特許 7533269 障害物検知装置

(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】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】障害物検知装置

(51)【国際特許分類】

   B66F 9/24 20060101AFI20240806BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

B66F9/24 L

G05D1/43

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021023220

(22)【出願日】2021-02-17

(65)【公開番号】P2022125564

(43)【公開日】2022-08-29

【審査請求日】2023-05-16

(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】服部 晋悟

【審査官】中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２６４０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７０２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２０８２９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２１０５７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６６Ｆ ９／２４

Ｇ０５Ｄ １／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業車両が対象物に対して接近する際に前記産業車両の周囲に存在する障害物を検知する障害物検知装置において、
前記対象物の位置及び姿勢を検出する位置姿勢検出部と、
前記位置姿勢検出部により検出された前記対象物の位置及び姿勢に基づいて、前記障害物として検知することを許可しない障害物検知除去エリアを設定する検知除去エリア設定部と、
前記検知除去エリア設定部により設定された前記障害物検知除去エリアに基づいて、前記障害物として検知することを許可する障害物検知エリアを決定する検知エリア決定部と、
前記検知エリア決定部により決定された前記障害物検知エリアにおいて前記障害物を検知する障害物検知部とを備え、
前記検知除去エリア設定部は、前記対象物を含む領域を前記障害物検知除去エリアとして設定し、
前記検知エリア決定部は、予め初期設定された初期障害物検知エリアが前記障害物検知除去エリアと重ならないときは、前記初期障害物検知エリアを前記障害物検知エリアとして決定し、前記初期障害物検知エリアの一部が前記障害物検知除去エリアと重なるときは、前記初期障害物検知エリアよりも狭くなるような前記障害物検知エリアを決定する障害物検知装置。

【請求項2】

前記検知除去エリア設定部は、前記対象物の前端面よりも前記産業車両側を含む領域を前記障害物検知除去エリアの一部として設定する請求項１記載の障害物検知装置。

【請求項3】

前記検知エリア決定部は、前記障害物検知エリアが前記障害物検知除去エリアと重なるときは、前記障害物検知エリアを前記障害物検知除去エリアと重ならないように変更する請求項１または２記載の障害物検知装置。

【請求項4】

前記検知エリア決定部は、前記障害物検知エリアが前記障害物検知除去エリアと重なるときは、前記障害物検知エリアにおける前記障害物検知除去エリアと重なり合う領域を削除する請求項３記載の障害物検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、障害物検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、環境マップを記憶する環境マップ記憶部と、環境マップに示された走行の妨げとなる障害物の中から時間の経過に伴って位置または有無が変化し得る一時障害物を抽出する一時障害物抽出部と、一時障害物に関するデータに基づいて、環境マップ記憶部に記憶された環境マップを更新する環境マップ更新部とを備えた無人作業システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１４０５９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、フォークリフト等の産業車両では、荷物を取ったり、荷物を置く際に、地図上に存在しないパレットまたはトラック等の対象物に近づくことがある。この場合には、パレットまたはトラック等の対象物を障害物として検知すると、不都合となってしまう。

【0005】

本発明の目的は、産業車両が対象物に対して接近する際に、対象物を障害物として誤検知することを防止できる障害物検知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】

本発明の一態様は、産業車両が対象物に対して接近する際に産業車両の周囲に存在する障害物を検知する障害物検知装置において、対象物の位置及び姿勢を検出する位置姿勢検出部と、位置姿勢検出部により検出された対象物の位置及び姿勢に基づいて、障害物として検知することを許可しない障害物検知除去エリアを設定する検知除去エリア設定部と、検知除去エリア設定部により設定された障害物検知除去エリアに基づいて、障害物として検知することを許可する障害物検知エリアを決定する検知エリア決定部と、検知エリア決定部により決定された障害物検知エリアにおいて障害物を検知する障害物検知部とを備え、検知除去エリア設定部は、対象物を含む領域を障害物検知除去エリアとして設定する。

【0007】

このような障害物検知装置においては、産業車両が対象物に対して接近する際に、まず対象物の位置及び姿勢が検出される。そして、対象物の位置及び姿勢に基づいて、産業車両の周囲に存在する障害物として検知することを許可しない障害物検知除去エリアが設定される。そして、障害物検知除去エリアに基づいて、障害物として検知することを許可する障害物検知エリアが決定され、障害物検知エリアにおいて障害物の検知が行われる。ここで、対象物を含む領域が障害物検知除去エリアとして設定される。これにより、対象物が障害物として誤検知されることが防止される。

