測距方法及び車載測距装置
【課題】床面に近い位置に置かれた障害物を精度良く検知できる測距方法を提供する。
【解決手段】発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導き、測定光と反射光の検出時間差に基づいて対象物までの距離を算出する測距装置を車両に取り付けて、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面または対象物までの距離を算出し、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行な仮想平面を生成し、各距離を仮想平面からの鉛直距離に換算し、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出し、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する各ステップを所定の走査周期毎に繰り返す。
【解決手段】発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導き、測定光と反射光の検出時間差に基づいて対象物までの距離を算出する測距装置を車両に取り付けて、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面または対象物までの距離を算出し、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行な仮想平面を生成し、各距離を仮想平面からの鉛直距離に換算し、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出し、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する各ステップを所定の走査周期毎に繰り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距方法及び車載測距装置に関し、自動倉庫等で用いられる自動搬送車両(Automated Guided Vehicle；ＡＧＶ)等に取り付けられ、走行経路上に存在する障害物を検知するための測距方法及び車載測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光部と、受光部と、発光部から出力され、パルス変調または正弦波変調された測定光を所定周期で繰り返し二次元平面領域に走査して、測定対象空間に存在する対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が、障害物検知装置として自動搬送車両に取り付けられている。
【０００３】
特許文献１には、図９（ａ）に示すように、測距装置を自動搬送車両の前面に取り付けて、走行経路の幅や走行速度に合わせて測距装置による障害物の検知エリアを設定し、検知エリア内に障害物が検知されると、自動搬送車両を停止または障害物から回避する技術が開示されている。
【０００４】
このような測距装置を床面近くに設置すると、自動搬送車両の走行時の振動により走査面が傾き、床を障害物と誤検知するため、通常、床面から所定高さ、例えば１５０ｍｍ以上の位置に設置される必要がある。
【０００５】
特許文献２には、図９（ｂ）に示すように、自動搬送車両の走行方向に沿った下面及び側面二面を検知するため、測距装置の周部に測定光を偏向する三面の偏向ミラーが配置された被測定物検出装置が提案されている。
【０００６】
当該被測定物検出装置によれば、自動搬送車両の走行方向の水平面及び左右の垂直面の三面の障害物を検知できるため、より精度の高い障害物検知が可能となるが、自動搬送車両の走行時の振動により走査面が傾き、床を障害物と誤検知する問題が内在しているため、床面から所定高さ以上の位置に設置される必要がある。
【０００７】
つまり、図１０に示すように、現状、自動搬送車両の走行方向前方を走行する他の自動搬送車両を検知するために、測距装置が床面より所定高さ以上の位置で、走査面が床面と略平行となるように自動搬送車両に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５４５５６６９号明細書
【特許文献２】特開２００７−１３９６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の測距装置を倉庫等で使用されるフォークリフトに取り付けて、走行経路上の他のフォークリフトを検知する場合、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、他のフォークリフト本体が走行経路前方に位置すると、測距装置で検知された他のフォークリフトの位置よりも手前側で十分な車間距離を確保した状態で停止または回避走行する必要がある。フォークリフト本体から突出した物品を載置するための爪部の長さを考慮する必要があるためである。
【００１０】
しかし、そのためには、検出距離が長い高精度勝つ高価な測距装置を用いる必要があり、また、十分に十分広い作業空間を確保しなければならず、走行経路が狭い領域では測距装置を用いた障害物検知の有用性が制限されるという問題があった。
【００１１】
さらに、図１１（ｃ），（ｄ）に示すように、他のフォークリフト本体が走行経路上に位置せず、その爪部が走行経路上に突出している場合には、適切に検知できず爪部に衝突して重大な事故を招く虞もあった。
【００１２】
通常、このようなフォークリフトの爪部は、物品を載置していないときに床面近くに降下しているため、爪部を検知するために測距装置の取付高さを低くすると床面を誤検知することになる。また、床面より高い位置から斜め下方に測定光を走査するようにフォークリフト本体に測距装置を取り付け、爪部までの距離と床面までの距離を識別することにより爪部を検知することも考えられるが、車体の走行により生じる振動や、ロール方向、ピッチ方向の傾き等の影響を受けて、床面から僅かな高さに位置する爪部を適正に検知するのは非常に困難である。
【００１３】
このような問題は、自動搬送車両や自動走行するフォークリフトのみならず、運転者が走行操作するフォークリフトであっても同様である。通常、運転者は爪部が視界に入るように前方を向いて搭乗し、爪部に物品を搭載した後、後方に走行するため、常に後方を目視確認できないためである。
【００１４】
本発明の目的は、床面に近い位置に置かれた障害物を精度良く検知できる測距方法及び車載測距装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明による測距方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置を車両に取り付けて、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する測距方法であって、演算部により、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出するステップと、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算するステップと、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出するステップと、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知するステップとを、所定の走査周期毎に繰り返す点にある。
【００１６】
車両の走行に伴ない発生するピッチングやローリングにより測距装置の測定対象平面に対する姿勢が変動する場合であっても、極めて僅かな時間であれば静止状態であるとみなせる。
【００１７】
そこで、車両に取り付けられた測距装置に組み込まれた演算部により、そのような僅かな時間内に走査された測定光に基づいて、先ず、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離が算出される。
【００１８】
次に、所定の走査角度で算出された距離に基づいて、測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面が生成され、各走査角度で算出された距離が仮想平面からの鉛直距離に換算される。この仮想平面は、測距装置の姿勢変動に対応したものとなる。
【００１９】
さらに、換算された鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線が算出される。近似線により、鉛直距離と走査位置を示す複数のデータの平均特性が得られるのである。そして、換算された鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知される。このような処理が、測距装置の測定対象平面に対する姿勢が静止状態であるとみなせる所定の走査周期毎に繰り返される。
【００２０】
従って、車両の走行に伴ないピッチングやローリングにより測距装置の測定対象平面に対する姿勢が変動する場合であっても、対象平面に存在する僅かの高さの対象物を適切に検知することができるようになる。
【００２１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される点にある。
【００２２】
上述の構成によれば、測距装置の測定対象平面に対する姿勢が静止状態であるとみなせる所定の走査周期毎に閾値が設定されるので、測距装置の測定対象平面に対する姿勢の変動が激しい場合であっても、適切に対象物を検知できるようになる。そのような閾値は、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値に基づいて設定されるため、測定環境による影響を加味した適切な値になる。
【００２３】
本発明による車載測距装置の第一の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が車両に取り付けられ、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する車載測距装置であって、演算部は、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する処理と、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する処理と、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する処理を、所定の走査周期毎に繰り返すように構成されている点にある。
【００２４】
同第二の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される点にある。
【００２５】
同第三の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、測距装置から出力された測定光の走査面が測定対象平面と交差するように偏向する偏向ミラーを備えている点にある。
