aの方が長くなる台形に検知領域Sを設定することができる。
In this embodiment, the detection region S is set in an isosceles trapezoid in which the lengths of the pair of
図6に例示する実施形態と同様に台形の検知領域Sを複数に分割して設定する構成にしてもよい。 Similar to the embodiment illustrated in FIG. 6, the trapezoidal detection region S may be divided into a plurality of settings.
図8に例示するように発信部9によりレーザ光を走査する方向が、移動方向yに沿った方向であり、かつ横行方向xに傾く状態に設定することができる。この場合、基準線16が移動方向yに対して横行方向xに所定の角度αで傾く状態となる。この実施形態では門型クレーンの左右の脚部材4から内側に向かって基準線16が傾いている。
As illustrated in FIG. 8, the direction in which laser light is scanned by the transmitter 9 is a direction along the moving direction y and can be set to be inclined in the transverse direction x. In this case, the
この構成により横行方向xに対置される一対の走行装置3の内側となる位置に作業員等がいる場合であっても、この作業員を障害物検知システム1により検知することができる。つまり障害物検知システム1は、移動方向yと平行となる方向以外にも、横行方向xに範囲を広げて障害物を検知することができる。
With this configuration, even when a worker or the like is located at a position inside the pair of traveling
移動体2である門型クレーンが逆方向に走行する場合には、移動方向yの前方側となる発信部9等からレーザ光が照射され、移動体2の走行方向の前方側に基準線16が形成さ
れる。
When the portal crane that is the moving
図9に例示するように、一つの脚部材4に複数の発信部9および受信部10を備える構成にすることができる。一つの脚部材4に複数の発信部9および受信部10を設置する構成により、障害物を検知できる範囲を適宜広げることができる。
As illustrated in FIG. 9, a
この場合、例えば一方の発信部9等により移動方向yと平行となる方向の安全を検知して、他方の発信部9等により図8に例示する横行方向xに傾いた方向の安全を検知する構成にすることができる。図9の実施形態では二組の発信部9等が上下方向zに間隔をあけた状態で脚部材4に設置されている。
In this case, for example, the safety in the direction parallel to the moving direction y is detected by one transmission unit 9 or the like, and the safety in the direction inclined in the transverse direction x illustrated in FIG. 8 is detected by the other transmission unit 9 or the like. Can be configured. In the embodiment of FIG. 9, two sets of transmitting portions 9 and the like are installed on the
図10に例示するように基準線16が横行方向xと平行となる状態に設定することができる。一つの脚部材4に二つずつ発信部9等を設置して、移動方向yにおいて異なる位置に複数の基準線16を設定することができる。このとき検知領域Sは横行方向xと上下方向zとから成る平面に形成される四角形の領域である。障害物を検知できる範囲を横行方向xに広げるには有利である。
As illustrated in FIG. 10, the
移動体2は複数の基準線16を確認しながら走行する。この実施形態では移動体2は四本の基準線16を確認しながら走行する。基準線16の一部が途切れたりして認識できない場合は、移動体2の前方の安全性が低下しているとして、移動体2の減速等の制御を行なうことができる。
The moving
図11に例示するように門型クレーンや岸壁クレーンの吊具7に、障害物検知システム1を適用する構成にすることができる。この場合は吊具7に発信部9等が設置される。門型クレーン等がコンテナの荷役を行なうコンテナヤードには、蔵置されているコンテナの位置や高さを正確に把握する上位システムが配置されている。
As illustrated in FIG. 11, the
障害物検知システム1は、上位システムの情報に基づきコンテナが積み上げられている状況を把握できるので、この積み上げられたコンテナの側面および天面に沿って検知領域設定機構12で検知領域Sを設定することができる。この検知領域Sの内側にはコンテナの側面および天面からなる基準線16が形成される状態となる。この実施形態では上下方向zに対するレーザ光の進行方向の傾きθnは0度以上120度以下の範囲となる状態にレーザ光を走査させることができる。
Since the
基準線16の上に本来載置されるべきでないコンテナが載置されている場合には、充足率の値が小さくなる。この場合制御機構15等により吊具7の移動速度を減速したり停止させたりすることができる。基準線16の上に作業員がいる場合も、充足率の値が小さくなるので吊具7の停止等を行なえる。
When a container that should not be originally placed is placed on the
上記と同様に、トロリ6に障害物検知システム1を適用する構成にしてもよい。この場合はトロリ6の下面に発信部9等が設置される。
Similarly to the above, the
前述の実施形態における基準線16を形成する方向や検知領域Sの形状および数などは、適宜組み合わせて利用することができる。
The direction in which the
障害物検知システム1は、門型クレーンや岸壁クレーン等に限らず、障害物がないときに反射光が得られる反射地点Pnの集合体である基準線16の形状が既知である場合に利用することができる。例えば走行面8に沿って走行するシャシや自動車に設置することができる。また上位システムにより基準線16の形状を知ることができる吊具7に設置することができる。障害物検知システム1の採用により、移動体2を自動運転する際の安全性
を向上することができる。
The
1 障害物検知システム
2 移動体
3 走行装置
4 脚部材
5 梁部材
6 トロリ
7 吊具
8 走行面
9 発信部
10 受信部
11 比較機構
12 検知領域設定機構
13 判定機構
14 閾値設定機構
15 制御機構
16 基準線
17a 長辺(上側)
17b 長辺(下側)
18a 短辺(手前)
18b 短辺(奥)
θn (レーザ光の)角度
Pn 反射地点
S 検知領域
S1 検知領域(手前)
S2 検知領域(奥)
α (基準線の)角度
x 横行方向
y 移動方向
z 上下方向
DESCRIPTION OF
17b Long side (bottom)
18a Short side (front)
18b Short side (back)
θn (laser light) angle Pn reflection point S detection area S1 detection area (front)
S2 detection area (back)
α (reference line) angle x transverse direction y movement direction z vertical direction
Claims (14)
障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定する検知領域設定機構と、
