JP7180777B2

JP7180777B2 - 運転制御システム

Info

Publication number: JP7180777B2
Application number: JP2021528106A
Authority: JP
Inventors: 良夫香月
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2022-11-30
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: EP3992031A1; WO2020261973A1; US20220355806A1; CN114072314A; CN114072314B; KR20220006622A; EP3992031A4; KR102587696B1; JPWO2020261973A1

Description

本開示は、運転制御システムに関する。
本願は、２０１９年６月２６日に、日本国に出願された特願２０１９－１１８５７２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許文献１には、荷物（運搬対象物）が載置された状態で移動する搬送車が開示されている。このような搬送車においては、荷物の落下を防止・検出するため、荷崩れ検出センサを用いて、載置部に載置される荷物の荷崩れを検出している。特許文献１における荷崩れ検出センサは、棒状の接触センサであり、荷物に接触した状態で配置されている。また、特許文献１の搬送車には、荷崩れ検出センサとは別に、搬送車の周囲に出現する障害物を検出する障害物センサが設けられている。特許文献２には、特許文献１の障害物センサに相当する超音波センサに加えて、荷物（トレイ）の有無を検知するトレイ有無センサを備える自律移動式無人運搬車が開示されている。

日本国特開２０１２－１５８４４５号公報日本国特開２０１４－１８６６９３号公報

現在、トラック等の大型運搬車両を用いた自律走行が検討されている。このような自律走行車両においては、運転者が乗車しないため、荷崩れを認識することができない。したがって、荷崩れを自動で検出することが必要となる。しかしながら、特許文献１に示される搬送車の構成は、障害物センサに加えて、新たに荷崩れ検出センサを設ける必要があり、構成が複雑である。同様のことが、特許文献２に対しても言える。

本開示は、上述する事情に鑑みてなされ、運搬車両において簡易な構成で荷崩れを判定することを目的とする。

本開示の運転制御システムに係る第１の態様は、運搬車両における障害物を検知する計測部と、前記計測部の計測データに基づいて前記運搬車両に積載された運搬対象物の姿勢を取得し、時間に対する前記姿勢の変化に基づいて前記運搬対象物の荷崩れを判定する荷崩れ判定部とを備える。

本開示の運転制御システムに係る第２の態様は、上記第１の態様において、前記計測部は、前記運搬車両に搭載され、レーザ光を走査して前記運搬車両と周囲物体との距離を計測する。

本開示の運転制御システムに係る第３の態様は、上記第２の態様において、前記荷崩れ判定部は、前記運搬対象物の外形形状における連続した直線状の複数の計測点の集合を、前記運搬対象物の姿勢の基準とする。

本開示の運転制御システムに係る第４の態様は、上記第１～３のいずれかの態様において、前記計測部は、前記運搬車両の上部に設置されている。

本開示の運転制御システムに係る第５の態様は、上記第１～３のいずれかの態様において、前記計測部は、前記運搬車両の左右端にそれぞれ設置されている。

本開示によれば、荷崩れ判定部により、障害物を検知する計測部の計測データに基づいて、簡易な構成で運搬対象物の荷崩れを判定することが可能である。

本開示の一実施形態に係る運転制御システムを含む模式図である。運搬車両における距離センサの取り付け位置を示す模式図である。本開示の一実施形態に係る運転制御システムの荷崩れ判定手順を説明するフローチャートである。運搬車両における距離センサの取り付け位置の変形例を示す模式図である。

以下、本開示の一実施形態に係る運転制御システムＳを、図面を用いて説明する。

本開示の一実施形態に係る運転制御システムＳ（運転制御システム）は、運搬対象物（例えば、運搬対象物Ｃ）を目的の場所に運搬する又はその運搬を支援するシステムである。本開示の運転制御システムＳは、運搬対象物Ｃを運搬している運搬車両Ｔの自律走行を行うシステムである。なお、この運搬車両Ｔは、トレーラヘッドＨと、トレーラヘッドＨに連結された荷台Ｎとを含む構造とされている。運搬車両Ｔは、無人でも有人でも良いが、以下の説明では、運搬車両Ｔが無人運搬車両である場合を想定している。荷台Ｎ上には、運搬対象物Ｃが積載されている。

