JP6547106B2 - 基準体 - Google Patents

Description

本発明は、移動体の位置測定を行うことができる基準体に関する。

工場等の天井に設置される天井クレーンの移動体の位置測定をレーザ光に基づき行う技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−３４４３３５号公報

本発明の目的は、安価で、かつ、簡易に位置測定を行うことができる基準体を提供することにある。

本発明の基準体は、
所定領域又は所定空間を移動する移動体の位置を算出する際に用いられる基準体であって、
前記基準体は、立体的形状を有する。

本発明において、
前記立体的形状は、複数の段を有し、
前記複数の段において、各段の上面は、当該段の一段上の上面と平面的にみて少なくとも一部が重なることができる。

本発明において、前記各段の上面は、上下の段で色が異なることができる。

本発明において、前記各段の上面は、上にいくにしたがって、幅が広くなっていることができる。

本発明において、前記移動体に設けられたカメラによって撮像され、前記基準体が撮像された面の形状および面積に基づき、前記移動体の位置が算出されることができる。

本発明において、前記複数の段の少なくともいずれかの段の上面において、周囲の縁が、当該周囲の縁の内側の部分に比べて認識されやすくすることができる。

本発明において、前記複数の段の少なくともいずれかの段の上面において、周囲の縁が、当該周囲の縁の内側の部分と色が異なるか、又は、コントラスト差があるようにすることができる。

ここで、「移動体」とは、移動体操作システムにより基準位置から二次元又は三次元方向へ相対的に移動させられる物体をいう。二次元又は三次元方向へ相対的に移動(自走)が可能な装置の場合は、その装置自体が「移動体」に該当し、二次元又は三次元方向へ相対的に移動が可能な構成部材を備える装置の場合は、その構成部材が「移動体」に該当する。「移動体」の具体例は、移動体操作システムにより二次元又は三次元方向へ相対的に移動させることが可能なあらゆる物品、たとえば、クレーン装置におけるフック、搬送用ロボットにおける物品を把持又は搭載する搬送アーム又はその把持部、搭載部等の荷台相当部分、高所作業車におけるバケット(デッキ)、ヘリコプターにおけるヘリコプター本体である。

本発明によれば、安価で、かつ、簡易に位置測定を行うことができる基準体を実現することができる。

実施の形態に係る移動体システムを模式的に示す図である。 実施の形態に係る移動体システムを模式的に示す図である。 実施の形態に係る移動体システムを模式的に示す図である。 実施の形態に係る情報処理装置を模式的に示す図である。 実施の形態に係る情報処理フローを示す図である。 実施の形態に係るレイアウトの特徴点の導出例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の構成例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の使用例を示す図である。 実施の形態に係る第１の基準体の変形例を示す上面図である。 実施の形態に係る第１の基準体の変形例を示す斜視図である。 天井クレーンの全体構成を示す斜視図である。 天井クレーンの昇降機としての巻上機の構造を示す図である。 天井クレーンにおける制御機構を示すブロック図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。

１．移動体システム
移動体システム１００は、図１〜図３に示すように、移動体（たとえばホイストなどの昇降機、物品）５を含む。と、移動体の移動方向を操作指示するための指示手段を含む操作リモコン（操作手段）とを含む。移動体５には、１つ又は複数のカメラ３０が装着されている。

ここで、「リモコン」とは、遠隔操作、遠隔制御等を行うための装置の意味を有するリモートコントローラの略称又は遠隔操作、遠隔制御等の意味を有するリモートコントロールの略称である。なお、無線、有線といった信号伝送方式の違いは、別段の説明を行う場合を除き、「リモコン」の定義又は解釈を左右しない。

２．情報処理装置
情報処理装置４０は、所定領域又は所定空間を移動する移動体５の位置を算出するためのものである。移動体５として好ましく適用される例は、物が係留され、物（吊り荷など）を二次元又は三次元で移動させる搬送システム（たとえばクレーンシステム）用の移動体５を挙げることができる。

