(57)【要約】      （修正有）【課題】車止め形状の検出に適した技術を提供する。【解決手段】スキャナーは、レーザを照射し、被検出体で反射された反射光を受光して被検出体までの距離を測定する第一距離計測装置及び第二距離計測装置を含み、第一距離計測装置のレーザ照射面及び第二距離計測装置のレーザ照射面を直交させて第一距離計測装置及び第二距離計測装置が配置される。【選択図】図３
2018151217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを照射し、被検出体で反射された反射光を受光して前記被検出体までの距離を測定する第一距離計測装置及び第二距離計測装置を含み、前記第一距離計測装置のレーザ照射面及び前記第二距離計測装置のレーザ照射面を直交させて第一距離計測装置及び第二距離計測装置が配置される、
ことを特徴とするスキャナー。
【請求項２】
障害物を検出するスキャナーを搭載した作業機械であって、
前記スキャナーは、
レーザを照射し、被検出体で反射された反射光を受光して前記被検出体までの距離を測定する第一距離計測装置及び第二距離計測装置を含み、前記第一距離計測装置のレーザ照射面からなる第一スキャン面及び前記第二距離計測装置のレーザ照射面からなる第二スキャン面を直交させて第一距離計測装置及び第二距離計測装置が配置され、
前記スキャナーは、前記作業機械の車体前後軸及び左右軸を含む車体水平面に対して前記第一スキャン面が垂直、かつ前記車体水平面に対して前記第二スキャン面が俯角を有して前記作業機械に設置された、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項２に記載の作業機械において、
前記作業機械は前輪及び後輪と、前記前輪及び前記後輪上に搭載された車体フレームと、前記車体フレーム上に搭載されたベッセルとを含むダンプトラックであって、
前記スキャナーは、前記作業機械が走行する走行路面と前記第二スキャン面とが交わる交線と、前記後輪の最後端を前記走行路面に投影した点との距離が、前記ダンプトラックの最大後退速度の制動距離以上であるように設置された、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項３に記載の作業機械であって、
前記スキャナーは、前記第二スキャン面が前記走行路面と交わる交線の長さはが、前記ダンプトラックの車輪幅以上であるように設置された、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
作業機械に搭載された障害物を検出するスキャナーからの出力を基に、前記作業機械の進行方向に位置する車止めを検出する車止め検出装置であって、
前記スキャナーは、
レーザを照射し、被検出体で反射された反射光を受光して前記被検出体までの距離を測定する第一距離計測装置及び第二距離計測装置を含み、前記第一距離計測装置のレーザ照射面からなる第一スキャン面及び第二距離計測装置のレーザ照射面からなる第二スキャン面を直交させて第一距離計測装置及び第二距離計測装置が配置されて構成され、
前記スキャナーは、前記作業機械の車体前後軸及び左右軸を含む車体水平面に対して前記第一スキャン面が垂直、かつ前記車体水平面に対して第二スキャン面が俯角を有して前記作業機械に設置され、
前記車止め検出装置は、
前記第一距離計測装置が出力した第一距離情報を用いて前記車体水平面に対する路面の傾斜角を推定する路面推定器と、
前記路面推定器が推定した路面の傾斜角を用いて前記第二距離計測装置が出力した第二距離情報に含まれる前記路面の傾斜角からなるピッチ角を補正するピッチ角補正器と、
前記ピッチ角補正器が補正した第二距離情報に基づいて前記作業機械の進行方向に位置する車止めの幅方向の形状を推定する車止め形状推定器と、
を含む、
