(57)【要約】【課題】多数台のＡＧＶが走行する場合でも、各ＡＧＶの走行状態に基づいて最適な監視領域を可変設定可能にして、車間距離を短くできるレーザセンサを提供する。【解決手段】  移動体１に搭載され、監視領域に向けて走査した測定光に対する反射光に基づいて前記監視領域Ｒ１，Ｒ２への進入体の有無を検知するレーザセンサ２であって、前記移動体に搭載された速度センサＥ１，Ｅ２からの信号を入力する信号入力部と、前記信号入力部に入力された信号から前記移動体の速度及び加速度を算出する移動情報算出部と、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度に基づいて前記監視領域を可変に設定する監視領域設定部と、前記監視領域への進入体を検知すると進入体検知信号を出力する信号出力部と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、監視領域に向けて走査した測定光に対する反射光に基づいて前記監視領域への進入体の有無を検知するレーザセンサであって、
前記移動体に搭載された速度センサからの信号を入力する信号入力部と、
前記信号入力部に入力された信号から前記移動体の速度及び加速度を算出する移動情報算出部と、
前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度に基づいて前記監視領域を可変に設定する監視領域設定部と、
前記監視領域への進入体を検知すると進入体検知信号を出力する信号出力部と、
を備えているレーザセンサ。
【請求項２】
監視領域設定部は、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度に基づいて、予め設定された基準監視領域を少なくとも走行方向に拡張または収縮することにより前記監視領域を可変に生成する請求項１記載のレーザセンサ。
【請求項３】
監視領域設定部は、速度及び加速度を変数に含む監視領域生成関数に、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度を適用して前記監視領域を可変に生成する請求項１記載のレーザセンサ。
【請求項４】
前記移動情報算出部は、算出した加速度が所定の閾値より小さいときに、予め設定した基準加速度を前記移動体の加速度として設定する請求項１から３の何れかに記載のレーザセンサ。
【請求項５】
前記監視領域設定部は、前記移動体に近接する第１監視領域と、前記第１監視領域に隣接し前記第１監視領域よりも前記移動体から離隔した第２監視領域と、を可変に生成する請求項１から４の何れかに記載のレーザセンサ。
【請求項６】
前記信号出力部から出力される進入体検知信号は、前記移動体が停止するか減速するかを判定可能な距離に関する情報を含む信号である請求項１から５の何れかに記載のレーザセンサ。
【請求項７】
前記監視領域設定部は、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度に加えて、進入体検知後に前記移動体の制動開始までの遅延時間に基づいて前記監視領域を可変に設定する請求項１から６の何れかに記載のレーザセンサ。
【請求項８】
請求項１から７の何れかに記載のレーザセンサが搭載され、前記信号出力部からの進入体検知信号を入力する進入体検知信号入力部を備えている自動搬送装置。
【請求項９】
前記進入体検知信号入力部に入力された進入体検知信号に基づいて移動速度を制御する走行制御部を備えている請求項８記載の自動搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に搭載され、監視領域に向けて走査した測定光に対する反射光に基づいて前記監視領域への進入体の有無を検知するレーザセンサ及び当該測距装置が搭載される自動搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＯＦ（Time of Flight）方式及びＡＭ（amplitude modulation）方式の何れかが採用された測距装置が、ロボットや無人搬送車の視覚センサ、或いは、ドアの開閉センサや監視対象領域への侵入者の有無を検出する監視センサ、さらには、危険な装置に人や物が近づくのを検出し、機械を安全に停止する安全センサ等に利用されている。
【０００３】
ＴＯＦ方式は、特許文献１に開示されているように、監視対象領域に向けて出力したパルス状のレーザ光である測定光と、測定光に対する物体からの反射光との検出時間差Δｔに基づいて、測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離Ｄを算出する方式で、以下の数式を用いて距離Ｄが算出される。尚、式中、Ｃは光速である。
Ｄ＝Δｔ・Ｃ／２
【０００４】
ＡＭ方式は、特許文献２に開示されているように、測定光が振幅変調され、監視対象領域に向けて出力した測定光と、測定光に対する物体からの反射光との位相差Δφに基づいて、測距装置から監視対象領域内に存在する物体までの距離Ｄを算出する方式で、以下の数式を用いて距離Ｄが算出される。尚、式中、Ｃは光速、ｆは変調周波数である。
Ｄ＝Δφ・Ｃ／（４π・ｆ）
【０００５】
このような測距装置が製造現場等で資材等を搬送する無人搬送車（以下、「ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）」と記す。）のような移動体に搭載され、走行経路上の障害物を検出するための安全センサとして用いられている。
【０００６】
