JPH08211936A - 移動体の誘導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、経路を変更する場合でも手間のかか
らない移動体の誘導装置を提供することを目的とする。 【構成】本発明の誘導装置は、移動経路に沿って貼られ
るマーカ１２と、視覚誘導用カメラ７と、経路認識用カ
メラ８と、マーカを認識する画像処理器９と、移動体３
の進行方向を決定する制御器１０と、進行方向を制御す
るステアリング機構１６と、移動体３を移動させる駆動
機構１５と、移動体３の移動距離を計測する移動距離計
測器１３と、移動体３の姿勢を計測するジャイロ１４
と、マーカ１２の位置をマップとして記憶している記憶
器１１を有し、視覚誘導用カメラ７で撮像されたマーカ
１２に向かって移動するように移動体３を制御し、マー
カが移動体の直下に来たときに経路認識用カメラ８でマ
ーカ１２を認識することにより、設定した移動経路に沿
って移動体３を誘導することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工場やオフィスに用い
る無人搬送車等に用いられる移動体の、設定経路に沿っ
た誘導を実現する、移動体の誘導装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工場やオフィスにおける省力化の
動きに伴って、無人搬送車へのニーズが高まっており、
実際に無人搬送車を導入する動きが活発化している。無
人搬送車においては、あらかじめ設定した経路に沿って
移動体を誘導する必要があり、この誘導の正確さに加え
て経路変更に柔軟に対応できる誘導装置が必要になる。

【０００３】従来、この無人搬送車の様な移動体を誘導
する方法としては、光学テープ式や、光学レーザ式等が
考案されている。 （１）従来の光学テープ式の誘導方法を図１４〜図１５
を用いて説明する。

【０００４】図１４に示すように、移動の設定経路に沿
って光学テープ１を連続して貼りつける。図１５に示す
ように、移動体３に設置されたカメラ２の画面中心にそ
のテープが位置するように移動体３を光学テープ１の上
に設置する。

【０００５】移動体３の移動に伴い、光学テープ１が常
にカメラ画像４の中心に来るように移動体３のステアリ
ングを制御することにより、光学テープ１に沿って移動
体３が移動してゆく。 （２）光学レーザ式の誘導方法を図１６〜図１７を用い
て説明する。

【０００６】図１６に示すように、３６０°の全方位に
レーザ光５−１を発射するレーザ灯台５−２を移動体に
搭載し、レーザ光５−１を反射するリフレクタ６を軌道
の両端に沿って配置する。

【０００７】このリフレクタ６の座標をマップとして持
っておく。レーザ灯台５−２から発射されたレーザ光５
−１は、リフレクタ６で反射されて再びレーザ灯台５−
２に入力され、移動体３に対してリフレクタ６が存在す
る角度（リフレクタ６の存在角度：θ１、θ２）を出力
する。

【０００８】図１７に示すように、リフレクタ１とリフ
レクタ２の座標は既知であるので、その座標とθ１より
リフレクタ１とフレクタ２と移動体で構成される三角形
の外接円Ｃ１が計算される。

【０００９】同様に、θ２とリフレクタ１とリフレクタ
３の座標から、外接円Ｃ２が計算される。Ｃ１とＣ２の
交点を求めると、１つの交点はリフレクタ１の座標とな
り、もう１つの交点は移動体の座標となる。このように
して、移動体の位置を検出することができ、その位置を
基に移動体を誘導する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光学テープ式では、経路全体に光学テープが貼られてい
るため、経路を変更する際にはその光学テープを全て貼
り変えなければならず、経路の変更に手間がかかる。

【００１１】また、床にテープを連続的に貼るため、汚
れ・かすれ・途切れが発生しやすくなり、光学テープの
幅が変化するために、その中心が曲線になり、移動体が
ふらついたり、光学テープの途切れにより、途中で光学
テープを見失い、制御不能に陥る可能性がある、等の課
題があった。

【００１２】また、従来の光学レーザ式では、リフレク
タの設置精度が移動体の位置・姿勢検出精度に大きな影
響を与えるため、その設置が非常に厳密であり、結果と
してリフレクタの設置コストが高くなる。