ことを特徴とする車止め検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャナー、作業機械、及び作業機械の車止め検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、「道路等の表面の凹凸検査は水準プロフィール測定を簡便かつ迅速に行う方法を提供する」ことを目的として「交差する少なくとも２つの光平面を用いる光操作方法（要約抜粋）」が開示されている。
【０００３】
また特許文献２には、複数の障害物センサをダンプトラックに搭載し、各障害物センサの路面上のスキャン範囲を異ならせて障害物を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２１６２０号公報
【特許文献２】米国特許公開第００９２５９３９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉱山用ダンプトラックが積荷を放土する際に、放土場に設置された車止めに向けて後退で接近し、車止め直前で停止をする動作を行うことがある。この車止めはダンプトラックのタイヤ止めとしての機能を果たせるための地上高を有して形成されるが、車止めが盛り土で形成されるために個々で形状が異なっていたり、また仮に車止めの形状を一定に形成していても盛り土が崩れることで形状が変化したりすることがある。よって、車止めの直前でダンプトラックを停止させるためには車止めの位置や形状を的確に検出したいという要望がある。
【０００６】
特許文献１、特許文献２は共に複数の障害物センサを用いて路面をスキャンしているが、両文献とも路面に対して高さを有する車止めの高さや形状を検出することは考慮されていない。そのため、例えば特許文献１では「照射光は、交点２Ｌ、ＡＬ、ＢＬが造る光平面１０Ｌ、および交点２Ｒ、ＡＲ、ＢＲが造る光平面１０Ｒを走査するように照射され、路面６では線７Ｌ及び線７Ｒに沿って反射して反射光となる」（特許文献１の段落０００８参照）場合には線７Ｌ及び線７Ｒの間が死角となり、ここに車止めがある場合には車止めまでの距離及び形状が検出できないという不具合が生じる。また特許文献２では、ダンプトラックの幅方向に沿ってスキャン面４０ａ、４０ｂをずらしている。これをダンプトラックの後方監視に適用した場合、スキャン面４０ａ、４０ｂ共にダンプトラック近傍から遠方にかけての各スキャン面と路面との交線上の距離情報しか取得できず、車止めの形状、特にダンプトラックの車幅方向に沿った車止めの形状は取得できない。よって、万一車止めの一部が壊れて盛り土がダンプトラック手前に堆積していても、堆積土にスキャン面が重ならなければ堆積土の高さや壊れた車止めの形状を検出できず、ダンプトラックが堆積土に乗り上げてしまうといった不具合が生じる。よって、単に車止めの位置を検出するだけではなく、車止め形状の検出に適した技術の開発が望まれているという実情がある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、特に鉱山において設置された車止め形状の検出に適した技術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】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例をあげるならば、本発明に係るスキャナーは、レーザを照射し、被検出体で反射された反射光を受光して前記被検出体までの距離を測定する第一距離計測装置及び第二距離計測装置を含み、前記第一距離計測装置のレーザ照射面及び前記第二距離計測装置のレーザ照射面を直交させて第一距離計測装置及び第二距離計測装置が配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば特に鉱山において設置された車止め形状の検出に適した技術を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係るダンプトラックの放土時の周辺環境を示す説明図
