(57)【要約】【課題】車両の前方及び後方の周囲に存在する物体の検出を、より低コストで行う。【解決手段】車両に搭載される周囲物体検出システム１００であって、車両の周辺空間のうちの一部を検出範囲とし、当該検出範囲内に存在する被検出体までの距離情報を取得する周囲情報取得装置２ａ−１、２ａ−２と、車両の進行方向が前後のどちらであるかを示す前後情報に基づいて、前記周囲情報取得装置の検出範囲の向きを、前記車両の前方又は後方に切り替える検出範囲切替機構、例えば運台３ａ−１、３ａ−２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される周囲物体検出システムであって、
前記車両の周辺空間のうちの一部を検出範囲とし、当該検出範囲内に存在する被検出体までの距離情報を取得する周囲情報取得装置と、
前記車両の進行方向が前後のどちらであるかを示す前後情報に基づいて、前記周囲情報取得装置の検出範囲の向きを、前記車両の前方又は後方に切り替える検出範囲切替機構と、
を備えることを特徴とする周囲物体検出システム。
【請求項２】
前記検出範囲切替機構は、前記検出範囲の向きが前方を検出する位置又は後方を検出する位置になるように前記周囲情報取得装置を移動させる駆動装置と、
前記前後情報に基づいて前記駆動装置を駆動制御する制御装置と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の周囲物体検出システム。
【請求項３】
複数の前記周囲情報取得装置と、
前記複数の周囲情報取得装置から出力された前記距離情報に基づいて、前記被検出体に対する前記車両の車体の向きを検出する周囲物体演算装置と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の周囲物体検出システム。
【請求項４】
前記複数の周囲情報取得装置の其々は、前記車両の前側における車体幅方向の両端部、かつ前記車両における車体幅方向に沿って最も外側に位置する最外端面よりも更に外側に突出させて設置される、
ことを特徴とする請求項３に記載の周囲物体検出システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記車両の走行速度情報の入力を受けつけ、前記駆動装置が前記走行速度情報に応じて前記周囲情報取得装置の俯仰角度を変更するように制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の周囲物体検出システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記車両に備えられた変速機におけるギアの回転方向の設定情報又は前記車両に備えられた車輪の回転方向を示す情報を、前記前後情報として取得する、
ことを特徴とする請求項５に記載の周囲物体検出システム。
【請求項７】
運搬車両本体と、
前記運搬車両本体に搭載され、前記運搬車両の周辺空間のうちの一部を検出範囲とし、当該検出範囲内に存在する被検出体までの距離情報を取得する周囲情報取得装置と、
前記運搬車両の進行方向が前後のどちらであるかを示す前後情報に基づいて、前記周囲情報取得装置の検出範囲の向きを、前記車両の前方又は後方に切り替える検出範囲切替機構と、
を備えることを特徴とする運搬車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周囲物体検出システム及び運搬車両に係り、特に運搬車両の周囲監視に用いる部品点数を削減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱山の最深部で土砂や鉱石を掘削して積み出すいわゆる露天掘りの場合、運搬車両（以下「ダンプ」という）は、掘削した土砂の積込みが終わると採掘現場から放土場まで運搬して排出し、再度掘削現場に戻るという動作を繰り返す。ダンプが運搬する土砂の単位時間当たりの運搬量は、採掘の進捗に直結する事項であるため、ダンプの高速走行での土砂運搬が求められる。そこで、土砂を効率良く採掘現場の外に大量に運搬するため、複数台のダンプが運搬用の道路や放土場を何往復もする。この際、往路と復路とを走行するダンプ同士での衝突事故への対策が重要となる。
【０００３】
更に鉱山における採掘作業では、安全性向上及び低コスト化を目的として、オペレータが搭乗することなく自律走行が可能な無人運搬車両（以下「無人ダンプ」という）を用いる技術が求められている。
【０００４】
ここで、無人の移動体を自律走行させるための技術として、特許文献１が公知である。特許文献１には、レーザレンジファインダが前方の形状データを取得し、このセンサ座標系データを直交座標系データに変換したデータと、予め取得しておいた事前データとの幾何学的特徴量に基づいて、前方側の領域を走行可能領域及び走行不可能領域とに区分け処理する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７５９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鉱山内を走行する無人ダンプは、放土場で放土する際に後進走行する。従って、無人ダンプの後進走行時における後方確認のための対策も重要である。この点につき、特許文献１では考慮されていない。更に、前方及び後方確認のための技術として特許文献１を適用しようとすると、前方及び後方のそれぞれを確認するためのレーザレンジファインダが必要となり、無人ダンプのコストが上昇するという課題が残る。また、オペレータが搭乗して走行する有人運搬車両（以下「有人ダンプ」という）でも、前方及び後方のそれぞれの視野に死角が生じる。従って、上記課題は無人ダンプと同様に有人ダンプにおいても生じる。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両の前方及び後方の周囲に存在する物体の検出を、より低コストで行える周囲物体検出システム及びそれを搭載した運搬車両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】
上記課題を解決するために、本発明は車両に搭載される周囲物体検出システムであって、前記車両の周辺空間のうちの一部を検出範囲とし、当該検出範囲内に存在する被検出体までの距離情報を取得する周囲情報取得装置と、前記車両の進行方向が前後のどちらであるかを示す前後情報に基づいて、前記周囲情報取得装置の検出範囲の向きを、前記車両の前方又は後方に切り替える検出範囲切替機構と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、車両の前後情報に従って周囲情報取得装置の検出範囲の向きを切り替えるので、一つの周囲情報取得装置で車両の前方及び後方監視、即ち前方及び後方にある被検出体までの測距を行うことができる。そのため、前方用及び後方用の周囲情報取得装置を其々備える場合に比べて、部品点数を減らすことができる。このように本発明は前方への監視が必要なときは前方を、後方の監視が必要なときは後方を監視することで、車両の前後監視を低コストで実現できる。
【００１０】
また本発明は上記構成において、前記検出範囲切替機構は、前記検出範囲の向きが前方を検出する位置又は後方を検出する位置になるように前記周囲情報取得装置を移動させる駆動装置と、前記前後情報に基づいて前記駆動装置を駆動制御する制御装置と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、制御装置が前後情報に基づいて駆動装置を駆動制御することにより、周囲情報取得装置の検出範囲の向きを前方又は後方に移動することができる。