【００１３】そのうえ、経路を変更しようとするとリフ
レクタを設置し直さなければならず、結果として経路変
更にかかるコストが非常に高くなるため、経路の変更が
容易に行なうことができなくなる、等の課題があった。
本発明はこれらの問題を解決することができる移動体の
誘導装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る移動体の誘
導装置は、移動体３を所定の経路に沿って誘導する誘導
装置において、（Ａ）移動経路に沿って貼られ、その経
路の属性を示すマーカと、（Ｂ）進行方向斜め下向きに
取付けられた視覚誘導用カメラと、（Ｃ）垂直下向きに
取付けられた経路認識用カメラと、（Ｄ）前記２台のカ
メラで得られた画像からマーカを認識する画像処理器
と、（Ｅ）前記認識結果から移動体の進行方向を決定す
る制御器と、（Ｆ）移動体の進行方向を制御するステア
リング機構と、（Ｇ）移動体を移動させる駆動機構と、
（Ｈ）移動体の移動距離を計測する移動距離計測器と、
（Ｉ）移動体の姿勢を計測するジャイロと、（Ｊ）マー
カの位置をマップとして記憶する記憶器を有し、（Ｋ）
視覚誘導用カメラで撮像されたマーカに向かって移動す
るように移動体を制御し、マーカが移動体の直下に来た
ときに経路認識用カメラでマーカを認識して次の経路を
移動してゆき、障害物などでマーカがカメラの視野に存
在しないときには、ジャイロと移動距離計測器を用いて
デッドレコニング（dead reckoning：位置推測）による
自律移動を行なうことにより、設定した移動経路に沿っ
て移動体を誘導することを特徴とする。

【００１５】

【作用】左折、右折、十字路、Ｔ字路、直進、停止等の
経路の属性を持つマーカを、設定軌道に沿って貼ってゆ
き、そのマーカの座標をマップとして記憶器に登録す
る。

【００１６】移動体には視覚誘導用カメラと経路認識用
カメラを搭載し、移動体を移動しながら視覚誘導用カメ
ラでマーカを撮像する。この視覚誘導用カメラの画像は
画像処理器に入力される。

【００１７】移動体が真っ直ぐにマーカの方を向いてい
る場合には、マーカは画像の左右の中心に位置するが、
進行方向がずれていいる場合には、マーカは画面の左右
中心からずれるので、画像処理器でこのずれ量を検出す
る。

【００１８】画像処理器による検出結果は制御器に入力
され、左右の中心からのずれ量が０になるようにステア
リング角度を決定する。このステアリング角度はステア
リング機構に入力され、ステアリングを制御しながら移
動機構により移動する。

【００１９】移動中、移動距離計測器とジャイロの計測
結果が制御器に入力され、移動体の位置を計算してゆ
く。マーカが障害物などでカメラの視界から消えたとき
には、移動距離計測器とジャイロを用いたデッドレコニ
ング（dead reckoning：位置推測）により自律移動して
ゆく。そして、再びマーカが現れたとき、視覚による誘
導を再開する。

【００２０】マーカが経路認識用カメラの真下にきたと
き、その画像が画像処理器に入力される。画像処理器で
は、そのマーカの属性を認識し、同時にマーカの画像上
での位置と傾きを検出し、その結果を制御器に入力す
る。制御器では、移動距離計測器とジャイロによって計
測されている移動体の位置と、記憶器に記憶されている
マーカのマップとを照合し、次の経路を決定する。同時
にマーカの画像上での位置と傾きから、ジャイロと移動
距離計測器を較正する。

【００２１】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図１３に示す。
図１は、本発明の第１実施例に係る移動体の誘導装置の
構成図を示す。図１において、１２は移動経路に沿って
貼られ、その経路の属性を示すマーカ、７は進行方向に
向いて取付けられた視覚誘導用カメラ、８は垂直下向き
に取付けられた経路認識用カメラ、９は前記２台のカメ
ラで得られた画像からマーカを検出し認識する画像処理
器、１０は前記認識結果から移動体の進行方向を決定す
る制御器、１６は移動体の進行方向を制御するステアリ
ング機構、１５は移動体を移動させる駆動機構、１３は
移動体の移動距離を計測する移動距離計測器、１４は移
動体の姿勢を計測するジャイロ、１１はマーカの位置を
マップとして記憶する記憶器である。

【００２２】図２に第１実施例の誘導方法の概要を示
す。床に経路を示すマーカ１２を貼り、それを移動体３
に搭載したカメラ８で認識する。また、マーカ１２が視
野から外れたり、見失った場合には、ジャイロ１４と移
動距離計測器１３によるデッドレコニング（dead recko
ning：位置推測）を行なう。

