JP7138538B2 - Laser scanner calibration method, material handling machine - Google Patents

Laser scanner calibration method, material handling machine Download PDF

Info

Publication number
JP7138538B2
JP7138538B2 JP2018196789A JP2018196789A JP7138538B2 JP 7138538 B2 JP7138538 B2 JP 7138538B2 JP 2018196789 A JP2018196789 A JP 2018196789A JP 2018196789 A JP2018196789 A JP 2018196789A JP 7138538 B2 JP7138538 B2 JP 7138538B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser scanner
laser
intersection
intersection point
coordinate system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018196789A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020064011A (en
Inventor
幸彦 小野
信一 魚津
宏栄 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP2018196789A priority Critical patent/JP7138538B2/en
Publication of JP2020064011A publication Critical patent/JP2020064011A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7138538B2 publication Critical patent/JP7138538B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

本発明は、鉱山用ダンプトラックなどの運搬機械に搭載されたレーザスキャナの姿勢を校正する技術に関する。 The present invention relates to a technique for calibrating the attitude of a laser scanner mounted on a transportation machine such as a mining dump truck.

鉱山における採掘作業では、安全性向上と低コスト化を目的に、無人機械が採掘作業を行うための技術が求められている。採掘作業のうち、坑道を掘らず地表から渦を巻くように地下めがけて掘り進み、地表付近の鉱物を採掘する露天掘りでは、最深部で土砂を掘り、採掘現場の外にある放土場に土砂を運搬する必要がある。 In mining work in mines, there is a demand for technology for unmanned machines to perform mining work for the purpose of improving safety and reducing costs. Among the mining operations, in open pit mining, the earth and sand are excavated at the deepest part, and the earth and sand are excavated at the deepest part, and the earth and sand are dumped outside the excavation site. must be transported.

採掘現場の外に土砂を運搬する作業は、ダンプトラックなど土砂積載量の大きな巨大車両にて行われているが、土砂の単位時間当たりの運搬量は採掘の進捗に直結するため、ある程度の速度を維持しながらの土砂運搬が求められる。 The work of transporting earth and sand outside the mining site is carried out by dump trucks and other large vehicles with a large earth and sand load capacity. It is necessary to transport soil while maintaining the

土砂を高効率に採掘現場の外に運搬するためには、複数台の車両が運搬用の道路を何往復もする必要がある。また崖からの転落に対する対策として、道路端に盛土などで作られた路肩を検出し、道路からの逸脱を防ぐことが重要である。 In order to transport the earth and sand to the outside of the mining site with high efficiency, it is necessary for multiple vehicles to make many round trips on the transportation road. In addition, as a countermeasure against falls from cliffs, it is important to detect road shoulders made of embankment on the edge of the road and prevent them from deviating from the road.

採掘現場の外に運搬された土砂を排出する放土場は、鉱山領域内の所定の崖下に設定されていることがある。このとき、崖の手前には盛土などにより輪止めが設置されており、ダンプトラックは、輪止めに対して後ろ向きに走行し、盛土手前で停止する必要がある。 A dumping site for discharging the earth and sand transported to the outside of the mining site may be set under a predetermined cliff within the mining area. At this time, a wheel chock is installed by an embankment or the like in front of the cliff, and the dump truck must travel backwards against the wheel chock and stop in front of the embankment.

このようにダンプトラックは、車体の側方および後方に存在する盛土を検出し、その位置を精度よく計測することが求められており、またレーザスキャナの設置姿勢のキャリブレーションが重要となる。 In this way, dump trucks are required to detect embankments existing on the sides and rear of the vehicle body and accurately measure their positions, and it is important to calibrate the installation posture of the laser scanner.

例えば特許文献1には、車軸を基準とすることなく、外界認識センサの検出軸の調整を行う技術が開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses a technique for adjusting the detection axis of an external recognition sensor without using the axle as a reference.

特開2017-161467号公報JP 2017-161467 A

特許文献1に開示された技術では、キャリブレーションの対象としているのは、車体の進行方向とセンサの検出方向とのズレ角のみであり、ピッチ角などセンサの三次元姿勢は対象としていない。 The technology disclosed in Patent Document 1 only targets the deviation angle between the traveling direction of the vehicle body and the detection direction of the sensor, and does not target the three-dimensional posture of the sensor such as the pitch angle.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、レーザスキャナのキャリブレーションを精度よく行うことができる技術を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique capable of accurately calibrating a laser scanner.

上記課題を解決するために、本発明のレーザスキャナのキャリブレーション方法は、運搬機械の前面の左右それぞれに設けられた右側前面レーザスキャナ及び左側前面レーザスキャナからなる2つの前面レーザスキャナの姿勢と、前記運搬機械の左右両側面にそれぞれ設けられた右側側面レーザスキャナ及び左側側面レーザスキャナからなる2つの側面レーザスキャナの姿勢とを、前記運搬機械の姿勢を規定するための車体座標系を基準に校正するキャリブレーション装置を用いたレーザスキャナのキャリブレーション方法であって、前記右側側面レーザスキャナの平坦路面上でのレーザラインと前記右側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第1交点、前記右側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第2交点、および、前記左側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側側面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第3交点の各位置に、反射板であるランドマークをそれぞれ配置し、前記キャリブレーション装置が、前記各レーザスキャナの走査により読み取られた、前記ランドマークの反射光と前記平坦路面の反射光との光量差に基づき、前記各レーザスキャナの姿勢を規定している各レーザスキャナ座標系での前記各ランドマークの位置を、それぞれ導出し、前記各レーザスキャナ座標系における前記各ランドマークの位置に基づき、前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の、前記車体座標系における位置を算出し、前記車体座標系における前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置に基づき、前記右側前面レーザスキャナ、前記左側前面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出し、前記車体座標系における前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置に基づき、前記右側側面レーザスキャナ、前記左側側面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the laser scanner calibration method of the present invention includes two front laser scanners, each of which is a right front laser scanner and a left front laser scanner, which are provided on the left and right sides of the front of a transporting machine, respectively; The postures of two side laser scanners consisting of a right side laser scanner and a left side laser scanner provided on the left and right sides of the transport machine are calibrated based on the vehicle body coordinate system for defining the posture of the transport machine. a laser scanner calibration method using a calibration device, wherein the intersection of the laser line of the right side laser scanner on a flat road surface and the laser line of the right front laser scanner on the flat road surface is a first intersection, a second intersection of the laser line of the right front laser scanner and the laser line of the left front laser scanner on a flat surface, and a second intersection of the laser line of the left front laser scanner and the A landmark, which is a reflector, is placed at each position of the third intersection, which is the intersection of the left side laser scanner with the laser line on the flat road surface, and the calibration device performs scanning of each laser scanner. The position of each landmark in each laser scanner coordinate system that defines the attitude of each laser scanner based on the read light amount difference between the reflected light of the landmark and the reflected light of the flat road surface, calculating the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system based on the positions of the landmarks in the laser scanner coordinate system; Based on the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the Based on the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system, a value indicating the current three-dimensional posture of the right side laser scanner and the left side laser scanner in the vehicle body coordinate system is calculated. characterized in that

本発明により、複数のレーザスキャナを組み合わせて障害物検出を行う場合において、レーザスキャナの姿勢を校正するための、高精度のデータを入手することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, highly accurate data for calibrating the attitude of the laser scanners can be obtained when detecting an obstacle by combining a plurality of laser scanners.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

実施形態に係る自律走行システムの構成例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration example of an autonomous driving system according to an embodiment; FIG. ダンプトラックにおけるレーザスキャナの配置を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view showing the arrangement of laser scanners in a dump truck. 車止め検出を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a car stop detection. 路肩検出を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a road-shoulder detection. 車体座標系、レーザスキャナ座標系を例示する図である。It is a figure which illustrates a vehicle body coordinate system and a laser scanner coordinate system. 車体座標系、レーザスキャナ座標系を例示する図であり、レーザスキャナ座標系の詳細を例示する図である。It is a figure which illustrates a vehicle body coordinate system and a laser scanner coordinate system, and is a figure which illustrates the detail of a laser scanner coordinate system. 第1実施形態のキャリブレーション装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a calibration device according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態のキャリブレーション装置による処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing processing by the calibration device of the first embodiment; ランドマークの配置例を表す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of arrangement of landmarks; 実施形態のランドマークの設置位置を求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the installation position of the landmark of embodiment. 実施形態の車輪型移動体を用いてランドマークの設置位置を求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the installation position of a landmark using the wheel type mobile body of embodiment. 実施形態の飛行体を用いてランドマークの設置位置を求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the installation position of a landmark using the flying object of embodiment. 実施形態のレーザスキャナの検出値からランドマークの位置を求める方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method of obtaining landmark positions from detection values of the laser scanner according to the embodiment; 実施形態の車体座標系におけるランドマークの位置を算出する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which calculates the position of the landmark in the vehicle body coordinate system of embodiment. 実施形態の車体座標系におけるランドマークの位置を算出する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which calculates the position of the landmark in the vehicle body coordinate system of embodiment. 実施形態の車体座標系におけるランドマークの位置を算出する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which calculates the position of the landmark in the vehicle body coordinate system of embodiment. 実施形態の前面レーザスキャナの姿勢を算出する処理を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating processing for calculating the orientation of the front laser scanner according to the embodiment; 実施形態の側面レーザスキャナの姿勢を算出する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which calculates the attitude|position of the side surface laser scanner of embodiment. 実施形態の側面レーザスキャナの姿勢を算出する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which calculates the attitude|position of the side surface laser scanner of embodiment. 実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the rotation matrix for calibrating the laser scanner of embodiment. 実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the rotation matrix for calibrating the laser scanner of embodiment. 実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the rotation matrix for calibrating the laser scanner of embodiment. 実施形態のレーザスキャナをキャリブレーションするための回転行列を求める手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the rotation matrix for calibrating the laser scanner of embodiment. 第2実施形態のキャリブレーション装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the calibration apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態のキャリブレーション装置による処理を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing processing by the calibration device of the second embodiment; 第2実施形態の路面の平坦性を判定する態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect which determines the flatness of the road surface of 2nd Embodiment. 第3実施形態のランドマークを構成する各部材を示す図である。It is a figure which shows each member which comprises the landmark of 3rd Embodiment. 第3実施形態のランドマークを例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating landmarks of the third embodiment; 第3実施形態のランドマークを用いた態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect using the landmark of 3rd Embodiment. 第3実施形態のランドマークを用いた態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect using the landmark of 3rd Embodiment. 第3実施形態のランドマークをレーザスキャナが読み取った際の値を例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating values when a laser scanner reads the landmarks of the third embodiment; 実施形態のキャリブレーション装置のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware structural example of the calibration apparatus of embodiment.

以下の実施形態では、便宜上必要があるときは、複数のセクションまたは実施形態に分割して説明する。以下の実施形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。尚、以下の実施形態において、その構成要素(処理ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須ではない。 The following embodiments will be divided into multiple sections or embodiments when necessary for convenience. In the following embodiments, when referring to the number of elements, etc. (including the number, numerical value, amount, range, etc.), unless otherwise specified or clearly limited to a specific number in principle, The number is not limited to a specific number, and may be greater than or less than a specific number. In the following embodiments, the constituent elements (including processing steps and the like) are not necessarily essential, unless otherwise specified or clearly considered essential in principle.

以下、図面等を用いて、実施形態のレーザスキャナのキャリブレーション方法、運搬機械について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本実施形態に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, a method for calibrating a laser scanner and a transportation machine according to an embodiment will be described with reference to drawings and the like. The following description shows specific examples of the content of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions, and various modifications by those skilled in the art within the scope of the technical idea disclosed in the present embodiment. Changes and modifications are possible. Further, in all the drawings for explaining the present embodiment, the same reference numerals are assigned to those having the same functions, and repeated explanations thereof may be omitted.

(第1実施形態)
図1に、実施形態に係る自律走行システムの構成例を示す。自律走行システム1は、無人で走行する運搬機械(以下、ダンプトラックと称する)100、交通管制システム200を有し、これらが無線通信により相互にデータの送受信を行うことが可能となっている。また自律走行システム1は、ランドマーク50を路面に設置する際に用いられるランドマーク設置位置特定装置60を有している。ランドマーク設置位置特定装置60の用い方については、後述する。尚、図1においては、ダンプトラック100、ランドマーク設置位置特定装置60を1台ずつ示しているが、自律走行システム1内にこれらが複数台設けられていてもよい。またダンプトラック100は、オペレータが運転することで走行する運搬機械であってもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example of an autonomous driving system according to an embodiment. The autonomous driving system 1 includes an unmanned transporting machine (hereinafter referred to as a dump truck) 100 and a traffic control system 200, which can transmit and receive data to and from each other through wireless communication. The autonomous driving system 1 also has a landmark installation position specifying device 60 that is used when installing the landmark 50 on the road surface. How to use the landmark installation position specifying device 60 will be described later. Although one dump truck 100 and one landmark installation position specifying device 60 are shown in FIG. Alternatively, the dump truck 100 may be a transport machine that travels by being driven by an operator.

