WO2019176116A1 - 障害物検知システムおよび障害物検知方法 - Google Patents

Abstract

障害物の有無を判定する際の精度を向上できる障害物検知システムおよび障害物検知方法を提供する。移動体に設置される発信部９から照射角度θｎを変化させながらレーザ光を照射して、このレーザ光の反射光を受信部１０で受光して障害物の有無を検知する際に、障害物がない場合にレーザ光が反射される反射地点Ｐｎの周辺領域に検知領域Ｓを予め設定して、検知領域Ｓの内側で反射する反射光に応じて判定機構１３が障害物の有無を判定する。

Description

障害物検知システムおよび障害物検知方法

　本発明は、例えば走行面上を走行する車両等の移動体に設置されていて移動体の周囲の障害物の有無を検知する障害物検知システムおよび障害物検知方法に関し、詳しくは障害物の有無を判定する際の精度を向上できる障害物検知システムおよび障害物検知方法に関するものである。

　自動走行する車両に設置されていて周囲の障害物を検知する障害物検知システムが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

　特許文献１に記載の障害物検知システムは、車両の前方に向かってレーザ光を水平方向に走査させる二次元レーザスキャナを有していた。このシステムは、照射したレーザ光が障害物で反射されたときの反射光を検知することで障害物の有無を判定していた。つまり反射光が得られる場合には障害物が存在し、反射光が得られない場合は障害物が存在しないと判定していた。

　特許文献１に記載のシステムは、反射光が得られない場合は障害物がなく安全であると判定する構成であった。そのため障害物が作業員の衣服などレーザ光を反射し難い物質である場合は、システムは障害物を検知できなかった。車両の前方に作業員がいるにも関わらず、障害物がなく安全であるとの誤った判定をシステムが行ってしまう不具合があった。レーザ光を照射する発信部や反射光を受光する受光部などが故障により反射光を検知できない場合も、障害物がなく安全であるとの判断をシステムが行ってしまう不具合があった。

　また特許文献１に記載のシステムは、反射光が得られた場合は障害物があると判定する構成であった。このシステムを屋外で使用するとレーザ光が例えば雨や昆虫などで反射されることがあった。この場合システムは得られた反射光に基づき障害物があると誤認してしまう不具合があった。雨や昆虫などは車両の走行を妨げないにも関わらず、システムは障害物があるとして車両を減速させたり停止させたりしてしまっていた。

　特許文献１に記載のシステムは、障害物があるにも関わらず障害物がないと判定したり、車両の走行を妨げる障害物がないにも関わらず障害物があると判定したりする不具合があった。つまり障害物の有無を判定する際の精度が十分ではなかった。

日本国特開平０６－１８７０３６号公報

　本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は障害物の有無を判定する際の精度を向上できる障害物検知システムおよび障害物検知方法を提供することである。

　上記の目的を達成するための本発明の障害物検知システムは、移動体に設置されていて照射角度を変化させながらレーザ光を照射する発信部と、前記レーザ光の反射光を受光する受信部とを備える障害物検知システムにおいて、障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定する検知領域設定機構と、前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて障害物の有無を判定する判定機構とを備えることを特徴とする。

　本発明の障害物検知方法は、移動体に設置される発信部から照射角度を変化させながらレーザ光を照射して、このレーザ光の反射光を受信部で受光して障害物の有無を検知する障害物検知方法において、障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定して、前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて判定機構が障害物の有無を判定することを特徴とする。

　本発明の障害物検知システムおよび障害物検知方法によれば、検知領域の内側からの反射光に基づき障害物の有無を判定する構成である。障害物があると検知領域からの反射光が得られなくなるため、障害物がレーザ光を反射し難い物質であっても障害物があることを検知できる。障害物の有無を判定する際の精度を向上するには有利である。

　また本発明の障害物検知システム等によれば、レーザ光を照射する発信部や反射光を受光する受光部などが故障により反射光を検知できないときは、検知領域からの反射光が得られなくなるため、障害物があると判定する。安全側の対応を取ることができるため、安全性を向上するには有利である。

図１は、本発明の障害物検知システムが設置される門型クレーンを斜視で例示する説明図である。 図２は、本発明の障害物検知システムの構成を示す説明図である。 図３は、障害物がないときの走行面における反射地点を平面視で例示する説明図である。 図４は、図２の障害物検知システムが障害物を検知したときの状態を例示する説明図である。 図５は、障害物をあるときの走行面における反射地点を平面視で例示する説明図である。 図６は、図４の検知領域の変形例を例示する説明図である。 図７は、図４の検知領域の変形例を例示する説明図である。 図８は、レーザ光の走査方向の変形例を例示する説明図である。 図９は、図１の障害物検知システムの変形例を側面視で例示する説明図である。 図１０は、レーザ光の走査方向の変形例を例示する説明図である。 図１１は、障害物検知システムが設置される吊具を側面視で例示する説明図である。