光源にレーザ光が使用された測距装置のようなレーザセンサは、安全に関する国際規格であるIEC61493-1/3やIEC61508で定められた要求に適合することが求められる。
【０００７】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、レーザセンサ２には人間や障害物等の進入体の有無を検知するための監視領域Ｒ１，Ｒ２がＡＧＶ１の進行方向に向けて設定されている。レーザセンサ２は、監視領域Ｒ１，Ｒ２に進入体の存在を検知すると、ＡＧＶ１に進入体に関する情報を出力する。進入体に関する情報が入力されたＡＧＶ１は進入体との衝突事故等を回避するために制動または停止する。
【０００８】
監視領域として、例えばＡＧＶ１に近接する第１監視領域Ｒ１と、第１監視領域Ｒ１に隣接し第１監視領域Ｒ１よりもＡＧＶ１から離隔した第２監視領域Ｒ２の２領域が設定される場合がある。
【０００９】
レーザセンサ２によって第２監視領域Ｒ２で人または障害物等の進入体が検知されると、ＡＧＶ１の制御部にその旨の信号が出力される。当該信号を受信したＡＧＶ１の制御部は、衝突を回避するために音や光等の警報信号を出力し、或いはＡＧＶ１を減速制御して停止させる。進入体が第２監視領域内で検知されている状態でＡＧＶ１が停止した場合、進入体が第２監視領域Ｒ２から退出したことがレーザセンサ２によって検知されると、その旨の信号を受信したＡＧＶ１の制御部は、その後に再度ＡＧＶ１を通常動作に戻して走行を開始する。
【００１０】
レーザセンサ２によって第１監視領域Ｒ１で人または障害物等の進入体が検知されると、同様にＡＧＶ１の制御部にその旨の信号が出力される。当該信号を受信したＡＧＶ１の制御部は、衝突を回避するために即時停止するための緊急停止制御が実行される。進入体が第１監視領域Ｒ１で検知された場合の他に、レーザセンサやＡＧＶの故障が検出された場合も緊急停止制御が実行される。
【００１１】
ＡＧＶ１の制御部によって緊急停止制御が実行された後にＡＧＶ１を再起動させる場合、上述した安全規格に従って管理者による安全確認作業、例えば安全確認の後にリセットスイッチを操作する等の手間の掛かる煩雑な作業が必須になり、ＡＧＶ１を用いた資材搬送等の作業効率の低下を招くという問題があった。
【００１２】
そこで、ＡＧＶ１の進行方向に沿って十分に長い第２監視領域Ｒ２が設定され、レーザセンサ２によって第２監視領域Ｒ２で進入体が検知された場合、進入体が第２検知領域Ｒ２で検知されている間にＡＧＶ１が確実に停止できるようになり、管理者による安全確認作業が要求される第１監視領域Ｒ１での進入体検知による停止という事態が回避できるようになる。
【００１３】
しかし、ＡＧＶ１の進行方向に沿って十分に長い第２監視領域Ｒ２を設定すると、多数台のＡＧＶ１が同じ経路で走行する製造現場では、レーザセンサ２によって当該第２監視領域Ｒ２に先行のＡＧＶ１が検知される確率が高くなり、頻繁な減速または停止を余儀なくされる。その結果、ＡＧＶ１間の車間距離が長くなり、ＡＧＶ１を用いた作業効率自体が著しく低下するという不都合な事態が発生する。
【００１４】
そこで、特許文献３には、レーザセンサがＡＧＶの走行速度に基づいて少なくとも二つの異なる保護領域つまり監視領域を切替えるシステムが提案されている。当該システムは、ＡＧＶの車輪に設けられた一系統のインクリメンタルエンコーダの信号と、ＡＧＶのコントローラから入力される目標走行速度信号とがレーザセンサに入力され、レーザセンサは双方の信号の差が小さいときにインクリメンタルエンコーダが正常であると判断して、その速度に基づいて監視領域を切替えるとともに、監視領域に人が検知されるとＡＧＶに停止信号を出力するように構成されている。さらに、レーザセンサは双方の信号の差が大きいときにはインクリメンタルエンコーダが異常であると判断してＡＧＶに停止信号を出力するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−２５６１９１号公報
【特許文献２】特開２００２−９０４５４号公報
【特許文献３】ＵＳ２０１１／００７７８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、ＡＧＶの走行速度に基づいて一義的に監視領域を切替える特許文献３に記載されたような構成を採用すると、同じ速度でもその時の加速度によって制動距離が変動し、適切な監視領域に設定できないという問題があった。
【００１７】
例えば、同じ速度であっても加速中に制動する場合の制動距離よりも減速中に制動する場合の制動距離の方が短くなる。しかも、ＡＧＶの加速性能や減速性能は荷物の積載重量によっても大きく変動する可能性がある。そのため、速度に基づいて一律に監視領域を設定すると、進行方向に十分な余裕をもった長さの監視領域に設定する必要があり、最適なサイズの監視領域に設定できないのであった。
【００１８】
また、レーザセンサから停止信号等が出力されてＡＧＶが制動を開始するまでの時間遅れも考慮すると、さらに余裕をもった長さの監視領域に設定する必要があった。
【００１９】
そのため、進入体が第１監視領域に入るまでに確実に停止できるように、最大の加速状態で制動開始したときの制動距離を基準に第２監視領域のサイズを設定するとＡＧＶ間の車間距離が長くなり、ＡＧＶを用いた作業効率自体が著しく低下するという問題を解決することができなかった。
【００２０】
また、減速時の制動距離を基準に第２監視領域のサイズを設定すると、加速時にレーザセンサから停止信号等が出力されて制動を開始しても、ＡＧＶが停止するまでに進入体が第１監視領域に入ってしまう確率が高くなり、復帰時に管理者による安全確認作業が要求されることになる。