【００１２】
また本発明は上記構成において、複数の前記周囲情報取得装置と、前記複数の周囲情報取得装置から出力された前記距離情報に基づいて、前記被検出体に対する前記車両の車体の向きを検出する周囲物体演算装置と、を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、複数の周囲情報取得装置が車両の異なる位置に設けられるので、同一の被検出体を異なる検出地点（視差）から計測した検出結果が得られる。これらの検出結果を用いることで被検体に対する車体の向きも検出できる。
【００１４】
また本発明は上記構成において、前記複数の周囲情報取得装置の其々は、前記車両の前側における車体幅方向の両端部、かつ前記車両における車体幅方向に沿って最も外側に位置する最外端面よりも更に外側に突出させて設置される、ことを特徴とする。
【００１５】
車両、特に鉱山用の運搬車両のような大型車両の場合、前輪を２輪、後輪を４輪で構成すると車体本体よりも後輪が車体幅方向に沿った外側に位置し、後輪側面が車両の最外端面となることがある。この場合に、周囲情報取得装置を車体本体の前方に設置して後方の周囲監視をしようとすると、周囲情報取得装置を後方に向けた際の検出範囲に後輪が含まれてしまい、後輪よりも更に後方が周囲情報取得装置からは死角となることがある。本発明によれば、周囲情報取得装置は最外端面よりも更に外側に突出させて設置されるので、特に車両の後方の周囲監視を行う場合に、検出範囲に含まれる車両領域を小さくして死角を減らすことができる。
【００１６】
また本発明は上記構成において、前記車両の走行速度情報の入力を受けつけ、前記駆動装置が前記走行速度情報に応じて前記周囲情報取得装置の俯仰角度を変更するように制御する、ことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、走行速度に応じて駆動装置の俯仰角度が変わるのでこれに応じて周囲情報取得装置の検出範囲の位置を変えることができる。これにより、走行速度が速い場合は仰角を大きくすることで、車両に対しより遠い位置に検出範囲を設けることができる。
【００１８】
また本発明は上記構成において、前記制御装置は、前記車両に備えられた変速機におけるギアの回転方向の設定情報又は前記車両に備えられた車輪の回転方向を示す情報を、前記前後情報として取得する、ことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、ギア又は車輪の回転方向を基に、周囲情報取得装置の検出範囲の前後への切替及び俯仰角度の変更ができる。特に、変速機のギアの設定情報を用いる場合には、実際にギアが回転する前、即ち車両が走行する前に検出範囲の切替が行えるので、車両が実際に動き出す前に被検出体の検出が行える。
【００２０】
また本発明に係る運搬車両本体と、前記運搬車両本体に搭載され、前記運搬車両の周辺空間のうちの一部を検出範囲とし、当該検出範囲内に存在する被検出体までの距離情報を取得する周囲情報取得装置と、前記運搬車両の進行方向が前後のどちらであるかを示す前後情報に基づいて、前記周囲情報取得装置の検出範囲の向きを、前記車両の前方又は後方に切り替える検出範囲切替機構と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば運搬車両の前後情報に従って周囲情報取得装置の検出範囲の向きを切り替えるので、一つの周囲情報取得装置で運搬車両の前方及び後方監視、即ち前方及び後方にある被検出体までの測距を行うことができる。そのため、前方用及び後方用の周囲情報取得装置を其々備える場合に比べて、部品点数を減らすことができる。このように本発明は前方への監視が必要なときは前方を、後方の監視が必要なときは後方を監視することで、車両の前後監視を低コストで実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、鉱山用の運搬車両の前方及び後方の周囲に存在する物体の検出を、より低コストで行える周囲物体検出システム及びそれを搭載した運搬車両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】
【００２３】
【図１】無人ダンプの概略構成図である。
【図２】ライダーの取り付け構造及び検出範囲を前方・後方に切り替える動作状態を示す概略斜視図である。
【図３】傾斜軸を傾けて取り付けた状態を示す図であって、（ａ）は前方監視状態を、（ｂ）は後方監視状態を示す。
【図４】車軸と直交する水平軸を中心に回転させる取り付け構造を示し、（ａ）は前方監視状態を、（ｂ）は後方監視状態を示す。
【図５】図５は、前方監視時の位置及び後方監視時における検出範囲の向きを示す図である。
【図６】検出範囲の位置を変位させる際の回転軸（鉛直軸）の回転角度について説明する図であって、（ａ）は２段階切替状態を示し、（ｂ）は速度に応じてリニアに切り替えた状態を示し、（ｃ）は速度に応じてステップ状に切り替えた状態を示す。
【図７】本実施形態に係る周囲物体検出システムの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図８】本実施形態に係る周囲物体検出装置を搭載した無人ダンプの動作の流れを示すフローチャートである。
【図９】無人ダンプの前進走行状態を示す図である。
【図１０】前方監視状態の処理を示す図である。
【図１１】前方監視状態においてスキャン面を交差させた状態を示す図である。
【図１２】前方監視状態での処理を示す図であり、（ａ）は計測点列の位置例を示し、（ｂ）は路肩検出処理を示す。
【図１３】後方監視状態での処理を示す図であり、（ａ）は計測点の位置例を示し、（ｂ）は車止め検出処理を示す。
【図１４】前方監視状態での処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】後方監視状態での処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】無人ダンプによる自律走行処理を示すフローチャートである。
【図１７】無人ダンプのレーザ照射・受光部の取り付け位置に伴う作用を示す図であり、（ａ）は前輪の高さ位置より低い位置に周囲物体検出装置を取り付けた場合の状況を、（ｂ）は前輪の高さ位置より高い位置にレーザ照射・受光部を取り付けた場合の状況を示す。
【図１８】レーザ照射・受光部を無人ダンプ１の後部に配置した比較例を示す説明図であって、（ａ）は、レーザ照射・受光部を無人ダンプ１の後部に配置した状態を示す側面図であり、（ｂ）は、土埃が撒きあがる状態を示す側面図である。
【図１９】第二実施形態に係る無人ダンプのレーザ照射・受光部の検出範囲を示す概略平面図である。
【図２０】第二実施形態において前方監視状態でのスキャン面の交差位置を示す図である。
【図２１】第三実施形態に係る無人ダンプのレーザ照射・受光部のスキャン面を示す概略平面図である。
【図２２】光軸回転角度に対応した測距結果を示すプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。なお、以下の実施の形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。