【００２６】
走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査するために、車両に対する測距装置の取付姿勢が制限されることになるが、偏向ミラーを介して測定光を偏向走査することができるため、測距装置の取付姿勢の自由度を確保して、測定光を任意の方向に偏向走査することができるようになる。
【００２７】
同第四の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、測距装置の周囲に互いに９０°の角度で三枚の偏向ミラーが配置され、各偏向ミラーにより測距装置から出力された測定光を所定の角度に偏向する点にある。
【００２８】
上述の構成によれば、三枚の偏向ミラーにより測定対象面を三方向に走査でき、車両の走行方向に対する前方の正面及び左右側面に存在する障害物等の対象物を適正に検知できる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明した通り、本発明によれば、床面に近い位置に置かれた障害物を精度良く検知できる測距方法及び車載測距装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による車載測距装置に用いられる走査式測距装置の構成図
【図２】本発明による車載測距装置の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図
【図３】（ａ）は車載測距装置の自動搬送車両への取付姿勢の説明図、（ｂ）は車載測距装置から出射される測定光の測定対象面上の軌跡を示す説明図
【図４】（ａ）は水平偏向ミラーで偏向走査される測定光の軌跡を示す説明図、（ｂ）は垂直偏向ミラーで偏向走査される測定光の軌跡を示す説明図
【図５】（ａ）は水平偏向ミラーで偏向走査される測定光で検知された距離を、仮想平面からの垂直距離に換算処理する原理の説明図、（ｂ）は垂直偏向ミラーで偏向走査される測定光で検知された距離を、仮想平面からの垂直距離に換算処理する原理の説明図
【図６】車両に作用するピッチングやローリングにより車載測距装置の姿勢が変動することを示す説明図
【図７】（ａ）は車両の走行に伴ない発生する車載測距装置による所定の走査角度での計測距離の変動を示す特性図、（ｂ）は本発明の演算処理により求まる仮想平面からの垂直距離の特性図
【図８】車載測距装置に組み込まれた制御回路のブロック構成図
【図９】従来技術の説明図
【図１０】従来技術の説明図
【図１１】従来技術の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明による測距方法及び車載測距装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１に示すように、走査式測距装置１００は、内壁面が吸光部材で被覆された円筒状のケーシング１の内部に、発光部３と、受光部４と、発光部３から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物Ｘからの反射光を受光部４に導く走査機構５が組み込まれている。
【００３３】
ケーシング１を支持する基台２には、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部１０として機能する信号処理基板９が収容されている。
【００３４】
走査機構５は、ケーシング１の軸心となる回転軸心Ｐ周りに回転する回転体６と、回転体６と一体回転する偏向ミラー７と、回転体６を回転駆動するモータ１１で構成されている。
【００３５】
回転体６は、下端部が縮径された円筒状の周壁部６ａと天板部６ｂとからなり、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３によって回転可能に支承されている。
【００３６】
周壁部６ａの下端部外周面に取り付けられたマグネット１１ｂでなる回転子と、ケーシング側に配置されたコイル１１ａでなる固定子とでモータ１１が構成され、コイル１１ａとマグネット１１ｂとの相互作用により、回転体６が回転軸心Ｐ周りで回転駆動される。
【００３７】
偏向ミラー７は、回転体６の天板部６ｂ上面に配置された第一偏向ミラー７ａと、天板部６ｂ下面に配置された第二偏向ミラー７ｂで構成され、夫々が回転軸心Ｐに対して約４５度の傾斜角度となるように回転軸心Ｐ上に配置されている。
【００３８】
発光部３は、半導体レーザでなる光源３ａと、光源３ａからの出力光を一定のビーム径に形成する光学レンズ３ｃを備え、出力光の光軸Ｌ１と回転軸心Ｐが一致するようにケーシング１の天面に固定配置されている。
【００３９】
受光部４は、アバランシェフォトダイオード等を用いた受光素子４ａと、受光素子４ａで光電変換された信号を増幅する増幅回路４ｂを備え、回転軸心Ｐ上で偏向ミラー７を挟んで投光部３と対向するように回転体６の内部に固定配置されている。
【００４０】
ケーシング１の周壁部には、上下方向に一定幅を有し、ケーシング１に沿って湾曲形成された帯状の透光窓１ａが設けられ、回転体６の周壁部６ａ上部に反射光を受光部４に合焦させる集光レンズ８が設けられている。
【００４１】
発光部３から出力された測定光が光軸Ｌ１に沿って第一偏向ミラー７ａに入射し、第一偏向ミラー７ａで９０°偏向反射された光軸Ｌ２に沿って透光窓１ａを介して測定対象空間に出射される。測定対象空間に存在する対象物Ｘから反射した反射光が光軸Ｌ２に沿って透光窓１ａ及び集光レンズ８を介して第二偏向ミラー７ｂに入射し、第二偏向ミラー７ｂで受光部４に向けて９０°偏向反射される。
【００４２】
回転体６の外周面に円環状のスリット板１５ａが取り付けられるとともに、スリット板１５ａに形成されたスリットを検知するフォトインタラプタ１５ｂがケーシング１の内面に取り付けられ、フォトインタラプタ１５ｂから出力されるパルス信号により回転体８の回転位相、つまり測定光の走査角度を検知する走査角度検出部１５が構成されている。
【００４３】
透光窓１ａは、回転軸心Ｐを中心に２７０度の角度範囲で測定光が出射可能に設けられ、軸心Ｐを挟んで透光窓１ａの中心位置と対向するケーシング１の内壁部に、対象物Ｘまでの距離を補正するための基準光を導くプリズム１４が配置されている。
【００４４】
走査機構５により測定光が一走査される度に、受光部４でプリズム１４を介した基準光（図１中、プリズム１４を通過する一点差線の光路を通過する）が検出され、このときに装置内での投光部３から受光部４までの基準距離が算出される。
【００４５】
尚、走査角度検出部１５のスリット板１５ａには、回転軸心Ｐを中心とする放射状のスリットが一定間隔で形成されている。そして、測定光がプリズム１４に照射される基準走査位置以外の領域で、回転方向に沿ったスリット幅が一定に形成され、基準走査位置で他の領域のスリット幅より狭いスリット幅に形成されている。
【００４６】
従って、演算部１０では、フォトインタラプタ１５ｂから出力されるパルス信号のパルス幅に基づいて基準走査位置が検知され、検知された基準走査位置からのパルス数に基づいて走査角度が検知される。
【００４７】
信号処理基板９には、マイクロコンピュータやメモリを備えた制御回路が搭載され、制御回路により、モータ１１を駆動して走査機構５を作動させるモータ駆動部、光源３ａからの出力光を変調する変調部、受光部４で検出された基準信号に基づいて基準距離を算出し、基準距離と受光部４で検出された反射信号に基づいて対象物Ｘまでの距離を算出するとともに、走査角度検出部１５から入力されるパルス信号に基づいて対象物Ｘが位置する方位を特定する演算部等の機能ブロックが構成されている。
【００４８】
尚、図面には示していないが、発光部３、受光部４、モータ１１、走査角度検出部１５と信号処理基板９との間には、それぞれ信号線が接続されている。
【００４９】
走査式測距装置１００は、光源３ａからの出力光に変調を加えて対象物Ｘに照射し、対象物Ｘからの反射光を受光素子４ａで検出して距離を測定する装置で、測定光の変調方式としてＡＭ（amplitude modulation）方式とＴＯＦ（Time of Flight）方式の何れかが採用される。
【００５０】
ＡＭ方式では、光源３ａからの出力光が正弦波でＡＭ変調され、変調された測定光と対象物Ｘからの反射光が光電変換される。そして光電変換された信号間の位相差Δφから〔数１〕に基づいて対象物Ｘまでの距離が算出される。ここに、Ｌは対象物Ｘまでの距離、Ｃは光速、ｆは変調周波数である。
〔数１〕
Ｌ＝Δφ・Ｃ／（４π・ｆ）
【００５１】
ＴＯＦ方式では、光源３ａからの出力光がパルス状に変調され、変調された測定光と対象物Ｘからの反射光が光電変換される。そして光電変換された信号間の遅延時間Δｔから〔数２〕に基づいて距離が算出される。
〔数２〕
Ｌ＝Δｔ・Ｃ／２
【００５２】
上述の演算部は、例えば、変調信号に基づいて測定光の出射タイミングまたは位相を検知し、受光部４で検出された反射信号の検知タイミングまたは位相を検知することにより、〔数１〕または〔数２〕に基づいて、対象物Ｘまでの距離を算出し、算出した距離から基準距離を減算補正することにより、最終の距離を算出する。
【００５３】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本発明による車載測距装置Ａは、フォークリフトを含む自動搬送車両ＡＧＶに取り付けられ、上述した走査式測距装置１００と、走査式測距装置１００から出力される測定光を偏向反射する三枚の偏向ミラー１０１，１０２，１０３を備えている。
【００５４】
図２（ａ）に示すように、測定光がプリズム１４に向けて照射される基準走査位置ｂから１８０°の走査角度となる方向に水平偏向ミラー１０１が配置され、基準走査位置ｂから９０°及び２７０°の走査角度となる方向に垂直偏向ミラー１０２，１０３が配置されている。
【００５５】
図２（ｂ）に示すように、水平偏向ミラー１０１の偏向面が測定光の走査面に対して４５°傾斜するように配置され、図２（ｃ）に示すように、垂直偏向ミラー１０２，１０３の偏向面が測定光の走査面に対して４０°傾斜するように配置されている。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、走査式測距装置１００は、回転軸心Ｐが床面と所定の角度θ（例えば、４５度）の傾斜角度となるように、床面（地面）から高さＨの位置に、取付ステイを介して走査式測距装置１００と偏向ミラー１０１，１０２，１０３が上述の位置関係を保つように取り付けられている。
【００５７】
図２（ａ）に示すように、走査機構４により回転軸心Ｐ周りに走査され、透光窓１ａから出射した測定光は、垂直偏向ミラー１０２、水平偏向ミラー１０１、垂直偏向ミラー１０３の順に入射し、各偏向ミラーで偏向反射されて、床面に向けて走査される。
【００５８】
