(57)【要約】【課題】坑道内において比較的に簡易な設備により移動体をより精度良く誘導することを可能にする移動体の誘導システム及び誘導方法を提供する。【解決手段】レーザスキャナ１３と、坑道Ｔ内の長手方向に沿った３次元マップを記憶する記憶部１５ａと、内界センサ１４で検出された移動距離を用いて長手方向の位置を推定する位置推定部１５ｂと、光反射部材Ｔｓとの相対位置で長手方向の位置を推定する位置推定部１５ｃと、位置推定部１５ｃで推定された長手方向の位置を優先的に選択する選択部１５ｄと、位置推定部１５ｂの起算位置を補正する補正部１５ｅと、観測形状データと３次元マップの形状データと選択部１５ｄで選択された推定位置とから搬送車両３Ａの位置姿勢情報を割り出す演算部１５ｆと、位置姿勢情報に基づいて搬送車両３Ａを絶対誘導する絶対誘導制御部１５ｇとを備える。【選択図】  図７
2010086038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑道内で移動体を誘導する誘導システムにおいて、
前記移動体に搭載され、前記移動体の周囲環境に関する形状情報を取得するレーザスキャナと、
前記坑道内の長手方向に沿った形状情報を含む３次元マップを記憶するマップ記憶手段と、
前記移動体の起算位置からの移動距離を検出する移動距離検出手段と、
前記移動距離検出手段で検出された移動距離と前記起算位置とに基づいて、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置を推定する第１位置推定手段と、
前記坑道内の所定位置に配置された所定の光反射部材と、
前記レーザスキャナで捕捉した前記光反射部材との相対位置に基づいて、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置を推定する第２位置推定手段と、
前記レーザスキャナで前記光反射部材を捕捉しない場合は前記第１位置推定手段で推定したものを、前記レーザスキャナで前記光反射部材を捕捉した場合は前記第２位置推定手段により推定したものを、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置として選択する選択手段と、
前記レーザスキャナで前記光反射部材を捕捉した場合に、前記移動距離検出手段による前記起算位置を前記第２位置推定手段により推定した位置に補正する補正手段と、
前記３次元マップから抽出された形状情報と前記レーザスキャナで取得された形状情報と前記選択手段により選択された前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置とに基づいて、前記坑道内での前記移動体の位置姿勢情報を割り出す演算手段と、
前記演算手段で割り出された前記位置姿勢情報に基づく絶対誘導によって、前記移動体を走行制御する絶対誘導制御手段と、
を備えることを特徴とする移動体の誘導システム。
【請求項２】
前記光反射部材は複数存在し、前記坑道内の長手方向に一定間隔で配置されており、
前記第２位置推定手段は、前記レーザスキャナで捕捉された前記光反射部材との相対位置に基づいて、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置を推定することを特徴とする請求項１記載の移動体の誘導システム。
【請求項３】
前記光反射部材の識別情報と前記光反射部材の位置情報とを対応付けて記憶する光反射部材情報記憶手段を更に備え、
前記レーザスキャナは、前記光反射部材の識別情報を捕捉し、
前記第２位置推定手段は、前記レーザスキャナで捕捉された前記光反射部材の識別情報に対応付けられた前記位置情報を前記光反射部材情報記憶手段から読み出し、読み出した前記位置情報を加味して、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置を推定することを特徴とする請求項１記載の移動体の誘導システム。
【請求項４】
前記光反射部材は、前記坑道内の周囲環境とは区別可能な光反射率を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の移動体の誘導システム。
【請求項５】
坑道内で移動体を誘導する誘導方法において、
レーザスキャナにより前記坑道内を走査して前記移動体の周囲環境に関する形状情報を取得する走査ステップと、
前記移動体の起算位置からの移動距離を検出する移動距離検出ステップと、
前記移動距離検出ステップにおいて検出した移動距離と前記起算位置とに基づいて、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置を推定する第１位置推定ステップと、
前記坑道内の所定位置に設けられた所定の光反射部材を前記レーザスキャナで捕捉する光反射部材捕捉ステップと、
前記レーザスキャナで捕捉した前記光反射部材との相対位置に基づいて、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置を推定する第２位置推定ステップと、
前記レーザスキャナで前記光反射部材を捕捉しない場合は前記第1位置推定ステップで推定したものを、前記レーザスキャナで前記光反射部材を捕捉した場合は前記第２位置推定ステップにより推定したものを、前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置として選択する選択ステップと、
前記レーザスキャナで前記光反射部材を捕捉した場合に、前記移動距離検出手段による前記起算位置を前記第２位置推定ステップにおいて推定した位置に補正する補正ステップと、
前記坑道内の長手方向に沿った形状情報を含む３次元マップから抽出した形状情報と前記レーザスキャナで取得した形状情報と前記選択ステップにおいて選択した前記移動体の前記坑道内における長手方向の位置とに基づいて、前記坑道内での前記移動体の位置姿勢情報を割り出す演算ステップと、