【図２】ダンプトラックの左側面図
【図３】ダンプトラックの後方斜視図
【図４】ダンプトラックの機能構成を示すブロック図
【図５Ａ】車止め検出処理を説明するための模式図（ダンプトラック左側面視）
【図５Ｂ】第一距離計測装置の計測結果をプロットした模式図
【図６】車止め位置推定部の処理を示すフローチャート
【図７】車止め幅方向形状推定部による車止め幅方向形状検出処理を示すフローチャート
【図８】車止め幅方向形状検出処理におけるマッピングを説明するための図（ダンプトラックの上面視）
【図９Ａ】ダンプトラックにピッチ振動が発生している場合の車止め検出処理を説明するための模式図（ダンプトラックの側面視）
【図９Ｂ】路面が平面な場合を示す図
【図９Ｃ】路面が第一距離計測装置の鉛直方向真下の地面を中心として、傾斜角θ分回転した状態を示す図
【図９Ｄ】２本以上の直線近似の場合における傾斜角θを示す図
【図９Ｅ】は、２本以上曲線近似の場合における傾斜角θを示す図
【図１０】ダンプトラックが傾斜を持つ走行路面上を走行している場合の後方検出処理を説明するための模式図（ダンプトラックの側面視）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、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部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
図１から図３を参照してダンプトラックの概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係るダンプトラック１の放土時の周辺環境を示す説明図である。図２は、ダンプトラック１の左側面図である。図３は、ダンプトラック１の後方斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、ダンプトラック１は崖下にある放土場１００３に放土する際、崖際に配置された車止め１００２に向かって走行路面１００１上を後退走行する。ダンプトラック１は、車体フレーム２（図２参照）の前下部に右前輪３ｒ及び左前輪３ｌ（図２参照）を備え、後下部に右後輪４ｒ及び左後輪４ｌを備える。更に車体フレーム２の後部にはリアアスクル７が備えられる。一方、車体フレーム２の前上部には運転席５（図２参照）が備えられ、後ろ上部にはベッセル６が備えられる。
【００１４】
更にダンプトラック１は、複数のレーザスキャナを含むスキャナー２００と、ダンプトラック１の自己位置を検出する自己位置推定装置３００と、スキャナー２００からのセンサ出力及び自己位置推定装置３００からの自己位置を基にダンプトラック１の後退走行を支援する後退支援装置１００とを備える。以下の説明において、後退支援装置１００が動作を始めた時のダンプトラック１の位置を、直交座標系４００の原点とし、後退支援装置１００が動作を始めた瞬間の進行方向をｙ軸とする。また、ダンプトラック１の車体高さ軸をｚ軸とし、ｙ軸及びｚ軸の２軸に直交する軸をｘ軸とする。
【００１５】
スキャナー２００は、第一距離計測装置２０１及び第二距離計測装置２０２を含んで構成される。スキャナー２００は、ダンプトラック１の車体後方、より詳しくはリアアスクル７より上かつベッセル６より下で、左後輪４ｌ及び右後輪４ｒの間に設置される。第一距離計測装置２０１及び第二距離計測装置２０２は、同じ高さに配置される必要はなく、また左右対称でなくてもよい。
【００１６】