図３（ｂ）に示すように、測定光の床面上での走査軌跡は略Ｈ字形になり、水平偏向ミラー１０１により偏向された測定光は、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向前方に走行方向と垂直な直線状の軌跡に沿って走査され、垂直偏向ミラー１０２により偏向された測定光は、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向右側前方に、走行方向より所定角度外側に広がる直線状の軌跡に沿って走査され、垂直偏向ミラー１０３により偏向された測定光は、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向左側前方に、走行方向より所定角度外側に広がる直線状の軌跡に沿って走査される。
【００５９】
詳述すると、図４（ａ）に示すように、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向をＸ軸、床面から車載測距装置Ａを通る垂直軸をＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸とすると、水平偏向ミラー１０１により偏向反射された測定光Ｌｈは、Ｘ軸方向へ距離Ｘ０離れた床面上にＹ軸と平行な軌跡Ｔｈで矢印方向に走査される。
【００６０】
また、図４（ｂ）に示すように、垂直偏向ミラー１０２により偏向反射された測定光Ｌｒは、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向手前から遠さかる方向にＸ軸に対して所定の角度を持つ直線の軌跡Ｔｒで矢印方向に走査され、垂直偏向ミラー１０３により偏向反射された測定光Ｌｌは、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向前方から近づく方向にＸ軸に対して角度を持つ直線の軌跡Ｔｌで矢印方向に走査される。
【００６１】
車載測距装置Ａは、走査面が測定対象平面である床面と交差するように測定光を走査して、床面に近い位置に置かれた障害物を検知するものである。例えば、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向前方に突出しているフォークリフトの爪部等を検知するものである。
【００６２】
図６に示すように、自動搬送車両ＡＧＶが停止状態から走行状態に移行し、或いは加速すると車体が走行方向に対してピッチアップし、走行状態から減速すると車体がピッチダウンし、旋回すると車体にロールが発生する。このように、車体のピッチ角やロール角が変動すると、車載測距装置Ａにより検知された床面または床面上の障害物までの距離が変動して、障害物を適正に検知できない虞がある。
【００６３】
図７（ａ）には、このような自動搬送車両ＡＧＶの一例であるフォークリフトに設置された車載測距装置Ａにより検知された測定光Ｌｈに基づく距離特性がプロットされ、横軸を検知時間、縦軸を検知距離とするグラフが示されている。
【００６４】
車載測距装置Ａを約２４００ｍｍの高さ、斜め下方に４５°傾斜させて取り付け、フォークリフトを走らせた時に、水平偏向ミラー１０１に垂直方向に入射、つまり基準走査位置ｂから１８０°回転した走査角度で入射した測定光Ｌｈに対する床面距離の変動が示されている。
【００６５】
幾何学的には、車載測距装置Ａにより検知される床面までの距離が約３４００ｍｍ（＝２４００×２１／２）となる。
【００６６】
フォークリフトの停止時に車載測距装置Ａにより検知された距離は約３４００ｍｍと安定しているが、フォークリフトを走行させて蛇行運転すると、車載測距装置Ａにより検知された距離がピーク値間で２００ｍｍ変動する。車両に発生するピッチやロールの影響により、車載測距装置Ａが±２°以上傾斜振動したためである。
【００６７】
また、安定走行時には、停止時に検知された約３４００ｍｍよりも約１００ｍｍ程度短い約３３００ｍｍで安定した値となる。図７（ａ）に示す特性は、爪部に荷物を搭載していないときの特性で、爪部に重量物を搭載しているときには、図９とは異なる特性となる。車両の重量や、重心位置が変動し、車両に発生するピッチやロールの影響が変化するためである。
【００６８】
このような自動搬送車両ＡＧＶに搭載される車載測距装置Ａで床面状の障害物を検知するのは非常に困難である。例えば、通常、下降位置で床面から約５０ｍｍ程度の高さとなるフォークリフトの爪部の上面を床面と識別する必要があるのである。
【００６９】
そこで、本発明による車載測距装置Ａの演算部１０は、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する処理と、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する処理と、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する処理を、所定の走査周期毎に繰り返すように構成されている。
【００７０】
以下、詳述する。図５（ａ）に示すように、水平偏向ミラー１０１で偏向された測定光Ｌｈのうち、基準走査位置から１８０°の走査角度で走査され、水平偏向ミラー１０１に垂直方向に入射した測定光Ｌｈ０により算出される距離Ｌ０と、車載測距装置Ａの床面からの既知の高さＨに基づいて、車載測距装置Ａから出射される測定光Ｌｈ０の床面に対する角度θ（車載測距装置Ａの取付角度θに相当する）を、〔数３〕に基づいて算出する。これにより、車両の姿勢変動による車載測距装置Ａの姿勢変動を角度θに反映させる。測定光Ｌｈが一走査周期に一度このような走査角度となり、次に角度θが算出されるまでの間は、少なくともこのタイミングで算出された角度θに基づいて以下の処理がなされる。
〔数３〕
θ＝Ｓｉｎ−１（Ｈ／Ｌ０）
【００７１】
次に、測定光Ｌｈ０から走査角度φｎ（基準走査位置から（１８０°±φｎ）の走査角度）振られた測定光Ｌｈｎにより算出される距離ＬｎをＸＺ平面へ射影した射影距離Ｌｎ０を〔数４〕に基づいて算出する。
〔数４〕
Ｌｎ０＝Ｌｎ・Ｃｏｓφｎ
【００７２】
次に、〔数５〕に基づいて、射影距離Ｌｎ０を、測定光Ｌｈの床面上の軌跡Ｔｈ（Ｙ´）に平行で、高さ方向に所定距離、例えば距離Ｈだけシフトした仮想軸Ｙ´´からの鉛直方向の距離Ｈｎ０に換算する。仮想軸Ｙ´´とは、仮想平面上の軸である。
〔数５〕
Ｈｎ０＝Ｌｎ０・Ｓｉｎθ＝Ｌｎ・Ｃｏｓφｎ・Ｓｉｎθ
【００７３】
このようにして、水平偏向ミラー１０１で偏向された複数の走査角度φｎに応じた測定光Ｌｈｎに対応する各距離Ｌｎを、仮想軸Ｙ´´からの鉛直方向の距離Ｈｎ０、つまり仮想平面からの鉛直距離に換算して、床面または障害物の座標（Ｘｃ，Ｙｎ，Ｚｎ）を算出する。ここに、Ｘｃは一定値、Ｙｎ＝Ｌｎ・Ｓｉｎφｎであり、Ｚｎ＝Ｈｎ０である。
【００７４】
図５（ｂ）に示すように、垂直偏向ミラー１０２で偏向された測定光Ｌｒｎのうち、基準走査位置からφｎの走査角度で走査され、ＹＺ平面から角度ηｎで出射した測定光Ｌｒｎにより算出される距離Ｌｎを、〔数６〕に基づいて、床面上の軌跡Ｔｒに平行で、高さ方向に所定距離、例えば距離ＨだけシフトしたＺ軸を通る仮想軸Ｔｒ´迄の距離Ｈｎ´に換算する。
〔数６〕
Ｈｎ´＝Ｌｎ・Ｃｏｓηｎ
【００７５】
次に、〔数７〕に基づいて、距離Ｈｎ´をＸＺ平面に投影した距離Ｈｎ０、つまり、仮想軸Ｔｒ´が含まれる仮想平面からの鉛直距離を算出する。
〔数７〕
Ｈｎ０＝Ｈｎ´・Ｃｏｓξ＝Ｌｎ・Ｃｏｓηｎ・Ｃｏｓξ
【００７６】
垂直偏向ミラー１０２の偏向面が測定光の走査面に対して４０°傾斜するように配置されているため、軌跡Ｔｒと仮想軸Ｔｒ´で形成される面とＸＺ平面が角度ξ（本実施形態ではξ＝１０°である）傾斜している。そこで、距離Ｈｎ´をＸＺ平面に垂直な面に投影するのである。尚、ξが小さい場合には、〔数７〕による演算処理を省略してもよい。
【００７７】
尚、走査角度φｎに対応する測定光のＹＺ平面からの角度ηｎは幾何学演算により予め算出されることはいうまでもない。
【００７８】
垂直偏向ミラー１０３で偏向された測定光Ｌｌｎのうち、基準走査位置からφｎの走査角度で走査され、ＹＺ平面から角度ηｎで出射した測定光Ｌｌｎにより算出される距離Ｌｎに対しても、上述と同様に距離Ｈｎ０を算出する。
【００７９】
このようにして、垂直偏向ミラー１０２，１０３で偏向された複数の走査角度φｎに応じた測定光Ｌｈｎ，Ｌｌｎに対応する各距離Ｌｎを、高さ方向に所定距離、例えば距離Ｈだけシフトした仮想軸Ｔｒ´からの鉛直方向の距離Ｈｎ０に換算して、床面または障害物の座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を算出する。
【００８０】
以上により、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、各走査角度で算出した距離を測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面からの鉛直距離に換算する処理が終了する。
【００８１】
次に、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する。具体的に、水平偏向ミラー１０１で偏向された測定光Ｌｈから得られた床面または障害物の座標（Ｘｃ，Ｙｎ，Ｚｎ）に対応して、〔数８〕に基づいて二次曲線近似する。
〔数８〕
Ｚｎ＝Ｃ１・Ｙｎ２＋Ｃ２・Ｙｎ＋Ｃ３
ここに、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は定数である。
【００８２】
同様に、垂直偏向ミラー１０２，１０３で偏向された測定光Ｌｒ，Ｌｌから得られた床面または障害物の座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）に対応して、〔数９〕に基づいて二次曲線近似する。
〔数９〕
Ｚｎ＝Ｃ４・Ｘｎ２＋Ｃ５・Ｘｎ＋Ｃ６
ここに、Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６は定数である。
【００８３】
〔数９〕は、測定光の床面上での軌跡Ｔｒ，ＴｌがＸ軸に略平行な場合、つまり座標Ｙｎが略一定とみなせる場合に適用可能な式であり、座標Ｙｎが大きく変動する場合には、以下の〔数１０〕を採用することができる。
〔数１０〕
Ｚｎ＝Ｃ４・（Ｙｎ２＋Ｘｎ２）＋Ｃ５・（Ｙｎ２＋Ｘｎ２）１／２＋Ｃ６
【００８４】
図７（ｂ）には、水平偏向ミラー１０１により偏向反射された測定光Ｌｈを走査したときの、床面または障害物に対するＹ軸方向の座標Ｙｎと、二次近似曲線と、二次近似曲線に対するＺ軸方向の座標Ｚｎ（＝垂直方向の距離Ｈ０）の距離偏差をプロットしたグラフの一例が示されている。
【００８５】
この例では、自動搬送車両ＡＧＶの走行時にピッチングやローリングが発生する影響で二次近似曲線がＹ軸に対して傾斜している。二次近似曲線に沿って分布する垂直方向の床面に対する距離偏差は最大でも３０ｍｍ以内に収束しており、床面に対して５０ｍｍの高さになるフォークリフトの爪部に対する距離偏差と十分に識別できる特性が得られている。