【００２３】視覚誘導には、視覚誘導用カメラ７と経路
認識用カメラ８の２台を用いる。視覚誘導用カメラ７で
マーカ１２を検出し、そのマーカ１２が常に画面の左右
中心にくるように直進することにより、マーカ１２まで
直進する。次に、経路認識用カメラ８で真下に来たマー
カ１２を撮像し、記憶器１１にマップの一部として登録
されているテンプレート１７と照合することにより、次
の経路を決定する。このとき、画面上のマーカ１２の位
置からジャイロ１４と移動距離計測器１３を較正する。

【００２４】次に、第１実施例の誘導方法について、詳
しく説明する。 （１）カメラの設置 図３に示すように、視覚誘導用カメラ７は斜め下向きに
設置され、経路認識用カメラ８は垂直下向きに設置され
る。

【００２５】視覚誘導用カメラ７の高さをＨ１に、角度
を斜め下向きθに設置して、画角をφとすると、移動体
３からｄ１〜ｄ２までの距離が視野に入ることになる。
また、経路認識用カメラ８を鉛直下向きに高さＨ２に設
置して、同様に画角φとすると、カメラ直下のｄ３四方
が視野に入ることとなる。

【００２６】ｄ１＝Ｈ１・ｔａｎ（θ−φ／２） ｄ２＝Ｈ１・ｔａｎ（θ＋φ／２） ｄ３＝２・Ｈ２・ｔａｎ（φ／２） （２）マーカの設置 図４に示すように、マーカ１２は、右折、左折、直進、
停止、十字、Ｔ字等の属性を示し、それぞれ移動体３の
軌道を制御する要所に設置する。交差点の間隔が非常に
長い場合はその間の適当な所に直進マークを設置する。

【００２７】マーカには床面と輝度差が大きくなるよう
な反射テープ等の材質を用い、床面からの抽出が容易に
行なえるようにしておく。それぞれのマーカ１２の位置
と属性はすべてマップとして記憶器１１に記憶させてお
く。 （３）移動経路の記述 図５に示すように、移動体３の移動経路を、マーカ１２
の属性と位置を用いて記述する。 （４）移動体の初期設置 図６に示すように、視覚誘導用カメラ画像１８の左右の
画面中心にマーカ１２が存在するような位置に移動体３
を設置し、ジャイロ１４と移動距離計測器１３の零点調
節を行なう。 （５）視覚誘導 図７に示すように、視覚誘導用カメラ７においてマーカ
１２が認識されたとき、そのマーカ１２が視覚誘導用カ
メラ画像１８の左右の画面中心に常にくるように移動体
の運動を制御する。これにより、移動体３はマーカ１２
に向かって直進する。 （５Ａ）マーカの抽出 マーカは（２）で述べたように、床面と比較して高い輝
度を持っているので、２値化によって床面と分離する。
その方法を以下に示す。 （ａ）図８に示すように、マーカは視覚誘導用カメラ画
像１８の上部の中心付近から現われ、かつ周囲の床面よ
り高い輝度を持つので、その近傍において高い輝度を持
つ領域を２値化により抽出する。 （ｂ）図９に示すように、カメラの取り付け高さと角度
が既知であるので、視野に入る領域の大きさｄ×ｓ
（ｍ）は次式で表される。

【００２８】ｄ＝ｄ２−ｄ１ ｓ＝２・ｄ２・ｔａｎ（φ／２） マーカの大きさをｍ×ｍ（ｍ）とし、視覚誘導用カメラ
画像１８の画素数をｉ×ｊ画素とすると、画像上でのマ
ーカの大きさは、次式で表される。

【００２９】ｒ＝（ｍ／ｄ）ｉ， ｌ＝（ｍ／ｓ）ｊ（画素） （ｃ）画像上でのマーカの大きさは、（ｂ）に示したよ
うに既知であるので、前記（ａ）で抽出した領域の中か
ら、ｒ×ｌ画素の領域のみがマーカとなる。このマーカ
領域の重心と視覚誘導用カメラ画像１８の左右の画像中
心からのずれを用いてステアリングを制御する。 （ｄ）以降、初めに抽出したマーカ領域の近傍で同様に
２値化処理を行なうことにより、マーカ領域を追跡す
る。 （５Ｂ）ステアリングの制御 図１０に示すように、視覚誘導用カメラ画像１８の左右
の画像中心からのマーカ１２の重心のずれをσ、画像下
からの座標をωとする。視覚誘導用カメラ７からマーカ
１２の重心までの距離ｄ４は次式で与えられる。