交通管制システム200は、ダンプトラック100が自律走行を行うための経路情報を、当該ダンプトラック100に送信するためのシステムであり、1台のコンピュータもしくは複数台のコンピュータにより構成されている。交通管制システム200は、走行経路生成部201、通信装置202、車両情報記憶部203、地図情報記憶部204を有しており、これらは、コンピュータの演算処理装置が記憶装置に事前に記憶されているプログラムを演算実行することで、実現される。 The traffic control system 200 is a system for transmitting route information for the dump truck 100 to autonomously travel to the dump truck 100, and is composed of one computer or a plurality of computers. The traffic control system 200 has a travel route generation unit 201, a communication device 202, a vehicle information storage unit 203, and a map information storage unit 204, which are pre-stored in a storage device by a computer processing unit. It is realized by executing the program

走行経路生成部201は、ダンプトラック100が自律走行を行う積込場と放土場との間の経路往復路走行経路を、地図情報記憶部311の地図情報と車両情報記憶部314の車両情報を参照して生成する。そして通信装置202は、生成した経路をダンプトラック100に送信する。尚、交通管制システム200が提供する機能や動作については、従前の技術が用いられる。 The travel route generation unit 201 generates a round-trip travel route between the loading site and the dumping site where the dump truck 100 autonomously travels, based on the map information in the map information storage unit 311 and the vehicle information in the vehicle information storage unit 314. generated by referring to The communication device 202 then transmits the generated route to the dump truck 100 . Conventional technology is used for the functions and operations provided by the traffic control system 200 .

ダンプトラック100は、自車両の位置から周囲に存在する物体までの距離および方向を計測する周囲環境認識装置101と、ダンプトラック100の位置や姿勢を計測する自己位置計測装置102とを有する。またダンプトラック100は、交通管制システム200からのデータを受信する通信装置104を有する。ダンプトラック100は、交通管制システム200からのデータに基づき、また搬送路の路幅や対向車の存在などの周囲状況に基づき、ダンプトラック100の速度や操舵角を変更する車体運動制御装置103を有する。 The dump truck 100 has a surrounding environment recognition device 101 that measures the distance and direction from the position of the own vehicle to objects existing in the surroundings, and a self-position measurement device 102 that measures the position and orientation of the dump truck 100 . The dump truck 100 also has a communication device 104 that receives data from the traffic control system 200 . The dump truck 100 has a vehicle body motion control device 103 that changes the speed and steering angle of the dump truck 100 based on the data from the traffic control system 200 and on the surrounding conditions such as the width of the transport path and the presence of oncoming vehicles. have.

周囲環境認識装置101は、車止め検出装置であるレーザスキャナ2a、2bと、路肩検出装置であるレーザスキャナ3a、3bを有する。レーザスキャナ2a、2b、3a、3bは、例えばレーザ光を扇状に投射し、物体からの反射光によって対象物までの距離と方向を測定するLiDARとする。 The surrounding environment recognition device 101 has laser scanners 2a and 2b, which are car stop detection devices, and laser scanners 3a, 3b, which are road shoulder detection devices. The laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b are, for example, LiDARs that project laser light in a fan shape and measure the distance and direction to an object from the reflected light from the object.

図2のように、レーザスキャナ2a、2bは、ダンプトラック100の後方にある車止めまでの距離を検出するために、ダンプトラック100の左右両側面に、それぞれ1台もしくは複数台ずつ設置されている側面レーザスキャナである。本実施形態では、ダンプトラック100の左側側面に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ2a(左側側面レーザスキャナ)とし、右側側面に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ2b(右側側面レーザスキャナ)とする。またレーザスキャナ3a、3bは、ダンプトラック100の側方にある路肩の一部の位置を検出するためのレーザスキャナである。レーザスキャナ3a、3bは、ダンプトラック100の前方左右に、それぞれ1台もしくは複数台ずつ設置されている前面レーザスキャナである。本実施形態では、ダンプトラック100の前方左側に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ3a(左側前面レーザスキャナ)とし、前方右側に設置されているレーザスキャナをレーザスキャナ3b(右側前面レーザスキャナ)とする。 As shown in FIG. 2, one or a plurality of laser scanners 2a and 2b are installed on each of the left and right sides of the dump truck 100 in order to detect the distance to the car stop behind the dump truck 100. It is a lateral laser scanner. In this embodiment, the laser scanner installed on the left side of the dump truck 100 is called a laser scanner 2a (left side laser scanner), and the laser scanner installed on the right side is called a laser scanner 2b (right side laser scanner). do. The laser scanners 3 a and 3 b are laser scanners for detecting the position of a part of the road shoulder on the side of the dump truck 100 . The laser scanners 3a and 3b are front laser scanners, which are installed one or a plurality of them on the front left and right sides of the dump truck 100, respectively. In this embodiment, the laser scanner installed on the front left side of the dump truck 100 is called a laser scanner 3a (left front laser scanner), and the laser scanner installed on the front right side is called a laser scanner 3b (right front laser scanner). do.

周囲環境認識装置101は、周囲対象物相対位置計測装置4と、周囲環境記憶装置5と、キャリブレーション装置105とを有する。周囲対象物相対位置計測装置4は、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bから計測された、周囲に存在する物体の位置を示す値に基づき、ダンプトラック100から車止めまでの距離や方向、路肩までの距離や方向を求める。周囲環境記憶装置5は、現場内に設けられる基準地点を原点とした現場座標系での、車止めおよび路肩の座標値を記憶する。 The surrounding environment recognition device 101 has a surrounding object relative position measuring device 4 , a surrounding environment storage device 5 and a calibration device 105 . The surrounding object relative position measuring device 4 measures the distance and direction from the dump truck 100 to the car stop and the road shoulder based on the values indicating the positions of the surrounding objects measured by the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b. Find the distance and direction of The surrounding environment storage device 5 stores the coordinate values of the car stop and the road shoulder in the site coordinate system with the reference point provided in the site as the origin.

キャリブレーション装置105は、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bの姿勢を、正規の姿勢となるように校正するため数値データを算出する装置であり、キャリブレーションに使用するランドマーク50とランドマーク設置位置特定装置60とともに使用される。キャリブレーション装置105は、周囲対象物相対位置計測装置4の計測に用いられている路面推定処理結果を利用して、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bの現在の設置姿勢を推定するレーザスキャナ姿勢推定装置6を有する。またキャリブレーション装置105は、正規の姿勢にするための校正値(補正値)を記録する校正値記録装置7を有する。レーザスキャナ姿勢推定装置6により得られた校正値は、校正値記録装置7に記録される。 The calibration device 105 is a device that calculates numerical data in order to calibrate the postures of the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b so that they are normal postures. Used in conjunction with locating device 60 . The calibration device 105 utilizes the road surface estimation processing result used for measurement by the surrounding object relative position measuring device 4 to estimate the current installation postures of the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b. It has an estimating device 6 . The calibration device 105 also has a calibration value recording device 7 that records a calibration value (correction value) for establishing a normal posture. The calibration values obtained by the laser scanner attitude estimation device 6 are recorded in the calibration value recording device 7 .

レーザスキャナ2a、2b、3a、3bは、周囲対象物相対位置計測装置4と接続しており、周囲対象物相対位置計測装置4は、周囲環境記憶装置5とレーザスキャナ姿勢推定装置6とに接続している。またレーザスキャナ姿勢推定装置6と校正値記録装置7とが接続しており、校正値記録装置7は、当該校正値記録装置7に記録された値が周囲対象物相対位置計測装置4で使用できるように、周囲対象物相対位置計測装置4とも接続している。 The laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b are connected to a surrounding object relative position measuring device 4, and the surrounding object relative position measuring device 4 is connected to a surrounding environment storage device 5 and a laser scanner attitude estimation device 6. is doing. In addition, the laser scanner attitude estimation device 6 and the calibration value recording device 7 are connected, and the calibration value recording device 7 can use the values recorded in the calibration value recording device 7 in the surrounding object relative position measurement device 4. As shown, it is also connected to the surrounding object relative position measuring device 4 .

自己位置計測装置102は、ダンプトラック100の車輪回転速度を計測する車輪速計測部14と、操舵角度を計測する操舵角計測部15とを有する。自己位置計測装置102の自己位置演算装置17は、車輪速計測部14、操舵角計測部15の計測結果から、ダンプトラック100の速度と角速度、さらに、現場座標系での位置や姿勢を算出する。尚、ダンプトラック100の位置や姿勢を、より高精度で計測するため、ダンプトラック100の自己位置は、自己位置補正装置16によって補正される。自己位置補正装置16は、IMU(慣性計測装置)やGPS(Global Positioning System)などで構成される。 The self-position measurement device 102 has a wheel speed measurement unit 14 that measures the wheel rotation speed of the dump truck 100 and a steering angle measurement unit 15 that measures the steering angle. The self-position calculating device 17 of the self-position measuring device 102 calculates the speed and angular velocity of the dump truck 100 and the position and attitude in the site coordinate system from the measurement results of the wheel speed measuring unit 14 and the steering angle measuring unit 15. . The self-position of the dump truck 100 is corrected by the self-position correction device 16 in order to measure the position and attitude of the dump truck 100 with higher accuracy. The self-position correction device 16 is composed of an IMU (Inertial Measurement Unit), a GPS (Global Positioning System), or the like.

自己位置計測装置102において、車輪速計測部14、操舵角計測部15、自己位置補正装置16は、自己位置演算装置17に接続される。 In the self-position measuring device 102 , the wheel speed measuring section 14 , the steering angle measuring section 15 and the self-position correcting device 16 are connected to the self-position calculating device 17 .

車体運動制御装置103は、ダンプトラック100の速度を低下させたり停止させたりする制動装置18と、ダンプトラック100の駆動輪の回転トルク指令値を制限する駆動トルク制限装置19とを有する。車体運動制御装置103は、ダンプトラック100の路肩からの距離を変更する操舵制御装置20と、交通管制システム200から得られる搬送路の経路や路幅の情報、対向車の情報を記録する地図データベース22とを有する。また車体運動制御装置103は、地図データベース22内の情報などに基づき、ダンプトラック100の速度や進行方向を決定するため、制動装置18の制動量と駆動トルク制限装置19の制限量、操舵制御装置20の制御量を算出する運搬機械制御装置21を有する。 The vehicle body motion control device 103 has a braking device 18 that reduces or stops the speed of the dump truck 100 and a driving torque limiting device 19 that limits the rotational torque command value of the driving wheels of the dump truck 100 . The vehicle body motion control device 103 includes a steering control device 20 that changes the distance of the dump truck 100 from the road shoulder, and a map database that records information on the route and road width of the transportation route obtained from the traffic control system 200 and information on oncoming vehicles. 22. Further, the vehicle body motion control device 103 determines the speed and traveling direction of the dump truck 100 based on the information in the map database 22, etc. It has a transporting machine control device 21 that calculates 20 control variables.

車体運動制御装置103において、運搬機械制御装置21は、地図データベース22、自己位置演算装置17、周囲対象物相対位置計測装置4からの出力を入力する。そして運搬機械制御装置21は、算出結果を制動装置18、駆動トルク制限装置19、操舵制御装置20に出力する。 In the vehicle body motion control device 103 , the transporting machine control device 21 inputs outputs from the map database 22 , the self-position calculation device 17 , and the surrounding object relative position measurement device 4 . The transporting machine control device 21 then outputs the calculation result to the braking device 18 , the driving torque limiting device 19 and the steering control device 20 .

周囲対象物相対位置計測装置4と周囲環境記憶装置5、レーザスキャナ姿勢推定装置6、自己位置計測装置102は、例えば中央演算処理装置と記憶装置と入出力回路と通信回路からなるマイコン装置である。周囲環境記憶装置5の処理用に、別のマイコン装置を設ける構成にしてもよく、一つのマイコン装置で構成してもよい。また、運搬機械制御装置21は、例えば複数のマイコン装置で構成される車載用コントローラであって、車載用コントローラ内部のソフトウェアによって、その機能を実現する。 The surrounding object relative position measurement device 4, the surrounding environment storage device 5, the laser scanner attitude estimation device 6, and the self-position measurement device 102 are, for example, microcomputer devices comprising a central processing unit, a storage device, an input/output circuit, and a communication circuit. . For the processing of the ambient environment storage device 5, a separate microcomputer device may be provided, or a single microcomputer device may be used. Further, the transporting machine control device 21 is, for example, an in-vehicle controller composed of a plurality of microcomputers, and realizes its functions by software inside the in-vehicle controller.

図3および図4は、ダンプトラック100による車止め検出と路肩検出を模式的に示した図である。 3 and 4 are diagrams schematically showing vehicle stop detection and road shoulder detection by the dump truck 100. FIG.