【００２１】
さらに、特許文献３に記載された構成を採用すると、ＡＧＶのコントローラから目標走行速度信号を入力する必要があり、ＡＧＶとコントローラとの間の信号線が増えることによる実装コストの上昇を招くという問題もあった。
【００２２】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、多数台のＡＧＶが走行する場合でも、各ＡＧＶの走行状態に基づいて最適な監視領域を可変設定可能にして、車間距離を短くできるレーザセンサ及び自動搬送装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の目的を達成するため、本発明によるレーザセンサの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、移動体に搭載され、監視領域に向けて走査した測定光に対する反射光に基づいて前記監視領域への進入体の有無を検知するレーザセンサであって、前記移動体に搭載された速度センサからの信号を入力する信号入力部と、前記信号入力部に入力された信号から前記移動体の速度及び加速度を算出する移動情報算出部と、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度に基づいて前記監視領域を可変に設定する監視領域設定部と、前記監視領域への進入体を検知すると進入体検知信号を出力する信号出力部と、を備えている点にある。
【００２４】
移動体に搭載された速度センサからレーザセンサの信号入力部に信号が入力されると、移動情報算出部によって当該信号から移動体の速度及び加速度が算出され、監視領域設定部によって当該速度及び加速度に基づいた監視領域が設定される。従って、移動体の走行状態に基づいて常に適切な監視領域、例えば進入体が上述した第２監視領域で検知されている間に移動体が停止可能な最も小さな監視領域に高い確率で設定されるようになる。
【００２５】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、監視領域設定部は、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度に基づいて、予め設定された基準監視領域を少なくとも走行方向に拡張または収縮することにより前記監視領域を可変に生成する点にある。
【００２６】
予め設定された基準監視領域を、移動体の速度及び加速度に基づいて、少なくとも走行方向に拡張または収縮することにより新たな監視領域が生成される。これにより監視領域を生成するための演算が簡素化できるようになる。例えば、直進、右折または左折等、移動体の様々な走行状態に対応した基準監視領域が設定されていれば、極めて容易に監視領域を可変設定できるようになる。
【００２７】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、監視領域設定部は、速度及び加速度を変数に含む監視領域生成関数に、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度を適用して前記監視領域を可変に生成する点にある。
【００２８】
予め設定された監視領域生成関数の変数に設定された速度及び加速度に、移動情報算出部で算出された速度及び加速度を代入して関数演算することによって、監視領域が可変に生成されるようになる。例えば、移動体の用途や走行環境等に基づいて監視領域生成関数を作成しておけば様々な用途や走行環境等に対応した適切な監視領域が生成できるようになる。
【００２９】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記移動情報算出部は、算出した加速度が所定の閾値より小さいときに、予め設定した基準加速度を前記移動体の加速度として設定する点にある。
【００３０】
停止から走行開始、或いは定速走行から加速または減速に入るときのように、加速度が小さく安定しない場合には、適切な監視領域を生成できない虞がある。そこで、算出した加速度が所定の閾値より小さいときには、その後の変動を吸収できるように、予め設定した基準加速度を移動体の加速度として監視領域が生成されるようになる。
【００３１】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記監視領域設定部は、少なくとも前記移動体に近接する第１監視領域と、前記第１監視領域に隣接し前記第１監視領域よりも前記移動体から離隔した第２監視領域と、を可変に生成する点にある。
【００３２】
移動体の速度及び加速度に基づいて、移動体に近接する第１監視領域と第１監視領域に隣接し移動体から離隔した第２監視領域の２領域を生成すれば、進入体が移動体に近接する第１監視領域で検知される場合と、移動体から離隔した第２監視領域で検知される場合とで対応を異ならせることができる。例えば、進入体が第１監視領域で検知されると、非常事態の発生として移動体を緊急停止させ、第２監視領域で検知されると回避可能な異常事態の発生として移動体を減速し、状況によって停止または再加速するという柔軟な対処が可能になる。
【００３３】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記信号出力部から出力される進入体検知信号は、前記移動体が停止するか減速するかを判定可能な距離に関する情報を含む信号である点にある。
【００３４】
