(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元データから物体を検知する場合、検知部の負荷を低減させることができる自律移動体を提供する。【解決手段】自律移動体１０は、車両２０と、車両に搭載された物体検知装置３０と、を備える。物体検知装置は、三次元距離計３１と、制御装置３２と、を備える。制御装置は、三次元距離計から得られた三次元データのうち、有効データを選択する。有効データとしてはＺ座標が基準位置から所定位置までのものを選択する。制御装置は、有効データを二次元データに変換する。制御装置は、有効データを変換した二次元データから物体を検知する。【選択図】図１
2019200701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体検知装置を備える自律移動体であって、
前記物体検知装置は、
水平方向の一方向をＸ軸、水平方向のうち前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とする三軸直交座標系において、レーザーが照射された測定点の座標である三次元データを取得する三次元距離計と、
前記三次元データのうち、Ｚ座標が基準位置から所定位置までの範囲となる三次元データを有効データとして選択して、前記有効データをＸ座標及びＹ座標のデータである二次元データに変換する変換部と、
前記二次元データから物体を検知する検知部と、を備える自律移動体。
【請求項２】
前記検知部は、水平方向に対する前記レーザーの照射角度が同一角度である前記二次元データのうち、前記三次元距離計に最も近い前記二次元データから物体を検知する請求項１に記載の自律移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律移動体は、物体検知装置を備える。三次元距離計を用いた物体検知装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。三次元距離計は、水平方向、及び、鉛直方向への照射角度を変更しながらレーザーを照射することで三次元データを取得する。特許文献１に記載の物体検知装置は、三次元距離計と、三次元距離計によって得られた三次元データから物体を検知する検知部と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１１３２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、三次元データから物体を検知する場合、検知部の負荷が大きい。
本発明の目的は、検知部の負荷を低減させることができる自律移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する自律移動体は、物体検知装置を備える自律移動体であって、前記物体検知装置は、水平方向の一方向をＸ軸、水平方向のうち前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とする三軸直交座標系において、レーザーが照射された測定点の座標である三次元データを取得する三次元距離計と、前記三次元データのうち、Ｚ座標が基準位置から所定位置までの範囲となる三次元データを有効データとして選択して、前記有効データをＸ座標及びＹ座標のデータである二次元データに変換する変換部と、前記二次元データから物体を検知する検知部と、を備える。
【０００６】
変換部は、三次元データである有効データを二次元データに変換する。検知部は、二次元データから物体を検知する。Ｘ座標及びＹ座標から物体を検知することができるため、三次元データから物体を検知する場合に比べて、検知部の負荷を低減させることができる。
【０００７】
上記自律移動体について、前記検知部は、水平方向に対する前記レーザーの照射角度が同一角度である前記二次元データのうち、前記三次元距離計に最も近い前記二次元データから物体を検知してもよい。
【０００８】
これによれば、検知部の負荷を更に低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、検知部の負荷を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】自律移動体、及び、追尾対象を示す概略図。
【図２】レーザーの照射範囲を模式的に示す図。
【図３】レーザーが当たる測定点と、測定点の三次元座標を示す模式図。
【図４】レーザーが当たる測定点と、測定点の三次元座標を示す模式図。
【図５】制御装置が行う処理を示すフローチャート。
【図６】二次元距離計を用いて物体を検知する場合の測定点を示す模式図。
【図７】三次元距離計を用いて物体を検知する場合の測定点を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、自律移動体の一実施形態について説明する。
図１に示すように、自律移動体１０は、車両２０と、車両２０に搭載された物体検知装置３０と、を備える。車両２０は、車体２１と、複数の車輪２２と、車両２０を走行させるための駆動機構２３と、を備える。駆動機構２３は、物体検知装置３０により検知された物体を回避しつつ、登録された追尾対象Ｔを追尾するように制御される。車両２０は、例えば、荷を搬送する搬送台車である。