情報処理装置４０は、図４に示すように、入力部４２と、処理部４４と、出力部４６と、記憶部４８とを含む。

入力部４２は、移動体５に設けられた１つ又は複数のカメラ３０が撮像した画像情報を入力する画像情報入力部４２ａを含む。カメラ３０は、広角レンズがついたカメラ３０などを挙げることができる。カメラ３０を複数設けることで、移動体５に吊下がった物などがカメラ３０の視野を遮る場合に、それぞれのカメラ３０で撮影範囲ないしは視界を補完することができる。カメラ３０は移動体５に下向きに設けることができる。

処理部４４は、固有情報生成部４４ａと、位置導出部４４ｂとを含む。固有情報生成部４４ａは、画像情報に含まれる特徴点又は相対情報を生成するためのものである。固有情報生成部４４ａは、模様、色の違い、形状の特異点、コントラストの違い、および、撮影範囲のレイアウト構成の群からなる少なくとも１種に基づき特徴点又は相対情報の固有情報を生成することができる。位置導出部４４ｂは、カメラ３０が撮像した画像情報から固有情報生成部４４ａが生成した固有情報に基づき、データベース４８ａを参照して、移動体５の位置を導出する。エッジ処理などで画像の特徴をパターン化してもよい。

出力部４６は、情報を送信するための送信部４６ａや情報を表示させるための表示部４６ｂを含むことができる。

記憶部４８は、移動体５の位置と、固有情報の情報とを対応させて構成されたデータベース４８ａが記憶されている。記憶部４８には、位置情報を記憶させておく位置情報記憶部４８ｂを設けてもよい。その位置情報は、時刻又は時間との関係をもたせて記憶させることができる。

情報処理装置４０は、画像内の固有情報の情報により、データベース４８ａを参照して対応する位置情報を導出するものである。移動体５の操作する層さスイッチの情報から移動距離も推測し、その移動距離との関係により、画像に基づいて導出した位置の検証を行うことができる。位置情報には、横方向、縦方向、高さ方向の位置情報を含むことができる。

情報処理装置４０は移動体５に設けられたカメラ３０に設けてもよいし、又は、無線通信若しくは有線通信によりカメラ３０と通信可能に設けられていてもよい。

情報処理装置４０に対して情報処理を実行させるプログラムは、情報処理装置４０に含まれる記憶装置（たとえば、ＲＯＭ、ハードディスク）などに格納することができる。種々の情報処理は、ＣＰＵなどの演算装置により実行することができる。データベース４８ａは、ハードディスクなどの記憶装置に格納することができる。

情報処理装置４０は、通信可能なコンピュータなどの自動計算機や携帯電話などの携帯端末を適用することができる。

情報処理装置４０は、コンピュータなどの公知の電子計算機により実現することができる。情報処理装置４０は、その機能をカメラ３０又は移動体５の制御部に実現させてもよい。

３．固有情報
（１）特徴点
固有情報は、カメラ３０が撮像される範囲内に基準体が設けられ、カメラ３０が撮像した基準体に基づき生成することができる。たとえば、床面をカメラ３０で撮影し、床通路ラインや常設機器などの特徴点を捉えることができる。図６を参照して説明する。スイッチ情報から移動指令と画像のポイント（図中では○）のズレ量から移動距離を算出する。決まった場所にマーカーを設置し、そこを通過時に誤差補正を行う。スイッチ情報からある程度の移動を算出することができる。高さがある物などについては床面より速く移動するため、いくつか決めたポイントで一番速度が遅いポイントを測定ポイントとする。大きな吊り荷が一番上まで吊り上げると、画面の中心付近は測定ポイントが設定できないため、広角レンズでポイントをより多く設定するとよい。特徴的なポイントパターンを記憶し、パターンマップを基に位置を割り出す。

（２）相対情報
相対情報は、図７に示すような、基準体により位置を把握してもよい。基準体は、移動体５システムのカメラ３０の撮影範囲に設けられている。基準体はいわゆる位置計測のためのマーカーとしての機能を含むものである。基準体の例としては、たとえば、次のものがある。