前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて障害物の有無を判定する判定機構とを備えることを特徴とする障害物検知システム。 In an obstacle detection system comprising a transmitter that is installed on a moving body and emits laser light while changing an irradiation angle, and a receiver that receives reflected light of the laser light,
A detection area setting mechanism that presets a detection area in a peripheral area of a reflection point where the laser beam is reflected when there is no obstacle;
An obstacle detection system comprising: a determination mechanism that determines the presence or absence of an obstacle according to the reflected light reflected inside the detection area.
前記判定機構が、前記比較機構から得られる前記オンの信号の数と前記オフの信号の数との総数に対する前記オンの信号の数の割合である充足率を算出して、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がないと判定して、前記充足率が前記閾値よりも小さいときに障害物があると判定する構成を備える請求項1に記載の障害物検知システム。 When the reflection point that reflects the laser light is inside the detection area, an ON signal is sent to the determination mechanism, and when the reflection point that reflects the laser light is outside the detection area, an OFF signal is sent to the determination mechanism. With a comparison mechanism,
The determination mechanism calculates a sufficiency ratio that is a ratio of the number of ON signals to the total number of the ON signals and the OFF signals obtained from the comparison mechanism, and the sufficiency ratio is predetermined. The obstacle detection system according to claim 1, further comprising: determining that there is no obstacle when the threshold value is equal to or greater than a threshold value, and determining that there is an obstacle when the sufficiency rate is smaller than the threshold value.
障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定して、前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて判定機構が障害物の有無を判定することを特徴とする障害物検知方法。 In the obstacle detection method of irradiating the laser beam while changing the irradiation angle from the transmitter installed in the moving body, and receiving the reflected light of the laser beam at the receiver to detect the presence or absence of the obstacle,
When there is no obstacle, a detection area is set in advance around the reflection point where the laser beam is reflected, and the determination mechanism determines whether there is an obstacle according to the reflected light reflected inside the detection area. An obstacle detection method characterized by:
地点が前記検知領域の内側である場合にはオンの信号を、前記レーザ光を反射する反射地点が前記検知領域の外側である場合にはオフの信号を前記比較機構から前記判定機構に送り、
前記判定機構が、前記比較機構から得られる前記オンの信号の数と前記オフの信号の数との総数に対する前記オンの信号の数の割合である充足率を算出して、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がないと判定して、前記充足率が前記閾値よりも小さいときに障害物があると判定する請求項8に記載の障害物検知方法。 A comparison mechanism is arranged between the receiving unit and the determination mechanism, and when the reflection point that reflects the laser light is inside the detection region, an ON signal is reflected, and the reflection point that reflects the laser light. When the signal is outside the detection area, an off signal is sent from the comparison mechanism to the determination mechanism,
The determination mechanism calculates a sufficiency ratio that is a ratio of the number of ON signals to the total number of the ON signals and the OFF signals obtained from the comparison mechanism, and the sufficiency ratio is predetermined. The obstacle detection method according to claim 8, wherein it is determined that there is no obstacle when the threshold is equal to or greater than the threshold, and it is determined that there is an obstacle when the fullness rate is smaller than the threshold.
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