【００１２】
物体検知装置３０は、三次元距離計３１と、制御装置３２と、を備える。三次元距離計３１としては、LIDAR：Laser Imaging Detection and Rangingが用いられる。LIDARは、レーザーを周辺に照射し、レーザーが当たった部分から反射された反射光を受信することで周辺環境を認識可能な測域センサである。
【００１３】
図１、及び、図２に示すように、本実施形態において、三次元距離計３１の鉛直方向へのレーザーの照射可能角度θ１は６０°である。三次元距離計３１の水平方向へのレーザーの照射可能角度θ２は２７０°である。照射可能角度θ１，θ２の中央を基準軸Ｂとすると、鉛直方向への照射可能角度θ１は基準軸Ｂ±３０°の範囲であり、水平方向への照射可能角度θ２は基準軸Ｂ±１３５度の範囲である。三次元距離計３１は、基準軸Ｂの延びる方向と水平方向とが一致するように取り付けられている。三次元距離計３１は、レーザーが当たった部分である測定点の三次元データを制御装置３２に出力する。
【００１４】
三次元データは、三軸直交座標系における三次元座標である。三軸直交座標系は、水平方向のうち一方向をＸ軸、水平方向のうちＸ軸に直交する方向をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向である鉛直方向をＺ軸とする座標系である。本実施形態では、基準軸ＢをＸ軸としている。三次元座標は、三次元距離計３１と測定点との相対座標である。
【００１５】
図３、及び、図４に示すように、車両２０の周囲に棚４０が配置されている場合の三次元座標について説明する。棚４０は、複数の支柱４１と、複数の棚板４２とを備え、支柱４１によって複数の棚板４２を支持している。棚４０は、支柱４１が鉛直方向に延びるように配置されている。また、棚板４２には、荷Ｗ１，Ｗ２が載置されているとする。
【００１６】
測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、水平方向の照射角度が同一であり、鉛直方向の照射角度が異なる場合の測定点を示している。測定点Ｐ４，Ｐ５は、水平方向の照射角度が同一であり、鉛直方向の照射角度が異なる場合の測定点を示している。測定点Ｐ１と測定点Ｐ４とは、鉛直方向の照射角度が同一であり、水平方向の照射角度が異なる。測定点Ｐ２と測定点Ｐ５とは、鉛直方向の照射角度が同一であり、水平方向の照射角度が異なる。
【００１７】
三次元データは、各測定点Ｐｎの三次元座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）である。三次元距離計３１は、鉛直方向の照射角度、及び、水平方向の照射角度を変更しながらレーザーを照射するため、車両２０の周囲に存在する物体の輪郭に応じた三次元座標が得られる。
【００１８】
図１に示すように、制御装置３２は、ＣＰＵ３３と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部３４と、を備える。記憶部３４には、自律移動体１０を制御するための種々のプログラムが記憶されている。制御装置３２は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣを備えていてもよい。制御装置３２は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、あるいは、それらの組み合わせを含む回路として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ、並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆるものを含む。
【００１９】
制御装置３２は、三次元距離計３１の検出結果から車両２０の周辺に存在する物体の検知を行う。以下、制御装置３２が物体を検知するための処理について説明する。
図５に示すように、制御装置３２は、ステップＳ１において、三次元距離計３１から得られた三次元データから、有効データを選択する。有効データとしてはＺ座標が基準位置から所定位置までのものを選択する。基準位置は、車両２０が走行する路面の高さである。所定位置は、車体２１の高さに、車体２１に搭載されると想定される荷の高さを加えた寸法よりも大きな値に設定される。即ち、基準位置から所定位置とは、車両２０の移動に際して、障害物となり得る物体の高さを考慮して設定されている。所定位置としては、例えば、１．５［ｍ］〜３［ｍ］の範囲内で設定される。図３に示す例において、測定点Ｐ３のＺ座標Ｚ３に相当する高さが所定位置よりも高いとすると、有効データは測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５の三次元座標となる。
【００２０】
