JP2019045382A - 空間認識装置、空間認識方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】静止構造物が同じパターンで数多く並び多様な物体が載置される空間内において、移動体が現在存在する位置やその位置の近傍に載置される物体を容易にまた低コストに認識できる技術を提供する。
【解決手段】空間認識装置１が、検出範囲に位置する移動体１０に取り付けられた反射板Ｒ１に光を照射しその反射光を受光する光学装置２ａ〜２ｃから光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得する。空間認識装置は、検出範囲の各座標における反射光から得られる情報の分布に基づいて反射板が設けられた移動体との位置関係を少なくとも判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間認識装置、空間認識方法、プログラムに関する。

ある空間内を移動する移動体の位置を認識するために、照射した光の反射光を解析する技術が特許文献１、特許文献２に開示されている。

特開平７−１５２４３４号公報 特開２００２−１８８９１８号公報

多様な物体が載置され静止構造物が同じパターンで数多く並んでいるような空間内において、運搬装置やその運搬装置によって運ばれる物体などの移動体の位置やそれらの移動体の移動に基づく作業の良否を容易にまた低コストに認識できる技術が必要となっている。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる空間認識装置、空間認識方法、プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、空間認識装置は、検出範囲に位置する移動体に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の状態を解析する解析部、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、空間認識方法は、検出範囲に位置する移動体に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の状態を解析することを特徴とする。

本発明の第３の態様によれば、プログラムは、空間認識装置のコンピュータを、検出範囲に位置する移動体に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の状態を解析する解析手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、多様な物体が載置され静止構造物が同じパターンで数多く並んでいるような空間内において、運搬装置やその運搬装置によって運ばれる物体などの移動体の位置やそれら移動体の移動に基づく作業の良否を容易にまた低コストに認識することができる。

本発明の一実施形態による空間認識システムの概要を示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態によるセンシング情報の具体例を示す図である。 本発明の一実施形態による移動体の座標の算出概要を示す図である。 本発明の一実施形態による反射板の第一の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態による反射板の第二の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置の最小構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態による空間認識装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による空間認識装置を備えたフォークリフトを含む空間認識システムの概要を示す図である。
図１で示すフォークリフト１０は、多様な物体が載置され静止構造物が同じパターンで数多く並んでいるような空間内を移動する移動体の一例である。フォークリフト１０はフォークリフト１０の移動できる空間に載置されるコンテナ２０等の荷物を運搬する。フォークリフト１０には反射板Ｒ１が設けられている。またフォークリフト１０が運搬するコンテナ２０等の荷物には反射板Ｒ２が設けられている。反射板Ｒ１、反射板Ｒ２・・を総称して反射板Ｒと呼ぶこととする。フォークリフト１０が複数のコンテナ２０を同時に運搬する場合にはそれら複数のコンテナ２０それぞれに反射板Ｒが設けられてよい。

空間内に配置される静止構造物は例えば柱や壁などである。図１で示すように空間認識システム１００において一例としては角柱状や円柱状の柱にレーダ装置２が設けられる。図１においてはレーダ装置２ａ、２ｂ、２ｃのレーダ装置を示している。レーダ装置２ａ、２ｂ、２ｃを総称してレーダ装置２と呼ぶこととする。レーダ装置２は複数の柱や壁などの静止構造物に取り付けられていてよい。レーダ装置２は通信ネットワークを介して空間認識装置１と通信接続されている。レーダ装置２は、空間認識装置１の制御に基づいて空間内に光を照射し、その光の反射位置からの反射光を受光する。反射板Ｒにおいて反射しレーダ装置２で受光した反射光の受光強度は、反射板Ｒ以外の位置で反射してレーダ装置２で受光した反射光の受光強度に比べて強い。

