JPH073733A - 白線引きロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】道路に引いた消えかかった白線を引き直すロボ
ットを提供する。 【構成】白線引きロボットは方位計と傾斜計と距離計を
有し、推測航法で走行するする車体部（イ）と、清掃の
ためのブラシ（ロ）、接着液散布機（ハ）、ペンキの保
温釜（ニ）、ペンキの自動流量制御システム（ホ）、ペ
ンキの吐出口（ヘ）、ビーズ玉散布機（ト）、前方の消
えかかった白線の位置を検出するＴＶカメラ１（チ）、
破線の端点に貼ったテープを検出するＴＶカメラ２
（リ）、白線やテープの位置を計測する画像処理システ
ム（ヌ）、操作卓（ル）とナビゲーションシステム
（ヲ）などからなる。 【効果】このロボットを使うことによって、作業員は従
来の方法に比べて１／３〜１／２に減らすことができ、
作業者は熟練者でなくても良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］アスファルト舗装道路に引かれた
消えかかった白線を引き直すロボットに関する。

［従来の技術］従来の白線の引き直し作業の概略は次の
通りである。

１）小型トラックから白線引き装置を道路に降ろす。

２）トラック上のペンキの入ったタンクをガスコンロで
熱して、ペンキを溶解し、ペンキを白線引き装置の保温
釜に流し込む。

３）１人の作業員が白線上の塵を箒で掃く。

４）２人ないし３人の作業員が消えかかった白線の適当
な長さの区間の始端と終端に立ち、その区間の間にチタ
ンの白粉を付けた糸を張り、糸を弾いてチタン粉の直線
を引く。この作業は一般に毛がきと呼ばれる。

５）１人の作業員がペンキののりをよくする目的で接着
液をプライマーと呼ぶ手押し車で散布する。

６）１人の作業員が毛がきした直線に沿って白線引き装
置を押しながら、ペンキ溜の流出口を開き道路にペンキ
を塗布する。同時にビース玉の流出口を開き、塗ったば
かりのペンキの上に振りかける。

７）ペンキ塗布の作業中に毛がきした線の位置を目測
し、その上に白ペンキの吐出口が来るように白線引き装
置を操縦し、同時にペンキ溜めに適正量のペンキがある
ようにペンキの流出バルブを制御し、ビーズ玉の流出バ
ルブを開いて塗布したペンキの上に振りかける。一方、
屋外自律移動ロボットの分野で、道路の白線を画像処理
によって抽出し、それに沿って走行させる視覚誘導制御
の研究が盛んに行われているが、鮮明な白線を対象にし
ており、消えかかった不鮮明な白線を抽出し位置決めす
る技術は確立していない。

［発明が解決しようとする問題点］上述した白線引き直
し作業には３つの問題点がある。

１）５〜７人の作業員を必要とするので作業員の数を少
なくする必要がある。

２）消えかかった白線の位置決めをする操作と白線引き
装置を操縦する操作と保温釜のペンキの流出バルブを操
作する作業とビーズ玉の流出バルブを操作する作業を並
列に行うため熟練作業員を要する。

