JPH09167017A - 無人車の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の走行経路を任意に設定し、各経路に沿
って無人車を自動運転する。 【構成】 無人車１に路面清掃用の回転ブラシ２と、２
台のビデオカメラ５を設ける。各カメラ５は直交２軸周
りで旋回され、路面に設置されたマーク１１を視野の中
央に捉えて撮像する。ティーチング運転に際し、マーク
１１に対する無人車１の位置及び方向を特定して、複数
の走行経路を設定する。自動運転に際しては、カメラ５
の撮像データを画像処理回路で解析して、無人車１の現
在位置と走行方向とを認識する。メインコントロール回
路は現在位置データと走行経路データとを対比し、差分
の制御信号によって無人車１の駆動系を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、路面清掃又は荷役
作業等に使用される無人車の走行制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の無人車の走行制御装置として、
従来、床面にテープ等のガイドを設けて走行経路を設定
し、この経路に沿って無人車が走行するように、無人車
の駆動系を制御する技術が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来装置に
よると、無人車の走行経路がガイドによって固定的に設
定されるため、例えば、複数の経路を走行して路面又は
床面を清掃する無人清掃車等の場合に、全経路にガイド
を設置する必要があり、また、ある経路を省略したり変
更したりする際には、ガイドを撤去するか又は設置し直
す必要があって、実用的でないという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明の課題は、複数の走行経路
を任意に設定でき、各経路に沿って無人車を自動運転で
きる走行制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の無人車の走行制御装置は、路面付近又は
壁面に設けられた複数のマークと、マークに対する無人
車の位置を特定して無人車の走行経路を予め設定する手
段と、無人車に搭載されたマーク撮像手段と、撮像デー
タを解析して無人車の現在位置と走行方向とを認識する
手段と、現在位置データと走行経路データとを対比して
無人車の駆動系を制御する手段とから構成される。

【０００６】ここで、好ましくは、マーク撮像手段とし
て、直交２軸周りで旋回可能なビデオカメラが用いられ
る。ビデオカメラは、マークを常に視野の中央に捉える
ように、そのマウント機構に設けたモータ等のアクチュ
エータによって垂直及び水平面内で旋回される。より好
ましくは、無人車に２台のビデオカメラが搭載される。
自動運転に際しては、各カメラの撮像データが画像処理
回路等の認識手段によって総合的に解析され、無人車の
走行位置及び方向がリアルタイムに精度よく認識され
る。望ましくは、遠方にあるマークを常に一定の大きさ
で撮像できるように、ビデオカメラにズームレンズが設
けられる。

【０００７】経路設定手段は、ティーチングにより得た
走行経路データを記憶する手段を含む。ティーチング運
転に際しては、路面等の任意の場所に設置された複数の
マークを灯台とし、無人車が所要の経路に沿って手動で
運転される。そして、直線走行及び曲線走行の何れの場
合も、走行開始点及び終了点において、カメラがマーク
を視野の中央に捉えるように指向され、そのときのカメ
ラの角度とマークの大きさとが記憶手段の走行テーブル
に格納される。また、経路設定手段は記憶手段の走行経
路データを書き換える手段を含む。具体的には、無人車
の操作パネル上にディスプレイとキーボードとが設けら
れ、必要に応じ、ティーチング経路を書き換えて設定す
ることで、再度のティーチング作業が不要となる。

【０００８】さらに、経路設定手段は、既知のマーク位
置に基づいて走行経路データを作成して無人車に伝送す
る手段と、無人車の走行経路データを入力して編集する
手段とを含む。ここでは、パソコン等の外部コンピュー
タがフロッピー等の記憶媒体を介して無人車との間でデ
ータを入出力可能に設けられる。これにより、机上で作
成した経路データにより無人車を自動運転したり、逆
に、無人車の経路データを机上で編集して無人車の運行
管理に利用したりすることが可能となる。また、無人車
にビデオカメラ情報を外部に送出する無線送信機等の手
段を設けてもよい。この場合は、作業員の待機場所にＴ
Ｖモニター等を設置することで、ビデオカメラを利用し
た無人車監視システムが構成される。