本実施形態に係る運転制御システムＳは、図１に示すように、距離センサ１（計測手段、又は計測部）、形状認識部２、姿勢記憶部３、荷崩れ判定部４（荷崩れ判定手段）及び表示部５を有している。なお、形状認識部２、姿勢記憶部３及び荷崩れ判定部４は、演算装置Ｐの一機能として構成されている。この演算装置Ｐは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）といったメモリ、外部の機器との信号のやり取りを行う入出力装置等から構成されたコンピュータである。演算装置Ｐの一例としては、運搬車両Ｔに搭載され、内燃機関、電動機、変速機等、又はこれらの組合せを制御するＥＣＵ（Electric Control Unit）がある。よって、コンピュータ、又はその一例であるＥＣＵにより実行されるアルゴリズムとして、形状認識部２、姿勢記憶部３、荷崩れ判定部４の機能が実現されても良い。なお、形状認識部２、姿勢記憶部３、荷崩れ判定部４のそれぞれが、ＣＰＵ、ＲＡＭやＲＯＭといったメモリ、外部の機器との信号のやり取りを行う入出力装置等から構成されたコンピュータであっても良い。この場合、形状認識部２、姿勢記憶部３、荷崩れ判定部４に備わったそれぞれのコンピュータにより実行されるアルゴリズムとして、形状認識部２、姿勢記憶部３、荷崩れ判定部４の機能が実現されても良い。

距離センサ１は、例えば運搬車両Ｔ（車両）のトレーラヘッドＨに対して、図１及び図２に示すように、上部に設けられている。このような距離センサ１は、レーザ光をパルス状に対象物に照射し、対象物からの反射光が距離センサ１に到達するまでの時間を測定することにより、対象物までの距離を検知可能な装置である。なお、進行方向前側に取り付けられる距離センサ１は、運搬車両Ｔの前方及び後方を含む領域を走査可能であり、運搬車両Ｔの前方を含む運搬車両Ｔの周囲に存在し、運搬車両Ｔの運行の障害となり得る障害物Ｒとの距離を計測することで障害物Ｒの検知も可能である。障害物Ｒとは、例えば、電柱、トンネルの面壁、踏切や駐車場の遮断機、中央分離帯、駐車している他の車両、走行中の他の車両、工事中の路面に一時的に設置されるガード等が想定される。距離センサ１は、例えば、２次元又は３次元のＬＲＦ（Laser Range Finder）や２次元又は３次元のＬＩＤＡＲ（LightDetection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）である。また、この距離センサ１は、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）に用いられるセンサのデータを応用してもよい。このような距離センサ１が距離を計測する対象を、まとめて、周囲物体と呼んでも良い。即ち、周囲物体には、障害物Ｒ、運搬対象物Ｃ、荷台Ｎ、地面Ｇ（路面）などが含まれる。

形状認識部２は、距離センサ１から取得した計測データに基づいて、データ点群から、外形形状を識別する。ここで、計測データとは、例えば、距離センサ１が測定する対象物までの距離を示すデータである。このデータを可視化すると、対象物の表面にパルス状のレーザ光が照射されることで距離センサ１との距離が計測された対象物の表面上の点である計測点が、点として対象物上に複数表示される。この複数の点を、データ点群と呼ぶ。形状認識部２は、取得したデータ点群に基づいて高さが近い連続した計測点同士をグループ（集合）化し、物体の外形形状として識別する。なお、形状認識部２は、運搬対象物Ｃの形状のみではなく、進行方向における障害物Ｒとなり得る物体の外形形状の検出についても行うことが可能である。よって、形状認識部２は、障害物検知センサを兼ねている。なお、距離センサ１と演算装置Ｐとは、相互に信号のやり取りを行うことができるように、電気的、及び／又は電子的に接続されている。

姿勢記憶部３は、形状認識部２において識別された計測点のグループを時間別（フレーム別）に記憶している。また、姿勢記憶部３は、進行方向における物体の外形形状についても、同様に記憶している。

