JP4427360B2 - 無人搬送車のパレットへの進入誘導方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所などの構内で、重量物が載置された両脚を有するパレットを自力で積み込み運搬できる無人搬送車のパレットへの進入誘導方法および装置に関する。

製鉄所では、コイルや大型鋼材等の重量物を、脚を有するパレットに載置し、荷台を下降させてパレットの両脚間に潜り込み、しかる後、荷台を上昇させて該パレットを担持して搬送する搬送車が既に広く使われている。

この搬送車は全長にわたり平らな荷台を有し、多数の車輪を備え、各車輪は操舵可能であるとともに、アームを介してフレームに取り付けられ、アームを回動することによって荷台の高さを変えるように構成されている。

近年、製鉄所内の物流の合理化をさらに進める観点から、搬送車を無人運転にしたいという要望がある。ところで、この重量物を載置したパレットは、その長さ（荷台長さ方向）がかなり長く、両脚間の距離が搬送車の荷台幅に対してさほど余裕のあるものではないので、無人搬送車をパレットの両脚間の所定の位置までスムーズに進入させるには、無人搬送車をパレットの手前でパレットの長手方向の中心線に対して無人搬送車の荷台長さ方向の中心線を一致させておく必要がある。

このための手段としては、例えば、パレットへの進入路に磁気テープなどの地上ガイドを設けて無人搬送車の前部と後部に搭載した地上ガイドセンサによってこれを検知しながら各車輪を操舵し、地上ガイドとのズレを修正させるのが有効である。しかしながら、この方法による場合は、パレットを地上ガイドに対して精度よく載置しなければならず、また、屋外であるため地上ガイドが汚れたり破損し易いという難点がある。また、パレットの載置場所を変える場合には新たに地上ガイドを付設しなければならず、埋設のコストの高さから経路変更が簡単にできない。さらに、無人搬送車に搭載する地上ガイドセンサは、常に地上ガイドから一定の距離に保持する必要があるが、荷台が昇降することもあってその取り付けが煩雑であるといった問題があった。

この問題に対して特許文献１では無人搬送台車の先端中央部にレーザセンサを設け、レーザ光を左右方向に円弧状に走査してパレットの脚部までの距離を検知し、この検知結果よりパレットへの進入方向を演算して決め、脚までの間隙を感知しながら進入する方法が示されている。しかし、この方法では演算方法の都合によりパレットの脚部一面に鉄板を張る必要があり、余計な重量がついたり、隣のパレットが死角に入って検知できなかったりする問題があった。また、多数のパレットに鉄板を張るための費用が必要であり、コスト高にもなった。
特開２００２−１８２７４４号公報

本発明は、両脚に鉄板を張らないパレットを無人搬送車用のパレットとして採用できるようにすることにより、複数個並んだパレットから自在に所定のパレットを選び出して安価でかつ安全に搬送する無人搬送車の誘導方法および装置を開発することを課題とする。

一般にパレットの両脚はラーメンかトラス構造になっており、隣のパレットはその合間から見通すことができ、鉄板を張らなければ隣に置いてあるパレットが死角になることはない。また、パレットの両脚のラーメンまたはトラス構造はこれだけで充分な強度を担保しており、側面に鉄板を張らなくても強度が不足することはない。したがってこれらのことから両脚に張った鉄板は操業上無いに越したことは無い。なお、パレットの両脚がラーメンまたはトラス構造となっているので、脚の垂直荷重を負荷される斜めの部材を脚の柱部と定義する。