　以下、本発明の障害物検知システムおよび障害物検知方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。なお、図中では移動体の移動方向を矢印ｙ、この移動方向ｙを直角に横断する横行方向を矢印ｘ、上下方向を矢印ｚで示している。

　図１に例示するように本発明の障害物検知システムが設置される移動体２である門型クレーンは、移動方向ｙに走行する走行装置３と、走行装置３の上方に配置され上下方向ｚに延在する四本の脚部材４と、横行方向ｘに延在して横行方向ｘに対向する脚部材４どうしの上端を連結する二本の梁部材５と、梁部材５に沿って横行方向ｘに移動可能に構成されるトロリ６と、トロリ６にワイヤロープで懸吊される吊具７とを備えている。移動体２を構成する門型クレーンは、走行面８を移動方向ｙに走行しつつコンテナの荷役を行なうことができる。

　障害物検知システム１は、走行面８に向かってレーザ光を照射する発信部９と、走行面８で反射される反射光を受光する受信部１０とを有している。受信部１０は発信部９の近傍に配置されている。この実施形態では四本の脚部材４の下方であって走行装置３の近傍となる位置に、それぞれ発信部９および受信部１０（以下、発信部９等と総称することがある）が設置されている。発信部９等を設置する位置は上記に限らず、走行装置３など他の場所に適宜設置することができる。

　移動体２である門型クレーンが走行する移動方向ｙに沿って、門型クレーンの移動方向の前方の手前から奥に至る範囲に発信部９はレーザ光を走査する構成を備えている。図１では説明のためレーザ光の照射方向を破線で示している。

　このとき門型クレーンの移動方向ｙの後方側に設置されている発信部９からはレーザ光が照射されない構成にしてもよい。

　障害物検知システム１が設置される移動体２は門型クレーンに限定されない。障害物検知システム１は平面または空間を移動する移動体２に設置することができ、例えば岸壁クレーンやコンテナシャシに設置することができる。また障害物検知システム１は門型クレーンや岸壁クレーンの吊具７またはトロリ６に設置してもよい。

　図２に例示するように障害物検知システム１は、発信部９と受信部１０とを備えている。発信部９はレーザ光を照射する構成に限定されない。発信部９は光や電波などの電磁波を照射する構成でもよく、音波を発信する構成でもよい。受信部１０は発信部９から照射される電磁波等の反射波を受信できる構成を有していればよい。

　障害物検知システム１は、受信部１０からデータを取得する比較機構１１と、この比較機構１１にデータを送る検知領域設定機構１２と、比較機構１１からデータを取得して障害物の有無を判定する判定機構１３と、判定機構１３で利用する閾値を調整するための閾値設定機構１４と、判定機構１３における判定結果に基づき移動体２を制御する制御機構１５とを備えている。なお比較機構１１と閾値設定機構１４と制御機構１５とは本発明の必須要件ではない。

　障害物検知システム１は、まず走行面８に向かって発信部９からレーザ光を照射する。発信部９はミラーの回転等により放射状（扇形状）にレーザ光を順番に複数回照射していく。受信部１０は発信部９からレーザ光を照射する際の角度θｎごとに、レーザ光の照射から反射光が受信部１０で受光されるまでの時間ｔｎを取得していく。ここで角度θｎは上下方向ｚに対するレーザ光の進行方向の傾きを表している。

　発信部９と受信部１０とは、発信部９等から走行面８までの距離を測定することになる。発信部９と受信部１０とは例えば二次元レーザスキャナで構成することができる。例えば角度θｎの分解能が０．１２５度～１．０００度、ミラーの回転速度が５～１００Ｈｚの二次元レーザスキャナを利用することができる。

　受信部１０は、角度θｎが０度以上９０度以下で９０度を含まない範囲のデータを利用することができる。受信部１０は角度θｎが０度以上６０度以下の範囲のデータを利用することが望ましい。この角度θｎの範囲を大きくするほど移動体２から離れた位置の障害物を検知できるため、移動体２の速度が大きい場合には角度θｎの範囲の上限を９０度に近づけることが望ましい。

　例えば角度θｎの範囲が０度～６０度、分解能が０．１２５度、回転速度が５Ｈｚで設定されている二次元レーザスキャナの場合に、受信部１０は１秒間に２４００点の測定データを得る。つまり角度θｎと時間ｔｎとを組み合わせたデータを受信部１０は１秒間に２４００点得る。

　レーザ光が走行面８で反射される反射地点Ｐｎは、レーザ光の走査方向に沿って直線状に並ぶ。以下この直線を基準線１６ということがある。この基準線１６は走行面８の上に形成される仮想の直線である。基準線１６は走行面８でレーザ光が反射されることで形成される複数の反射地点Ｐｎの集合体であるともいえる。この基準線１６はレーザ光が走行面８で反射される範囲に形成されるので、発信部９との相対位置は固定される。そのため基準線１６は門型クレーン等の移動体２の移動にともない移動方向ｙに移動する。この実施形態ではレーザ光が移動方向ｙに沿って走査するので、基準線１６は移動方向ｙに平行な直線となる。また基準線１６は走行面８に沿う直線となる。