レーダ装置２は検出範囲の像面を細かく分割した各ピクセルに対応する各反射位置それぞれに対して光を照射し、その反射位置から反射した反射光から得られる受光強度や距離の情報を空間認識装置１へ出力する。空間認識装置１は、光の反射位置に応じた反射光から得られる受光強度や距離等の情報をレーダ装置２から取得し、その情報の分布に基づいて反射板Ｒが設けられたフォークリフト１０やコンテナ２０の位置や状態を解析する。空間認識装置１は、反射板Ｒに設けられた反射領域の分布に基づいて、反射板Ｒが設けられたフォークリフト１０やコンテナ２０の識別情報を解析してもよい。また、空間認識装置１は、反射板Ｒに設けられた凹凸の分布に基づいて、反射板Ｒが設けられたフォークリフト１０やコンテナ２０の識別情報を解析してもよい。

図２は同実施形態による空間認識装置のハードウェア構成を示す図である。
空間認識装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＩＦ（Interface）２０２、通信モジュール２０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０５、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０６などの構成を備えている。通信モジュール２０３は空間認識装置１と通信を行う。ＩＦ２０２は、例えば空間認識装置１と通信接続された操作端末３との間のインタフェースである。

図３は同実施形態による空間認識装置の機能ブロックを示す図である。
空間認識装置１は制御部１０１、解析部１０２、移動体情報取得部１０３、表示部１０４、記録部１０５の各機能部を備える。
制御部１０１は、空間認識装置１に備わる各機能を制御する。
解析部１０２は、検出範囲に位置するフォークリフト１０やコンテナ２０等の移動体に設けられた反射板Ｒに光を照射しその反射光を受光するレーダ装置２から光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得する。解析部１０２は、レーダ装置２の検出範囲の各座標における反射光から得られる情報の分布に基づいて反射板Ｒが設けられたフォークリフト１０やコンテナ２０等の移動体の位置や状態を解析する。
移動体情報取得部１０３は空間認識装置１が解析した結果検出したフォークリフト１０やコンテナ２０などの移動体ＩＤ等の情報を取得する。
表示部１０４は操作端末３に設けられたモニタ等に警告情報や移動体の位置情報などの表示情報を出力する。
記録部１０５は解析部１０２の解析結果等の情報をＲＯＭ２０４やＲＡＭ２０５等の記憶部に記録する。

図４は空間認識装置の処理フローを示す図である。
次に空間認識装置の処理フローについて順を追って説明する。
管理者は操作端末３を操作して空間認識装置１を起動する。これにより空間認識装置１の制御部１０１はレーダ装置２に処理開始を指示する。レーダ装置２は自装置の検出範囲の各方向に光を照射し、反射位置で反射した反射光を受光する。レーダ装置２は一例としては検出範囲に位置する各物体から反射した反射光の強度を、その光の照射方向毎に検出するものであってよい。レーダ装置２は１秒や数ミリ秒など所定の間隔毎に、検出範囲の各方向に照射した光の反射光の強度を空間認識装置１へ出力する。フォークリフト１０が移動することによりレーダ装置２の検出範囲も変動する。制御部１０１は所定の間隔毎に、レーダ装置２から受信した検出範囲内の各光照射方向に対応する反射光の受信強度やその反射光の反射位置までの距離を含むセンシング情報を生成する（ステップＳ１０１）。制御部１０１はセンシング情報を解析部１０２へ出力する。センシング情報には検出範囲の像面を細かく分割した各ピクセルを示す情報と、それら各ピクセルに対応する各反射位置からの反射光の受光強度と、各ピクセルに対応する反射位置までの距離とが少なくとも含まれる。

図５はセンシング情報の具体例を示す図である。
解析部１０２は検出範囲のセンシング情報を受信すると、センシング情報から受光量などの反射光強度が所定の値以上となる高強度範囲Ａ２のデータ群を取り出す。高強度範囲Ａ２のデータ群は、一例としては検出範囲内において反射光の強度（受光量）が高い高強度範囲Ａ２に対応する照射位置からの反射光の強度を示す。図５で示す高強度範囲Ａ２のデータ群は、当該範囲Ａ２において縦方向１３行、横方向１７列の分割された各ピクセルの光の照射方向に対応する反射光の強度を一例として示している。解析部１０２は高強度範囲Ａ２の各ピクセルの列方向に順次、反射光強度が閾値以上かを判定し、反射高強度が閾値以上のピクセルを特定する。解析部１０２はその反射光強度が閾値以上のピクセルの特定処理を高強度範囲Ａ２の各行について行う。解析部１０２は反射光強度が閾値以上のピクセル群の範囲を、解析対象の反射板Ｒの範囲と判定する（ステップＳ１０２）。

