(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車に設けられて台車の車体周辺部のセンシングを行う複数個のセンサからの出力をもとに障害物の検出及び回避や通路に対する車体の平行度補償を行うセンサ用プログラムと、台車に設けた複数個のカメラから得られる台車の進行方向の画像をもとに通路の交差点やコーナーなどを認識する画像用プログラムと、上記両プログラムの演算結果に応じて進行方向の決定と走行速度や操舵量の制御を行うメインプログラムとで台車の走行操舵を制御する無人移動台車の制御方法であって、センサ用プログラムは台車車体の前部寄りの両側に取り付けたセンサの出力をもとに前進時の壁の有無の判定を行い、台車車体の後部寄りの両側に取り付けたセンサの出力をもとに後退時の壁の判定を行い、上記画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線の途切れ部分の検出で交差点やＴ字路を認識することを特徴とする無人移動台車の制御方法。
【請求項２】
上記画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線の途切れ部分の検出と同時に途切れ部までの距離の計測を行い、メインプログラムは上記途切れ部に対応するセンサ用プログラムの出力結果との照合により、Ｔ字路または交差点と障害物との識別を行うことを特徴とする請求項１記載の無人移動台車の制御方法。
【請求項３】
上記メインプログラムは、障害物検出時の回避動作を画像用プログラムが行った画像処理の結果に基づいて行うことを特徴とする請求項１または２記載の無人移動台車の制御方法。
【請求項４】
上記画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線を画像の水平方向において検出することでコーナーや行き止まりを認識することを特徴とする請求項１記載の無人移動台車の制御方法。
【請求項５】
上記センサ用プログラムにおいて車体側面のセンサによる壁の検出に際して、壁までの距離が有無判定の閾値以上もしくは以下の状態が一定時間以上維持された時点で台車側部での通路有無を判定することを特徴とする請求項１または４記載の無人移動台車の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工場や事務所、病院、福祉施設といった施設において無人で目的地まで移動を行う無人移動台車の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無人移動台車の走行及び操舵の制御については、従来より台車周辺のセンシングを行う複数のセンサの信号を処理することで行うもの（例えば特開平７−１４１０２６号公報）と、台車に設けたカメラからの画像処理に基づいて行うもの（例えば特開平５−４６２４０号公報）との２種が提供されている。
【０００３】
前者の場合、たとえば台車の前後左右に超音波センサのようなセンサを取り付けて、前後のセンサで障害物の検知を、左右のセンサで通路に対する車体の平行度を検出し、これらの検出結果に基づいて走行と操舵とを行う。
【０００４】
後者の場合、撮像した画像から交差点やコーナーなどにある誘導用マーカを検出して、台車を追従させることがなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところでセンサを用いたものでは、障害物を検出することは可能であるが、移動路に交差点があるといった環境では、これらと障害物とを識別することが困難である。
【０００６】
また、画像処理に基づくものでは、通路上に存在する未知のあらゆる障害物を検出することが困難であり、また誘導用のマーカを使用する時、予めマーカを設置しなくてはならない。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは移動路に誘導用マーカを設置しなくてもよい上に、交差点がある環境でも通路上にある障害物を回避して指示された目的地までの無人走行を行わせることができる無人移動台車の制御方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、台車に設けられて台車の車体周辺部のセンシングを行う複数個のセンサからの出力をもとに障害物の検出及び回避や通路に対する車体の平行度補償を行うセンサ用プログラムと、台車に設けた複数個のカメラから得られる台車の進行方向の画像をもとに通路の交差点やコーナーなどを認識する画像用プログラムと、上記両プログラムの演算結果に応じて進行方向の決定と走行速度や操舵量の制御を行うメインプログラムとで台車の走行操舵を制御する無人移動台車の制御方法であって、センサ用プログラムは台車車体の前部寄りの両側に取り付けたセンサの出力をもとに前進時の壁の有無の判定を行い、台車車体の後部寄りの両側に取り付けたセンサの出力をもとに後退時の壁の判定を行い、上記画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線の途切れ部分の検出で交差点やＴ字路を認識することに特徴を有している。センサの出力結果とカメラによる画像の処理結果とを勘案して制御するものである。