本発明は上記の知見を踏まえてなされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）製鉄所の構内で、形鋼のラーメンまたはトラス構造からなる両脚を有するパレットの両脚間に荷台を下降させて進入し、該荷台を上昇させてパレットを担持して搬送する無人搬送車のパレットへの進入誘導方法において、
予め記憶させている走行経路及びパレットの地図情報と走行距離データを用いて右脚が存在すると推定される右脚目標エリアと左脚が存在すると推定される左脚目標エリアを算出し、
測距手段により無人搬送車からパレットの脚の柱部までの距離および方向を検知し、検知された脚柱部の点及び算出した右脚目標エリアと左脚目標エリアから右脚柱部の測定点と左脚柱部の測定点を抽出し、
前記右脚柱部及び左脚柱部の測定点から両脚の柱部の内法の位置を演算し、
前記両脚の柱部の内法の位置からパレットの両脚の方向を演算し、
前記両脚の方向からパレット中心線を演算し、
前記無人搬送車とパレットとの間隙および走行距離を検知をしながら、かつ、
パレットの中心線と無人搬送車の中心線が一致するように進入誘導することを特徴とする無人搬送車のパレットへの進入誘導方法。
（２）製鉄所の構内で、形鋼のラーメンまたはトラス構造からなる両脚を有するパレットの両脚間に荷台を下降させて進入し、該荷台を上昇させてパレットを担持して搬送する無人搬送車のパレットへの進入誘導装置において、
前記無人搬送車の先端中央部に設置され、前記パレットの脚の柱部までの距離および方向を検知するレーザ光による検知器と、
予め記憶させている走行経路及びパレットの地図情報と走行距離データを用いて右脚が存在すると推定される右脚目標エリアと左脚が存在すると推定される左脚目標エリアを算出し、
検知された脚柱部の点及び算出した右脚目標エリアと左脚目標エリアから右脚柱部の測定点と左脚柱部の測定点を抽出し、
前記右脚柱部及び左脚柱部の測定点から両脚の柱部の内法の位置、パレットの両脚の方向、および両脚の方向からパレット中心線を演算する演算器と、
前記無人搬送車の側面に設けたパレットと無人搬送車との間隙を検知する側面センサと、
前記無人搬送車に設けた走行距離を検知する走行距離センサと、
前記パレットの中心線と無人搬送車の中心線とが一致する方向に誘導する誘導装置とを有することを特徴とする無人搬送車のパレットへの進入誘導装置。

本発明により、検知用としてパレットの両脚に鉄板を張る必要が無く、その分パレットの無駄な重量を省くことができるようになった。また、複数個置かれたパレット状況において所定のパレットに進入する際に死角になるパレットがないので、進入ができる置き方さえされていれば搬送車はどこのパレットも搬送することができるようになった。したがって、鉄板を張ることによるパレット改造費用を省略でき、安価にかつ安全な搬送車の無人化が可能となった。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態による無人搬送車とパレットの外観構成を示す斜視図である。無人搬送車１０は全長にわたり平らな荷台１を有し、複数の車輪２を備え、各車輪２はフレームに対してアームで取り付けられ、アームを回動することによって荷台１の高さを変えることができるように構成されている。また、各車輪とも操舵することができる構成を有している。なお、この無人搬送車１０は前後進共同じ速度で走行できる。

車体フレームの中心線上の前部と後部には、パレット２０を検知して進入誘導するためのアプローチセンサ１１が設けられている。アプローチセンサ１１はレーザ光を発射する投光器とその反射光を受ける受光器と、投光器および受光器を水平に円弧を描くように回動させるモータを備えた光学スキャナが使用されている。なお、アプローチセンサ１１は無人搬送車１０の進行方向の前側のものが使用され、このとき後側のものはＯＦＦにされる。

また、荷台１の両側端には、パレット２０の両脚の柱部２０ａ、２０ｂの内側面との間の距離を検知するための複数個の側面センサ１５が設けられている。この側面センサ１５はここでは超音波センサを使用している。また、車輪２には、走行距離を検出するための発電機型の走行距離センサ１６（図示してない）が設けられている。

これら、アプローチセンサ１１、側面センサ１５および走行距離センサ１６の信号は無人搬送車１０に搭載された制御装置に取り入れられ、演算処理してステアリング装置を作動させるステアリング制御部へ出力される。３は、運転室で無人搬送車１０の走行制御系が故障した場合や無人搬送に適さない場合に運転者によって運転できるようにするため設けられている。

パレット２０は、重量物が載置される架台２１の下部両側に両脚が一体に形成される。これの両脚は一般には形鋼をラーメン構造またはトラス構造で骨組みしており、このうち斜めの部材が柱部２０ａ、２０ｂを構成している。次に、上記のように構成された無人搬送車１０で重量物が載置されたパレット２０を荷台１に積載して搬送するにあたり、無人搬送車１０を自動的にパレット２０に進入誘導する制御装置について説明する。

