JP5207887B2 - 車両の位置を決定する方法および装置、コンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品 - Google Patents

Description

本発明の第１の態様は、請求項１の前文に記載の車両の位置を決定する方法に関する。

本発明の第２の態様は、請求項９の前文に記載の車両の位置を決定する装置に関する。

本発明はまた、コンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品に関する。

そのような方法が例えばDE 199 10 933 A1に記載されており、それらによれば、車両は経路または道に沿って移動可能であるとともに基本的に任意の曲線に沿って走行可能であって、位置決定のために経路に沿って一次元バーコードがマーカとして設置されている。

本発明はより詳細には、懸垂式モノレールのような車両、スタッカクレーン、クレーン設備、または他の移動可能な装置といった、経路に沿ってまたは所定の表面上または表面に対して平行に移動できる車両に関する。

位置決定の方法はさらに、EP 0 039 921 A2、DE 38 25 097 A1、EP 0 116 636 A1、DE 39 10 873 A1、DE 42 09 629 A1およびDE 43 09 863 C1に記載されており、前記システムには以下に説明する欠点がある。

ドイツ国特許出願公開第１９９１０９３３号明細書 欧州特許出願公開第００３９９２１号明細書 ドイツ国特許出願公開第３８２５０９７号明細書 欧州特許出願公開第０１１６６３６号明細書 ドイツ国特許出願公開第３９１０８７３号明細書 ドイツ国特許出願公開第４２０９６２９号明細書 ドイツ国特許発明第４３０９８６３号明細書

コード要素が道路に沿って一列または複数の並行したトラックとして並んでおり、これらを動きながら続けて読み取る必要があるため、位置決定の際の得られる精度はコードマークまたはその要素の長さによって制限されている。例えば光バリアなどのスキャン要素の空間分解能には限界があるため、コードキャリア上のコード要素の記録密度はある値を超えることが出来ない。したがって、コードキャリアの長さはある最低値よりも小さくすることはできないため、位置分解能には限界がある。

長い道路を、その道路に沿う方向に関して、十分な分解能で連続的にカバーするためには、たくさんのコードキャリアを有する必要があり、道路に沿ってコード内容を繰り返すのでなければ、それに応じて長いワード幅を有する必要がある。しかしながら、ワード幅を増加させることは個々のコードバリアの長さを急激に増加させるばかりでなく、コードリーダのコストや出費がかさむ。

また、コードキャリアが長いほど位置決定の分解能が低くなり、近年の工業生産ラインで望まれると同時に必要とされる適度な分解能で数キロにわたって行うのは困難である。この問題は、例えば汚染やコードキャリアの一部の破損に対する耐性を高めて故障のリスクや、場合によっては重大な結果につながる誤った位置決めを減らすなど、システムの信頼性を高めるためにコードキャリア上の冗長な情報を有する必要があるときにさらに悪化する。

前記システムの不便な点は、車両が停止した状態では位置決定がすぐに行えないことである。光送信によって動作するシステムは、機械的に複雑でコードキャリア変形を起こしやすい。前述のシステムはまた、コードリーダに対するコードキャリアの位置の変化に非常に敏感である。

したがって本発明の目的は、改良された位置分解能とより長い道路への適用を可能にする方法および装置を提供することであると考えることができる。また、オプションとして、車両が通常の経路からどのくらいずれているかに関する情報を提供する必要もある。さらに、適切なコンピュータプログラムも提供する。

本発明の第１の態様においてこの目的は、請求項１，２に記載の特徴を有する方法によって達成される。

本発明の別の態様においてこの目的は、請求項９，１０に記載の特徴を有する装置によって達成される。

最後にこの目的は、請求項１３，１４に記載の特徴を有するコンピュータプログラムと請求項１５，１６に記載の特徴を有するコンピュータプログラム製品によって達成される。

前述のタイプの方法をさらに発明的に展開すると、車両に搭載されたデジタルカメラでマーカを検出し、デジタルカメラの検出範囲内の少なくとも一つのマーカ位置からの画像処理によって、経路に沿った車両の主移動方向における、一つのまたは複数の所定マーカに対する車両の位置、および車両の主移動方向に対して直角をなす少なくとも一つの方向における車両の位置の決定が行われる。