　検知領域設定機構１２では、検知領域Ｓが予め設定されている。検知領域Ｓは移動方向ｙと上下方向ｚとから成る平面に形成される四角形の領域であり、発信部９等に対する相対的な位置として設定されている。この実施形態では検知領域Ｓは、移動体２の移動方向ｙに沿った方向であり反射地点Ｐｎ、即ち基準線１６の上方と下方とに設定される一対の長辺１７ａ、１７ｂと、この一対の長辺１７ａ、１７ｂの対向する端部どうしを結び上下方向ｚに延在する一対の短辺１８ａ、１８ｂとで囲まれる長方形の領域である。検知領域Ｓの形状は上記に限らず適宜設定することが可能である。例えば多角形や曲線を含む形状に設定することもできる。

　この実施形態では検知領域Ｓの短辺１８ａ、１８ｂの長さは、例えば基準線１６を中心に上下方向ｚに±１００ｍｍの範囲に設定することができる。ゴムタイヤを有する門型クレーンの場合は、コンテナの荷重によりゴムタイヤが上下方向ｚに伸縮することがある。ゴムタイヤの伸縮にともない発信部９等が上下方向ｚに移動してこれにともない検知領域Ｓも上下方向ｚに移動する。検知領域Ｓが上下方向ｚに移動した場合であっても、基準線１６が検知領域Ｓの内側に収まる範囲で短辺１８ａ、１８ｂの長さが設定されている。

　長辺１７ａ、１７ｂの長さは水平方向に数ｍから数十ｍの範囲に設定することができる。長辺１７ａ、１７ｂの長さは基準線１６より長くなる状態または同じ長さとなる状態に設定される。つまり基準線１６が常に検知領域Ｓの内側となる状態に、検知領域Ｓの範囲は設定される。

　検知領域Ｓは発信部９との相対位置が固定される。そのため検知領域Ｓは基準線１６と同様に門型クレーン等の移動体２の移動にともない移動方向ｙに移動する。この実施形態では基準線１６が移動方向ｙに平行であるため、検知領域Ｓは移動方向ｙに平行な平面となる。

　比較機構１１では、発信部９から照射するレーザ光の反射地点Ｐｎと検知領域Ｓとを比較して、反射地点Ｐｎが検知領域Ｓの内側か外側かを判定する構成を有している。例えばレーザ光が角度θ１で照射されるとき、このレーザ光の照射方向と検知領域Ｓの境界線との二つの交点ｐ１、ｐ１’を予め決めることができる。つまり角度θｎごとに検知領域Ｓとの二つの交点ｐｎ、ｐｎ’の範囲が決まる。

　具体的には交点ｐｎ、ｐｎ’は、発信部９からレーザ光が照射されてから受信部１０で反射光を受信するまでの時間Ｔｎ、Ｔｎ’とレーザ光の照射角度θｎとの組み合わせで設定されている。

　受信部１０から反射地点Ｐ１までの距離が、受信部１０から交点ｐ１までの距離と交点ｐ１’までの距離との間であれば、比較機構１１は反射地点Ｐ１が検知領域Ｓの内側にあると判定する。複数の反射地点Ｐｎがそれぞれ検知領域Ｓの内側であるか外側であるかの判定を、検知領域設定機構１２からの検知領域Ｓのデータに基づき比較機構１１が行う。

　具体的にはレーザ光の照射から反射光が得られるまでの時間ｔｎが、交点ｐｎに対応する時間Ｔｎと交点ｐｎ’に対応する時間Ｔｎ’との間であれば検知領域Ｓの内側からの反射光であると比較機構１１が判定する。

　比較機構１１は、反射地点Ｐｎが検知領域Ｓの内側に位置する場合にはオン（ＯＮ）の信号を判定機構１３に送り、反射地点Ｐｎが検知領域Ｓの外側に位置する場合にはオフ（ＯＦＦ）の信号を判定機構１３に送る。比較機構１１が送る信号は上記に限定されない。反射地点Ｐｎが検知領域Ｓの内側のときオフの信号、外側のときオンの信号を判定機構１３に送る構成としてもよい。

　判定機構１３では、比較機構１１から送られてくるオンとオフの信号の割合に応じて、障害物の有無を判定する。例えば受信部１０が１秒間で２４００点の測定データを得る場合には、１秒間に２４００点のオンとオフの信号が比較機構１１から判定機構１３に送られる。

　判定機構１３は、単位時間あたりに比較機構１１から送られてくるオンの信号の数とオフの信号の数との総数に対するオンの信号の数の割合を充足率として算出する。また充足率の予め定められた閾値を判定機構１３は格納している。充足率の閾値は例えば９０％に設定することができる。