図１は、本実施形態による無人搬送車１０の制御装置３０の構成を示すブロック図である。この制御装置３０は入力部３１と演算処理部３２と記憶部３３とステアリング制御部３５から構成されている。

入力部３１はアプローチセンサ１１、側面センサ１５および走行距離センサ１６の信号を取り入れて演算処理部３２で処理しやすい信号に変換して出力する。演算処理部３２では入力部３１の情報と記憶部３３の情報から演算処理を行いステアリング制御部３５へ出力する。

記憶部３３では演算処理部３２での結果や走行距離の情報を記憶するほか、演算処理に必要な基準値を予め設定する場合の設定部も備えている。例えば、アプローチセンサ１１によるパレット位置検出を行なうときにデータをフィルタリングするための範囲（幅方向、奥行方向の距離）の設定などである。

次に、上記した無人搬送車１０がパレット２０に進入する場合の動作について図４に示すフローチャートにしたがって説明する。まず、この無人搬送車１０には走行経路に沿って走行するための自律走行制御装置３６（内部構成は図示していない）が別途搭載されており、パレット２０の近傍までの誘導はこれによっている（ステップ１００）。

この自律走行制御装置３６は、走行経路の地図情報を記憶し、走行距離センサ１６とジャイロスコープ１７などを用いた現在位置認識装置に基づいて現在位置を計測し無人搬送車が予め設定した経路を走行するように誘導するものである。無人搬送車１０が自律走行して、パレット２０の前方に定められた所定の位置（自律走行制御装置に定められた位置）の近くにくると所定の位置かどうかを判断し（ステップ１１０）、ある範囲内にある場合は停車する（ステップ１２０）。そして、自律走行制御装置をＯＦＦにし、荷台を低くするとともに無人搬送車１０の誘導をパレットへの進入誘導の制御装置３０による制御に切り換える。

次に、ステップ１３０でアプローチセンサ１１によってパレット２０の検知を行なう。この検知は図３に示すように、無人搬送車１０の右側から左側へ１８０度の範囲を一定の間隔（例えば、図示の０．５度）でレーザ光を走査し、アプローチセンサ１１の中心ｃからパレット２０の両脚の柱部２０ａ、２０ｂを構成している形鋼部材までの距離を計測し、演算処理部３２に送られる。また、両脚側面に鋼板を設置しないので、形鋼の隙間から隣接するパレット２０’の両脚の柱部２０ａ’、２０ｂ’を構成する形鋼の位置も検出することができる。

演算処理部３２では、中心ｃからの脚の柱部２０ａ、２０ｂの形状データから両脚内法の位置を演算で抽出し、求めた内法点の座標およびその中点座標からパレットの両脚内法（直線Ｌ１、Ｌ２）、および中心線（直線Ｌｃ）を求める。そして、中心ｃを座標中心として直線Ｌｃの傾きθと、中心ｃから中心線Ｌｃまでの距離ｘ、パレットまでの距離ｙ、および直線Ｌ１、Ｌ２の間隔Ｗを演算する。（ステップ１４０）。

ステップ１５０では、算出した値（θ、ｘ、Ｗ）と予め記憶部３３に記憶されている許容角度、許容距離と比較し、許容範囲内にある場合は、進入状態を正常と判断し、ステップ１６０へ進む。いずれかの値が許容範囲外の場合は、進入状態が異常であると判断し、警報を出力してその後の処理を停止する（ステップ１７０）。

ステップ１６０では、θとxがゼロになるようにステアリング制御部３５へ指令する。この制御は無人搬送車１０を低速走行させながら順次行なわれる。

そして、無人搬送車１０はその中心線がパレット２０の中心線に一致するように誘導されてパレット２０に進入する。無人搬送車１０がある程度パレット２０に進入して、側面センサ１５がパレット２０の脚の柱部２０ａ、２０ｂの形鋼内法面を検知したら（ステップ１８０）、アプローチセンサ１１の作動を停止し、側面センサ１５の検知信号による誘導に切り換えられる。

そして、無人搬送車１０が側面センサ１５の左右の検知信号がほぼ等しくなるように、即ち、パレット２０に対して無人搬送車１０がその中央部を走行するようにステアリング制御され（ステップ１９０）、所定距離走行すると停止する（ステップ２００）。以上で、無人搬送車１０のパレット２０への進入誘導制御は終了する。