前述のタイプの装置をさらに発明的に展開すると、経路に沿って位置するマーカを検出するために車両に搭載されたデジタルカメラと、デジタルカメラに接続された演算装置であって、デジタルカメラの検出範囲内の一つまたは複数の所定マーカ位置の画像に基づく画像処理によって、経路に沿った車両の主移動方向の少なくとも一つのマーカに対する車両の位置、および主移動方向に対して直角をなす少なくとも一つの方向に対する車両の位置を決定する演算装置とによって構成される。

本発明に係る方法の好適な変形例と、本発明に係る装置を効果的に展開したものが、従属クレームの主題を構成する。

本発明によれば、画像処理を用いれば車両の位置を非常に正確に決定することができることがまず認識され、それによれば、デジタルカメラの検出範囲内の特定のマーカ位置または場所が決定され評価される。

本発明の方法によれば、反射光または入射光のいずれかを用いた方法によって、特に停止車両の位置情報を提供することができる。

本発明の重要な利点は、従来技術の方法とは異なり、走行方向または移動方向に対する直角方向において位置決定を行うことができる点である。

走行方向に対して直角方向の情報は特に、温度の自動補正または荷重変化による曲げ変形において有利である。

本発明の別の利点は、これまで必要であった、例えば光バリアなどの、ずれや汚れに弱く集中的メンテナンスを要するスキャン要素が不要であるという点である。この利点は、特に移動方向に対して直角な方向の位置決定を行う際に重要であり、このような場合には、従来、異なる経路に対して多くのスキャン要素を並列して配置し、位置決定をしなければならなかった。

マーカは基本的に、図形的に表示可能なコードやマーキング類であり、デジタルカメラを使用してその構造が識別および評価でき、さらにそのために、その中に含まれる情報が識別および評価できる。

バーコード、特に二次元バーコードを使用することが望ましい。

したがって、所定のマーカに対して確立された相対位置を、特定の車両絶対位置と明確に関連づけるため、異なるマーカを使用した方が画像処理によってより明確に差別化することができる。

車両の主移動方向に対して直角な位置変化の検出可能な範囲は、マーカが経路に沿って複数の列で配置されている方が増大する。

デジタルカメラは、例えばＣＣＤやＣＭＯＳレシーバチップを搭載するなど、既知で入手可能な部品によって構成される。

本発明に係る方法の特に好適な変形例において、車両の主移動方向に対して直角方向における車両の位置変化は、デジタルカメラの検出範囲内にあるマーカ像の変化に基づき決定することができる。そのような変化は例えば、車両が主移動方向に対して横方向に移動し、経路から実質的に一定の距離で移動する場合に発生し、これは画像識別および画像評価方法を用いれば定量的に確立、評価することができる。主移動方向はｘ方向と呼ぶ。主移動方向に対して横方向をここでは、ｙ方向と呼ぶ。

さらに、またはこれに代わり、マーカ像の大きさの変化によって、経路に対する車両の距離変化を決定することができる。経路に対する車両のそのような距離変化は、ｚ方向における車両の移動に対応する。

確立した測定値をよりよく評価および関連づけるため、少なくともシステムを初めて使用する際には少なくとも１回の試運転を行い、車両の主移動方向に対する車両の相対位置と関連づけられた、車両の主移動方向に対して直角な少なくとも一つの車両相対位置を、記録および記憶することが望ましい。

容易に実施できる変形例において、主移動方向に対して直角の方向における車両の相対位置として決定された値が所定の許容差を超えている場合に、例えばエラー信号が出力される。

本発明の特に好ましい展開において、デジタルカメラの検出範囲、対象エリアまたは範囲におけるマーカ像の移動に基づき、車両に供給される負荷の重量を決定することができる。したがって、負荷の輸送を目的とした車両の重量の測定手段として使用することもできる。この目的のためにデジタルカメラを車両の部品と接続するのは適切であり、この部品は輸送する負荷を加えた際に弾性的に変形する。