高強度範囲Ａ２において解析部１０２が検出した反射板Ｒと推定される範囲のピクセル群の列方向や行方向の範囲が所定のピクセル数未満である場合には、解析部１０２はほぼ反射板Ｒの範囲が点として認識されるような遠い位置にフォークリフト１０やコンテナ２０等の移動体が位置すると判定できる。また高強度範囲Ａ２において解析部１０２が検出した反射板Ｒと推定される範囲のピクセル群の列方向や行方向の範囲が検出範囲の全体を覆うようなピクセル数以上である場合には、解析部１０２は反射板Ｒが設けられたフォークリフトやコンテナ２０などの移動体はかなり近い位置に位置すると判定できる。解析部１０２は一例としては、反射板Ｒと推定される範囲のピクセル群が点として認識されるような数少ないピクセル数で構成される場合には、移動体は遠い位置であると推定できるためそれら反射板Ｒと推定される範囲を解析対象から除くようにしてもよい。解析部１０２は解析対象の反射板Ｒの範囲と判定した高強度範囲Ａ２内の各ピクセル番号やそれぞれのピクセルの反射光強度と各ピクセルが示す反射位置までの距離を含む反射板データを生成する（ステップＳ１０３）。

解析部１０２は反射板データをセンシング情報内から生成した場合、その反射板データが示す反射板Ｒの範囲の形状をパターン認識により解析する（ステップＳ１０４）。解析部１０２は認識した反射板Ｒの形状を示す形状ＩＤを移動体情報取得部１０３へ出力する。移動体情報取得部１０３は形状を示す形状ＩＤに紐づいてＨＤＤ２０６等の記憶部に記録される移動体ＩＤを読み取る（ステップＳ１０５）。なお、ある特定の反射板Ｒの形状には一つの移動体ＩＤのみが紐づいてＨＤＤ２０６に記録されていることとする。移動体ＩＤは例えばフォークリフト１０のＩＤや、コンテナ２０のＩＤであってよい。

解析部１０２は同じ移動体ＩＤの検出した各反射板データに対応するセンシング情報を特定し、それらセンシング情報を送信した各レーダ装置２を特定する。例えば図１に示すようにレーダ装置２ａ、２ｂ、２ｃそれぞれの出力したセンシング情報から生成された反射板データに基づいて、解析部１０２が同じ移動体ＩＤを同時刻と推定できる時間内に検出したとする。この場合、解析部１０２はレーダ装置２ａ、２ｂ、２ｃの座標をＨＤＤ２０６から読み取る（ステップＳ１０６）。解析部１０２は、ステップＳ１０５で読み取った移動体ＩＤを所定の時間内で３以上のレーダ装置２からのセンシング情報により生成された反射板データに基づいて検出できたかを判定する（ステップＳ１０７）。Ｙｅｓの場合には解析部１０２は、各反射板データから得られる反射板Ｒの範囲の中央部分のピクセルの距離を取得する。そして解析部１０２はその移動体ＩＤが示す移動体の位置を算出する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０７の判定がＮｏの場合にはステップＳ１０１の処理に戻り、レーダ装置２から受信した信号に基づいて次のセンシング情報の生成からの処理を繰り返す。