【００２５】
また、以下の実施の形態における各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、後述する各構成、機能、処理部、処理手段等は、コンピュータ上で実行されるプログラムとして実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各構成、機能、処理部、処理手段等を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶媒体に格納することができる。また、ハードウェアとソフトウェアとが協働して各構成要素を形成するのではなく、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により構成してもよい。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の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。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２７】
＜第一実施形態＞
第一実施形態は、運搬車両としての無人ダンプ１が前進走行中及び走行準備中であるか、又は後退走行中であるかによって前方監視状態と後方監視状態とを切り替える態様である。加えて、前進走行中に検出範囲の位置をより前方に変位させる態様も含む。まず図１及び図２を参照して本実施形態に係る無人ダンプ及びライダーの取り付け構造について説明する。図１は、無人ダンプの概略構成図である。図２は、ライダーの取り付け構造及び検出範囲を前方・後方に切り替える動作状態を示す概略斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、無人ダンプ１は、車両本体１ａと、車両本体１ａの前側上方に設けられた運転席１ｂと、車両本体１ａ上に起伏可能に設けられた作業部としてのベッセル１ｃと、車両本体１ａを走行可能に支持する左右の前輪１ｄ及び後輪１ｅとを備える。前輪１ｄは従動輪であり、後輪１ｅは駆動輪である。前輪１ｄは２輪、後輪１ｅは４輪で構成される。そして、後輪は、車両本体１ａの側面よりも車体幅方向に沿って外側に位置する。従って、無人ダンプ１の車体幅方向の最も外側に位置する最外端面は、後輪１ｅの側面である。
【００２９】
運転席１ｂは、オペレータが運転席に乗り込む等するための略平板状の上側デッキ１ｆ上に設置されている。上側デッキ１ｆは、前輪１ｄを覆うように、前輪１ｄの上端部より上方に設けられている。また、上側デッキ１ｆは、車両本体１ａの前側に設けられ、車両本体１ａの幅方向の全体に亘った大きさとされている。上側デッキ１ｆの下側の中央部には、建屋１ｇが設けられる。建屋１ｇは、左側面板１ｇ＿Ｌと、左側面板１ｇ＿Ｌと間隔をもって対面した右側面板１ｇ＿Ｒと、これら左，右の側面板１ｇ＿Ｌ，１ｇ＿Ｒの上端部間に架渡された上面板１ｇ＿Ｕとにより大略構成され、これら左，右の側面板１ｇ＿Ｌ，１ｇ＿Ｒと上面板１ｇ＿Ｕとによって囲まれた四角形の枠状に形成されている。
【００３０】
そして、建屋１ｇの内部には、ラジエータ等の熱交換装置１ｈが収容される構成となっている。
【００３１】
建屋１ｇの外側には、エアクリーナ１ｉがそれぞれ取り付けられている。各エアクリーナ１ｉは、上側デッキ１ｆの下側であって、上側デッキ１ｆと建屋１ｇとにより仕切られた角部に取り付けられている。各エアクリーナ１ｉには、空気中のダストを捕捉するための円筒状のフィルタエレメント１ｊが取り付けられている。各フィルタエレメント１ｊは、一端側を上側デッキ１ｆの前側の端部よりも前方に突出させた状態とされて各エアクリーナ１ｉに取り付けられている。
【００３２】
上側デッキ１ｆの前部両端、即ち上側デッキ１ｆの車体幅方向の両端部の其々に、無人ダンプ１の周囲物体（被検出体）の相対位置を検出するための２台の周囲物体検出装置を備える。周囲情報取得装置は、車両の周辺空間のうちの一部を検出範囲とし、当該検出範囲内に存在する被検出体までの距離情報を取得するものである。本実施形態では、周囲情報取得装置としてライダー（ＬＩＤＡＲ  Ｓｅｎｓｏｒ）を用いるが、可視光カメラでもよい。可視光カメラを用いる場合には周囲環境を撮像する撮像部の向きを、ライダーを用いる場合には、レーザを照射して散乱光を受光するレーザ照射・受光部（図７参照）の向きを変えることで検出範囲の向きを変える。以下では、周囲情報取得装置をライダー２−１、２−２と称して説明する。
【００３３】
周囲情報取得装置２−１、２−２は、それぞれの検出範囲が前向き又は後向きになるように鉛直軸まわりに回転する雲台３ａ−１、３ｂ−１を介して上側デッキ１ｆ取り付けられている。雲台３ａ−１、３ｂ−１は、周囲情報取得装置２−１、２−２の検出範囲の向きを、無人ダンプ１の進行方向が前後のどちらであるかを示す前後情報に基づいて切り替える検出切替機構の構成要素である。前後情報は、無人ダンプ１に備えられた変速機（図７参照）におけるギアの回転方向の設定情報又は車輪の回転方向を示す情報を用いてもよい。
【００３４】
検出切替機構は各雲台３ａ−１、３ａ−２のそれぞれを独立又は連動して回転させる２台の回転駆動装置３ｂ−１、３ｂ−２と、回転駆動装置３ｂ−１、３ｂ−２の駆動制御を行う検出範囲制御装置３ｃとを更に含む（図７参照）。検出範囲制御装置３ｃは、無人ダンプ１の走行方向、及び停車中にあっては走行を開始する方向を示す前後方向を用いて、回転駆動装置３ｂ−１、３ｂ−２を回転駆動する。以下では、周囲物体検出装置２−１、２−２を総称する際には周囲物体検出装置２、雲台３ａ−１、３ａ−２を総称する際に雲台３、回転駆動装置３ｂ−１、３ｂ−２を総称する際に回転駆動装置３と称する。
【００３５】
周囲情報取得装置２は、無人ダンプ１が前進走行しながら前方路面の側方に位置する路肩を検出する際に、スキャン面４０−１、４０−２内に車両本体１の前面から突出して設けられている各フィルタエレメント１ｊ、エアクリーナ１Ｉ、建屋１ｇが入り込まない位置に取り付けられている。また、周囲情報取得装置２は、前輪１ｄの上端部より高い位置であって、車両本体１ａの走行方向側である前側左右に、等しい高さ位置で設置されている。具体的には、周囲情報取得装置２は、例えば前輪１ｄの下端部から４ｍほどの高さ位置に、水平高さを等しくして設置されている。
【００３６】
次に図２を参照して周囲情報取得装置の取り付け構造について説明する。周囲情報取得装置２−１、２−２の取り付け構造は同一であるので、周囲情報取得装置２−１について説明し、周囲情報取得装置２−２については重複説明を省略する。
【００３７】
図２に示すように、上側デッキ１ｆの下部左側には、車両本体１ａの最外端面（図２では最外端面位置を符号Ｍｏで示す）、即ち後輪１ｅの側面よりも車体幅方向外側に突出した保持体３ｄ−１を備える。運台３ａ−１は、保持体３ｄ−１の開放端側に鉛直軸ａｘ＿ｖを回転軸として回転可能に取り付けられる。運台３ａ−１には周囲情報取得装置２−１が固定され、雲台３ａ−１の回転とともに周囲情報取得装置２−１も回転する。鉛直軸ａｘ＿ｖを回転軸として運台３ａー１を後ろ方向に回転させると後方監視状態に変位し（図２中段）、運台３ａー１を前方向に回転させると前方監視状態に変位する（図２下段）。
【００３８】
