JP2022136892A - 作業用車両及び作業用車両を用いた印字方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業用車両において、乗り越えられる凹凸部の制限をなくして、印字部が床面の凹凸部と接触することなく所定の印字を行えるようにする。【解決手段】凹凸部を有する床面にレーザ光源からレーザ光を照射したときにカメラで取得した印字時取得画像と、事前に床面の平面部にレーザ光源からレーザ光を照射したときにカメラで取得した事前取得画像とを比較して、床面の凹凸部の高さ及び位置を計測し、計測された床面の凹凸部の高さ及び位置に応じて、可動装置により印字部を水平方向及び鉛直上下方向に移動させて、印字部により印字データを床面に印字する。【選択図】図１

Description

本発明は、作業用車両及び作業用車両を用いた印字方法に関する。

建設現場では、作業に必要となる位置や線などを床や壁に記す墨出しという作業がある。従来の墨出し作業は作業者が測量器を用いて位置を決め、墨壺で線を引いている。

このような墨出し作業の負担を軽減するための技術として、特許文献１がある。
特許文献１では、安全かつ容易に設備機器等の据え付け位置の墨打ちを行うことができる据付面墨打ち方法として、据付面を移動可能な移動体のアクチュエータの二次元領域内でプリンターを旋回可能とし、かつ前記据付面との距離を印刷に適した所定距離に保ちながら移動させて任意の長さ及び任意の方向の墨線及び前記墨線の属性情報を印刷する。

特開２０１９－０３１９０１号公報

特許文献１では、印字ヘッドに取り付けられた倣いローラを据付面に接触させている。据付面に凸部がある場合、倣いローラがこの凸部上を移動することになるが、倣いローラに固定された印字ヘッドも同時に上下することにより、凸部と接触せずに所定の印字をすることができる。

しかしながら、倣いローラの径により乗り越えられる凸部が制限される。また、回避できる凸部の範囲が倣いローラの軌道上に限定されるという課題がある。

本発明の目的は、作業用車両において、乗り越えられる凹凸部の制限をなくして、印字部が床面の凹凸部と接触することなく所定の印字を行えるようにすることにある。

本発明の一態様の作業用車両は、凹凸部を有する床面の所定の位置に所定の印字データを印字する移動可能な作業用車両であって、前記印字データを前記床面に印字する印字部と、前記印字部を水平方向及び鉛直上下方向に移動させる可動装置と、前記床面にレーザ光を照射するレーザ光源と、照射した前記レーザ光を含む前記床面の床面画像を取得するカメラと、前記凹凸部を有する前記床面に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した印字時取得画像と、事前に前記床面の平面部に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した事前取得画像とを比較して、前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置を計測する計測部と、計測された前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置に応じて、前記可動装置により前記印字部を前記水平方向及び前記鉛直上下方向に移動させて、前記印字部により前記印字データを前記床面に印字するように制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の一態様の作業用車両用いた印字方法は、移動可能な作業用車両を用いて、凹凸部を有する床面の所定の位置に所定の印字データを印字する印字方法であって、印字部により、前記印字データを前記床面に印字する印字ステップと、可動装置により、前記印字部を水平方向及び鉛直上下方向に移動させる移動ステップと、レーザ光源により、前記床面にレーザ光を照射する照射ステップと、カメラにより、照射した前記レーザ光を含む前記床面の床面画像を取得する床面画像取得ステップと、前記凹凸部を有する前記床面に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した印字時取得画像と、事前に前記床面の平面部に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した事前取得画像とを比較して、前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置を計測する計測ステップと、計測された前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置に応じて、前記可動装置により前記印字部を前記水平方向及び前記鉛直上下方向に移動させて、前記印字部により前記印字データを前記床面に印字するように制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、作業用車両において、乗り越えられる凹凸部の制限をなくして、印字部が床面の凹凸部と接触することなく所定の印字を行うことができる。

実施例における作業用車両の全体構成例を示す図である。 実施例における作業用車両を進行方向から見た構成例を示す図である。 実施例における作業用車両のシステム構成図である。 実施例における印字制御フローである。 実施例における床面へ照射するラインレーザと印字ヘッドの動きを示す図である。 実施例における床面へ照射するラインレーザと取得画像を示す図である。 実施例における取得画像の画素と床面の凹凸部までの距離の関係を示す図である。

