2024-157896 検出システム、検出方法、及び作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157896

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】検出システム、検出方法、及び作業車両

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/931 20200101AFI20241031BHJP

   G01S 17/89 20200101ALI20241031BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01S17/931

G01S17/89

G05D1/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072548

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】天野 領太

【テーマコード（参考）】

5H301

5J084

【Ｆターム（参考）】

5H301AA02

5H301BB02

5H301BB05

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301GG08

5J084AA05

5J084AA10

5J084AB14

5J084AB17

5J084AC02

5J084BA03

5J084EA01

5J084EA22

(57)【要約】

【課題】障害物と粉塵とを区別して検出可能な検出システム、検出方法、及び作業車両を提供すること。
【解決手段】検出システムは、作業車両に取り付けられ、作業車両の周辺に存在する物体を検出する３次元センサ１１と、コントローラ２０と、を備え、コントローラ２０は、３次元センサ１１からの物体検出データに基づいて、障害物と粉塵とを区別して検出する検出部２５と、を備え、３次元センサ１１からの物体検出データは、物体の表面に規定される複数の検出点からなる点群を含み、検出部２５は、３次元センサ１１の検出範囲を分割したグリッドごとに、物体検出データに含まれる検出点の数と、３次元センサ１１の分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較して、障害物と粉塵とを区別して検出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業車両に取り付けられ、前記作業車両の周辺に存在する物体を検出する物体検出センサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記物体検出センサからの物体検出データに基づいて、障害物と粉塵とを区別して検出する検出部と、
を備え、
前記物体検出センサからの物体検出データは、物体の表面に規定される複数の検出点からなる点群を含み、
前記検出部は、前記物体検出センサの検出範囲を分割したグリッドごとに、前記物体検出データに含まれる検出点の数と、前記物体検出センサの分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較して、障害物と粉塵とを区別して検出する、
検出システム。

【請求項2】

前記検出部は、前記検出点の数が前記判定閾値以上である場合、障害物として検出する、
請求項１に記載の検出システム。

【請求項3】

前記検出部は、前記検出点の数が前記判定閾値未満である場合、粉塵として検出する、
請求項１または２に記載の検出システム。

【請求項4】

前記検出部は、地面から所定の高さ以上の前記検出点の数と、前記物体検出センサの分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較する、
請求項１または２に記載の検出システム。

【請求項5】

前記判定閾値は、前記点群密度閾値に係数を乗じて算出される、
請求項１または２に記載の検出システム。

【請求項6】

作業車両に取り付けられ、前記作業車両の周辺に存在する物体を検出する物体検出センサと、
コントローラと、
を備えた検出方法であって、
前記物体検出センサから、物体の表面に規定される複数の検出点からなる点群を含む物体検出データを取得し、
前記物体検出センサの検出範囲を分割したグリッドごとに、前記物体検出データに含まれる検出点の数と、前記物体検出センサの分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較して、障害物と粉塵とを区別して検出する、
検出方法。

【請求項7】

請求項１または２に記載の検出システムと、
車体と、
を備える、作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検出システム、検出方法、及び作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

無人車両を含む作業車両において、障害物センサによって障害物が存在するか否かを判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２３－０４２３９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業車両は、例えば、鉱山または工事現場などのような粉塵が多く発生する作業現場で稼働する。このような作業現場では、粉塵が障害物として検出される可能性がある。そこで、障害物と粉塵とを区別して検出することが望まれる。

【0005】

本開示の態様は、障害物と粉塵とを区別して検出可能な検出システム、検出方法、及び作業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】

【0006】

本開示の態様に従えば、作業車両に取り付けられ、前記作業車両の周辺に存在する物体を検出する物体検出センサと、コントローラと、を備え、前記コントローラは、前記物体検出センサからの物体検出データに基づいて、障害物と粉塵とを区別して検出する検出部と、を備え、前記物体検出センサからの物体検出データは、物体の表面に規定される複数の検出点からなる点群を含み、前記検出部は、前記物体検出センサの検出範囲を分割したグリッドごとに、前記物体検出データに含まれる検出点の数と、前記物体検出センサの分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較して、障害物と粉塵とを区別して検出する、検出システムが提供される。

【0007】

本開示の態様に従えば、作業車両に取り付けられ、前記作業車両の周辺に存在する物体を検出する物体検出センサと、コントローラと、を備えた検出方法であって、前記物体検出センサから、物体の表面に規定される複数の検出点からなる点群を含む物体検出データを取得し、前記物体検出センサの検出範囲を分割したグリッドごとに、前記物体検出データに含まれる検出点の数と、前記物体検出センサの分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較して、障害物と粉塵とを区別して検出する、検出方法が提供される。