周囲情報取得装置２−１は、レーザ光を所定の角度毎に照射して路面を扇状にスキャンして走査し、周囲物体（前方監視時は路肩、後方監視時は検出した路肩を車止めとして認識させる）に反射して生じた散乱光を受光する。
【００３９】
周囲情報取得装置２−１は、実際にはレーザ光４１の光軸を、照射方向を予め定めた所定の角度、例えば０．２５度毎に徐々に変化させて３６０°走査する。所定角度毎に走査ながら照射し散乱光を受光するが、周囲情報取得装置２−１は、にレーザ光４１を遮蔽する部材及びこの部材の一部に形成した開口部を備えることによりレーザの照射範囲及び散乱光の受光範囲（検出範囲）が限定される。以下、遮蔽部材のうちの開口部を検出窓２ｃという。検出窓２ｃの開口領域の大きさがレーザ光４１の照射範囲、ひいては検出範囲を規定する。
【００４０】
周囲情報取得装置２の取り付け構造の他例について図３及び図４を参照して説明する。図３は、傾斜軸を傾けて取り付けた状態を示す図であって、（ａ）は前方監視状態を、（ｂ）は後方監視状態を示す。図４は車軸と直交する水平軸を中心に回転させる取り付け構造を示し、（ａ）は前方監視状態を、（ｂ）は後方監視状態を示す。
【００４１】
図３に示すように、図２の鉛直軸ａｘ＿ｖを水平面ｓ＿ｈに対して傾斜角度αで傾ける軸傾斜台３ｅ−１を備えてもよい。そして、鉛直軸ａｘ＿ｖの回転角度を速度に応じて変えることで、後方（図３の（ａ））から前方（図３の（ｂ））に切り替えることができる。また、軸傾斜台３ｅ−１の高さ又は傾斜角度αを可変する機構（不図示）を備え、高さ又は傾斜角度αを速度に応じて変えることで、前方監視状態において、速度に応じて無人ダンプ１から前方に向けて離れた位置にスキャン面を位置させることができる。速度は、例えば無人ダンプ１に備えられた車輪（図７参照）の回転数を走行速度情報として取得し、これを用いてもよい。
【００４２】
また、図４に示すように、水平面内において車軸方向ａｘ＿ｆｒに直交する水平軸ａｘ＿ｈを回転軸として周囲情報取得装置２を回転、すなわち俯仰方向に回転させて図４の（ａ）の前方監視状態から、図４の（ｂ）の後方監視状態へと変異させてもよい。図４の（ａ）の前方監視状態において、速度に応じて俯仰角度を調整するだけで、計測点の位置を、無人ダンプ１を基準として遠近に調整することができる。
【００４３】
図５を参照して前方監視時の位置及び後方監視時における検出範囲の向きについて詳述する。図５は、前方監視時の位置及び後方監視時における検出範囲の向きを示す図である。図５の後方監視状態を示す図を用いてスキャン面について説明する。スキャン面ｓ＿ｏｐは、レーザ光４１の光軸ａｘ＿Ｏｐを３６０°走査して形成される。光軸ａｘ＿Ｏｐの回転軸を走査軸という。図１の符号４０−１、４０−２は、スキャン面ｓ＿ｏｐの一部領域である。図５の符号ｖ１は、スキャン面ｓ＿ｏｐの法線ベクトルを表す。法線ベクトルは走査軸に平行である。前方監視状態では、法線ベクトルｖ１が車軸方向ａｘ＿ｆｒに対して略平行かつ無人ダンプ１の前方を向くように、雲台３ａを、鉛直軸ａｘ＿ｖを回転軸として回転させる。また、後方監視状態では、法線ベクトルｖ１が車軸方向ａｘ＿ｆｒに対して略垂直方向を向くように、鉛直軸ａｘ＿ｖを回転軸として雲台３ａを回転させる。以下の説明では回転角度は、後方監視時の状態、即ちスキャン面ｓ＿ｏｐが車体本体１ａの側面と平行な状態を基準として回転角度Θ＝０で表し、前方監視時の回転角度Θを正の値で示す。
【００４４】
次に、図６を参照して、検出範囲の位置を変位させる際の回転軸（鉛直軸）の回転角度について説明する。図６は、検出範囲の位置を変位させる際の回転軸（鉛直軸）の回転角度について説明する図であって、（ａ）は２段階切替状態を示し、（ｂ）は速度に応じてリニアに切り替えた状態を示し、（ｃ）は速度に応じてステップ状に切り替えた状態を示す。
【００４５】
スキャン面ｓ＿ｏｐを、前方監視時位置又は後方監視時位置の二つの位置のどちらに選択的に変位させる場合、速度０にて切替を行うと停車時に頻繁に運台の向きが変更される現象が生じる。そこで、回転角度の変位条件にヒステリシス特性（不感帯）を持たせる。図６の（ａ）にヒステリシス特性を含んだ回転角度Θの変位条件を示す。矢印方向に沿って速度及び回転角度Θは変位する。例えば後進状態（速度が負の値）から停車（速度０）を経て前進状態（速度が正の値）に遷移後、しばらくしてから回転角度Θは負の値から正の値に変位する。同様に、前進状態（速度が正の値）から停車（速度０）を経て後進状態（速度が負の値）に遷移後、しばらくしてから回転角度Θは正の値から負の値に変位する。また、後述するように、無人ダンプ１が備える変速機からの出力情報に基づいて、停止中に前方監視状態又は後方監視状態を選択してもよい。
【００４６】
速度に応じて検出範囲の位置を変位させる場合について図３の傾斜角度αを例に挙げて説明する。この場合も、回転角度の変位状態にヒステリシス特性を持たせる。傾斜角度αは水平面を基準とし、時計回りに正の値として定義する。この場合、速度が０未満（後退走行状態）の場合は、傾斜角度αは９０°よりも大きく１８０°未満の値とし、速度が０以上（無人ダンプが停止状態及び前進準備・前進走行状態）では傾斜角度αは０°よりも大きく９０°未満の値とする。このうち、前進走行時に、例えば車輪速情報を基にリニア（無段階）に傾斜角度αを調整する場合を図６の（ｂ）に図示し、例えば変速機のギア比の設定情報を基にステップ状に傾斜角度αを調整する場合を図６の（ｃ）に図示する。
【００４７】
検出範囲の向きを前後に変位させる他例として、雲台３に周辺物体検出装置２の本体を直接設置せず、ミラーを設置してもよい。
【００４８】
次に図７を参照して、本実施形態に係る周囲物体検出システムの機能構成について説明する。図７は、本実施形態に係る周囲物体検出システムの機能構成を示す機能ブロック図である。
【００４９】
図７に示すように、本実施形態に係る周囲物体検出システム１００は、周囲物体に対する車両本体１ａの向き、及び周囲物体までの距離を計測するための周囲物体検出装置としての２台のライダー２−１、２−２と、ライダー２−１、２−２のそれぞれの検出範囲の向きを変位させる検出範囲切替機構３と、ライダー２−１、２−２からの測距結果を基に周囲物体の形状及び周囲物体に対する車体の向きを検出する周囲物体演算装置２１と、を備える。
【００５０】
また、車両本体１ａには、車両本体１ａの位置及び姿勢を計測するための自己位置計測装置２２と、路面の路幅や対向車の存在により、車両本体１ａの周囲物体からの距離や速度を変更させる車体運動制御装置２３と、車体運動制御装置２３の制御により駆動する車体駆動装置２４と、を備えている。
【００５１】
ライダー２−１は、既述のレーザ光を照射するとともに周囲物体（被検出体）に反射して生じた散乱光を受光するレーザ照射・受光部２ａ−１と、レーザ照射・受光部２ａ−１が受光した光の周波数を基に、ライダー２−１と周囲物体との距離、及び周囲物体に対するライダー２−１の接近方向（近づいているか遠ざかっているか）を検出する信号処理部２ｂ−１とを含む。ライダー２−２は、ライダー２−１と同様の構成であるので説明を省略するが、レーザ照射・受光部２ａ−１、２ａ−２、及び信号処理部２ｂ−１、２ｂ−２を総称する際は、レーザ照射・受光部２ａ、及び信号処理部２ｂと記載する。
【００５２】
信号処理部２ｂ−１は、各レーザ照射・受光部２ａ−１の各照射角度において生じた散乱光を受光して測距処理を行う。信号処理部２ｂ−１は、例えば０．２５度の角度分解能を有し、３０ｍ離れた地点での計測点間の分解能が０．１３ｍである。レーザ光が路面上で反射される点が路面を検出する際の計測点となる。