以下、図面を用いて、実施例について説明する。

図１を参照して、実施例の作業用車両の全体構成について説明する。
フレーム１０１は、作業用車両の全体を支える骨組みである。走行ユニット１０２には、作業用車両を走行させ、作業を行うために必要な電源、制御装置、通信装置、駆動装置などが収納されている。印字ユニット用フレーム１０３は、印字部可動装置１０４を支える骨組みである。印字ユニット用フレーム１０３は、図１の矢印に示すように、フレーム１０１に沿って前後方向に可動可能である。

印字部可動装置１０４は、印字部１０５と接続され、かつ印字ユニット用フレーム１０３を介して、印字部１０５を上下左右に可動させるための駆動装置である。これによって、作業用車両を移動させながら、印字部１０５自体を左右に移動させることで、余地面（床面）に所定の印字を行うことができる。

印字部１０５は、走行ユニット１０２からの指示に従って、インクを床面に噴出する装置である。印字部可動装置１０４と印字部１０５を合わせて印字ユニットと呼ぶ。レーザ光源１０６は、床面の凹凸部を計測するために床面に対してレーザ光を照射する装置である。カメラ１０７は、床面の凹凸部を計測するために照射したレーザ光を含む床面の画像を取得する装置である。

図２は、実施例の作業用車両を進行方向から見た構成例を示す図である。特徴を見やすくするために、走行ユニット１０２は図示していない。また、図１と同じ構成については同じ符号を付してある。

印字部可動装置１０４は、図示している矢印の通り、水平方向に移動することで、印字部１０５も連なって水平方向に移動させることができる。鉛直上下方向の移動については、印字部１０５を格納したい場合や、床面２０１と印字部１０５との距離を調節する際に利用する。

床面２０１に印字を行う印字部１０５を備えた作業用車両において、印字部可動装置１０４を水平方向に移動させながら、印字部１０５からインクを噴射することで印字を行う。しかし、床面２０１に凹凸部がある場合、印字部１０５部が凹凸と衝突し、印字ができない。あるいは、印字部１０５が破損する可能性が高い。

そこで、実施例では、印字部可動装置１０４にレーザ光源１０６とカメラ１０７を取り付ける。レーザ光源１０６とカメラ１０７は、床面２０１から一定の高さにする必要がある。印字部１０５は上下しても、レーザ光源１０６とカメラ１０７は上下しない仕組みが必要である。そこで、レーザ光源１０６とカメラ１０７は印字部１０５と同時に上下しないように、印字部可動装置１０４の上下しない外側表面もしくは印字ユニット用フレーム１０３などに固定することが望ましい。印字部１０５の上下量は、既知の床面２０１までの距離（平面時の床面まで距離）と計測した床面２０１までの距離の差になる。

例えば、印字部１０５からインクジェット等で吹付を行う場合、床面２０１との距離がばらつくと文字が歪んだり、文字サイズが変わったり、正確な直線が引けないなどの事態が発生する。よって、印字部１０５から床面２０１までの距離（ヘッドギャップ）を一定にするのが印字品質の観点から望ましい。尚、上記印字品質を求めない場合には、印字部１０５の高さを最大に維持したまま印字するのが好ましい。窪みがある場合も、印字部１０５を下げて、なるべくヘッドギャップを一定に保てるのが望ましい。

図３は、実施例の作業量車両の制御ブロックを示す図である。
走行ユニット１０２は、上位装置からの指示を受信する通信部４０１、装置全体を制御する全体制御部４０２、目標の位置までの移動を制御する走行制御部４０３、印字データ４０６を床面に印字する制御を行う印字制御部４０４、床面までの距離を計測する床面距離計測部４０５、印字データ４０６を格納するデータベース、事前取得画像３０１を格納するデータベース及び印字時取得画像３０２を格納するデータベースを有する。

このように、実施例における作業用車両は、凹凸部を有する床面２０１の所定の位置に所定の印字データを印字する移動可能な作業用車両である。作業用車両は、印字データを床面２０１に印字する印字部１０５と、印字部１０５を水平方向及び鉛直上下方向に移動させる可動装置（印字部可動装置１０４）と、床面２０１にレーザ光を照射するレーザ光源１０６と、照射したレーザ光を含む床面２０１の床面画像を取得するカメラ１０７と、凹凸部を有する床面２０１にレーザ光源１０６からレーザ光を照射したときにカメラ１０７で取得した印字時取得画像と、事前に床面２０１の平面部にレーザ光源１０６からレーザ光を照射したときにカメラ１０７で取得した事前取得画像とを比較して、床面２０１の凹凸部の高さ及び位置を計測する計測部（床面距離計測部４０５）と、計測された床面２０１の凹凸部の高さ及び位置に応じて、可動装置（印字部可動装置１０４）により印字部１０５を水平方向及び鉛直上下方向に移動させて、印字部１０５により印字データを床面に印字するように制御する制御部（印字制御部４０４）とを有する。