【００８６】
従って、例えば、閾値を４０ｍｍに設定すると、二次近似曲線で示される垂直方向の距離偏差より４０ｍｍ以上の偏差となるＹ座標にフォークリフトの爪部が存在すると検知できるようになる。つまり、床面または障害物までの距離から換算した鉛直距離が、当該近似曲線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に障害物が存在すると検知することができるのである。
【００８７】
このような閾値は、換算した鉛直距離と当該近似曲線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に動的に変更設定することにより、より柔軟且つ適正に障害物を検知できるようになる。例えば、換算した鉛直距離と当該近似曲線から求まる鉛直距離の偏差の平均値に所定の安全係数α（α＞１）を乗算した値を新たな閾値に設定し、或いは、換算した鉛直距離と当該近似曲線から求まる鉛直距離の偏差の平均値に所定の安全係数β（例えば、当該平均値と障害物の床面高さの差の１／２の値）を加算した値を新たな閾値に設定する等である。
【００８８】
図７（ｂ）に示すグラフは、測定光の一走査周期、つまり走査機構５により回転体６が一回転したときの特性を示すものである。例えば、走査機構５による回転体６の回転数が１２００ｒｐｍであれば、一走査周期が５０ｍｓｅｃ．となる。走行中の自動搬送車両ＡＧＶにピッチングやローリングが発生する場合であっても、このような短い時間内では、その影響を受けることなく障害物を的確に検知することができる。
【００８９】
そこで、演算部１０では、所定の走査周期毎に上述の一連の処理を繰り返すように構成されている。所定の走査周期とは、ピッチングやローリングの影響を受けない走査周期をいい、最短で一走査周期となるが、走査機構５による回転体６の回転数に基づいて適宜設定すればよい。
【００９０】
また、上述の説明では、近似線として二次近似曲線を採用する場合を説明したが、本発明による近似線は、二次近似曲線に限るものではなく、三次以上の近似曲線を採用してもよく、一次近似線、つまり近似直線を採用してもよい。
【００９１】
図８には、信号処理基板９を構成する演算部１０を含む制御回路の一例が示されている。信号処理基板９には、モータ１１を駆動して走査機構５を作動させるモータ駆動部９１と、光源３ａをパルス変調する変調部３ｂと、反射光が受光素子４ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅部４ｂと、反射信号からノイズ成分を除去するローパスフィルタ９２と、反射信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部９３と、Ａ／Ｄ変換部９３された反射信号に基づいて測距演算を行なう演算部１０等を備えている。
【００９２】
演算部１０は、デジタル信号プロセッサやマイクロコンピュータが組み込まれ、車載測距装置Ａのシステム制御を実行する。装置に電源が投入されると、演算部１０は、モータ駆動部９１を介してモータ１１を駆動する。モータ１１の駆動に伴って走査機構５の回転体６が回転され、走査角度検出部１５からパルス信号が入力される。
【００９３】
演算部１０は、当該パルス信号に基づいて基準走査位置を把握し、基準走査位置からのパルス数をカウントすることにより測定光の走査角度を把握する。
【００９４】
演算部１０は、当該パルス信号に基づいてモータ１１が一定速度に立ち上がったことを検出すると、変調部３ｂに所定周期で所定デューティ比のクロック信号を出力して光源２ａをバースト発光させる。当該クロック信号は、同時にＡ／Ｄ変換部９３及び演算部１０にも入力され、Ａ／Ｄ変換処理及び信号処理の基準クロックとして利用される。
【００９５】
Ａ／Ｄ変換部９３及び演算部１０では、当該クロック信号を逓倍したクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換処理及び信号処理が実行され、当該クロック信号の立ち上がりエッジが発光素子２ａの発光時点として把握される。
【００９６】
演算部１０は、Ａ／Ｄ変換部９３から入力される反射信号の立ち上がり時点を検出するとともに、測定光の遅延時間である発光時点と反射信号の立ち上がり時点の時間差を算出して測距演算を実行する。
【００９７】
基準走査位置で検知された反射信号に基づいて行なわれた測距演算により基準距離が算出され、基準走査位置からの任意の走査角度で検知された反射信号に基づいて行なわれた測距演算により対象物までの距離が算出され、その値から基準距離を減算することにより、最終の対象物までの距離が算出される。
【００９８】
演算部１０は、走査角度検出部１５からのパルス信号に基づいて、基準走査位置からの走査角度を判別し、水平偏向ミラー１０１を介して検知された対象物までの距離と、垂直偏向ミラー１０２，１０３のそれぞれを介して検知された対象物までの距離を、一走査周期毎にメモリに格納する。
【００９９】
演算部１０は、水平偏向ミラー１０１を介して検知された対象物までの距離のうち、走査角度が１８０°となるときの距離に基づいて、測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した一走査周期内の距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する。
【０１００】
演算部１０は、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出し、換算した鉛直距離と当該近似線との偏差を求める。これらの処理は、各偏向ミラー１０１，１０２，１０３に対するデータ群単位で処理される。
【０１０１】
演算部１０は、求めた偏差から所定の閾値を逸脱する偏差を示す対象平面上の座標を特定し、障害物の位置情報を自動搬送車両ＡＧＶの走行制御部に出力する。
【０１０２】
自動搬送車両ＡＧＶが、棚等に囲まれた狭い空間を走行するときや、カーブや回転動作する場合に、周囲の状況に合わせて、検出ポイントを変更する機能や、走行速度に合わせて応答時間を変更する等の機能を追加すれば、より安定な運用が可能となる。
【０１０３】
例えば、水平偏向ミラー１０１、垂直偏向ミラー１０２，１０３の傾斜角度を変更調整するモータ等のアクチュエータを備え、狭い空間を走行するときに、水平偏向ミラー１０１の傾斜角度を４５°よりも大きくなるように変更して、より自動搬送車両ＡＧＶから近距離の障害物を検知するように構成することができる。
【０１０４】
また、測定光の走査により検知された距離情報に基づいて、距離の計測後に上述の各処理を実行することにより障害物が検知され、車載測距装置Ａが障害物の検知情報を自動搬送車両ＡＧＶに出力することにより、自動搬送装置ＡＧＶが回避走行制御し、或いは停止制御するのであるが、車載測距装置Ａから自動搬送車両ＡＧＶに障害物の検知情報を出力するタイミングを、自動搬送車両ＡＧＶから入力される速度情報に基づいて可変設定する出力制御部を車載測距装置Ａに備えてもよい。
【０１０５】
さらに、検出精度つまり分解能を可変設定すべく、走査機構５による回転体６の回転速度を切り替えるように構成してもよい。例えば、自動搬送車両ＡＧＶから入力される速度情報に基づいて、高速走行時には回転体６の回転速度を高速に設定して分解能を低くしながら高速に測距し、低速走行時には回転体６の回転速度を低速に設定して低速で測距しながら分解能を高く調整することができる。
【０１０６】
上述した説明では、測距装置１００の周囲に互いに９０°の角度で三枚の偏向ミラー１０１，１０２，１０３が配置され、各偏向ミラーにより測距装置１００から出力された測定光を所定の角度に偏向して、測定光の対象面上の軌跡が略Ｈの字型となる三面型の車載測距装置Ａを説明したが、測距装置１００に対する偏向ミラー１０１，１０２，１０３の取付角度は、上述の値に制限されるものではなく適宜設定されるものである。また、本発明による車載測距装置Ａは、測距装置１００から出力された測定光の走査面が測定対象平面と交差するように偏向する偏向ミラーを備えていればよく、例えば、水平偏向ミラー１０１のみを備えた一面型の車載測距装置Ａであってもよい。
【０１０７】
更に、水平偏向ミラー１０１を備えずに、測距装置１００から出射される測定光の走査面が測定対象平面と交差するように、回転軸心Ｐを測定対象平面に対して鋭角の傾斜姿勢で自動搬送車両ＡＧＶに取り付けることにより車載測距装置Ａを構成することも可能である。
【０１０８】
上述した実施形態では、車載測距装置Ａが自動搬送車両ＡＧＶに取り付けられる例を説明したが、車載測距装置Ａの取付対象は自動搬送車両ＡＧＶに限るものではなく、任意の車両に取り付けることができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０９】
１：ケーシング
３：発光部
４：受光部
５：走査機構
１００：測距装置（走査式測距装置
１０１：水平偏向ミラー
１０２，１０３：垂直偏向ミラー
ＡＧＶ：車両（自動搬送車両）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距方法及び車載測距装置に関し、自動倉庫等で用いられる自動搬送車両(Automated Guided Vehicle；ＡＧＶ)等に取り付けられ、走行経路上に存在する障害物を検知するための測距方法及び車載測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光部と、受光部と、発光部から出力され、パルス変調または正弦波変調された測定光を所定周期で繰り返し二次元平面領域に走査して、測定対象空間に存在する対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が、障害物検知装置として自動搬送車両に取り付けられている。
【０００３】
特許文献１には、図９（ａ）に示すように、測距装置を自動搬送車両の前面に取り付けて、走行経路の幅や走行速度に合わせて測距装置による障害物の検知エリアを設定し、検知エリア内に障害物が検知されると、自動搬送車両を停止または障害物から回避する技術が開示されている。
【０００４】
このような測距装置を床面近くに設置すると、自動搬送車両の走行時の振動により走査面が傾き、床を障害物と誤検知するため、通常、床面から所定高さ、例えば１５０ｍｍ以上の位置に設置される必要がある。
【０００５】
特許文献２には、図９（ｂ）に示すように、自動搬送車両の走行方向に沿った下面及び側面二面を検知するため、測距装置の周部に測定光を偏向する三面の偏向ミラーが配置された被測定物検出装置が提案されている。
【０００６】
当該被測定物検出装置によれば、自動搬送車両の走行方向の水平面及び左右の垂直面の三面の障害物を検知できるため、より精度の高い障害物検知が可能となるが、自動搬送車両の走行時の振動により走査面が傾き、床を障害物と誤検知する問題が内在しているため、床面から所定高さ以上の位置に設置される必要がある。