【００５３】
上述の通り２台の雲台３ａ―１、３ａ―２のそれぞれと各レーザ照射・受光部２ａ−１、２ａ−２とは機械的に接続され、一体となって回転する。
【００５４】
周囲物体演算装置２１は、事前に計測して得られた路面の周囲の外部座標系（３次元実座標）内での周囲物体の位置情報や、周囲物体の形状情報（例えば周囲物体が路肩の場合にその直線状又は曲線状の形状情報）を含む周囲物体の参照情報を記憶する参照情報記憶部２１ａと、信号処理部２ｂ−１、２ｂ−２が生成した距離情報及び参照情報に含まれる周囲物体や無人ダンプ１の位置情報や形状情報を比較して、周囲物体に対する車両本体１の向き及び周囲物体までの距離とを計測する周囲物体演算部２１ｂと、を含む。
【００５５】
自己位置計測装置２２は、車両本体１の車輪、例えば前輪１ｄの回転速度を計測するための車輪速情報取得部２２ａと、車両本体１ａの運転席１ｂに設けられたハンドル（図示せず）の操舵角度を計測するための操舵角情報取得部２２ｂと、車輪速情報取得部２２ａにて計測した回転速度結果及び操舵角情報取得部２２ｂにて計測した操舵角結果に基づいて、車両本体１ａの走行速度、前輪１ｄの角速度、地面に固定された座標系での車両本体１ａの位置及び姿勢を算出するための自己位置演算部２２ｃとを備える。
【００５６】
車輪速情報取得部２２ａは、例えば前輪１ｄの回転速度を検出するための速度センサ等である。
【００５７】
操舵角情報取得部２２ｂは、ハンドルの操舵角を検出することができる変位センサ等である。
【００５８】
自己位置計測装置２２は、車両本体１ａの自己位置を補正するための自己位置補正装置２２ｄを更に備えている。自己位置補正装置２２ｄは、車両本体１ａの位置及び姿勢をより高精度に計測するためのものであり、例えば慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等で構成されている。
【００５９】
車輪速情報取得部２２ａ、操舵角情報取得部２２ｂ及び自己位置補正装置２２ｄは、自己位置演算部２２ｃにそれぞれ接続されている。車輪速情報取得部２２ａが出力した車輪の回転方向を示す情報は、検出範囲制御装置３ｃに入力される。また、車輪の回転数を示す情報も検出範囲制御装置３ｃに入力されてもよい。この場合、回転数を示す情報は、走行速度情報として用いられる。更に操舵角情報取得部２２ｂが取得した情報も検出範囲制御装置３ｃに入力されてもよい。この場合、検出範囲制御装置３ｃが操舵角情報を用いてレーザ照射・受光部２ａを回転させ、車体幅方向に検出範囲を変異させてもよい。
【００６０】
車体運動制御装置２３は、車体駆動装置２４の駆動制御を行うものであり、車両制御装置２３ａ及び走行路の経路やその路面Ａの路幅、経路属性（走行路、放土場など）等の地図情報が記憶された地図情報記憶部２３ｂと、を含む。
【００６１】
上記地図情報は、走行路上の各地点（ノード）及び隣接するノード間を連結するリンクの座標に加え、走行路の側部に設けられている路肩形状等の路肩情報も記憶されている。
【００６２】
車体駆動装置２４は、車両本体１ａの走行速度を低下させたり停止させたりするための制動装置２４ａと、無人ダンプ１の後輪１ｅに対する回転トルク指令値を制限するための駆動トルク制限装置２４ｂと、車両本体１ａの路肩Ｂからの距離を変更するための操舵制御装置２４ｃと、車輪の回転速度及び方向（前進又は後退）とトルク変換を行う変速機２４ｄと、を備える。
【００６３】
車両制御装置２３ａには、地図情報記憶部２３ｂに記憶されている地図情報、自己位置演算部２２ｃにて演算された自己位置情報、及び周囲物体演算部２１ｂにて計測された路肩情報が入力される。車両制御装置２３ａは、制動装置２４ａ、駆動トルク制動装置２４ｂ、操舵制御装置２４ｃ、及び変速機２４ｄのそれぞれに接続されている。そして、車両制御装置２３ａは、地図情報記憶部２３ｂに記憶された地図情報に基づき、車両本体１ａの路肩Ｂまでの距離や走行速度を制限することを目的として、制動装置２４ａによる制動量、駆動トルク制限装置２４ｂによる制限量、操舵制御装置２３ｃによる制御量を算出し、それらの算出値を制動装置２４ａ、駆動トルク制限装置２４ｂ、及び操舵制御装置２３ｃにそれぞれ出力する。制動装置２４ａ、駆動トルク制限装置２４ｂ、及び操舵制御装置２４ｃは、入力された算出値を基に動作する。
【００６４】
また、車両制御装置２３ａは、変速機２４ｄに対して、車両の進行方向（前進／後退）や速度に応じたギアを設定する。変速機２４ｄは車両制御装置２３ａから入力されたギアの設定情報を基に動作する。ギアの設定情報は、検出範囲制御装置３ｃに入力される。
【００６５】
制動装置２４ａは、例えば後輪１ｅの回転を制動させるディスクブレーキ等の機械的構造のメカニカルブレーキである。
【００６６】
駆動トルク制限装置２４ｂは、例えば後輪１ｅの回転に対して電気的な抵抗を掛けて制動させる電気ブレーキ等のリターダブレーキである。
【００６７】
操舵角制御装置２４ｃは、車体の向きが走行路に沿うようにステアリング角度を変更する。
【００６８】
変速機２４ｄは、変速ギア（前進ギア及び後退ギアを含む）や推進軸を含んで構成され、歯車の組合せにより前進又は後退の選択、回転速度及びトルクの変換を行い、回転動力を動力源から他の装置に伝達する。
【００６９】
図８を参照して本実施形態に係る周囲物体検出システムを搭載した無人ダンプの動作の流れを説明する。図８は、本実施形態に係る周囲物体検出装置を搭載した無人ダンプの動作の流れを示すフローチャートである。
【００７０】
無人ダンプ１のエンジンを始動すると（Ｓ８０１）、検出範囲制御装置３ｃは、変速機２４ｄからギア設定情報を取得する。ギア設定情報が前進を示す場合（Ｓ８０２／Ｙｅｓ）、検出範囲制御装置３ｃは回転駆動装置３ｂを駆動して、レーザ照射・受光部２ａの検出範囲が前方に向くように雲台３ａを回転させる。これにより前方監視状態に移行する（Ｓ８０３）。
【００７１】
ギア設定情報が後退を示す場合（Ｓ８０２／Ｎｏ）、検出範囲制御装置３ｃは回転駆動装置３ｂを駆動して、レーザ照射・受光部２ａの検出範囲の向きが後方に向くように雲台３ａを回転させる。これにより後方監視状態に移行する（Ｓ８０４）。前方監視状態及び後方監視状態における処理の詳細については後述する。
【００７２】
無人ダンプ１が前進走行を開始すると（Ｓ８０５）、検出範囲制御装置３ｃは車輪速情報取得部２２ａから車輪の回転速度（車輪速度情報）を取得する。検出範囲制御装置３ｃは車輪速度情報を無人ダンプ１の走行速度情報として用い、回転駆動装置３ｂを駆動してレーザ照射・受光部２ａの水平面に対する傾斜角度α（俯角）を速度に応じて調整する（Ｓ８０６）。無人ダンプ１が前進走行中（Ｓ８０７／Ｎｏ）はステップＳ８０６に戻り処理を繰り返す。
【００７３】
無人ダンプ１が走行を停止し（Ｓ８０７／Ｙｅｓ）、エンジンが停止していない場合（Ｓ８０８／Ｎｏ）、ステップＳ８０２へ戻りギア設定情報を再取得し処理を繰り返す。
【００７４】
エンジンが停止すると（Ｓ８０８／Ｙｅｓ）、処理を終了する。
【００７５】
次に図９及び図１０を参照して、前方監視状態における処理について説明する。図９は、無人ダンプの前進走行状態を示す図である。図１０は、前方監視状態の処理を示す図である。
【００７６】
図９に示すように、無人ダンプ１は、鉱山に予め設けられた走行路等の路面Ａを自律して前進走行する。この前進走行中は前方監視状態となる。鉱山の路面Ａの側部には、路面Ａに沿って被検出体である路肩Ｂが設けられている。路肩Ｂは、少なくとも無人ダンプ１が走行する側、例えば走行方向左側に設けられ、所定の高さ寸法及び幅寸法を有する構造の盛土である。