図3は、ダンプトラック100が車止め31を検出しながら後退する様子を示している。図3の矢印Di1は、ダンプトラック100の車体中心から車止めまでの最短距離である。矢印Di1は、周囲対象物相対位置計測装置4がレーザスキャナ2a、2bから得られる値を入力し、演算することで求められる。また図3に示すように、本実施形態では、車止め31と直角となる方向を基準としており、この方向に対しての車体向きをα1で示している。 FIG. 3 shows how the dump truck 100 moves backward while detecting the bollard 31 . An arrow Di1 in FIG. 3 indicates the shortest distance from the center of the body of the dump truck 100 to the car stop. The arrow Di1 is obtained by inputting the values obtained from the laser scanners 2a and 2b into the surrounding object relative position measuring device 4 and performing calculations. Further, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the direction perpendicular to the wheel stop 31 is used as a reference, and the direction of the vehicle body with respect to this direction is indicated by α1.

図4は、ダンプトラック100が搬送路の盛土32を検出しながら走行する様子を示している。図4の矢印Di2は、ダンプトラック100の車体中心から路肩までの最短距離である。矢印Di2は、周囲対象物相対位置計測装置4がレーザスキャナ3a、3bから得られる値を入力し、演算することで求められる。また図4のα2は、レーザスキャナ3a、3bの検出値に基づき得られる路肩の延設方向に対しての、車体の向きである。 FIG. 4 shows how the dump truck 100 travels while detecting the embankment 32 on the transport path. Arrow Di2 in FIG. 4 indicates the shortest distance from the center of the body of dump truck 100 to the road shoulder. The arrow Di2 is obtained by inputting the values obtained from the laser scanners 3a and 3b to the surrounding object relative position measuring device 4 and calculating them. Also, α2 in FIG. 4 is the orientation of the vehicle body with respect to the extending direction of the road shoulder obtained based on the detection values of the laser scanners 3a and 3b.

図5および図6(a)は、車体座標系およびレーザスキャナ座標系を示した図であり、図6(b)は、レーザスキャナ座標系の詳細を説明するための図である。ここで、図5および図6(a)に示されるΣTは、車体座標系であり、ダンプトラック100の中心を基準点とし、車体の長さ方向(ダンプトラック100の進行方向)、幅方向、高さ方向を基準軸とした座標系となっている。図5や図6(a)に示されるΣ2b、Σ3bは、レーザスキャナ2b、レーザスキャナ3bのそれぞれのレーザスキャナ座標系である。尚、ここではレーザスキャナ2a、レーザスキャナ3aについてのレーザスキャナ座標系を図示していないが、これらのレーザスキャナ座標系においても、Σ2a、Σ3aとして規定されている。 5 and 6(a) are diagrams showing the vehicle body coordinate system and the laser scanner coordinate system, and FIG. 6(b) is a diagram for explaining the details of the laser scanner coordinate system. Here, ΣT shown in FIGS. 5 and 6A is a vehicle body coordinate system, with the center of the dump truck 100 as a reference point, the length direction of the vehicle body (advancing direction of the dump truck 100), the width direction, It is a coordinate system with the height direction as the reference axis. Σ2b and Σ3b shown in FIGS. 5 and 6A are the laser scanner coordinate systems of the laser scanner 2b and the laser scanner 3b, respectively. Although the laser scanner coordinate systems for the laser scanners 2a and 3a are not shown here, they are also defined as Σ2a and Σ3a.

図6(b)は、レーザスキャナ3bのレーザスキャナ座標系Σ3bを例示している。レーザスキャナ座標系Σ3bは、レーザスキャナ3bの筐体内部の中心を基準点としており、レーザ光の走査方向をY軸としている。また、レーザの照射口である照射レンズ300bを有する面を正面とする場合、レーザスキャナの正面向きをレーザスキャナ座標系Σ3bのX軸としている。またレーザスキャナ座標系Σ3bのZ軸は、Y軸とX軸により形成される面の法線方向として定義されている。その他のレーザスキャナ座標系Σ2a、Σ2b、Σ3aについても同じ定義となっている。尚、レーザスキャナ座標系のX軸は、レーザスキャナの装置構成上、レーザスキャナの中心位置と、走査範囲を二分割する中心位置CPとを結んだ方向としても定義することができる。 FIG. 6B illustrates the laser scanner coordinate system Σ3b of the laser scanner 3b. The laser scanner coordinate system Σ3b has the center inside the housing of the laser scanner 3b as a reference point, and the scanning direction of the laser beam as the Y-axis. When the surface having the irradiation lens 300b, which is the laser irradiation port, is the front, the front direction of the laser scanner is the X axis of the laser scanner coordinate system Σ3b. The Z-axis of the laser scanner coordinate system Σ3b is defined as the normal direction of the plane formed by the Y-axis and the X-axis. The same definitions apply to the other laser scanner coordinate systems Σ2a, Σ2b, and Σ3a. Note that the X-axis of the laser scanner coordinate system can also be defined as a direction connecting the center position of the laser scanner and the center position CP that divides the scanning range into two, due to the configuration of the laser scanner.

ダンプトラック100のような車体におけるレーザスキャナの搭載では、レーザスキャナの位置(ΣTに対するΣ2a、Σ2b、Σ3a、Σ3bの基準位置)に関しては、比較的高精度で設置することができる。一方、レーザスキャナの姿勢(ΣTに対するΣ2a、Σ2b、Σ3a、Σ3bの回転)に関しては、精度よく設置することは難しく、実際に取り付けられた姿勢によっては補正する必要がある。また、舗装されていない路面を走行する鉱山現場においては、路面状態が良好であるとはいえないため、振動によりレーザスキャナの姿勢が正規姿勢から次第にズレていく。本実施形態のキャリブレーション装置105は、ズレが発生している現状のレーザスキャナの姿勢を、車体座標系ΣTで表されるよう、キャリブレーション処理を行う。このように車体座標系ΣTを基準にして表すことで、各レーザスキャナの姿勢が正規姿勢となるように調整することが可能となる。 When mounting a laser scanner on a vehicle body such as the dump truck 100, the position of the laser scanner (the reference position of Σ2a, Σ2b, Σ3a, and Σ3b with respect to ΣT) can be set with relatively high accuracy. On the other hand, the attitude of the laser scanner (rotation of .SIGMA.2a, .SIGMA.2b, .SIGMA.3a, .SIGMA.3b with respect to .SIGMA.T) is difficult to set with high accuracy, and needs to be corrected depending on the attitude of the actual installation. In addition, at a mine site where the vehicle travels on an unpaved road surface, the road surface is not in good condition, so the posture of the laser scanner gradually deviates from the normal posture due to vibrations. The calibration device 105 of the present embodiment performs calibration processing so that the current attitude of the laser scanner in which there is a deviation is represented by the vehicle body coordinate system ΣT. By using the vehicle body coordinate system .SIGMA.T as a reference in this manner, it is possible to adjust the posture of each laser scanner so that it assumes a normal posture.

図7は、キャリブレーション装置105の内部構成を示す図であり、特にレーザスキャナ姿勢推定装置6の構成例を示す図である。キャリブレーション装置105は、上記のとおりレーザスキャナ姿勢推定装置6および校正値記録装置7を有する。レーザスキャナ姿勢推定装置6は、レーザスキャナ検出値取得部701、ランドマーク位置特定部702(交点位置特定部)、交点位置算出部703、前面レーザスキャナ姿勢算出部704、側面レーザスキャナ姿勢算出部705を有する。 FIG. 7 is a diagram showing the internal configuration of the calibration device 105, and particularly a configuration example of the laser scanner attitude estimation device 6. As shown in FIG. The calibration device 105 has the laser scanner attitude estimation device 6 and the calibration value recording device 7 as described above. The laser scanner attitude estimation device 6 includes a laser scanner detection value acquisition unit 701, a landmark position identification unit 702 (intersection position identification unit), an intersection position calculation unit 703, a front laser scanner attitude calculation unit 704, and a side laser scanner attitude calculation unit 705. have

本実施形態による処理について、図8のフローチャートを参照しつつ説明する。ここで、図8のステップS004からS007は、レーザスキャナ姿勢推定装置6によって処理され、そこで推定されたレーザスキャナ2a、2bおよびレーザスキャナ3a、3bの設置姿勢が校正値記録装置7に記録される。 Processing according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, steps S004 to S007 in FIG. 8 are processed by the laser scanner attitude estimation device 6, and the installation attitudes of the laser scanners 2a, 2b and the laser scanners 3a, 3b estimated there are recorded in the calibration value recording device 7. .

まず、ステップS001において、ダンプトラック100は、4台のレーザスキャナ2a、2b、3a、3b(図中ではこれらをLIDARと表記)が同一路面をスキャンできるように、平坦な位置に移動される。ここで、移動先のキャリブレーション実施エリアが事前に決まっていれば、交通管制システム200からダンプトラック100に指示を出し、ダンプトラック100が運搬機械制御装置21を用いて自らで当該キャリブレーション実施エリアへ移動してもよい。 First, in step S001, the dump truck 100 is moved to a flat position so that the four laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b (indicated as LIDAR in the drawing) can scan the same road surface. Here, if the calibration implementation area of the destination is determined in advance, the traffic control system 200 issues an instruction to the dump truck 100, and the dump truck 100 uses the transport machine control device 21 to determine the calibration implementation area by itself. You can move to

次に、ステップS002において、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bが路面にレーザ照射を行い、スキャンを開始する。 Next, in step S002, the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b irradiate the road surface with laser beams and start scanning.

ステップS003では、図9のように、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bから照射されたレーザライン(レーザスキャン面と路面との交線)同士が交わる交点に、ランドマークを作業員が設置する。ここでは、右側側面のレーザスキャナ2bと右前面のレーザスキャナ3bとから照射される各レーザラインの交点にランドマーク51が設置され、右前面のレーザスキャナ3bと左前面のレーザスキャナ3aから照射される各レーザラインの交点にランドマーク52が設置される。また左前面のレーザスキャナ3aと左側側面のレーザスキャナ2aから照射される各レーザラインの交点にランドマーク53が設置される。 In step S003, as shown in FIG. 9, the worker places landmarks at the intersections of the laser lines (intersection lines between the laser scan surface and the road surface) irradiated from the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b. . Here, a landmark 51 is installed at the intersection of each laser line irradiated from the laser scanner 2b on the right side and the laser scanner 3b on the right front, and the landmark 51 is irradiated from the laser scanner 3b on the right front and the laser scanner 3a on the left front. A landmark 52 is placed at the intersection of each laser line. A landmark 53 is placed at the intersection of each laser line emitted from the left front laser scanner 3a and the left side laser scanner 2a.

ランドマーク51、52、53は反射板であり、反射光が顕著な値となるような素材である再帰反射材で構成されている。すなわちランドマーク51、52、53は、各交点でスキャン結果を顕著な値となるように設置される。ランドマーク51、52、53は、レーザ受光器の受光面と同程度の大きさであり、薄いシート状のもので、その形状は四角形でも円形でもよい。 The landmarks 51, 52, and 53 are reflectors, and are made of a retroreflecting material, which is a material that reflects a significant amount of light. That is, the landmarks 51, 52, and 53 are placed so that the scan result at each intersection has a significant value. The landmarks 51, 52, and 53 are approximately the same size as the light receiving surface of the laser light receiver, are thin sheet-like ones, and may be rectangular or circular in shape.

ここで、ランドマーク51、52、53を設置するためのランドマーク設置位置特定装置60について、図10を参照しつつ説明する。ランドマーク設置位置特定装置60として、本実施形態では、レーザ測量やレーザ墨出などで使用されているレーザ受光器を採用する。図10は、ランドマーク設置位置特定装置60の使用態様を例示した図である。ランドマーク設置位置特定装置60は、各レーザスキャナから照射されたレーザが、レーザ検出面61上に示された基準線62の上下どちらに当たっているかを、表示部63の矢印64で示す機器である。作業員は、ランドマーク設置位置特定装置60を路面付近で繰り返しレーザスキャン面を横切らせながら、レーザスキャン面と路面との交線(レーザライン)をトレースする。この動作によりレーザライン同士の交点を見つけ、当該位置にランドマークを設置する。 Here, the landmark installation position specifying device 60 for installing the landmarks 51, 52, 53 will be described with reference to FIG. As the landmark installation position specifying device 60, in this embodiment, a laser receiver used in laser surveying, laser marking, and the like is adopted. 10A and 10B are diagrams illustrating the manner of use of the landmark installation position specifying device 60. FIG. The landmark installation position specifying device 60 is a device that indicates with an arrow 64 on a display unit 63 whether the laser emitted from each laser scanner hits above or below a reference line 62 shown on a laser detection surface 61 . The worker traces the line of intersection (laser line) between the laser scan plane and the road surface while repeatedly causing the landmark installation position specifying device 60 to cross the laser scan plane near the road surface. This operation finds the intersection of the laser lines and places a landmark at that location.