【0008】

本開示の態様に従えば、上記の検出システムと、車体と、を備える、作業車両が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本開示の態様によれば、障害物と粉塵とを区別して検出可能な検出システム、検出方法、及び作業車両が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る作業車両を左前方斜め上側から見た斜視図である。

【図2】図２は、実施形態に係る検出システムを示す機能ブロック図である。

【図3】図３は、実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。

【図4】図４は、３次元センサによる物体の検出点の一例を示す模式図である。

【図5】図５は、３次元センサによる物体の検出点とグリッドとの一例を示す模式図である。

【図6】図６は、３次元センサの分解能を説明する模式図である。

【図7】図７は、物体の検出の一例を示す模式図である。

【図8】図８は、実施形態に係る検出システムの検出方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0012】

＜作業車両＞
図１は、実施形態に係る作業車両の一例である運搬車両を左前方斜め上側から見た斜視図である。作業車両３は、作業現場において稼働する車両である。実施形態では、作業車両の一例である運搬車両について説明する。運搬車両３は、例えば、鉱山などの作業現場において、積荷を運搬するダンプトラックである。運搬車両３は、運搬車両３の周辺に存在する障害物と粉塵とを区別して検出する。運搬車両３は、運転者の運転操作によって稼働する有人ダンプトラックでもよいし、無人で稼働する無人ダンプトラックでもよい。運搬車両３は、車体３１と、車体３１に支持されたベッセル３２と、左右一対の前輪３８Ｆと、左右一対の後輪３８Ｒとを備える。

【0013】

図２は、実施形態に係る検出システムを示す機能ブロック図である。運搬車両３の検出システム１は、３次元センサ（物体検出センサ）１１、出力部１２、及びコントローラ２０を備える。３次元センサ１１及びコントローラ２０は、無線又は有線によりデータを通信可能に接続されている。

【0014】

３次元センサ１１は、運搬車両３に取り付けられている。実施形態では、３次元センサ１１は、運搬車両３の前部に取り付けられている。３次元センサ１１の数は特に限定されるものではなく、例えば、運搬車両３に２つの３次元センサ１１が配置されていてもよい。３次元センサ１１は、運搬車両３の周辺に存在する物体を検出する物体検出センサである。実施形態では、３次元センサ１１は、運搬車両３の前方に存在する物体を検出する物体検出センサである。３次元センサ１１は、例えば、数１０［ｍ］程度の範囲を検出可能である。３次元センサ１１は、検出した物体検出データをコントローラ２０へ送信する。

【0015】

３次元センサ１１は、物体の３次元データを取得する。物体の３次元データは、物体の表面に規定される複数の検出点からなる点群を含む。点群は、３次元センサ１１と物体の表面に規定される複数の検出点のそれぞれとの相対距離及び相対位置を示す。３次元センサ１１として、レーザ光を射出することにより物体を検出するレーザセンサ（ＬｉＤＡＲ：Light Detection and Ranging）が例示される。なお、３次元センサ１１は、赤外光を射出することにより物体を検出する赤外線センサ又は電波を射出することにより物体を検出するレーダセンサ（ＲＡＤＡＲ：Radio Detection and Ranging）などの他の非接触センサでもよい。

【0016】

出力部１２は、検出部２５による判定結果を出力部１２から出力する。出力部１２は、例えば、ランプ、ブザーなどである。出力部１２は、出力制御部２９の制御によって出力する。

【0017】

＜運搬車両の制御系（コントローラ）＞
コントローラ２０は、運搬車両３の周辺の障害物と粉塵とを区別して検出する。コントローラ２０は、物体検出センサとしての３次元センサ１１から物体検出データを取得可能である。コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のような数値演算装置（プロセッサ）を含む。

【0018】

図３は、実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。コントローラ２０は、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵのようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述のコントローラ２０の機能は、プログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、プログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

【0019】

実施形態では、コントローラ２０は、センサデータ取得部２１と、記憶部２２と、検出部２５と、出力制御部２９とを備える。

【0020】

センサデータ取得部２１は、３次元センサ１１から物体検出データを取得する。センサデータ取得部２１が取得した物体検出データは、例えば、複数の検出点からなる点群である。

【0021】

記憶部２２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、及びハードディスクドライブの少なくとも一つを含む。記憶部２２は、コントローラ２０の処理で使用するデータ等を記憶する。

