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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-22
(45)【発行日】2024-07-30
(54)【発明の名称】走行経路生成方法及び装置
(51)【国際特許分類】
G05D 1/43 20240101AFI20240723BHJP
B66F 9/24 20060101ALI20240723BHJP
【ＦＩ】
G05D1/43
B66F9/24 A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020191779
(22)【出願日】2020-11-18
(65)【公開番号】P2022080612
(43)【公開日】2022-05-30
【審査請求日】2023-02-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 浩光
(72)【発明者】
【氏名】南田 将哉
(72)【発明者】
【氏名】大澤 尚晃
(72)【発明者】
【氏名】竹内 和也
【審査官】松本 泰典
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１７５１３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１２９６１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－７７３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第６７１１５５５（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０２０－１１５２５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１１９０１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１１９１２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０６９９２１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｄ １／００
Ｂ６６Ｆ ９／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
新たな地図データの作成時または地図データの更新時に、移動体が走行する走行経路を生成する走行経路生成方法であって、
建物として位置がずれることがある物体を含む特徴物が表された建物図面に対して前記走行経路をユーザにより設定する走行経路設定工程と、
前記移動体の周囲にレーザを照射してレーザの反射光を受光するレーザセンサによって前記移動体から前記移動体の周囲に存在する物体までの距離を検出することで、前記建物図面に対応する地図データを作成する地図作成工程と、
前記建物図面と前記地図データとを照合することにより、前記建物図面上及び前記地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量を算出する照合工程と、
前記建物図面上及び前記地図データ上の前記同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、前記移動体が前記移動体の左右両側に位置する２つの前記特徴物の間において前記特徴物に干渉しないで走行するように前記走行経路を補正する走行経路補正工程とを含む走行経路生成方法。
【請求項2】
前記照合工程では、前記建物図面上及び前記地図データ上の前記同一の特徴物の端部の位置ずれ量を算出する請求項１記載の走行経路生成方法。
【請求項3】
前記走行経路補正工程では、前記建物図面に対して設定された走行経路において、前記建物図面上及び前記地図データ上の前記同一の特徴物の位置ずれ量が規定値以上である制約領域に対応する部分を補正する請求項１または２記載の走行経路生成方法。
【請求項4】
新たな地図データの作成時または地図データの更新時に、移動体が走行する走行経路を生成する走行経路生成装置であって、
建物として位置がずれることがある物体を含む特徴物が表されると共に前記走行経路がユーザにより設定された建物図面を取得する建物図面取得部と、
前記移動体の周囲にレーザを照射してレーザの反射光を受光するレーザセンサによって前記移動体から前記移動体の周囲に存在する物体までの距離を検出することで作成された前記建物図面に対応する地図データを取得する地図取得部と、
前記建物図面と前記地図データとを照合することにより、前記建物図面上及び前記地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量を算出する照合部と、