３）作業が自動車が走行する道路で行うために作業員を
交通事故から護る問題と、排気ガス、塵埃、太陽直射な
どの作業環境を改善する必要がある。本発明はこれらの
問題点を解決するために、白線引き作業を行うロボット
を作ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］白線引きロボットは第
１図に示すように、方位計と傾斜計と距離計を有し推測
航法により走行する車体部（イ）と、その車体部に搭載
した清掃のためのブラシ（ロ）、接着液散布機（ハ）、
ペンキの保温釜（ニ）、ペンキの自動流量制御システム
（ホ）、ペンキの吐出口（ヘ）、ビーズ玉の散布機
（ト）と、前方の消えかかった白線の位置を検出するた
めに吐出口を通る垂直面上に取り付けたＴＶカメラ１
（チ）、破線の端点に貼ったテープを検出するために真
下を向けて取り付けたＴＶカメラ２（リ）、ＴＶカメラ
の画像を処理し白線やテープの位置を計測する画像処理
システム（ヌ）と、操作卓（ル）とナビゲーションシス
テム（ヲ）、オペレータが乗るためのステップ（ワ）か
らなる。操作卓とロボットには無線通信機（カ）がつい
ており、ロボットから取り外し遠隔操縦することができ
る。オペレータは安全な歩道に立ちロボットの作業を監
視しながら遠隔操縦することができる。操作卓には第２
図に示すように、走行モードスイッチ（ヨ）と走行距離
スイッチ（タ）、回転半径ロータリスイッチ（レ）と左
寄り・右寄りスイッチ（ソ）、作業の種類を指定するス
イッチ（ツ），走行速度を２段階に変えるための高速・
低速スイッチ（ネ）、走行・停止ボタン（ナ）、および
高速走行時にオペレータが操舵するためのハンドル
（ラ）がある。走行モードスイッチは４つあり、それぞ
れ白線フォローモード、破線フォローモード、直線走行
モード、円弧走行モードスイッチと呼ぶ。これらの４つ
のスイッチは排他的で常に１つしか押すことは出来な
い。白線フォローモードスイッチは、画像処理により消
えかかった白線の位置を検出し、白線の中央にペンキ吐
出口が来るようにロボットの走行制御をするモードを指
定するスイッチである。指定した距離だけ走行すると停
止する。破線フォローモードスイッチは、画像処理によ
り消えかかった破線の位置を検出し、破線の中央にペン
キ吐出口が来るようにロボットの走行制御をするモード
を指定するスイッチである。指定した距離だけ走行する
と停止する。直線走行モードスイッチは、指定した距離
だけ推測航法で直線走行するモードを指定するスイッチ
である。推測航法中に目標方向からズレてきた場合に補
正するための左寄りスイッチと右寄りスイッチがあり、
このスイッチを１回押す度に一定量方向の補正が行われ
る。円弧走行モードスイッチは、ロータリスイッチで指
定した回転半径で距離スイッチで指定した距離だけ推測
航法で円弧走行するスイッチである。作業の種類を指定
するスイッチは４つありそれぞれ、清掃スイッチ、接着
液スイッチ、ペンキスイッチ、ビーズスイッチと呼ぶ。
同時に複数のスイッチをＯＮにすることが出来る。これ
らのスイッチによって指定する作業は走行ボタンがＯＮ
の間だけ実行される。清掃スイッチは白線上の塵埃を払
うためのブラシを回転させるスイッチである。接着液ス
イッチは、接着液を散布する装置を起動するスイッチで
ある。ペンキスイッチは、ペンキの自動流量制御システ
ムを起動し、ペンキの吐出口を開くスイッチである。ビ
ーズスイッチはビーズ玉を散布する装置を起動するスイ
ッチである。

［作用］オペレータは白線の状態によって走行モードを
選択する。作業をするときは常に低速スイッチをＯＮに
する。ロボットを作業の出発点に移動させる時は高速ス
イッチをＯＮにしオペレータがロボットに乗ってハンド
ルで操舵する。

