JP2921193B2 - 無人搬送車の光誘導装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無人搬送車の光誘導装置
に関し、床面とマーカとのコントラストが小さくても確
実にマーカ検出ができるように工夫したものである。

【０００２】

【従来の技術】無人搬送車は、工場等において物品を運
搬するのに用いられる。無人搬送車を誘導する手法とし
ては、床面に備えた光テープ（アルミテープ，ステンレ
ステープ）や白線を光学的に検出して光テープや白線に
沿い誘導していく光誘導方式や、磁気テープや電線（交
流電流を流している）を磁気的に検出して磁気テープや
電線に沿い誘導していく磁気誘導方式がある。現在のと
ころ、光誘導方式が多く採用されている。

【０００３】また最近では自律走行式の無人搬送車が開
発されている。この自律走行欲式の無人搬送車では、位
置検出誤差が積分されるため、走行コースの途中の定点
において位置誤差を補正することが必要である。そこで
定点に光テープを備え、この光テープを光学的に検出し
て定点補正をしている。つまり自律走行式では、光誘導
方式を利用して定点補正をしている。

【０００４】光誘導方式では、床面とマーカ（「光テー
プ」及び「白線」を以下「マーカ」と総称する）とのコ
ントラストの差を、無人搬送車の底面に備えた複数個の
フォトセンサやイメージセンサ（ＣＣＤラインセンサ）
により検出する。従来では各フォトセンサやイメージセ
ンサの検出信号を、一定レベル（固定レベル）のスレッ
シュホールドレベルにて二値化し、二値化信号を基にマ
ーカ位置を検出していた。つまり、マーカをとらえたフ
ォトセンサ（イメージセンサではＣＣＤ）から出力され
た信号レベルは大きくなるので、二値化信号がハイレベ
ルとなっているところを検出して、どのフォトセンサ
（ＣＣＤ）がマーカ上に位置しているかを求めることが
できる。そして、無人搬送車の中心に取り付けたフォト
センサ（ＣＣＤ）が光センサの上方に位置するように、
誘導をしていく。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで光誘導方式を
採用した従来技術では、次のような問題があった。 （１）床面とマーカとのコントラストに応じて、スレッ
シュホールドレベルを走行前に調整しなければならず面
倒である。また走行中はスレッシュホールドレベルが固
定されているため、走行コースの途中でコントラストが
急変すると、誘導ができなくなるおそれがある。 （２）マーカの他に明るい物が床面上に存在していた
り、マーカの汚れ等によりコントラストが小さくなった
り、マーカに欠損が生じたりしたときには、マーカを正
確に検出できず、誘導ズレや誤動作が生じることがあ
る。 （３）床面での反射光量が多いときにはイメージセンサ
の出力が飽和し、マーカと床面との区別がつかなくな
る。

【０００６】本発明は、上記従来技術に鑑み、マーカを
正確に検出することのできる無人搬送車の光誘導装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、無人搬送車の底面に、無人搬送車の進行方
向に直交する向きで配置されており、床面及び床面上に
備えたマーカを光学的に検出する直線状のイメージセン
サと、イメージセンサから出力されたセンサ信号を二値
化するためのスレッシュホールドレベルを、床面とマー
カとのコントラストに応じて決定し、このスレッシュホ
ールドレベルを基準としてセンサ信号を二値化し、二値
化した信号からマーカ候補を検出してマーカ候補の中心
及び幅を演算するとともに、前記イメージセンサの電荷
蓄積時間を可変にする信号処理部と、信号処理部で検出
されたマーカ候補の幅と設定幅とを比較し、更にマーカ
候補の中心の連続性を判定することにより真のマーカを
検出するコンピュータと、を有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】センサ信号を二値化するスレッシュホールドレ
ベルは、床面とマーカとのコントラストに応じて変化す
る。そしてマーカ候補の幅や連続性から真のマーカを検
出する。また、反射光量が多いときには、イメージセン
サでの電荷の蓄積時間を短くし、イメージセンサの飽和
を防ぐ。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１は本発明を適用した無人搬送車１を示
す。この無人搬送車１は、操舵と駆動の機能を有する前
輪２と、従動回転する２個の後輪３を有する三輪車タイ
プである。前輪１には移動距離を検出するエンコーダ４
が備えられている。無人搬送車１の底面には、前端側及
び後端側にそれぞれ密着型イメージセンサ５，６が取り
付けられている。この密着型イメージセンサ５，６は、
２０４８画素分のＣＣＤを直線配列したラインセンサ
に、倍率が１のセルフォックレンズを備えたものであ
り、無人搬送車１の進行方向Ａに対し直交する向きに配
置されている。この密着型イメージセンサ５，６は、床
面７上に描かれた白線（マーカ）８を光学的に検出す
る。無人搬送車１には、更に制御系が備えられており、
この制御系については、図２を参照して説明する。