移動体に出力される進入体検知信号に基づいて移動体は即時停止すべきか減速すべきか等の判断が必要になる。そこで、進入体検知信号に距離に関する情報を含めると、移動体はその情報に基づいて即時停止すべきか減速すべきか等適切な判断ができるようになる。尚、移動体が停止するか減速するかを判定可能な距離に関する情報であり、レーザセンサから進入体までの距離である必要はない。例えば、上述した第五の特徴構成では、進入体が検知された監視領域が第１と第２の何れであるかを識別可能な信号であってもよい。
【００３５】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記監視領域設定部は、前記移動情報算出部で算出された速度及び加速度に加えて、進入体検知後に前記移動体の制動開始までの遅延時間に基づいて前記監視領域を可変に設定する点にある。
【００３６】
監視領域の設定に、進入体検知後に移動体の制動開始までの遅延時間を考慮することで、より適切な監視領域を設定することができるようになる。
【００３７】
本発明による自動搬送装置の第一の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成を備えたレーザセンサが搭載され、前記信号出力部からの進入体検知信号を入力する進入体検知信号入力部を備えている点にある。
【００３８】
移動体は、レーザセンサから進入体検知信号入力部に入力される進入体検知信号に基づいて、進入体に対して適切な対処ができるようになる。
【００３９】
同第二の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記進入体検知信号入力部に入力された進入体検知信号に基づいて移動速度を制御する走行制御部を備えている点にある。
【００４０】
移動体の走行制御部は、進入体検知信号に基づいて進入体に衝突しないように適切に走行制御できるようになる。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明した通り、本発明によれば、多数台のＡＧＶが走行する場合でも、各ＡＧＶの走行状態に基づいて最適な監視領域を可変設定可能にして、車間距離を短くできるレーザセンサ及び自動搬送装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）は本発明によるレーザセンサにより加速時に設定される監視領域の説明図、（ｂ）は同レーザセンサにより減速時に設定される監視領域の説明図
【図２】（ａ）はレーザセンサの外観を示す斜視図、（ｂ）はレーザセンサの内部構造を示す説明図
【図３】（ａ）はレーザセンサと移動体とを電気的に接続するインタフェースの説明図、（ｂ），（ｃ）は基準監視領域設定情報から設定される監視領域の説明図
【図４】（ａ）はレーザセンサの制御回路の機能ブロック構成図、（ｂ）はレーザセンサの信号処理部及びシステム制御部の機能ブロック構成図
【図５】（ａ）は移動体が停止から加速に到った時に制動を開始する場合の停止距離の説明図、（ｂ）は移動体が加速しながら走行している時に制動を開始する場合の停止距離の説明図、（ｃ）は移動体が定速走行中に制動を開始する場合の停止距離の説明図
【図６】レーザセンサによって可変に設定される監視領域の走行方向に沿った長さの変化の基本説明図
【図７】レーザセンサによって可変に設定される監視領域の走行方向に沿った長さの動的変化の説明図
【図８】移動体の走行状態に基づいてレーザセンサによって可変に設定される監視領域の説明図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明によるレーザセンサ及び自動搬送装置について説明する。
図１（ａ），（ｂ）にはＡＧＶである移動体１と、移動体１の進行方向先端部に搭載されたレーザセンサ２と、レーザセンサ２によって進入体の有無が検知される監視領域Ｒ１，Ｒ２が示されている。監視領域Ｒ１，Ｒ２は、移動体１の走行状態に基づいて可変に設定される。白抜きの矢印は加速度の大きさ及び方向である。例えば、加速時には監視領域Ｒ１，Ｒ２が進行方向に拡張され、減速時には監視領域Ｒ１，Ｒ２が進行方向に収縮される。第１監視領域Ｒ１が防護領域となり、第２監視領域Ｒ２が警報領域となる。
【００４４】
レーザセンサ２は、移動体１に近接する第１監視領域Ｒ１と、第１監視領域Ｒ１に隣接し第１監視領域Ｒ１よりも移動体１から離隔した第２監視領域Ｒ２との２つの監視領域を監視し、監視領域Ｒ１，Ｒ２への進入体を検知すると移動体１に進入体検知信号を出力する。移動体１は、進入体検知信号に基づいて減速等必要な制動制御を行ない、進入体との接触事故を回避する。
【００４５】
レーザセンサ２によって防護領域である第１監視領域Ｒ１で人または障害物等の進入体が検知されると、移動体１は衝突を回避するために緊急停止制御を実行して即時停止し、作業員による確認処理が実行されるまで停止状態を継続する。レーザセンサ２によって警報領域である第２監視領域Ｒ２で人または障害物等の進入体が検知されると、移動体１は衝突を回避するために音や光等の警報信号を出力し、減速制御して停止する。停止後または停止するまでに進入体が第２監視領域Ｒ２から退出すると通常の走行制御に復帰する。
【００４６】
図２（ａ）には移動体１に搭載されるレーザセンサ２の外観が示され、図２（ｂ）にはレーザセンサ２の内部構造が示されている。図２（ａ）に示すように、レーザセンサ２は、略直方体形状の下部ケーシング２Ａと、略円筒形状の光学窓２０を備えた上部ケーシング２Ｂを備えている。下部ケーシング２Ａには信号接続部２Ｃと表示部２Ｄが設けられている。
【００４７】
図２（ｂ）に示すように、レーザセンサ２は、発光部３と、受光部４と、偏光ミラー５と、走査機構６と、受光レンズ７と、制御基板８等を備えている。