次に、無人搬送車１０の荷台１を上昇させパレット２０を担持した後、自律走行制御装置に切り換えられる。そして、目的地へ自律走行によって運搬される。目的地に到着すると、無人搬送車１０を停止し、荷台１を下降させてパレット２０を降ろし、側面センサ１５による検知を行いパレット２０から退出する。

上記の図４に示したフローチャートでのステップ１４０の演算処理について、図５に示すフローチャートにしたがって説明する。アプローチセンサ１１によって検知され、演算処理部３２に送られる情報は、一般にアプローチセンサ１１の中心ｃを原点とする極座標形式となっている（ステップ３００）。

ステップ３１０では、図７に示すようなパレット２０の右脚２０ａが存在すると想定される右脚目標エリア６０と、左脚２０ｂが存在すると想定される左脚目標エリア６１を算出する。この目標エリアの算出では、記憶部３３に予め記憶させている地図情報と走行距離データ（または前回算出したパレットとの距離ｙ）を用いて、無人搬送車がパレットに接近するにしたがって、エリアが接近あるいは縮小するようにすることで、パレット周辺に設置されている柵や建築物などの不要な検知データを以降の演算から除外することができる。

次に、極座標データをアプローチセンサ１１の中心ｃを原点とする直交座標系に座標変換する（ステップ３２０）。このとき、前ステップ３１０で図７のθ１〜θ４やＲｍａｘ＝Ｍａｘ（Ｒ２，Ｒ３）、Ｒｍｉｎ＝Ｍｉｎ（Ｒ１，Ｒ４）を設定しておき、データ座標（Ｒ（ｋ），θ（ｋ））と比較して、所定の条件を満たすデータのみを以降の演算対象とすれば、演算量を減ずることができる。（例えば、θ２＜θ（ｋ）＜θ３や、Ｒ（ｋ）＜Ｒｍｉｎや、Ｒｍａｘ＜Ｒ（ｋ）であるデータは、直交座標変換せず、以降の演算に使用しなくても結果に影響は与えない。）

ステップ３３０では、直交座標変換した脚の柱部の測定点座標（ｘ（ｋ），ｙ（ｋ））が上記した左右両脚目標エリア内にあるかを判断して、これらを右脚柱部の測定点｛Ａ（ｉ）；ｉ＝１〜Ｎａ｝および左脚柱部の測定点｛Ｂ（ｊ）；ｊ＝１〜Ｎｂ｝として決定する。

そして、次のように左右両脚の内法を決定する。
左右脚柱部の測定点の全組合せに関して点間の距離を算出し、右脚柱部の測定点Ａ（ｉ）から最短距離にある左脚柱部の測定点の番号をＰ（ｉ）とし、左脚柱部の測定点Ｂ（ｊ）から最短距離にある右脚柱部の測定点の番号をＱ（ｊ）として求める（ステップ３４０）。
次に、右脚柱部の測定点番号ｉ＝１〜Nａについて、式ｉ＝Ｑ（Ｐ（ｉ））が成立しているかを判定する。（ステップ３５０）、
成立している場合は、点Ａ（ｉ）と点Ｂ（Ｐ（ｉ））をその対向するペアとして抽出し、それぞれ、右脚の内法位置、左脚の内法位置として確定する。このとき、脚の柱部の測定点は詳細には図６に示したように群を形成している。これらの測定点群は、アプローチセンサの方向と形鋼の形状５０の関係から、５１、５２、および５３のデータ群に分けられる。このうち、無人搬送車のアプローチセンサがパレットの両脚内法線の内側に位置するとき、データ群５１についてはペアとして対向する測定点があるので、内法に対応するデータとして抽出されるが、それ以外のデータ群５２および５３はペアとなる点が無く、内法位置として抽出されない。一方、無人搬送車のアプローチセンサがパレットの両脚内法線の外側に位置する場合で、近い側の脚の柱部については、上記のロジックによってデータ群５３が内法位置として、遠い側の脚の柱部のデータ群５１の一部と共に抽出される。（ステップ３６０）。
このとき同時に、両脚内法線およびパレット中心線の近似に必要な諸係数（例えば、求められた左右内法点対の中点や、各点ｘ、ｙ座標の和や二乗和）を算出しておいても良い（ステップ３７０）。
なお、上記ステップ３５０〜３７０の演算処理は、左脚柱部の測定点番号ｊ＝１〜Ｎｂに関して同様に行なっても差し支えない。
そして、抽出された点の数量と算出された各点座標や諸係数を用いて、パレットの両脚内法線（直線Ｌ１、Ｌ２）、および中心線（直線Ｌｃ）を求める（ステップ３８０）。