【００７７】
採掘物を積み込んだ無人ダンプ１が走行路を通り放土場付近に到達すると、図１０に示すように、崖下に設置された放土場Ｄｓに対して後ろ向きに走行し（後退し）、車止めＣの位置で停止し、放土する。この後退走行中は後方監視状態となる。なお、図１０では、無人ダンプ１は、直交座標系のｘ軸方向に後退する。また、車止めＣは盛土で形成される。なお、周囲物体演算装置２１は、車止めと路肩とが同一形状である場合、前方監視状態で認識した路肩形状体は路と、後方監視状態で認識した路肩形状体は車止めと認識する。
【００７８】
次いで、周囲物体検出システム１００による周囲物体検出処理について、図１１から図１３を参照して説明する。図１１は、前方監視状態においてスキャン面を交差させた状態を示す図である。図１２は、前方監視状態での処理を示す図であり、（ａ）は計測点列の位置例を示し、（ｂ）は路肩検出処理を示す。図１３は、後方監視状態での処理を示す図であり、（ａ）は計測点の位置例を示し、（ｂ）は車止め検出処理を示す。
【００７９】
図１１は、前方監視状態におけるスキャン面４０−１、４０−２の位置の例を示す。本実施形態では、スキャン面４０−１、４０−２を点Ｇで交差させる。より詳しくは、図１２の（ａ）に示すように、無人ダンプ１のレーザ照射・受光部２ａ−１から照射されるレーザ光が路面Ａと交わる点（計測点）をＮであらわす。レーザ光を走査すると計測点はＮｉ−１、Ｎｉ、Ｎｉ＋１と位置がずれる。これらの計測点を結ぶ線を計測線Ｌ１−１で表す。また、路肩Ｂの斜面上に形成された計測点を結ぶ線を計測線Ｌ２−１で表す。同様に、レーザ照射・受光部２ａ−２から照射されるレーザ光が路面Ａと交わる点（計測点）を結ぶ線を計測線Ｌ１−２、路肩Ｂ上の計測点を結ぶ線をＬ２−２で表す。
【００８０】
周囲物体演算部２１ｂは、路肩位置の検出に際し、図１２の（ｂ）に示すように、計測線Ｌ１−１とＬ２−１の交点Ｐａ、計測線にＬ１−２とＬ２−２の交点Ｐｂ（不図示）を求め、これらの交点Ｐａ、Ｐｂを結ぶことで路肩位置ｗを求める。
【００８１】
図１３は、無人ダンプ１の周囲物体検出システム１００による後方検出を説明するための模式図である。図１３の（ａ）はダンプトラックの側面図であり、（ｂ）はダンプトラックの上面図である。図１３の（ａ）、（ｂ）は、無人ダンプ１が放土場の車止めＣを検出しながら後退する様子を示す。図１３の（ａ）の点線矢印は、レーザ光が被検出体（車止め）に照射される状態を示し、距離Ｄは後輪１ｅの後端部から車止めＣまでの距離を示す。図１３の（ｂ）は車止めを検出する際に用いるパラメータを示すが、詳細は後述する。
【００８２】
次に、前方及び後方監視処理の流れについて図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、前方監視状態での処理の流れを示すフローチャートである。図１５は、後方監視状態での処理の流れを示すフローチャートである。
【００８３】
前方監視状態では、図１４に示すように、まず、自己位置演算部２２ｃは、無人ダンプ１の現在位置と、地図情報記憶部２３ｂに記録されている地図情報に含まれる経路属性とを比較し、現在位置が走行路であると判断すると（ステップＳ１４０１）、判断結果を示す情報が検出範囲制御装置３ｃに出力される。検出範囲制御装置３ｃは、その情報を基に回転駆動装置３ｂを制御して雲台３ａをそれぞれ鉛直軸まわりに回転させて、検出範囲を前向きにする（Ｓ１４０２）。
【００８４】
左右のレーザ照射・受光部２ａ−１、２ａ−２は路面Ａ及び路肩Ｂを計測し、これら路面Ａ及び路肩Ｂの測距データを取得する（Ｓ１４０３）。
【００８５】
周囲物体演算部２１ｂは、Ｓ１４０３にて取得した測距データに基づいて、図１１の（ａ）に示すように、各レーザ照射・受光部２ａ−１、２ａ−２によるスキャン面４０−１、４０−２と路面Ａとが交差する各交線Ｌ１−１、Ｌ１−２を算出する（Ｓ１４０４）。
【００８６】
更に周囲物体演算部２１ｂは、ライダー２−１、２−２から取得した測距データ中の路肩Ｂの傾斜面Ｂ１上の測定点から、スキャン面４０−１、４０−２と路肩Ｂの傾斜面Ｂ１（図１１参照）との交線であるレーザスキャンラインＬ２−１、Ｌ２−２を算出する（Ｓ１４０５）。
【００８７】
この後、周囲物体演算部２１ｂは、Ｓ１４０４にて算出した交線Ｌ１−１、Ｌ１−２と、Ｓ１４０５にて算出したレーザスキャンラインＬ２−１、Ｌ２−２との交点を求める。これらの交点が、路肩計測点である路肩検出点Ｐ（Ｐａ、Ｐｂ）に相当する（Ｓ１４０６）。すなわち、図１１の（ｂ）に示すように、周囲物体演算部２１ｂは、交線Ｌ１−１とレーザスキャンラインＬ２−１とが交わる点を路肩検出点Ｐａとして求める。更に周囲物体演算部２１ｂは、交線Ｌ１−２とレーザスキャンラインＬ２−２とが交わる点を、路肩検出点Ｐｂとして求める。
【００８８】
さらに、周囲物体演算部２１ｂは、路肩検出点Ｐａ、Ｐｂを基に路肩位置ｗを求めるとともに、現在位置における路肩形状を参照情報記憶部２１ａに記憶された参照情報と比較して相対位置関係を求める。そして周囲物体演算部２１ｂは、比較結果を基に、無人ダンプ１の路肩Ｂに対する向きαと、路肩Ｂまでの距離Ｄとを算出する（Ｓ１４０７）。算出結果は車両制御装置２３ａに出力される。
【００８９】
一方、自己位置演算部２２ｃは、車輪速情報取得部２２ａにて計測した回転速度結果と、操舵角情報取得部２２ｂにて計測した操舵角結果とに基づき推定した自己位置に対し、自己位置補正装置２２ｄからの情報に基づいて無人ダンプ１の走行速度、前輪１ｄの角速度、地面に固定された座標系での無人ダンプ１の位置及び姿勢を補正して自己位置推定を行う。推定結果は車両制御装置２３ａに出力される。車両制御装置２３ａは、推定結果とＳ１４０７にて算出された向きα及び距離Ｄとを比較し、これが等しいか判断する（Ｓ１４０８）。
【００９０】
車両制御装置２３ａは、ステップＳ１４０８において自己位置演算部２２ｃにて求めた向き及び距離が、ステップＳ１４０７において算出された向きα及び距離Ｄと等しい（Ｓ１４０８／Ｙｅｓ）と判断すると路肩検出処理が終了となる。一方、ステップＳ１４０８で否定と判断されると（Ｓ１４０８／Ｎｏ）、ステップＳ１４０７にて算出した向きα及び距離Ｄが、予め定めた所定の範囲内で連続的に変化しているか判断される（Ｓ１４０９）。
【００９１】
ステップＳ１４０９において、車両制御装置２３ａがステップＳ１４０７により算出した向きα及び距離Ｄが所定の範囲内で連続的に変化していると判断すると（Ｓ１４０９／Ｙｅｓ）、ステップＳ１４０６にて求めた路肩検出点Ｐａ、Ｐｂの外部座標系での検出位置を周囲物体演算部２１ｂにて算出し、この算出した情報を不図示の周囲物体記憶部に格納する（Ｓ１４１０）。一方、ステップＳ１４０９により、車両制御装置２３ａがステップＳ１４０７にて算出した向きα及び距離Ｄが所定の範囲内で連続的に変化しておらず不連続（Ｎｏ）と判断すると（Ｓ１４０９／Ｎｏ）、自己位置計測装置２２での計測、すなわち自己位置演算部２２ｃでの無人ダンプ１の位置及び姿勢の演算に異常が生じている可能性があるので、車両制御装置２３ａが制動装置２４ａ及び駆動トルク制限装置２４ｂを制御して無人ダンプ１の走行を停止、すなわち停車させ（Ｓ１４１１）、処理を終了する。
【００９２】
次に、図１５を参照して車両後方の車止めを検出対象とした場合の周囲物体検出処理につい説明する。