　障害物がない場合に反射地点Ｐｎは基準線１６に沿った位置となり検知領域Ｓの内側に位置するため、１秒間に２４００点のオンの信号が判定機構１３に送られる。このとき充足率は１００％となり、閾値の９０％以上の値となる。

　発信部９から照射されるレーザ光の全てが走行面８で反射されているので、レーザ光を遮蔽する障害物が発信部９と走行面８との間に存在しないことがわかる。判定機構１３は充足率が閾値以上である場合には障害物がなく安全であると判定する。判定機構１３は１秒ごとに判定を行なう構成に限定されず、例えば０．２秒ごとに判定を行うなど、判定を行なう頻度は適宜設定することができる。

　このとき図３に例示するように障害物検知システム１は、基準線１６の全体を確認できた状態となる。障害物検知システム１は走行面８を見ることができる状態ともいえる。

　図４および図５に例示するように移動体２の前方に作業員がいる場合には、発信部９から照射されるレーザ光の一部は作業員に遮られ走行面８まで到達しない。レーザ光が作業員に吸収されると反射光が得られない。レーザ光が作業員に反射したとしても検知領域Ｓの外側からの反射光となる。いずれの場合においても、作業員がいると検知領域Ｓの内側から得られる反射光の数が少なくなる。反射光の反射地点Ｐｎが検知領域Ｓの外側となる場合には、比較機構１１から判定機構１３にオフの信号が出力される。

　つまり反射地点Ｐ１～Ｐ３は検知領域Ｓの内側となるので判定機構１３に例えば三つのオンの信号が出力され、反射地点Ｐ４～Ｐ６は検知領域Ｓの外側となるので判定機構１３に例えば三つのオフの信号が出力される。

　図５に例示するように障害物検知システム１は、基準線１６の半分程度しか確認できない状態となる。充足率は５０％程度となり閾値よりも小さい値となる。このような場合に障害物検知システム１は、基準線１６の上に障害物があると判定する。

　障害物検知システム１が制御機構１５を備えている場合には、判定機構１３による障害物があるとの判定に基づき、門型クレーン等の移動体２の走行速度を減速させたり、停止させたりする制御を制御機構１５が行う構成にしてもよい。

　障害物検知システム１は、障害物を直接的に検知する構成ではないため、障害物がレーザ光を吸収したりして反射光が得られない場合であっても、障害物があることを判定できる。障害物の有無を判定する際の精度を向上するには有利である。

　従来の障害物検知システムでは障害物からの反射光により障害物があることを検知していたため、障害物検知システムの精度を向上するためにはレーザ光の出力を増加させて反射光を得やすくしたり、受信部１０の感度を向上させて微量の反射光であっても検出できるようにしたりする必要があった。存在が不確かな障害物を直接的に探すために、多大な労力を割いていた。またシステムの感度を向上させるほど、障害物とはならない雨や昆虫を障害物として検出してしまう不具合が大きくなっていた。さらに何らかの故障によりレーザ光が照射されなくなったり、反射光を検知できなくなると、障害物があっても検出できず、安全であると判定してしまう不具合があった。

　本発明の障害物検知システム１は、障害物がないことを検知する構成である。具体的には走行面８の上に形成される仮想の直線、すなわち基準線１６をどの程度の割合で検知できるかを確認する構成である。基準線１６を検知できればいいので、障害物検知システム１の精度を向上するためにレーザ光の出力を上げたり、受信部１０の感度を向上させたりする必要がない。障害物検知システム１は、障害物がない可能性を判定する構成であり、充足率に応じて障害物がない可能性が高く安全性が高そうである場合と、障害物があるらしく安全性が低そうである場合とを判定することができる。

　障害物検知システム１は、検知領域Ｓの内側で反射する反射光に応じて障害物の有無を判定する構成である。そのため発信部９や受信部１０の故障等により反射光を受光できない場合に、障害物がないと誤った判定を行なうことがない。そのため障害物検知システム１は安全側に機能するシステムとなる。移動体２の移動にともなう安全性を向上するには有利である。

　従来の障害物検知システムでは、存在が不確かな障害物を直接的に探すため、少しの反応であっても障害物ありとして移動体を停止させていた。これに対して本発明では雨や昆虫により例えば一つのレーザ光が検知領域Ｓの外側で反射した場合であっても、判定機構１３に送られる２４００点のデータのうち２３９９点がオンとなり充足率は９０％以上となるので門型クレーン等の移動体２が緊急停止したりする不具合を回避できる。

