JP5390419B2 - 自動搬送車 - Google Patents

Description

本発明は、指定された走行ルートに沿って障害物を確認しながら目的地まで自律走行する自動搬送車に関する。

近年、コンテナヤードや製鉄所構内等で積荷を搬送する手段として、自動搬送車が用いられている。この自動搬送車では、車両の速度を検出する速度検出器と、車体の方位角を検出する方位角検出器とを備え、検出した速度及び方位角を基に現在の走行位置及び進行方位を算出しながら、指定された走行ルートに従って自律走行する技術が用いられている。こうした自動搬送車の中には、他の車両との衝突や障害物との接触を防止するため、進行方向前方等の所定の検出エリア内に物体が存在するか否かを検出する物体検出装置を備え、この物体検出装置の物体検出情報を利用して走行制御を行うものがある。

例えば特許文献１に開示された自動搬送車では、図７に示すように、予め入力された移動経路情報（Ｓ１０１）や走行中に検出した速度、ステアリング角度（Ｓ１０２）を基に現在位置と向きを算出し（Ｓ１０３）、それらの情報を基に検出エリアを演算し（Ｓ１０４）、その検出エリア内に物体が存在すると判断した場合に（Ｓ１０５〜１０７）、車両の減速や停止を行うようになっている（Ｓ１０８，１０９）。このように従来の自動搬送車では、走行中に随時検出エリアを算出することにより、刻々と変化する走行状況に応じた検出エリアを設定し、当該エリア内に障害物が存在するか否かを検出している。

特開平１０−１８７２４３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された物体検出装置を備えた自動搬送車では、直線経路について検出エリアを算出しているが、その直線経路に比べて検出すべき範囲が複雑なカーブ経路についても検出エリアを算出している。そのため、物体検出に際して複雑な計算式を用いた演算処理を行わなければならず、処理能力の高い演算装置を用いなければならないので、開発コストや装置費用が嵩むことになる。

そこで、本発明は、かかる問題点を解決すべく、簡易な手法により適切な検出エリアを設定して障害物の確認を行う自動搬送車を提供することを目的とする。

本発明の自動搬送車は、検出手段の検出値から得られる速度及び方位角を基に現在の走行位置及び進行方位を算出する演算手段と、その演算手段により算出した走行位置や進行方位を基に予め備えた走行ルート情報に従った走行制御を行う走行制御手段とを有するものであって、障害物の確認を行う検出エリアを設定する検出エリア設定手段と、前記検出エリア内に物体が存在するか否かを検出する物体検出手段とを備え、前記物体検出手段からの障害物情報に基づき前記走行制御手段が徐行や停止の走行制御を行うようにしたものであり、前記検出エリア設定手段は、走行位置が直線経路であるかカーブ経路であるかを確認し、直線経路であれば所定の計算式に基づいて算出した範囲を前記検出エリアとし、カーブ経路であれば予め用意された所定数のエリアパターンから選択した範囲を前記検出エリアとするようにしたものであること、前記直線経路における前記検出エリアは、前記自動搬送車の停止が要求される停止エリアと、前記自動搬送車の減速が要求される徐行エリアとから構成され、前記カーブ経路における前記検出エリアは、前記停止エリアのみが設定されていること、前記直線経路における前記停止エリアには、走行区間に応じて異なる値の下限距離が設定され、前記計算式の結果にかかわらず前記停止エリアを前記下限距離以上としたことを特徴とする。

また、本発明の自動搬送車は、前記検出エリア設定手段が、直線経路の前記徐行エリアとして、走行速度の変化にかかわらず変動しないベース徐行エリアと、走行速度の変化に応じて変動する可変徐行エリアとを設定するものであることが好ましい。
また、本発明の自動搬送車は、前記検出エリア設定手段が記憶する前記エリアパターンが、カーブ経路走行中の車体方位と、走行路から外れた位置の設置物を除くことに基づいて設定されたものであることが好ましい。

本発明に係る自動搬送車によれば、検出エリアの設定が簡単な直線経路では検出エリアを算出する一方、複雑になるカーブ経路では予め検出エリアをパターン化することにより、検出エリア設定手段が実行する検出エリアの算出やパターンの選択を簡単な処理で済ませられ、且つ適切な検出エリアを設定して障害物の確認を可能とする。