図４を参照して、実施例１における印字制御フローについて説明する。
最初に、作業用車両は印字位置へ移動する（ステップ５０１）。次に、印字部１０５の水平移動を開始する（ステップ５０２）。次に、レーザ光の照射を開始する（ステップ５０３）。
次に、床面画像を取得する（ステップ５０４）。次に、床面距離を計測する（ステップ５０５）。次に、印字部１０５を上下移動させて印字を行う（ステップ５０６）。次に、印字終了か否かを判定する（ステップ５０７）。

判定の結果、印字終了の場合は、印字部１０５の水平移動を停止する（ステップ５０８）。最後に、レーザ光の照射を停止する（ステップ５０９）。ステップ５０７の判定の結果、印字終了でない場合は、ステップ５０４に戻って、床面画像を取得する。

このように、実施例における印字方法は、移動可能な作業用車両を用いて凹凸部を有する床面２０１の所定の位置に所定の印字データを印字する。上記印字方法は、印字部１０５により、印字データを床面２０１に印字する印字ステップと、可動装置（印字部可動装置１０４）により、印字部１０５を水平方向及び鉛直上下方向に移動させる移動ステップと、レーザ光源１０６により、床面２０１にレーザ光を照射する照射ステップと、カメラ１０７により、照射したレーザ光を含む床面２０１の床面画像を取得する床面画像取得ステップと、凹凸部を有する床面２０１にレーザ光源１０６からレーザ光を照射したときにカメラ１０７で取得した印字時取得画像と、事前に床面２０１の平面部にレーザ光源１０６からレーザ光を照射したときにカメラ１０７で取得した事前取得画像とを比較して、床面２０１の凹凸部の高さ及び位置を計測する計測ステップと、計測された床面２０１の凹凸部の高さ及び位置に応じて、可動装置（印字部可動装置１０４）により印字部１０５を水平方向及び鉛直上下方向に移動させて、印字部１０５により印字データを床面２０１に印字するように制御する制御ステップと、を有する。

図５は上から見た印字時の印字部１０５の動きを示した図である。
床面２０１への印字を行う際、印字部１０５は水平可動方向へ移動する。このとき、印字部１０５より進行方向前方にレーザ光源１０６とカメラ１０７を配置し、後述する方法を用いて、凹凸部の高さを計測し、高さに応じて印字部１０５を鉛直方向へ移動させながら印字する。これにより、印字部１０５が凹凸部に衝突することなく、所定の印字を行うことができる。

図５に示すように、１行目印字後、印字ユニット用フレーム１０３を後方へ移動させ、次の印字範囲１０９にて印字部１０５を水平方向へ移動させることで２行目の印字を行う。また、レーザ光１０８を複数行に跨るように照射すると、現在の行の凹凸部の高さ計測と印字をしながら、次以降の行の凹凸部の高さも同時に計測することが可能である。

１行目に印字部１０５を左から右へ移動させ印字した後、２行目は印字部１０５を右から左へ移動させて印字すると効率がよい。しかし、右から左へ凹凸部の高さを計測しながら印字を行うためには、進行方向前方となる印字部１０５の左側にもレーザ光源１０６とカメラ１０７を配置する必要がある。しかしながら、事前に２行目の凹凸部の高さを計測することで、２行目行の凹凸部の高さの計測は不要となる。この結果、レーザ光源１０６とカメラ１０７を印字部１０５の左側に設ける必要がなくなる。

図５に示すように、レーザ光１０８の照射範囲は、印字部１０５の水平可動方向に対して垂直方向である印字ユニット用フレーム１０３の前後可動方向である。印字部１０５と共にレーザ光源１０６も印字部１０５の水平可動方向に移動しながら、印字面を輪切りにスキャンしていく。これにより、隙間なく全体の凹凸部を計測できる。また、スキャンした位置を記録しておくことで、どの位置にどの高さの凹凸部があったかがわかる。このように、印字部１０５は、水平可動方向に移動しつつ、印字ユニット用フレーム１０３の前後可動方向にも移動する。

このように、レーザ光源１０６とカメラ１０７は、水平方向に移動する印字部１０５の前方に配置され、制御部（印字制御部４０４）は、カメラ１０７によりレーザ光源１０６が照射したレーザ光を含む床面２０１の床面画像を取得しながら、印字部１０５により印字データを床面２０１に印字する。