単純な変形例において、デジタルカメラは例えばばねに結合することができ、このばねは車両のベースフレームまたはベースサポートに取り付けられる。

本発明に係る方法および本発明の装置を、いつかは摩耗し取り替えが必要になるローラまたはランナによって経路の上を移動する車両上で特に有利に使用することができる。これは、ローラの故障、ひいては車両の故障を防止するためであると同時に、ローラは耐用年数の最後まで使用できる必要がある。

この目的のため、および本発明に係る方法の特に有利な変形例において、デジタルカメラの検出範囲内におけるマーカ像の移動に基づき、ローラの摩耗が判定される。

この変形例の方法は、車両に荷重が加えられる際に特に使用することができる。

評価の際に個々のマーカの識別が行われないよう、発明に係る方法を実施するとともに、本発明に係るコンピュータプログラムをこれに対応して構成することができる。その後、例えば識別されたエッジなどの識別された特徴的構造を数えることにより、位置情報を取得することができる。

比較的画素数の少ない特徴的構造を識別するだけで十分であることから、そのような変形例の方法では、位置情報が特に速く入手できるようになる。

この場合の前提条件は、マーカ間のスペースが既知であるという点である。原則として、マーカは経路に沿って等距離で配置される。

画像処理方法を用いてバーコードを識別および評価するためには、個々の二次元バーコード間の距離が少なくともバーコード内の最も小さな構造と同等の大きさであることが適切であり、すなわち、最少の情報単位、特に二次元バーコードの１ビットであることが適切である。

デジタルカメラの検出範囲内の確立されたマーカ像から、所定のマーカに対する車両の位置を決定すれば基本的には十分である。発明の方法をさらに展開した方法において、車両の絶対位置、例えば工場の特定のポイントに対する絶対位置を、特定のマーカに対する位置とこのマーカの既知の絶対位置から決定することができる。絶対位置は直接出力することも、プログラム可能制御装置によって、例えばさらに別のコンポーネントに伝達することもできる。

発明の方法の演算および評価ステップは、コンピュータプログラムとして演算装置上で行われることが望ましい。基本的に知られた方法で、コンピュータで読み取り可能なデータサポート内、特にマイクロコンピュータのＲＯＭやプログラム可能な論理モジュール内に記憶することができる。

本発明の利点および特徴を、添付の図面に関連してより詳細に説明する。
図１に関連して、本発明の方法の使用例および発明の装置１００を説明する。ローラ１６のランナと、ここでは図示しない駆動装置によってサポート１４上を移動可能な車両１０を見ることができる。図１に示すタイプの車両は、クレーン台車とも言う。サポート１４が経路１２を形成し、これに沿って車両１０は移動する。車両１０の移動方向または主移動方向は、図１のｘ方向であり、両方向矢印１８で示される。車両１０のサブストラクチャー５０内にケーブルウィンチ５２が図示されており、これとケーブル５４とにより、荷重が負荷され、運搬される。空間的方向を座標系９０で示す。

発明の装置１００は、重要な要素としてデジタルカメラ３０と演算装置４０とを有し、演算装置４０とデジタルカメラ３０は、典型的には接続ケーブルで機能的に接続されている。特別な変形例において、演算装置４０をデジタルカメラ３０と一体化することもできる。

デジタルカメラ３０はブラケット３４を用いてしっかりと車両１０に結合されている。ここでは概ね四角で表わされる検出範囲または領域３２も図示されている。

本発明のコンピュータプログラム、ひいては発明の方法は、発明的に存在する演算装置４０内で処理される。本発明の意味におけるコンピュータプログラム製品は、特に、演算装置４０とそれに関連するＲＯＭである。

現在説明中の本発明の光学測位システムの重要な要素は、複数の特有の異なったマーカ２０によって構成され、図示の例においては二次元バーコードとして図示さている。これらのマーカ２０はサポート１４に沿って等間隔で配置されている。それらのマーカ２０は典型的には、バーコードが印刷された貼り付け式ストリップである。図示の状況において、マーカ２１および２２はデジタルカメラ３０によって完全に検出される。マーカ２３の端の領域も検出される。

本発明の装置および方法の動作について、図２および図３を参照しながら説明する。

すべての図面において、同等のコンポーネントは同一の符号で示す。

本発明の方法は、画像処理によって得られたデータをその後の評価で使用し、ｙ偏位またはｚ偏位の情報を与えるという観点に基づく。ｙ偏位は例えばカメラ３０の検出領域３２内におけるマーカの移動から生じるものである。