【0008】

検知除去エリア設定部は、対象物の前端面よりも産業車両側を含む領域を障害物検知除去エリアの一部として設定してもよい。このような構成では、対象物の位置及び姿勢の検出誤差等があっても、適切な障害物検知除去エリアが得られる。従って、対象物が障害物として誤検知されることが更に防止される。

【0009】

検知エリア決定部は、障害物検知エリアが障害物検知除去エリアと重なるときは、障害物検知エリアを障害物検知除去エリアと重ならないように変更してもよい。このような構成では、産業車両が対象物に十分に近づいても、障害物検知エリアが対象物を含む障害物検知除去エリアと重ならない。従って、対象物が障害物として誤検知されることが一層防止される。

【0010】

検知エリア決定部は、障害物検知エリアが障害物検知除去エリアと重なるときは、障害物検知エリアにおける障害物検知除去エリアと重なり合う領域を削除してもよい。このような構成では、産業車両が対象物に十分に近づいても、産業車両から対象物までの距離に応じた適切な障害物検知エリアが得られる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、産業車両が対象物に対して接近する際に、対象物を障害物として誤検知することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る障害物検知装置を具備した走行制御装置を示す概略構成図である。

【図2】フォークリフトがパレットに対して接近する様子を示す概念図である。

【図3】図１に示されたコントローラにより実行される障害物検知処理を含む走行制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図4】フォークリフトがパレットに対して接近する際に設定される障害物検知除去エリア及び障害物検知エリアを示す概念図である。

【図5】フォークリフトがトラックのコンテナに対して接近する際に設定される障害物検知除去エリア及び障害物検知エリアを示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係る障害物検知装置を具備した走行制御装置を示す概略構成図である。図１において、走行制御装置１は、産業車両の１つである自動運転用のフォークリフト２（図２参照）に搭載されている。

【0015】

走行制御装置１は、図２に示されるように、フォークリフト２により荷役を行う際に、荷物が載置されるパレット３の手前までフォークリフト２を自動的に走行させる装置である。パレット３は、例えば平パレットである。パレット３には、フォークリフト２に備えられた１対のフォーク２ａが差し込まれる２つのフォーク穴３ａが設けられている。パレット３は、フォークリフト２により荷取りまたは荷置き等が行われる荷役対象物（対象物）である。

【0016】

走行制御装置１は、例えばフォークリフト２によりパレット３を取るときに、フォークリフト２の各フォーク２ａがパレット３のフォーク穴３ａに挿入可能となる目標位置までフォークリフト２を自動走行させる。走行制御装置１は、レーザセンサ４と、コントローラ５と、駆動部６とを備えている。

【0017】

レーザセンサ４は、フォークリフト２の周囲にレーザを照射し、レーザの反射光を受光することで、フォークリフト２の周囲に存在する物体を検出する。フォークリフト２の周囲に存在する物体としては、例えば壁や柱等のように地図として登録される物体と、他車両等の移動体、荷物またはコンテナ等のように地図として登録されない物体とがある。レーザセンサ４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用いられる。

【0018】

コントローラ５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。コントローラ５は、位置姿勢推定部１１と、検知除去エリア設定部１２と、検知エリア決定部１３と、障害物認識部１４と、経路生成部１５と、誘導制御部１６とを有している。

【0019】

ここで、レーザセンサ４、コントローラ５の位置姿勢推定部１１、検知除去エリア設定部１２、検知エリア決定部１３及び障害物認識部１４は、本実施形態の障害物検知装置１０を構成している。

【0020】

障害物検知装置１０は、フォークリフト２がパレット３に対して接近する際に、フォークリフト２の周囲に存在する障害物を検知する。フォークリフト２の周囲に存在する障害物は、他車両、荷物またはコンテナ等といった地図として登録されない物体（前述）である。そのような障害物は、位置及び有無が変化する。

【0021】

位置姿勢推定部１１は、レーザセンサ４の検出データに基づいてパレット３を認識し、パレット３の位置及び姿勢を推定する。パレット３の位置は、図２（ａ）に示されるように、フォークリフト２の基準位置に対するパレット３の２次元（Ｘ，Ｙ）座標位置である。パレット３の姿勢は、図２（ａ）に示されるように、フォークリフト２の基準姿勢に対するパレット３の向き（角度）θである。位置姿勢推定部１１は、レーザセンサ４と協働して、パレット３の位置及び姿勢を検出する位置姿勢検出部を構成している。