図５に示すように、制御装置３２は、ステップＳ２において、有効データを二次元データに変換する。三次元データである有効データから二次元データへの変換は、Ｚ座標を無効化することで行われる。これにより、三次元データは、Ｘ座標、及び、Ｙ座標のみの二次元データに変換されることになる。図３に示す例においては、Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、Ｐ４（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）、Ｐ５（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）の三次元座標が、Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）、Ｐ４（Ｘ４，Ｙ４）、Ｐ５（Ｘ５，Ｙ５）に変換されることになる。言い換えれば、三次元座標は、ＸＹ平面に集約されることになる。なお、ここでいう変換とは、三次元データを異なるデータにする場合に限られず、Ｚ座標を無視して以下の処理を行う態様も含まれる。即ち、制御装置３２は、三次元距離計３１により得られた三次元データのうちＸ座標、及び、Ｙ座標を用いて処理を行えればよい。制御装置３２は、変換部として機能する。
【００２１】
図５に示すように、制御装置３２は、ステップＳ３において、水平方向に対する照射角度が同一角度である二次元データのうち、三次元距離計３１に最も近い二次元データを有効二次元データとして選択する。即ち、制御装置３２は、水平方向に対する照射角度が同一角度である二次元データのうち、三次元距離計３１に最も近い二次元データを用いて物体の検知を行う。図３に示す例では、Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ｐ４（Ｘ４，Ｙ４）が有効二次元データとなる。
【００２２】
制御装置３２は、ステップＳ１〜ステップＳ３で得られた有効二次元データを用いて、車両２０の周辺に存在する物体の検知を行う。なお、図３に示した例では、説明の便宜上、僅かな測定点のみを図示したが、実際には、多数の測定点が存在し、有効二次元データも多数存在する。
【００２３】
図５に示すように、制御装置３２は、ステップＳ４において、測定点間の距離を用いた測定点のクラスタ化を行い、クラスタ化された点群を１つの物体と判断する。なお、クラスタ化される測定点とは、有効二次元データによって表される測定点である。制御装置３２は、物体を検知する検知部として機能する。
【００２４】
制御装置３２は、クラスタ化された点群を構成する測定点の有効二次元データから、物体における水平方向の寸法などを把握できる。制御装置３２は、これにより、移動の障害となり得る物体や、追尾対象Ｔを認識することが可能である。
【００２５】
ステップＳ４の処理は、水平方向への照射角度を変更しながらレーザーを照射する距離計である二次元距離計を用いて物体を検知する場合と同様の処理である。したがって、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理をステップＳ４の処理の前に行うことで、二次元距離計を用いた物体検知と同様の処理によって、三次元距離計３１を用いた物体検知を行うことができる。
【００２６】
制御装置３２は、検知した物体に応じて、追尾対象Ｔの登録、及び、駆動機構２３の制御を行う。
追尾対象Ｔの登録は、追尾対象Ｔが三次元距離計３１の正面に位置する状態で、車両２０に設けられた操作部や外部機器を操作して、制御装置３２を登録モードにすることで行われる。制御装置３２は、三次元距離計３１の正面に位置している物体を追尾対象Ｔとして登録する。登録される情報は、追尾対象Ｔの水平方向の寸法である。制御装置３２は、追尾対象Ｔを追尾する際には、登録された追尾対象Ｔの情報に適合する物体を追尾する。
【００２７】
制御装置３２は、物体と車両２０との接触を回避するため、物体と車両２０の距離が予め定められた所定距離よりも短くならないように駆動機構２３の制御を行う。即ち、制御装置３２は、点群が検出されていない位置を移動経路として移動する。
【００２８】
本実施形態の作用について説明する。
図６に示すように、追尾対象Ｔが、水平方向に並んだ２つの棚４０の間を通過する場合を想定する。各棚４０の棚板４２には、それぞれ、複数の荷が配置されている。一方の棚４０には、荷Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５が配置されており、他方の棚４０には荷Ｗ６，Ｗ７が配置されている。
【００２９】
まず、二次元距離計３１Ａを用いて物体を検知する自律移動体１０Ａについて説明する。なお、自律移動体１０Ａは、三次元距離計３１に代えて二次元距離計３１Ａを用いている以外は、実施形態の自律移動体１０と同様の構成である。二次元距離計３１Ａを用いる場合、制御装置３２は、測定点Ｐについて、水平方向の座標、即ち、Ｘ座標、及び、Ｙ座標を得ることができる。
【００３０】
二次元距離計３１Ａを用いる場合、二次元距離計３１Ａから照射されるレーザーが物体に当たるか否かは、レーザーの取付位置に依存している。図６に示す例では、追尾対象Ｔ、一部の荷Ｗ３，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７、及び、一部の支柱４１にレーザーが当たるが、棚板４２にはレーザーが当たらない。また、レーザーの照射される高さよりも高さの低い荷Ｗ４には、レーザーが当たらない。すると、荷Ｗ３〜Ｗ７同士の間や、荷Ｗ３〜Ｗ７と支柱４１との間には測定点Ｐが存在せず、この領域には物体が存在しないと判定される。