【００４８】
上部ケーシング２Ｂの上面内壁に設置されたモータ６０と、モータ６０の回転状態を検知するエンコーダ６１を備えて走査機構６が構成され、モータ６０の回転軸に対して４５度の傾斜角度で偏光ミラー５が回転可能に回転軸に取り付けられている。当該エンコーダ６１が測定光の走査角度検出部として機能する。
【００４９】
モータ６０の回転軸と同軸心上に発光部３と受光部４が配置されている。発光部３は近赤外域の発光波長のレーザダイオード３ａと、投光レンズ３ｂを備えている。受光部４はフォトダイオード４ａと増幅回路４ｂを備えて構成され、下部ケーシング２Ａの底部に配置された制御基板８に配置されている。
【００５０】
また、制御基板８には、エンコーダ６１からの信号に基づいてモータ６０を駆動制御し、所定時期にレーザダイオード３ａを発光制御し、受光部４で受光された信号を処理する制御回路９が設けられている。
【００５１】
四本の脚部７１を備えたレンズホルダ７０の鍔部７２に受光レンズ７の周部が固定され、受光レンズ７の光軸中心に形成された円筒状の切欠き部７ａに筒状の投光レンズホルダ３Ｂが挿入され、当該投光レンズホルダ３Ｂに投光レンズ３ｂが保持され、上方からレンズ押え３Ｃで固定されている。
【００５２】
投光レンズホルダ３Ｂの下端部にレーザダイオード３ａが配置され、レーザダイオード３ａがマウントされた矩形形状の基板３ｄの端部がレンズホルダ７０の鍔部７２にボルト固定されている。また、レンズホルダ７０の四本の脚部７１によって制御基板８が固定されている。
【００５３】
発光部３から出力されたパルス状の測定光は、投光レンズ３ｂによりビーム整形されて偏光ミラー５に入射する。当該測定光はモータ６０で回転駆動される偏光ミラー５で偏光反射されて光学窓２０を透過し、監視領域Ｒ１，Ｒ２へ向けて走査される。
【００５４】
測定光に対する反射光が光学窓２０から偏光ミラー５に入射し、受光レンズ７によって受光部４に向けて集光され、受光部４で光信号が電気信号に変換されて信号処理部１０に入力される。
【００５５】
制御回路９によって、レーザダイオード３ａの発光時期から受光部４で受光された反射光の検知時期までの時間差に基づいて、レーザセンサ２から反射光の反射位置つまり物体の位置までの距離が算出される。
【００５６】
さらに制御回路９によって、エンコーダ６１からのパルス信号に基づいて把握される測定光の走査方向と、物体の位置までの距離とに基づいて、予め設定された監視領域Ｒ１，Ｒ２に進入体が存在するか否かが判断され、監視領域Ｒ１，Ｒ２に進入体が存在する場合には、制御回路９に備えた信号出力部から移動体１に進入体検知信号が出力される。
【００５７】
移動体１に組み込まれている速度制御部は、レーザセンサ２から出力される進入体情報に基づいて、防護領域となる第１監視領域Ｒ１に進入体が存在することを認識すると直ちに非常停止して所定の解除操作が為されるまでその状態を継続し、警報領域となる第２監視領域Ｒ２に進入体が存在することを認識すると、減速制御を実行して進入体との接触事故を回避し、その後通常の走行状態に復帰する。
【００５８】
図３に示すように、移動体１の左右の車輪Ｗ１，Ｗ２の車軸には、それぞれ回転速度を検知するインクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２が設けられ、各インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２の出力がレーザセンサ２の信号接続部２Ｃを介して制御回路９に入力されている。
【００５９】
レーザセンサ２の信号接続部２Ｃと移動体１とが信号ケーブルＳＣで接続され、移動体１の制御部の一部を構成する走行制御部１Ａに備えた進入体検知信号入力部１Ｃに当該信号ケーブルＳＣを介して進入体検知信号が入力されるように構成されている。走行制御部１Ａは、レーザセンサ２から進入体検知信号が入力されると、進入体との接触事故を回避するように移動体１の走行速度を制御する。
【００６０】
また、移動体１の走行制御部１Ａからレーザセンサ２の制御回路９に当該信号ケーブルＳＣを介して基準監視領域設定情報が送信されるように構成されている。進入体検知信号や基準監視領域設定情報を送信する信号ケーブルは例えばシリアル通信ケーブルで構成されていることが好ましいが、パラレルの信号線で構成されていてもよい。
【００６１】
図４（ａ）には、レーザセンサ２に組み込まれた制御回路９の機能ブロック図が示されている。制御回路９は、レーザダイオード３ａを駆動する駆動回路３ｄ、フォトダイオード４ａ及び増幅回路４ｂでなる受光部４、測距演算を行なって反射光が検知された物体までの距離を算出するデジタルシグナルプロセッサを備えた信号処理部１０、マイクロコンピュータを備えたシステム制御部１１、モータ６０を駆動するモータ制御回路１２等を備えている。
【００６２】
図４（ｂ）に示すように、信号処理部１０は、走査角度検出部（エンコーダ６１）からのパルス信号に基づいて測定光を出力する走査角度を算出し、所定の走査角度毎に投光部３に発光要求信号を出力するパルス信号生成部１０Ｅと、ＴＯＦ方式が採用された測距演算部１０Ａと、受光部等のセンサ構成部材のばらつきに起因する演算誤差を補正するための補正データが格納された補正データ記憶部１０Ｂと、測距演算部１０Ａによる演算結果を補正データに基づいて補正する補正処理部１０Ｃと、補正後の測距データを記憶する距離情報記憶部１０Ｄ等を備えている。
【００６３】