【０００９】
上記画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線の途切れ部分の検出と同時に途切れ部までの距離の計測を行い、メインプログラムは上記途切れ部に対応するセンサ用プログラムの出力結果との照合により、Ｔ字路または交差点と障害物との識別を行うようにしておくのが好ましい。また、障害物検出時の回避動作を画像用プログラムが行った画像処理の結果に基づいて行うのが好ましい。
【００１０】
画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線を画像の水平方向において検出することでコーナーや行き止まりを認識するようにすればよい。
【００１２】
センサ用プログラムにおいて車体側面のセンサによる壁の検出に際しては、壁までの距離が有無判定の閾値以上もしくは以下の状態が一定時間以上維持された時点で台車側部での通路有無を判定することが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１は本発明において用いる無人移動台車の構成を示しており、独立駆動されることで操舵も兼ねている左右の駆動車輪のための駆動モータ４，４を備えて、該駆動モータ４，４を作動させることによって走行及び操舵を行う台車は、その車体の前後及び左右に夫々赤外線センサーや超音波センサーのような非接触式の距離検知センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えて、前方と後方並びに左右の側方の障害物や移動路に沿った壁を検出することができるようになっている。
【００２１】
また、上記台車車体は前方に向けた左右一対のカメラ２ａ，２ｂを撮像手段として備えており、これらカメラ２ａ，２ｂが接続された画像処理装置８では、ステレオ視による距離測定を行うことができるものとなっている。なお、上記両カメラ２ａ，２ｂはカメラ回転機構３上に設置されて、その向きを変えることができるために、後退時にも進行方向の画像を得ることができる。
【００２２】
上記駆動モータ４，４及び上記カメラ回転機構３の駆動制御を行う制御装置６は、マイクロコンピュータで構成されたもので、上記画像処理装置８を介してカメラ２ａ，２ｂが接続されているとともに、Ａ／Ｄ変換装置７を介して各センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄも接続されており、さらには上記駆動モータ４に付設されたエンコーダ５が接続されている。このエンコーダ５は、走行距離の計測のためのものである。
【００２３】
上記制御装置６は、画像処理装置８を通じて得た情報と、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから得た情報、そしてエンコーダ５を通じて得た走行距離情報をもとに、台車の走行と操舵についての制御を行うのであるが、この制御装置６では、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄからの信号によって障害物回避や台車の通路に対する平行度の補償を行うセンサ用プログラムと、カメラ２ａ，２ｂから得られた画像によって通路や交差点などの認識を行う画像用プログラムと、この両プログラムの演算結果に応じて右左折などの進行方向の決定を行うメインプログラムを並列的に実行することで、走行速度や操舵量を決定して台車の移動動作を制御する。また、上記エンコーダ５からのパルス信号をカウントして走行距離に変換することも、上記制御装置６において行う。
【００２４】
次に、制御装置６において行う処理について説明する。台車１の進行方向に図２(a)に示すように、交差点１０やＴ字路１１があった場合、カメラからの画像（図２(b)参照）を画像用プログラムで処理した結果、壁との境界線が途切れた部分イが認識される。途切れた部分イが左右両方にある場合は交差点１０が、片側のみにある場合はＴ字路１１があることを制御装置６で検出することができる。
【００２５】
もっとも、図３に示すように通路端に障害物１２があった場合でも、上記画像用プログラムでは壁との境界線が途切れて認識されてＴ字路１１と誤認されるおそれがある。このために、台車車体の進行方向側に取り付けたセンサ１ａもしくはセンサ１ｂの信号をセンサ用プログラムで処理し、障害物１２を検知した場合は途切れた部分が交差点やＴ字路でないと識別するものであり、障害物１２を検知しなかった場合は交差点等であると識別する。