【００９３】
図１５に示すように、自己位置演算部２２ｃが算出した無人ダンプ１の現在位置において、地図情報記憶部２３ｂに記録されている経路属性が放土場を示す場合（Ｓ１５０１／Ｙｅｓ）、検出範囲制御装置３ｃは、回転駆動装置３ｂを駆動制御して運台３ａを回転させる。このときの回転方向は、左右のレーザ照射・受光部２ａ−１、２ａ−２の検出範囲が後方に向く向きである（Ｓ１５０２）。
【００９４】
周囲物体演算装置２１が車止めを検出すると（Ｓ１５０３／ＹＥＳ）、以下の処理を実行する。周囲物体演算部２１ｂは、周囲情報取得装置２−１．２−２により取得した結果に基づき左右の車輪から車止めまでの距離ＤＬ、ＤＲ（図１２の（ｂ））を算出し、さらに、ＤＬ、ＤＲのうち小さいほうを無人ダンプ１までの距離Ｄとして得る（Ｓ１５０４）。
【００９５】
また、周囲物体演算部２１ｂは、車止めからみた無人ダンプ１の向きαを、ライダー２−１、２−２のレーザ照射面間の距離Ｌを用いて、次の式（１）で計算する（Ｓ１５０５）。
β＝ｓｉｎ−１（ＤＲ−ＤＬ）／Ｌ・・・（１）
ただし、βは図１２の（ｂ）において、反時計まわりを正とした。ここで、βは、車止めＣの長手方向（水平方向）に垂直な面１Ｓと無人ダンプ１の左右の前輪１ｄを連結する車軸５０Ｓに垂直な面２Ｓとがなす角度を示す運搬機械角度である。
【００９６】
周囲物体演算部２１ｂは、ステップＳ１５０４で得られた向きβが、ある閾値Ｋβ以上であるか否かを判別する（Ｓ１５０５）。そして、ステップＳ１５０４で得られた向きβが、ある閾値Ｋβ以上の場合には（Ｓ１５０５／ＹＥＳ）、無人ダンプ１が車止めに対して斜めに後退していることを表しているため、車両制御装置２３ａは、無人ダンプ１の速度を制限する（Ｓ１５０６）。これにより、無人ダンプ１の向きを修正する時間的余裕が確保される。
【００９７】
ステップＳ１５０５で得られた向きβが、ある閾値Ｋβよりも小さい場合には（Ｓ１５０５／ＮＯ）、周囲物体演算部２１ｂは、ステップＳ１５０４で得られた距離Ｄがある閾値ＫＤ以下であるか否かを判別する（Ｓ１５０７）。
【００９８】
距離Ｄが、ある閾値ＫＤ以下である場合（Ｓ１５０７／ＹＥＳ）、無人ダンプ１が車止めに対して接近していることを表しているため、車両制御装置２３ａは、無人ダンプ１の速度を制限する（ステップＳ１５０８）。これにより、無人ダンプ１を安全に停止できる。
【００９９】
次に車両制御装置２３ａは、ステップＳ１５０４で得られた距離Ｄが目標距離ｋ以下であるか否かを判別する（Ｓ１５０９）。ここで、目標距離ｋは閾値ＫＤよりも小さい。無人ダンプ１がさらに車止めに近づき、ステップＳ１５０４で得られた距離Ｄが目標距離ｋ以下となった場合（Ｓ１５０９／ＹＥＳ）、車両制御装置２３ａは、無人ダンプ１を停止させ（Ｓ１５１０）、処理を終了する。ステップＳ１５０７、ステップＳ１５０９で否定と判断された場合には、ステップＳ１５０４へ戻る。またステップＳ１５０１、ステップＳ１５０３で否定と判断された場合は、後方監視処理を終了する。
【０１００】
次いで、周囲物体検出システム１００による自律走行処理について、図１６を参照して説明する。図１６は、無人ダンプによる自律走行処理を示すフローチャートである。
【０１０１】
車両制御装置２３ａは、自己位置計測装置２２から無人ダンプ１の自己位置情報を取得する（Ｓ１６０１）。次いで、車両制御装置２３ａは、地図情報記憶部２３ｂに記憶させている地図情報を参照し、この地図情報中の路面Ａの路幅情報と、Ｓ１６０１にて取得した自己位置情報とに基づいて、周囲物体に対する無人ダンプ１の向き、及び周囲物体までの距離を算出する（Ｓ１６０２）。
【０１０２】
この後、車両制御装置２３ａは、周囲物体に対する無人ダンプ１の向きα、及び無人ダンプ１から周囲物体までの距離Ｄに関する情報を取得する（Ｓ１６０３）。
【０１０３】
車両制御装置２３ａは、Ｓ１６０２にて取得した向き及び距離と、Ｓ１６０３にて取得した向きβと距離Ｄとを比較し、算出した向きβ及び距離Ｄが自己位置演算部２２ｃにて演算した自己位置情報（向き及び距離）に等しいか判断する（Ｓ１６０４）。
【０１０４】
ステップＳ１６０４において、算出した向きβ及び距離Ｄが自己位置演算部２２ｃにて演算した向き及び距離と異なると判断された場合は（Ｓ１６０４／Ｎｏ）、自己位置計測装置２２での計測、すなわち自己位置演算部２２ｃでの無人ダンプ１の位置及び姿勢の演算に異常が生じているとし、車両制御装置２３ａが制動装置２４ａ及び駆動トルク制限装置２４ｂを制御して無人ダンプ１を停車させる（Ｓ１６０５）。
【０１０５】
一方、ステップＳ１６０４において、算出した向きβ及び距離Ｄが自己位置演算部２２ｃにて演算した向き及び距離と等しいと判断された場合は（Ｓ１６０４／Ｙｅｓ）、車両制御装置２３ａは地図情報記憶部２３ｂに記憶されている地図情報を取得する（Ｓ１６０６）。
【０１０６】
そして、車両制御装置２３ａは、この取得した地図情報中の走行路の経路情報と、Ｓ１６０１にて取得した自己位置とを比較する。これら経路情報と自己位置とのずれに基づいて、車両制御装置２３ａは操舵制御装置２４ｃや駆動トルク制限装置２４ｂ等を適宜制御して無人ダンプ１の走行位置を、予め定めた所定の走行位置に走行制御する（Ｓ１６０７）。
【０１０７】
上記の各処理に加え、雲台３ａの故障をいち早く検出するため、駐機時や積み込み時、放土時、一時停止時など、無人ダンプ１が停車しており周囲環境を認識する必要がない間、雲台３ａを回転させ、故障などによる動作不良を検出してもよい。
【０１０８】
以上により、上記第１実施形態に係る周囲物体検出システム１００によれば、車両本体１ａの前方に設置したライダー２−１、２−２のそれぞれの検出範囲の向きを前方又は後方に向けることにより、各ライダー２−１、２−２が前方監視及び後方監視を行うことができる。つまり、各レーザ照射・受光部が前方及び後方の双方を監視することができるので、低コストで前後監視を行うことができる。
【０１０９】
更に本実施形態では、車両本体１ａの走行方向前の左右に二台のライダー２−１、２−２を設置し、これらのライダーで求めた測距情報を用いて車体の向き及び距離を計測するので、１台のライダーだけを用いる場合に比べ、周囲情報の複合的な考慮や相互補完が可能となり、計測精度を向上できる。その結果、周囲物体演算部２１ｂによる路肩の検知の精度を向上でき、無人ダンプの自律走行をより適切かつ精度良くできる。
【０１１０】
ここで、図１７は、無人ダンプ１のライダー２−１、２−２の取り付け位置に伴う作用を示す図であり、（ａ）は前輪１ｄの高さ位置より低い位置にライダー２−１、２−２を取り付けた場合の状況を、（ｂ）は前輪１ｄの高さ位置より高い位置にライダーを取り付けた場合の状況を示す。
【０１１１】
走行路が乾いた土の場合は、この走行路を無人ダンプ１が走行する際に、無人ダンプ１の前輪１ｄまたは後輪１ｅの回転によって、土埃Ｅが撒き上がり、図１７に示すように、対向車両Ｆが撒き上げた土埃Ｅが無人ダンプ１と路肩Ｂとの間に漂うおそれがある。この状況において、図１７の（ａ）に示すように、無人ダンプ１の下部にライダー２−１、２−２が設置されている場合には、ライダー２−１、２−２と路肩Ｂとの間に土埃Ｅが介在してしまうため、ライダー２−１、２−２が路肩Ｂまでの距離を正確に検出できないだけではなく、ライダー２−１、２−２の検出窓２ｃが土埃Ｅにて汚れてしまい、路肩Ｂまでの距離を検出できなくなるおそれがある。
【０１１２】