【0022】

記憶部２２は、３次元センサ１１の分解能をあらかじめ記憶する。実施形態では、記憶部２２は、３次元センサ１１の上下方向の分解能をあらかじめ記憶する。

【0023】

記憶部２２は、点群密度閾値（以下、「密度閾値」という）をあらかじめ記憶する。密度閾値は、後述する図８に示すフローチャートの処理を実行する前に記憶されている。密度閾値については後述する。

【0024】

検出部２５は、物体検出センサとしての３次元センサ１１からの物体検出データに基づいて、障害物と粉塵とを区別して検出する。より詳しくは、検出部２５は、物体検出データから、グリッドごとの検出点数をカウントする。検出部２５は、検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であるか否かを判定する。検出部２５は、検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であると判定する場合、障害物として検出する。コントローラ２０は、検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であると判定しない場合、粉塵として検出する。

【0025】

検出部２５は、物体検出データから、グリッドごとに、地面から所定高さ以上の検出点数をカウントする。これは、地面を検出した検出点を除くためである。

【0026】

図４は、３次元センサによる物体の検出点の一例を示す模式図である。図４は、運搬車両３に搭載された３次元センサ１１によって、前方の地面２００と、地面２００の凸部２０１と、前方の運搬車両３Ｘとを検出した状態を示す。前方の地面２００を検出した検出点ＰをＰ_２００とし、凸部２０１を検出した検出点ＰをＰ_２０１とし、前方の運搬車両３Ｘを検出した検出点ＰをＰ_３Ｘとする。

【0027】

図５は、３次元センサによる物体の検出点とグリッドとの一例を示す模式図である。図５は、運搬車両３に搭載された３次元センサ１１の検出範囲を複数のグリッドＧに分割した状態を示す。グリッドＧは、３次元センサ１１の検出範囲を、上下方向視において、左右方向および前後方向に格子状に分割して形成されている。グリッドＧは、四角柱状に形成されている。上下方向視におけるグリッドＧの左右方向および前後方向の長さは限定されない。

【0028】

図６は、３次元センサの分解能を説明する模式図である。各グリッドＧについて、グリッドＧの上下方向視の中心点を通る垂直方向の中心線ＣＬと、３次元センサ１１との間の距離Ｄを算出する。３次元センサ１１の上下方向の分解能は、予め記憶部２２に記憶されている。３次元センサ１１によって物体が検出された場合、物体の表面に規定される複数の検出点からなる点群が得られる。なお、グリッドＧに物体が存在しない場合、地面を検出した点群以外の点群は得られない。点群が得られた地面からの高さと分解能とから、その高さに位置する物体にレーザが当たった場合に得られる検出点の数により規定される密度閾値を算出する。以下の数式（１）のように、密度閾値に係数を乗算した判定閾値を、検出部２５における判定の閾値として使用する。係数は、例えば、作業現場ごとに設定される。
判定閾値＝密度閾値×係数 …（１）

【0029】

図７は、物体の検出の一例を示す模式図である。グリッドＧにおいて、地面からの高さがＨ以上の領域Ａに含まれる検出点Ｐをカウントする。地面からの高さがＨ以上の領域Ａとするのは、地面を検出した検出点Ｐを除外するためである。検出点Ｐ１は、領域Ａに含まれない。検出点Ｐ２、検出点Ｐ３、検出点Ｐ４の３点は、領域Ａに含まれる。数式１で算出された密度閾値×係数である判定閾値が例えば「３」であり、検出点数が「３」である場合、障害物であると判定する。数式１で算出された密度閾値×係数である判定閾値が例えば「４」であり、検出点数が「３」である場合、障害物粉塵であると判定する。

【0030】

出力制御部２９は、検出部２５による検出結果を、出力部１２を介して出力するよう制御する。出力制御部２９は、例えば、障害物が検出された場合と粉塵が検出された場合とにおいて、異なる態様でランプを点灯させる制御信号を出力する。出力制御部２９は、例えば、障害物が検出された場合と粉塵が検出された場合とにおいて、異なる態様でブザーを鳴動させる制御信号を出力する。

【0031】

＜基本処理＞
図８を用いて、検出システム１の検出方法について説明する。図８は、実施形態に係る検出システムの検出方法を示すフローチャートである。運搬車両３の稼働中、検出システム１が起動される。検出システム１の起動中、図８に示すフローチャートの処理が実行される。検出システム１の起動中、３次元センサ１１は物体を検出する。

【0032】

コントローラ２０は、物体検出データを取得する（ステップＳＴ１１）。より詳しくは、コントローラ２０は、センサデータ取得部２１によって、３次元センサ１１から物体検出データを取得する。コントローラ２０は、ステップＳＴ１２へ進む。