【０００９】本発明は、複数の走行経路を必要とする無
人車、特に、回転ブラシやバキューム装置等の路面又は
壁面清掃手段を備えた無人清掃車に好適である。また、
本発明を搬送又は牽引手段を備えた無人荷役作業車、例
えば、自動倉庫において荷物を複数の格納場所に出し入
れする無人フォークリフト等に適用することも可能であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本
実施形態の無人車１は、路面清掃手段としての回転ブラ
シ２とバキューム装置（図示略）とを装備した無人清掃
車であって、左右の走行用モータ３，４は速度差式のス
テアリング機能を備えている。無人車１のルーフ部には
撮像手段としての２台のビデオカメラ５がそれぞれ直交
２軸周りで水平面内のＸ方向と垂直面内のＹ方向とに旋
回可能に搭載されている。

【００１１】図２に示すように、各ビデオカメラ５のマ
ウント機構６にはＸ方向旋回モータ７とＹ方向旋回モー
タ８とが設けられている。また、カメラ５はズームレン
ズ９とズーム用モータ１０とを備え、図３に示すよう
に、路面上のマーク１１を常にほぼ一定の大きさで撮像
できるようになっている。なお、各モータ７，８，１０
には、カメラ５の旋回位置及びズームレンズ９の倍率を
検出する位置検出器が付設されている。

【００１２】図５に示すように、マーク１１は無人車１
の作業ヤードである路面付近、又は条件により壁面に任
意の間隔及び個数で設置されている。各マーク１１は一
辺が数ｃｍ〜数１０ｃｍの方形板又はシートからなり、
カメラ５がこれを路面等の背景色から明確に識別できる
ように、黒色部分１１ａの周囲に白色部分１１ｂが設け
られている。

【００１３】図４に示すように、無人車１の電気制御系
には、ＣＰＵを備えたメインコントロール回路１３が設
けられている。メインコントロール回路１３はカメラ制
御回路１４を介して各ビデオカメラ５に接続され、旋回
指令及びズーム指令がメインコントロール回路１３から
カメラ５に出力され、カメラ５の位置情報が位置検出器
からメインコントロール回路１３に入力される。一方、
カメラ５の撮像データは画像処理回路１５に入力され、
該回路１５により撮像データが解析され、マーク１１の
大きさ（ピクセル数）に基づき無人車１の現在位置が認
識されるとともに、マーク１１に対するカメラ５の角度
及びそのときのマーク１１のＸ，Ｙ座標値に基づき無人
車１の走行方向が認識される。

【００１４】また、無人車１の電気制御系には、ティー
チングにより得た走行経路データを記憶する走行テーブ
ルを備えたティーチングデータ記憶回路１６が設けられ
ている。該回路１６はメインコントロール回路１３を介
して操作パネル１７に接続され、操作パネル１７にはテ
ィーチング経路を表示するディスプレイ１８と、それを
書き換えるキーを備えたキーボード１９とが設けられて
いる。そして、メインコントロール回路１３は、自動運
転に際し、画像処理回路１５及びティーチングデータ記
憶回路１６からそれぞ無人車１の現在位置データ及び走
行経路データを読み出し、これらのデータを対比して制
御量を演算し、その演算結果に従い無人車走行駆動回路
２０を介して各走行用モータ３，４の回転数を制御する
ように構成されている。

【００１５】さらに、無人車１の外部にはパソコン等か
らなる外部コンピュータ２１が設けられいる。作業ヤー
ドにおけるマーク１１の絶対位置が既知である場合に
は、外部コンピュータ２１を用い、各マーク１１に対す
る無人車１の位置を算定して、所望の走行経路を作成す
ることで、ティーチングを省略することができる。そし
て、この作成データはフロッピー等の記憶媒体を介して
無人車１に入力される。逆に、ティーチングデータを無
人車１から記憶媒体を介し外部コンピュータ２１に出力
することで、経路データを机上で編集したり、それを無
人車１の運行管理に利用したりすることも可能である。

【００１６】次に、上記のように構成された走行制御装
置の作用について説明する。図５に示すように、ティー
チング運転に際しては、無人車１が複数のマーク１１を
灯台として、所要の経路に沿って手動で運転される。各
ビデオカメラ５はそれぞれ異なるマーク１１に指向さ
れ、無人車１の走行に伴い、マーク１１を順次切り替え
て撮像する。この場合、ビデオカメラ５が無人車１に直
交２軸周りで旋回可能に設けられているため、無人車１
の何れの位置からでもマーク１１を確実に撮像できて、
マーク１１の設置場所の自由度が向上する。また、２台
のビデオカメラ５でマーク１１を撮像するので、マーク
切替時にマーク１１を取りこぼすおそれがなく、従っ
て、マーク１１の個数が少なくて済み、しかも、両方の
撮像データを総合することで、無人車１の現在位置を精
度よく認識できる利点がある。

