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公開番号2024154872
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023069074
出願日2023-04-20
発明の名称干渉検知装置および干渉検知方法
出願人芝浦機械株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G08G 1/16 20060101AFI20241024BHJP(信号)
要約【課題】干渉有無を検知する干渉検知領域に少ないデータ量で多様な形状を与え、周囲に存在する物体と干渉検知領域との干渉有無と、同物体と同干渉検知領域との間の最短距離を、容易かつ短時間に求めることができる干渉検知の実現手段を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る干渉検知装置は、計測した周辺物体との距離に基づき、設定した3次元または2次元領域と前記周辺物体との干渉の有無を検知する干渉検知装置であって、干渉有無を検知する干渉検知領域を、超2次関数形式で保持する干渉検知領域の形状表現手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
計測した周辺物体との距離に基づき、設定した３次元または２次元領域と前記周辺物体との干渉の有無を検知する干渉検知装置であって、
干渉有無を検知する干渉検知領域を、超２次関数形式で保持する干渉検知領域の形状表現手段と、
を備えることを特徴とする、干渉検知装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
干渉有無を検知する前記干渉検知領域を表す超２次関数曲面の少数の設定パラメータを記憶し、手動または外部からの信号または通信により設定または切り替える干渉検知領域形状の設定切替手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の干渉検知装置。
【請求項３】
前記干渉検知領域を表す超２次関数曲面上の点をサンプルすることにより、前記干渉検知装置の周囲に存在する周囲物体上の距離計測点と前記干渉検知領域との間の最短距離を算出する、干渉検知領域との最短距離算出手段と、
を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の干渉検知装置。
【請求項４】
前記干渉検知装置の周辺空間内に接近禁止領域に相当する前記超２次関数形式で表される干渉検知領域を設定し、
移動体の制御手段から与えられる前記移動体の移動軌道のサンプル点が前記干渉検知領域に干渉するかどうかを、前記干渉検知領域を表す超２次関数曲面に対する各軌道サンプル点の内外判定計算により判断する干渉検知手段と、
を備えることを特徴とする、請求項３に記載の干渉検知装置。
【請求項５】
前記干渉検知装置の周辺空間内に接近禁止領域に相当する前記超２次関数形式で表される干渉検知領域を設定し、
前記干渉検知装置を制御装置の一部として内蔵する移動体が所定の軌道に沿って移動する場合に、当該移動体の構成部分の一部または全体の形状を点群データで表すとともに、前記構成部分の一部または全体が前記干渉検知領域に干渉するかどうかを、前記干渉検知領域を表す超２次関数曲面に対する点群各点の内外判定計算により判断する干渉検知手段と、
を備えることを特徴とする、請求項３に記載の干渉検知装置。
【請求項６】
前記干渉検知領域は、前記干渉検知装置を制御装置の一部として内蔵する移動体のボディ概形状またはボディ形状を一定距離オフセットさせた形状を、一つ以上の超２次関数で表す、
請求項３に記載の干渉検知装置。
【請求項７】
計測した周辺物体との距離に基づき、設定した３次元または２次元領域と前記周辺物体との干渉の有無を検知する干渉検知方法であって、
干渉有無を検知する干渉検知領域を、超２次関数形式で保持するステップと、
を含むことを特徴とする、干渉検知方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や建設や農業用の車輌、ドローンや無人搬送車を含む移動ロボット、多関節型ロボットの可動するマニピュレータ部分など、有人運転走行または無人自律走行のいずれをも問わない様々な移動体と、その周辺の物体との干渉検出や干渉回避の技術に関する干渉検知装置および干渉検知方法である。さらに本発明は、ロボットや、セイフティスキャナなどのセンサにおける、当該ロボットやセンサ周辺に設定された干渉検知領域への人や物体の侵入検知、およびロボットやセンサ自体の干渉検知領域への侵入検知の技術に関わる干渉検知装置および干渉検知方法である。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車分野では現在、周囲環境を認識するカメラや、ＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉоｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）を備え、人や他車との衝突を回避したり、自動的に駐車をしたり、さらに自動走行をする、自律または半自律走行機能を持つ自動車が実用化されてきている。建設車輌や農業車輌の分野においても同様に、それぞれ無人で施工や耕うんが可能な車輌も実現されている。