図６は移動体の座標の算出概要を示す図である。
解析部１０２は複数のレーダ装置２それぞれの位置と、各レーダ装置２から反射板Ｒの中央部分までの距離とを取得すると、それらの情報に基づいて移動体の位置を算出する。例えば解析部１０２は、レーダ装置２ａの座標（ｘ１，ｙ１）を中心としそのレーダ装置２ａからフォークリフト１０の反射板Ｒの中央部分までの距離Ｌ１を半径とする第一の円と、レーダ装置２ｂの座標（ｘ２，ｙ２）を中心としそのレーダ装置２ｂからフォークリフト１０の反射板Ｒの中央部分までの距離Ｌ２を半径とする第二の円と、レーダ装置２ｃの座標（ｘ３，ｙ３）を中心としそのレーダ装置２ｃからフォークリフト１０の反射板Ｒの中央部分までの距離Ｌ３を半径とする第三の円との交点を算出する。解析部１０２はその交点をステップＳ１０５で読み取った移動体ＩＤが示すフォークリフト１０の座標であると特定する。同様に解析部１０２はフォークリフト１０に積載されるコンテナ２０の座標を算出する。

出力部１０４は解析部１０２の算出したフォークリフト１０やコンテナ２０等の移動体の位置とその移動体のＩＤを操作端末３の表示部に表示された空間地図上に出力する（ステップＳ１０９）。出力部１０４は移動体ＩＤに基づいてＨＤＤ２０６から移動体名を読み取り、その移動体名を移動体ＩＤと共に空間地図上に出力してもよい。また出力部１０４は移動体ＩＤに基づいてその移動体がコンテナ２０である場合には、コンテナ２０に含まれる商品名、商品ＩＤ、量などの情報をＨＤＤ２０６から読み取って空間地図上に出力してもよい。これにより管理者は空間における移動体の位置やその他の属性情報を認識することができる。制御部１０１は処理を終了するかを判定する（ステップＳ１１０）。制御部１０１は処理を終了しない場合にはステップＳ１０１からの処理を繰り返すよう制御する。

解析部１０２は移動体ＩＤそれぞれについて上述の位置の検出の処理を繰り返し行うことで、移動体それぞれの位置の遷移を検出することができる。これにより、解析部１０２はフォークリフト１０の移動軌跡、コンテナ２０の移動軌跡などを解析することができる。移動軌跡はフォークリフト１０やコンテナ２０などの各移動体の所定の間隔の時刻毎の３次元空間内の位置により示される情報である。解析部１０２はその移動体の軌跡が所定のパターンかどうか、速度が所定の速度であったかを解析して移動の状態の良否を判定するようにしてもよい。例えば解析部１０２は移動体の軌跡が所定のパターンから外れるパターンであると判定した場合は、移動体ＩＤに紐づけて移動体の移動状態が悪いことを示す情報をＨＤＤ２０６等に記録する。また解析部１０２はコンテナ２０の上げ下げの位置の軌跡に基づいて作業が丁寧であったか、安全であったかなどの情報を解析して、移動体ＩＤに紐づけてその解析結果を記録するようにしてもよい。

反射板Ｒは静止構造物に取り付けられていてもよい。例えば構造部に取り付けておくことで、その構造物の時間に応じた傾斜や移動を解析部１０２が解析するようにしてもよい。このような場合、静止構造物も移動体の一態様とすることができる。例えば棚のような静止構造物に反射板Ｒが取り付けられている場合、解析部１０２はその棚に設けられた反射板Ｒの位置の遷移に基づいて棚が倒れることを監視することができる。

上述の処理によれば空間認識装置１は、静止構造物が同じパターンで数多く並び多様な物体が載置される空間において移動する移動体の位置を容易に認識することができる。また空間認識装置１０は位置情報発信タグから発信された信号を解析して移動体の位置を特定する装置や、ＧＮＳＳなどによる位置を解析して移動体の位置を特定する装置を備えなくてよく、移動体Ｒに反射板Ｒが備え付ければよいため、システムを構成する装置のコストを軽減することができる。また空間認識装置１は電子回路に影響を及ぼす電波を用いずに光により移動体の位置を測定する為、電波信号の発信を抑制されるエリアにおける移動体の位置の認識に有用である。