前記演算ステップで割り出された前記位置姿勢情報に基づく絶対誘導によって、前記移動体を走行制御する絶対誘導制御ステップと、
を備えることを特徴とする移動体の誘導方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、坑道内を走行する無人搬送車などの移動体を誘導するための誘導システム及び誘導方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ測位方式を利用して無人の搬送車両などを誘導するシステムや方法などが知られている。しかしながら、ＧＰＳ測位方式による誘導システムの場合には、ＧＰＳ衛星を捕捉可能な環境でなければ精度の高い測位は実現できず、例えば、トンネル内や特定の大型施設内などの外界された遮蔽された空間での誘導には不向きであった。一方で、例えば、ガイド式と呼ばれる誘導方式が知られている（特許文献１参照）。ガイド式の場合、例えば、適宜間隔で磁石を埋設し、搬送車両は、その磁石からの磁場を検知して走行ルートの検知を行っていた。また、走行ルートに沿って所定の誘導線などを敷設しておき、光学方式、磁気方式または電磁方式などのセンサで誘導線を検知しながら搬送車両を誘導する方法などもある。
【特許文献１】特開平９−２６８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記したガイド式による誘導方式では、誘導のための設備の敷設や撤去が必要で面倒である。また、磁気方式または電磁方式などのガイド方式では、設置距離がシビアになる一方、光学方式などのガイド方式では、画像解析が複雑になるという問題もある。
【０００４】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、坑道内において比較的に簡易な設備により移動体をより精度良く誘導することを可能にする移動体の誘導システム及び誘導方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明者は、上記した目的を達成するために鋭意検討し、移動体を誘導するルートに沿った周囲環境の形状情報を予め３次元マップとして取得しておき、移動体を走行させる時にレーザスキャナにより周囲環境をスキャンし、これを３次元マップと対比することで、移動体の位置を認識させながら誘導することを考えた。
【０００６】
しかしながら、トンネルなどの坑道内は長手方向に同一形状が連続するため、レーザスキャナにより移動体の坑道内における横位置は検出できても、長手方向の位置までは正確に検出することは難しい。このとき、車輪センサなどにより長手方向の位置を検出することも考えられるが、車輪の滑りや荷重の有無による車輪径の変動などの影響から、精度良く長手方向の位置を検出することは難しい。
【０００７】
そこで、坑道内の所定位置に光反射部材を配置し、レーザスキャナによりこれを捕捉したときは、これとの相対位置関係から長手方向の位置を推定すると共に、車輪センサなどの移動距離検出手段の起算位置を補正することとした。これにより、光反射部材を捕捉できないときは移動距離検出手段で推定したものを長手方向の位置と推定しつつ、光反射部材を捕捉できるときはこれを使って推定したものを移動体の長手方向の位置と推定することで、光反射部材を捕捉する度に長手方向の位置をより精度の高いものに修正することができ、また移動距離検出手段の起算位置を補正することで、移動距離の累積誤差を補正することができて、移動体をより精度良く誘導することが可能となることを見出した。本発明は、上記した知見に基づいて為されたものである。
【０００８】
本発明は、坑道内で移動体を誘導する誘導システムである。このシステムは、移動体に搭載され、移動体の周囲環境に関する形状情報を取得するレーザスキャナと、坑道内の長手方向に沿った形状情報を含む３次元マップを記憶するマップ記憶手段と、移動体の起算位置からの移動距離を検出する移動距離検出手段と、移動距離検出手段で検出された移動距離と起算位置とに基づいて、移動体の坑道内における長手方向の位置を推定する第1位置推定手段と、坑道内の所定位置に配置された所定の光反射部材と、レーザスキャナで捕捉した光反射部材との相対位置に基づいて、移動体の坑道内における長手方向の位置を推定する第２位置推定手段と、レーザスキャナで光反射部材を捕捉しない場合は第1位置推定手段で推定したものを、レーザスキャナで光反射部材を捕捉した場合は第２位置推定手段により推定したものを、移動体の坑道内における長手方向の位置として選択する選択手段と、レーザスキャナで光反射部材を捕捉した場合に、移動距離検出手段による起算位置を第２位置推定手段により推定した位置に補正する補正手段と、３次元マップから抽出された形状情報とレーザスキャナで取得された形状情報と選択手段により選択された移動体の坑道内における長手方向の位置とに基づいて、坑道内での移動体の位置姿勢情報を割り出す演算手段と、演算手段で割り出された位置姿勢情報に基づく絶対誘導によって、移動体を走行制御する絶対誘導制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この誘導システムでは、レーザスキャナにより光反射部材を捕捉したときは、これとの相対位置に基づいて第２位置推定手段により長手方向の位置を推定すると共に、移動距離検出手段の起算位置を第２位置推定手段により推定した位置に補正することができる。これにより、光反射部材を捕捉できないときは移動距離検出手段で推定したものを長手方向の位置と推定しつつ、光反射部材を捕捉できるときはこれを使って推定したものを移動体の長手方向の位置と推定することで、光反射部材を捕捉する度に長手方向の位置をより精度の高いものに修正することができ、また移動距離検出手段の起算位置を補正することで、移動距離の累積誤差を補正することができる。その結果、このようにして推定した長手方向の位置と、３次元マップから抽出された形状情報と、レーザスキャナで取得された形状情報とに基づいて、坑道内での移動体の位置姿勢情報をより正確に割り出し、絶対誘導により移動体をより精度良く誘導することができる。また、ガイド式による誘導方式と比べても、比較的に簡易な設備で精度良い誘導を実現することができる。