【0033】

コントローラ２０は、グリッドごとに検出点数をカウントする（ステップＳＴ１２）。より詳しくは、コントローラ２０は、検出部２５によって、物体検出データから、グリッドごとの検出点のうち、地面からの高さがＨ以上である検出点の数である検出点数をカウントする。コントローラ２０は、ステップＳＴ１３へ進む。

【0034】

コントローラ２０は、グリッドごとの検出点数が１以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。より詳しくは、コントローラ２０は、検出部２５によって、グリッドごとの検出点数が１以上であると判定する場合（ステップＳＴ１３でＹｅｓ）、ステップＳＴ１４へ進む。この場合、そのグリッドには、検出点が含まれる。コントローラ２０は、検出部２５によって、グリッドごとの検出点数が１以上であると判定しない場合（ステップＳＴ１３でＮｏ）、ステップＳＴ１８へ進む。この場合、そのグリッドには、検出点が含まれない。

【0035】

グリッドごとの検出点数が１以上であると判定する場合（ステップＳＴ１３でＹｅｓ）、コントローラ２０は、検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。より詳しくは、コントローラ２０は、検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であと判定する場合（ステップＳＴ１４でＹｅｓ）、ステップＳＴ１５へ進む。コントローラ２０は、検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であると判定しない場合（ステップＳＴ１４でＮｏ）、ステップＳＴ１７へ進む。

【0036】

検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であと判定する場合（ステップＳＴ１４でＹｅｓ）、コントローラ２０は、そのグリッドの検出点を障害物として検出する（ステップＳＴ１５）。コントローラ２０は、ステップＳＴ１６へ進む。

【0037】

コントローラ２０は、警報を出力する（ステップＳＴ１６）。より詳しくは、コントローラ２０は、出力制御部２９によって、出力部１２を介して、障害物を検出したことを示す警報を出力するよう制御する。コントローラ２０は、ステップＳＴ１８へ進む。

【0038】

検出点数が、密度閾値に係数を乗算した判定閾値以上であると判定しない場合（ステップＳＴ１４でＮｏ）、コントローラ２０は、そのグリッドの検出点を粉塵として検出する（ステップＳＴ１７）。コントローラ２０は、ステップＳＴ１８へ進む。

【0039】

コントローラ２０は、すべてのグリッドを終了したか否かを判定する（ステップＳＴ１８）。コントローラ２０は、すべてのグリッドを終了したと判定しない場合（ステップＳＴ１８でＮｏ）、ステップＳＴ１２の処理を再度実行する。コントローラ２０は、すべてのグリッドを終了したと判定する場合（ステップＳＴ１８でＹｅｓ）、本フローチャートの処理を終了する。

【0040】

＜効果＞
以上説明したように、実施形態では、３次元センサ１１の検出範囲を分割したグリッドごとに、物体検出データに含まれる検出点の数と、３次元センサ１１の分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較して、障害物と粉塵とを区別して検出する。このように、実施形態によれば、障害物と粉塵とを区別して検出できる。

【0041】

実施形態では、検出点の数が判定閾値以上である場合、障害物として検出する。実施形態によれば、障害物を適切に検出できる。

【0042】

実施形態では、検出点の数が判定閾値未満である場合、粉塵として検出する。実施形態は、粉塵を適切に検出できる。実施形態によれば、粉塵を障害物と誤検出することを抑えることができる。

【0043】

実施形態では、地面から所定の高さ以上の検出点の数と、３次元センサ１１の分解能によって規定される点群密度閾値に基づく判定閾値とを比較する。実施形態によれば、地面を障害物と誤検出することを抑えることができる。

【0044】

実施形態では、判定閾値は、点群密度閾値に係数を乗じて算出される。実施形態によれば、作業現場などに合わせて適切な判定閾値を設定できる。

【0045】

上記では、グリッドは格子状であるものとて説明したが、これに限定されない。例えば、縞状など他の形状に分割してもよい。

【0046】

実施形態では、作業車両３は、ダンプトラックであるとしたが、これに限定されない。例えば、他の実施形態に係る作業車両３は、例えば、油圧ショベル、ブルドーザ、ホイルローダなどの他の作業車両であってもよい。

【符号の説明】

【0047】

１…検出システム、３…運搬車両（作業車両）、３１…車体、３２…ベッセル、３８Ｆ…前輪、３８Ｒ…後輪、１１…３次元センサ（物体検出センサ）、１２…出力部、２０…コントローラ、２１…センサデータ取得部、２２…記憶部、２５…検出部、２９…出力制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】