これは図２を参照して説明されており、デジタルカメラ３０の検出領域３２が図示されている。２つのバーコードの像７１、７２は完全にデジタルカメラ３０の検出範囲３２内にある。次のバーコードの像７３の半分は検出範囲３２内にあり、さらに次のバーコードは完全に検出範囲３２外にある。図示の例において、マーカ像７１、７２、７３、７４は、参照符号８１、８２、８３、８４で示す本来の位置から上方にずれた位置にある。これは、例えばすり減った車両ローラによってデジタルカメラ３０が下方へ移動することによって生じる。デジタルカメラ３０の検出領域３２内のマーカ像７１、７２、７３、７４の移動に基づき、本発明に係るｙ方向における車両１０の移動量Δｙが定量的に決定される。

したがって、存在するコンポーネントを巧妙に操作することにより、重要な測定情報が得られる。

対応する空間的方向は、図２および図３において座標系９０として図示されている。

図３を参照して、ｚ方向における移動がどのように確立されるかについて説明する。図３は、通常よりもカメラがバーコード２０に近い場合を示す。これに対応して、バーコードマーカ像７１、７２、７３、７４は拡大され、また本来の像８１、８２、８３、８４に対して移動している。本発明によれば、ｚ方向における車両１０の位置変化Δｚは、マーカ像７１、７２、７３、７４に対する確立されたサイズ変化に基づき計算される。

実際の位置を得るために、画像データからこれらの位置を計算する必要は必ずしもない。代わりに、マーカ像の対応するサイズは、異なるｚ距離に対していくつかの参照例を用いて、またはティーチインラン（学習運転）で学習させることができる。それにより、評価の際には単に対応する表を使用すればよい。

ｙ偏位に基づき、例えば懸垂式モノレールのローラの摩耗を判別することができ、これにより、ローラが完全に摩耗してしまう十分前に、ひいては故障が起こる十分前にモノレールをメンテナンスすることができる。

車両１０上の発明装置１００の他の実施例を図４を参照して説明する。車両１０は、本ケースにおいては懸垂式モノレールであるが、負荷６０を輸送するために配置されており、ローラ１６によってサポート１４上を走行することができる。荷重アーム６２にデジタルカメラ３０を取り付け、この荷重アーム６２から輸送する負荷６０を吊るす。図示の例において、荷重アーム６２はスプリング６４を介して車両１０のベースフレームに接続されており、これはケージと呼ぶこともできる。

ローラ１６が摩耗するとベースフレーム１５とサポート１４との間の距離が減少するため、デジタルカメラ３０がサポート１４とバーコード２０とに対して下がる。図４の両方向矢印６８および６６で示すこの下げにより、図２を参照して、検出領域３２内のバーコード２０の画像が上方に移動する。デジタルカメラ３０が観察したｙ位置は、経路１２に対する車両１０の下方への移動に比例している。

ｙ位置により、重量測定の手法を実施することもできる。このために、装置１００を例えば懸垂式モノレールといった車両に接続して、デジタルカメラ３０を可変荷重６０と置き換えることもできる。図表による例においてデジタルカメラ３０はスプリング６４によって車両のベースサポート１５に接続されている。したがって、重さに比例してデジタルカメラは下に移動する。荷重６０を再度徐荷すると、デジタルカメラ３０は再度上へ移動する。本発明の装置１００を負荷手段として使用する場合の、デジタルカメラ３０の移動方向を、図４の両方向矢印６６で示す。

この測定方法により、得られた診断データをさらに利用することが可能である。

例えば、各作動時に、特に軽量システムを初めて作動させる際に、特定のバーコードの位置をｙ位置およびｚ位置により調整することができる。

これら２つの値により、装置全体として摩耗および経時現象を十分にモニタリングすることができる。参考運転時に、例えば各ｘ位置に対するｙ位置およびｚ位置が記憶される。

以降の作動において、新たに記憶されたデータは参考運転時のデータと比較される。変化がある場合、または変化量が所定の許容差を超える場合、マスター演算装置または制御装置、例えばコンピュータでプログラム可能な制御装置に情報を提供して、次回のサービス間隔時に、運転上の故障が起こる充分前に装置のメンテナンスを行うことができる。