前記建物図面上及び前記地図データ上の前記同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、前記移動体が前記移動体の左右両側に位置する２つの前記特徴物の間において前記特徴物に干渉しないで走行するように前記走行経路を補正する走行経路補正部とを備える走行経路生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、走行経路生成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献１には、自己位置推定装置が記載されている。特許文献１に記載の自己位置推定装置は、ロボットと周囲にある物体との距離を計測する距離センサであるレーザ測長器と、このレーザ測長器により計測された距離データとコントローラの地図データ記憶部に記憶された地図データとを照合することで、ロボットの位置を同定する同定装置とを備えている。コントローラは、レーザ測長器により計測された距離データに基づいて、地図データを生成または更新する地図生成装置を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－２５６３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、建物図面上で移動体の走行経路を設計し、その走行経路を地図データに適用することがある。この場合、地図データを用いて移動体の自己位置を推定しながら、移動体を走行経路に沿って自律走行させる際に、建物図面上と地図データ上とで同一の特徴物に位置ズレが生じていると、移動体が特徴物に干渉し、結果的に移動体が自律走行できなくなる可能性がある。
【0005】
本発明の目的は、地図データを用いて移動体の自己位置を推定しながら、移動体を走行経路に沿って自律走行させる際に、移動体が特徴物に干渉することを防止できる走行経路生成方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る走行経路生成方法は、建物図面に対して移動体が走行する走行経路を設定する走行経路設定工程と、移動体から移動体の周囲に存在する物体までの距離を検出することで、建物図面に対応する地図データを作成する地図作成工程と、建物図面と地図データとを照合することにより、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量を算出する照合工程と、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、走行経路を補正する走行経路補正工程とを含む。
【0007】
このような走行経路生成方法においては、移動体が走行する走行経路が設定された建物図面と当該建物図面に対応する地図データとを照合することにより、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量が算出される。そして、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、走行経路が補正される。このため、地図データに適した走行経路が得られることとなる。従って、地図データを用いて移動体の自己位置を推定しながら、移動体を走行経路に沿って自律走行させる際に、移動体が特徴物に干渉することが防止される。
【0008】
照合工程では、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の端部の位置ずれ量を算出してもよい。特徴物の端部では、移動体から物体までの距離データとしての特徴が出やすい。従って、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量が精度良く算出されるため、地図データに更に適した走行経路が得られる。
【0009】
走行経路補正工程では、建物図面に対して設定された走行経路において、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量が規定値以上である制約領域に対応する部分を補正してもよい。このような構成では、走行経路の補正処理が必要最小限に抑えられるため、補正処理時間が短縮される。
【0010】
本発明の他の態様に係る走行経路生成装置は、移動体が走行する走行経路が設定された建物図面を取得する建物図面取得部と、移動体から移動体の周囲に存在する物体までの距離を検出することで作成された建物図面に対応する地図データを取得する地図取得部と、建物図面と地図データとを照合することにより、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量を算出する照合部と、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、走行経路を補正する走行経路補正部とを備える。
【0011】
このような走行経路生成装置においては、移動体が走行する走行経路が設定された建物図面と当該建物図面に対応する地図データとを照合することにより、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量が算出される。そして、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、走行経路が補正される。このため、地図データに適した走行経路が得られることとなる。従って、地図データを用いて移動体の自己位置を推定しながら、移動体を走行経路に沿って自律走行させる際に、移動体が特徴物に干渉することが防止される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、地図データを用いて移動体の自己位置を推定しながら、移動体を走行経路に沿って自律走行させる際に、移動体が特徴物に干渉することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る走行経路生成装置が適用される走行制御装置を概略的に示すブロック図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る走行経路生成装置を概略的に示すブロック図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る走行経路生成方法によりフォークリフトの走行経路を生成する際の建物図面、地図データ及び照合データの一例を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る走行経路生成方法の工程を示すフローチャートである。