【００３０】ｄ４＝ｄ１＋ｄ・（ω／ｉ） 視覚誘導用カメラ７からの距離ｄ４における水平方向の
視野距離をｓ１は次式で与えられる。

【００３１】ｓ１＝２・ｄ４・ｔａｎ（φ／２） 移動体の進行方向に対するマーカ１２の実際のずれ量Λ
は次式で与えられる。 Λ＝ｓ１・（σ／ｊ） 以上により、移動体の進行方向のマーカ１２に対する傾
きπは、次式で表される。

【００３２】傾きπ＝ｔａｎ^-1（Λ／ｄ４） したがって、ステアリングをこの角度だけ切れば、移動
体３はマーカ１２の方を向くことになる。

【００３３】もし、人間等の障害物のためにマーカ１２
を見失った場合には、ジャイロ１４と移動距離計測器１
３によるデッドレコニング（dead reckoning：位置推
測）を行なう。

【００３４】通過したマーカの位置はわかっているの
で、そのマーカに対する移動体の位置と姿勢はデッドレ
コードニングにより計測される。次に認識すべきマーカ
の位置は、移動体３が持っているマップにより既知であ
るので、現在の移動体の位置に対して次に認識すべきマ
ーカの方向が計算される。その方向に移動体の進行方向
が向くようにステアリングを制御すれば、次のマーカに
向かって移動体が進行することができる。 （６）経路の認識 図１１に示すように、移動体３が移動してゆき、マーカ
１２が経路認識用カメラ８で捕らえられたとき、視覚誘
導と同様にマーカ１２が経路認識用カメラ画像１９の左
右の画面中心にくるように、移動体３の運動を制御す
る。マーカ１２が経路認識用カメラ画像１９の中央に来
たとき、マーカ１２の認識を行ない、記述されている経
路と比較して次の経路を決定する。 （６Ａ）マーカの認識 経路認識用カメラ画像１９の画像から、画像処理器９に
おいてマーカを認識する。マーカの認識は、（５）マー
カの抽出と同様に、経路認識用カメラ画像１９の画像か
らマーカを抽出し、そのマーカと記憶器１１に登録され
ているマーカの画像とのマッチングを行なうことにより
認識する。

【００３５】このマッチングは図１２に示すように、抽
出したマーカのエッジを検出し、その傾きを求めて記憶
器１１に登録されているマーカの画像をその角度だけ回
転させ、抽出したマーカとの差分を取ることにより行な
う。 （７）ジャイロと移動距離計測器の較正 経路認識において得られた経路認識用カメラ画像１９に
おいて、マーカ１２の画面中心からのずれと傾きから移
動体３の位置と姿勢を求め、ジャイロ１４と移動距離計
測器１３の較正を行なう。

【００３６】前記（６）において、マーカ１２が経路認
識用カメラ画像１９の左右の画面中心付近から画面に入
ってきたとき、そのマーカ１２が画面の中央に位置する
までに左右のずれは補正される。そのためマーカ１２の
重心と画面中心が一致する。

【００３７】しかし、マーカ１２が経路認識用カメラ画
像１９の左右の画面中心から離れたところから現れる
と、そのずれが補正しきれず、マーカ１２の重心と画面
中心が一致しない。

【００３８】そこで、図１に示した画像処理器９におい
て、図１３に示す様に、マーカ１２の重心２０を検出
し、画面中心からのずれを求め、あらかじめマップとし
て持っているマーカ１２の位置と、画面中心からのずれ
を用いてマーカ１２に対する移動体３の位置を検出す
る。

【００３９】次に、マーカ１２のに垂直エッジ２１を検
出し、そのエッジの傾きを検出することにより、移動体
３の方位θを検出する。これにより、マーカに対する移
動体の位置・姿勢が計測される。