荷崩れ判定部４は、姿勢記憶部３に記憶された計測点のグループにおいて、グループの形状が直線状であるか否かを判定する。そして、荷崩れ判定部４は、直線状の計測点のグループを、運搬対象物Ｃの姿勢の判定基準として、荷崩れの判定に使用する。即ち、荷崩れ判定部４は、直線状の計測点のグループを使用して、現在のフレームにおけるグループの姿勢と、１つ前のフレーム（以前又は過去のフレーム）における高さ位置が近い計測点のグループの姿勢とを比較し、姿勢の差が閾値以上である場合に、荷崩れであると判定する。

表示部５は、例えば、無人運搬車両の走行を管理する中央管制設備等において設けられるモニタであり、荷崩れと判定された場合に、警告等の表示が行われる。なお、運搬車両Ｔに作業者が乗車する場合には、運転席のフロントガラスまたは車載モニタ等にも警告表示を行ってもよい。なお、中央管制設備等とは、無人運搬車両において、例えば、荷崩れの有無のような運転状況を、監視者が常時監視可能な設備をいう。中央管制設備等から無人運搬車両に対して、必要に応じて、停止等の指示を送信しても良い。また、中央管制設備等では、複数の無人運搬車両を同時に監視しても良い。

このような運転制御システムＳにおける荷崩れ判定のフローを、図３を参照して説明する。
距離センサ１において、運搬対象物Ｃの計測点の点群までの距離が計測される（ステップＳ１）。
そして、形状認識部２において、取得した点群の鉛直方向の高さを比較し、距離が近く、かつ点群の高さが近い（すなわち、距離及び高さの差が所定値以下）の計測点をグループ化する（ステップＳ２）。

そして、姿勢記憶部３は、形状認識部２においてグループ化された計測点を記憶する（ステップＳ３）。さらに、荷崩れ判定部４は、現在のフレームにおけるグループが直線状であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、判定がＮＯの場合、すなわち、グループが直線状でない場合には、荷崩れ判定を行わない。

ステップＳ４において、判定がＹＥＳの場合、すなわち、グループが直線状である場合には、荷崩れ判定部４は、現在のフレームにおける計測点のグループ（Ｇ１）の姿勢と、姿勢記憶部３に記憶された１つ前のフレームにおいて、現在のフレームにおける計測点のグループ（Ｇ１）と位置が近い計測点のグループ（Ｇ２）の姿勢との差が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、判定がＹＥＳの場合、すなわち、姿勢の差が閾値以上である場合には、荷崩れが発生したと判定し、表示部５において警告表示を行う（ステップＳ６）。また、ステップＳ５において判定がＮＯの場合、すなわち、姿勢の差が閾値未満である場合には、荷崩れしていないと判定する。

なお、運搬車両Ｔが旋回する場合等において、トレーラヘッドＨと運搬対象物Ｃとの連結角が変化する場合がある。このような場合には、運搬車両Ｔに設けられた連結角を計測するセンサ（例えば角度センサ）から、トレーラヘッドＨと運搬対象物Ｃとの連結角の値を取得し、距離センサ１が取得した計測データを連結角により補正することで、運搬対象物Ｃの姿勢の変化を検出することが可能である。

本実施形態によれば、障害物検知センサを兼ねている距離センサ１を用いて、運搬対象物Ｃの姿勢を検出し、荷崩れ判定部４により荷崩れを判定することが可能である。これにより、障害物検知センサとは別に荷崩れ検出センサを設けることなく、簡易な構成で運搬対象物Ｃの荷崩れの判定が可能である。簡易な構成で運搬対象物Ｃの荷崩れの判定が可能であることにより、運転制御システムＳに搭載される演算装置Ｐの処理能力を低く抑えることができたり、演算装置Ｐの処理速度を上げたりすることが可能となる。そのため、運搬対象物Ｃを運搬している運搬車両Ｔの自律走行の実現に貢献することができるので、コンピュータ関連技術の改善となる。

本実施形態によれば、運搬対象物Ｃの外形形状における連続した直線状の複数の計測点のグループを運搬対象物Ｃの姿勢の基準として用いている。これにより、フレーム同士の比較が容易であり、荷崩れの判定を容易に行うことができる。

また、本実施形態によれば、距離センサ１は、運搬車両Ｔの上部に取り付けられているため、進行方向前方と進行方向後方との双方について死角を低減することができる。そのため、進行方向前方の障害物Ｒ及び進行方向後方の運搬対象物Ｃの計測が可能である。