【0022】

検知除去エリア設定部１２は、位置姿勢推定部１１により検出されたパレット３の位置及び姿勢に基づいて、障害物として検知することを許可しない障害物検知除去エリアを設定する。検知除去エリア設定部１２の機能については、後で詳述する。

【0023】

検知エリア決定部１３は、検知除去エリア設定部１２により設定された障害物検知除去エリアに基づいて、障害物として検知することを許可する障害物検知エリアを決定する。検知エリア決定部１３の機能については、後で詳述する。

【0024】

障害物認識部１４は、レーザセンサ４の検出データに基づいて、検知エリア決定部１３により決定された障害物検知エリアにおいて障害物を認識する。障害物認識部１４は、レーザセンサ４と協働して、障害物検知エリアにおいて障害物を検知する障害物検知部を構成している。

【0025】

経路生成部１５は、位置姿勢推定部１１により検出されたパレット３の位置及び姿勢に基づいて、フォークリフト２の走行経路を生成する。経路生成部１５は、例えば図２（ｂ）に示されるように、フォークリフト２が目標位置まで滑らかに走行可能となるような走行経路Ｓを生成する。経路生成部１５は、障害物認識部１４によりパレット３の手前側に障害物が存在することが検知されたときは、障害物を避けるような走行経路Ｓを生成してもよい。

【0026】

誘導制御部１６は、図２（ｃ）に示されるように、経路生成部１５により生成された走行経路Ｓに従ってフォークリフト２を目標位置に向かって誘導走行させるように駆動部６を制御する。駆動部６は、例えば走行モータ及び操舵モータを有している。誘導制御部１６は、障害物認識部１４により走行経路Ｓ上に障害物が存在することが検知されたときは、例えばフォークリフト２を緊急停止させるように駆動部６を制御してもよい。

【0027】

図３は、コントローラ５により実行される障害物検知処理を含む走行制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、本処理は、例えばフォークリフト２がパレット３の正面側に達した状態で、フォークリフト２からパレット３までの距離が規定値以下になると、実行される。

【0028】

また、障害物として検知することを許可する障害物検知エリアＡは、予め初期設定されている。初期の障害物検知エリアＡ０は、図４の２点鎖線で示されるように、フォークリフト２を全体的に含むような矩形状に設定されている。初期の障害物検知エリアＡ０では、フォークリフト２の前後方向の検知距離がフォークリフト２の左右方向の検知距離よりも長くなっている。

【0029】

図３において、コントローラ５は、まずレーザセンサ４の検出データに基づいて、パレット３を認識する（手順Ｓ１０１）。そして、コントローラ５は、レーザセンサ４の検出データに基づいて、パレット３の位置及び姿勢を推定する（手順Ｓ１０２）。パレット３の位置及び姿勢は、上述したように、フォークリフト２を基準とした位置及び姿勢である（図２（ａ）参照）。

【0030】

続いて、コントローラ５は、パレット３の位置及び姿勢に基づいて、障害物として検知することを許可しない障害物検知除去エリアＢを設定する（手順Ｓ１０３）。障害物検知除去エリアＢは、図４に示されるように、パレット３全体を含む領域である。具体的には、障害物検知除去エリアＢは、パレット３の前端面３ｂよりも奥側（後側）に位置するメイン領域Ｂ１と、パレット３の前端面３ｂよりも手前側（フォークリフト２側）に位置するマージン領域Ｂ２とを含んでいる。マージン領域Ｂ２の奥行距離は、メイン領域Ｂ１の奥行距離よりも短い。奥行距離は、パレット３の前後方向の距離である。

【0031】

続いて、コントローラ５は、現在の障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重なるかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。コントローラ５は、現在の障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重なる（図４（ｂ）参照）と判断したときは、障害物検知エリアＡを障害物検知除去エリアＢと重ならないように変更する（手順Ｓ１０５）。具体的には、コントローラ５は、初期の障害物検知エリアＡ０における障害物検知除去エリアＢと重なり合う重畳領域Ｗを削除する。これにより、障害物検知エリアＡは、初期の障害物検知エリアＡ０よりも狭くなる。