１）白線フォローモードにおけるロボットの作用 最初に白線上の塵埃の清掃作業を行う。オペレータはロ
ボットを出発点に移動し、白線の方向を向けてその延長
線上に吐出口が位置するようにロボットを置く。清掃ス
イッチと白線フォロースイッチをＯＮにし走行ボタンを
押す。白線フォローモードの走行は次の通りである。ロ
ボットはＴＶカメラ１で前方の消えかかった白線の位置
を検出し、その上にペンキの吐出口が来るように走行す
る。この間オペレータはロボットが望ましい走行をして
いるか否か監視する。消えかかった白線から外れたり、
あるいは白線が不正な蛇行をする場合は、オペレータは
左寄りまたは右寄りスイッチを押して蛇行を補正しなが
走行する。距離スイッチで指定した距離走行するとロボ
ットは停止する。この間にロボットはブラシで白線上の
塵埃を清掃する。次に、白線の上に接着液を散布する作
業を行う。オペレータはロボットを清掃作業の場合と同
じ出発点に同じ方向に向けてロボットを置いてから、接
着液スイッチと白線フォローモードスイッチをＯＮに
し、距離スイッチを清掃した距離にあわせてから走行ボ
タンを押す。ロボットは接着液を散布しつつ白線フォロ
ーモードで走行する。次に、白線塗布作業をする。オペ
レータはロボットを接着液散布作業の場合と同じ出発点
に同じ方向に向けてロボットを置いてから、ペンキスイ
ッチと白線フォローモードスイッチをＯＮにし、距離ス
イッチを接着液を散布した距離にあわせてから走行ボタ
ンを押す。ロボットはペンキを塗布しつつ白線フォロー
モードで走行する。

２）破線フォローモードにおけるロボットの作用 白線上の塵埃の清掃作業と接着液の散布作業は、白線フ
ォローモードにおける作業と変わらない。ただし、距離
スイッチは破線の長さよ少し長く設定する。ロボットに
端点の位置を教示する目的と破線の端点のエッジを揃え
る目的で第３図に示すようにテープを貼る。第３図で
（オ）は消えかかった白線で（ク）はテープである。オ
ペレータはロボットを白線フォローモードのペンキ塗布
作業の場合と同じく出発点に同じ方向に向けてロボット
を置いてから、ペンキスイッチと破線フォローモードス
イッチをＯＮにしてから走行ボタンを押す。ロボットは
ＴＶカメラ２でテープを検出しペンキの塗布を開始し終
端のテープを検出し塗布を止める。オペレータはそのあ
とテープをはがす。

３）直線走行モードにおけるロボットの作用 白線が消えてしまったか最初から白線が塗布されてない
道路に白線を引く場合、オペレータは毛がきをする。こ
の作業は数メートルおきに白線を塗布する位置の目印を
つけるのが目的であり、この目的を満たすものであれば
毛がきでなくてもよい。白線フォローモードの場合と同
じく、塵埃の清掃作業、接着液散布作業、ペンキ塗布作
業をする。塵埃の清掃作業で距離スイッチに走行距離を
設定してから、白線フォローモードの場合と同じく、ロ
ボットの方向を決め出発点におく。オペレータはロボッ
トの後部のステップに乗り、走行ボタンを押す。ロボッ
トは推測航法による走行を開始する。オペレータはロボ
ットのペンキの塗布位置を観測し、その位置が目印より
左または右に寄ったときは、右寄りまたは左寄りスイッ
チを押しロボットの位置ズレを修正する。接着液散布作
業とペンキ塗布作業においても、位置ズレ修正による走
行制御ををしながら走行する。

４）円弧走行モードにおけるロボットの作用 オペレータは数メートルおきに円弧を描くベき位置に目
印をつける。回転半径をスイッチに設定したあと、塵埃
の清掃作業、接着液散布作業、ペンキ塗布作業をする。
各々の作業において、オペレータはロボット後部のステ
ップに乗り、目印とを観察し左寄りまたは右寄りスイッ
チを押してロボットの位置ズレを修正する。

［実施例］このロボットの技術の中核は、消えかかった
白線の画像処理システムと推測航法である。次に消えか
かった白線の画像処理の実施例を次に示す。ＴＶカメラ
１で消えかかった白線を撮像する。撮像した時点でＴＶ
カメラの振動を振動計により測定し振動が大きいときは
撮像をやり直す。第４図はＴＶ画面の例で、（オ）は消
えかかった白線、（ヤ）は路面のシミを表す。ＴＶ画面
を水平帯状領域（マ）に分け、各帯毎に垂直方向濃淡ヒ
ストグラムをＦｉ（ξ）とするとそれは（１）式で表さ
れる。ただしξとηは水平座標と垂直座標の値で、ｉは
水平帯状領域の番号である。