【０００７】
つまり、図１０に示すように、現状、自動搬送車両の走行方向前方を走行する他の自動搬送車両を検知するために、測距装置が床面より所定高さ以上の位置で、走査面が床面と略平行となるように自動搬送車両に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５４５５６６９号明細書
【特許文献２】特開２００７−１３９６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の測距装置を倉庫等で使用されるフォークリフトに取り付けて、走行経路上の他のフォークリフトを検知する場合、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、他のフォークリフト本体が走行経路前方に位置すると、測距装置で検知された他のフォークリフトの位置よりも手前側で十分な車間距離を確保した状態で停止または回避走行する必要がある。フォークリフト本体から突出した物品を載置するための爪部の長さを考慮する必要があるためである。
【００１０】
しかし、そのためには、検出距離が長い高精度勝つ高価な測距装置を用いる必要があり、また、十分に十分広い作業空間を確保しなければならず、走行経路が狭い領域では測距装置を用いた障害物検知の有用性が制限されるという問題があった。
【００１１】
さらに、図１１（ｃ），（ｄ）に示すように、他のフォークリフト本体が走行経路上に位置せず、その爪部が走行経路上に突出している場合には、適切に検知できず爪部に衝突して重大な事故を招く虞もあった。
【００１２】
通常、このようなフォークリフトの爪部は、物品を載置していないときに床面近くに降下しているため、爪部を検知するために測距装置の取付高さを低くすると床面を誤検知することになる。また、床面より高い位置から斜め下方に測定光を走査するようにフォークリフト本体に測距装置を取り付け、爪部までの距離と床面までの距離を識別することにより爪部を検知することも考えられるが、車体の走行により生じる振動や、ロール方向、ピッチ方向の傾き等の影響を受けて、床面から僅かな高さに位置する爪部を適正に検知するのは非常に困難である。
【００１３】
このような問題は、自動搬送車両や自動走行するフォークリフトのみならず、運転者が走行操作するフォークリフトであっても同様である。通常、運転者は爪部が視界に入るように前方を向いて搭乗し、爪部に物品を搭載した後、後方に走行するため、常に後方を目視確認できないためである。
【００１４】
本発明の目的は、床面に近い位置に置かれた障害物を精度良く検知できる測距方法及び車載測距装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明による測距方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置を車両に取り付けて、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する測距方法であって、演算部により、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出するステップと、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算するステップと、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出するステップと、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知するステップとを、所定の走査周期毎に繰り返す点にある。
【００１６】
車両の走行に伴ない発生するピッチングやローリングにより測距装置の測定対象平面に対する姿勢が変動する場合であっても、極めて僅かな時間であれば静止状態であるとみなせる。
【００１７】
そこで、車両に取り付けられた測距装置に組み込まれた演算部により、そのような僅かな時間内に走査された測定光に基づいて、先ず、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離が算出される。
【００１８】
次に、所定の走査角度で算出された距離に基づいて、測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面が生成され、各走査角度で算出された距離が仮想平面からの鉛直距離に換算される。この仮想平面は、測距装置の姿勢変動に対応したものとなる。
【００１９】
さらに、換算された鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線が算出される。近似線により、鉛直距離と走査位置を示す複数のデータの平均特性が得られるのである。そして、換算された鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知される。このような処理が、測距装置の測定対象平面に対する姿勢が静止状態であるとみなせる所定の走査周期毎に繰り返される。
【００２０】
従って、車両の走行に伴ないピッチングやローリングにより測距装置の測定対象平面に対する姿勢が変動する場合であっても、対象平面に存在する僅かの高さの対象物を適切に検知することができるようになる。
【００２１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される点にある。
【００２２】
上述の構成によれば、測距装置の測定対象平面に対する姿勢が静止状態であるとみなせる所定の走査周期毎に閾値が設定されるので、測距装置の測定対象平面に対する姿勢の変動が激しい場合であっても、適切に対象物を検知できるようになる。そのような閾値は、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値に基づいて設定されるため、測定環境による影響を加味した適切な値になる。
【００２３】
本発明による車載測距装置の第一の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が車両に取り付けられ、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する車載測距装置であって、演算部は、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する処理と、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する処理と、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する処理を、所定の走査周期毎に繰り返すように構成されている点にある。
【００２４】
同第二の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される点にある。
【００２５】
同第三の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、測距装置から出力された測定光の走査面が測定対象平面と交差するように偏向する偏向ミラーを備えている点にある。
【００２６】
走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査するために、車両に対する測距装置の取付姿勢が制限されることになるが、偏向ミラーを介して測定光を偏向走査することができるため、測距装置の取付姿勢の自由度を確保して、測定光を任意の方向に偏向走査することができるようになる。
【００２７】
同第四の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、測距装置の周囲に互いに９０°の角度で三枚の偏向ミラーが配置され、各偏向ミラーにより測距装置から出力された測定光を所定の角度に偏向する点にある。
【００２８】
上述の構成によれば、三枚の偏向ミラーにより測定対象面を三方向に走査でき、車両の走行方向に対する前方の正面及び左右側面に存在する障害物等の対象物を適正に検知できる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明した通り、本発明によれば、床面に近い位置に置かれた障害物を精度良く検知できる測距方法及び車載測距装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による車載測距装置に用いられる走査式測距装置の構成図
【図２】本発明による車載測距装置の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図
【図３】（ａ）は車載測距装置の自動搬送車両への取付姿勢の説明図、（ｂ）は車載測距装置から出射される測定光の測定対象面上の軌跡を示す説明図
【図４】（ａ）は水平偏向ミラーで偏向走査される測定光の軌跡を示す説明図、（ｂ）は垂直偏向ミラーで偏向走査される測定光の軌跡を示す説明図
【図５】（ａ）は水平偏向ミラーで偏向走査される測定光で検知された距離を、仮想平面からの垂直距離に換算処理する原理の説明図、（ｂ）は垂直偏向ミラーで偏向走査される測定光で検知された距離を、仮想平面からの垂直距離に換算処理する原理の説明図
【図６】車両に作用するピッチングやローリングにより車載測距装置の姿勢が変動することを示す説明図
【図７】（ａ）は車両の走行に伴ない発生する車載測距装置による所定の走査角度での計測距離の変動を示す特性図、（ｂ）は本発明の演算処理により求まる仮想平面からの垂直距離の特性図
【図８】車載測距装置に組み込まれた制御回路のブロック構成図
【図９】従来技術の説明図
【図１０】従来技術の説明図
【図１１】従来技術の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明による測距方法及び車載測距装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１に示すように、走査式測距装置１００は、内壁面が吸光部材で被覆された円筒状のケーシング１の内部に、発光部３と、受光部４と、発光部３から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物Ｘからの反射光を受光部４に導く走査機構５が組み込まれている。
【００３３】
ケーシング１を支持する基台２には、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部１０として機能する信号処理基板９が収容されている。
【００３４】
走査機構５は、ケーシング１の軸心となる回転軸心Ｐ周りに回転する回転体６と、回転体６と一体回転する偏向ミラー７と、回転体６を回転駆動するモータ１１で構成されている。
【００３５】