【0032】

コントローラ５は、現在の障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重ならない（図４（ａ）参照）と判断したときは、手順Ｓ１０５を実行しない。つまり、コントローラ５は、障害物検知エリアＡを変更しない。従って、障害物検知エリアＡは、初期の障害物検知エリアＡ０のままである。

【0033】

続いて、コントローラ５は、レーザセンサ４の検出データに基づいて、最新の障害物検知エリアＡにおいてフォークリフト２の周囲に存在する障害物を認識する（手順Ｓ１０６）。

【0034】

また、コントローラ５は、パレット３の位置及び姿勢に基づいて、目標位置までのフォークリフト２の走行経路Ｓ（図２（ｂ）参照）を生成する（手順Ｓ１０７）。そして、コントローラ５は、走行経路Ｓに従ってフォークリフト２を目標位置に向かって誘導走行させるように駆動部６を制御する（手順Ｓ１０８）。

【0035】

続いて、コントローラ５は、レーザセンサ４の検出データに基づいて、フォークリフト２がパレット３の手前の目標位置に到達したかどうかを判断する（手順Ｓ１０９）。コントローラ５は、フォークリフト２が目標位置に到達していないと判断したときは、上記の手順Ｓ１０１を再度実行する。コントローラ５は、フォークリフト２が目標位置に到達したと判断したときは、本処理を終了する。その後、フォークリフト２により荷役動作が自動的に実施される。

【0036】

なお、上記の処理では、障害物が検知されたときに、障害物を避けるような走行経路Ｓを生成したり、フォークリフト２を緊急停止させる手順については、便宜上省略されている。

【0037】

ここで、位置姿勢推定部１１は、手順Ｓ１０１，Ｓ１０２を実行する。検知除去エリア設定部１２は、手順Ｓ１０３を実行する。検知エリア決定部１３は、手順Ｓ１０４，Ｓ１０５を実行する。障害物認識部１４は、手順Ｓ１０６を実行する。経路生成部１５は、手順Ｓ１０７を実行する。誘導制御部１６は、手順Ｓ１０８，Ｓ１０９を実行する。

【0038】

以上のように構成された走行制御装置１において、フォークリフト２がパレット３から離れている状態では、図４（ａ）に示されるように、予め決められた初期の障害物検知エリアＡ０は、パレット３を含む障害物検知除去エリアＢとは重ならない。このため、初期の障害物検知エリアＡ０が障害物検知エリアＡとして決定される。

【0039】

フォークリフト２がパレット３に近づくと、図４（ｂ）に示されるように、初期の障害物検知エリアＡ０の一部が障害物検知除去エリアＢと重なる。このため、初期の障害物検知エリアＡ０における障害物検知除去エリアＢと重なり合う重畳領域Ｗを除く領域が、障害物検知エリアＡとして設定される。従って、障害物検知除去エリアＢと重なる分だけ障害物検知エリアＡが狭くなる。

【0040】

そして、フォークリフト２がパレット３に更に近づくと、初期の障害物検知エリアＡ０と障害物検知除去エリアＢとが重なり合う重畳領域Ｗの面積が増えるため、障害物検知エリアＡが更に狭くなる。

【0041】

以上のように本実施形態にあっては、フォークリフト２がパレット３に対して接近する際に、まずパレット３の位置及び姿勢が検出される。そして、パレット３の位置及び姿勢に基づいて、フォークリフト２の周囲に存在する障害物として検知することを許可しない障害物検知除去エリアＢが設定される。そして、障害物検知除去エリアＢに基づいて、障害物として検知することを許可する障害物検知エリアＡが決定され、障害物検知エリアＡにおいて障害物の検知が行われる。ここで、パレット３を含む領域が障害物検知除去エリアＢとして設定される。これにより、パレット３が障害物として誤検知されることが防止される。その結果、フォークリフト２の各フォーク２ａによりパレット３を確実に持ち上げることができる。

【0042】

また、本実施形態では、パレット３の前端面３ｂよりも手前側を含むマージン領域Ｂ２が障害物検知除去エリアＢの一部として設定される。このため、パレット３の位置及び姿勢の検出誤差等があっても、適切な障害物検知除去エリアＢが得られる。従って、パレット３が障害物として誤検知されることが更に防止される。

【0043】

また、本実施形態では、障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重なるときは、障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重ならないように変更される。このため、フォークリフト２がパレット３に十分に近づいても、障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重ならない。従って、パレット３が障害物として誤検知されることが一層防止される。