【図6】建物図面に対して設定された走行経路を地図データに適用した場合の不具合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0015】
図１は、本発明の一実施形態に係る走行経路生成装置が適用される走行制御装置を概略的に示すブロック図である。図１において、走行制御装置１は、図２に示されるように、予め決められた走行経路Ｓに沿ってフォークリフト２を自律走行させるように制御する装置である。フォークリフト２は、荷役を行う移動体である。
【0016】
走行制御装置１は、レーザセンサ３と、走行制御用コントローラ４と、駆動部５とを備えている。走行制御装置１は、フォークリフト２に搭載されている。
【0017】
レーザセンサ３は、図２に示されるように、フォークリフト２の周囲にレーザＬを照射し、レーザＬの反射光を受光することにより、フォークリフト２からフォークリフト２の周囲に存在する物体５０までの距離を検出する。レーザセンサ３としては、例えば２Ｄまたは３Ｄのレーザレンジファインダが使用される。
【0018】
走行制御用コントローラ４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。走行制御用コントローラ４は、レーザセンサ３の検出データを入力し、フォークリフト２の走行制御に関する処理を実行し、駆動部５を制御する。駆動部５は、特に図示はしないが、フォークリフト２を走行させる走行モータと、フォークリフト２を操舵する操舵モータとを有している。
【0019】
走行制御用コントローラ４は、地図記憶部６と、経路記憶部７と、自己位置推定部８と、走行制御部９とを有している。
【0020】
地図記憶部６は、フォークリフト２が走行する周辺環境の地図データ（後述）を記憶する。経路記憶部７は、後述する走行経路生成装置１０により生成されたフォークリフト２の走行経路Ｓを記憶する。フォークリフト２の走行経路Ｓは、仮想のガイド線であり、例えば２次元座標で表されている。
【0021】
自己位置推定部８は、レーザセンサ３により検出された距離データに基づいて、フォークリフト２の現在の自己位置を推定する。自己位置推定部８は、レーザＳＬＡＭ（simultaneous localization andmapping）手法を用いて、フォークリフト２の自己位置の推定演算を行う。ＳＬＡＭは、センサデータ及び地図データを使って自己位置推定を行う自己位置推定技術である。自己位置推定部８は、レーザセンサ３により検出された距離データと地図記憶部６に記憶された地図データとをマッチングさせて、フォークリフト２の自己位置の推定演算を行う。
【0022】
走行制御部９は、自己位置推定部８により推定されたフォークリフト２の自己位置に基づいて、経路記憶部７に記憶された走行経路Ｓに沿ってフォークリフト２を自動的に走行させるように駆動部５を制御する。このとき、走行制御部９は、フォークリフト２の自己位置と走行経路Ｓとのずれ量が０に近づくように駆動部５を制御する。
【0023】
図３は、本発明の一実施形態に係る走行経路生成装置を概略的に示すブロック図である。図３において、本実施形態の走行経路生成装置１０は、上記の走行制御装置１によってフォークリフト２を自律走行させる際のフォークリフト２の走行経路Ｓを生成する装置である。走行経路生成装置１０による走行経路Ｓの生成は、新たな地図データを作成するときに行われる。
【0024】
走行経路生成装置１０は、上記のレーザセンサ３と、経路生成用コントローラ１１とを有している。走行経路生成装置１０は、フォークリフト２に搭載されている。
【0025】
経路生成用コントローラ１１は、建物図面記憶部１７と、地図作成部１２と、地図保存部１３と、照合部１４と、走行経路補正部１５と、走行経路保存部１６とを有している。
【0026】
建物図面記憶部１７は、フォークリフト２が走行する周辺環境の建物図面２０（図４（ａ）参照）を記憶する。建物図面２０に表された建物としては、棚や柱等の特徴物２１が挙げられる。建物図面２０には、フォークリフト２が走行する走行経路Ｓが特徴物２１と共に表されている。走行経路Ｓは、フォークリフト２が特徴物２１に干渉せずに安全に走行可能となるように設定される。建物図面記憶部１７は、フォークリフト２が走行する走行経路Ｓが設定された建物図面２０を取得する建物図面取得部を構成している。
【0027】
地図作成部１２は、図４（ｂ）に示されるように、レーザセンサ３により検出された距離データに基づいて、フォークリフト２が走行する周辺環境の地図データ２２を作成する。地図データ２２には、建物図面２０の特徴物２１に対応する特徴物２３が表されている。地図作成部１２は、フォークリフト２からフォークリフト２の周囲に存在する物体５０（図２参照）までの距離を検出することで作成された建物図面２０に対応する地図データ２２を取得する地図取得部を構成している。
【0028】
地図保存部１３は、地図作成部１２により作成された地図データを走行制御用コントローラ４の地図記憶部６に保存する。