発光要求信号は測距演算の基準タイミング信号として同時に測距演算部１０Ａにも入力されている。また、偏光ミラー５で回転走査される測定光が、上部ケーシング２Ｂのうち光学窓２０が途切れる基準位置を走査する際に、基準位置に備えた反射部材からの反射光に基づいて演算された測距値が予め設定された基準値となるように補正データが定められている。
【００６４】
システム制御部１１は、走査角度演算部１１Ａと、モータ制御部１１Ｂと、エリア判定部１１Ｃと、監視領域設定部１１Ｄと、移動情報算出部１１Ｅ等を備えている。
【００６５】
走査角度演算部１１Ａは、走査角度検出部（エンコーダ６１）からのパルス信号に基づいて回転速度及び走査角度を算出する機能ブロックであり、モータ制御部１１Ｂは走査角度演算部１１Ａで算出された回転速度に基づいてモータ６０を定速回転で駆動制御する機能ブロックである。
【００６６】
移動情報算出部１１Ｅは、信号入力部ＩＰに入力された二系統のインクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２からのパルス信号から移動体１の速度Ｖを算出する速度算出部ＣＬＶと、算出速度Ｖから移動体１の加速度Ａを算出する加速度算出部ＣＬＡとを備えた機能ブロックである。各インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２は、位相の異なる二相（Ａ相及びＢ相）のパルスが出力されるように構成され、二相の位相から進行方向が判別でき、パルス数から移動距離が算出できるようになる。
【００６７】
監視領域設定部１１Ｄは、移動情報算出部１１Ｅで算出された移動体１の速度及び加速度に基づいて予め設定された基準監視領域設定情報で画定される基準監視領域を拡張または収縮して監視領域Ｒ１，Ｒ２を可変に設定する機能ブロックである。
【００６８】
エリア判定部１１Ｃは、信号処理部１０で算出された物体までの距離データに基づいて、物体が監視領域Ｒ１，Ｒ２に位置している進入体であるか否かを判定し、進入体であると判断した場合には信号出力部となるマイクロコンピュータの出力ポートから進入体検知信号を出力する機能ブロックである。
【００６９】
尚、本実施形態ではエリア判定部１１Ｃと、監視領域設定部１１Ｄと、移動情報算出部１１Ｅの各機能ブロックをシステム制御部１１に備えているが、信号処理部１０に備えた構成であってもよい。
【００７０】
進入体検知信号は、移動体１が停止するか減速するかを判定可能な距離に関する情報を含む信号であり、進入体が存在する監視領域の識別信号が距離に関する情報として付加されている。尚、当該識別信号に進入体の距離データがさらに含まれていてもよい。移動体１は、距離に関する情報に基づいて即時停止すべきか減速すべきか等適切な判断ができるようになる。
【００７１】
つまり、レーザセンサ２は、移動体１に搭載された速度センサとして機能するインクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２からの信号を入力する信号入力部と、信号入力部に入力された信号から移動体１の速度及び加速度を算出する移動情報算出部１１Ｅと、移動情報算出部１１Ｅで算出された速度及び加速度に基づいて監視領域を可変に設定する監視領域設定部１１Ｄと、監視領域への進入体を検知すると進入体検知信号を出力する信号出力部とを備えている。
【００７２】
上述の構成によれば、移動体１の走行状態に基づいて常に適切な監視領域Ｒ１，Ｒ２が設定され、例えば進入体が第２監視領域Ｒ２で検知されている間に移動体１が停止可能な最も小さな第２監視領域Ｒ２に高い確率で設定できるようになる。
【００７３】
また、停止から走行開始、或いは定速走行から加速または減速に入るときのように、加速度が小さく安定しない場合に、適切な監視領域を生成できない虞がある。そのため、移動情報算出部１１Ｅは、算出した加速度が所定の閾値より小さいときには、その後の変動を吸収できるように、予め設定した基準加速度を移動体の加速度として採用するように構成され、監視領域設定部１１Ｄは当該基準加速度に基づいて監視領域を生成するように構成されている。
【００７４】
監視領域設定部１１Ｄは、移動情報算出部１１Ｅで算出された速度及び加速度に加えて、進入体検知後に移動体１の制動開始までの遅延時間つまり応答時間遅れに基づいて、予め設定された基準監視領域を少なくとも走行方向に拡張または収縮することにより監視領域Ｒ１，Ｒ２を可変に生成するように構成されていることが好ましい。
【００７５】
システム制御部１１のうち、速度センサであるインクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２からの信号処理を行なう機能ブロック１１Ｅは、フェールセーフのために二重化され、各インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２から入力されるＡ相、Ｂ相の信号が二重化された移動情報算出部１１Ｅにそれぞれ入力されている。
【００７６】
つまり、移動情報算出部１１Ｅと、移動情報算出部１１ＥにＡ相、Ｂ相の信号を入力するインタフェース回路が夫々二重化されている。そして、移動情報算出部１１Ｅを構成するマイクロコンピュータ同士が通信線を介して接続され、それぞれの信号処理結果が比較され、双方の処理結果が一致している場合に正常であると判定して、一方のマイクロコンピュータに構築された監視領域設定部１１Ｄで監視領域を設定するための速度及び加速度として採用されるように構成されている。
【００７７】
双方の処理結果が不一致の場合には、インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２の故障と判定して故障判定情報を移動体１に出力する。移動体１の走行制御部は即時停止制御し、作業員による復旧処理と確認処理が実行されるまで停止状態を継続する。つまり、第１監視領域Ｒ１に進入体が検知された場合と同様の動作が実行される。