　障害物検知システム１が閾値設定機構１４を備えている場合には、クレーンオペレータ等が閾値を天候等に応じて適宜調整することが可能となる。晴天の際には閾値を例えば９０％に設定することができる。大雨の際には、閾値を例えば５０％に設定することができる。雨により多数のレーザ光が検知領域Ｓの外側で反射される場合であっても、門型クレーン等の移動体２を走行させることができる。この場合でも作業員が基準線１６の上にいるときは充足率がさらに低下して例えば２５％などの低い値になるため、作業員の存在を検知することが可能である。

　比較機構１１を設置する構成により、判定機構１３にはオンまたはオフの１ビットのデータが送られる。判定機構１３に送られるデータ量が極めて小さいため、判定機構１３が判定の際に必要とするメモリ量を節約するには有利である。移動体２が例えば門型クレーンで構成される場合、判定機構１３は門型クレーンの動作を制御するシーケンサ（ＰＬＣ）に組み込むことができる。シーケンサは門型クレーンの走行や荷役などの制御も処理しなければならないので、判定機構１３により占有されるメモリ量が小さいほど望ましい。

　判定機構１３により占有されるメモリ量を抑制できるので、発信部９が照射するレーザ光の単位時間当たりの数を増加させたり、判定機構１３による判定の頻度を増加させたりすることができる。ミラーの回転速度が５０Ｈｚの二次元レーザスキャナで発信部９を構成したとしても、シーケンサのメモリの占有量をそれほど増加させることなく判定機構１３により判定を行なうことができる。

　比較機構１１を備えていない場合に、判定機構１３が１秒間に例えば２４００点のデータを処理できると仮定する。比較機構１１を備えている場合には、判定機構１３は１秒間に例えば２４０００点のデータを処理することが可能となる。

　また比較機構１１の設置により判定機構１３で処理するデータ量が小さくなるので、判定機構１３で判定を行なう際に必要となる時間を短縮することができる。発信部９を構成する二次元レーザスキャナの分解能が比較的高く回転速度が比較的速い場合であっても、遅れがほとんど生じない状態で判定機構１３による判定を行なうことができる。

　移動体２が例えば自動車など移動速度の速いものであっても、遅れなく安全性を適切に判定することができる。移動体２の緊急停止が間に合わないなどの不具合の発生を抑制するには有利である。移動体２の移動速度に比べて判定機構１３で判定を行なう速度を比較的速くすることができる。そのため充足率の閾値を必要以上に高く設定して、移動体２の障害物等への衝突を回避するなどの対策が不要となる。

　本発明の障害物検知システム１において比較機構１１は必須要件ではない。比較機構１１を備えていない場合は、受信部１０で得られるデータをそのまま判定機構１３に送信する構成にすることができる。この場合、検知領域設定機構１２で予め設定される検知領域Ｓに関するデータは判定機構１３に送られる。判定機構１３は、受信部１０から得られるデータを検知領域Ｓに関するデータと比較して、反射光が検知領域Ｓの内側からの反射光であるか否かを判断する。

　判定機構１３は発信部９から照射されるレーザ光の総数に対する検知領域Ｓの内側からの反射光の数の割合を充足率として算出する。判定機構１３は、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がなく安全であると判定して、充足率が閾値よりも小さいときに障害物があると判定する。

　本発明の障害物検知システム１において、判定機構１３において充足率を算出する構成は必須要件ではない。この場合は判定機構１３が、検知領域Ｓの内側からの反射光の数が単位時間あたりに例えば２０００点など所定の閾値以上となる場合に障害物がないと判定して、この閾値よりも小さいときに障害物があると判定する構成にしてもよい。

　本発明の障害物検知システム１において制御機構１５は必須要件ではない。移動体２が門型クレーンの場合は、判定機構１３による判定結果をディスプレイ等に表示してクレーンオペレータに通知する構成にすることができる。また障害物があると判定されたときに、警報音等によりクレーンオペレータに注意を促す構成にしてもよい。

　制御機構１５を備えている場合には、クレーンオペレータへの連絡の他に、門型クレーンを自動的に減速させたり、停止させたりする制御を行なうことができる。門型クレーンが自動走行の場合に、制御機構１５による減速や停止等を自動で制御する構成にしてもよい。

　また制御機構１５が、充足率の値に応じて移動体２の減速量を制御する構成にしてもよい。例えば充足率が小さくなる程、減速量を増加させる制御を制御機構１５により行なうことができる。充足率が高いほど安全性が高い状態となり、充足率が低いほど安全性が低い状態となるため、安全性が低いときには移動体２の移動速度が小さくなる。大雨など視界の悪いときには、移動体２の移動速度は小さくなるものの移動体２を走行させることができる。

　図６に例示するように検知領域設定機構１２が、複数の検知領域Ｓを設定できる構成にしてもよい。図６の実施形態では移動体２の移動方向ｙに沿って移動体２の手前に設定される検知領域Ｓ１と、奥に設定される検知領域Ｓ２との二つの検知領域Ｓが設定されている。この実施形態では検知領域Ｓ１、Ｓ２のいずれも移動方向ｙおよび上下方向ｚに平行となる長方形に形成されている。また検知領域Ｓ１、Ｓ２は互いに重ならない位置にそれぞれ設定されている。