回転体６は、下端部が縮径された円筒状の周壁部６ａと天板部６ｂとからなり、その内周面に備えた軸受１２を介して中空軸１３によって回転可能に支承されている。
【００３６】
周壁部６ａの下端部外周面に取り付けられたマグネット１１ｂでなる回転子と、ケーシング側に配置されたコイル１１ａでなる固定子とでモータ１１が構成され、コイル１１ａとマグネット１１ｂとの相互作用により、回転体６が回転軸心Ｐ周りで回転駆動される。
【００３７】
偏向ミラー７は、回転体６の天板部６ｂ上面に配置された第一偏向ミラー７ａと、天板部６ｂ下面に配置された第二偏向ミラー７ｂで構成され、夫々が回転軸心Ｐに対して約４５度の傾斜角度となるように回転軸心Ｐ上に配置されている。
【００３８】
発光部３は、半導体レーザでなる光源３ａと、光源３ａからの出力光を一定のビーム径に形成する光学レンズ３ｃを備え、出力光の光軸Ｌ１と回転軸心Ｐが一致するようにケーシング１の天面に固定配置されている。
【００３９】
受光部４は、アバランシェフォトダイオード等を用いた受光素子４ａと、受光素子４ａで光電変換された信号を増幅する増幅回路４ｂを備え、回転軸心Ｐ上で偏向ミラー７を挟んで投光部３と対向するように回転体６の内部に固定配置されている。
【００４０】
ケーシング１の周壁部には、上下方向に一定幅を有し、ケーシング１に沿って湾曲形成された帯状の透光窓１ａが設けられ、回転体６の周壁部６ａ上部に反射光を受光部４に合焦させる集光レンズ８が設けられている。
【００４１】
発光部３から出力された測定光が光軸Ｌ１に沿って第一偏向ミラー７ａに入射し、第一偏向ミラー７ａで９０°偏向反射された光軸Ｌ２に沿って透光窓１ａを介して測定対象空間に出射される。測定対象空間に存在する対象物Ｘから反射した反射光が光軸Ｌ２に沿って透光窓１ａ及び集光レンズ８を介して第二偏向ミラー７ｂに入射し、第二偏向ミラー７ｂで受光部４に向けて９０°偏向反射される。
【００４２】
回転体６の外周面に円環状のスリット板１５ａが取り付けられるとともに、スリット板１５ａに形成されたスリットを検知するフォトインタラプタ１５ｂがケーシング１の内面に取り付けられ、フォトインタラプタ１５ｂから出力されるパルス信号により回転体８の回転位相、つまり測定光の走査角度を検知する走査角度検出部１５が構成されている。
【００４３】
透光窓１ａは、回転軸心Ｐを中心に２７０度の角度範囲で測定光が出射可能に設けられ、軸心Ｐを挟んで透光窓１ａの中心位置と対向するケーシング１の内壁部に、対象物Ｘまでの距離を補正するための基準光を導くプリズム１４が配置されている。
【００４４】
走査機構５により測定光が一走査される度に、受光部４でプリズム１４を介した基準光（図１中、プリズム１４を通過する一点差線の光路を通過する）が検出され、このときに装置内での投光部３から受光部４までの基準距離が算出される。
【００４５】
尚、走査角度検出部１５のスリット板１５ａには、回転軸心Ｐを中心とする放射状のスリットが一定間隔で形成されている。そして、測定光がプリズム１４に照射される基準走査位置以外の領域で、回転方向に沿ったスリット幅が一定に形成され、基準走査位置で他の領域のスリット幅より狭いスリット幅に形成されている。
【００４６】
従って、演算部１０では、フォトインタラプタ１５ｂから出力されるパルス信号のパルス幅に基づいて基準走査位置が検知され、検知された基準走査位置からのパルス数に基づいて走査角度が検知される。
【００４７】
信号処理基板９には、マイクロコンピュータやメモリを備えた制御回路が搭載され、制御回路により、モータ１１を駆動して走査機構５を作動させるモータ駆動部、光源３ａからの出力光を変調する変調部、受光部４で検出された基準信号に基づいて基準距離を算出し、基準距離と受光部４で検出された反射信号に基づいて対象物Ｘまでの距離を算出するとともに、走査角度検出部１５から入力されるパルス信号に基づいて対象物Ｘが位置する方位を特定する演算部等の機能ブロックが構成されている。
【００４８】
尚、図面には示していないが、発光部３、受光部４、モータ１１、走査角度検出部１５と信号処理基板９との間には、それぞれ信号線が接続されている。
【００４９】
走査式測距装置１００は、光源３ａからの出力光に変調を加えて対象物Ｘに照射し、対象物Ｘからの反射光を受光素子４ａで検出して距離を測定する装置で、測定光の変調方式としてＡＭ（amplitude modulation）方式とＴＯＦ（Time of Flight）方式の何れかが採用される。
【００５０】
ＡＭ方式では、光源３ａからの出力光が正弦波でＡＭ変調され、変調された測定光と対象物Ｘからの反射光が光電変換される。そして光電変換された信号間の位相差Δφから〔数１〕に基づいて対象物Ｘまでの距離が算出される。ここに、Ｌは対象物Ｘまでの距離、Ｃは光速、ｆは変調周波数である。
〔数１〕
Ｌ＝Δφ・Ｃ／（４π・ｆ）
【００５１】
ＴＯＦ方式では、光源３ａからの出力光がパルス状に変調され、変調された測定光と対象物Ｘからの反射光が光電変換される。そして光電変換された信号間の遅延時間Δｔから〔数２〕に基づいて距離が算出される。
〔数２〕
Ｌ＝Δｔ・Ｃ／２
【００５２】
上述の演算部は、例えば、変調信号に基づいて測定光の出射タイミングまたは位相を検知し、受光部４で検出された反射信号の検知タイミングまたは位相を検知することにより、〔数１〕または〔数２〕に基づいて、対象物Ｘまでの距離を算出し、算出した距離から基準距離を減算補正することにより、最終の距離を算出する。
【００５３】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本発明による車載測距装置Ａは、フォークリフトを含む自動搬送車両ＡＧＶに取り付けられ、上述した走査式測距装置１００と、走査式測距装置１００から出力される測定光を偏向反射する三枚の偏向ミラー１０１，１０２，１０３を備えている。
【００５４】
図２（ａ）に示すように、測定光がプリズム１４に向けて照射される基準走査位置ｂから１８０°の走査角度となる方向に水平偏向ミラー１０１が配置され、基準走査位置ｂから９０°及び２７０°の走査角度となる方向に垂直偏向ミラー１０２，１０３が配置されている。
【００５５】
図２（ｂ）に示すように、水平偏向ミラー１０１の偏向面が測定光の走査面に対して４５°傾斜するように配置され、図２（ｃ）に示すように、垂直偏向ミラー１０２，１０３の偏向面が測定光の走査面に対して４０°傾斜するように配置されている。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、走査式測距装置１００は、回転軸心Ｐが床面と所定の角度θ（例えば、４５度）の傾斜角度となるように、床面（地面）から高さＨの位置に、取付ステイを介して走査式測距装置１００と偏向ミラー１０１，１０２，１０３が上述の位置関係を保つように取り付けられている。
【００５７】
図２（ａ）に示すように、走査機構４により回転軸心Ｐ周りに走査され、透光窓１ａから出射した測定光は、垂直偏向ミラー１０２、水平偏向ミラー１０１、垂直偏向ミラー１０３の順に入射し、各偏向ミラーで偏向反射されて、床面に向けて走査される。
【００５８】
図３（ｂ）に示すように、測定光の床面上での走査軌跡は略Ｈ字形になり、水平偏向ミラー１０１により偏向された測定光は、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向前方に走行方向と垂直な直線状の軌跡に沿って走査され、垂直偏向ミラー１０２により偏向された測定光は、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向右側前方に、走行方向より所定角度外側に広がる直線状の軌跡に沿って走査され、垂直偏向ミラー１０３により偏向された測定光は、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向左側前方に、走行方向より所定角度外側に広がる直線状の軌跡に沿って走査される。
【００５９】
詳述すると、図４（ａ）に示すように、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向をＸ軸、床面から車載測距装置Ａを通る垂直軸をＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸とすると、水平偏向ミラー１０１により偏向反射された測定光Ｌｈは、Ｘ軸方向へ距離Ｘ０離れた床面上にＹ軸と平行な軌跡Ｔｈで矢印方向に走査される。
【００６０】
また、図４（ｂ）に示すように、垂直偏向ミラー１０２により偏向反射された測定光Ｌｒは、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向手前から遠さかる方向にＸ軸に対して所定の角度を持つ直線の軌跡Ｔｒで矢印方向に走査され、垂直偏向ミラー１０３により偏向反射された測定光Ｌｌは、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向前方から近づく方向にＸ軸に対して角度を持つ直線の軌跡Ｔｌで矢印方向に走査される。
【００６１】
車載測距装置Ａは、走査面が測定対象平面である床面と交差するように測定光を走査して、床面に近い位置に置かれた障害物を検知するものである。例えば、自動搬送車両ＡＧＶの走行方向前方に突出しているフォークリフトの爪部等を検知するものである。
【００６２】
図６に示すように、自動搬送車両ＡＧＶが停止状態から走行状態に移行し、或いは加速すると車体が走行方向に対してピッチアップし、走行状態から減速すると車体がピッチダウンし、旋回すると車体にロールが発生する。このように、車体のピッチ角やロール角が変動すると、車載測距装置Ａにより検知された床面または床面上の障害物までの距離が変動して、障害物を適正に検知できない虞がある。
【００６３】
図７（ａ）には、このような自動搬送車両ＡＧＶの一例であるフォークリフトに設置された車載測距装置Ａにより検知された測定光Ｌｈに基づく距離特性がプロットされ、横軸を検知時間、縦軸を検知距離とするグラフが示されている。
【００６４】
車載測距装置Ａを約２４００ｍｍの高さ、斜め下方に４５°傾斜させて取り付け、フォークリフトを走らせた時に、水平偏向ミラー１０１に垂直方向に入射、つまり基準走査位置ｂから１８０°回転した走査角度で入射した測定光Ｌｈに対する床面距離の変動が示されている。
【００６５】
幾何学的には、車載測距装置Ａにより検知される床面までの距離が約３４００ｍｍ（＝２４００×２１／２）となる。
【００６６】
フォークリフトの停止時に車載測距装置Ａにより検知された距離は約３４００ｍｍと安定しているが、フォークリフトを走行させて蛇行運転すると、車載測距装置Ａにより検知された距離がピーク値間で２００ｍｍ変動する。車両に発生するピッチやロールの影響により、車載測距装置Ａが±２°以上傾斜振動したためである。
【００６７】