また図11(a)、(b)に示すように、車輪型移動体65に上記のランドマーク設置位置特定装置60などを搭載してもよい。車輪型移動体65は、レーザの受光位置が右側ならば左方向へ、左側ならば右方向へと、走行方向や角速度を変化させながらトレースする。例えば図11(b)に示すように、車輪型移動体65がレーザスキャナ2bのレーザラインL1上を走行する場合、レーザスキャナ3bのレーザラインL2との交点に差し掛かると受光強度が高い値を示す。この位置を交点としてランドマーク51が設置されることで、路面上に照射されたレーザラインL1、L2の交点を見つけることができる。 Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, the landmark installation position specifying device 60 or the like may be mounted on a wheeled mobile body 65. FIG. The wheel-type moving body 65 traces the laser beam leftward if the light receiving position is on the right side, and moves rightward if the laser light receiving position is on the left side, while changing the running direction and the angular velocity. For example, as shown in FIG. 11(b), when the wheel-shaped moving body 65 runs on the laser line L1 of the laser scanner 2b, the received light intensity reaches a high value when it reaches the intersection with the laser line L2 of the laser scanner 3b. show. By setting the landmark 51 with this position as the intersection point, the intersection point of the laser lines L1 and L2 irradiated on the road surface can be found.

さらに、図12のように、各レーザスキャナから照射されるレーザの波長域の撮影が可能なカメラ66Aを飛行体66に搭載させ、当該飛行体66をダンプトラック100の上空に飛行させることで、各レーザラインL1、L2、L3、L4を検出することができる。飛行体66は、より強度の強い位置を交点として求めてもよい。尚、飛行体66に搭載されたカメラ66Aからのリアルタイム映像は、作業員が携帯しているノートPCなどの端末装置に送信され、画面上に映し出される。作業員は、この映し出された映像で交点位置を確認しながら、ランドマーク51、52、53を配置する。 Furthermore, as shown in FIG. 12, a camera 66A capable of photographing the wavelength range of the laser emitted from each laser scanner is mounted on the flying object 66, and the flying object 66 is flown above the dump truck 100. Each laser line L1, L2, L3, L4 can be detected. The flying object 66 may determine the position of the stronger intensity as the intersection point. The real-time video from the camera 66A mounted on the flying object 66 is transmitted to a terminal device such as a notebook PC carried by the worker and displayed on the screen. The worker arranges the landmarks 51, 52, 53 while confirming the position of the intersection on the projected image.

図8のフローチャートの説明に戻る。次にステップS004において、レーザスキャナ姿勢推定装置6のレーザスキャナ検出値取得部701は、周囲対象物相対位置計測装置4を介して4台のレーザスキャナ2a、2b、3a、3bで検出される路面計測データ(反射光検出値)を取得する。そしてランドマーク位置特定部702は、反射強度の光量差に基づき、交点に設置されたランドマークを検出し、レーザスキャナ座標系でのランドマークの位置、すなわち各レーザラインの交わる交点位置を特定する。 Returning to the description of the flowchart in FIG. Next, in step S<b>004 , the laser scanner detection value acquisition unit 701 of the laser scanner attitude estimation device 6 acquires the road surface detected by the four laser scanners 2 a, 2 b, 3 a, and 3 b via the surrounding object relative position measurement device 4 . Acquire measurement data (reflected light detection value). Then, the landmark position specifying unit 702 detects the landmarks placed at the intersections based on the difference in light intensity of the reflection intensity, and specifies the positions of the landmarks in the laser scanner coordinate system, that is, the positions of the intersections where the laser lines intersect. .

図13には、レーザスキャナ3bによるランドマーク検出の様子を示している。図13(a)は、レーザスキャナ3bで取得した距離、角度データで表される計測点群を、極座標から直交座標(X3b,Y3b)へ変換して、レーザスキャナ座標系Σ3bにプロットした結果を示した図である。図13(b)は、これら点群のそれぞれの反射強度の大きさEをΣ3bのY3b座標に対してプロットしたグラフである。ここでランドマーク位置特定部702は、反射強度が局所的に大きい値54、55を示す位置を、ランドマーク51、52の設置位置であるものと判定する。すなわちランドマーク位置特定部702は、図13(b)から値54、55を示すY3b上の座標値Y51、Y52を求める。そしてランドマーク位置特定部702は、図13(a)に示す関係から、座標値Y51、Y52に対応するX51、X52の各座標値を求める。ランドマーク位置特定部702は、このようにして得られた位置座標(X51,Y51)および(X52,Y52)を、レーザスキャナ座標系Σ3bにおけるランドマーク51、52の位置、すなわちレーザラインの交点として取得する。ランドマーク位置特定部702は、同手法によりその他の交点についても求める。 FIG. 13 shows how landmarks are detected by the laser scanner 3b. FIG. 13(a) shows the measured point group represented by the distance and angle data acquired by the laser scanner 3b, converted from polar coordinates to orthogonal coordinates (X 3b , Y 3b ), and plotted on the laser scanner coordinate system Σ3b. It is the figure which showed the result. FIG. 13(b) is a graph plotting the magnitude E of the reflected intensity of each of these point clouds against the Y3b coordinate of Σ3b. Here, the landmark position specifying unit 702 determines that the positions at which the reflection intensities show locally large values 54 and 55 are the installation positions of the landmarks 51 and 52 . That is, the landmark position specifying unit 702 obtains coordinate values Y 51 and Y 52 on Y 3b indicating values 54 and 55 from FIG. 13(b). Then, the landmark position specifying unit 702 obtains coordinate values X 51 and X 52 corresponding to the coordinate values Y 51 and Y 52 from the relationship shown in FIG. 13(a). The landmark position specifying unit 702 converts the position coordinates (X 51 , Y 51 ) and (X 52 , Y 52 ) thus obtained to the positions of the landmarks 51 and 52 in the laser scanner coordinate system Σ3b, that is, the laser coordinates. Take as the intersection of lines. The landmark position specifying unit 702 also obtains other intersection points by the same method.

図8のフローチャートの説明に戻る。ステップS005において、レーザスキャナ姿勢推定装置6の交点位置算出部703は、各交点の車体座標系における位置を算出する。交点位置算出部703の処理について、図14、図15、図16を用いて説明する。 Returning to the description of the flowchart in FIG. In step S005, the intersection position calculator 703 of the laser scanner posture estimation device 6 calculates the position of each intersection in the vehicle body coordinate system. Processing of the intersection position calculation unit 703 will be described with reference to FIGS. 14, 15, and 16. FIG.

交点位置算出部703は、上記のレーザスキャナ座標系におけるランドマーク51、52、53の位置、およびレーザスキャナ2a、2b、3a、3bの車体座標系における設置位置(この設置点をそれぞれP2a、P2b、P3a、P3bとする)に基づき、図14に示すランドマークを結ぶ直線で作られる三角形Tの頂点A(第1交点)、頂点B(第2交点)、頂点C(第3交点)の、車体座標系における位置を算出する。尚、図14においては、三角形Tの頂点A、B、Cが、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bから照射されるレーザラインの交点となっている。 The intersection position calculator 703 calculates the positions of the landmarks 51, 52, and 53 in the laser scanner coordinate system and the installation positions of the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b in the vehicle body coordinate system (the installation points are P2a and P2b, respectively). , P3a and P3b), vertex A (first intersection), vertex B (second intersection), and vertex C (third intersection) of a triangle T formed by straight lines connecting the landmarks shown in FIG. Calculate the position in the vehicle body coordinate system. In FIG. 14, the vertices A, B, and C of the triangle T are intersection points of laser lines emitted from the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b.

頂点A、B、Cの位置の算出方法はいくつかあるが、ここで一例を以下に示す。まず、求めたいパラメータは、頂点A、B、Cの3次元位置座標である。 There are several methods for calculating the positions of the vertices A, B, and C, and one example is shown below. First, the parameters to be obtained are the three-dimensional position coordinates of the vertices A, B, and C.

図15(a)において、P3bから直線ABへ下ろした垂線の足をHABとし、P3aから直線BCへ下ろした垂線の足をHBCとすると、以下の4つの式が導出される。ここでhABはP3bと直線ABとの間の距離、hBCはP3aと直線BCとの間の距離、rABは頂点Aと頂点Bとの間の距離、rBCは頂点Bと頂点Cの間の距離である。またβは、直線ABとAP3bとのなす角、βは直線BCとBP3aとのなす角である。

Figure 0007138538000001
In FIG. 15(a), the following four equations are derived, where H AB is the leg of the perpendicular extending from P3b to straight line AB, and HBC is the leg of the perpendicular extending from P3a to straight line BC . where hAB is the distance between P3b and straight line AB , hBC is the distance between P3a and straight line BC , rAB is the distance between vertex A and vertex B, rBC is vertex B and is the distance between vertices C; β A is the angle between the straight line AB and AP 3b , and β B is the angle between the straight line BC and BP 3a .
Figure 0007138538000001

尚、hAB、rAB、βは、図15(b)のように、レーザスキャナ座標系でのA、Bの座標を用いて、幾何学的に算出することができ、hBC、rBC、βについても同手法により求めることができる。 Note that h AB , r AB , β A can be geometrically calculated using the coordinates of A and B in the laser scanner coordinate system, as shown in FIG . BC and β B can also be obtained by the same method.

次に、図16において、A、B、Cから直線P2b3b、P3b3a、P3a2aへ下ろした垂線の足を、それぞれ、P、P、Pとすると、以下の6つの式が導出される。

Figure 0007138538000002
Next, in FIG. 16, if the legs of perpendiculars drawn from A, B, and C to straight lines P 2b P 3b , P 3b P 3a , and P 3a P 2a are P A , P B , and P C , respectively, the following are derived.
Figure 0007138538000002

ここで、線分P2b3b、P3b3a、P3a2aの長さは設計値であることから、線分AP2b、AP3bの長さ、線分BP3b、BP3aの長さ、線分CP3a、CP2aの長さは、各レーザスキャナの検出データから求めることができる。したがって、図16における三角形AP2b3b、BP3b3a、CP3a2aは、三辺が既知の三角形となり、h、h、hの値は、幾何学演算を行うことで導出される。 Here, since the lengths of the line segments P 2b P 3b , P 3b P 3a and P 3a P 2a are design values, the lengths of the line segments AP 2b and AP 3b and the lengths of the line segments BP 3b and BP 3a The length of the line segments CP 3a and CP 2a can be obtained from the detection data of each laser scanner. Therefore, the triangles AP 2b P 3b , BP 3b P 3a , and CP 3a P 2a in FIG. 16 are triangles with three known sides, and the values of h A , h B , and h C are derived by performing geometrical operations. be done.

以上の結果から、未知数9個(頂点A、B、Cの3軸位置座標)に対して、10個の方程式を導出することができた。交点位置算出部703は、上記各数式を用い、また例えば最小二乗法を用いてA、B、Cの座標位置を求める。これに加え、P2b、P3b、P3a、P2aが車体座標系における位置座標で表すことができるため、交点位置算出部703は、頂点A、B、Cの、車体座標系における位置座標を求めることができる。 From the above results, 10 equations could be derived for 9 unknowns (three-axis position coordinates of vertices A, B, and C). The intersection position calculation unit 703 obtains the coordinate positions of A, B, and C using the above formulas and, for example, the method of least squares. In addition, since P 2b , P 3b , P 3a , and P 2a can be represented by the position coordinates in the vehicle body coordinate system, the intersection position calculation unit 703 calculates the position coordinates of the vertices A, B, and C in the vehicle body coordinate system. can be asked for.

図8のフローチャートの説明に戻る。次にステップS006において、レーザスキャナ姿勢推定装置6の前面レーザスキャナ姿勢算出部704は、前面左右のレーザスキャナ3a、3bの設置位置と、上記交点を結ぶ直線からなる三角形Tとの位置関係から、左右のレーザスキャナ3a、3bの三次元姿勢を算出する。 Returning to the description of the flowchart in FIG. Next, in step S006, the front laser scanner attitude calculation unit 704 of the laser scanner attitude estimation device 6 calculates the following from the positional relationship between the installation positions of the left and right laser scanners 3a and 3b on the front surface and the triangle T formed by the straight line connecting the intersection points. The three-dimensional postures of the left and right laser scanners 3a and 3b are calculated.