【００１０】
光反射部材は複数存在し、坑道内の長手方向に一定間隔で配置されており、第２位置推定手段は、レーザスキャナで捕捉された光反射部材との相対位置に基づいて、移動体の坑道内における長手方向の位置を推定すると好適である。このようにすれば、一定間隔で配置された複数の光反射部材のうち、最初に捕捉するものの位置情報を記憶しておけば、その位置情報から順次光反射部材を捕捉し、それとの相対位置から移動体の長手方向の位置を精度良く推定することができる。
【００１１】
さらに、光反射部材の識別情報と光反射部材の位置情報とを対応付けて記憶する光反射部材情報記憶手段を更に備え、レーザスキャナは、光反射部材の識別情報を捕捉し、第２位置推定手段は、レーザスキャナで捕捉された光反射部材の識別情報に対応付けられた位置情報を光反射部材情報記憶手段から読み出し、読み出した位置情報を加味して、移動体の坑道内における長手方向の位置を推定すると好適である。このようにすれば、光反射部材の識別情報を取得することで、その識別情報に対応付けられた位置情報が一義的に定まるため、現在の光反射部材の位置を割り出し、それとの相対位置から移動体の長手方向の位置を精度良く推定することができる。
【００１２】
光反射部材は、坑道内の周囲環境とは区別可能な光反射率を有すると好適である。このようにすれば、光反射部材からの反射光を周囲環境とは区別して確実に捕捉できるようになる。
【００１３】
本発明は、坑道内で移動体を誘導する誘導方法である。この方法は、レーザスキャナにより坑道内を走査して移動体の周囲環境に関する形状情報を取得する走査ステップと、移動体の起算位置からの移動距離を検出する移動距離検出ステップと、移動距離検出ステップにおいて検出した移動距離と起算位置とに基づいて、移動体の坑道内における長手方向の位置を推定する第１位置推定ステップと、坑道内の所定位置に設けられた所定の光反射部材をレーザスキャナで捕捉する光反射部材捕捉ステップと、レーザスキャナで捕捉した光反射部材との相対位置に基づいて、移動体の坑道内における長手方向の位置を推定する第２位置推定ステップと、レーザスキャナで光反射部材を捕捉しない場合は第1位置推定ステップで推定したものを、レーザスキャナで光反射部材を捕捉した場合は第２位置推定ステップにより推定したものを、移動体の坑道内における長手方向の位置として選択する選択ステップと、レーザスキャナで光反射部材を捕捉した場合に、移動距離検出手段による起算位置を第２位置推定ステップにおいて推定した位置に補正する補正ステップと、坑道内の長手方向に沿った形状情報を含む３次元マップから抽出した形状情報とレーザスキャナで取得した形状情報と選択ステップにおいて選択した移動体の坑道内における長手方向の位置とに基づいて、坑道内での移動体の位置姿勢情報を割り出す演算ステップと、演算ステップで割り出された位置姿勢情報に基づく絶対誘導によって、移動体を走行制御する絶対誘導制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この誘導方法によれば、比較的に簡易な設備により移動体をより精度良く誘導することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、坑道内において比較的に簡易な設備により移動体をより精度良く誘導することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係る移動体の誘導システム及び誘導方法の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、トンネルなどの坑道を走行する搬送車両を模式的に示す図である。また、図２は搬送車両の斜視図である。図１または図２に示されるように、トンネル工事に伴う内壁ＴａのセグメントＳｅなどの搬送や検査、その他の作業を迅速に行うために、坑道Ｔに規定された所定の走行ルートＲに沿って搬送車両３Ａを自動運転させる必要がある。本実施形態に係る誘導システム１Ａは、坑道Ｔ内の走行ルートＲに沿った絶対誘導によって搬送車両３Ａを誘導し、搬送車両３Ａの自律運転を実現するシステムである。搬送車両３Ａは、移動体に相当する。
【００１８】
図３は、搬送車両が走行する坑道を模式的に示す図であり、図４は、その坑道の一部を破断して示す斜視図である。また、図５は、光反射部材の一例を示す斜視図である。図３及び図４に示されるように、坑道Ｔには、走行ルートＲに沿って複数の光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８が一定の間隔（例えば、２０ｍ）で配置されている。光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８は、それぞれが異なる反射パターンを有している。図５に示されるように、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８は、低反射材と高反射材とが所定の間隔でバーコード状に配置されており、この低反射材と高反射材との配置によって光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の反射パターンがそれぞれ異なっている。これにより、坑道Ｔ内の周囲環境（例えば、坑道Ｔの内壁面や電話設備等）とは区別することが可能となっている。なお、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の反射パターンは、例えば坑道Ｔ内の天井など確実に捕捉される可能性が高い場所に配置される場合には、全て同一であってもよい。