本発明は車両の位置を決定するための、新規の方法および新規の装置を提供する。基本的には既知のコンポーネントを使って、簡単、かつ信頼できて故障に左右されない方法によって車両の位置が決定できる。従来技術と比べて、はるかに長い道路が可能であり、特に、主移動方向に直角である通常の経路において、変化量を検出および出力することができる。本発明は懸垂式モノレールについて詳細に述べたが、他のシステムでも同様に利用できる。

クレーンけた上のクレーン台車の上の発明の装置の側面図である。 本発明の第１方法の変形例を図示するための、デジタルカメラの検出範囲を表す線図である。 本発明の第２方法の変形例を図示するための、デジタルカメラの検出範囲を表す線図である。 本発明の装置の他の実施例を示す線図である。

符号の説明

１０ 車両、１２ 経路、２０，２１，２２，２３ マーカ、３０ デジタルカメラ、 ３２ 検出範囲 ７１，７２，７３，７４ マーカ像。

Claims (16)

1. 経路（１２）に沿って移動する車両の位置を測定する方法であって、マーカ（２０）が経路（１２）に沿って配置されており、
   車両（１０）に搭載されたデジタルカメラ（３０）でマーカ（２０）が検出され、
   画像処理によって、デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）における少なくとも一つのマーカ像（７１−７４）の位置に基づき、経路（１２）に沿った車両（１０）の主移動方向（ｘ）および主移動方向（ｘ）に対して直角の少なくとも一方の方向（ｙ、ｚ）における、所定の一つのマーカ（２１、２２、２３）または所定の複数のマーカ（２１、２２、２３）に対する車両（１０）の位置が決定され、
   経路（１２）に対する車両（１０）の距離変化（Δｚ）が、マーカ像（７１−７４）の大きさの変化に基づき決定され、
   車両（１０）に与えられた負荷（６０）の重量が、デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）内におけるマーカ像（７１−７４）の移動量（Δ）に基づき決定されることを特徴とする、方法。
2. 経路（１２）に沿って移動する車両の位置を測定する方法であって、マーカ（２０）が経路（１２）に沿って配置されており、
   車両（１０）に搭載されたデジタルカメラ（３０）でマーカ（２０）が検出され、
   画像処理によって、デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）における少なくとも一つのマーカ像（７１−７４）の位置に基づき、経路（１２）に沿った車両（１０）の主移動方向（ｘ）および主移動方向（ｘ）に対して直角の少なくとも一方の方向（ｙ、ｚ）における、所定の一つのマーカ（２１、２２、２３）または所定の複数のマーカ（２１、２２、２３）に対する車両（１０）の位置が決定され、
   経路（１２）に対する車両（１０）の距離変化（Δｚ）が、マーカ像（７１−７４）の大きさの変化に基づき決定され、
   車両（１０）がローラ（１６）を有し、該ローラ（１６）の摩耗が、デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）内におけるマーカ像（７１−７４）の移動量（Δ）に基づき決定されることを特徴とする、方法。
3. 請求項１または２に記載の方法であって、
   車両（１０）の主移動方向に対して直角の車両（１０）の位置変化（Δｙ）が、デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）内のマーカ像（７１−７４）の移動（Δ）に基づき決定されることを特徴とする、方法。
4. 請求項１または２に記載の方法であって、
   システムを初めて作動させる際に少なくとも１回の参照運転を行い、車両（１０）の主移動方向（ｘ）と関連した主移動方向に対して直角な、少なくとも一つの方向（ｙ、ｚ）における車両（１０）の相対位置が記録され記憶されることを特徴とする、方法。
5. 請求項１または２に記載の方法であって、
   主移動方向（ｘ）に対して直角な方向（ｙ、ｚ）における車両（１０）の相対位置として測定された値が所定の許容差を超えている場合にエラー信号が出力されることを特徴とする、方法。
6. 請求項１または２に記載の方法であって、
   マーカ（２０）として二次元バーコード（２１、２２、２３）が使用されることを特徴とする、方法。
7. 請求項１または２に記載の方法であって、
   マーカ（２０）が経路（１２）に沿って複数の列で配置されていることを特徴とする方法。