【0029】
照合部１４は、図４（ｃ）に示されるように、建物図面記憶部１７に記憶された建物図面２０と地図作成部１２により作成された地図データ２２とを照合することにより、建物図面２０上の特徴物２１と地図データ２２上の特徴物２１に対応する特徴物２３との位置ずれ量を算出する。このとき、照合部１４は、建物図面２０上の特徴物２１の端部と地図データ２２上の特徴物２１に対応する特徴物２３の端部との位置ずれ量を算出する。
【0030】
ここで、特徴物２１，２３の端部とは、特徴物２１，２３におけるフォークリフト２の進行方向の端部をいう。特徴物２１，２３の端部は、レーザセンサ３から照射されたレーザＬが当たるか当たらないかの境界部であり、レーザセンサ３の検出データの特徴が出やすい特徴点Ｐ（図４（ｄ）参照）となる。
【0031】
走行経路補正部１５は、図４（ｄ）に示されるように、建物図面２０上の特徴物２１と地図データ２２上の特徴物２１に対応する特徴物２３との位置ずれ量に応じて、建物図面記憶部１７に記憶された走行経路Ｓを補正する。
【0032】
このとき、走行経路補正部１５は、建物図面２０に対して設定された走行経路Ｓにおいて、建物図面２０上の特徴物２１と地図データ２２上の特徴物２１に対応する特徴物２３との位置ずれ量が規定値以上である制約領域Ｒに対応する部分を補正する。
【0033】
例えば、図４（ａ）に示された建物図面２０と図４（ｂ）に示された地図データ２２とでは、特徴物２１ａ，２１ｄと特徴物２３ａ，２３ｄとの位置ずれ量は規定値よりも少ないが、特徴物２１ｂ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｆと特徴物２３ｂ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆとの位置ずれ量は規定値以上である。このため、図４（ｃ）に示された照合データ２４では、建物図面２０上の特徴物２１ｂ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｆと地図データ２２上の特徴物２３ｂ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆとの位置ずれ量に応じて、走行経路Ｓが補正されることになる。
【0034】
具体的には、走行経路補正部１５は、フォークリフト２が左右両側に位置する２つの特徴物２３の間の中心に近い位置を走行するような新たな走行経路Ｓを生成する。このとき、走行経路補正部１５は、例えば補正前の走行経路Ｓにおける地図データ２２上の特徴物２３の端部（特徴点Ｐ）に対応する制約点で折れ曲がるような新たな走行経路Ｓを生成する。制約点は、地図データ２２上の特徴物２３の特徴点Ｐを通り且つ補正前の走行経路Ｓに垂直な垂線と補正前の走行経路Ｓとの交点である。
【0035】
走行経路保存部１６は、走行経路補正部１５により補正して得られた走行経路Ｓのデータを走行制御用コントローラ４の経路記憶部７に保存する。
【0036】
図５は、本発明の一実施形態に係る走行経路生成方法の工程を示すフローチャートである。
【0037】
図５において、まず建物図面に対してフォークリフト２の走行経路Ｓを設定する工程が実施される（工程Ｓ１０１）。本工程は、走行経路設定工程であり、ユーザにより実施される。これにより、図４（ａ）に示されるように、走行経路Ｓが設定された建物図面２０が得られる。具体的には、ユーザＡは、パソコン３０を使用して、建物のＣＡＤ図面上に走行経路Ｓを設計する。このとき、ユーザＡは、例えば左右両側に位置する２つの特徴物２１の間の中心部を結ぶような走行経路Ｓを設計する。
【0038】
次いで、走行経路Ｓが設定された建物図面を経路生成用コントローラ１１の建物図面記憶部１７に保存する工程が実施される（工程Ｓ１０２）。本工程は、ユーザにより実施される。
【0039】
次いで、手動運転によりフォークリフト２を走行させ、レーザセンサ３によってフォークリフト２から物体５０までの距離を検出することで、建物図面に対応する地図データを作成する工程が実施される（工程Ｓ１０３）。本工程は、地図作成工程であり、走行経路生成装置１０により実施される。これにより、図４（ｂ）に示されるように、地図データ２２が得られる。
【0040】
次いで、建物図面と地図データとを照合することにより、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量を算出する工程が実施される（工程Ｓ１０４）。本工程は、照合工程であり、走行経路生成装置１０により実施される。これにより、図４（ｃ）に示されるように、建物図面２０上の特徴物２１と地図データ２２上の特徴物２１に対応する特徴物２３との位置ずれ量が算出される。
【0041】
次いで、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、フォークリフト２の走行経路Ｓを補正する工程が実施される（工程Ｓ１０５）。本工程は、走行経路補正工程であり、走行経路生成装置１０により実施される。これにより、図４（ｄ）に示されるように、補正された走行経路Ｓが得られる。
【0042】
次いで、補正された走行経路Ｓのデータを走行制御用コントローラ４の経路記憶部７に保存する工程が実施される（工程Ｓ１０６）。本工程は、走行経路生成装置１０により実施される。
【0043】