Ｆｉ（ξ）＝∫ｆ（ξ，η）ｄη （１） Ｆｉ（ξ）を微分して微分値Ｆ’ｉ（ξ）を得る。Ｆ’
ｉ（ξ）をいき値θで２値化しＢｉ（ξ）とする。第５
図の水平帯状領域から求めたＦｉ（ξ）を第６図に、そ
の微分関数Ｆ’（ξ）を第７図に、２値化関数Ｂｉ
（ξ）を第８図に示す。Ｂｉ（ξ）を関数値がゼロの区
間と１の区間に分け、ゼロの区間を左からＺｉ１，Ｚｉ
２，，Ｚｉｊ，，，Ｚｉｎで表す。白線区間候補を見つ
けるために、各Ｚｉ区間について次の６つの条件の判定
をする。

１）明度の条件：ゼロ区間ＺｉｊのＦｉ（ξ）の平均値
をＦｉｊとするとき、白線区間候補Ｚｉｊは次の条件を
満たす。

Ｆｉｊ＞Ｆｉｊ−１かつＦｉｊ＞Ｆｉｊ＋１ ２）位置の条件：時刻ｔにおける最近隣水平帯状領域の
白線区間候補Ｚｉｊの中心のξ座標をξｉｊとすると
き、次の条件を満たす。

｜ξｉｊ−ξ０｜＜ξｌｉｍｉｔ ただしξ０は画面中心のξ座標値で、ξｌｉｍｉｔはい
き値である。

３）左側エッジの条件：白線区間候補Ｚｉｊの左端のξ
座標をＬｉｊとする。Ｚｉｊと重なるｉ＋１番目とｉ−
１番目の白線区間候補をＺｉ＋１ｐとＺｉ−１ｑすると
き、それらは次の条件を満たす。

Ｌｉ＋１ｐ＞Ｌｉｊ＞Ｌｉ−１ｑ ４）右側エッジの条件：白線区間候補Ｚｉｊの右端のξ
座標をＲｉｊとする。Ｚｉｊと重なるｉ＋１番目とｉ−
１番目の白線区間候補をＺｉ＋１ｒとＺｉ−１ｓすると
き、それらは次の条件を満たす。

Ｒｉ＋１ｒ＜Ｒｉｊ＜Ｒｉ−１ｓ ５）左側時連続の条件：時刻ｔにおける白線区間候補Ｚ
ｔの左端のξ座標をＬｔとするとき、時刻ｔ−１におけ
る画像の白線区間候補の中に、次の条件を満たすＺｔ−
１が存在する。

｜Ｌｔ−Ｌｔ−１｜＜Ｌｌｉｍｉｔ ただし、Ｌｌｉｍｉｔはいき値である。６）右側時連続
の条件：時刻ｔにおける白線区間候補Ｚｔの右端のξ座
標をＲｔとするとき、時刻ｔ−１における画像の白線区
間候補の中に、次の条件を満たすＺｔ−１が存在する。

｜Ｒｔ−Ｒｔ−１｜＜Ｒｌｉｍｉｔ ただしＲｌｉｍｉｔはいき値である。第９図に示すよう
に、どの条件を満たすかによって、白線区間を３つにタ
イプに分ける。タイプ１は両側の白線エッジが検出でき
たタイプ、タイプ２は左側エッジだけが検出できたタイ
プ、タイプ３は右側エッジだけが抽出できたタイプであ
る。タイプ１では左右のエッジの真ん中と吐出口の中心
のズレを吐出口の位置ズレとする。タイプ２または３で
は、左側のエッジまたは右側のエッジと吐出口の左側ま
たは右側とのズレを吐出口の位置ズレとする。λメート
ル前方で位置ズレがゼロになるようにロボットの走行制
御をする。タイプ１でも２でも３でもないときは、直線
走行モードで走行制御する。第１０図は推測航法で直線
走行する原理を表す図である。ロボットは前輪がキャス
ターで後輪が独立駆動の３輪車とする。ロボットには前
輪または左右の後輪にシャフトエンコーダを付け距離を
計測し、ジャイロスコープをつけてヨー角を計測する。
ここでは左右の後輪にシャフトエンコーダを付けるとし
て説明する。白線の曲率は非常に小さく局所的に直線と
見なせるとする。白線上にｙ軸をとりｙ軸に直交して路
面上にｘ軸をとる。原点は出発点とする。推測航法では
ロボットの位置を移動微小距離とヨー角から次々と推測
する。ロボットの時刻ｔにおける推測位置（Ｘｐｉ，Ｙ
ｐｉ）は、時刻ｔ−Δｔのロボットの位置（Ｘｐｉ−
１，Ｙｐｉ−１）が与えられると次のように求まる。