（ａ）第１の基準体
基準体は、複数の段を有する。複数の段において、各段の上面は、段の一段上の上面と平面的にみて少なくとも一部が重なるように設けられる。各段の上面は、上下の段で色が異なるようにすることができる。各段の上面は、上にいくにしたがって、幅が広くなるようにしてもよいし、幅が狭くなるようにしてもよい。

この場合、データベース４８ａには、少なくとも所定の各位置から撮影した画像情報から把握される露出した第１の上面の形状および面積および第２の上面の形状および面積と、移動体５の位置情報とが対応させて記憶されている。

位置導出部４４ｂは、少なくとも所定の各位置から撮影した画像情報から把握される露出した、第１の面（所定段の上面）の形状および面積、および、第２の面（所定段とは異なる段の上面）の形状および面積に基づき、移動体５の位置を導出することができる。位置導出部４４ｂが所定段目の上面が認識されたかどうかで、ある程度の位置を算出してもよい。

第１の基準体５０の使用例を図８〜図１１を参照して説明する。第１の基準体５０として、上の段にいくにしたがって、各段の上面が幅広になっていき、かつ、平面的にみて、下側の段の上面が上側の段の上面にすべてが重なっているもので、各段の上面がそれぞれ色を変えた例を挙げる。

図８および図１１に示すように、カメラ３０が立体マーカーの真上の時には、四角錐台が積み重なって上にあるものほど大きく、下にあるものほど小さく見える。図９および図１１に示すように、カメラ３０が右に移動した時には、１段目、２段目の上面は見えるが３段目以降は見えない。１段目と２段目で色が違いフチが強調されている。カメラ３０が横に行くほど下の段が見えてきて色が交互に現れることになる。図１０および図１１に示すように、さらにカメラ３０が右に移動した時には、１段目、２段目、３段目の上面は見えるが４段目以降は見えない。１段目、２段目、３段目で色が交互に現れる。このような例の場合、何段目が見えた時に何ｍかを予め算出しておき、データベース４８ａに記憶しておくことで、所定段目がみえたときにどの位置かを導出することができる。

第１の基準体５０は、他の立体的形状であることができる。図１２〜図１５に示すように、他の立体的形状においても、立体的形状のカメラ３０により撮影された面の形状、面積の関係を考慮することで、位置を把握することができる。具体的には、カメラ３０が立方体など立体的形状を把握できる面及び把握した面の面積と、位置との対応関係をデータベース４８ａに記憶しておくことにより、立体的形状の画像情報に基づき、位置を算出することができる。カメラ３０で把握した画像情報中の立体的形状の各面の面積比により、移動体５とその立体的形状とを結んだ線と、Ｘ軸又はＹ軸とのなす角（カメラ角度）も導出することができる。

第１の基準体５０に、以下の第２の基準体５２および第３の基準体５４を組み合わせてもよい。
（ｂ）第２の基準体
第２の基準体５２は、識別コード（たとえばＱＲコード（登録商標））であることができる。データベース４８ａには、画像情報中における識別コードの位置および識別コードの情報と、移動体５との位置とが対応させて記憶することができる。これにより、導出部は、画像情報中における識別コードの位置と、識別コードの情報とに基づき、移動体５の位置を導出することができる。
（ｃ）第３の基準体
第３の基準体５４としては、発光体により実現してもよい。発光体は、たとえばＬＥＤ、有機ＥＬなどの可視光の発光体、赤外線発光体などにより構成される表示装置により実現してもよい。

第１の基準体５０は、上記の特徴点との情報とを組み合わせてもよい。

図１６および図１７に示すように、第１の基準体５０は、複数の段の少なくともいずれかの段の上面において、周囲の縁が、当該周囲の縁の内側の部分に比べて認識されやすくすることができる。具体的には、第１の基準体５０は、複数の段の少なくともいずれかの段の上面において、周囲の縁が、当該周囲の縁の内側の部分と色が異なるか、又は、コントラスト差を設けることができる。第２の基準体５２も同様に、所定の面の周囲の縁が、当該周囲の縁の内側の部分に比べて認識されやすくすることができる。