そこで、上記第１実施形態に係る無人ダンプ１においては、走行路の路面Ａ上に舞い上がった土埃Ｅが、ライダー２−１、２−２の検出窓２ｃに付着する頻度を抑えつつ、舞い上がった土埃Ｅの上方から路肩Ｂまでの距離を検出できるように、ライダー２−１、２−２を無人ダンプ１の前輪１ｄの上端部よりも高い位置に設置している。この結果、対向車両Ｆのみならず、自車両または他車両の走行時に土埃Ｅが撒き上がった場合であっても、この撒き上がった土埃Ｅの上方からライダー２−１、２−２により路肩Ｂまでの距離を検出できるため、ライダー２−１、２−２による路肩検出をより確実にできる。また同時に、ライダー２−１、２−２の検出窓２ｃへの土埃Ｅの付着頻度を抑制できるため、検出精度の低下を抑制できる。
【０１１３】
さらに、設置位置が上側デッキ１ｆからのアクセスが容易な位置、すなわち上側デッキ１ｆの下側であるため、上側デッキ１ｆからライダー２−１、２−２を点検等でき、これらライダー２−１、２−２のメンテナンス性を確保している。また、２台のライダー２−１、２−２を等しい高さ位置に設置し、検出結果に対称性を持たせている。したがって、これらライダー２−１、２−２の高さ位置を異ならせる場合に比べ、路面Ａ上での分解能の相違を無くすことができ、検出誤差を少なくできる。
【０１１４】
次に、図１８を参照して、ライダー２−１、２−２の後部に配置した比較例を説明する。図１８ライダー２−１、２−２を無人ダンプ１の後部に配置した比較例を示す説明図であって、（ａ）は、レーザ照射・受光部２ａ−１、２ａ−２を無人ダンプ１の後部に配置した状態を示す側面図であり、（ｂ）は、土埃Ｅが撒きあがる状態を示す側面図である。
【０１１５】
無人ダンプ１の走行路面が乾いた土の場合、タイヤの回転によって土埃が撒きあがり、後退時のブレーキ操作や風向きなどの影響で土埃が無人ダンプ１の周囲に漂うことがある。また、他車両による放土作業によって、無人ダンプ１の後方に土埃が舞い上がることがある。その場合、図１８の（ｂ）に示すように、無人ダンプ１の後方、例えばベッセルの下部にライダー２−３を設けると、自車両が巻き上げた土煙Ｅがライダー２−の検出面を汚してしまい、車止めＣまでの距離を正しく測定できないことがある。
【０１１６】
これに対し、本発明の実施形態では、後輪から離れた無人ダンプ１の上側デッキ１ｆの下側にライダーを取り付ける。これにより、自車両が舞い上げた土埃がライダーの検出窓に付着する頻度を抑えることができる。
【０１１７】
＜第二実施形態＞
以下、図１９を参照して第二実施形態について説明する。図１９は、第二実施形態に係る無人ダンプ１のライダー２の検出範囲（スキャン面４０−１、４０−２）を示す概略平面図である。
【０１１８】
第二実施形態が前述した第一実施形態と異なるのは、第一実施形態は、ライダー２−１、２−２のスキャン面４０−１、４０−２は、放土場、走行路など、エリアが切り替わる時及び走行速度に応じてのみ雲台３ａ−１、３ａ−２を回転させるのに対し、第二実施形態は、それらに加えて操舵角度に応じても雲台３ａ−１、３ａ−２を回転させる点である。そのために第二実施形態は、図７の機能構成図において、操舵角情報取得部２２ｂ及び検出範囲制御装置３ｃを電気的に接続し、操舵角情報取得部２２ｂから検出範囲制御装置３ｃに対して操舵角情報が入力される。そして検出範囲制御装置３ｃは、操舵角情報に基づいて運台３ａ−１、３ａ−２を、鉛直軸を回転中心として回転させる。
【０１１９】
例えば、第二実施形態においては、図１９に示すように、建物６０のために見通しが悪い交差点に近づくと、スキャン面４０−１、４０−２が建物６０の角６１の近傍を通り、かつ、スキャン面４０−１、４０−２が建物６０で遮られないように、雲台３ａ−１、３ａ−２を回転させる。この結果、雲台を操舵角に応じて回転させない第一実施形態と比較して、交差車両７０をより早く検出することができる。
【０１２０】
＜第三実施形態＞
以下、図２０及び２１を参照して第三実施形態について説明する。図２０は、第二実施形態において前方監視状態でのスキャン面の位置を示す図である。図２１は、第三実施形態が前述した第一実施形態と異なる点は、第一実施形態は、ライダー２−１、２−２のスキャン面４０−１、４０−２は無人ダンプ１の前方で交差させているのに対し、第三実施形態では、図２０に示すように、車両の斜め前方でより路肩寄りの位置で交差させている点である。
【０１２１】
第三実施形態では、参照情報記憶部２１ａに、無人ダンプ１の走行経路上のノードの座標と、このノード座標における運台３ａ−１、３ａ−２の回転角度とを対応付けた参照情報を格納する。この回転角度は、図２１に示すように無人ダンプ１の位置（ノード座標）と、そのノードから路幅方向の距離Ｄ、走行方向前方に距離Ｌ＿ｆｗ離れた路肩上の点８０でスキャン面４０−１、４０−２が交差するように雲台を回転させるための回転角度である。
【０１２２】
本実施形態によれば、第１実施形態と比較して、路肩Ｂの形状をより詳細に検出することが可能となり、路肩までの距離の計測精度を向上させることができる。
【０１２３】
上記各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様々な変更態様がありうる。例えば上記実施形態では、ライダーを２台備えたが、１台のライダーを備える場合であっても本発明を適用することより、前方及び後方を１台のライダーで監視することで、前後それぞれにライダーを付ける場合と比べて低コストで前後方向の周囲監視が行える。
【０１２４】
また、路肩の検出に際し、図１２では交線Ｌ１、Ｌ２を算出しその交点Ｐａ、Ｐｂを求めたが、各ライダーにおいて光軸の回転角度とその回転角度における測距結果（各ライダーと計測点との間の距離）とを対応づけて求め、距離の変化率の変化を基に交点Ｐａを求めてもよい。図２０に、光軸回転角度に対応した測距結果を示すプロファイルを示す。図４のようにライダーの光軸をＮ−１、Ｎ、Ｎ＋１と走査すると、計測点は無人ダンプ１に近づき（距離は減少関数を示す）、無人ダンプ１に最も近づいた後、計測点は無人ダンプから遠ざかる（距離は増加関数を示す）。そして、路肩Ｂの斜面にレーダが照射されると、路面Ａよりも路肩Ｂの斜面の方がｚ軸方向に立ち上がっているため、その高さに応じて光軸との交点（計測点）までの距離が短くなる。従って図２０のプロファイルではレーザの照射位置が路面Ａから路肩Ｂに移動すると、距離の増え方が緩やかになる。そこで、距離の増加率Δｄが、正の値の範囲かつ増加率が減少した点を交点Ｐとして検出してもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１  車両
２−１，２−２  ライダー
３−１，３−２  雲台  
４０−１，  ４０−２  スキャン面  
【図１】
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【図２】
2015230551.tif 000004
【図３】
2015230551.tif 000005
【図４】
2015230551.tif 000006
【図５】
2015230551.tif 000007
【図６】
2015230551.tif 000008
【図７】
2015230551.tif 000009
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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