自動搬送車が走行するコンテナヤードを概念的に示した図である。 自動搬送車の構成を概念的に示した図である。 自動搬送車の制御部を示したブロック図である。 直線経路における検出エリアを示した図である。 カーブ経路における検出エリアのパターンを示した図である。 制御部の実行するプログラムの内容を示すフローチャートである。 従来の自動搬送車における走行制御の内容を示したフローチャートである。

以下、本発明に係る自動搬送車の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の自動搬送車は、コンテナを集積するコンテナヤード内で、コンテナを自動搬送するものである。そのコンテナヤード１は、例えば図１に示すように、コンテナ２が置かれるコンテナ置き場３が区画され、その周りに自動搬送車１０が走行するための走行路４が設けられている。コンテナ置き場３にはクレーン５が設置され、自動搬送車１０へのコンテナ２の積み卸し作業が行われるようになっている。

走行路４には、情報発信素子であるトランスポンダ１５が走行路４に沿って所定の間隔で埋め込まれており、そのトランスポンダ１５には固有のＩＤ（識別コード）や位置情報が書き込まれている。自動搬送車１０は、管理棟（図示略）からの指令を受けて走行ルートを決定し、走行中には各トランスポンダ１５から情報を受信し、指定された走行ルートに従って自律走行ができるよう構成されている。

ここで、図２は、自動搬送車の概略構成図である。自動搬送車１０は、コンテナ２を積載する荷台の車体１１によって構成され、車体１１の前後方向における長さが１４．３ｍであり、幅が２．８ｍ、高さが１．７ｍである。その車体１１には前後左右の各車輪１２に操舵モータと走行モータとを備えた走行装置１３が設けられ、自動搬送車１０は、全輪について独立駆動および独立操舵を可能としたことにより、前後走行や横行、或いは斜行が可能になっている。

次に、自律走行を可能とする自動搬送車１０の制御部について説明する。図３は、その制御部を示したブロック図である。制御部２０は、車両の走行位置及び進行方位を算出する演算装置２４や走行装置１３を制御する走行制御装置２５の他、所定の検出エリアに物体が存在するか否かを検出する物体検出装置２６、その検出エリアを設定する検出エリア設定装置２７を有している。その演算装置２４は、接続されたロータリエンコーダ２１、ジャイロスコープ２２及び情報受信機２３の検出信号を基に、現在の走行位置及び進行方位を算出するものであり、走行制御装置２５は、その演算装置２４により算出された走行位置及び進行方位を基に、予め記憶された走行ルート情報に従って走行制御を行うものである。

物体検出装置２６は、自動搬送車１０が前後の区別なく走行可能であるため、車体１１の前後両方に設けられている（図２参照）。この物体検出装置２６は、発光器から出力されたレーザ光を回転鏡により水平方向に所定角度だけ走査しながら物体を探知し、物体によって反射した反射光が受光器で検出されるまでの時間を基に物体までの距離を測定するレーザレーダを使用し、それによって得られた物体情報に基づいて検出エリア内に障害物が存在するか否かの確認を行うものである。

そして、特に本実施形態の物体検出装置２６は、障害物を確認するための検出エリアの決定方法を直線経路とカーブ経路とで異なるものとした。直線経路では、自動搬送車１０の走行方向前方を単純に検出エリアとして設定すればよいのに対し、カーブ経路では、車体１１の斜め前方を検出する際、直線とは異なり周辺に置かれた物の存在や、カーブの入口から出口までに検出すべき角度が変化するため、検出する範囲が複雑になるからである。すなわち、図１に示すカーブ経路（２）（４）では、例えば直線経路（３）に沿ってフェンスが設けられていたり、隣のコンテナ置き場３にコンテナが置かれている場合に、そうした走行の障害にはならない物を障害物として検出してしまわないようにする必要がある。また、自動搬送車１０の前輪の操舵角が、直線からカーブに入る段階や逆にカーブから出て直線に戻る段階、或いはその中間段階でそれぞれ異なるため、車体前方の検出角度もそれに合わせて変化させる必要がある。

したがって、従来技術のようにカーブ経路でも刻々と変化する状況に応じた情報を得て検出エリアを算出し障害物の確認を行っていたのでは、その算出式が複雑になる他、処理能力の高い演算装置を用いなければならないなどの課題克服が必要であった。そこで、本実施形態では、このようなカーブ走行時の複雑な検出エリアを従来のように算出するのではなく、複数の検出エリアパターンを設定して対応することとした。一方、直線経路では、走行速度に応じた検出エリアを簡単に算出して障害物を確認することができることから、検出エリアをパターン化せずに算出するようにした。本実施形態では、このように検出エリアの確認を直線経路とカーブ経路とで区別し、直線経路では算出し、カーブ経路ではパターン化することにより、全体として簡易かつ適切に障害物を検出できるようにした。