【００１９】
図６または図７に示されるように、搬送車両３Ａは、転動する車輪５ａが設けられた車体部５と、車体部５の上部に設けられた荷台７と、車体部５の前部に設けられた障害物センサ・バンパースイッチ９と、操向側の車輪５ａの舵取り、車輪５ａの駆動及び停止を行う駆動装置１１（図７参照）と、バッテリ（図示せず）とを備えている。荷台７には、セグメントＳｅなどの積荷が積載され、駆動装置１１によって車輪５ａの回転や操舵角の変更が実行される。
【００２０】
また、搬送車両３Ａには、進行方向Ｄｍの前部に取り付けられたレーザスキャナ１３と、車輪５ａに取り付けられた内界センサ（移動距離検出手段）１４と、レーザスキャナ１３及び内界センサ１４から入力されたデータに基づいて搬送車両３Ａの走行を制御する制御装置１５Ａとが搭載されている。なお、本実施形態に係る誘導システム１Ａは、レーザスキャナ１３、内界センサ１４及び制御装置１５Ａを備えて構成される。
【００２１】
レーザスキャナ１３は、搬送車両３Ａの進行方向Ｄｍの前方側に向けて円軌道を描くようにレーザビームを照射し、坑道Ｔの内壁Ｔａに反射して戻ってきたレーザビーム（以下、「反射光」という）を受信するセンサ部を有する。レーザスキャナ１３は、レーザビームを照射してから反射光を受信するまでの往復時間から測位対象物までの距離を計測し、さらに、その距離とレーザビームの照射方向とから測位対象物の座標データを取得して制御装置１５Ａに入力する。この座標データは、坑道Ｔを横断する断面形状としてのデータであり、搬送車両３Ａの周囲環境に関する形状情報に相当する。以下、この断面形状としてのデータを観測形状データという。また、レーザスキャナ１３は、坑道Ｔの内壁Ｔａに一定の間隔で配置された光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８（図３〜図５参照）に反射して戻ってきた反射光から反射パターンを取得して制御装置１５Ａに入力する。
【００２２】
内界センサ１４は、車輪５ａの回転数から移動距離を検出するセンサであり、検出した移動距離に関するデータを制御装置１５Ａに入力する。
【００２３】
制御装置１５Ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどが実装された制御基板、入出力装置及び外部記憶装置などを備えている。制御装置１５Ａは、ＣＰＵやＲＡＭなどのハードウェア上に所定のソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで入出力装置などが動作して、所定の機能が実現される。制御装置１５Ａで実行される機能について説明する。
【００２４】
図７に示されるように、制御装置１５Ａは、マップ記憶部（マップ記憶手段）１５ａ、第１位置推定部（第１位置推定手段）１５ｂ、第２位置推定部（第２位置推定手段）１５ｃ、選択部（選択手段）１５ｄ、補正部（補正手段）１５ｅ、演算部（演算手段）１５ｆ、絶対誘導制御部（絶対誘導制御手段）１５ｇとして機能する。
【００２５】
マップ記憶部１５ａは、走行ルートＲに沿った形状データ（形状情報）と搬送車両３Ａの位置姿勢情報とを対応付ける３次元マップを記憶している。走行ルートＲに沿った形状データとは、坑道Ｔを横断する断面形状としてのデータであり、搬送車両３Ａの位置姿勢情報とは、走行ルートＲ上の搬送車両３Ａの位置情報（横方向及び長手方向）及び搬送車両３Ａの姿勢角情報（ピッチ、ヨー、ロール）である。また、マップ記憶部１５ａには、図８に示すように、スタート位置から順番に光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８をカウントした場合の光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の数と、反射パターン（１：高反射材、０：低反射材）及びスタート位置からの距離とを対応付けたテーブルＴＢ１が記憶されている。
【００２６】
第１位置推定部１５ｂは、内界センサ１４によって検出された搬送車両３Ａの起算位置からの移動距離に基づいて、坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置を推定する。起算位置は、例えば搬送車両３Ａのスタート位置であり、適宜変更することが可能となっている。
【００２７】
第２位置推定部１５ｃは、レーザスキャナ１３によって光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８が捕捉された場合に、この光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８と搬送車両３Ａとの相対的な位置関係に基づいて、坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置を推定する。第２位置推定部１５ｃは、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８を捕捉すると、その捕捉された光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の数をスタート位置からカウントし、カウント数と光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８が配置された一定の間隔（例えば、２０ｍ）とに基づいて計算することで、坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置を推定する。また、第２位置推定部１５ｃは、例えば光反射部材Ｔｓ３を何らかの理由で捕捉できなかった場合であっても、次の光反射部材Ｔｓ４を捕捉することができれば、マップ記憶部１５ａのテーブルＴＢ１を参照し、反射パターンに基づいてスタート位置からの距離を抽出すると共に、カウント数を補正し、坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置を推定する。