【００３１】
二次元距離計３１Ａの取付位置、即ち、二次元距離計３１Ａの高さと棚板４２との高さの差により、棚板４２にはレーザーが当たらない。また、棚板４２のように鉛直方向の寸法が短い物体の場合、二次元距離計３１Ａから照射されるレーザーを照射可能な有効面積が少なく、検出が行われにくい。棚板４２が検出されない場合、制御装置３２は、棚板４２に向けて車両２０を移動可能であると判断する。例えば、図６に一点鎖線で示す位置Ｓには、測定点Ｐが存在しないため、位置Ｓに向けた車両２０の移動が可能であると制御装置３２は判断する。制御装置３２は、物体を回避するために車両２０を位置Ｓに移動させるおそれがあり、棚板４２と車両２０とが接触する原因となる。
【００３２】
本実施形態では、三次元距離計３１を用いているため、鉛直方向への照射角度を変更しながらレーザーが照射されることになる。基準位置〜所定位置の範囲であれば、いずれの位置に棚板４２が存在したとしても、棚板４２にはレーザーが当たることになる。車両２０の移動方向は、水平方向なので、物体の水平方向への大きさを把握できれば、車両２０と物体との接触を回避することができる。即ち、車両２０の移動方向は水平方向なので、物体の鉛直方向への大きさを把握できなかったとしても、車両２０と物体との接触を回避することができる。
【００３３】
図７に示すように、三次元距離計３１を用いて、本実施形態の処理を行うことで、棚板４２に照射された測定点Ｐを示す有効二次元データから、棚板４２を物体として検知することができる。なお、棚４０に限られず、鉛直方向の位置によって形状が変化する物体、一部がレーザー光を透過する窓となっている壁などであっても物体として検知することができる。
【００３４】
本実施形態の効果について説明する。
（１）制御装置３２は、三次元データを二次元データに変換して、変換した二次元データから物体を検知している。三次元データから物体を検知する場合に比べて、制御装置３２の負荷が低減されている。更に、三次元距離計３１を用いることで、鉛直方向への照射角度を変更しながらレーザーが照射されることになる。棚４０のように鉛直方向の位置によって形状が異なり、二次元距離計では検知できないおそれのある物体であっても、検知することが可能となる。即ち、三次元距離計３１による三次元に亘る物体検知と、制御装置３２の負荷の低減を両立することができる。
【００３５】
（２）二次元データから有効二次元データを選択している。物体を検知するために用いる二次元データの数が少なくなり、制御装置３２の負荷を更に低減させることができる。
（３）車両２０などの移動体に搭載される物体検知装置３０は、移動に伴い周辺環境が変化する。車両２０の移動経路などを定めるためには、周辺環境を逸早く認識する必要があり、物体の検知速度を速やめることが求められている。本実施形態の物体検知装置３０では、制御装置３２の負荷が軽減されているため、三次元データを用いて物体の検知を行う場合に比べて、制御装置３２の処理速度が低下しにくく、物体の検知速度が低下しにくい。物体検知装置３０を本実施形態のように構成することで、移動体に搭載される物体検知装置３０に求められる要求を満たしやすい。
【００３６】
（４）カメラを用いることなく、三次元に亘って物体を検知することができるため、製造コストの低減が図られる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００３７】
○制御装置３２は、水平方向に対する照射角度が同一角度である二次元データから有効二次元データを選択しないでもよい。この場合、棚板４２に載置された荷や、棚板４２より更に奥に配置された物体を検知することができる。
【００３８】
○基準軸Ｂと、水平方向とがずれた状態で三次元距離計３１が取り付けられている場合、制御装置３２は、ＸＹ平面と水平面とが一致するように座標変換を行ってもよい。
○物体検知装置３０は、二足歩行ロボットなど、車輪２２により移動するもの以外の移動体に搭載されていてもよい。また、移動体としては、自律移動するものに限られず、搭乗者の操作により移動する車両などでもよい。
【００３９】
○荷の搬送を行わない車両に物体検知装置３０を搭載する場合、所定位置は、車両の高さに応じて定められていてもよい。即ち、所定位置とは、物体検知装置３０が搭載される対象に応じて異なる。
【００４０】
○基準位置は、車両２０が走行する路面の高さよりも高い位置であってもよい。車両２０は、路面に存在する段差を乗り越え可能である。基準位置は、車両２０が乗り越え可能な段差の高さを考慮した上で、車両２０が乗り越え可能な段差よりも高い位置としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…自律移動体、３０…物体検知装置、３１…三次元距離計、３２…制御装置（変換部、及び、検知部）。
【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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