8. 請求項１または２に記載の方法であって、
   車両（１０）の個別のマーカ（２１、２２、２３）に対する相対位置から、外部環境に対する前記車両（１０）の絶対位置が、外部環境に対する前記マーカ（２１、２２、２３）の既知の位置に基づき決定されることを特徴とする、方法。
9. 経路（１２）に沿って移動可能な車両の位置を測定する、請求項１に記載の方法を実施するための装置であって、
   経路（１２）に沿って配置されたマーカ（２０）を検出するために車両（１０）に搭載されたデジタルカメラ（３０）と、
   前記デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）における所定の一つのマーカ（２１、２２，２３）または所定の複数のマーカ（２１、２２、２３）の画像位置から、経路（１２）に沿った車両（１０）の主移動方向（ｘ）および主移動方向（ｘ）に対して直角な少なくとも一つの方向（ｙ、ｚ）における、少なくとも一つのマーカ（２１，２２，２３）に対する車両（１０）の位置を測定するために設置された演算装置（４０）とを含み、
   前記演算装置（４０）は、前記デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）内におけるマーカ像（７１，７４）の移動量（Δ）に基づき車両（１０）に与えられた負荷（６０）の重量を決定する、ことを特徴とする装置。
10. 経路（１２）に沿って移動可能な車両の位置を測定する、請求項２に記載の方法を実施するための装置であって、
    経路（１２）に沿って配置されたマーカ（２０）を検出するために車両（１０）に搭載されたデジタルカメラ（３０）と、
    前記デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）における所定の一つのマーカ（２１、２２，２３）または所定の複数のマーカ（２１、２２、２３）の画像位置から、経路（１２）に沿った車両（１０）の主移動方向（ｘ）および主移動方向（ｘ）に対して直角な少なくとも一つの方向（ｙ、ｚ）における、少なくとも一つのマーカ（２１，２２，２３）に対する車両（１０）の位置を測定するために設置された演算装置（４０）とを含み、
    前記演算装置（４０）は、前記デジタルカメラ（３０）の検出範囲（３２）内におけるマーカ像（７１，７４）の移動量（Δ）に基づき前記ローラ（１６）の摩耗を決定する、
    ことを特徴とする装置。
11. 請求項９または１０に記載の装置であって、
    前記車両（１０）が負荷（６０）を輸送することを目的としており、デジタルカメラ（３０）が車両（１０）のコンポーネントに接続されており、車両（１０）が輸送されるべき負荷（６０）にさらされた時には弾性的に変形可能であることを特徴とする、装置。
12. 請求項９または１０に記載の装置であって、
    デジタルカメラ（３０）が、車両（１０）のベースフレームまたはベースサポート（１５）上に配置されたスプリング（６４）に接続されることを特徴とする、装置。
13. コンピュータプログラムが前記デジタルカメラ（３０）に機能的に接続されたコンピュータである請求項９に記載の前記演算装置（４０）で実行される場合に、請求項１に記載の方法で演算および評価ステップを実行するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
14. コンピュータプログラムが前記デジタルカメラ（３０）に機能的に接続されたコンピュータである請求項１０に記載の前記演算装置（４０）で実行される場合に、請求項２に記載の方法で演算および評価ステップを実行するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
15. 前記デジタルカメラ（３０）に機能的に接続されたコンピュータである請求項９に記載の前記演算装置（４０）上でコンピュータプログラムが実施される場合には、請求項１に記載の方法で演算および評価ステップを実行するための、コンピュータで読み取り可能なデータキャリアに記憶されたプログラムを有するコンピュータプログラム製品。
16. 前記デジタルカメラ（３０）に機能的に接続されたコンピュータである請求項１０に記載の前記演算装置（４０）上でコンピュータプログラムが実施される場合には、請求項２に記載の方法で演算および評価ステップを実行するための、コンピュータで読み取り可能なデータキャリアに記憶されたプログラムを有するコンピュータプログラム製品。

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