４．作用効果
本実施の形態によれば、２次元又は３次元での位置計測が容易である。また、カメラ３０に基づいた位置計測であるため、安価かつ容易に実現することができ、レーザに比べて設置時の作業も容易となる。つまり、安価なカメラ３０を使用し映像から位置を算出するため、移動体５の１箇所にカメラ３０を取り付けるだけで済み、レーザー測定器のような複数箇所に機器を設置する必要が無い。具体的には、レーザー測定器をＸ軸とＹ軸それぞれ別の場所に設置して、壁との距離を測定する場合には、Ｘ軸とＹ軸にそれぞれレーザ測定器の取付けが必要であり取付け工事に時間と費用がかかるが、本実施の形態によれば、そのような時間や費用がかからない。

本実施の形態に係る第１の基準体５０によれば、安価かつ容易に移動体５の位置を把握するのに資することができる。

５．移動体システムの具体例
本実施の形態に係るカメラ３０を含む移動体システム１００は、天井クレーンに適用されるのが好適である。天井クレーンの構成について説明する。なお、カメラ３０は図示せず、カメラ３０が適用される天井クレーンの構成について説明する。

図１８は天井クレーンの全体構成を示す斜視図である。図１９は本発明の実施の形態にかかる三次元移動装置としての天井クレーンの昇降機としての巻上機の構造を示す図である。図２０は天井クレーンにおける制御機構を示すブロック図である。
図１８に示されるように、三次元移動装置としての天井クレーン１は、建物の天井近傍に平行に敷設された走行レール２Ａ，２Ｂを車輪を介して走行する１対のサドル３Ａ，３Ｂ間に、昇降機としての巻上機５を横行可能に備えたクレーンガーダ４を横架して、昇降機としての巻上機５により巻き上げられる支持ワイヤロープ６の先端に移動体としてのフック７を固定して構成されている。
このように、天井クレーン１は、走行レール２Ａ，２Ｂに対してほぼ垂直にクレーンガーダ４を横架して、このクレーンガーダ４上を先端にフック７を有する巻上機５が移動するように構成されているので、移動体としてのフック７を上下方向に移動させるＺ軸モータ、及び水平面内で移動させるＸ軸モータ及びＹ軸モータとを具備する移動機構を中心とした三次元移動装置として適している。

巻上機５からは、通信ケーブル８が床面近傍まで垂下しており、リモコン筐体１０に接続されている。

さらに、図１８に示されるように、巻上機５はクレーンガーダ４を挟んで設けられた１対の車輪１４を有しており、これらの車輪１４が横行用モータ(Y軸モータ)１３で駆動されて回転することによって、巻上機５がクレーンガーダ４に沿って横行する。これらの横行ユニットには支持部材１５によって巻上機本体１７が吊り下げ支持されており、巻上機本体１７には支持ワイヤロープ６を巻き上げ、又は伸ばすための巻上用モータ(Ｚ軸モータ)１６が取付けられている。

そして、図１８に示されるクレーンガーダ４を両端で支持して走行レール２Ａ，２Ｂの上を走行するサドル３Ａ，３Ｂには、それぞれ図示しない走行用車輪と走行用モータ(Ｘ軸モータ)が設けられている。また、図１９に示される巻上機本体１７には、これらのＸ軸モータ、Ｙ軸モータ１３、Ｚ軸モータ１６を、操作用リモコン9の操作に応じて駆動させるためのモータ駆動制御回路が内蔵されている。
巻上機本体１７に内蔵されているモータ駆動制御回路18は、マイクロコンピュータ(以下、「マイコン」ともいう。)２０、インバータ(又はコンタクタ)２１によって構成されている。