【００１０】図２に示すように、イメージセンサ５に蓄
積されたセンサ信号はサンプルホールド回路１１により
サンプリングされ、アンプ１２で増幅されてからＡ／Ｄ
変換器１３でデジタル信号に変換される。デジタル信号
となった１ライン分のセンサ信号は一旦、高速ラインバ
ッファ１４に格納されてから、デジタル・シグナル・プ
ロセッサ（ＤＳＰ）１５さらにはメモリ（ＲＡＭ）１６
に送られる。一方、エンコーダ４から出力されたエンコ
ード信号はコンピュータ（ＣＰＵ）１７に送られる。コ
ンピュータ１７は、メモリ１６に記憶されているセンサ
信号を取り出して、後述する演算をする。メモリ１６
は、ＤＳＰ１５とＣＰＵ１７のコモンメモリとなってい
る。なお、イメージセンサ５にも図２と同一構成の信号
処理系が接続されている。

【００１１】デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）１５は、床面７とマーカ８とのコントラストに応じ
てスレッシュホールドレベルを設定し、設定したスレッ
シュホールドレベルを基準にしてセンサ信号を二値化す
る。更に二値化後に、数個のマーカ候補を検出し、各マ
ーカ候補の中心及び幅を演算する。演算の詳細は後述す
る。また、ＤＳＰ１５はイメージセンサ５での電荷の蓄
積時間を可変にする。つまり、イメージセンサ５のＣＣ
Ｄ出力の平均レベルが、設定値未満であるときには蓄積
時間を１０（ｍ sec）とし、設定値以上となると蓄積時
間を６（ｍ sec）とする。

【００１２】コンピュータ（ＣＰＵ）１７は、ＤＳＰ１
５で検出されたマーカ候補の幅と設定幅を比較したり、
マーカ候補の連続性から真のマーカを認識・検出する。
なお、マーカの連続性を見るため、エンコード信号から
無人搬送車１の移動距離を得ている。ＣＰＵ１７の演算
の詳細は後述する。

【００１３】結局、ＤＳＰ１５により画像処理技術を適
用してマーカ候補の幅と中心を検出し、ＣＰＵ１７によ
り真のマーカ検出をする。更に、反射光量の多いときに
は、イメージセンサでの電荷蓄積時間を短くする。

【００１４】マーカ検出はＤＳＰ１５とＣＰＵ１７が共
に働いて演算して求めるものである。この演算を機能的
に大別すると、（ｉ） 真のマーカを認識検出までの大
局処理と、（ii） 真のマーカを検出後にマーカを追跡
していく局所処理と、になる。局所処理をすることによ
り、マーカのコントラスト条件が悪くても無人搬送車の
誘導を可能にする。

【００１５】次に図３及び図５のフロー図を中心にして
大局処理について説明する。まず図３を基に、デジタル
・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）１５による大局処理
について説明する。

【００１６】図３に示すようにデジタル・シグナル・プ
ロセッサ（ＤＳＰ）１５は、高速ラインバッファ１４か
らセンサ信号を入力し（ステップ１）、２０４８画素分
のセンサ信号（１ライン分のデータ）からデータの間引
きをして１２８画素分を抜き出す（ステップ２）。デー
タの間引きは、第１６，第３２，第４８，第６４…画素
という如く、１６画素間隔で抽出して行う。

【００１７】ステップ３ではヒストグラムを作成する。
例えばセンサ出力が図４（ａ）に示すような波形である
ときには、センサ信号を間引いたデータから、図４
（ｂ）に示すように、横軸を諧調（明るさ）、縦軸を画
素数としたヒストグラムを作成する。

【００１８】ステップ４ではヒストグラムの重心（レベ
ル）を計算する。この計算は次式（１）により行う。

【００１９】

【数１】

【００２０】ステップ５では、ヒストグラムの重心（レ
ベル）を基準、つまりスレッシュホールドレベルとして
センサ信号を二値化して図４（ｃ）に示す二値化データ
を得る。このようにヒストグラム重心（レベル）を基準
にして二値化するため、床面上のコントラストに合せて
スレッシュホールドレベルを可変にして二値化すること
ができるのである。二値化データにおいて、ハイレベル
部分は床面上で明るい部分を示しており、この明るい部
分としてはマーカや他の明るい部材がある。

【００２１】ステップ６では、二値化データにおいてハ
イレベル信号と他のハイレベル信号との間が短い区間を
埋めてハイレベル信号をつなぐ。図４（ｄ）は凹埋処理
をした二値化データを示す。更に、凹埋処理した二値化
データ（図４（ｄ））のハイレベル信号のうち、設定幅
以下のものを削除して凸削除処理し、図４（ｅ）に示す
二値化データを得る。