まず、図17(a)において、P3bからレーザスキャナ座標系のX3b軸方向に伸ばした直線と直線ABの交点をOx3bとする。ここで、車体座標系でのOx3bの位置は、車体座標系の原点をOとして、

Figure 0007138538000003
と表すことができる。ここで、rAOは点Aと点Ox3bとの間の距離であり、図17(b)のように、レーザスキャナ座標系での点Aの位置と、直線ABのX3b軸切片の位置との間の距離から求めることができる。尚、図17(b)において、点Σ3b(点P3bの位置)と点Aとの位置関係は、ステップS005により既に求められている。また、レーザスキャナ座標系のX3b軸方向は、上記図6(b)での説明のとおり、レーザスキャナがスキャンする走査範囲の中心としており、この中心位置は、レーザスキャナの製造段階などで既に決まっている(レーザスキャナの走査範囲(走査角度)が例えば120°と規定されている場合、走査開始から60°走査した位置が中心位置であるなど)。このことから、当該中心での読み取り値が、点Σ3b(点P3b)と点Ox3b(X3b軸と直線ABとの交点)との距離を示すものとなる。以上により、レーザスキャナ座標系における点Aおよび点Ox3bの各位置が求められるため、点Aと点Ox3bとの距離を示すrAOを導出することも可能となる。 First, in FIG. 17A, the intersection of a straight line extending from P3b in the X3b axis direction of the laser scanner coordinate system and the straight line AB is assumed to be Ox3b . Here, the position of O x3b in the vehicle body coordinate system is obtained by taking the origin of the vehicle body coordinate system as O,
Figure 0007138538000003
It can be expressed as. Here, rAO is the distance between point A and point Ox3b , and as shown in FIG. 17(b), the position of point A in the laser scanner coordinate system and the position of the X3b can be obtained from the distance between In FIG. 17(b), the positional relationship between point Σ3b (position of point P3b) and point A has already been obtained in step S005. Further, the X3b axis direction of the laser scanner coordinate system is the center of the scanning range scanned by the laser scanner, as explained in FIG. It is fixed (if the scanning range (scanning angle) of the laser scanner is defined as 120°, for example, the center position is the position scanned by 60° from the start of scanning). Therefore, the read value at the center indicates the distance between the point Σ3b (point P 3b ) and the point O x3b (the intersection of the X 3b axis and the straight line AB). Since each position of the point A and the point Ox3b in the laser scanner coordinate system is obtained by the above, it is also possible to derive rAO indicating the distance between the point A and the point Ox3b .

また図17(a)において、P3aからレーザスキャナ座標系のX3b軸方向に伸ばした直線と直線BCとの交点を、Ox3aとすると、車体座標系の原点Oに対するOx3aの位置(車体座標系)は、上記と同手法により以下のとおりとなる。

Figure 0007138538000004
ここで、rCOは、上記同様に、レーザスキャナ座標系での頂点Cの位置と、直線BCのX3a軸切片の位置との間の距離から求めることができる。 In FIG. 17(a), if the intersection of the straight line extending from P3a in the X3b axis direction of the laser scanner coordinate system and the straight line BC is Ox3a , the position of Ox3a with respect to the origin O of the vehicle body coordinate system (vehicle body coordinate system) is as follows by the same method as above.
Figure 0007138538000004
Here, rCO can be obtained from the distance between the position of the vertex C in the laser scanner coordinate system and the position of the X3a -axis intercept of the straight line BC in the same manner as described above.

上記の手法を用いて演算することで、前面レーザスキャナ姿勢算出部704は、車体座標系における点Ox3b、点Ox3aを算出することができ、また次のとおり、現状のレーザスキャナの向き(X軸)を車体座標系で表すことができる。

Figure 0007138538000005
By performing calculations using the above method, the front laser scanner attitude calculation unit 704 can calculate the points O x3b and O x3a in the vehicle body coordinate system, and the current orientation of the laser scanner ( X-axis) can be expressed in the vehicle body coordinate system.
Figure 0007138538000005

また、レーザスキャナ3bより照射されるスキャン面(図17(a)での点P3b、点A、点Bにより形成される面)の法線ベクトルをn3bとする。またレーザスキャナ3aにより照射されるスキャン面(図17(a)での点P3a、点B、点Cにより形成される面)の法線ベクトルをn3aとする。この場合、法線ベクトルn3b、n3aは、以下のとおりとなる。

Figure 0007138538000006
ここで、点P3b、点P3a、点A、点B、点Cは、いずれも車体座標系で表されるため、法線ベクトルn3b、n3aも、車体座標系で表される。 Let n 3b be the normal vector of the scan plane (the plane formed by point P 3b , point A, and point B in FIG. 17(a)) irradiated by the laser scanner 3b. Let n 3a be the normal vector of the scan plane irradiated by the laser scanner 3a (the plane formed by points P 3a , B, and C in FIG. 17(a)). In this case, normal vectors n 3b and n 3a are as follows.
Figure 0007138538000006
Here, since the point P 3b , the point P 3a , the point A, the point B, and the point C are all expressed in the vehicle body coordinate system, the normal vectors n 3b and n 3a are also expressed in the vehicle body coordinate system.

このようにして前面レーザスキャナ姿勢算出部704は、車体座標系での現状のレーザスキャナの正面向き(X軸)、および現状のスキャン面の向き(法線ベクトル)を算出することができる。よって前面レーザスキャナ姿勢算出部704は、左右前面のレーザスキャナ3b、3aの車体座標系における現状での三次元姿勢を求めることができる。 In this way, the front laser scanner attitude calculation unit 704 can calculate the current front direction (X-axis) of the laser scanner in the vehicle body coordinate system and the current scan plane direction (normal vector). Therefore, the front laser scanner posture calculation unit 704 can obtain the current three-dimensional postures of the left and right front laser scanners 3b and 3a in the vehicle body coordinate system.

図8の説明に戻る。ステップS007において、レーザスキャナ姿勢推定装置6の側面レーザスキャナ姿勢算出部705は、三角形Tが路面上にあることを利用して、左右側面のレーザスキャナ2b、2aのスキャン面と路面との交線である図18(a)、(b)に示す直線AH、直線CHを算出する。ここで、H、Hは、P2b、P2aから各レーザライン(図18では直線AH、直線CHで示されるライン)へ下ろした垂線の足である。 Returning to the description of FIG. In step S007, the side laser scanner posture calculation unit 705 of the laser scanner posture estimation device 6 uses the fact that the triangle T is on the road surface to calculate the line of intersection between the scan planes of the left and right side laser scanners 2b and 2a and the road surface. A straight line AH A and a straight line CH C shown in FIGS. 18A and 18B are calculated. Here, H A and H C are legs of perpendiculars drawn from P 2b and P 2a to respective laser lines (lines indicated by straight lines AH A and CH C in FIG. 18).

このとき直線AH、CHは、三角形T(ABC)がなす平面上の直線であることから、4つのパラメータm、m、n、nを用いて、

Figure 0007138538000007
で表すことができる。ここで、上記の方程式は、x成分、y成分、z成分で示されるベクトルであるため、計6つの方程式が得られたことになる。 At this time, since the straight lines AH A and CH C are straight lines on the plane formed by the triangle T (ABC), using four parameters m A , m C , n A , and n C ,
Figure 0007138538000007
can be expressed as Here, since the above equations are vectors represented by x, y, and z components, a total of six equations are obtained.

また、P2bと直線AHとの間の距離h2b、P2aと直線CHとの間の距離h2a、直線AHと直線AP2bとのなす角α、および直線CHと直線CP2aとのなす角αを用いて、次の4つの方程式を得ることができる。尚、h2b、h2a、α、αは、レーザスキャナの計測値に基づき得ることができる。

Figure 0007138538000008
Further, the distance h 2b between P 2b and straight line AH A , the distance h 2a between P 2a and straight line CH C , the angle α A between straight line AH A and straight line AP 2b , and straight line CH C and straight line Using the angle α C with CP 2a , the following four equations can be obtained. Note that h 2b , h 2a , α A , and α C can be obtained based on measured values of a laser scanner.
Figure 0007138538000008

以上の結果から、未知数10個(H、Hの位置座標、4つの未知パラメータm、m、n、n)に対して、10個の方程式を得ることができた。側面レーザスキャナ姿勢算出部705は、この連立方程式の解としてH、Hの位置座標を求める。また上記の各数式は、いずれも車体座標系における位置座標で表されるため、H、Hも、車体座標系で表すことができる。 From the above results, ten equations could be obtained for ten unknowns (positional coordinates of H A and H C and four unknown parameters m A , m C , n A and n C ). The side laser scanner attitude calculation unit 705 obtains the position coordinates of H A and H C as solutions of the simultaneous equations. Moreover, since each of the above formulas is represented by position coordinates in the vehicle body coordinate system, H A and H C can also be represented in the vehicle body coordinate system.

次にステップS007において、側面レーザスキャナ姿勢算出部705は、左右側面のレーザスキャナ2a、2bのスキャン面と路面との交線が、上記ランドマークを結ぶ直線からなる三角形Tが作る平面上に存在するように、左右側面のレーザスキャナ2a、2bの三次元姿勢を算出する。図19(a)において、P2bからレーザスキャナ座標系のX2b軸方向に伸ばした直線とレーザスキャナ2b(直線AH)の交点をOx2bとする。ここで、車体座標系でのOx2bの位置は、車体座標系の原点をOとして、

Figure 0007138538000009
と求めることができる。ここで、sAOは、図19(b)のように、レーザスキャナ座標系での頂点Aの位置と、直線AHのX2b軸切片の位置との間の距離から求めることができる(図17と同様の手法となる)。 Next, in step S007, the side laser scanner posture calculation unit 705 determines that the line of intersection between the scan planes of the laser scanners 2a and 2b on the left and right sides and the road surface is on the plane formed by the triangle T formed by the straight lines connecting the landmarks. The three-dimensional postures of the laser scanners 2a and 2b on the left and right sides are calculated so as to do so. In FIG. 19A, the intersection of a straight line extending from P 2b in the X 2b axis direction of the laser scanner coordinate system and the laser scanner 2b (straight line AH A ) is assumed to be O x2b . Here, the position of O x2b in the vehicle body coordinate system is obtained by taking the origin of the vehicle body coordinate system as O,
Figure 0007138538000009
can be asked. Here, s AO can be obtained from the distance between the position of the vertex A in the laser scanner coordinate system and the position of the X 2b axis intercept of the straight line AH A , as shown in FIG. 17).

同様に、車体座標系でのOx2aの位置は、車体座標系の原点をOとして、下記により求めることができる。

Figure 0007138538000010
Similarly, the position of Ox2a in the vehicle body coordinate system can be determined by the following, with O being the origin of the vehicle body coordinate system.
Figure 0007138538000010

上記の手法を用いて演算することで、側面レーザスキャナ姿勢算出部705は、車体座標系における点Ox2b、点Ox2aを算出することができ、また次のとおり、現状のレーザスキャナの向き(X軸の方向を示すベクトル)を車体座標系で表すことができる。

Figure 0007138538000011
By performing calculations using the above method, the side laser scanner attitude calculation unit 705 can calculate the points O x2b and O x2a in the vehicle body coordinate system, and the current orientation of the laser scanner ( A vector indicating the direction of the X axis) can be expressed in the vehicle body coordinate system.
Figure 0007138538000011

また、レーザスキャナ2bより照射されるスキャン面(図19(a)での点P2b、点A、点Hにより形成される面)の法線ベクトルをn2bとする。またレーザスキャナ2aにより照射されるスキャン面(図19(a)での点P2a、点C、点Hにより形成される面)の法線ベクトルをn2aとする。この場合、法線ベクトルn2b、n2aは、以下のとおりとなる。

Figure 0007138538000012
ここで、点P2b、点P2a、点A、点B、点H、点Hは、いずれも車体座標系で表されるため、法線ベクトルn2b、n2aも、車体座標系で表される。 Let n 2b be the normal vector of the scan plane irradiated by the laser scanner 2b (the plane formed by point P 2b , point A , and point HA in FIG. 19(a)). Let n 2a be the normal vector of the scan plane irradiated by the laser scanner 2a (the plane formed by points P 2a , C , and H 2 C in FIG. 19(a)). In this case, normal vectors n 2b and n 2a are as follows.
Figure 0007138538000012
Here, since the points P 2b , P 2a , A, B, H A , and H C are all expressed in the vehicle body coordinate system, the normal vectors n 2b and n 2a are also expressed in the vehicle body coordinate system. is represented by

このようにして側面レーザスキャナ姿勢算出部705は、車体座標系での現状のレーザスキャナの向き(X軸の方向を示すベクトル)、および現状のスキャン面の向き(法線ベクトル)を算出することができる。よって側面レーザスキャナ姿勢算出部705は、左右側面のレーザスキャナ2b、2aの車体座標系における現状での三次元姿勢を求めることができる。 In this way, the side laser scanner attitude calculation unit 705 calculates the current orientation of the laser scanner in the vehicle body coordinate system (vector indicating the direction of the X-axis) and the current orientation of the scan plane (normal vector). can be done. Therefore, the side laser scanner posture calculation unit 705 can obtain the current three-dimensional postures of the left and right side laser scanners 2b and 2a in the vehicle body coordinate system.