【００４０】この位置・姿勢に対して、ジャイロ１４と
移動距離計測器１３の出力による移動体の位置と姿勢を
較正する。その結果、ジャイロ１４の零ドリフトのキャ
ンセル、移動距離計測器１３の累計誤差のキャンセル等
が行なわれる。以上の処理を行なうことにより、移動体
は設定した経路に沿って自律的に移動することができ
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明によれば、経路変更をする場合も変更すべ
き経路の要所に貼られている経路変更前のマーカをはが
し、新しい経路の要所に新しいマーカを貼るだけでよ
く、その貼り付け位置の精度は要求されない。 （２）そのため、経路変更も簡単になり、レイアウトの
変更が容易になる。 （３）さらにマーカの数もそれほど多く必要としないた
め、マーカが汚れた時に新しいマーカに貼り変えるコス
トも少なくてすみ、設備コストを大幅に低減できるとと
もに、保守管理の煩わしさも低減することができる。 （４）さらに、マーカを見失ってもデッドレコニングを
行なうことにより安定した誘導が可能になり、突発的な
挙動変化をおこさない。そのため他の作業を行なってい
る作業員への危険性を低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る誘導装置の構成図。

【図２】第１実施例の誘導方法の概要を示す図。

【図３】第１実施例の移動体に搭載するカメラの位置を
示す図。

【図４】第１実施例の経路に沿って貼り付けるマーカの
説明図。

【図５】第１実施例の移動体の移動経路記述の説明図。

【図６】第１実施例の移動体の初期位置を示す図。

【図７】第１実施例のカメラによる視覚誘導の説明図。

【図８】第１実施例のマーカ抽出方法の説明図。

【図９】第１実施例の画像上でのマーカの大きさを示す
図。

【図１０】第１実施例のマーカに対する移動体の傾きを
示す図。

【図１１】第１実施例の経路認識方法を示す図。

【図１２】第１実施例のマーカ認識方法の説明図。

【図１３】第１実施例のマーカの重心検出の説明図。

【図１４】従来の光学テープ式誘導方法における経路設
定法の説明図。

【図１５】従来の光学テープ式誘導方法の説明図。

【図１６】従来の光学レーザ式誘導方法における経路設
定法の説明図。

【図１７】従来の光学レーザ式誘導方法の説明図。

【符号の説明】

１…光学テープ、 ２…カメラ、 ３…移動体、 ４…カメラ画像、 ５−１…レーザ光、 ５−２…レーザ灯台、 ６…リフレクタ、 ７…視覚誘導用カメラ、 ８…経路認識用カメラ、 ９…画像処理器、 １０…制御器、 １１…記憶器、 １２…マーカ、 １３…移動距離計測器、 １４…ジャイロ、 １５…駆動機構、 １６…ステアリング機構、 １７…テンプレート、 １８…視覚誘導用カメラ画像、 １９…経路認識用カメラ画像、 ２０…マーカの重心、 ２１…垂直エッジ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井田 登 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体（３）を所定の経路に沿って誘導
   する誘導装置において、（Ａ）移動経路に沿って貼ら
   れ、その経路の属性を示すマーカ（１２）と、（Ｂ）進
   行方向斜め下向きに取付けられた視覚誘導用カメラ
   （７）と、（Ｃ）垂直下向きに取付けられた経路認識用
   カメラ（８）と、（Ｄ）前記２台のカメラ（７、８）で
   得られた画像からマーカを認識する画像処理器（９）
   と、（Ｅ）前記認識結果から移動体（３）の進行方向を
   決定する制御器（１０）と、（Ｆ）移動体（３）の進行
   方向を制御するステアリング機構（１６）と、（Ｇ）移
   動体（３）を移動させる駆動機構（１５）と、（Ｈ）移
   動体（３）の移動距離を計測する移動距離計測器（１
   ３）と、（Ｉ）移動体（３）の姿勢を計測するジャイロ
   （１４）と、（Ｊ）マーカ（１２）の位置をマップとし
   て記憶する記憶器（１１）を有し、（Ｋ）視覚誘導用カ
   メラ（７）で撮像されたマーカ（１２）に向かって移動
   するように移動体（３）を制御し、マーカが移動体の直
   下に来たときに経路認識用カメラ（８）でマーカ（１
   ２）を認識して次の経路を移動してゆき、障害物などで
   マーカがカメラの視野に存在しないときには、ジャイロ
   （１４）と移動距離計測器（１３）を用いてデッドレコ
   ニングによる自律移動を行なうことにより、設定した移
   動経路に沿って移動体（３）を誘導することを特徴とす
   る移動体の誘導装置。