【００２２】ステップ７ではマーカ候補を最大で３個ま
で求める。図４（ｅ）ではハイレベル信号となっている
部分Ｍ１，Ｍ２がマーカ候補となる。

【００２３】ステップ８では、マーカ候補のうちで最大
幅のものと設定幅（７２mm）とを比較する。設定幅（７
２mm）は、マーカ幅が５０mmであり、無人搬送車がマー
カに対し４５°傾いて進行するときに検出マーカ幅が約
７０mmになることを考慮して設定した。そしてマーカ候
補の最大幅が設定幅以下であるときには、ステップ１３
に移り、ＤＳＰ１５のデータ（マーカ候補データ）をコ
ンピュータ１７へ転送する。一方、マーカ候補の最大幅
が設定幅を越えるときにはステップ９に移る。

【００２４】ステップ９では、Ｐ−タイル法により二値
化レベル（スレッシュホールドレベル）を決定する。Ｐ
−タイル法とは、センサ出力の中で明るい画素から任意
な設定画素数だけ取ったとき、その設定画素数に相当す
るところの諧調（明るさ）を検出し、その諧調でセンサ
出力を二値化する方法である。そしてステップ１０で
は、Ｐ−タイル法により求めたレベルを基準にしてセン
サ信号を二値化する。

【００２５】ステップ１１では凹埋処理，凸削除処理を
し、ステップ１２では、最大２個のマーカ候補を得る。
そしてステップ１３に移り、マーカ候補データをコンピ
ュータ１７へ送る。

【００２６】次に図５を基にコンピュータ１７による大
局処理を説明する。ステップ２１では、マーカ候補の検
出幅がマーカ設定幅（マーカの実際幅）に対応するかチ
ェックし、検出幅がマーカ設定幅に対し大きくズレるマ
ーカ候補を除去する。

【００２７】ステップ２２では、マーカ候補を前回サン
プリング時のマーカ候補と対応づける。前回マーカ中心
画素と今回マーカ中心画素の差が±２０mm以内であれ
ば、マーカは連続していると判断する。

【００２８】ステップ２３では、マーカ候補の連続性か
ら真のマーカか否か判断する。マーカ候補が連続する距
離が設定距離（例えば約１００mm）以上のとき、真のマ
ーカと判断する。但し定点補正時には設定距離を例えば
５０mm程度に短くする。前記設定距離は可変にでき、距
離はエンコード信号から求めている。

【００２９】ステップ２２，２３により真のマーカを検
出する状態を図６に示す。イメージセンサ５が時刻ｔ
１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５のときに図６（ａ）に示す
位置にあったときには、各位置におけるマーカ候補は図
６（ｂ）に示すように検出される。そしてマーカ候補Ｍ
０は連続しているので、Ｍ０を真のマーカと判断するの
である。

【００３０】ステップ２４では真のマーカが中心画素を
検出し、次にステップ２５で局所処理に移行する。

【００３１】図７及び図８を基に局所処理について説明
する。図７はデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）１５による局所処理を示している。ＤＳＰ１５の局
所処理は、図３に示す大局処理とほぼ同じである。異な
るところは、ステップ３３と、ステップ３８である。ス
テップ３３では、真のマーカの中心画素を中心として、
イメージセンサ５の視野を１／２に限定する。つまり真
のマーカ中心を中心としてセンサの半分のエリアの画素
情報のみを使用し、他のエリアの画素情報を捨ててしま
う。このように、真のマーカ及びこの近くの部分を示す
情報のみで信号処理をするため、床面とマーカとのコン
トラストが小さくてもマーカ検出が正確にできる。一
方、ステップ３８では、マーカ候補を最大２個検出す
る。

【００３２】図８はコンピュータ１７による局所処理を
示す。ステップ５１ではマーカ候補の検出幅がマーカ設
定幅に対応するかチェックする。

【００３３】ステップ５２ではマーカ候補と真のマーカ
とを対応付ける。マーカを検出できない距離がある距離
連続するとマーカ検出を終了する。そして、前回マーカ
中心画素と今回マーカ中心画素の差が±２０mm以内であ
れば、マーカは連続していると判断する。

【００３４】ステップ５３では、マーカの連続性から次
回のサンプル時にマーカの中心がどこに移行しているか
あらかじめ予測しており、その中心位置を予測マーカ中
心位置とする。この予測マーカ中心位置と検出マーカ中
心位置の差が±２０mm以内であれば、検出マーカ中心画
素を制御に用いる。しかし、検出マーク幅が狭いとき
は、予測マーカ中心画素を制御に用いる。