前面レーザスキャナ姿勢算出部704、側面レーザスキャナ姿勢算出部705により算出されたレーザスキャナ2a、2b、3a、3bの現状の姿勢を示すベクトルは、校正データとして校正値記録装置7に記録される。尚、三次元姿勢のデータとしては、3次元座標系のデータもしくは極座標系のデータで記録されるものとする。 Vectors indicating the current attitudes of the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b calculated by the front laser scanner attitude calculator 704 and the side laser scanner attitude calculator 705 are recorded in the calibration value recording device 7 as calibration data. It should be noted that the three-dimensional posture data is recorded as data in a three-dimensional coordinate system or data in a polar coordinate system.

以下では、このようにして得られたレーザスキャナ2a、2b、3a、3bの現状の姿勢(レーザスキャナ座標系Σ)を、車体座標系Σに対応づけるための回転量を求める方法について言及する。 In the following, a method for determining the amount of rotation for associating the current attitudes (laser scanner coordinate system Σ P ) of the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b thus obtained with the vehicle body coordinate system ΣT will be described. do.

図20において、レーザスキャナの位置をP(x,y,z)、スキャン面の法線ベクトルをn、レーザスキャナ座標系ΣのX座標軸(x)とレーザスキャナの計測点群がなす直線との交点をO(x,y,z)とする。 In FIG. 20, the position of the laser scanner is P (x, y, z), the normal vector of the scan plane is n, the X coordinate axis (x s ) of the laser scanner coordinate system Σ P and the straight line formed by the measurement point group of the laser scanner Let O(x 0 , y 0 , z 0 ) be the intersection with .

また、O(x,y,z)を通り車体座標系のx平面と平行な平面に対してP(x,y,z)から下ろした足をP’(x,y,z)とし、P’から直線POへの足をHとする。 In addition, the foot P '( x , y , z 0 ), and let H be the foot from P' to the straight line PO.

ここで、レーザスキャナ座標系Σの回転量は、Σが車体座標系Σに一致するように回転させたときの回転量から求めることができる。まず、法線ベクトルnと直線P’Hのなす角をθとすると、

Figure 0007138538000013
となり、図21のようにレーザスキャナ座標系をそのx軸まわりにθ回転させる。ここで、回転後の新たな座標系を(xs,y’,z’)とする。 Here, the amount of rotation of the laser scanner coordinate system ΣP can be obtained from the amount of rotation when ΣP is rotated so as to coincide with the vehicle body coordinate system ΣT . First, assuming that the angle between the normal vector n and the straight line P'H is θx,
Figure 0007138538000013
Then, as shown in FIG. 21, the laser scanner coordinate system is rotated by .theta.x around its xs axis . Here, let the new coordinate system after rotation be (x s , y' s , z' s ).

次に、直線POと直線P’Oのなす角をθとすると、

Figure 0007138538000014
となり、図22のようにレーザスキャナ座標系をそのy’軸まわりにθ回転させる。ここで、回転後の新たな座標系を(x’,y’,z’’)とする。 Next, assuming that the angle between the straight line PO and the straight line P'O is θY,
Figure 0007138538000014
As a result, the laser scanner coordinate system is rotated by θ Y about its y's axis as shown in FIG. Here, let the new coordinate system after rotation be (x' s , y' s , z'' s ).

最後に、直線P’Oと車体座標系x軸のなす角をθとすると、

Figure 0007138538000015
となり、図23のようにレーザスキャナ座標系をそのZ’’軸まわりにθ回転させる。ここで、回転後の新たな座標系を(x’’,y’’,z’’)とする。このとき、回転後のレーザスキャナ座標系(x’’,y’’,z’’)と車体座標系の姿勢が一致する。レーザスキャナの姿勢は、これらθ、θ、θで表すことができ、回転行列をR(θ)とすると、レーザスキャナで取得した計測点の座標(x,y)を車体座標系の座標(x,y,z)に変換する式は、次式となる。
Figure 0007138538000016
Finally, assuming that the angle between the straight line P'O and the x T -axis of the vehicle body coordinate system is θZ,
Figure 0007138538000015
Then, as shown in FIG. 23, the laser scanner coordinate system is rotated by .theta.Z around its Z ''s axis. Here, let the new coordinate system after rotation be (x''s , y''s, z ''s ). At this time, the posture of the laser scanner coordinate system (x''s , y''s, z ''s) after rotation coincides with the vehicle body coordinate system. The attitude of the laser scanner can be represented by these θ X , θ Y , and θ Z , and if the rotation matrix is R(θ), the coordinates (x s , y s ) of the measurement points acquired by the laser scanner are the vehicle body coordinates. The formula for conversion to system coordinates (x T , y T , z T ) is the following formula.
Figure 0007138538000016

上記手法をレーザスキャナ2a、2b、3a、3bに適用することで、4台のレーザスキャナの姿勢、すなわち、車体座標系ΣTに対するレーザスキャナ2a、2b、3a、3bのレーザスキャナ座標系Σ2a、Σ2b、Σ3a、Σ3bの向きの算出を行うことができる。 By applying the above method to the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b, the attitudes of the four laser scanners, that is, the laser scanner coordinate systems Σ2a and Σ2b of the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b with respect to the vehicle body coordinate system ΣT. , .SIGMA.3a and .SIGMA.3b can be calculated.

尚、図20~図23を用いて説明した処理を、レーザスキャナ3a、3bについては前面レーザスキャナ姿勢算出部704が行い、レーザスキャナ2a、2bについては側面レーザスキャナ姿勢算出部705が行ってもよい。この場合、得られた回転行列R(θ)、R(θ)、R(θ)は、校正データとして校正値記録装置7に記録される。 20 to 23 may be performed by the front laser scanner attitude calculation unit 704 for the laser scanners 3a and 3b, and by the side laser scanner attitude calculation unit 705 for the laser scanners 2a and 2b. good. In this case, the obtained rotation matrices R(θ x ), R(θ y ) and R(θ z ) are recorded in the calibration value recording device 7 as calibration data.

校正値記録装置7に記録された校正データは、例えばダンプトラック100の運転席に備えられた表示装置で表示されたり、交通管制システム200に送信されたりする。最終的には、この校正データに対して例えばレーザスキャナを下方向に規定値分向けるなど、現場それぞれに適合した補正が別途行われる。各レーザスキャナは、当該補正後の向きとなるように、調整される。 The calibration data recorded in the calibration value recording device 7 are displayed, for example, on a display device provided in the driver's seat of the dump truck 100 or transmitted to the traffic control system 200 . Ultimately, a correction suitable for each site is separately performed on this calibration data, such as by directing the laser scanner downward by a specified value. Each laser scanner is adjusted so as to have the orientation after the correction.

(第2実施形態)
第1実施形態では、オペレータや交通管制システム200が、平坦と想定される場所まで誘導することで、ダンプトラック100が平坦路面に移動している。しかしながら、車体が大きいとキャリブレーション実施エリアもその分大きくなり、路面が平坦であるかどうかを、人の目で判断することが難しい。そこで、第2実施形態のレーザスキャナ姿勢推定装置6は、図24に示すように、路面状態特定部2501が設けられる。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the operator or the traffic control system 200 guides the dump truck 100 to a place assumed to be flat, thereby moving the dump truck 100 to a flat road surface. However, if the vehicle body is large, the area where the calibration is performed is correspondingly large, and it is difficult for the human eye to judge whether the road surface is flat or not. Therefore, as shown in FIG. 24, the laser scanner posture estimation device 6 of the second embodiment is provided with a road surface state identification unit 2501. FIG.

図25は、路面状態特定部2501の動作を含めたフローチャートであり、図26は路面状態特定部2501の動作を説明するための図である。ステップS201において、路面状態特定部2501は、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bの4台で計測した、路面形状を示す各計測点Qから、回帰直線Lを算出する(図26参照)。 FIG. 25 is a flowchart including the operation of the road surface condition identifying section 2501, and FIG. 26 is a diagram for explaining the operation of the road surface condition identifying section 2501. FIG. In step S201, the road surface condition identification unit 2501 calculates a regression line L from each measurement point Q i indicating the road surface shape measured by the four laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b (see FIG. 26).

そしてステップS202において、路面状態特定部2501は、回帰直線Lに対する各計測点Qの残差σをそれぞれ求めて、その分散(平方和Σσ )を算出する。路面状態特定部2501は、この分散が事前に設定した閾値Dth未満(Σσ <Dth)であるかを判定する。閾値Dth未満である場合(S202:Yes)、路面状態特定部2501は、キャリブレーションを実施するのに適した場所であるとみなして、ステップS203に処理を進める。尚、ステップS203~S207の処理は、上記第1実施形態のステップS003~007と同様である。また一方で、閾値Dth以上である場合(S202:No)、路面状態特定部2501は、キャリブレーションに不適な場所であるとして警告指令をスピーカに向けて出力し、当該スピーカがブザー音などの警告を発してこの旨を報知する(S208)。 Then, in step S202, the road surface condition identification unit 2501 obtains the residual σ i of each measurement point Q i with respect to the regression line L, and calculates the variance (sum of squares Σ i σ i 2 ). The road surface condition identification unit 2501 determines whether this variance is less than a preset threshold value D thi σ i 2 <D th ). If it is less than the threshold value D th (S202: Yes), the road surface condition identification unit 2501 regards the location as suitable for performing calibration, and advances the process to step S203. The processing of steps S203 to S207 is the same as steps S003 to S007 of the first embodiment. On the other hand, if it is equal to or greater than the threshold value D th (S202: No), the road surface condition identification unit 2501 outputs a warning command to the speaker indicating that the location is unsuitable for calibration, and the speaker emits a buzzer sound or the like. A warning is issued to notify this effect (S208).

このようなチェックを行い、実施場所を選定することで、後工程のキャリブレーション作業の精度を高めることができる。 By performing such checks and selecting the implementation location, it is possible to improve the accuracy of the calibration work in the post-process.

(第3実施形態)
上記第1、第2実施形態では、レーザスキャナ2a、2b、3a、3bから路面上に照射された各レーザラインの交点位置を、作業員やドローンが調べ、その交点にランドマーク50を配置する態様例を説明した。第3実施形態では、作業員等の支援作業をさらに低減させつつ、上記交点の位置を算出することができる態様について説明する。
(Third Embodiment)
In the first and second embodiments described above, workers or drones examine the intersection positions of the laser lines irradiated onto the road surface from the laser scanners 2a, 2b, 3a, and 3b, and place the landmarks 50 at the intersections. Example embodiments have been described. In the third embodiment, a mode will be described in which the positions of the intersections can be calculated while further reducing the support work of workers and the like.

第3実施形態で使用するランドマークは、図27に示すように、レーザ反射率の異なる部材72a、72b、74a、74bで構成された直線状シート71、73(直線部材)を用いる。また第3実施形態で使用するランドマークは、部材72a、72b、74a、74bとレーザ反射率が異なる部材である円状シート75を用いる。図28は、これら各部材を用いて作成したランドマーク70を示す図である。ランドマーク70の円状シート75は、ランドマークの外郭を形成しており、その内側は、直線状シート71、73を格子に組んだ構成となっている。 Landmarks used in the third embodiment are linear sheets 71 and 73 (linear members) composed of members 72a, 72b, 74a, and 74b having different laser reflectances, as shown in FIG. A circular sheet 75, which is a member having a different laser reflectance from the members 72a, 72b, 74a, and 74b, is used as the landmark used in the third embodiment. FIG. 28 is a diagram showing a landmark 70 created using these members. The circular sheet 75 of the landmark 70 forms the outline of the landmark, and the inner side thereof has a configuration in which linear sheets 71 and 73 are arranged in a lattice.

また、図29(a)に示すL1(破線)は、いずれかのレーザスキャナから路面上に照射されたレーザラインであるものとする。このレーザラインL1を横軸ysとし、レーザラインを構成する各スポット光に対応するレーザ反射強度を縦軸にとったグラフを図29(b)に示す。レーザラインL1は、ランドマーク座標系のx軸に対する傾きθと、ランドマーク座標系の原点からの距離dを用いて表される。直線L1の傾きθは、ランドマーク70の直線71(=直線状シート71)の間隔nと、図29(b)から求めた直線71を構成する部材74aの間隔mとから、次式で求めることができる。

Figure 0007138538000017
ここでθの符号は、図29(b)において、円状シート75の2つの検出点群の中心yに対して、直線71の検出点群の位置がどちらに寄っているかで判断できる。 Also, L1 (broken line) shown in FIG. 29A is assumed to be a laser line irradiated onto the road surface from one of the laser scanners. FIG. 29B shows a graph in which the laser line L1 is plotted on the horizontal axis ys and the laser reflection intensity corresponding to each spot light forming the laser line is plotted on the vertical axis. The laser line L1 is expressed using an inclination θ1 with respect to the xL axis of the landmark coordinate system and a distance d1 from the origin of the landmark coordinate system. The inclination θ 1 of the straight line L1 is obtained from the distance n 1 between the straight lines 71 (=linear sheet 71) of the landmark 70 and the distance m 1 between the members 74a forming the straight line 71 obtained from FIG. It can be obtained by the formula.
Figure 0007138538000017
Here, the sign of θ 1 can be judged by the position of the detection point group of the straight line 71 with respect to the center yc of the two detection point groups of the circular sheet 75 in FIG . 29(b). .