　二つの検知領域Ｓ１、Ｓ２ごとに制御機構１５が異なる制御を行なう構成にすることができる。充足率の閾値をそれぞれ例えば９０％に設定して、奥の検知領域Ｓ２で充足率が閾値を下回ったとき制御機構１５により移動体２を減速させる制御を行ない、手前の検知領域Ｓ１で充足率が閾値を下回ったとき制御機構１５により移動体２を停止させる制御を行なうことができる。

　二つの検知領域Ｓ１、Ｓ２ごとに異なる閾値を設定することができる。例えば手前の検知領域Ｓ１の閾値を９０％に設定して、奥の検知領域Ｓ２の閾値を７０％に設定することができる。奥の検知領域Ｓ２で充足率が閾値を下回ったとき移動体２を減速させる制御を行ない、手前の検知領域Ｓ１で充足率が閾値を下回ったとき移動体２を減速させる制御を行なう構成にすることができる。手前の検知領域Ｓ１の閾値を奥の検知領域Ｓ２の閾値よりも高く設定しているので、移動体２が障害物に近づくほど減速し易くなる。

　二つの検知領域Ｓ１、Ｓ２ごとに、それぞれ異なる制御内容と異なる閾値とを設定してもよい。例えば奥の検知領域Ｓ２で充足率が７０％を下回ったとき移動体２を減速させる制御を行ない、手前の検知領域Ｓ１で充足率が９０％を下回ったとき移動体２を緊急停止させる制御を行なうことができる。

　また奥の検知領域Ｓ２での充足率の値に応じて、移動体２の移動速度の上限値を制御する構成にすることができる。例えば充足率の値に移動速度の上限値を比例させることができる。この場合充足率が小さくなる程、移動体２の移動速度の上限値が小さくなるので、障害物に接近するにしたがって移動体２を減速させることができる。

　検知領域Ｓの数は上記に限らない。互いに重ならない位置に設定される三つ以上の領域を検知領域Ｓとして設定してもよい。一部が重なる位置に設定される複数の領域を検知領域Ｓとして設定してもよい。

　また複数の検知領域Ｓごとにそれぞれ充足率の閾値と、閾値を下回ったときの制御を設定することができる。また閾値を設定せずに、充足率と比例または反比例させる状態で、移動体２の移動速度や減速量を変化させる制御を行なう設定としてもよい。

　図７に例示するように検知領域設定機構１２が、台形の検知領域Ｓを設定する構成にしてもよい。この実施形態では移動体２から近い手前に位置して上下方向ｚに延在する短辺１８ａの長さに比べて、移動体２から遠い奥に位置して上下方向ｚに延在する短辺１８ｂの長さが長く設定されている。

　門型クレーンがゴムタイヤを備えている場合など、荷役するコンテナの重心位置の偏心等により移動体２が移動方向ｙに起伏することがある。移動体２の起伏とは、移動体２の後方側に比べて前方側が上がったり下がったりすることをいう。移動体２が起伏すると走行面８に対する発信部９の傾きや位置が変化する。検知領域Ｓは発信部９に対する相対位置が固定されているため、発信部９の傾き等にともないその位置が変化してしまう。

　台形の検知領域Ｓを設定することにより、移動体２が起伏したとしても走行面８に形成される基準線１６が検知領域Ｓの内側になる状態を維持できる。基準線１６が検知領域Ｓの外側に位置する場合、障害物がないにも関わらず、障害物検知システム１は障害物ありと判定してしまう。移動体２が起伏する場合であっても、障害物の有無を判定する際の精度を向上することができる。図７では説明のため移動体２に起伏が発生していないときの検知領域Ｓの範囲および発信部９等の位置を一点鎖線で示している。

　なお走行面８が全体的に傾斜している場合は、走行面８とともに移動体２も傾斜するため、検知領域Ｓが長方形であっても検知領域Ｓの内側に基準線１６が位置することになる。移動体２が自動車など起伏し難い機器の場合には、検知領域Ｓを長方形に設定しても障害物の有無を精度よく判定できる。

　ここで走行面８の上下方向ｚにおける凹凸が比較的大きい場合は、検知領域Ｓを台形で構成することで移動体２が移動にともない振動したとしても、基準線１６が検知領域Ｓの内側となる状態を維持し易くなる。また検知領域Ｓを長方形に設定しても、短辺１８ａ、１８ｂを比較的長く設定することで、基準線１６が検知領域Ｓの内側となる状態を維持し易くなる。

　一方で走行面８に凹凸がほとんどない場合は、検知領域Ｓの短辺１８ａ、１８ｂを比較的短く設定することができる。基準線１６を中心に上下方向ｚに例えば±３０ｍｍの範囲に短辺１８ａ、１８ｂの長さを設定すると、上下方向ｚの長さが３０ｍｍよりも大きい障害物を障害物検知システム１が検知できる。比較的小さな障害物を検知する必要がある場合には有利である。