【００２６】
そして、壁との境界線が途切れている部分が障害物１２によるものであると判定した場合、回避動作を行うことが必要となる。この際、図４に示すように、左側の境界線に途切れがあった場合、右側に回避動作を、右側の境界線に途切れがあった場合、左側に回避動作を行うことにより、障害物によって行き詰まって後退を余儀なくされることを防ぐことができる。
【００２７】
また、図５(a)及び図６(a)に示すように、台車の進行方向にコーナー１３や行き止まり１４があった場合、カメラからの画像を画像用プログラムで処理した結果、壁との境界線が水平方向に認識されるが、図６(b)に示すように水平方向に認識された境界線で左右両方の境界線が途切れている場合は行き止まり１４であることを、図５(b)に示すように水平方向に認識された境界線で片側の境界線のみが途切れている場合は他の片側へと曲がっているコーナー１３であることを認識することができる。
【００２８】
台車の通路が略９０°の縦横に交差している環境下では、台車が交差点１０に進入したとき、図７(a)に示すように、左右に取り付けられたセンサ１ｃ，１dは壁の反応が無い状態となり、センサ用プログラムでこれが検出される。一方、交差点への進入前にカメラ２ａ，２ｂからの画像を画像用プログラムが処理することで、この交差点１０の認識と距離の計測とがなされているので、走行距離とこれらを照合することで、交差点１０への進入が確実に検出される。
【００２９】
交差点１０から通路へ進入する場合は、図７(b)に示すように、左右のセンサ１ｃ，１ｄで壁の反応が得られるようになるために、同様にセンサ用プログラムでこれが検出され、画像用プログラムの処理結果と走行距離とを照合することで通路への進入が確実に検出される。同様の手法でＴ字路への進入やコーナーへの進入の検出も行うことができる。
【００３０】
左右のセンサ１ｃ，１ｄで交差点などへの進入を検出する場合、センサ１ｃ，１ｄで得られる壁の反応の有無を、図８に示すように、一定時間Ｔ同じ状態が維持されるかどうかで判定を行う。これにより、ノイズｎの混入や机の脚のような棒状の障害物による誤検出を防止することができる。
【００３１】
台車車体の側部にセンサ１ｃ、１ｄだけでなく、前側と後側についての両側に夫々センサ１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを取りつけて、図９に示すように、前進中は前側のセンサ１ｃ，１ｄで、後退動作中は後側のセンサ１ｅ，１ｆで交差点等への進入を検出すれば、早い段階で交差点などへの進入を検出することが可能となる。
【００３２】
また、先に述べたように、通路が略９０°の縦横に交差している環境下では、上述の手法で交差点への進入などを検出し、図１０(a)に示すような出発地１５からコーナー１７、交差点１８、Ｔ字路１９を経た目的地１６までの経路を、左側のセンサ１ｃと右側のセンサ１ｄとの図１０(b)に示す壁の反応の有無の変化で置換して記憶することができる。
【００３３】
ところで、カメラ２ａ，２ｂからの画像を画像用プログラムで処理した結果、左側の通路端を示す壁との境界線（もしくはその延長線）が、右側の通路端を示す壁との境界線（もしくはその延長線）と画面上で交差する位置を求めることで、台車の通路に対する大よその向きを検出することができる。図１１に示すように、右に傾いている場合、交差する位置は左に偏り、左に傾いている場合はその逆となる。
【００３４】
また、センサ用プログラムにおいて、走行中の左右のセンサ１ｃ，１ｄの出力変化を監視し、車体の通路に対する平行度を補償するように操舵量を制御しているのであるが、この時、図１２に示すように、センサ用プログラムで検出された台車車体の通路に対する向きと、画像用プログラムで検出されたそれとが大よそ一致した場合のみ、その結果を補償するような操舵量の制御を行う。この結果、正確な台車の通路に対する平行度の保持がなされる。
【００３５】
一方、台車が通路の交差点を直進する際などは、台車側部のセンサ１ｃ，１ｄは壁の反応が無い状態となるため、センサ用プログラムの処理結果で操舵量の制御を行うと意図しない台車の動作となる。そこで、図１３に示すように、台車側部のセンサ１ｃ，１ｄの反応に急激な変化があった場合は、センサ用プログラムでの通路に対する車体の平行度補償を中止することによってこれを防ぐ。
【００３６】
また、図１４に示すように、制御装置６を上位コンピュータ６１と下位コンピュータ６２とに分離し、センサ用プログラムと画像用プログラムを下位コンピュータ６２で、それらの演算結果に応じて右左折などの進行方向の決定を行うメインプログラムを上位コンピュータ６１で実行するものとし、そして上位コンピュータ６１に電力供給を行う電源６３の容量を下位コンピュータ６２に電力供給を行う電源６４の容量よりも大きくしておく。これによって上位コンピュータ６１の安定性を下位コンピュータ６２の安定性よりも高くしておくことができ、誤った指示による台車の暴走等を防止することができる。また、上位コンピュータ６１と下位コンピュータ６２の間で相互に正常動作を確認することにより、さらに安全性を高めることができる。