また、距離dは、円状シート75の半径Dと、図29(b)から求めた円状シート75とレーザラインLとの交点間の距離tとを用いて次式で求めることができる。

Figure 0007138538000018
Further, the distance d1 is obtained by the following equation using the radius D1 of the circular sheet 75 and the distance t1 between the intersections of the circular sheet 75 and the laser line L1 obtained from FIG. be able to.
Figure 0007138538000018

レーザラインL1と交差する、他のレーザスキャナから路面上に照射されたレーザライン(ここではL2とする)に関しても、図29に示す手法で求めることができる。すなわち、ランドマーク座標系のx軸に対するレーザラインL2の傾きθ、ランドマーク座標系の原点からレーザラインL2までの距離dは、以下のとおりとなる。

Figure 0007138538000019
ここで、nはランドマーク70の直線71(=直線状シート71)の間隔、mは直線71を構成する部材74aまたは部材74bの間隔である。また、Dは円状シート75の半径、tは円状シート75とレーザラインLとの交点間の距離である。 A laser line (here, L2) irradiated onto the road surface from another laser scanner that intersects the laser line L1 can also be obtained by the method shown in FIG. That is, the inclination θ 2 of the laser line L2 with respect to the xL axis of the landmark coordinate system and the distance d 2 from the origin of the landmark coordinate system to the laser line L2 are as follows.
Figure 0007138538000019
Here, n2 is the interval between the straight lines 71 (=linear sheets 71) of the landmarks 70, and m2 is the interval between the members 74a or 74b forming the straight line 71. FIG. D2 is the radius of the circular sheet 75, and t2 is the distance between the intersections of the circular sheet 75 and the laser line L2 .

次に、レーザラインL、Lの交点の求め方について、図30を用いて説明する。尚、図30は、図29のレーザラインL1の角度を異ならせた図となっている。ランドマーク座標系でのレーザラインLとレーザラインLの交点C(xcc,ycc)は、それぞれの直線パラメータであるθ、d、θ、dから、次式により求めることができる。

Figure 0007138538000020
Next, how to find the intersection of the laser lines L 1 and L 2 will be described with reference to FIG. 30 . 30 is a diagram in which the angle of the laser line L1 of FIG. 29 is changed. The intersection point C c (x cc , y cc ) of the laser line L 1 and the laser line L 2 in the landmark coordinate system is obtained from the linear parameters θ 1 , d 1 , θ 2 , d 2 by the following equation. can ask.
Figure 0007138538000020

さらに、円状シート75とレーザラインL、Lとのそれぞれの交点P1、P2から、点Cまでの距離c、cは、次式で求めることができる。

Figure 0007138538000021
最後に、図31(a)、(b)のように、円状シート75に相当する反射強度の検出位置から、距離c、c離れた位置として、それぞれのレーザスキャナ座標系でのレーザラインL、Lの交点Cの位置を求めることができる。図31(a)を例にして説明すると、レーザスキャナ姿勢推定装置6のランドマーク位置特定部702は、レーザスキャナによって走査されたレーザラインL上におけるレーザ反射率の高い位置P2の座標値を検出することができる。ランドマーク位置特定部702は、レーザラインL上においてこの交点P2から距離c離れた位置を求めることで、交点を導出することができる。またランドマーク位置特定部702は、図31(b)に示すように、レーザラインL上におけるレーザ反射率の高い位置P1の座標値も、同様に検出することができ、P1の位置から距離c離れた位置を交点とする。このようにして求めた2つの交点の位置が、仮に異なっている場合、ランドマーク位置特定部702は、これら交点の中間の位置を正規の交点の位置とする。 Furthermore, the distances c 1 and c 2 from the intersection points P1 and P2 of the circular sheet 75 and the laser lines L 1 and L 2 to the point Cc can be obtained by the following equations.
Figure 0007138538000021
Finally, as shown in FIGS. 31(a) and 31(b), from the reflection intensity detection position corresponding to the circular sheet 75, positions separated by distances c 1 and c 2 are set as laser beams in respective laser scanner coordinate systems. The position of the intersection point C c of the lines L 1 and L 2 can be determined. Taking FIG. 31(a) as an example, the landmark position specifying unit 702 of the laser scanner attitude estimation device 6 calculates the coordinate values of the position P2 with the high laser reflectance on the laser line L2 scanned by the laser scanner. can be detected. The landmark position specifying unit 702 can derive the intersection point by finding a position on the laser line L2 which is separated from the intersection point P2 by a distance c2. In addition, as shown in FIG. 31(b), the landmark position specifying unit 702 can similarly detect the coordinate values of the position P1 on the laser line L1 where the laser reflectance is high. The point of intersection is set at a distance of 1 c. If the positions of the two points of intersection obtained in this way are different, the landmark position specifying unit 702 sets the middle position of these points of intersection as the normal position of the point of intersection.

以上により、各レーザスキャナのスキャン面上での交点の位置を検出することができる。 As described above, the position of the intersection point on the scanning plane of each laser scanner can be detected.

(キャリブレーション装置のハードウェア構成)
最後に、図32を用いて上記各実施形態で説明したキャリブレーション装置105のハードウェア構成例を説明する。キャリブレーション装置105は、図32に示すように従前のコンピュータと同様のハードウェア構成となっている。
(Hardware configuration of calibration device)
Finally, a hardware configuration example of the calibration device 105 described in each of the above embodiments will be described with reference to FIG. The calibration device 105 has the same hardware configuration as a conventional computer, as shown in FIG.

CPU3201(CPU:Central Processing Unit)は、ROM3203(ROM:Read Only Memory)やストレージ3204に記憶されているプログラムを、RAM3202(RAM:Random Access Memory)に展開して演算実行する処理装置である。CPU3201は、プログラムを演算実行することで、キャリブレーション装置105の内部の各ハードウェアを統括的に制御する。RAM3202は揮発性メモリであり、CPU3201との間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。RAM3202は、CPU3201がプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。 A CPU 3201 (CPU: Central Processing Unit) is a processing device that expands a program stored in a ROM 3203 (ROM: Read Only Memory) or a storage 3204 into a RAM 3202 (RAM: Random Access Memory) and executes arithmetic operations. The CPU 3201 comprehensively controls each hardware inside the calibration device 105 by executing a program. A RAM 3202 is a volatile memory and a work memory for directly inputting/outputting data to/from the CPU 3201 . The RAM 3202 temporarily stores necessary data while the CPU 3201 is executing the program.

ROM3203は不揮発性メモリであり、CPU3201で実行されるファームウェアを記憶している。ストレージ3204は、フラッシュメモリ、SSD(Solid State Drive)、ハードディスクドライブなどの補助記憶装置である。ストレージ3204は、CPU3201が演算実行するプログラムや、パラメータなどの制御データを不揮発的に記憶する。 A ROM 3203 is a non-volatile memory and stores firmware executed by the CPU 3201 . A storage 3204 is an auxiliary storage device such as a flash memory, an SSD (Solid State Drive), or a hard disk drive. The storage 3204 non-volatilely stores programs to be executed by the CPU 3201 and control data such as parameters.

接続I/F3205は、各種周辺機器などと接続するためのインターフェイス群であり、例えば周囲対象物相対位置計測装置4との接続や、表示装置、ブザーなどとの接続を担う。 A connection I/F 3205 is a group of interfaces for connecting various peripheral devices, and is responsible for, for example, connection with the surrounding object relative position measuring device 4, connection with a display device, buzzer, and the like.

キャリブレーション装置105は、このような構成を有しているが、一部もしくは全てを、例えばASICなどの集積回路で実装してもよい。尚、一部もしくは全てが集積回路などで実装されている場合においても、当該構成はコンピュータの一形態とみなされる。また、図7、図24に示す各ブロックは、CPU3201が、プログラムを演算実行することで実現されるものとする。 Although the calibration device 105 has such a configuration, part or all of it may be implemented by an integrated circuit such as ASIC. Even if part or all of it is implemented by an integrated circuit or the like, the configuration is regarded as one form of computer. Also, each block shown in FIGS. 7 and 24 is realized by the CPU 3201 executing a program.

尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with another configuration. Further, each of the configurations, functions, processing units, processing means, etc. described above may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them using an integrated circuit. Moreover, each of the above configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function. Information such as programs, tables, and files that implement each function can be stored in recording devices such as memories, hard disks, SSDs (Solid State Drives), or recording media such as IC cards, SD cards, and DVDs.

1:自律走行システム
2a、2b、3a、3b:レーザスキャナ
4:周囲対象物相対位置計測装置
5:周囲環境記憶装置
6:レーザスキャナ姿勢推定装置
7:校正値記録装置
14:車輪速計測部
15:操舵角計測部
16:自己位置補正装置
17:自己位置演算装置
18:制動装置
19:駆動トルク制限装置
20:操舵制御装置
21:運搬機械制御装置
22:地図データベース
50、51、52、53:ランドマーク
60:ランドマーク設置位置特定装置
61:レーザ検出面
62:基準線
63:表示部
64:矢印
65:車輪型移動体
66:飛行体
70:ランドマーク
71、73:直線状シート
75:円状シート
100:ダンプトラック
101:周囲環境認識装置
102:自己位置計測装置
103:車体運動制御装置
104:通信装置
105:キャリブレーション装置
200:交通管制システム
201:走行経路生成部
202:通信装置
203:車両情報記憶部
204:地図情報記憶部
300b:照射レンズ
311:地図情報記憶部
314:車両情報記憶部
701:レーザスキャナ検出値取得部
702:ランドマーク位置特定部
703:交点位置算出部
704:前面レーザスキャナ姿勢算出部
705:側面レーザスキャナ姿勢算出部
2501:路面状態特定部
1: Autonomous running system 2a, 2b, 3a, 3b: Laser scanner 4: Surrounding object relative position measuring device 5: Surrounding environment storage device 6: Laser scanner posture estimating device 7: Calibration value recording device 14: Wheel speed measuring unit 15 : Steering angle measurement unit 16: self-position correction device 17: self-position calculation device 18: braking device 19: driving torque limiting device 20: steering control device 21: transporting machine control device 22: map database 50, 51, 52, 53: Landmark 60: Landmark installation position specifying device 61: Laser detection surface 62: Reference line 63: Display unit 64: Arrow 65: Wheel type moving body 66: Flying body 70: Landmarks 71, 73: Linear sheet 75: Circle Shape sheet 100: Dump truck 101: Surrounding environment recognition device 102: Self-position measurement device 103: Vehicle body motion control device 104: Communication device 105: Calibration device 200: Traffic control system 201: Travel route generation unit 202: Communication device 203: Vehicle information storage unit 204: map information storage unit 300b: irradiation lens 311: map information storage unit 314: vehicle information storage unit 701: laser scanner detection value acquisition unit 702: landmark position specifying unit 703: intersection position calculation unit 704: front surface Laser scanner attitude calculation unit 705: Side laser scanner attitude calculation unit 2501: Road surface condition identification unit

Claims (8)