また、安定走行時には、停止時に検知された約３４００ｍｍよりも約１００ｍｍ程度短い約３３００ｍｍで安定した値となる。図７（ａ）に示す特性は、爪部に荷物を搭載していないときの特性で、爪部に重量物を搭載しているときには、図９とは異なる特性となる。車両の重量や、重心位置が変動し、車両に発生するピッチやロールの影響が変化するためである。
【００６８】
このような自動搬送車両ＡＧＶに搭載される車載測距装置Ａで床面状の障害物を検知するのは非常に困難である。例えば、通常、下降位置で床面から約５０ｍｍ程度の高さとなるフォークリフトの爪部の上面を床面と識別する必要があるのである。
【００６９】
そこで、本発明による車載測距装置Ａの演算部１０は、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する処理と、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する処理と、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する処理を、所定の走査周期毎に繰り返すように構成されている。
【００７０】
以下、詳述する。図５（ａ）に示すように、水平偏向ミラー１０１で偏向された測定光Ｌｈのうち、基準走査位置から１８０°の走査角度で走査され、水平偏向ミラー１０１に垂直方向に入射した測定光Ｌｈ０により算出される距離Ｌ０と、車載測距装置Ａの床面からの既知の高さＨに基づいて、車載測距装置Ａから出射される測定光Ｌｈ０の床面に対する角度θ（車載測距装置Ａの取付角度θに相当する）を、〔数３〕に基づいて算出する。これにより、車両の姿勢変動による車載測距装置Ａの姿勢変動を角度θに反映させる。測定光Ｌｈが一走査周期に一度このような走査角度となり、次に角度θが算出されるまでの間は、少なくともこのタイミングで算出された角度θに基づいて以下の処理がなされる。
〔数３〕
θ＝Ｓｉｎ−１（Ｈ／Ｌ０）
【００７１】
次に、測定光Ｌｈ０から走査角度φｎ（基準走査位置から（１８０°±φｎ）の走査角度）振られた測定光Ｌｈｎにより算出される距離ＬｎをＸＺ平面へ射影した射影距離Ｌｎ０を〔数４〕に基づいて算出する。
〔数４〕
Ｌｎ０＝Ｌｎ・Ｃｏｓφｎ
【００７２】
次に、〔数５〕に基づいて、射影距離Ｌｎ０を、測定光Ｌｈの床面上の軌跡Ｔｈ（Ｙ´）に平行で、高さ方向に所定距離、例えば距離Ｈだけシフトした仮想軸Ｙ´´からの鉛直方向の距離Ｈｎ０に換算する。仮想軸Ｙ´´とは、仮想平面上の軸である。
〔数５〕
Ｈｎ０＝Ｌｎ０・Ｓｉｎθ＝Ｌｎ・Ｃｏｓφｎ・Ｓｉｎθ
【００７３】
このようにして、水平偏向ミラー１０１で偏向された複数の走査角度φｎに応じた測定光Ｌｈｎに対応する各距離Ｌｎを、仮想軸Ｙ´´からの鉛直方向の距離Ｈｎ０、つまり仮想平面からの鉛直距離に換算して、床面または障害物の座標（Ｘｃ，Ｙｎ，Ｚｎ）を算出する。ここに、Ｘｃは一定値、Ｙｎ＝Ｌｎ・Ｓｉｎφｎであり、Ｚｎ＝Ｈｎ０である。
【００７４】
図５（ｂ）に示すように、垂直偏向ミラー１０２で偏向された測定光Ｌｒｎのうち、基準走査位置からφｎの走査角度で走査され、ＹＺ平面から角度ηｎで出射した測定光Ｌｒｎにより算出される距離Ｌｎを、〔数６〕に基づいて、床面上の軌跡Ｔｒに平行で、高さ方向に所定距離、例えば距離ＨだけシフトしたＺ軸を通る仮想軸Ｔｒ´迄の距離Ｈｎ´に換算する。
〔数６〕
Ｈｎ´＝Ｌｎ・Ｃｏｓηｎ
【００７５】
次に、〔数７〕に基づいて、距離Ｈｎ´をＸＺ平面に投影した距離Ｈｎ０、つまり、仮想軸Ｔｒ´が含まれる仮想平面からの鉛直距離を算出する。
〔数７〕
Ｈｎ０＝Ｈｎ´・Ｃｏｓξ＝Ｌｎ・Ｃｏｓηｎ・Ｃｏｓξ
【００７６】
垂直偏向ミラー１０２の偏向面が測定光の走査面に対して４０°傾斜するように配置されているため、軌跡Ｔｒと仮想軸Ｔｒ´で形成される面とＸＺ平面が角度ξ（本実施形態ではξ＝１０°である）傾斜している。そこで、距離Ｈｎ´をＸＺ平面に垂直な面に投影するのである。尚、ξが小さい場合には、〔数７〕による演算処理を省略してもよい。
【００７７】
尚、走査角度φｎに対応する測定光のＹＺ平面からの角度ηｎは幾何学演算により予め算出されることはいうまでもない。
【００７８】
垂直偏向ミラー１０３で偏向された測定光Ｌｌｎのうち、基準走査位置からφｎの走査角度で走査され、ＹＺ平面から角度ηｎで出射した測定光Ｌｌｎにより算出される距離Ｌｎに対しても、上述と同様に距離Ｈｎ０を算出する。
【００７９】
このようにして、垂直偏向ミラー１０２，１０３で偏向された複数の走査角度φｎに応じた測定光Ｌｈｎ，Ｌｌｎに対応する各距離Ｌｎを、高さ方向に所定距離、例えば距離Ｈだけシフトした仮想軸Ｔｒ´からの鉛直方向の距離Ｈｎ０に換算して、床面または障害物の座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を算出する。
【００８０】
以上により、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、各走査角度で算出した距離を測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面からの鉛直距離に換算する処理が終了する。
【００８１】
次に、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する。具体的に、水平偏向ミラー１０１で偏向された測定光Ｌｈから得られた床面または障害物の座標（Ｘｃ，Ｙｎ，Ｚｎ）に対応して、〔数８〕に基づいて二次曲線近似する。
〔数８〕
Ｚｎ＝Ｃ１・Ｙｎ２＋Ｃ２・Ｙｎ＋Ｃ３
ここに、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は定数である。
【００８２】
同様に、垂直偏向ミラー１０２，１０３で偏向された測定光Ｌｒ，Ｌｌから得られた床面または障害物の座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）に対応して、〔数９〕に基づいて二次曲線近似する。
〔数９〕
Ｚｎ＝Ｃ４・Ｘｎ２＋Ｃ５・Ｘｎ＋Ｃ６
ここに、Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６は定数である。
【００８３】
〔数９〕は、測定光の床面上での軌跡Ｔｒ，ＴｌがＸ軸に略平行な場合、つまり座標Ｙｎが略一定とみなせる場合に適用可能な式であり、座標Ｙｎが大きく変動する場合には、以下の〔数１０〕を採用することができる。
〔数１０〕
Ｚｎ＝Ｃ４・（Ｙｎ２＋Ｘｎ２）＋Ｃ５・（Ｙｎ２＋Ｘｎ２）１／２＋Ｃ６
【００８４】
図７（ｂ）には、水平偏向ミラー１０１により偏向反射された測定光Ｌｈを走査したときの、床面または障害物に対するＹ軸方向の座標Ｙｎと、二次近似曲線と、二次近似曲線に対するＺ軸方向の座標Ｚｎ（＝垂直方向の距離Ｈ０）の距離偏差をプロットしたグラフの一例が示されている。
【００８５】
この例では、自動搬送車両ＡＧＶの走行時にピッチングやローリングが発生する影響で二次近似曲線がＹ軸に対して傾斜している。二次近似曲線に沿って分布する垂直方向の床面に対する距離偏差は最大でも３０ｍｍ以内に収束しており、床面に対して５０ｍｍの高さになるフォークリフトの爪部に対する距離偏差と十分に識別できる特性が得られている。
【００８６】
従って、例えば、閾値を４０ｍｍに設定すると、二次近似曲線で示される垂直方向の距離偏差より４０ｍｍ以上の偏差となるＹ座標にフォークリフトの爪部が存在すると検知できるようになる。つまり、床面または障害物までの距離から換算した鉛直距離が、当該近似曲線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に障害物が存在すると検知することができるのである。
【００８７】
このような閾値は、換算した鉛直距離と当該近似曲線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に動的に変更設定することにより、より柔軟且つ適正に障害物を検知できるようになる。例えば、換算した鉛直距離と当該近似曲線から求まる鉛直距離の偏差の平均値に所定の安全係数α（α＞１）を乗算した値を新たな閾値に設定し、或いは、換算した鉛直距離と当該近似曲線から求まる鉛直距離の偏差の平均値に所定の安全係数β（例えば、当該平均値と障害物の床面高さの差の１／２の値）を加算した値を新たな閾値に設定する等である。
【００８８】
図７（ｂ）に示すグラフは、測定光の一走査周期、つまり走査機構５により回転体６が一回転したときの特性を示すものである。例えば、走査機構５による回転体６の回転数が１２００ｒｐｍであれば、一走査周期が５０ｍｓｅｃ．となる。走行中の自動搬送車両ＡＧＶにピッチングやローリングが発生する場合であっても、このような短い時間内では、その影響を受けることなく障害物を的確に検知することができる。
【００８９】
そこで、演算部１０では、所定の走査周期毎に上述の一連の処理を繰り返すように構成されている。所定の走査周期とは、ピッチングやローリングの影響を受けない走査周期をいい、最短で一走査周期となるが、走査機構５による回転体６の回転数に基づいて適宜設定すればよい。
【００９０】
また、上述の説明では、近似線として二次近似曲線を採用する場合を説明したが、本発明による近似線は、二次近似曲線に限るものではなく、三次以上の近似曲線を採用してもよく、一次近似線、つまり近似直線を採用してもよい。
【００９１】
図８には、信号処理基板９を構成する演算部１０を含む制御回路の一例が示されている。信号処理基板９には、モータ１１を駆動して走査機構５を作動させるモータ駆動部９１と、光源３ａをパルス変調する変調部３ｂと、反射光が受光素子４ａで光電変換された反射信号を増幅する増幅部４ｂと、反射信号からノイズ成分を除去するローパスフィルタ９２と、反射信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部９３と、Ａ／Ｄ変換部９３された反射信号に基づいて測距演算を行なう演算部１０等を備えている。
【００９２】
演算部１０は、デジタル信号プロセッサやマイクロコンピュータが組み込まれ、車載測距装置Ａのシステム制御を実行する。装置に電源が投入されると、演算部１０は、モータ駆動部９１を介してモータ１１を駆動する。モータ１１の駆動に伴って走査機構５の回転体６が回転され、走査角度検出部１５からパルス信号が入力される。
【００９３】
演算部１０は、当該パルス信号に基づいて基準走査位置を把握し、基準走査位置からのパルス数をカウントすることにより測定光の走査角度を把握する。
【００９４】
演算部１０は、当該パルス信号に基づいてモータ１１が一定速度に立ち上がったことを検出すると、変調部３ｂに所定周期で所定デューティ比のクロック信号を出力して光源２ａをバースト発光させる。当該クロック信号は、同時にＡ／Ｄ変換部９３及び演算部１０にも入力され、Ａ／Ｄ変換処理及び信号処理の基準クロックとして利用される。
【００９５】