Ｘｐｉ＝Ｘｐｉ−１−ＶΔｔｓｉｎφ Ｙｐｉ＝Ｙｐｉ−１＋ＶΔｔｃｏｓφ （２） ただし Ｖ＝２πＤ（ωｒｉ＋ωｌｉ）／２ φ＝（φｉ＋φｉ−１）／２ （３） ここで、φｉとφｉ−１は時刻ｔとｔ−Δｔにおけるヨ
ー角で、ωｒｉとωｌｉはた右と左の車輪の回転角でと
もに計測値である。Ｄは車輪の半径である。ロボットが
コースから横方向に変位しているとき、λメートル先で
横変位をゼロにすることを目指して制御する、λを前方
注視距離ともいう。今の車輪の角速度ωｌとωｒを維持
していると推測位置は何処になるかを次に求める。後輪
の間隔（トレッド）をＴメートルとすると、ロボットの
速度が時定数に比して非常に遅い場合は回転半径Φの円
を描く。ただしΦは、 Φ＝Ｔ（ωｌ＋ωｒ）／（２（ωｌ−ωｒ）） となる。ただしΦがプラスなら右回転で、マイナスなら
左回転で、無限大なら直線走行である。λメートル前方
における推測位置Ｘｐは Ｘｐ＝Ｘｐｉ−２Φｓｉｎ（λ／２Φ）ｓｉｎ（Φｉ＋λ／２Φ） （４） である。λ《Φであるから、 Ｘｐ≒Ｘｐｉ−λｓｉｎφｉ である。（４）式の右辺をゼロにするΦを求めれば、λ
メートル先でロボットはコースに乗るが、制御を短い周
期で行えばコースが局所的に直線なので、Ｘｐは常に小
さな値に保つことは容易である。そこでバンバン制御で
ωｌとωｒの比をきめる。すなわち、 Ｘｐ＞δ のとき ωｌ／ωｒ＝１．０＋γ δ≧Ｘｐ≧−δ のとき ωｌ／ωｒ＝１．０ Ｘｐ＜−δ のとき ωｌ／ωｒ＝１．０−γ （５） とする。δとγは実験で決めるパラメータである。バン
バン制御の変わりにファジー制御を用いてωｌとωｒを
決めても良い。ところで、道路の横断方向のスリップの
ためＸの値に誤差が蓄積されていく。そこで白線フォロ
ーモードと破線フォローモードではτ秒の周期でＸｐｉ
の値を画像処理で検出したロボットの位置ズレＸｖの値
で置換する。ただしτの値は実験で定める。直線走行モ
ードでは、オペレータが左寄りまたは右寄りスイッチを
押すと一定量ΔＸｓだけＸｐｉの値が増または減され
る。以上の推測航法による直線走行の制御をブロック線
図で表わしたのが第１１図である。Ｘ０、Ｙ０とφ０は
目標値である。Ｙ０はオペレータが距離スイッチで設定
する。Ｘ０はペンキ吐出口のｘ方向位置の目標値で常に
ゼロである。φ０はヨー角（ｙ軸方向をゼロとし時計回
りをプラスとする）で円弧モードを除いて常にゼロであ
る。ＹｐｉとＸｐｉ、φｉはロボットの現在位置とヨー
角を表す。Ｇｐは目標角速度ωｒ，ωｌを出力する操舵
角決定ブロックで、その求め方は式（４）と（５）にあ
る。Ｇｒ（ｓ）はロボットの走行特性で左右の車輪の角
速度ωｒｉ、ωｌｉとヨー角φｉを出力する。Ｇｄは式
（２），（３）に基づいてｘ方向とｙ方向の変位を推測
するブロックである。ΔＸｖは ΔＸｖｉ＝Ｘｖ−Ｘｐｉ で画像処理による位置補正分を表す。推測航法による円
弧走行の制御は、λメートル進む毎にλ／Φだけヨー角
φが増加（右まわり）または減少（左まわり）するよう
にし、目標値Ｘ０、Ｙ０も半径Φの円弧上に乗るように
計算してナビゲーションシステムから与えれば良い。