なお、本開示は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態においては、荷崩れが発生した場合には、表示部５に警告表示を行うとしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、荷崩れが発生した場合には、中央管制設備等から運搬車両Ｔの走行を停止する処理を行ってもよい。この処理は、中央管制設備等にいる監視者が人為的に行っても良いし、中央管制設備等が自動的に行っても良い。

（２）上記実施形態においては、計測部としてＬｉＤＡＲを用いて距離を計測したが、本開示はこれに限定されない。例えば、計測部として、全方位カメラや、広角のレーダ等を用いてもよい。

（３）また、距離センサ１は、複数設けられてもよい。例えば、距離センサ１は、図４に示すように、運搬車両Ｔ’の進行方向に直交する方向（左右方向）において、トレーラヘッドＨ’の左右端に２カ所に設けられても良い。この場合、上記２か所の距離センサ１による計測点を比較して運搬対象物Ｃの姿勢を検出することが可能である。この場合、距離センサ１の死角が低減されることにより、距離センサ１の測定範囲が広がるのみならず、２か所の距離センサ１による計測点を比較して運搬対象物Ｃの姿勢を検出するため、より広範にわたり、かつ正確に運搬対象物Ｃの姿勢を検出することが可能である。

（４）上記実施形態においては、運転制御システムＳは、無人運搬車両の自律運転を支援するシステムとしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、有人運搬車両の運転者に運転支援情報を提供するシステムとしてもよい。この場合、運搬車両Ｔの運転者が視認可能なモニタや、フロントガラス上に荷崩れ警告情報を表示する。

（５）なお、上記実施形態においては、荷崩れ発生を判定するとしたが、運搬対象物Ｃの姿勢の変化の閾値を小さくすることにより、運搬対象物Ｃがバランスを崩しつつある状態を検出することができる。こうすることで、運搬対象物Ｃの荷崩れの発生を予報したり、将来、荷崩れに成長する可能性のあるずれが発生した段階で警告を発したりすることも可能である。

（６）上記実施形態においては、荷崩れの警告情報を表示部へと表示したが、本開示はこれに限定されない。荷崩れの警告情報は、音声として無人運搬車両の管理者または有人運搬車両の運転者へと報知してもよい。

（７）上記実施形態では、図２に表示されるように、運搬対象物Ｃが１個の場合を想定したが、これに限定されず、運搬対象物Ｃが複数個であっても、荷崩れの判定が可能である。

本開示の運転制御システムによれば、荷崩れ判定部により、障害物を検知する計測部の計測データに基づいて、簡易な構成で運搬対象物の荷崩れを判定することが可能である。

１距離センサ
２形状認識部
３姿勢記憶部
４判定部
５表示部
Ｃ運搬対象物
Ｓ運転制御システム

Claims

運搬車両における運搬対象物を検知する計測部と、
前記計測部の計測データに基づいて前記運搬車両に積載された運搬対象物の姿勢を取得し、時間に対する前記姿勢の変化に基づいて前記運搬対象物の荷崩れを判定する荷崩れ判定部とを備え、
前記運搬車両は、前記計測部が設けられたトレーラヘッドと、当該トレーラヘッドに連結されるとともに前記運搬対象物が積載された荷台とを備え、
前記判定部は、前記運搬車両の旋回における前記トレーラヘッドと前記運搬対象物との連結角によって前記計測部が取得した計測データをより補正することで前記運搬対象物の姿勢の変化を検出する運転制御システム。
前記計測部は、レーザ光を走査して前記トレーラヘッドと周囲物体との距離を計測する請求項１記載の運転制御システム。
前記荷崩れ判定部は、前記運搬対象物の外形形状における連続した直線状の複数の計測点の集合を、前記運搬対象物の姿勢の基準とする請求項２記載の運転制御システム。
前記計測部は、前記トレーラヘッドの上部に設置されている請求項１～３のいずれか一項に記載の運転制御システム。
前記計測部は、前記トレーラヘッドの左右端にそれぞれ設置されている請求項１～３のいずれか一項に記載の運転制御システム。