【０００３】
また、ロボット分野では現在、工場や物流施設内で工作物や材料、各種製品等の搬送を行うロボットや無人搬送車、家庭内で活動する自走式の掃除ロボット、屋内外を飛行し撮像や物資を運搬するドローンなど、自律移動型のロボットの実用化が進んでいる。自律移動型ロボットの中には、走行移動部の上に多関節型のマニピュレータを搭載した、移動マニピュレータ型のロボットもある。基部を床面や設備上の台座に据付固定する多関節型のマニピュレータも、基部から先の腕に相当するリンク部分は、一種の移動体とみなせる。
【０００４】
さらに、センサ分野では現在、セイフティスキャナと呼ばれる安全用のセンサがあり、多関節型マニピュレータを利用した設備を含む各種の自動化設備において、人や物流用車輌などの設備への接近を検知するために用いられている。セイフティスキャナは、固定された設備に設置されるほか、自律移動するロボットや無人搬送車に搭載されることもある。こうした様々な車輌やロボットなど移動体の移動中における障害物との衝突や干渉の検知と回避、あるいは自動化設備におけるセンサによる設備に接近する人や車輌との衝突や干渉の検知と回避は、重要な技術になっている。
【０００５】
例えば、自動車では近年、道路上での自動運転だけではなく、より狭いスペースでの自動駐車も実現されている。また、移動ロボットや無人搬送車は、専用に設けられた走行レーンを走行移動する事例よりも、人と同じ通路を走行する事例が多くなってきている。このように、自動車や移動ロボット、農業や建設用の車輌等も含む移動体が、有人か無人にかかわらず、できるだけ止まらずにより狭い空間内でより緻密な移動と、移動を伴う作業をするようになると、移動体に搭載されたＬｉＤＡＲ等の距離計測手段が、進行方向の一定距離内に障害物を検知した場合に停止するといった粗い衝突回避では不十分で、移動を止めずに進行方向に対し直交方向にある障害物をすり抜けつつ、進行方向にある障害物にぎりぎりまで接近するといった、より緻密な衝突回避が必要になる。
【０００６】
移動ロボットについては、走行部の上にマニピュレータを備えた形式のものも増加してきている。こうしたマニピュレータを備えた移動ロボットについては、人の腕に相当するマニピュレータ部分が作業中に作業対象以外の周囲の物体と衝突することを防ぐ必要があるほか、マニピュレータが移動ロボットのボディ自体に衝突することも防ぐ必要がある。後者の場合、マニピュレータの肘に相当する部分が、ボディのくびれにより、周長が小さい腰部分とは離れているものの、周長が大きい胸部分には接触しそうになっているような場合がある。
【０００７】
また、移動ロボットがマニピュレータでドアノブを握ってドアを開け、ドアを通り抜けるような動作を行う場合、自らが開けているドアがボディの左前側から近づいているから、右後側へ少し後退するといった動作も必要になる。
【０００８】
移動ロボットに含まれるドローンについては今後、行政機関や事業者が設けた接近禁止空域の情報をドローンの管理者が手動で、またはドローンの制御装置自体が自動で更新し、操縦者がそうした接近禁止空域にドローンを故意または誤って近づけようとした場合も、接近禁止空域には進入できないような制御がなされていくことも想定される。このような場合には接近禁止空域を、様々な形状の建物をおおまかに包絡するような形状や、鉄塔や煙突の周囲一定範囲を覆う円筒状や直方体状、ある地点を中心にした半球状など、多様に設定できることが望まれる。
【０００９】
この場合、これら多様な接近禁止空域形状を同一の枠組みかつ少ないデータ量で表現できると、飛行の回避処理も同一の枠組み、かつ少ない計算資源で実行できるため、好ましい。ドローンについてはさらに、例えば特定の田畑のみに手動操作で農薬を散布するような場合、逆に散布対象の田畑上に干渉検知領域を設定しておき散布飛行させ、散布対象の田畑からドローンが外れると干渉検知装置の出力が干渉状態から非干渉状態に変わることを人またはドローンの制御装置が察知して、ドローンが再び対象田畑に入るよう逆方向にドローンを戻すというような使い方もできる。田畑が広く、地表の操作地点からではドローンが操作地点から離れた地点で対象田畑から外れたかどうかが把握しづらい場合に有用である。
【００１０】
農業や建設用の車輌についても無人運転や無人施工の実用化が進んできているが、今後は無人化を前提に広くかつ単純な区画形状の圃場や、周囲の樹木等を伐採し整備したような工事現場だけでなく、現在人が巧妙かつ注意深く作業や施工を行っているような圃場や工事現場にも、無人化が求められていく。このような場合、単に地面上にある、他の車輌や人との衝突回避だけではなく、高い位置に突き出た、例えば、撤去を省いた樹木の枝やその他構造物との接触や衝突を避けるような必要も生じる。この場合には、同じ枝に対しても搭乗部とエンジンボンネット部では最短距離や最短距離方向が異なり、その結果接触の危険性も両者で異なるといったことも想定される。
（【００１１】以降は省略されています）

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