ここで、図４は、直線経路における検出エリアを示した図である。直線経路における検出エリアは、車両の停止が要求される停止エリアＡと、車両の減速が要求される徐行エリアＢ，Ｃとから構成されている。停止エリアＡは、障害物を確認した場合に自動搬送車１０を停止させるための範囲であり、徐行エリアＢ，Ｃは、前方を横切る障害物がある場合にその障害物をやり過ごすために速度を落とすようにした範囲である。物体検出装置２６からレーザ光が所定角度（例えばθ＝１００°）で照射され、更に直線では車体幅内で検出すればよいため、図示するように、直近のエリアＡは五角形形状になり、エリアＢ，Ｃは矩形形状になる。

次に、停止エリアＡの進行方向Ｆへの距離Ｘは、次の（１）式により算出される。
Ｘ＝（速度）² ／（２×ディスクブレーキの減速度）＋｛速度×（データ処理時間×検出カウント数＋ディスクブレーキ作動遅れ時間）｝・・・（１）
ここで、速度は、ロータリエンコーダ２１の検出値から得られる値であり、「ディスクブレーキの減速度」、「データ処理時間」及び「ディスクブレーキ作動遅れ時間」は自動搬送車１０の性能に応じて定められた値である。また、「検出カウント数」は、誤検出を避けるために複数回の検出を行うように設定した値であり、例えばカウント数「２」が設定されている。従って、カウント数分の検出が行われない場合には自動搬送車１０の停止は実行されない。

次に、本実施形態では、徐行エリアがＢとＣとに区別されているが、これは自動搬送車１０の走行速度の変化に応じて変動する可変徐行エリアＣに対し、走行速度にかかわらず変動しないベース徐行エリアＢを設けるようにしたためである。こうしてベース徐行エリアＢ（例えば５ｍ）を設定することによって確実に徐行を開始させ、安全に障害物を回避できるようにしている。

可変徐行エリアＣはベース徐行エリアＢから進行方向Ｆへ距離Ｚの長さに設定された範囲であり、次の（２）式により算出される。
Ｚ＝（速度）² ／（２×現在の減速度）＋｛速度×（データ処理時間×検出カウント数＋ディスクブレーキ作動遅れ時間）｝・・・（２）
ここでも速度は、ロータリエンコーダ２１の検出値から得られる値であり、「ディスクブレーキの減速度」、「データ処理時間」及び「ディスクブレーキ作動遅れ時間」は、自動搬送車１０の性能に応じて定められた値である。また、「検出カウント数」も誤検出を避けるための検出回数である。一方、「現在の減速度」は、自動搬送車１０の速度等に応じて適切な減速を行えるように設定された値である。

ところで、本実施形態では、徐行エリアＢ，Ｃに対して状況に応じた上限距離が設定されている。すなわち、自動搬送車１０の目的地や前方に位置する他の自動搬送車１０に近づくなどの走行状況では、算出する走行位置や自動搬送車１０同士の通信情報によって当該状況を確認し、その目的地や他の自動搬送車１０の手前までを徐行エリアＢ，Ｃとするよう構成されている。停止位置を超えて存在する物を検出し、それを基に徐行する必要はないからである。

また、停止エリアＡには下限距離が設定され、同じ直線経路であっても走行区間に応じて異なる値が設定されている。例えば、クレーン５に向かう図１の走行区間（５）と、通常走行を行う図１の走行区間（１），（１１）などで区別している。走行区間（１），（１１）では、制動距離を考慮し、障害物に接触しない安全な距離として下限距離が１４ｍが設定され、前記算出式の結果にかかわらず停止エリアが１４ｍ以上になるように構成されている。一方、走行区間（５）は、複数の自動搬送車１０がクレーン５でコンテナを積み込むために待機する場合、自動搬送車１０同士は前後間隔をある程度詰めて停車することが好ましいため１４ｍは長すぎる。そこで、停車に向けて速度が低下している走行区間（５）では下限距離が３ｍに設定されている。

制御部２０の検出エリア設定装置２７には、こうした直線経路での検出エリアについて設定プログラムが格納され、前記算出式や下限距離などの条件に基づいて検出エリアを設定するよう構成されている。そしてまた、この検出エリア設定装置２７には、次に説明するカーブ経路での検出エリアについて設定プログラムが格納され、走行経路に応じた各検出エリアが求められるようになっている。