ここで、マイコン２０は、ＣＰＵ(中央処理装置)、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ装置、入出力（Ｉ／Ｏ）装置を具備しており、リモコン筐体１０から通信ケーブル８内の通信線を通じて送信される電気信号を受信して必要な演算処理を行い、その処理結果を電気信号としてインバータ(又はコンタクタ)２１に出力する。マイコン２０は、所謂ワンチップマイコンでも良いし、複数のチップ又は素子・部品から構成されるものでも良い。
操作リモコン９の操作スイッチ１１が押された場合には、所定の電気信号が通信ケーブル８内の通信線を通じてマイコン２０に送信され、マイコン２０はインバータ(又はコンタクタ)２１に制御信号を送信して、インバータ(又はコンタクタ)２１は制御信号にしたがってＸ軸モータ２３及び／又はＹ軸モータ１３に駆動電流を供給し、Ｘ軸モータ２３及び／又はＹ軸モータ１３を駆動させて、移動体としてのフック７をリモコン筐体１０が向いている方向に移動させる。

インバータ２１およびマイコン２０を含むモータ駆動制御回路１８は、Ｘ軸モータ２３及び／又はＹ軸モータ１３の駆動制御を行い、コンタクタ２２が、Ｚ軸モータ１６の駆動を制御する。したがって、モータ駆動制御回路１８とコンタクタ２２とを含んで駆動制御装置６１が構成されており、この駆動制御装置６１と操作用リモコン９とは、図１の通信ケーブル８を含んで移動操作システムを構成している。また、Ｘ軸モータ２３とＹ軸モータ１８とＺ軸モータ１６とは移動機構６２に相当する。
なお、操作用リモコン９に設けられている上下スイッチとしての上昇スイッチ１１Ａ及び下降スイッチ１１Ｂが押された場合には、所定の電気信号が通信ケーブル８内の通信線を通じて、モータ駆動制御回路１８と同じく巻上機本体１７に内蔵されているコンタクタ２２に伝達され、コンタクタ２２からＺ軸モータ１６に駆動電流が供給されて、上昇スイッチ１１Ａが押された場合にはＺ軸モータ１６が支持ケーブル６を巻き上げてフック７を上昇させるように作動し、下降スイッチ１１Ｂが押された場合にはＺ軸モータ１６が支持ケーブル６を伸ばしてフック７を下降させるように作動する。
したがって、天井クレーン１を操作する操作者は、まず操作用リモコン９の下降スイッチ１１Ｂを押してＺ軸モータ１６を作動させてフック７を下降させ、床面に置かれている搬送物にフック７を掛け、上昇スイッチ１１Ａを押してＺ軸モータ１６を作動させ、支持ワイヤロープ６を巻き上げて搬送物を水平方向の移動に支障のない高さまで吊り上げる。続いて、操作リモコン９の操作スイッチ１１により、所望の方向へ搬送物を平行移動させることができる。

上記の実施の形態は、本発明の範囲内において、種々の変更が可能である。

本発明の方向表示装置、移動体操作システムおよび移動体の操作方法は、安全性が向上された移動体の移動操作を実現することができる。

５ 移動体
３０ カメラ
４０ 情報処理装置
４２ 入力部
４２ａ 画像情報入力部
４４ 処理部
４４ａ 固有情報生成部
４４ｂ 位置導出部
４６ 出力部
４６ａ 送信部
４６ｂ 表示部
４８ 記憶部
４８ａ データベース
４８ｂ 位置情報記憶部
５０ 第１の基準体
５２ 第２の基準体
５４ 第３の基準体
１００ 移動体システム

Claims (5)

1. 所定領域又は所定空間を移動する移動体の位置を算出する際に用いられる基準体であって、
   前記基準体は、立体的形状を有し、
   前記立体的形状は、複数の段を有し、
   前記複数の段において、各段の上面は、当該段の一段上の上面と平面的にみて少なくとも一部が重なり、
   前記各段の上面は、上にいくにしたがって、幅が広くなる基準体。
2. 請求項１において、
   前記各段の上面は、上下の段で色が異なる基準体。
3. 請求項１または２において、
   前記複数の段の少なくともいずれかの段の上面において、周囲の縁が、当該周囲の縁の内側の部分に比べて認識されやすい基準体。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記複数の段の少なくともいずれかの段の上面において、周囲の縁が、当該周囲の縁の内側の部分と色が異なるか、又は、コントラスト差がある基準体。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記移動体に設けられたカメラによって撮像され、前記基準体が撮像された面の形状および面積に基づき、前記移動体の位置が算出される基準体。

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