［発明の効果］ＴＶカメラをペンキ吐出口の真上に取り
付けることにより、白線の画面の中央に位置し、白線と
ペンキの吐出口との位置誤差が正確に計測できる。ま
た、ＴＶカメラ１を低い位置に取り付け、光軸を道路に
平行にすることによって、消えかかった白線が鮮明にな
り位置検出の精度が上がる。白線引きロボットを使うこ
とによって、作業員は従来の方法に比べて１／３〜１／
２に減らすことができ、作業者は熟練者でなくても良く
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は白線引きロボットの概略を示す図、第２図は操
作卓を示す図、第３図は破線をなす白線の両端に貼るテ
ープを示す図、第４図は消えかかった白線を撮したＴＶ
画面を水平帯状領域に分割した図、第５図はＴＶ画面の
中の一つの水平帯状領域を示す図、第６図は水平帯状領
域の垂直方向濃淡ヒストグラムＦｉ（ξ）を示す図、第
７図はその微分値Ｆ’（ξ）を示す図、第８図はＦｉ
（ξ）を２値化して得た関数Ｂｉ（ξ）とゼロ区間Ｚｉ
１，Ｚｉ２，．．．を示す図、第９図は白線区間のタイ
プ分けの条件を示す図、第１０図は推測航法で直線走行
する原理を示す図、第１１図は直線走行の制御を表すブ
ロック線図である。イは白線引きロボットの車体部、ロ
は清掃のためのブラシ、ハは接着液散布機、ニはペンキ
の保温釜、ホはペンキの自動流量制御システム、ヘはペ
ンキの吐出口、トはビーズ玉の散布機、チは前方を見る
ＴＶカメラ１、リは下を見るＴＶカメラ２、ヌは画像処
理システム、ルは操作卓、ヲはナビゲーションシステ
ム、ワはオペレータがのるステップ、カは無線通信機、
ヨは走行モードスイッチ、タは走行距離スイッチ、レは
回転半径ロータリスイッチ、ソは左寄り・右寄りスイッ
チ、ツは作業の種類を指定するスイッチ、ネは高速・低
速スイッチ、ナは走行・停止ボタン、ラは操舵ハンド
ル、オは消えかかった白線、クはテープ、ヤは路面のシ
ミ、マはＴＶ画面の水平帯状領域である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２５Ｊ 13/00 Ｚ (72)発明者 松室 豊 富田林市中野町東２丁目２−23 東洋道路 施設株式会社 (72)発明者 成島 秀治 山梨県東八代郡境川村三椚876 ビットエ ンジニアリング株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 白ペンキの吐出口を通る垂直面上に取り付けたＴＶカメ
   ラの画像から画像処理により、消えかかった白線を抽出
   し、白線と吐出口の位置ズレを計測し、位置ズレをフィ
   ードバックして吐出口が消えかかった白線上に来るよう
   に走行制御して白線を引き直すロボット。