【００１７】無人車１の直線走行時には、その走行開始
点Ｐ１及び終了点Ｐ２において、カメラ５がマーク１１
を視野の中央に捉えるようにＸ方向及びＹ方向に旋回さ
れ、そのときのカメラ５の角度とマーク１１の大きさと
がティーチングデータ記憶回路１６の走行テーブルに格
納される。曲線走行の場合も同様にして、走行開始点Ｐ
２及び終了点Ｐ３におけるカメラ５の角度とマーク１１
の大きさとが走行テーブルに格納される。

【００１８】こうして、ティーチング作業を必要経路分
繰り返すことで、マーク１１を任意の位置に設置したま
まの状態で、清掃作業に必要な複数の走行経路を容易に
設定することができる。また、ティーチング経路を修正
する場合には、操作パネル１７のディスプレイ１８にテ
ィーチング経路を表示し、キーボード１９のキー入力に
よりデータを書き換えてティーチングデータ記憶回路１
６に再設定する。こうすれば、再度のティーチングを行
わなくても、走行経路を容易に変更することができる。

【００１９】無人車１の自動運転に際しては、図６のフ
ローチャートに示す制御プログラムが実行される。ま
ず、ステップＳ１で、ティーチングデータが読み込ま
れ、ステップＳ２で、各ビデオカメラ５が視野の中央に
マーク１１を捉えるようにティーチングデータに指定さ
れた角度で旋回される。次いで、ステップＳ３で、画像
処理指令が出力されると、ステップＳ４で、各カメラ５
の撮像データが画像処理回路１５に入力され、ステップ
Ｓ５で、画像の濃淡データが閾値により０又は１に２値
化処理され、ステップＳ６で、微分処理によってエッジ
のみのデータが検出されたのち、ステップＳ７で、この
データ中の形状（パターン）及び黒の割合をパラメータ
と照合することでマーク１１が検索される。

【００２０】続いて、ステップＳ８では、前記検索結果
に従いマーク１１の有無が判別され、マーク１１を検索
できなかった場合は、ステップＳ９及びＳ１０で、エラ
ーの回数がカウントされ、許容回数に達するまでマーク
検索処理が繰り返され、なおも検索できない場合は、ス
テップＳ１１で、無人車１がいったん停止される。そし
て、ステップＳ１２及びＳ１３で、別のカウンタにエラ
ー回数がカウントされ、許容回数に達するまでマーク検
索処理が繰り返され、それでも検索できない場合は、ス
テップＳ１４で、警報が出力されたのち、自動運転を終
了する。

【００２１】一方、マーク１１が正しく検索された場合
は、ステップＳ１５で、画像処理回路１５により認識さ
れたマーク１１の大きさ及びＸ，Ｙ座標値がメインコン
トロール回路１３に入力される。ここで、マーク１１の
大きさは、そのマーク１１に対する無人車１の現在位置
を示すもので、画像のピクセル数とズームレンズ９の倍
率とに基づいて算出される。また、無人車１の走行方向
は、無人車１の現在位置において、ズームレンズ９が視
野の中心にマーク１１を捉えるときのカメラ５の旋回角
度θ１に基づいて求められる。しかしながら、通常は、
撮像データの取り込みが無人車１の走行よりも時間的に
遅れるため、図３に示すように、マーク１１はカメラ５
の視野の中心より偏倚した位置で撮像される。従って、
このときのマーク１１のＸ，Ｙ座標値からその偏倚角θ
２を算出し、これでカメラ５の旋回角度θ１を補正すれ
ば、無人車１の現在の走行方向を正確に求めることがで
きる。