運搬機械の前面の左右それぞれに設けられた右側前面レーザスキャナ及び左側前面レーザスキャナからなる2つの前面レーザスキャナの姿勢と、前記運搬機械の左右両側面にそれぞれ設けられた右側側面レーザスキャナ及び左側側面レーザスキャナからなる2つの側面レーザスキャナの姿勢とを、前記運搬機械の姿勢を規定するための車体座標系を基準に校正するキャリブレーション装置を用いたレーザスキャナのキャリブレーション方法であって、
前記右側側面レーザスキャナの平坦路面上でのレーザラインと前記右側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第1交点、前記右側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第2交点、および、前記左側前面レーザスキャナの前記レーザラインと前記左側側面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第3交点の各位置に、反射板であるランドマークをそれぞれ配置し、
前記キャリブレーション装置が、
前記各レーザスキャナの走査により読み取られた、前記ランドマークの反射光と前記平坦路面の反射光との光量差に基づき、前記各レーザスキャナの姿勢を規定している各レーザスキャナ座標系での前記各ランドマークの位置を、それぞれ導出し、
前記各レーザスキャナ座標系における前記各ランドマークの位置に基づき、前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の、前記車体座標系における位置を算出し、
前記車体座標系における前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置に基づき、前記右側前面レーザスキャナ、前記左側前面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出し、
前記車体座標系における前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置に基づき、前記右側側面レーザスキャナ、前記左側側面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
Postures of two front laser scanners consisting of a right front laser scanner and a left front laser scanner respectively provided on the left and right sides of the front surface of the material handling machine, and right and left side laser scanners respectively provided on the left and right sides of the material handling machine. A method of calibrating a laser scanner using a calibration device for calibrating the postures of two side laser scanners, which are laser scanners, with reference to a vehicle body coordinate system for defining the posture of the transporting machine,
a first intersection point between the laser line of the right side laser scanner on a flat road surface and the laser line of the right front laser scanner on the flat road surface; the laser line of the right front laser scanner and the left front surface; at a second point of intersection, which is the point of intersection of the laser line of the laser scanner on the flat surface, and the point of intersection of the laser line of the left front laser scanner and the laser line of the left side laser scanner on the flat surface; Placing a landmark, which is a reflector, at each position of a certain third intersection,
The calibration device
Based on the light amount difference between the reflected light of the landmark and the reflected light of the flat road surface read by the scanning of each laser scanner, each laser scanner coordinate system defining the attitude of each laser scanner. Deriving the position of each landmark respectively,
calculating positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system based on the positions of the landmarks in the laser scanner coordinate system;
Based on the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system, a value indicating the current three-dimensional posture of the right front laser scanner and the left front laser scanner in the vehicle body coordinate system is calculated. calculate,
Based on the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system, a value indicating the current three-dimensional posture of the right side laser scanner and the left side laser scanner in the vehicle body coordinate system is calculated. calculate,
A method of calibrating a laser scanner, characterized by:
請求項1に記載のキャリブレーション方法において、
前記各レーザスキャナの前記現状の三次元姿勢は、レーザスキャナの前記車体座標系における正面向き、および、前記平坦路面と交わることで前記レーザラインを形成するスキャン面の前記車体座標系における法線の向きとで示される、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
In the calibration method according to claim 1,
The current three-dimensional posture of each of the laser scanners is the normal to the vehicle body coordinate system of the laser scanner facing forward in the vehicle body coordinate system and the scan plane that forms the laser line by intersecting the flat road surface. indicated by the orientation and
A method of calibrating a laser scanner, characterized by:
請求項1に記載のキャリブレーション方法において、
前記キャリブレーション装置が、
前記レーザスキャナが路面を走査することで得られる、路面形状を示す計測点群から、回帰直線を算出し、
前記回帰直線に対する各計測点の残差を、計測点ごとに算出し、
前記残差の分散と閾値とを比較し、前記分散が前記閾値以上となる場合、警告指令を発する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
In the calibration method according to claim 1,
The calibration device
Calculating a regression line from the measurement point group indicating the shape of the road surface obtained by scanning the road surface with the laser scanner,
Calculate the residual of each measurement point with respect to the regression line for each measurement point,
Comparing the variance of the residual with a threshold, and issuing a warning command when the variance is greater than or equal to the threshold;
A method of calibrating a laser scanner, characterized by:
請求項1に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークを配置する際、前記レーザスキャナの受光器が、受光する光量に基づき前記平坦路面上のレーザラインに沿うようにトレースすることで、前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置を特定する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
In the calibration method according to claim 1,
When arranging the landmarks, the light receiver of the laser scanner traces along the laser line on the flat road surface based on the amount of light received, so that the first intersection point, the second intersection point, the third intersection point, and the third intersection point. identify the location of the intersection point,
A method of calibrating a laser scanner, characterized by:
請求項4に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークを配置する際、前記受光器を搭載した車輪型移動体が受光する光量に基づき前記平坦路面上でのレーザラインをトレースすることで、前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置を特定する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
In the calibration method according to claim 4,
When arranging the landmarks, a laser line on the flat road surface is traced based on the amount of light received by the wheeled mobile body on which the light receiver is mounted. Identifying the location of the three intersections,
A method of calibrating a laser scanner, characterized by:
請求項1に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークを配置する際、前記各レーザスキャナから照射されるレーザの波長域を撮影するカメラを搭載した飛行体を、前記運搬機械の上空に飛行させ、前記カメラからの映像に基づき、前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置を特定する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
In the calibration method according to claim 1,
When arranging the landmarks, a flying object equipped with a camera that captures the wavelength range of the laser emitted from each of the laser scanners is flown over the transportation machine, and based on the image from the camera, the second Identifying the positions of the first intersection, the second intersection, and the third intersection;
A method of calibrating a laser scanner, characterized by:
請求項1に記載のキャリブレーション方法において、
前記ランドマークは、レーザ反射率が異なっている、ランドマークの外郭を形成する部材と、その内側を格子に組む複数の直線部材とにより構成されており、
前記キャリブレーション装置が、
前記各レーザスキャナの走査により読み取られた、前記ランドマークの各部材からの反射光の光量差に基づき、各レーザスキャナ座標系での前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置をそれぞれ導出する、
ことを特徴とするレーザスキャナのキャリブレーション方法。
In the calibration method according to claim 1,
The landmark is composed of a member having a different laser reflectance and forming an outline of the landmark, and a plurality of linear members forming a grid on the inner side thereof,
The calibration device
Positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in each laser scanner coordinate system based on the light amount difference of the reflected light from each member of the landmark read by the scanning of each of the laser scanners. respectively,
A method of calibrating a laser scanner, characterized by:
運搬機械であって、
前記運搬機械の前面の左右それぞれに設けられた右側前面レーザスキャナ及び左側前面レーザスキャナからなる2つの前面レーザスキャナと、
前記運搬機械の左右両側面にそれぞれ設けられた右側側面レーザスキャナ及び左側側面レーザスキャナからなる2つの側面レーザスキャナと、
前記各レーザスキャナの姿勢を、前記運搬機械の姿勢を規定するための車体座標系を基準に校正するレーザスキャナのキャリブレーション装置と、を有し、
前記キャリブレーション装置は、
前記各レーザスキャナが走査することで読み取った検出値を取得するレーザスキャナ検出値取得部であり、右側側面レーザスキャナの平坦路面上でのレーザラインと右側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第1交点、前記右側前面レーザスキャナの前記レーザラインと左側前面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第2交点、および、前記左側前面レーザスキャナの前記レーザラインと左側側面レーザスキャナの前記平坦路面上でのレーザラインとの交点である第3交点の各位置において、前記平坦路面についての反射光検出値を取得するレーザスキャナ検出値取得部と、
前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点における反射光と前記平坦路面の反射光との光量差に基づき、前記各レーザスキャナの姿勢を規定している各レーザスキャナ座標系での前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置を、それぞれ導出する交点位置特定部と、
前記各レーザスキャナ座標系における前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置に基づき、前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の、前記車体座標系における位置を算出する交点位置算出部と、
前記車体座標系における前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置に基づき、前記右側前面レーザスキャナ、前記左側前面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する前面レーザスキャナ姿勢算出部と、
前記車体座標系における前記第1交点、前記第2交点、前記第3交点の位置に基づき、前記右側側面レーザスキャナ、前記左側側面レーザスキャナの前記車体座標系における現状の三次元姿勢を示す値を算出する側面レーザスキャナ姿勢算出部と、
を有することを特徴とする運搬機械。
a conveying machine,
two front laser scanners consisting of a right front laser scanner and a left front laser scanner respectively provided on the left and right sides of the front surface of the transport machine;
two side laser scanners comprising a right side laser scanner and a left side laser scanner respectively provided on both left and right sides of the transport machine;
a laser scanner calibration device that calibrates the attitude of each of the laser scanners with reference to a vehicle body coordinate system for defining the attitude of the transport machine;
The calibration device is
A laser scanner detection value acquisition unit that acquires detection values read by scanning by each laser scanner, the laser line on the flat road surface of the right side laser scanner and the laser on the flat road surface of the right front laser scanner a first intersection point that is the intersection point of the right front laser scanner and the laser line on the flat surface of the left front laser scanner; and a second intersection point that is the intersection point of the laser line of the right front laser scanner and the laser line on the left front laser scanner. a laser scanner detection value acquisition unit that acquires a reflected light detection value for the flat road surface at each position of a third intersection, which is an intersection point between the laser line and the laser line of the left side laser scanner on the flat road surface;
In each laser scanner coordinate system, which defines the attitude of each laser scanner, based on the light amount difference between the reflected light at the first intersection, the second intersection, and the third intersection and the reflected light from the flat road surface. an intersection position specifying unit that derives the positions of the first intersection, the second intersection, and the third intersection;
Based on the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in each of the laser scanner coordinate systems, the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system are calculated. an intersection position calculator for
Based on the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system, a value indicating the current three-dimensional posture of the right front laser scanner and the left front laser scanner in the vehicle body coordinate system is calculated. a front laser scanner posture calculation unit for calculating;
Based on the positions of the first intersection point, the second intersection point, and the third intersection point in the vehicle body coordinate system, a value indicating the current three-dimensional posture of the right side laser scanner and the left side laser scanner in the vehicle body coordinate system is calculated. a side laser scanner posture calculation unit for calculating;
A transport machine characterized by having
JP2018196789A 2018-10-18 2018-10-18 Laser scanner calibration method, material handling machine Active JP7138538B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018196789A JP7138538B2 (en) 2018-10-18 2018-10-18 Laser scanner calibration method, material handling machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018196789A JP7138538B2 (en) 2018-10-18 2018-10-18 Laser scanner calibration method, material handling machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020064011A JP2020064011A (en) 2020-04-23
JP7138538B2 true JP7138538B2 (en) 2022-09-16

Family

ID=70388256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018196789A Active JP7138538B2 (en) 2018-10-18 2018-10-18 Laser scanner calibration method, material handling machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7138538B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11704835B2 (en) 2021-07-29 2023-07-18 Summer Robotics, Inc. Dynamic calibration of 3D acquisition systems
US11808857B2 (en) 2021-08-27 2023-11-07 Summer Robotics, Inc. Multi-sensor superresolution scanning and capture system
US11785200B1 (en) 2022-03-14 2023-10-10 Summer Robotics, Inc. Stage studio for immersive 3-D video capture
US11974055B1 (en) 2022-10-17 2024-04-30 Summer Robotics, Inc. Perceiving scene features using event sensors and image sensors
CN116269059B (en) * 2023-05-19 2023-08-11 杭州涂鸦信息技术有限公司 Sweeping robot calibration system and method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015230551A (en) 2014-06-04 2015-12-21 日立建機株式会社 Surrounding object detection system and transport vehicle
JP2018132376A (en) 2017-02-14 2018-08-23 日立建機株式会社 Delivery vehicle and road surface estimation method
WO2018179892A1 (en) 2017-03-29 2018-10-04 三菱電機株式会社 Vehicle-mounted device, station-side device, and calibration method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015230551A (en) 2014-06-04 2015-12-21 日立建機株式会社 Surrounding object detection system and transport vehicle
JP2018132376A (en) 2017-02-14 2018-08-23 日立建機株式会社 Delivery vehicle and road surface estimation method
WO2018179892A1 (en) 2017-03-29 2018-10-04 三菱電機株式会社 Vehicle-mounted device, station-side device, and calibration method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020064011A (en) 2020-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7138538B2 (en) Laser scanner calibration method, material handling machine
US9541633B2 (en) Sensor calibration system
CN108139755B (en) Abnormality detection device for self-position estimation device, and vehicle
US9251587B2 (en) Motion estimation utilizing range detection-enhanced visual odometry
WO2017119517A1 (en) Working-machine control system, working machine, and working-machine control method
US9678210B2 (en) Error estimation in real-time visual odometry system
JP7133298B2 (en) Transportation vehicle control system and transportation vehicle management method
JP6517096B2 (en) Travel support system for work machine and transport vehicle
JP2017016477A5 (en)
WO2018164203A1 (en) Scanner, working machine, and wheel stopper detecting device
WO2015098344A1 (en) Mining work machine
WO2016121688A1 (en) Obstacle detection device for transport vehicle
JP4944840B2 (en) Guidance system and guidance method
US11520009B2 (en) Method and system for detecting an obstacle
US20230333568A1 (en) Transport vehicle system, transport vehicle, and control method
JP6909752B2 (en) Work machine retreat support device
JP2020020656A (en) Control system of work machine, work machine, and method for controlling work machine
WO2020122212A1 (en) Transport vehicle management system and transport vehicle management method
JP2019079171A (en) Movable body
JP6553702B2 (en) Work machine control system, work machine, work machine control method and navigation controller
JP2021025902A (en) Position posture estimation device, position posture estimation method, and program
US20230136871A1 (en) Camera calibration
JP7141883B2 (en) WORKING MACHINE CONTROL SYSTEM, WORKING MACHINE, AND WORKING MACHINE CONTROL METHOD
WO2018180175A1 (en) Mobile body, signal processing device, and computer program
JP2019183636A (en) Control system of work machine, work machine, control method of work machine, and navigation controller

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210928

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220803

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220816

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220906

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7138538

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150