なお上述の処理において解析部１０２は反射光強度が閾値以上となる範囲に基づいて反射板Ｒの範囲を判定している。しかしながら解析部１０２はさらに反射光強度が閾値以上となったピクセル範囲に隣接する反射光強度が閾値未満となったピクセルとの反射光強度の差が所定の閾値以上となる場合に、反射光強度が閾値以上となったピクセル範囲を解析対象の反射板Ｒの範囲と特定してもよい。

図７は反射板の第一の他の例を示す図である。
コンテナ２０に設けられた反射板Ｒ１やフォークリフト１０に設けられた反射板Ｒ２にはＱＲコード（登録商標）などの２次元コード情報Ｄが印刷されていてもよい。この場合、解析部１０２は反射板Ｒの範囲と判定した高強度範囲Ａ２において反射光強度が閾値未満となるピクセルと、反射光強度が閾値以上となるピクセルを２値に分けて、その２値画像が２次元コード情報Ｄであると判定する。解析部１０２は高強度範囲Ａ２内の２値画像に基づいて、２次元コード情報Ｄを解析する従来の手法により、その反射板Ｒが示す移動体のＩＤを読み取るようにしてもよい。

図８は反射板の第二の他の例を示す図である。
反射板Ｒは図７で示すように凹凸がもうけられていてもよい。この場合、解析部１０２は反射板Ｒの範囲と判定した高強度範囲Ａ２の各ピクセルに対応する反射位置までの距離を算出し、その距離に基づいて隣接するピクセル間の距離の差が大きいピクセルと、隣接するピクセル間の距離が小さいピクセルとを検出する。解析部１０２は隣接するピクセルとの距離の大小に基づいて各ピクセルを２値化して、その２値画像が２次元コード情報Ｄであると判定する。解析部１０２は高強度範囲Ａ２内の２値画像に基づいて、２次元コード情報Ｄを解析する従来の手法により、その反射板Ｒが示す移動体のＩＤを読み取るようにしてもよい。

図９は空間認識装置の最小構成を示す図である。
空間認識装置１は少なくとも解析部を備えればよい。
解析部１０２は、検出範囲に位置する移動体に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得する。解析部１０２は、検出範囲の各座標における反射光から得られる情報の分布に基づいて反射板が設けられた移動体の位置を少なくとも判定する。

上述の空間認識装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・空間認識装置
２・・・レーダ装置
３・・・操作端末
１０・・・フォークリフト
２０・・・コンテナ
１０１・・・制御部
１０２・・・解析部
１０３・・・車両情報取得部
１０４・・・表示部
１０５・・・記録部

Claims (8)

1. 検出範囲に位置する移動体に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の状態を解析する解析部、
   を備える空間認識装置。
2. 前記反射光から得られる情報の分布は前記反射光の強度が強度閾値を超える範囲の分布であり、前記解析部は、前記反射光の強度が強度閾値を超える範囲の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の位置を少なくとも解析する
   請求項１に記載の空間認識装置。
3. 前記反射光から得られる情報の分布は前記光の照射時刻から前記反射光の受信時刻までの時間に基づく前記各座標に対応する実空間上の反射点までの距離の分布であり、前記解析部は、前記反射光の距離の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の位置を少なくとも解析する
   請求項１に記載の空間認識装置。
4. 前記解析部は、前記反射板に設けられた反射領域の分布に基づいて、前記反射板が設けられた前記移動体の識別情報を解析する
   請求項２に記載の空間認識装置。
5. 前記解析部は、前記反射板に設けられた凹凸の分布に基づいて、前記反射板が設けられた前記移動体の識別情報を解析する
   請求項３に記載の空間認識装置。
6. 前記解析部は、前記移動体である荷物の移動状態に基づく作業の良否を解析する
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載の空間認識装置。
7. 検出範囲に位置する移動体に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の状態を解析する、
   空間認識方法。
8. 空間認識装置のコンピュータを、
   検出範囲に位置する移動体に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記移動体の状態を解析する解析手段、
   として機能させるプログラム。

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