第一距離計測装置２０１及び第二距離計測装置２０２は、例えばレーザ光を扇状に照射し、被検出体からの反射光を受光して被検出体までの距離と方向を検出するレーザスキャナ（レーザレンジスキャナ）である。スキャナー２００は、第二距離計測装置２０２のレーザ照射面（以下「第二スキャン面」という）２２を第一距離計測装置２０１のレーザ照射面（以下「第一スキャン面」という）２１と直交させて、第二距離計測装置２０２及び第一距離計測装置２０１を配置して構成される。なおここでいう直交は、厳密に第一スキャン面２１及び第二スキャン面２２の法線ベクトルが垂直となる場合に限定されず、第一距離計測装置２０１が検出した被検出体と同じ被検出体の幅方向の形状が検出できる向きに第二スキャン面２２が向くように、第一距離計測装置２０１及び第二距離計測装置２０２が配置されている場合も含む。
【００１７】
より詳しくは、本実施形態では、第一スキャン面２１が車体フレーム２の前後軸及び左右軸を含む車体水平面Ｈに対して少なくとも垂直下向きから車体後方に向かって車体水平面Ｈと平行な方向までを覆うように第一距離計測装置２０１がダンプトラック１に設置される。
【００１８】
第二距離計測装置２０２は、走行路面１００１が平坦である時に、第二スキャン面２２と走行路面１００１とが交差する位置Ｐ１と、左後輪４ｌ及び右後輪４ｒの最後端を走行路面１００１に投影した位置Ｐ２との距離Ｄ１が、ダンプトラック１の最大後退速度の制動距離以上となるよう、車体水平面Ｈに対して設置俯角α（図２）を持つようにダンプトラック１に設置される。このように設置することにより、最大後退速度で後退しても車止めに衝突することなく制動が可能である。
【００１９】
また第二距離計測装置２０２は、第二距離計測装置２０２の検出距離と第二距離計測装置２０２の車体水平面Ｈに対する設置俯角αと、第二スキャン面２２に対するダンプトラック１の遮蔽によって決まる、走行路面１００１と第二スキャン面２２との交線の長さＤ２（図３参照）がダンプトラック１の車輪幅（外幅）よりも長くなるような位置に設置される。このように設置することにより、ダンプトラックの車輪が通過する領域を前もってスキャンすることが可能である。
【００２０】
なお第一距離計測装置２０１及び第二距離計測装置２０２は１つずつ備える構成に限定されず、各計測装置が複数のレーザスキャナを用いて構成されてもよい。また第一距離計測装置２０１に対して第一スキャン面２１は一つに限定されず複数あってもよい。同様に第二距離計測装置２０２に対して第二スキャン面２２は一つに限定されず複数あってもよい。
【００２１】
図４は、ダンプトラック１の機能構成を示すブロック図である。
【００２２】
ダンプトラック１は、車輪速センサ３０１、及びヨーレートセンサ（旋回角速度センサ）３０２を含む。自己位置推定装置３００は車輪速センサ３０１及びヨーレートセンサ３０２の其々に接続され、車輪速センサ３０１から車輪回転速度を取得し、ヨーレートセンサ３０２からダンプトラック１の旋回角速度の計測結果を取得する。そして自己位置推定装置３００は、例えばデットレコニング処理を実行することにより、ダンプトラック１の速度、角速度、及び既述の直交座標系４００（図１参照）の原点からの位置、姿勢を算出する。なお、車体速度を計測する目的で、車輪速センサ３０１に代わりＩＭＵ（慣性計測装置）を、旋回角速度を推定する目的でヨーレートセンサ３０２に代わり操舵角センサを用いてもよい。また、直交座標系４００の原点からの位置、姿勢を計測する目的で、自己位置推定装置３００に代わり、ＧＰＳ（全地球測位システム）と地磁気センサを用いてもよい。
【００２３】
後退支援装置１００は、車止め検出装置１０及び車止め誘導装置６０を含んで構成される。車止め検出装置１０は、車止め位置推定部１０１及び車止め幅方向形状推定部１０２を含む。また車止め誘導装置６０は、車止め誘導判断器６１及び車体形状記憶器６２を含む。
【００２４】
車止め位置推定部１０１は、路面線演算器４０及び車止め位置演算器４１を含む。既述の第一距離計測装置２０１の出力段は、路面線演算器４０及び車止め位置演算器４１の其々の入力段に接続される。路面線演算器４０の出力段は車止め位置演算器４１及び後述するピッチ角補正器５０に接続される。車止め位置演算器４１の入力段には第一距離計測装置２０１の出力段が更に接続される。