また、可動装置（印字部可動装置１０４）を支え、かつ印字部１０５が移動する水平方向と垂直方向の前後に移動可能な可動フレーム（印字ユニット用フレーム１０３）を有し、制御部（印字制御部４０４）は、可動フレーム（印字ユニット用フレーム１０３）を垂直方向の前後に移動させながら、可動装置（印字部可動装置１０４）により印字部１０５を水平方向に移動させて、印字部１０５により印字データを床面２０１に印字する。

この際、制御部（印字制御部４０４）は、可動装置（印字部可動装置１０４）により印字部１０５を水平方向に移動させながら印字部１０５により床面２０１の第１の印字エリアに印字データを印字し、第１の印字エリアに印字データを印字した後に、可動フレーム（印字ユニット用フレーム１０３）を垂直方向の前後に移動させて、可動装置（印字部可動装置１０４）により印字部を１０５水平方向に移動させながら印字部１０５により床面２０１の第２の印字エリアに印字データを印字する。

また、レーザ光源１０６は、床面２０１の複数の印字エリアに跨るようにレーザ光１０８を照射し、制御部（印字制御部４０４）は、計測部（床面距離計測部４０５）により床面２０１の凹凸部の高さ及び位置を計測しながら、印字部１０５により複数の印字エリアに印字データを印字するように制御する。

図６（ａ）、（ｂ）は、レーザ光１０８としてラインレーザ光を床面２０１に照射している様子を示す図である。

最初に、図６（ａ）に示すように、事前に床面２０１の平面部にレーザ光源１０６からラインレーザ光１０８を照射したときの事前取得画像３０１を準備しておく。

次に、図６（ｂ）に示すように、床面２０１の凹凸部にレーザ光源１０６からラインレーザ光１０８を照射したときの事前取得画像３０２を取得する。凹凸部のある床面２０１に対して、レーザ光源１０６からラインレーザ光１０８を照射したとき、カメラ１０７で取得できる印字時取得画像３０２上ではラインレーザ光１０８は一部横にずれたように見える。

そして、印字時取得画像３０２と事前取得画像３０１とを比較することにより、床面２０１の凹凸部の高さ及び位置を床面距離計測部４０５にて計測する。

図７は、２つの画像上のレーザ位置の画素の差と、凹凸部からレーザ光源１０６までの距離の関係を示した図である。
事前取得画像３０１と印字時取得画像３０２との各Ｙ座標において、事前取得画像３０１でのレーザ点のｘ座標をｘ０、印字時取得画像３０２でのレーザ点のｘ座標をｘ１とすると、画像上でのレーザ点の移動画素数は（ｘ１－ｘ０）となる。

画像のｘ方向の最大画素数をＮｘ、床面２０１から距離Ｌだけ離れた位置にあるカメラ１０６で撮影した画像に収まるｘ方向の距離をＬｗとすると、レーザ点の移動距離Ｌｘは以下の式（１）で表すことができる。
Ｌｘ＝Ｌｗ÷Ｎｘ＊（ｘ１－ｘ０）・・・式（１）

また、レーザ光源１０６とカメラ１０７との距離をｄ、レーザ光源１０６から凹凸までの距離をＺｄとすると三角形の比から、Ｚｄは以下の式（２）で表すことができる。
Ｚｄ：ｄ＝（Ｌ－Ｚｄ）：Ｌｘ
Ｚｄ＊Ｌｘ＝ｄ＊（Ｌ－Ｚｄ）
（Ｌｘ＋ｄ）＊Ｚｄ＝ｄ＊Ｌ
Ｚｄ＝（ｄ＊Ｌ）÷（Ｌｘ＋ｄ）・・・式（２）

式（１）と式（２）より、Ｚｄは以下となる。
Ｚｄ＝（ｄ＊Ｌ）÷（（Ｌｗ÷Ｎｘ）＋ｄ）
Ｚｄ＝（Ｎｘ＊ｄ＊Ｌ）／（Ｎｘ＊ｄ＋Ｌｗ）

上記手法で計測した凹凸部までの距離Ｚｄに合わせて、印字部１０５を上下させながら印字することで、印字部１０５が凹凸部に衝突することなく床面２０１に対して印字を行うことができる。

上記実施例では、床面に対してラインレーザを照射しながら撮影した床画像と、予め用意する平面にラインレーザを照射したときの床画像とを比較することで凹凸部を計測する。これにより乗り越えられる凹凸部の制限をなくすことができる。印字時は床面の凹凸部に合わせて印字ヘッドを上下させる。また、ラインレーザを広範囲に照射することで２行目、３行目の凹凸部も事前に知ることができ、効率よく計測して印字することができる。