次に、検出エリアをパターン化したカーブ経路の障害物検出について説明する。ここで図５は、カーブ経路における検出エリアのパターンを示した図であるが、各パターン（ａ）〜（ｄ）では、車体の向きを固定し、周り設置物（フェンスやコンテナなど）５０の相対的位置を変化させて表現している。

先ず、カーブ経路では、自動搬送車１０が低速走行（例えば時速７ｋｍ）で通過するため徐行エリアは必要なく、検出エリアとして停止エリアのみが設定されている。その停止エリアＤ（Ｄ１〜Ｄ４）は、図５にドットで示した多角形の範囲である。９０°のカーブでは、例えば図示する４パターンの停止エリアＤ１〜Ｄ４が設定されている。具体的には、カーブへの進入方位を基準に自動搬送車１０の車体方位角が０〜６°の場合に停止エリアＤ１が、６〜５２°では停止エリアＤ２が、５２〜７２°では停止エリアＤ３が、そして７２〜９０°では停止エリアＤ４が、それぞれ設定されている。

こうした各停止エリアＤは、方位角に従って進行方向である斜め前方（図５では左斜め前方）を検出可能とするとともに、進行方向逆側（図５では右斜め前方）を除き、更には進行方向であっても自動搬送車１０の走行路から外れた位置の設置物５０を含まないように、設置物５０の手前の距離までを検出エリアとして設定されている。

続いて、本実施形態の自動搬送車１０の走行について説明する。図６は、制御部２０が実行する障害物検出プログラムのフローチャート図である。自動搬送車１０は、図１に示す箇所で管理棟からの指令を受け、例えば走行区間（１）〜（５）に沿って指定された積置区画３にあるクレーン５へ向かって自律走行する。

自動搬送車１０の走行中、検出エリア設定装置２７では現在の走行位置が直線経路（走行区間（１），（３），（５））であるか又はカーブ経路（走行区間（２），（４））であるかの確認が行われる（Ｓ１１）。これは演算装置２４から送信される走行位置及び進行方位と、予め記憶した走行ルート情報とに基づいて行われる。そこで、直線経路であると判断された場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、検出エリア設定装置２７によって、前述した（１）式や（２）式、或いは下限距離などの条件を使用した検出エリアの設定プログラムが実行され、検出エリアが算出される（Ｓ１２）。

そして、検出エリア設定装置２７で設定された図４に示す検出エリアに従い、物体検出装置２６によって障害物の確認が行われる（Ｓ１３，Ｓ１４）。先ず、停止エリアＡ内で障害物が検出された場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、物体検出装置２６から走行制御装置２５に停止信号が送信され、自動搬送車１０の停止が行われる（Ｓ１６）。また、停止エリアＡではなく（Ｓ１３：ＮＯ）、徐行エリアＢ，Ｃ内に障害物が存在する場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、物体検出装置２６から走行制御装置２５に減速信号が送信され、自動搬送車１０を減速させた徐行が行われる（Ｓ１５）。一方、停止エリアＡや徐行エリアＢ，Ｃのいずれにも障害物が検出されない場合には（Ｓ１３：ＮＯ，Ｓ１４：ＮＯ）、所定速度の走行が続けられ、その間Ｓ１１〜Ｓ１４の処理が繰り返される。

次に、自動搬送車１０の走行がカーブに入ると、演算装置２４からの位置情報によってカーブ経路が確認されると（Ｓ１１：ＮＯ）、検出エリア設定装置２７によって、前述した検出エリアをパターン化した設定プログラムが実行され、所定の検出エリアが選択される（Ｓ１７）。すなわち、予め設定された停止エリアＤ１からＤ４などから、ジャイロスコープ２２により検出した車体方位角に応じた選択が行われる。そして、検出エリア設定装置２７で設定された図５に示す検出エリアに従い、物体検出装置２６によって障害物の確認が行われる（Ｓ１８）。停止エリアＤ内で障害物が検出された場合には（Ｓ１８：ＹＥＳ）、物体検出装置２６から走行制御装置２５に停止信号が送信され、自動搬送車１０の停止が行われる（Ｓ１６）。一方、停止エリアＤに障害物が検出されない場合には（Ｓ１８：ＮＯ）、そのままカーブ走行が続けられ、その間Ｓ１１，Ｓ１７，Ｓ１８の処理が繰り返される。