Ａ／Ｄ変換部９３及び演算部１０では、当該クロック信号を逓倍したクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換処理及び信号処理が実行され、当該クロック信号の立ち上がりエッジが発光素子２ａの発光時点として把握される。
【００９６】
演算部１０は、Ａ／Ｄ変換部９３から入力される反射信号の立ち上がり時点を検出するとともに、測定光の遅延時間である発光時点と反射信号の立ち上がり時点の時間差を算出して測距演算を実行する。
【００９７】
基準走査位置で検知された反射信号に基づいて行なわれた測距演算により基準距離が算出され、基準走査位置からの任意の走査角度で検知された反射信号に基づいて行なわれた測距演算により対象物までの距離が算出され、その値から基準距離を減算することにより、最終の対象物までの距離が算出される。
【００９８】
演算部１０は、走査角度検出部１５からのパルス信号に基づいて、基準走査位置からの走査角度を判別し、水平偏向ミラー１０１を介して検知された対象物までの距離と、垂直偏向ミラー１０２，１０３のそれぞれを介して検知された対象物までの距離を、一走査周期毎にメモリに格納する。
【００９９】
演算部１０は、水平偏向ミラー１０１を介して検知された対象物までの距離のうち、走査角度が１８０°となるときの距離に基づいて、測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した一走査周期内の距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する。
【０１００】
演算部１０は、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出し、換算した鉛直距離と当該近似線との偏差を求める。これらの処理は、各偏向ミラー１０１，１０２，１０３に対するデータ群単位で処理される。
【０１０１】
演算部１０は、求めた偏差から所定の閾値を逸脱する偏差を示す対象平面上の座標を特定し、障害物の位置情報を自動搬送車両ＡＧＶの走行制御部に出力する。
【０１０２】
自動搬送車両ＡＧＶが、棚等に囲まれた狭い空間を走行するときや、カーブや回転動作する場合に、周囲の状況に合わせて、検出ポイントを変更する機能や、走行速度に合わせて応答時間を変更する等の機能を追加すれば、より安定な運用が可能となる。
【０１０３】
例えば、水平偏向ミラー１０１、垂直偏向ミラー１０２，１０３の傾斜角度を変更調整するモータ等のアクチュエータを備え、狭い空間を走行するときに、水平偏向ミラー１０１の傾斜角度を４５°よりも大きくなるように変更して、より自動搬送車両ＡＧＶから近距離の障害物を検知するように構成することができる。
【０１０４】
また、測定光の走査により検知された距離情報に基づいて、距離の計測後に上述の各処理を実行することにより障害物が検知され、車載測距装置Ａが障害物の検知情報を自動搬送車両ＡＧＶに出力することにより、自動搬送装置ＡＧＶが回避走行制御し、或いは停止制御するのであるが、車載測距装置Ａから自動搬送車両ＡＧＶに障害物の検知情報を出力するタイミングを、自動搬送車両ＡＧＶから入力される速度情報に基づいて可変設定する出力制御部を車載測距装置Ａに備えてもよい。
【０１０５】
さらに、検出精度つまり分解能を可変設定すべく、走査機構５による回転体６の回転速度を切り替えるように構成してもよい。例えば、自動搬送車両ＡＧＶから入力される速度情報に基づいて、高速走行時には回転体６の回転速度を高速に設定して分解能を低くしながら高速に測距し、低速走行時には回転体６の回転速度を低速に設定して低速で測距しながら分解能を高く調整することができる。
【０１０６】
上述した説明では、測距装置１００の周囲に互いに９０°の角度で三枚の偏向ミラー１０１，１０２，１０３が配置され、各偏向ミラーにより測距装置１００から出力された測定光を所定の角度に偏向して、測定光の対象面上の軌跡が略Ｈの字型となる三面型の車載測距装置Ａを説明したが、測距装置１００に対する偏向ミラー１０１，１０２，１０３の取付角度は、上述の値に制限されるものではなく適宜設定されるものである。また、本発明による車載測距装置Ａは、測距装置１００から出力された測定光の走査面が測定対象平面と交差するように偏向する偏向ミラーを備えていればよく、例えば、水平偏向ミラー１０１のみを備えた一面型の車載測距装置Ａであってもよい。
【０１０７】
更に、水平偏向ミラー１０１を備えずに、測距装置１００から出射される測定光の走査面が測定対象平面と交差するように、回転軸心Ｐを測定対象平面に対して鋭角の傾斜姿勢で自動搬送車両ＡＧＶに取り付けることにより車載測距装置Ａを構成することも可能である。
【０１０８】
上述した実施形態では、車載測距装置Ａが自動搬送車両ＡＧＶに取り付けられる例を説明したが、車載測距装置Ａの取付対象は自動搬送車両ＡＧＶに限るものではなく、任意の車両に取り付けることができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０９】
１：ケーシング
３：発光部
４：受光部
５：走査機構
１００：測距装置（走査式測距装置
１０１：水平偏向ミラー
１０２，１０３：垂直偏向ミラー
ＡＧＶ：車両（自動搬送車両）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置を車両に取り付けて、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する測距方法であって、
演算部により、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出するステップと、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算するステップと、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出するステップと、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知するステップとを、所定の走査周期毎に繰り返す測距方法。
【請求項２】
閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される請求項１記載の測距方法。
【請求項３】
発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が車両に取り付けられ、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する車載測距装置であって、
演算部は、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する処理と、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する処理と、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する処理を、所定の走査周期毎に繰り返すように構成されている車載測距装置。
【請求項４】
閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される請求項３記載の車載測距装置。
【請求項５】
測距装置から出力された測定光の走査面が測定対象平面と交差するように偏向する偏向ミラーを備えている請求項３または４記載の車載測距装置。
【請求項６】
測距装置の周囲に互いに９０°の角度で三枚の偏向ミラーが配置され、各偏向ミラーにより測距装置から出力された測定光を所定の角度に偏向する請求項３から５の何れかに記載の車載測距装置。
【請求項１】
発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置を車両に取り付けて、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する測距方法であって、
演算部により、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出するステップと、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算するステップと、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出するステップと、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知するステップとを、所定の走査周期毎に繰り返す測距方法。
【請求項２】
閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される請求項１記載の測距方法。
【請求項３】
発光部と、受光部と、発光部から出力された測定光を所定周期で繰り返し走査して対象物からの反射光を受光部に導く走査機構と、測定光の出力タイミングと反射光の受光タイミングの時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する演算部を備えた測距装置が車両に取り付けられ、走査面が測定対象平面と交差するように測定光を走査して、測定対象平面上に位置する対象物を検知する車載測距装置であって、
演算部は、基準走査位置からの走査角度に応じて測定対象平面または対象物までの距離を算出する処理と、所定の走査角度で算出された距離に基づいて測定対象平面に平行で所定距離離隔した仮想平面を生成し、各走査角度で算出した距離を仮想平面からの鉛直距離に換算する処理と、換算した鉛直距離と当該鉛直距離に対応する測定対象平面上の測定光の走査位置との相関を表す近似線を算出する処理と、換算した鉛直距離が当該近似線から求まる鉛直距離より所定の閾値以上短い値を示す走査位置に対象物が存在すると検知する処理を、所定の走査周期毎に繰り返すように構成されている車載測距装置。
【請求項４】
閾値が、換算した鉛直距離と当該近似線から求まる鉛直距離の偏差の平均値を基準に所定の走査周期毎に設定される請求項３記載の車載測距装置。
【請求項５】
測距装置から出力された測定光の走査面が測定対象平面と交差するように偏向する偏向ミラーを備えている請求項３または４記載の車載測距装置。
【請求項６】
測距装置の周囲に互いに９０°の角度で三枚の偏向ミラーが配置され、各偏向ミラーにより測距装置から出力された測定光を所定の角度に偏向する請求項３から５の何れかに記載の車載測距装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２５６１７９（Ｐ２０１０−２５６１７９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６９７４（Ｐ２００９−１０６９７４）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００２４２６００）北陽電機株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]