【００２２】次に、テップＳ１６において、現在位置及
び走行方向の実際値がティーチングデータ中の設定値と
比較され、実際値が設定値未満であれば、つまり無人車
１が設定経路から外れている場合には、ステップＳ１７
で、実際値と設定値との差分が演算され、ステップＳ１
８で、走行用モータ３，４の制御量が決定され、ステッ
プＳ１９で、駆動系の無人車走行駆動回路２０に制御信
号が出力される。これにより、無人車１の軌道が修正さ
れ、現在位置及び方向の実際値が設定値と等しくなる
と、ステップＳ２０で、次のマーク１１に切り替えら
れ、ステップＳ２１で、全マークが終了していないこと
を確認したのち、ステップＳ３に復帰し、次マークを対
象にした前記と同様の処理が繰り返される。そして、全
マークが終了すると、ステップＳ２２で、無人車１が停
止され、自動運転が終了する。

【００２３】なお、曲線走行においては、無人車走行駆
動回路２０は無人車１が指定曲率で旋回するように各走
行用モータ３，４の回転数を制御する。また、曲線走行
時あるいは特定の清掃箇所でモータ３，４を減速した
り、逆に、清掃不要箇所でモータ３，４を加速したりす
るなど、無人車１の速度を運転条件に応じて制御するこ
とも可能である。停止精度が要求される箇所では、無人
車１を最低速でマーク１１に接近させて停止するように
してもよい。ただし、無人車１がマーク１１に接近し過
ぎると、マーク１１の画像が過大となって、これを検索
できなくなる可能性があるので、この場合は、専用の小
さなマーク１１を用意する。直線走行用、曲線走行用、
停止用とそれぞれ異なる大きさ又は種類のマークを設置
して、これらを自動判別するように構成してもよい。ま
た、曲率半径が小さい場合、画像取込の遅れが大きくな
って、カメラ５がマーク１１を見失うおそれがあるた
め、こうした場合には、その遅れを考慮して予測したオ
フセット量を加味してカメラ５を旋回制御すればよい。

【００２４】上記実施形態では、２台のビデオカメラ５
でそれぞれ異なるマーク１１を撮像しているが、図７に
示すように、無人車１に１台のビデオカメラ５を搭載し
て、本発明を実施することも可能である。この場合は、
マーク切替時にビデオカメラ５が次のマーク１１を見失
う可能性があるので、各マーク１１を無人車１の走行経
路の近くに設置する必要がある。

【００２５】また、上記実施形態では、ビデオカメラ５
の情報が無人車１の走行制御のみに用いられているが、
ビデオカメラ情報を無人車の走行監視用に役立たせるこ
ともできる。この場合は、無人車１にビデオカメラ情報
を外部に送出する無線送信機等の手段が設けられるとと
もに、作業員の待機場所にはビデオカメラ情報を受信し
て表示するＴＶモニター等が設置される。こうすれば、
ビデオカメラ５を利用した無人車監視システムを安価に
構成でき、無人車１にトラブル等が発生した際に、作業
員がそれを早期に発見して迅速に対処することが可能と
なる。

【００２６】さらに、本発明は無人清掃車のみに限定さ
れるものではなく、搬送又は牽引手段を備えた無人フォ
ークリフト等の無人荷役作業車に適用することも可能で
ある。この場合は、上記実施形態と同様にして荷役作業
車の走行を制御すれば、荷役ステーションや既定の走行
経路がない作業ヤードにおいても、荷役作業車を複数の
走行経路に沿って自動運転することができる。その他、
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明
の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を任意に変更し
て実施することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、マークとの関係で無人車の走行経路を設定し、
マークの撮像データに基づいて無人車の現在位置及び方
向を認識し、これらのデータを走行経路データと対比し
て無人車の駆動系を制御するように構成したので、複数
の走行経路を任意に設定でき、各経路に沿って無人車を
自動運転できるという優れた効果を奏する。

【００２８】請求項２の発明によれば、マーク撮像手段
として直交２軸周りで旋回可能なビデオカメラを用いた
ので、無人車の何れの位置からでもマークを確実に撮像
できて、マーク設置場所の自由度を向上できるという効
果がある。

【００２９】請求項３の発明によれば、無人車に２台の
ビデオカメラを搭載したので、マーク切替時にマークを
見失うおそれがなく、マークの個数を少なくできるとと
もに、両方の撮像データを総合して無人車の現在位置を
精度よく認識できるという効果がある。

【００３０】請求項４の発明によれば、ティーチングに
より走行経路データを設定するので、マークを任意の位
置に設置したままの状態で、作業に必要な複数の走行経
路を容易に設定できるという効果がある。

【００３１】請求項５の発明によれば、走行経路データ
を書き換える手段を設けたので、再度のティーチングを
行わなくても、走行経路を容易に変更できるという効果
がある。