【００２８】
選択部１５ｄは、第２位置推定部１５ｃによって坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置が推定された場合には、第１位置推定部１５ｂによって坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置が推定されている場合であっても、第２位置推定部１５ｃにより推定された長手方向の位置を、坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置として優先的に選択する。
【００２９】
補正部１５eは、レーザスキャナ１３で光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８が捕捉された場合、つまり第２位置推定部１５ｃによって坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置が推定された場合に、第１位置推定部１５ｂにおける起算位置を、第２位置推定部１５ｃによって推定された長手方向の位置に補正する。
【００３０】
演算部１５ｆは、マップ記憶部１５ａに記憶された３次元マップを読み出し、この３次元マップとレーザスキャナ１３で取得された観測形状データに基づいて、搬送車両３Ａの位置姿勢情報を割り出す。このとき、坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置については、選択部１５ｄによって選択された長手方向の推定位置を採用する。
【００３１】
具体的に、演算部１５ｆは、３次元マップと観測形状データとに基づいて、マルコフ位置推定手法を利用して搬送車両３Ａの位置及び姿勢を推定する。このとき、同一断面の直線、又は同一断面で坑道Ｔの曲率が一定の曲線区間が続く場合には、周囲の形状特徴だけでは搬送車両３Ａの長手方向の位置を一意に特定することができないので、選択部１５ｄによって選択された長手方向の位置を採用する。
【００３２】
以下、マルコフ位置推定手法について簡単に説明する。なお、実際の手法においては３次元・６自由度であるが、以下の説明においては便宜上１．５次元・１自由度の例で説明する。図９は、マルコフ位置推定手法の流れを説明するために、坑道Ｔ内に設置された３つの構造物と搬送車両との位置関係及び存在確率を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は、時系列に並んでいる。図９（ａ）は、初期状態を示している。走行ルートＲには、搬送車両３Ａの進行方向に沿って左から順番に３つの構造物Ａｒが設置されており、各構造物Ａｒは同一の形状である。初期状態の搬送車両３Ａは、未だ構造物Ａｒを捕捉していない。図９（ｂ）は、搬送車両３Ａが最初の構造物Ａｒを捕捉した初期センシング時を示す図であり、（ｃ）は、搬送車両３Ａが最初の構造物Ａｒを通過した後の移動状態を示し、未だ次の構造物Ａｒを捕捉していない状態を示す図である。また、図９（ｄ）は、搬送車両３Ａが次の構造物Ａｒを捕捉して位置が特定された状態を示す図である。
【００３３】
図９（ａ）に示されるように、初期状態では、存在確率は走行ルートＲの全範囲に亘って一様である。搬送車両３Ａが移動を開始し、レーザスキャナ１３がいずれか一つの構造物Ａｒを捕捉したとする（図９（ｂ）参照）。走行ルートＲ上に並ぶ３つの構造物Ａｒは形状が同一であるため、３次元マップを参照しても搬送車両３Ａの位置情報を特定することはできない。そこで、演算部１５ｆは、レーザスキャナ１３で取得された観測形状データから推定される存在確率を各構造物Ａｒの近傍に割り振る。例えば、各構造物Ａｒの近傍での存在予測値をそれぞれ“１／３”に設定し、近傍以外の範囲での存在予測値を、１／３よりも低くなるように設定する。各点での存在確率は、その地点での存在予測値を存在予測値の総和で割った値として与えられる。
【００３４】
搬送車両３Ａは、最初の構造物Ａｒを通過して移動を続ける（図９（ｃ）参照）。演算部１５ｆは、内界センサ１４の誤差を考慮した過去から現在までの第１の存在確率とこの時点でのレーザスキャナ１３から推定される第２の存在確率とを割り出し、さらに、第１の存在確率と第２の存在確率とを合成した第３の存在確率を割り出す。
【００３５】
図９（ｄ）に示されるように、搬送車両３Ａが次の構造物Ａｒを捕捉すると、演算部１５ｆは、新たに取得された観測形状データに基づいて第２の存在確率を割り出す。そして、演算部１５ｆは、第１の存在確率と第２の存在確率とを合成して第３の存在確率を割り出す。ここで、最初の構造物Ａｒの観測形状データのみでは、第３の存在確率において突出した部分（位置）を特定できなかったが、次の構造物Ａｒの観測形状データを捕捉できれば、第３の存在確率において突出した部分（位置）が生じる。演算部１５ｆは、第３の存在確率の最も高い位置を搬送車両３Ａの横方向及び長手方向の位置と推定する。
【００３６】
演算部１５ｆは、マルコフ位置推定手法を離散化し、数値解析的に実現するＰＦ（パーティクルフィルタ）法を用いて位置及び姿勢の推定を行う。理論的には、初期値を与えられなくとも搬送車両３Ａが移動するにつれて正しい位置を推定できるが、搬送車両３Ａの運用上、常に正しい位置と姿勢が必要であるため、搬送車両３Ａの初期の位置と姿勢を与える。