【００７８】
操舵用の前輪と従動する後輪を備えた四輪の移動体１では、インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２を前輪または後輪の何れに装着してもよい。また前輪と後輪の双方に装着してもよい。何れの場合にも上述したファールセーフ構成が採用されることが好ましい。
【００７９】
尚、移動体１の左右の車輪の回転速度を異ならせることによって旋回動作を行なうような移動体１の場合には、直進時のみ上述したフェールセーフ処理が機能し、インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２の出力信号が異なる旋回時には、フェールセーフ処理は行なわれない。換言すると、監視領域設定部１１Ｄで監視領域が可変設定されるのは、移動体１が直進走行する時のみとなる。
【００８０】
この場合、移動体１の走行制御部１Ａから信号ケーブルＳＣを介してレーザセンサ２に直進走行か、旋回走行かの識別信号が送信され、レーザセンサ２によって監視領域を可変設定するか否かが判断される。旋回時には移動体１の走行速度が制限され、レーザセンサ２は予め設定された固定の監視領域Ｒ１，Ｒ２に設定される。回転時にもフェールセーフ処理を行なう場合には、インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２自体を冗長設置すればよい。
【００８１】
以下、監視領域設定部１１Ｄによって設定される監視領域の具体例を説明する。図３（ｂ），（ｃ）の左側には、移動体１から入力される基準監視領域設定情報で規定される第１基準監視領域ＲＢ１及び第２基準監視領域ＲＢ２が示され、右側には監視領域設定部１１Ｄによって設定された第１監視領域Ｒ１及び第２基視領域Ｒ２が示されている。
【００８２】
第１基準監視領域ＲＢ１は平面視でレーザセンサ２を頂点とする幅Ｗ、進行方向長さＬＢ１の五角形（ベースボールゲームのホームベースの形状に似ている）に設定され、第２基準監視領域ＲＢ２は幅Ｗ、進行方向長さＬＢ２の矩形に形成されている。
【００８３】
監視領域設定部１１Ｄは、移動体１の速度、加速度、移動体１の応答時間遅れに基づいて進行方向長さを可変に設定する。図３（ｂ）には第２基準監視領域ＲＢ２のみ進行方向長さをＬ２に設定する例が示され、図３（ｃ）には第１基準監視領域ＲＢ１の進行方向長さをＬ１に設定するとともに、第２基準監視領域ＲＢ２の進行方向長さをＬ２に設定する例が示されている。
【００８４】
この例では、何れも幅Ｗは一定に保持されているが、幅Ｗも移動体の速度、加速度、移動体１の応答時間遅れや走行環境に基づいて可変に設定されるように構成されていてもよい。さらに、第１基準監視領域ＲＢ１のレーザセンサ２の位置に対応する頂点の角度を可変に設定してもよい。各基準監視領域の形状は、五角形または矩形に限られるものでもなく、多角形、長円形、或いはそれらを組み合わせた複合形状であってもよい。
【００８５】
例えば、移動体１は広い領域を走行する場合や、両側を壁で仕切られた通路のように幅の限られた場所を走行する場合がある。このような場合には、予め複数の幅Ｗをもつ基準監視領域を備え、走行環境に応じて適宜適切な幅をもつ基準監視領域に切り替えるように構成することができる。走行環境に応じた基準監視領域の切り替えは、領域設定情報としてセンサ外部から与えても良いし、エリア判定処理部（１１Ｃ）の検出情報に基づいてセンサ自体で判定してもよい。
【００８６】
第１基準監視領域ＲＢ１及び第２基準監視領域ＲＢ２の進行方向長さは、例えば以下に示す複数の走行パターン毎の演算結果に基づいて決定される。
図５（ａ）は移動体１が停止から加速に到った時に制動を開始する場合、図５（ｂ）は移動体１が加速しながら走行している時に制動を開始する場合、図５（ｃ）は移動体１が定速走行中に制動を開始する場合の代表的な走行パターンが例示されている。
【００８７】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される空走時間Ｔ１はレーザセンサ２による進入体検知後に移動体１が制動開始するまでの応答時間遅れ時間であり、減速停止時間Ｔｓは制動開始後停止までの時間である。減速停止時間Ｔｓは、制動開始時の速度を加速度（負の値）で除した値となる。速度特性を示す直線と時間軸で囲まれた領域の面積が制動距離となる。図から明らかなように、空走距離と制動停止距離を加算した値が制動距離となる。
【００８８】
二重化された移動情報算出部１１Ｅの双方で、インクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２からの入力信号の差が所定の閾値よりも小さく、信頼できると判断されると、一方の移動情報算出部１１ＥによってインクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２の出力信号から移動体１の速度が算出され、過去に算出されメモリに記憶された速度との差分ΔＶがその間の時間差Δｔで除されて加速度が算出される。
【００８９】
移動情報算出部１１Ｅによって算出された２つのインクリメンタルエンコーダＥ１，Ｅ２に対応する２つの速度の平均値が移動体１の速度Ｖ０として監視領域設定部１１Ｄに出力され、同様に２つの加速度の平均値が移動体１の加速度αｆ，αｂとして監視領域設定部１１Ｄに出力される。
【００９０】