　この実施形態では一対の長辺１７ａ、１７ｂの長さが等しくなる等脚台形に検知領域Ｓが設定されているがこれに限定されない。例えば移動体２の前方側が下がることはあっても上がることがない場合には、下側の長辺１７ｂに対して上側の長辺１７ａの方が長くなる台形に検知領域Ｓを設定することができる。

　図６に例示する実施形態と同様に台形の検知領域Ｓを複数に分割して設定する構成にしてもよい。

　図８に例示するように発信部９によりレーザ光を走査する方向が、移動方向ｙに沿った方向であり、かつ横行方向ｘに傾く状態に設定することができる。この場合、基準線１６が移動方向ｙに対して横行方向ｘに所定の角度αで傾く状態となる。この実施形態では門型クレーンの左右の脚部材４から内側に向かって基準線１６が傾いている。

　この構成により横行方向ｘに対置される一対の走行装置３の内側となる位置に作業員等がいる場合であっても、この作業員を障害物検知システム１により検知することができる。つまり障害物検知システム１は、移動方向ｙと平行となる方向以外にも、横行方向ｘに範囲を広げて障害物を検知することができる。

　移動体２である門型クレーンが逆方向に走行する場合には、移動方向ｙの前方側となる発信部９等からレーザ光が照射され、移動体２の走行方向の前方側に基準線１６が形成される。

　図９に例示するように、一つの脚部材４に複数の発信部９および受信部１０を備える構成にすることができる。一つの脚部材４に複数の発信部９および受信部１０を設置する構成により、障害物を検知できる範囲を適宜広げることができる。

　この場合、例えば一方の発信部９等により移動方向ｙと平行となる方向の安全を検知して、他方の発信部９等により図８に例示する横行方向ｘに傾いた方向の安全を検知する構成にすることができる。図９の実施形態では二組の発信部９等が上下方向ｚに間隔をあけた状態で脚部材４に設置されている。

　図１０に例示するように基準線１６が横行方向ｘと平行となる状態に設定することができる。一つの脚部材４に二つずつ発信部９等を設置して、移動方向ｙにおいて異なる位置に複数の基準線１６を設定することができる。このとき検知領域Ｓは横行方向ｘと上下方向ｚとから成る平面に形成される四角形の領域である。障害物を検知できる範囲を横行方向ｘに広げるには有利である。

　移動体２は複数の基準線１６を確認しながら走行する。この実施形態では移動体２は四本の基準線１６を確認しながら走行する。基準線１６の一部が途切れたりして認識できない場合は、移動体２の前方の安全性が低下しているとして、移動体２の減速等の制御を行なうことができる。

　図１１に例示するように門型クレーンや岸壁クレーンの吊具７に、障害物検知システム１を適用する構成にすることができる。この場合は吊具７に発信部９等が設置される。門型クレーン等がコンテナの荷役を行なうコンテナヤードには、蔵置されているコンテナの位置や高さを正確に把握する上位システムが配置されている。

　障害物検知システム１は、上位システムの情報に基づきコンテナが積み上げられている状況を把握できるので、この積み上げられたコンテナの側面および天面に沿って検知領域設定機構１２で検知領域Ｓを設定することができる。この検知領域Ｓの内側にはコンテナの側面および天面からなる基準線１６が形成される状態となる。この実施形態では上下方向ｚに対するレーザ光の進行方向の傾きθｎは０度以上１２０度以下の範囲となる状態にレーザ光を走査させることができる。

　基準線１６の上に本来載置されるべきでないコンテナが載置されている場合には、充足率の値が小さくなる。この場合制御機構１５等により吊具７の移動速度を減速したり停止させたりすることができる。基準線１６の上に作業員がいる場合も、充足率の値が小さくなるので吊具７の停止等を行なえる。

　上記と同様に、トロリ６に障害物検知システム１を適用する構成にしてもよい。この場合はトロリ６の下面に発信部９等が設置される。

　前述の実施形態における基準線１６を形成する方向や検知領域Ｓの形状および数などは、適宜組み合わせて利用することができる。

　障害物検知システム１は、門型クレーンや岸壁クレーン等に限らず、障害物がないときに反射光が得られる反射地点Ｐｎの集合体である基準線１６の形状が既知である場合に利用することができる。例えば走行面８に沿って走行するシャシや自動車に設置することができる。また上位システムにより基準線１６の形状を知ることができる吊具７に設置することができる。障害物検知システム１の採用により、移動体２を自動運転する際の安全性を向上することができる。