以上、本実施形態の自動搬送車１０によれば、検出エリアの設定が簡単な直線経路では検出エリアを算出する一方、複雑になるカーブ経路では予め検出エリアをパターン化することにより、検出エリア設定装置２７が実行する検出エリアの算出やパターンの選択を簡単な処理で済ませられるようにした。そのため、処理能力の高い演算装置を用いることなく、自動搬送車１０の製造コストの低下に寄与することとなった。そして、以上のような簡易な手法により適切な検出エリアを設定して障害物の確認を行うことも可能とした。

また、本実施形態では、直線経路での検出エリアとして停止エリアＡの他に徐行エリアＢ，Ｃを設けたことで、例えば前を横切る障害物に対し、自動搬送車１０を停止させることなく障害物との衝突を回避しながら走行を継続させることができ、停止による再スタートまでの作業を無くして効率の良い走行を可能とした。そして、停止エリアＡがあるため、衝突のおそれのある物に対しては停止することで、確実に衝突を回避することができる。また、確実に徐行を行うベース徐行エリアＢを設けたことにより、より安全な走行を可能にしている。

また、本実施形態では、停止エリアＡに対して、走行区間に応じた異なる下限距離を設定したことにより、横導線や縦導線内では進行方向前方を遠方まで検出してより安全に走行することができるとともに、縦列駐車させる場所では自動搬送車１０同士を短い間隔で停車させることができる。また、カーブ経路に対する検出エリアを周囲の設置物５０を考慮して設定したため、それらを誤検出することなく、確実に障害物を検出しながらもスムーズな走行を可能にした。

以上、本発明の自動搬送車について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、ベース徐行エリアＢを形成する距離Ｙが５ｍであるが、この距離Ｙを自動搬送車１０の性能や走行ルート等に応じて適宜変更することができる。
また、前記実施形態では、カーブ経路の検出エリアを停止エリアのみとしているが、停止エリアと徐行エリアによって検出エリアを構成するようにしてもよい。
また、下限距離は前記実施形態の値に限られるものではなく、他の事情に応じて各走行区間に適切な下限距離を設定することができる。

１０ 自動搬送車
１１ 車体
１２ 車輪
１３ 走行装置
２０ 制御部
２１ ロータリエンコーダ
２２ ジャイロスコープ
２４ 演算装置
２５ 走行制御装置
２６ 物体検出装置
２７ 検出エリア設定装置
Ａ 停止エリア（直線経路）
Ｂ ベース徐行エリア
Ｃ 可変徐行エリア
Ｄ 停止エリア（カーブ経路）

Claims (3)

1. 検出手段の検出値から得られる速度及び方位角を基に現在の走行位置及び進行方位を算出する演算手段と、その演算手段により算出した走行位置や進行方位を基に予め備えた走行ルート情報に従った走行制御を行う走行制御手段とを有する自動搬送車において、
   障害物の確認を行う検出エリアを設定する検出エリア設定手段と、前記検出エリア内に物体が存在するか否かを検出する物体検出手段とを備え、前記物体検出手段からの障害物情報に基づき前記走行制御手段が徐行や停止の走行制御を行うようにしたものであり、
   前記検出エリア設定手段は、走行位置が直線経路であるかカーブ経路であるかを確認し、直線経路であれば所定の計算式に基づいて算出した範囲を前記検出エリアとし、カーブ経路であれば予め用意された所定数のエリアパターンから選択した範囲を前記検出エリアとするようにしたものであること、
   前記直線経路における前記検出エリアは、前記自動搬送車の停止が要求される停止エリアと、前記自動搬送車の減速が要求される徐行エリアとから構成され、前記カーブ経路における前記検出エリアは、前記停止エリアのみが設定されていること、
   前記直線経路における前記停止エリアには、走行区間に応じて異なる値の下限距離が設定され、前記計算式の結果にかかわらず前記停止エリアを前記下限距離以上としたことを特徴とする自動搬送車。
2. 請求項１に記載の自動搬送車において、
   前記検出エリア設定手段は、直線経路の前記徐行エリアとして、走行速度の変化にかかわらず変動しないベース徐行エリアと、走行速度の変化に応じて変動する可変徐行エリアとを設定するものであることを特徴とする自動搬送車。
3. 請求項１又は請求項２に記載の自動搬送車において、
   前記検出エリア設定手段が記憶する前記エリアパターンは、カーブ経路走行中の車体方位と、走行路から外れた位置の設置物を除くことに基づいて設定されたものであることを特徴とする自動搬送車。

Images