【0044】

また、本実施形態では、障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重なるときは、障害物検知エリアＡにおける障害物検知除去エリアＢと重なり合う重畳領域Ｗが削除される。このため、フォークリフト２がパレット３に十分に近づいても、フォークリフト２からパレット３までの距離に応じた適切な障害物検知エリアＡが得られる。

【0045】

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、フォークリフト２によりパレット３を取るために、フォークリフト２がパレット３に対して接近する際に、フォークリフト２の周囲に存在する障害物が検知されているが、特にそのような形態には限られない。

【0046】

例えば図５に示されるように、荷物が載置されたパレットをトラック２０のコンテナ２１から取るために、フォークリフト２がコンテナ２１に対して接近する際に、フォークリフト２の周囲に存在する障害物を検知してもよい。コンテナ２１も、フォークリフト２により荷取りまたは荷置き等が行われる荷役対象物（対象物）である。コンテナ２１は、トラック２０の荷台に２列で搭載されている。

【0047】

この場合、障害物検知除去エリアＢは、トラック２０全体を含む領域である。具体的には、障害物検知除去エリアＢは、荷役動作が実施される側に位置する各コンテナ２１の前端面２１ａよりも奥側に位置するメイン領域Ｂ１と、荷役動作が実施される側に位置する各コンテナ２１の前端面２１ａよりも手前側（フォークリフト２側）に位置するマージン領域Ｂ２とを含んでいる。なお、コンテナ２１の前端面２１ａは、コンテナ２１の扉側の端面である。

【0048】

フォークリフト２がトラック２０から離れている状態では、図５（ａ）に示されるように、初期の障害物検知エリアＡ０は、トラック２０を含む障害物検知除去エリアＢとは重ならない。このため、初期の障害物検知エリアＡ０が障害物検知エリアＡとして決定される。

【0049】

フォークリフト２がトラック２０に近づくと、図５（ｂ）に示されるように、初期の障害物検知エリアＡ０の一部が障害物検知除去エリアＢと重なる。このため、障害物検知除去エリアＢと重なる分だけ初期の障害物検知エリアＡ０よりも狭い障害物検知エリアＡが得られる。

【0050】

また、上記実施形態では、障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重なるときは、障害物検知エリアＡにおける障害物検知除去エリアＢと重なり合う重畳領域Ｗが削除されているが、特にその形態には限られず、障害物検知エリアＡが障害物検知除去エリアＢと重ならないように変更されるのであれば、例えば障害物検知エリアＡを重畳領域Ｗに相当する分よりも狭くしてもよい。

【0051】

また、上記実施形態では、パレット３またはコンテナ２１といった荷役対象物の前端面よりも手前側を含む領域が障害物検知除去エリアＢの一部として設定されているが、特にその形態には限られず、例えば荷役対象物の位置及び姿勢の検出誤差等が少ない場合には、荷役対象物の前端面よりも奥側（後側）の領域のみを障害物検知除去エリアＢとして設定してもよい。

【0052】

また、上記実施形態では、障害物検知除去エリアＢは荷役対象物全体を含む領域であるが、特にその形態には限られず、例えば荷役対象物の奥側の一部領域については、障害物検知除去エリアＢから外してもよい。

【0053】

また、上記実施形態では、レーザセンサ４の検出データに基づいて、パレット３の位置及び姿勢が推定されていると共に、障害物が認識されているが、特にそれには限られず、例えばカメラの撮像画像等に基づいて、パレット３の位置及び姿勢を推定すると共に、障害物を認識してもよい。

【0054】

また、上記実施形態では、フォークリフト２が荷役対象物に対して接近する際に、フォークリフト２の周囲に存在する障害物が検知されているが、本発明は、特にフォークリフト２には限られず、例えばトーイング車等のように荷取りまたは荷置き等が行われる対象物に対して接近する産業車両であれば、適用可能である。

【符号の説明】

【0055】

２…フォークリフト（産業車両）、３…パレット（荷役対象物、対象物）、３ｂ…前端面、４…レーザセンサ（位置姿勢検出部、障害物検知部）、１０…障害物検知装置、１１…位置姿勢推定部（位置姿勢検出部）、１２…検知除去エリア設定部、１３…検知エリア決定部、１４…障害物認識部（障害物検知部）、２１…コンテナ（荷役対象物、対象物）、２１ａ…前端面、Ａ…障害物検知エリア、Ｂ…障害物検知除去エリア、Ｂ２…マージン領域、Ｗ…重畳領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】