ところで、フォークリフト２を走行経路である路面上のガイドテープに沿って自律走行させる場合、走行経路は以下のようにして生成される。即ち、まず図６（ａ）に示されるように、ユーザがパソコンにより建物のＣＡＤ図面上に走行経路Ｓを設計する。そして、設計された走行経路に従って、ガイドテープを路面に貼り付ける。これにより、フォークリフト２は、ガイドテープを検出しながらガイドテープに沿って自律走行することが可能となる。
【0044】
一方、本実施形態では、ガイドテープを使用せず、フォークリフト２の自己位置を推定しながら、フォークリフト２を仮想のガイド線に沿って自律走行させる。この場合も、図６（ａ）に示されるように、ユーザがパソコンにより建物のＣＡＤ図面上に走行経路Ｓを設計する。このとき、走行経路Ｓのデータは、２次元座標で表される。
【0045】
しかし、建物図面は、実環境とは異なる場合が多い。このため、レーザセンサ３を使用して建物図面に対応する地図データが作成されると、図６（ｂ）に示されるように、地図データ上と建物図面上とで物体５０の位置がずれることがある。図６では、地図データ上と建物図面上とで柱５２の位置はずれていないが、地図データ上と建物図面上とで棚５１の位置がずれている。この場合には、実際にフォークリフト２が走行経路Ｓに沿って自律走行を行う際に、フォークリフト２が棚５１に干渉し、フォークリフト２が自律走行できなくなる可能性がある。
【0046】
そのような課題に対し、本実施形態では、フォークリフト２が走行する走行経路Ｓが設定された建物図面と当該建物図面に対応する地図データとを照合することにより、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量が算出される。そして、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量に応じて、走行経路が補正される。このため、地図データに適した走行経路Ｓが得られることとなる。従って、地図データを用いてフォークリフト２の自己位置を推定しながら、フォークリフト２を走行経路Ｓに沿って自律走行させる際に、フォークリフト２が特徴物に干渉することが防止される。これにより、フォークリフト２の自律走行を中止することなく継続して行うことができる。
【0047】
また、上記実施形態では、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の端部の位置ずれ量が算出される。特徴物の端部では、フォークリフト２から物体５０までの距離データとしての特徴が出やすい。従って、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量が精度良く算出されるため、地図データに更に適した走行経路Ｓが得られる。
【0048】
また、上記実施形態では、建物図面に対して設定された走行経路Ｓにおいて、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の位置ずれ量が規定値以上である制約領域に対応する部分が補正される。従って、走行経路Ｓの補正処理が必要最小限に抑えられるため、補正処理時間が短縮される。
【0049】
また、本実施形態では、ガイドテープ用の走行経路生成方法を採用して、ガイドテープレス用の走行経路を生成することができる。
【0050】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の端部の位置ずれ量が算出されているが、特にその形態には限られず、建物図面上及び地図データ上の同一の特徴物の端部以外の部分の位置ずれ量を算出してもよい。
【0051】
また、上記実施形態では、走行経路生成装置１０のレーザセンサ３は、走行制御装置１が搭載されたフォークリフト２に搭載されているが、特にその形態には限られず、走行制御装置１が搭載されたフォークリフト２とは異なる専用の車両等に搭載されていてもよい。
【0052】
また、上記実施形態では、走行経路生成装置１０の経路生成用コントローラ１１は、フォークリフト２に搭載されているが、特にそのような形態には限られない。例えば、地図作成部１２及び地図保存部１３を有するコントローラは、フォークリフト２に搭載され、照合部１４及び走行経路補正部１５を有するコントローラは、建物図面に対して走行経路Ｓを設定する際に使用されるパソコン等に内蔵されていてもよい。この場合には、地図作成部１２により作成された地図データをパソコンに取り込む必要がある。
【0053】
また、上記実施形態では、新たな地図データの作成時に、走行経路Ｓの生成が行われているが、地図データの更新時にも、走行経路Ｓの生成を行ってもよい。
【0054】
また、上記実施形態では、レーザセンサ３によってフォークリフト２から物体５０までの距離が検出されているが、距離センサとしては、特にレーザセンサ３に限られず、例えば赤外線センサや超音波センサ等であってもよい。
【0055】
また、上記実施形態では、フォークリフト２の走行経路Ｓが生成されているが、本発明は、特にフォークリフト２には限られず、例えば搬送台車や搬送ロボット等といった移動体の走行経路Ｓの生成にも適用可能である。
【符号の説明】
【0056】
２…フォークリフト（移動体）、３…レーザセンサ、１０…走行経路生成装置、１２…地図作成部（地図取得部）、１４…照合部、１５…走行経路補正部、１７…建物図面記憶部（建物図面取得部）、２０…建物図面、２１，２１ａ～２１ｆ…特徴物、２２…地図データ、２３，２３ａ～２３ｆ…特徴物、５０…物体、Ｌ…レーザ、Ｐ…特徴点（端部）、Ｒ…制約領域、Ｓ…走行経路。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】