これらの工程を逆の順で行なうとパレット離脱時にも応用可能である。したがって、無人搬送車のパレット離脱においても、安価にかつ安全に搬送車の無人化ができる。

本実施形態による無人搬送車１０と制御装置３０の構成を示すブロック図である。 同 無人搬送車とパレットの外観構成を示す斜視図である。 同 アプローチセンサ１１の作用の説明図である。 同 無人搬送車のパレット進入誘導のフローチャートである。 同 パレット内法位置検出、中心線の算出処理のフローチャートである。 同 アプローチセンサ１１で検出されるデータ(点)例を示した説明図である。 同 演算処理で設定する両脚目標エリアの説明図である。

符号の説明

１ 荷台
２ 走行車輪
３ 運転室
１０ 無人搬送車
１１ アプローチセンサ
１５ 側面センサ
１６ 走行距離センサ
１７ ジャイロスコープ
２０，２０’ パレット
２０ａ，２０ｂ，２０ａ’，２０ｂ’ 脚の柱部
２１ 架台
３０ 制御装置
３１ 入力部
３２ 演算処理部
３３ 記憶部
３５ ステアリング制御部
３６ 自律制御装置
５０ 脚の柱部である形鋼（断面）
５１ フランジ部（内法）データ群
５２ ウエブ部データ群
５３ フランジ部（外法）データ群
６０ 右脚目標エリア
６１ 左脚目標エリア

Claims (2)

1. 製鉄所の構内で、形鋼のラーメンまたはトラス構造からなる両脚を有するパレットの両脚間に荷台を下降させて進入し、該荷台を上昇させてパレットを担持して搬送する無人搬送車のパレットへの進入誘導方法において、
   予め記憶させている走行経路及びパレットの地図情報と走行距離データを用いて右脚が存在すると推定される右脚目標エリアと左脚が存在すると推定される左脚目標エリアを算出し、
   測距手段により無人搬送車からパレットの脚の柱部までの距離および方向を検知し、検知された脚柱部の点及び算出した右脚目標エリアと左脚目標エリアから右脚柱部の測定点と左脚柱部の測定点を抽出し、
   前記右脚柱部及び左脚柱部の測定点から両脚の柱部の内法の位置を演算し、
   前記両脚の柱部の内法の位置からパレットの両脚の方向を演算し、
   前記両脚の方向からパレット中心線を演算し、
   前記無人搬送車とパレットとの間隙および走行距離を検知をしながら、かつ、
   パレットの中心線と無人搬送車の中心線が一致するように進入誘導することを特徴とする無人搬送車のパレットへの進入誘導方法。
2. 製鉄所の構内で、形鋼のラーメンまたはトラス構造からなる両脚を有するパレットの両脚間に荷台を下降させて進入し、該荷台を上昇させてパレットを担持して搬送する無人搬送車のパレットへの進入誘導装置において、
   前記無人搬送車の先端中央部に設置され、前記パレットの脚の柱部までの距離および方向を検知するレーザ光による検知器と、
   予め記憶させている走行経路及びパレットの地図情報と走行距離データを用いて右脚が存在すると推定される右脚目標エリアと左脚が存在すると推定される左脚目標エリアを算出し、
   検知された脚柱部の点及び算出した右脚目標エリアと左脚目標エリアから右脚柱部の測定点と左脚柱部の測定点を抽出し、
   前記右脚柱部及び左脚柱部の測定点から両脚の柱部の内法の位置、パレットの両脚の方向、および両脚の方向からパレット中心線を演算する演算器と、
   前記無人搬送車の側面に設けたパレットと無人搬送車との間隙を検知する側面センサと、
   前記無人搬送車に設けた走行距離を検知する走行距離センサと、
   前記パレットの中心線と無人搬送車の中心線とが一致する方向に誘導する誘導装置とを有することを特徴とする無人搬送車のパレットへの進入誘導装置。

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