ΔＶ＞０のときの加速度がαｆ、ΔＶ＜０のときの加速度がαｂ（ｆはforward、ｂはbackwardの略記である。）となる。時間Δｔは、レーザセンサ２の走査周期の整数倍に設定されることが好ましく、本実施形態ではレーザセンサ２の走査周期である３０ミリ秒に設定され、３０ミリ秒毎に監視領域Ｒ１，Ｒ２が更新される。
【００９１】
加速度αｆが所定の閾値αｆｔｈよりも小さいときに基準加速度として加速度αｆｍａｘが採用され、加速度αｂが所定の閾値αｂｔｈよりも小さいときに基準加速度として加速度αｂｍｉｎが採用される。αｆｍａｘは無荷重での移動体の加速度（想定される最大加速度）であり、αｂｍｉｎは最大積載荷重がかかった移動体の加速度（想定される最低の減速加速度）である。閾値αｆｔｈ，αｂｔｈは移動体１の走行特性によって適宜設定される値である。
【００９２】
監視領域設定部１１Ｄは、以下に示す数式に基づいて制動距離を算出し、算出した制動距離または算出した制動距離に所定の余裕度を見込んだ値が、図３（ｂ），（ｃ）の第２監視領域Ｒ２の進行方向長さＬ２として設定される。
【００９３】
Ａ：αｆ＜αｆｔｈのとき、
制動距離＝V０×T1＋1/2×αｆｍａｘ×T12＋1/2×（αｆｍａｘ×T1）2／αｂｍｉｎ
（Ｖ０＝０の場合が図５（ａ）に対応する。）
Ｂ：αｆ≧αｆｔｈのとき、
制動距離＝V０×T1＋1/2×αｆ×T12＋1/2×（αｆ×T1）2／αｂｍｉｎ
Ｃ：αｂ＜αｂｔｈのとき、
制動距離＝V０×T1＋1/2×V０2／αｂｍｉｎ
Ｄ：αｂ≧αｂｔｈのとき、
制動距離＝V０×T1＋1/2×V０2／αｂ
【００９４】
監視領域設定部１１Ｄは、上述の数式でαｂに代えてαｂｍａｘを採用することにより算出した制動距離、または算出した制動距離に所定の余裕度を見込んだ値が、図３（ｃ）の第１監視領域Ｒ１の進行方向長さＬ１に設定される。αｂｍａｘとは、緊急停止のための減速時の最大加速度、例えば移動体１の走行モータをロックした場合の負の最大加速度等を採用することができる。
【００９５】
図６には、上述したＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応して監視領域設定部１１Ｄによって設定される第２監視領域Ｒ２の進行方向長さＬ２が示され、図７には、ダイナミックに第２監視領域Ｒ２の進行方向長さＬ２が設定される様子が示されている。レーザセンサ２により第２監視領域Ｒ２で進入体が検知され、移動体１が制動している途中で進入体が検知されなくなった場合、再度進入体が検知される虞があるため、直ちに加速するのではなく、一定時間その時の速度を維持した後に加速制御するように構成するのが好ましい。
【００９６】
図８には、移動体１であるＡＧＶの速度Ｖ及び加速度αに対して、監視領域Ｒ１，Ｒ２がどのように変化するのかが例示されている。例えば、加速時には速度が上昇するに連れて監視領域Ｒ１，Ｒ２が進行方向に延び（Ａ参照）、定速走行時には速度が上昇するに連れて監視領域Ｒ１，Ｒ２が進行方向に延びるが、加速時ほどには延びない様子が示されている（Ｂ参照）。また、監視領域Ｒ１，Ｒ２が進行方向に拡張または収縮する態様に限らず、進行方向に直交する幅方向に拡張または収縮するように構成されていてもよい。この場合、算出された制動距離に対して一定の比率で幅方向に拡張または収縮するように設定することができる。
【００９７】
監視領域設定部１１Ｄは、速度及び加速度を変数に含む監視領域生成関数に、移動情報算出部１１Ｅで算出された速度及び加速度を適用して監視領域Ｒ１，Ｒ２を可変に生成するように構成してもよい。例えば、監視領域Ｒ１，Ｒ２の進行方向及び進行方向に直交する幅方向のサイズを、速度及び加速度等の変数とする監視領域生成関数として予め設定しておき、算出された速度及び加速度等を代入することによって監視領域Ｒ１，Ｒ２を設定してもよい。監視領域生成関数は初期に移動体１からレーザセンサ２に入力されるように構成すればよい。
【００９８】
例えば、移動体の用途や走行環境等に基づいて監視領域生成関数を作成しておけば様々な用途や走行環境等に対応した適切な監視領域が生成できるようになる。尚、基準領域設定情報は、移動体１から送信されるように構成する以外に、初期設定として別途レーザセンサ２に設定される構成でもよい。速度、加速度に応じて設定される監視領域についても、初期設定として予め速度・加速度と関連付けでレーザセンサに設定・記憶させておき、移動情報算出部１１Ｅの算出結果に基づき監視領域設定部１１Ｄが適宜監視領域Ｒ１、Ｒ２を選択するように構成してもよい。
【００９９】
上述した実施形態は、本発明によるレーザセンサ及び自動搬送装置の一例であり、レーザセンサの具体的構造、信号処理部及びシステム制御部の具体的な回路構成等は、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計できることはいうまでもなく、本発明の技術的範囲が上述の例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１００】
１：移動体
２：レーザセンサ
Ｅ１，Ｅ２：インクリメンタルエンコーダ（速度センサ）
１１Ｅ：移動情報算出部
１１Ｄ：監視領域設定部
【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】
2015230527.tif 000007
【図６】
2015230527.tif 000008
【図７】
2015230527.tif 000009
【図８】
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