【００３７】
演算部１５ｆは、第１位置推定部１５ｂで得られた坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの推定位置、レーザスキャナ１３から得られた観測形状データ、及びマップ記憶部１５ａの３次元マップから、３次元座標計算によりレーザスキャナ１３から得られると期待される形状データを算出する。推定を行うための位置と姿勢角は、初期値又は前回の推定値と、第１位置推定部１５ｂやレーザスキャナ１３の計測の間隔の間に搬送車両３Ａの運動から起こり得る組合せとにより与えられる。そして、演算部１５ｆは、それぞれの位置と姿勢角から得られる多数の形状データと観測形状データとのマッチングを行い、一致度が一番高い形状データと対応する位置と姿勢角とを現時点での搬送車両３Ａの位置と姿勢角であると特定する。このとき、第１位置推定部１５ｂに起算位置からの移動距離を与える内界センサ１４は、走行距離の増加によって計測誤差が累積することや、同一断面の区間、又は同一断面で坑道Ｔの曲率が一定の曲線区間が続く場合には、一致度の高い形状データが坑道Ｔの長手方向に沿って複数存在することから、長手方向の位置の特定ができない。そのため、このような場合には、第２位置推定部１５ｃで正しい長手方向の位置が推定される度にその推定位置を長手方向の位置とすると共に、内界センサ１４の起算位置を第２位置推定部１５ｃによって推定された位置に補正する。以上により、演算部１５ｆは、搬送車両３Ａの位置姿勢情報を割り出す。
【００３８】
図７に示されるように、絶対誘導制御部１５ｇは、演算部１５ｆで割り出された位置姿勢情報に基づく絶対誘導によって搬送車両３Ａを走行制御する。すなわち、絶対誘導制御部１５ｇは、位置姿勢情報に基づいて搬送車両３Ａを目的地まで誘導し、また、姿勢角がトンネル軸に平行になるように搬送車両３Ａの姿勢を変更したりして搬送車両３Ａを走行制御する。
【００３９】
絶対誘導は相対誘導に対比される概念である。相対誘導は、坑道Ｔの内壁Ｔａや他の構造物との相対的な位置関係から割り出された位置姿勢情報（相対位置や姿勢角）に基づいて誘導することを意図し、例えば、他の構造物から一定の距離を開けて進行するように搬送車両３Ａを誘導する。対して、絶対誘導は、坑道Ｔ内の絶対的な情報として割り出された位置情報や姿勢角情報に基づいて搬送車両３Ａを誘導することを意図する。
【００４０】
次に、上記誘導システム１Ａを利用した誘導方法について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る誘導方法の処理の動作手順を示すフローチャートであり、図１１は、誘導制御処理の動作手順を示すフローチャートである。
【００４１】
図１０に示されるように、搬送車両３Ａの誘導を開始すると、演算部１５ｆは、搬送車両３Ａの位置がスタート位置にあることを示す初期設定を行い、駆動装置１１は搬送車両３Ａの移動を開始する（ステップＳ０１）。次に、制御装置１５Ａは、絶対誘導による誘導制御処理（ステップＳ０２）を行いながら搬送車両３Ａの自律運転を続け、停止位置まで到達すると、誘導制御処理を終了し、搬送車両３Ａの移動を停止（ステップＳ０３）させて搬送車両３Ａの誘導を終了する。
【００４２】
上述の誘導制御処理（ステップＳ０２）の動作手順について、図１１を参照して詳しく説明する。誘導制御処理を開始すると、第１位置推定部１５ｂは、起算位置と内界センサ１４の移動距離とに基づいて、長手方向の位置推定計算を実行する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１は、移動距離検出ステップ及び第１位置推定ステップに相当する。次に、レーザスキャナ１３は、走査処理を行って観測形状データを取得する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２は、走査ステップ及び光反射部材捕捉ステップに相当する。
【００４３】
また、第２位置推定部１５ｃは、ステップＳ１２において観測形状データが取得された際に、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８に対応する所定の反射パターンを検知したか否かを判定する（ステップＳ１３）。所定の反射パターンを検知した場合には、第２位置推定部１５ｃは、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８のカウント数等に基づいて、長手方向の位置推定計算を実行する（ステップＳ１４）。一方、所定の反射パターンを検知しなかった場合には、ステップＳ１６に進む。なお、ステップＳ１３は、光反射部材捕捉ステップに相当し、ステップＳ１４は、第２位置推定ステップに相当する。
【００４４】
第２位置推定部１５ｃによって長手方向の推定位置が算出されると、補正部１５ｅは、第１位置推定部１５ｂにおける起算位置を、第２位置推定部１５ｃによって推定された推定位置に補正する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５は、補正ステップに相当する。
【００４５】
ステップＳ１６では、演算部１５ｆは、ＰＦ法による位置・姿勢推定計算を実行する。ステップＳ１５は、演算ステップに相当する。そして、絶対誘導制御部１５ｇは、割り出された位置姿勢情報に基づいて、搬送車両３Ａの絶対誘導制御を行う（ステップＳ１７）。ステップＳ１７は、絶対誘導制御ステップに相当する。続いて、絶対誘導制御部１５ｇは、停止位置か否かを判定し（ステップＳ１８）、停止位置ではないと判定された場合には、ステップＳ１１に戻って上述の処理が繰り返される。一方、停止位置であると判定された場合には、誘導制御処理を終了する。