【００２５】
第一距離計測装置２０１が出力する第一距離情報Ｒ１ｉ（ｉ：第一距離計測装置２０１におけるレーザ照射角度φを示し、例えば−４５≦ｉ≦２２５、後述する第二距離情報Ｒ２ｉも同様）は、測定点及び測定点までの距離が含まれる。路面線演算器４０は、第一距離情報Ｒ１ｉの内、路面と推定される測定点及び距離を示す距離情報を抽出し、路面線を演算する。そして車体フレーム２の前後軸及び左右軸を含む車体水平面Ｈに対する路面線の傾斜角θ（図９Ａ参照）を演算し、車体水平面Ｈに対する路面の傾きを算出する。傾斜角θをピッチ角θともいう。
【００２６】
車止め位置演算器４１は、第一距離計測装置２０１が計測した第一距離情報Ｒ１ｉの内、車止めと推定されるものの距離情報を抽出し、路面及び車止めの変曲点と、路面に対する車止めの傾斜を算出する。
【００２７】
車止め幅方向形状推定部１０２は、ピッチ角補正器５０、車止め幅方向形状演算器５１、及び車止め幅方向形状記憶器５２を含む。ピッチ角補正器５０の入力段は、第二距離計測装置２０２及び路面線演算器４０の其々の出力段に接続される。ピッチ角補正器５０の出力段は車止め幅方向形状演算器５１の入力段に接続される。車止め幅方向形状演算器５１の入力段は、更に自己位置推定装置３００の出力段に接続される。車止め幅方向形状記憶器５２は、車止め幅方向形状演算器５１及び後述する車止め誘導判断器６１に接続される。
【００２８】
ピッチ角補正器５０は、路面線演算器４０が推定した車体水平面Ｈに対する路面の傾斜角θに基づいて、第二距離計測装置２０２が計測した第二距離情報Ｒ２ｉから、ピッチ振動による影響を取り除くための補正処理を実行する。
【００２９】
車止め幅方向形状演算器５１は、ピッチ角補正器５０が補正した第二距離情報Ｒ２ｉと自己位置推定装置３００が推定したダンプトラック１の位置及び姿勢に基づいて、一般的なＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）等のマッピング方法によって、車止め１００２の車幅方向の形状を演算する。
【００３０】
車止め幅方向形状記憶器５２は、車止め幅方向形状演算器５１が演算した車止め１００２の車幅方向の形状を示す幅方向形状情報を蓄積する。車止め幅方向形状演算器５１はより高度に幅方向形状情報を算出するために、車止め幅方向形状記憶器５２が蓄積した車止め形状情報を参照してもよい。
【００３１】
車止め誘導装置６０は、車止め誘導判断器６１及び車体形状記憶器６２を含む。車止め誘導判断器６１の入力段は、車止め位置演算器４１、自己位置推定装置３００のそれぞれの出力段に接続されると共に、車止め幅方向形状記憶器５２、車体形状記憶器６２の其々にも接続される。車止め誘導判断器６１は、車止め幅方向形状記憶器５２及び車体形状記憶器６２に記憶された情報を必要に応じて読み出す。
【００３２】
車止め誘導判断器６１は、車止め位置演算器４１が推定した車止めまでの距離及び車止めの傾斜と、車止め幅方向形状記憶器５２が記憶する車止めの幅方向形状と、ヨーレートセンサ３０２が計測する旋回角速度と、車体形状記憶器６２が記憶する車体形状（車幅方向の大きさを含む）に基づいて、誘導の判断に必要なダンプトラック１から車止めに衝突するための距離及び車止め１００２の幅方向に対するダンプトラック１の車体の向きを算出する。
【００３３】
本実施形態において車止め誘導装置６０は、車止め検出装置１０の出力先の一例に過ぎず、他の装置、例えばダンプトラック１が自律走行をする所謂無人ダンプトラックである場合には、自律走行を制御する自律走行制御装置に出力して、ダンプトラック１から車止めまでの距離や、車止めに対するダンプトラック１の車体の向き（車体水平面の向き、車体前後軸、また車体左右軸の向きでもよい）等、停車に必要な演算を自律走行制御装置が実行するように構成されてもよい。更に、ダンプトラック１に衝突判定装置を備え、この衝突判定装置を車止め検出装置１０の出力先として用いてもよい。そして衝突判定装置が車止めとの衝突判定を行い、車止めとの衝突（干渉）を回避するための制御を行ってもよい。