１     障害物検知システム
２     移動体
３     走行装置
４     脚部材
５     梁部材
６     トロリ
７     吊具
８     走行面
９     発信部
１０   受信部
１１   比較機構
１２   検知領域設定機構
１３   判定機構
１４   閾値設定機構
１５   制御機構
１６   基準線
１７ａ 長辺（上側）
１７ｂ 長辺（下側）
１８ａ 短辺（手前）
１８ｂ 短辺（奥）
θｎ   （レーザ光の）角度
Ｐｎ   反射地点
Ｓ     検知領域
Ｓ１   検知領域（手前）
Ｓ２   検知領域（奥）
α     （基準線の）角度
ｘ     横行方向
ｙ     移動方向
ｚ     上下方向

Claims (14)

1. 　移動体に設置されていて照射角度を変化させながらレーザ光を照射する発信部と、前記レーザ光の反射光を受光する受信部とを備える障害物検知システムにおいて、
   　障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定する検知領域設定機構と、
   　前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて障害物の有無を判定する判定機構とを備えることを特徴とする障害物検知システム。
2. 　前記判定機構が、前記発信部から照射する前記レーザ光の総数に対する前記検知領域の内側で反射する前記反射光の数の割合である充足率を算出して、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がないと判定して、前記充足率が前記閾値よりも小さいときに障害物があると判定する構成を備える請求項１に記載の障害物検知システム。
3. 　前記レーザ光を反射する反射地点が前記検知領域の内側である場合はオンの信号を、前記レーザ光を反射する反射地点が前記検知領域の外側である場合はオフの信号を前記判定機構に送る比較機構を備えていて、
   　前記判定機構が、前記比較機構から得られる前記オンの信号の数と前記オフの信号の数との総数に対する前記オンの信号の数の割合である充足率を算出して、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がないと判定して、前記充足率が前記閾値よりも小さいときに障害物があると判定する構成を備える請求項１に記載の障害物検知システム。
4. 　前記発信部が、前記移動体の移動方向に沿って前記移動体の手前から奥に至る範囲に前記レーザ光を走査する構成を備える請求項１～３のいずれかに記載の障害物検知システム。
5. 　前記検知領域が、前記移動体の移動方向に沿った方向であり障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の上方と下方とに設定される一対の長辺と、前記一対の長辺の対向する端部どうしを結び上下方向に延在する一対の短辺とで囲まれる四角形の領域である請求項１～４のいずれかに記載の障害物検知システム。
6. 　前記検知領域が、前記移動体から近い手前に位置する前記短辺より前記移動体から遠い奥に位置する前記短辺の方が長い台形の領域である請求項５に記載の障害物検知システム。
7. 　前記検知領域設定機構が、複数の前記検知領域を設定する構成を備える請求項１～６のいずれかに記載の障害物検知システム。
8. 　移動体に設置される発信部から照射角度を変化させながらレーザ光を照射して、このレーザ光の反射光を受信部で受光して障害物の有無を検知する障害物検知方法において、　障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の周辺領域に検知領域を予め設定して、前記検知領域の内側で反射する前記反射光に応じて判定機構が障害物の有無を判定することを特徴とする障害物検知方法。
9. 　前記判定機構が、前記発信部から照射する前記レーザ光の総数に対する前記検知領域の内側で反射する前記反射光の数の割合である充足率を算出して、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がないと判定して、前記充足率が前記閾値よりも小さいときに障害物があると判定する請求項８に記載の障害物検知方法。
10. 　前記受信部と前記判定機構との間に比較機構を配置して、前記レーザ光を反射する反射地点が前記検知領域の内側である場合にはオンの信号を、前記レーザ光を反射する反射地点が前記検知領域の外側である場合にはオフの信号を前記比較機構から前記判定機構に送り、
    　前記判定機構が、前記比較機構から得られる前記オンの信号の数と前記オフの信号の数との総数に対する前記オンの信号の数の割合である充足率を算出して、この充足率が所定の閾値以上の場合に障害物がないと判定して、前記充足率が前記閾値よりも小さいときに障害物があると判定する請求項８に記載の障害物検知方法。
11. 　前記発信部が、前記移動体の移動方向に沿って前記移動体の手前から奥に至る範囲に前記レーザ光を走査する請求項８～１０のいずれかに記載の障害物検知方法。
12. 　前記検知領域を設定する際に、前記移動体の移動方向に沿った方向であり障害物がない場合に前記レーザ光が反射される反射地点の上方と下方とに設定される一対の長辺と、前記一対の長辺の対向する端部どうしを結び上下方向に延在する一対の短辺とで囲まれる四角形の領域を前記検知領域として設定する請求項８～１１のいずれかに記載の障害物検知方法。
13. 　前記移動体から近い手前に位置する前記短辺より前記移動体から遠い奥に位置する前記短辺の方が長い台形の領域を前記検知領域として設定する請求項１２に記載の障害物検知方法。
14. 　前記検知領域が複数設定される請求項８～１３のいずれかに記載の障害物検知方法。

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