【００４６】
以上誘導システム１Ａ及び誘導方法によれば、レーザスキャナ１３により光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８を捕捉したときは、これとの相対位置に基づいて第２位置推定部１５ｃにより長手方向の位置を推定すると共に、内界センサ１４の起算位置を第２位置推定部１５ｃにより推定した位置に補正することができる。これにより、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８を捕捉できないときは内界センサ１４で推定したものを長手方向の位置と推定しつつ、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８を捕捉できるときはこれを使って推定したものを搬送車両３Ａの長手方向の位置と推定することで、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８を捕捉する度に長手方向の位置をより精度の高いものに修正することができ、また内界センサ１４の起算位置を補正することで、移動距離の累積誤差を補正することができる。その結果、このようにして推定した長手方向の位置と、３次元マップから抽出された形状情報と、レーザスキャナ１３で取得された形状情報とに基づいて、坑道Ｔ内での搬送車両３Ａの位置姿勢情報をより正確に割り出し、絶対誘導により搬送車両３Ａをより精度良く誘導することができる。また、ガイド式による誘導方式と比べても、比較的に簡易な設備で精度良い誘導を実現することができる。
【００４７】
また、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８は複数存在し、坑道Ｔ内の長手方向に一定間隔で配置されており、第２位置推定部１５ｃは、レーザスキャナ１３で捕捉された光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の数を加味して、搬送車両３Ａの坑道Ｔ内における長手方向の位置を推定する。このようにすれば、一定間隔で配置された複数の光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８のうち、最初に捕捉するものの位置情報を記憶しておけば、その位置情報から順次光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８を捕捉してその数をカウントし、カウント数と光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８同士の配置間隔とから現在の光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の位置を割り出し、それとの相対位置から搬送車両３Ａの長手方向の位置を精度良く推定することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第２実施形態に係る誘導システムを説明する。図１２は、本実施形態に係る誘導システムのブロック図である。なお、本実施形態に係る誘導システム１Ｂについて、第１実施形態に係る誘導システム１Ａと同様の要素については、第１実施形態と同様の符号を付し詳細説明を省略する。
【００４９】
図１２に示されるように、誘導システム１Ｂは、搬送車両３Ｂに搭載されたレーザスキャナ１３、内界センサ１４及び制御装置１５Ｂを備えている。制御装置１５Ｂは、第１実施形態に係る制御装置１５Ａと同様に、マップ記憶部１５ａ、第１位置推定部１５ｂ、第２位置推定部１５ｃ、選択部１５ｄ、補正部１５ｅ、演算部１５ｆ、絶対誘導制御部１５ｇを備え、さらに、各光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の識別データを記憶する光反射部材データ記憶部（光反射部材情報記憶手段）１５ｈを備えている。
【００５０】
光反射部材データ記憶部１５ｈは、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の識別データ（識別情報：ＩＤ）を記憶している。さらに、光反射部材データ記憶部１５ｈには、各光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８と、スタート位置からの搬送車両３Ｂの距離情報（位置姿勢情報）とを対応付けるテーブルＴＢ２が記憶されている（図１３参照）。なお、識別データは、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８として高反射材（１）と低反射材（０）とを並べた形式によって与えられる。また、この並べ方（パターン）を光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８毎にユニークにすることで識別が可能となる。
【００５１】
図１３は、光反射部材データ記憶部１５ｈに記憶されたテーブルを例示する図である。第１の光反射部材Ｔｓ１は、スタート位置から“１００ｍ”の位置に設置されており、図１３に示されるように、テーブルＴＢ２には、第１の光反射部材Ｔｓ１に対応する位置姿勢情報として“１００ｍ”を示すデータが記憶されている。第２位置推定部１５ｃは、反射光の反射パターン（１：高反射材、０：低反射材）から光反射部材Ｔｓ１の識別データを取得すると、光反射部材データ記憶部１５ｈに記憶されている各光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の識別データを読み出してマッチングを行い、光反射部材Ｔｓ１を認識する。
【００５２】