【００３４】
車止め検出装置１０、車止め誘導装置６０、後退支援装置１００及び自己位置推定装置３００は、中央演算装置、記憶装置、入出力回路、及び通信回路を含むマイコン装置に実装され、ハードウェアと各装置の機能を実現するソフトウェアとの組み合わせにより構成してもよいし、各装置を演算回路により構成してもよい。
【００３５】
次に図５Ａ及び図５Ｂを参照してスキャナー２００を用いてダンプトラック１の後方にある車止めを検出する処理について説明する。図５Ａは後退支援装置による車止め検出処理を説明するための模式図である。図５Ｂは第一距離計測装置２０１の計測結果をプロットした模式図である。
【００３６】
図５Ａの点線は、車止め位置推定部１０１が計測した被検出体（路面、車止めの両方を含む）までの距離を表す。また図５Ａの黒点は、第一距離計測装置２０１が計測した測定点を示し、図５Ｂの黒点は、直交座標上での第一距離計測装置２０１が第一距離情報Ｒ１ｉを出力した位置を示す。ダンプトラック１が車止め１００２にむかって後退を始めると、スキャナが回転しながら−４５°〜−２２５°にレーザを照射してダンプトラック１の後輪最後端から車止め１００２の傾斜面１００２ａまでに沿って並ぶ各点までの距離を算出し、第一距離情報Ｒ１ｉとして出力する。ダンプトラック１が車止め１００２に接近するにつれて、第一スキャン面２１と走行路面１００１上との交線は短くなる。
【００３７】
図５Ｂに示すように第一距離情報Ｒ１ｉを横軸が水平方向位置、縦軸が垂直方向高さを示す座標系にプロットすると、水平方向にほぼ平行な直線と、垂直方向高さが変化する直線とが得られる。この二直線の交点が第一距離情報Ｒ１ｉの変曲点であり、路面と車止めとが接する点と推定できる。
【００３８】
また図５Ａではダンプトラック１が車止め１００２に十分接近しているので、第二スキャン面２２は、走行路面１００１ではなく傾斜面１００２ａ上の幅方向に並ぶ各点までの距離を算出して第二距離情報Ｒ２ｉとして出力する。以後、ダンプトラック１が車止め１００２に更に接近するにつれて、第二スキャン面２２は傾斜面１００２ａの上端に向かって移動する。
【００３９】
次に図６を参照して車止め位置推定部１０１の動作について説明する。図６は車止め位置推定部の処理を示すフローチャートである。
【００４０】
路面線演算器４０は、第一距離計測装置２０１が計測した第一距離情報Ｒ１ｉのうち、前回の計測で路面線演算器４０が推定した路面線ｔｒｏａｄ＿ｏｌｄとの距離が第一閾値Ｋ１以下であるものを抽出する（Ｓ１０１）。
【００４１】
抽出した距離情報の個数ｎが路面閾値Ｋｎ未満である場合（Ｓ１０２／ＮＯ）、路面線ｔｒｏａｄを初期値ｉｎｉ＿ｔｒｏａｄに設定し（Ｓ１０８）、後述するステップＳ１０４へ進む。
【００４２】
抽出した第一距離情報Ｒ１ｉの個数ｎが路面閾値Ｋｎ以上の場合（Ｓ１０２／ＹＥＳ）、路面線演算器４０は、抽出された距離情報を線形回帰によって近似した路面線ｔｒｏａｄを算出する（Ｓ１０３）。線形回帰処理として例えば１次の最小二乗法により直線近似してもよいし、二本以上の直線近似、また曲線近似を用いてもよい。後述する車止め線の算出における線形回帰も同様である。路面線演算器４０は、算出した路面線ｔｒｏａｄを車止め位置演算器４１に出力する。
【００４３】
車止め位置演算器４１は、第一距離計測装置２０１が計測した第一距離情報Ｒ１ｉのうち、路面線ｔｒｏａｄからの距離が第二閾値Ｋ２以上であり、かつ車止め位置演算器４１が推定した車止め線ｔｂｅｒｍ＿ｏｌｄとの距離が第三閾値Ｋ３以下である第一距離情報Ｒ１ｉを抽出する（Ｓ１０４）。
【００４４】
車止め位置演算器４１は、抽出した第一距離情報Ｒ１ｉの数が車止め閾値Ｋｍ未満である場合（Ｓ１０５／Ｎｏ）、処理を終了する。
【００４５】