【００３７】
加えるに、制御装置６が無線通信装置を備えて据え付けられた管理コンピュータなどと通信することができるようにしておくことで、管理コンピュータ側で台車の異常や現在位置の把握及び指示目的地の変更が可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、台車に設けられて台車の車体周辺部のセンシングを行う複数個のセンサからの出力をもとに障害物の検出及び回避や通路に対する車体の平行度補償を行うセンサ用プログラムと、台車に設けた複数個のカメラから得られる台車の進行方向の画像をもとに通路の交差点やコーナーなどを認識する画像用プログラムと、上記両プログラムの演算結果に応じて進行方向の決定と走行速度や操舵量の制御を行うメインプログラムとで台車の走行操舵を制御する無人移動台車の制御方法であって、センサ用プログラムは台車車体の前部寄りの両側に取り付けたセンサの出力をもとに前進時の壁の有無の判定を行い、台車車体の後部寄りの両側に取り付けたセンサの出力をもとに後退時の壁の判定を行い、上記画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線の途切れ部分の検出で交差点やＴ字路を認識するために、つまりはセンサの出力結果とカメラによる画像の処理結果とを勘案して制御するために、移動路に誘導用マーカを設置しなくてもよい上に、交差点や行き止まりなどがある環境でも通路上にある障害物を回避して指示された目的地までの無人走行を行わせることができるものであり、また、センサによって交差点等へ進入や通路への進入を早めに検出することができ、交差点において曲がる場合など、その操舵動作の容易化を図ることができ、カメラによって交差点やＴ字路の検出を確実に行うことができる。
【００４０】
特に画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線の途切れ部分の検出と同時に途切れ部までの距離の計測を行い、メインプログラムは上記途切れ部に対応するセンサ用プログラムの出力結果との照合により、Ｔ字路または交差点と障害物との識別を行うようにしておくことで、障害物とＴ字路または交差点の検出に支障をもたらすことがなくなる。
【００４１】
また、障害物検出時の回避動作を画像用プログラムが行った画像処理の結果に基づいて行うと、障害物回避の確実性が向上する。
【００４２】
画像用プログラムは通路端を示す壁との境界線を画像の水平方向において検出することでコーナーや行き止まりを認識するものとすれば、コーナーや行き止まりを確実に検出することができる。
【００４５】
センサ用プログラムにおいて車体側面のセンサによる壁の検出に際しては、壁までの距離が有無判定の閾値以上もしくは以下の状態が一定時間以上維持された時点で台車側部での通路有無を判定することで、交差点等への進入、あるいは交差点等から通路への進入の検出についての確実性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のブロック回路図である。
【図２】同上の交差点及びＴ字路における動作説明図である。
【図３】同上の障害物検出についての動作説明図である。
【図４】同上の障害物回避についての動作フローチャートである。
【図５】同上のコーナー部における動作説明図である。
【図６】同上の行き止まりにおける動作説明図である。
【図７】同上の交差点についての動作説明図である。
【図８】同上の交差点検出にあたってのノイズ対策に関するタイムチャートである。
【図９】同上の交差点についての他の動作説明図である。
【図１０】同上の経路記憶に関する説明図である。
【図１１】同上の画像処理による車体平行度の検出についての説明図である。
【図１２】同上の操舵量決定についてのフローチャートである。
【図１３】同上の操舵量決定についての他のフローチャートである。
【図１４】他例のブロック回路図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  センサ
２ａ，２ｂ  カメラ
４  駆動モータ
５  モータエンコーダ
６  制御装置
【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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【図１４】
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