第２位置推定部１５ｃは、第１の光反射部材Ｔｓ１を認識すると、光反射部材データ記憶部１５ｈに記憶されたテーブルＴＢ２を参照し、第１の光反射部材Ｔｓ１に対応付けて記憶されている距離“１００ｍ”を読み出し、搬送車両３Ａの坑道Ｔにおける長手方向の位置とする。また、補正部１５ｅは、第１推定部１５ｂにおける起算位置を補正する。そして、演算部１５ｆは、上述したＰＦ法によって搬送車両３Ｂの位置姿勢情報を割り出す。絶対誘導制御部１５ｇは、演算部１５ｆで割り出された位置姿勢情報に基づいて搬送車両３Ｂの走行制御を実行する。なお、第２〜第８の光反射部材Ｔｓ２〜Ｔｓ８が捕捉された場合も同様である。
【００５３】
本実施形態に係る誘導システム１Ｂにおいても、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の識別データを取得することで、その識別データに対応付けられた位置情報が一義的に定まるため、現在の光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の位置を割り出し、それとの相対位置から搬送車両３Ｂの坑道Ｔにおける長手方向の位置を精度良く推定することができる。これにより、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８を捕捉する度に長手方向の位置をより精度の高いものに修正することができ、また内界センサ１４の起算位置を補正することで、移動距離の累積誤差を補正することができる。その結果、このようにして推定した長手方向の位置と、３次元マップから抽出された形状情報と、レーザスキャナ１３で取得された形状情報とに基づいて、坑道Ｔ内での搬送車両３Ａの位置姿勢情報をより正確に割り出し、絶対誘導により搬送車両３Ｂをより精度良く誘導することができる。
【００５４】
以上、本発明を各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されない。例えば、第１実施形態においては、第２位置推定部１５ｃが光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８のカウント数に基づいて、坑道Ｔにおける搬送車両３Ａの長手方向の位置を推定していたが、他の方法によって推定されてもよい。例えば、第２位置推定部１５ｃは、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８が捕捉されたときの第１位置推定部１５ｂによる推定位置が例えば１９．４ｍである場合に、その推定位置を光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８が配置されている間隔（２０ｍ）で割る。そして、その推定位置を配置間隔で割った値を四捨五入した値（１９．４／２０＝０．９７≒１）に、光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の配置間隔を乗算（１×２０＝２０）して長手方向の位置を推定する。補正部１５ｅは、このように推定された長手方向の位置（２０ｍ）を、第１位置推定部１５ｂにおける起算位置として補正する。
【００５５】
また、第２実施形態においては、各光反射部材Ｔｓ１〜Ｔｓ８の識別データと搬送車両３Ｂの設定速度、或いは姿勢角とを対応付けたテーブルを保持し、レーザスキャナ１３によって取得された識別データに基づいて、搬送車両３Ｂの移動速度の設定や姿勢角情報の特定がされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】トンネルなどの坑道を走行する搬送車両を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態に係る搬送車両の斜視図である。
【図３】本実施形態に係る搬送車両が走行する坑道を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態に係る搬送車両が走行する坑道の一部を破断して示す斜視図である。
【図５】光反射部材の一例を示す斜視図である。
【図６】本実施形態に係る搬送車両の側面図である。
【図７】本実施形態に係る誘導システムのブロック図である。
【図８】光反射部材のカウント数に搬送車両の位置姿勢情報を対応付けて示すテーブルの図である。
【図９】マルコフ位置推定手法の流れを説明するために、坑道内に配置された３つの構造物と搬送車両との位置関係及び存在確率を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る誘導システムを利用して実行される誘導方法の動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】誘導制御処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る搬送車両のブロック図である。
【図１３】光反射部材の識別データに搬送車両の位置姿勢情報を対応付けて示すテーブルの図である。
【符号の説明】
【００５７】
１Ａ，１Ｂ…誘導システム、３Ａ，３Ｂ…搬送車両（移動体）、７…坑道、１３…レーザスキャナ、１４…内界センサ（移動距離検出手段）、１５ａ…マップ記憶部（マップ記憶手段）、１５ｂ…第１位置推定部（第１位置推定手段）、１５ｃ…第２位置推定部（第２位置推定手段）、１５ｄ…選択部（選択手段）、１５ｅ…補正部（補正手段）、１５ｆ…演算部（演算手段）、１５ｇ…絶対誘導制御部（絶対誘導制御手段）、１５ｈ…光反射部材データ記憶部（光反射部材情報記憶手段）、Ｄｍ…進行方向（長手方向）、Ｔｓ１〜Ｔｓ８…光反射部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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