一方、車止め位置演算器４１は、抽出した第一距離情報Ｒ１ｉの数が車止め閾値Ｋｍ以上である場合（Ｓ１０５／ＹＥＳ）、抽出された第一距離情報Ｒ１ｉを線形回帰によって近似した車止め線ｔｂｅｒｍを算出する（Ｓ１０６）。
【００４６】
そして車止め位置演算器４１は、ｔｒｏａｄ及びｔｂｅｒｍの交点から車止めまでの距離Ｌｂ１を求めると共に、ｔｒｏａｄ及びｔｂｅｒｍの傾きから車止め傾斜角度Ａｂを算出する（Ｓ１０７）。
【００４７】
次に図７及び図８を参照して、車止め幅方向形状推定部１０２の動作について説明する。図７は、車止め幅方向形状推定部による車止め幅方向形状検出処理を示すフローチャートである。図８は、車止め幅方向形状検出処理におけるマッピングを説明するための模式図である。
【００４８】
ピッチ角補正器５０は、第二距離計測装置２０２の設置俯角α（図２参照）と、路面線演算器４０が推定した路面及び車体水平面Ｈの傾斜角θとを次式（１）に適用し、第二距離情報Ｒ２ｉに対してピッチ振動を補正しつつ３次元変換を行う（Ｓ２０１）。
【数１】
2018151217.tif 000003
【００４９】
次に車止め幅方向形状演算器５１は、自己位置推定装置３００が推定した自己位置に基づいて、ピッチ角補正器５０が補正した第二距離情報Ｒ２ｉのマッピングを行う（Ｓ２０２）。そして車止め幅方向形状演算器５１は、車止め幅方向形状記憶器５２にマッピングした第二距離情報Ｒ２ｉからなる幅方向形状情報を書込むことで、マッピングした距離情報が蓄積される（Ｓ２０３）。図８において点群Ｒ２＿ｃは現在の距離情報を示し、点群Ｒ２＿ｐｒｅ１、点群Ｒ２＿ｐｒｅ２は過去の幅方向形状情報を示す。なお、点群Ｒ２＿ｐｒｅ１よりも、点群Ｒ２＿ｐｒｅ２の方が更に前の幅方向形状情報である。
【００５０】
次に図９Ａ、図９Ｂを参照してピッチ振動が発生している場合の車止め検出装置１０による車止め検出について説明する。図９Ａは、ダンプトラック１にピッチ振動が発生している場合の車止め検出処理を説明するための模式図である。図９Ｂ、図９Ｃは図９Ａの状態において第一距離計測装置が行った計測結果を示す図である。
【００５１】
図９Ｂは路面が平面な場合を示す図である。第一距離計測装置２０１の鉛直方向真下の地面を中心として、路面が傾斜角θ＝０、即ち路面が水平な場合を示す。第一距離計測装置２０１からの生データは距離Ｌとレーザ照射角度φの極座標であり、これを直交座標（ｘ、ｙ）に座標変換する。そして点群のうち、路面と推定されるものを抽出し、線形解析（最小二乗法）による直線近似を行い路面直線ｙ＝ａｘ＋ｂを算出する。このとき、傾斜角θは
［数２］
θ＝ａｔａｎ（ａ）・・・（２）
となる。
【００５２】
路面が理想的な平面な場合、路面直線はｙ＝ｂであり、傾斜角θ＝０となる。
【００５３】
図９Ｃは、路面が第一距離計測装置２０１の鉛直方向真下の地面を中心として、傾斜角θ分回転した状態を示す。また、第二距離計測装置２０２が計測する場所は、ピッチ振動がない場合を基準として第二距離計測装置２０２を中心としてθ回転した場所となる。
【００５４】
傾斜角θが発生しているとき、レーザ照射角度φは変わらないが距離Ｌは短く（または長く）なる。第一距離計測装置２０１からの生データの距離Ｌとレーザ照射角度φの極座標を直交座標（ｘ、ｙ）に変換すると、図９Ｃのように直交座標上にプロットされるｘｙ座標に変換される。図９Ｂと同様に直線近似を行い、路面直線ｙ＝ａｘ＋ｂを算出することで、傾斜角θを算出することができる。
【００５５】
図９Ｄは、２本以上の直線近似の場合における傾斜角θを示す図である。２本以上の直線が求まった場合には、最初の直線、即ち、ダンプトラック１に近い側の直線の傾きａが傾斜角θとなる。
【００５６】
図９Ｅは、２本以上曲線近似の場合における傾斜角θを示す図である。２本以上の曲線が求まった場合には、水平方向位置が０付近、すなわちダンプトラック１に近い位置での曲線の微分値の傾きが傾斜角θとなる。
【００５７】