【００３２】請求項６の発明によれば、既知のマーク位
置に基づいて走行経路データを作成する手段を設けたの
で、ティーチングによらずとも、机上で所望の走行経路
を容易に作成できるという効果がある。

【００３３】請求項７の発明によれば、無人車の走行経
路データを入力する手段を設けたので、机上で経路デー
タを編集して、無人車の運行管理に利用できるという効
果がある。

【００３４】請求項８の発明によれば、無人車にビデオ
カメラ情報を外部に送出する手段を設けたので、ビデオ
カメラを利用した無人車監視システムを安価に構成でき
て、トラブル等に迅速に対処できるという効果がある。

【００３５】請求項９の発明によれば、無人車に路面又
は壁面清掃手段を設けたので、清掃作業ヤードに複数の
走行経路を任意に設定して、路面又は壁面を無人で清掃
できるという効果がある。

【００３６】請求項１０の発明によれば、無人車に搬送
又は牽引手段を設けたので、荷役ステーションや既定の
走行経路がない作業ヤードにおいても、荷役作業車を複
数の走行経路に沿って自動運転できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す無人車の斜視図であ
る。

【図２】同無人車においてビデオカメラの駆動機構を示
す正面図である。

【図３】同ビデオカメラの画像を例示する概略図であ
る。

【図４】無人車の走行制御装置を示すブロック図であ
る。

【図５】無人車の走行経路を示す作業ヤードの平面図で
ある。

【図６】無人車の自動運転時の作用を示すフローチャー
トである。

【図７】本発明の別の実施形態を示す作業ヤードの平面
図である。

【符号の説明】

１・・無人車、２・・回転ブラシ、３，４・・走行用モ
ータ、５・・ビデオカメラ、６・・マウント機構、７・
・Ｘ方向旋回モータ、８・・Ｙ方向旋回モータ、９・・
ズームレンズ、１０・・ズーム用モータ、１１・・マー
ク、１３・・メインコントロール回路、１４・・カメラ
制御回路、１５・・画像処理回路、１６・・ティーチン
グデータ記憶回路、１７・・操作パネル、１８・・ディ
スプレイ、１９・・キーボード、２０・・無人車走行駆
動回路、２１・・外部コンピュータ。

フロントページの続き (72)発明者 吉川 正 愛知県海部郡甚目寺町大字西今宿字山伏二 22番地

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 路面付近又は壁面に設けられた複数のマ
   ークと、マークに対する無人車の位置を特定して無人車
   の走行経路を予め設定する手段と、無人車に搭載された
   マーク撮像手段と、撮像データを解析して無人車の現在
   位置と走行方向とを認識する手段と、現在位置データと
   走行経路データとを対比して無人車の駆動系を制御する
   手段とからなる無人車の走行制御装置。
2. 【請求項２】 マーク撮像手段は、直交２軸周りで旋回
   可能なビデオカメラを含む請求項１記載の無人車の走行
   制御装置。
3. 【請求項３】 無人車に２台のビデオカメラを搭載した
   請求項２記載の無人車の走行制御装置。
4. 【請求項４】 経路設定手段は、ティーチングにより得
   た走行経路データを記憶する手段を含む請求項１記載の
   無人車の走行制御装置。
5. 【請求項５】 経路設定手段は、記憶手段の走行経路デ
   ータを書き換える手段を含む請求項４記載の無人車の走
   行制御装置。
6. 【請求項６】 経路設定手段は、既知のマーク位置に基
   づき走行経路データを作成して無人車に伝送する手段を
   含む請求項１又は請求項４記載の無人車の走行制御装
   置。
7. 【請求項７】 経路設定手段は、無人車の走行経路デー
   タを入力して編集する手段を含む請求項６記載の無人車
   の走行制御装置。
8. 【請求項８】 無人車がビデオカメラ情報を外部に送出
   する手段を備えた請求項２乃至請求項７記載の無人車の
   走行制御装置。
9. 【請求項９】 無人車が路面又は壁面清掃手段を備えた
   無人清掃車である請求項１乃至請求項８記載の無人車の
   走行制御装置。
10. 【請求項１０】 無人車が搬送又は牽引手段を備えた無
    人荷役作業車である請求項１乃至請求項８記載の無人車
    の走行制御装置。