このように、上記実施例によれば、作業用車両において、乗り越えられる凹凸部の制限をなくして、印字部が床面の凹凸部と接触することなく所定の印字を行うことができる。

１０１ フレーム
１０２ 走行ユニット
１０３ 印字ユニット用フレーム
１０４ 印字部可動装置
１０５ 印字部
１０６ レーザ光源
１０７ カメラ
１０８ ラインレーザ光
１０９ 印字範囲
２０１ 床面
３０１ 事前取得画像
３０２ 印字時取得画像
４０１ 通信部
４０２ 制御部
４０３ 走行制御部
４０４ 印字制御部
４０５ 床面距離計測部

Claims (10)

1. 凹凸部を有する床面の所定の位置に所定の印字データを印字する移動可能な作業用車両であって、
   前記印字データを前記床面に印字する印字部と、
   前記印字部を水平方向及び鉛直上下方向に移動させる可動装置と、
   前記床面にレーザ光を照射するレーザ光源と、
   照射した前記レーザ光を含む前記床面の床面画像を取得するカメラと、
   前記凹凸部を有する前記床面に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した印字時取得画像と、事前に前記床面の平面部に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した事前取得画像とを比較して、前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置を計測する計測部と、
   計測された前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置に応じて、前記可動装置により前記印字部を前記水平方向及び前記鉛直上下方向に移動させて、前記印字部により前記印字データを前記床面に印字するように制御する制御部と、
   を有することを特徴とする作業用車両。
2. 前記レーザ光源と前記カメラは、
   前記水平方向に移動する前記印字部の前方に配置され、
   前記制御部は、
   前記カメラにより前記レーザ光源が照射した前記レーザ光を含む前記床面の前記床面画像を取得しながら、前記印字部により前記印字データを前記床面に印字することを特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
3. 前記可動装置を支え、かつ前記印字部が移動する前記水平方向と垂直方向の前後に移動可能な可動フレームを更に有し、
   前記制御部は、
   前記可動フレームを前記垂直方向の前後に移動させながら、前記可動装置により前記印字部を前記水平方向に移動させて、前記印字部により前記印字データを前記床面に印字することを特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
4. 前記制御部は、
   前記可動装置により前記印字部を前記水平方向に移動させながら前記印字部により前記床面の第１の印字エリアに前記印字データを印字し、
   前記第１の印字エリアに前記印字データを印字した後に、前記可動フレームを前記垂直方向の前後に移動させて、前記可動装置により前記印字部を前記水平方向に移動させながら前記印字部により前記床面の第２の印字エリアに前記印字データを印字することを特徴とする請求項３に記載の作業用車両。
5. 前記レーザ光源は、
   前記床面の複数の印字エリアに跨るように前記レーザ光を照射し、
   前記制御部は、
   前記計測部により前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置を計測しながら、前記印字部により複数の前記印字エリアに前記印字データを印字するように制御することを特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
6. 前記レーザ光源と前記カメラは、
   前記可動装置により前記印字部を前記鉛直上下方向に移動させる際に、前記鉛直上下方向に移動しないような位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の作業用車両。
7. 前記レーザ光源と前記カメラは、
   前記鉛直上下方向に移動しないような位置として、前記可動装置の外側に配置されることを特徴とする請求項６に記載の作業用車両。
8. 前記レーザ光源と前記カメラは、
   前記鉛直上下方向に移動しないような位置として、前記可動フレームに配置されることを特徴とする請求項６に記載の作業用車両。
9. 前記レーザ光源は、
   前記レーザ光として、ラインレーザ光を照射することを特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
10. 移動可能な作業用車両を用いて、凹凸部を有する床面の所定の位置に所定の印字データを印字する印字方法であって、
    印字部により、前記印字データを前記床面に印字する印字ステップと、
    可動装置により、前記印字部を水平方向及び鉛直上下方向に移動させる移動ステップと、
    レーザ光源により、前記床面にレーザ光を照射する照射ステップと、
    カメラにより、照射した前記レーザ光を含む前記床面の床面画像を取得する床面画像取得ステップと、
    前記凹凸部を有する前記床面に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した印字時取得画像と、事前に前記床面の平面部に前記レーザ光源から前記レーザ光を照射したときに前記カメラで取得した事前取得画像とを比較して、前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置を計測する計測ステップと、
    計測された前記床面の前記凹凸部の高さ及び位置に応じて、前記可動装置により前記印字部を前記水平方向及び前記鉛直上下方向に移動させて、前記印字部により前記印字データを前記床面に印字するように制御する制御ステップと、
    を有することを特徴とする作業用車両を用いた印字方法。

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