図９Ｄ、図９Ｅのいずれの場合でも、直線近似、曲線近似のいずれも、近似路面線の水平方向位置が０付近（ダンプトラック１付近）における、水平方向位置軸と路面との傾きをθとしていることが共通している。
【００５８】
路面線演算器４０は、前回推定した路面線ｔｒｏａｄ＿ｏｌｄを用いて路面を計測した第一距離情報Ｒ１ｉの抽出を行い路面を推定するので、ピッチ振動が発生している状況でもピッチ振動の影響を緩和して路面の傾きを推定することができる。また、車止め位置演算器４１も前回推定した車止め線ｔｂｅｒｍ＿ｏｌｄを用いて車止めを計測した第一距離情報Ｒ１ｉの抽出を行い、車止めを推定することで、ピッチ振動が発生している状況でもピッチ振動の影響を緩和して車止めの位置及び傾斜を推定することができる。
【００５９】
ピッチ角補正器５０は、式（１）の通り路面線演算器４０が算出した車体水平面Ｈと路面の傾斜角θを用いて補正を行っているので、第二距離計測装置２０２のピッチ振動による俯角ずれを補正することができる。
【００６０】
次に図１０を参照して走行路面１００１Ａに傾きがある場合の車止め検出装置１０の動作について説明する。図１０はダンプトラック１が傾斜を持つ走行路面１００１Ａ上を走行している場合の後方検出処理を説明するための模式図である。
【００６１】
図１０において、ダンプトラック１にピッチ振動がない場合、第一距離計測装置２０１及び第二距離計測装置２０２が計測する距離情報は、図５Ａで示した傾きのない走行路面１００１上で計測したものと同じになる。従って、傾斜を持つ走行路面１００１Ａを走行していても正確に車止め１００２までの距離と車止め角度、及び車止め形状を推定することができる。
【００６２】
ピッチ振動を傾斜センサ等によって計測する場合、傾斜センサは重力によって傾きを判定するため、図１０で示したような傾斜を持つ走行路面１００１Ａ上を走行する場合は、ピッチ振動がない場合でもピッチ振動があると判定されてしまい、正確なピッチ振動補正が行えない。
【００６３】
一方で、ピッチ角補正器５０はダンプトラック１の車体水平面Ｈと走行路面１００１Ａとの相対的な傾斜角を利用するため、路面の傾きによらずピッチ振動を補正することができる。従って、傾斜が変化する走行路面上を走行している場合は、ピッチ角補正器５０はピッチ振動だけでなく、路面の傾きの変化を補正することができる。
【００６４】
以上説明したように、第一距離計測装置２０１及び第二距離計測装置２０２のスキャン面を交差させてダンプトラック１に設置することで、ダンプトラック１にピッチ振動が発生しているときや走行路面に傾斜がある場合でもピッチ振動による影響を緩和して車止めまでの距離と車止めの形状、向き（車止めの傾斜角や幅方向の形状）を計測することができる。これにより、放土時に適切な放土位置に停車することができる。例えば、車止めの幅方向形状にダンプトラックの車幅方向が沿うようにダンプトラックを車体の向きを誘導する際の判断情報を得ることができる。
【００６５】
上記実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更態様は本発明に含まれる。例えば作業機械はダンプトラックに限らず、ドーザー、ホイールローダ、油圧ショベルでもよく、これらの作業機械の後方にスキャナーを取り付けて後方障害物の形状検出を行ってもよい。また、後方障害物に限らず、スキャナーを作業機械の前、左、右に設置し、前方障害物、左障害物、右障害物の形状検出を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１：ダンプトラック、１０：車止め検出装置、２１：第一スキャン面、２２：第二スキャン面、２００：スキャナー、２０１：第一距離計測装置、２０２：第二距離計測装置
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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