【００３５】ステップ５４では、マーカ中心の急激な変
化をなめらかにするため、マーカ中心画素を示すデータ
をローパス・フィルターに通す。

【００３６】ステップ５５では、イメージセンサの視野
を半分に制限する視野先頭画素の計算をする。

【００３７】ステップ５６では無人搬送車の中心とマー
カ中心との誤差計算をし、ステップ５７では無人搬送車
のステアリング制御をする。定点補正をする場合にはス
テップ５８にて定点補正時に無人搬送車の位置を検出す
る。

【００３８】ところでデジタル・シグナル・プロセッサ
（ＤＳＰ）１５は、図３に示す大局処理や、図７に示す
局所処理に入る前に、イメージセンサ５，６での電荷の
蓄積時間の制御をする。この制御動作を図９を参照して
説明する。

【００３９】ＤＳＰ１５はコンピュータ１７からの割込
命令により動作がスタートする（ステップ６１）。ステ
ップ６２では、イメージセンサ５のＣＣＤ出力（センサ
信号）の平均レベルを、あらかじめ決めた設定値と比べ
る。ＣＣＤ出力平均レベルが設定値より小さいときに
は、イメージセンサ５で飽和は生じないので、ＣＣＤ蓄
積時間を１０（ｍ sec）とする（ステップ６３）。

【００４０】一方、ＣＣＤ出力平均レベルが設定値以上
のときには、ＣＣＤ蓄積時間を６（ｍ sec）と短くす
る。このように蓄積時間を短くしたので、反射光強度が
強くても、イメージセンサ５が飽和することはない。そ
してプログラムカウンタで４（ｍ sec）ウエイトする。

【００４１】ステップ６３又はステップ６４，６５で得
たＣＣＤ出力は、ステップ６６にてＤＳＰ１５により信
号処理され、マーカ検出が行なわれる。なお、イメージ
センサ６に対しても、同様な蓄積時間の制御を行なって
いる。

【００４２】図１０（ａ）はイメージセンサ５が飽和し
たときのセンサ信号を示しており、このときにはマーカ
と床面との区別ができない。図１０（ｂ）は床面状態を
同じにして蓄積時間を６（ｍ sec）と短くしたときの状
態を示しており、マーカと床面との区別ができることが
理解できる。

【００４３】

【発明の効果】以上実施例を基に具体的に説明したよう
に本発明によれば、スレッシュホールドレベルを床面と
マーカとのコントラストに応じて変化するので、走行路
の途中でコントラストが急変したり、コントラストが小
さくても、正確にマーカの検出ができる。また、マーカ
候補の連続性から真のマーカを検出しているので、マー
カ以外の明るい物が床面に存在しても明るい物を、マー
カとまちがえて認識することはなく、正確に誘導をする
ことができる。更に、反射光量が多いときには、イメー
ジセンサの電荷蓄積時間を短くして飽和を防いでいるた
め、光反射の多い床面上でも正確にマーカの検出ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】無人搬送車を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図３】デジタル・シグナル・プロセッサによる大局処
理を示すフロー図である。

【図４】大局処理における各信号の波形を示す波形図で
ある。

【図５】コンピュータによる大局処理を示すフロー図で
ある。

【図６】マーカの連続性から真のマーカを検出する手法
を示す説明図である。

【図７】デジタル・シグナル・プロセッサによる局所処
理を示すフロー図である。

【図８】コンピュータによる局所処理を示すフロー図で
ある。

【図９】電荷蓄積時間を可変する制御を示すフロー図で
ある。

【図１０】イメージセンサが飽和したときと飽和しない
ときの信号を示す波形図である。

【符号の説明】 １ 無人搬送車 ２ 前輪 ３ 後輪 ４ エンコーダ ５，６ 密着型イメージセンサ ７ 床面 ８ 白線（マーカ） １１ サンプルホールド回路 １２ アンプ １３ Ａ／Ｄ変換器 １４ 高速ラインバッファ １５ デジタル・シグナル・プロセッサ １６ メモリ １７ コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無人搬送車の底面に、無人搬送車の進行
   方向に直交する向きで配置されており、床面及び床面上
   に備えたマーカを光学的に検出する直線状のイメージセ
   ンサと、 イメージセンサから出力されたセンサ信号を二値化する
   ためのスレッシュホールドレベルを、床面とマーカとの
   コントラストに応じて決定し、このスレッシュホールド
   レベルを基準としてセンサ信号を二値化し、二値化した
   信号からマーカ候補を検出してマーカ候補の中心及び幅
   を演算するとともに、前記イメージセンサの電荷蓄積時
   間を可変にする信号処理部と、 信号処理部で検出されたマーカ候補の幅と設定幅とを比
   較し、更にマーカ候補の中心の連続性を判定することに
   より真のマーカを検出するコンピュータと、 を有することを特徴とする無人搬送車の光誘導装置。