DE112006000295T5

DE112006000295T5 - Autonomes Fahrzeug und Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen

Info

Publication number: DE112006000295T5
Application number: DE112006000295T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Kadoma Nishimura; Tatsuo Kadoma Sakai
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2008-04-17
Also published as: JP4479831B2; US20090069938A1; JP4479852B2; KR100954621B1; JP2008268224A; JP2009223900A; KR20070095384A; WO2006090896A1; US7742841B2

Abstract

Autonomes Fahrzeug, umfassend:
eine Abtastpunkterfassungseinheit, die unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle oder einer akustischen Welle einen vorbestimmten Bereich in einem konstanten Winkel oder einem konstanten Intervall abtastet, von sich in der horizontalen Ebene befindlichen Objekten reflektierte Wellen empfängt und Koordinaten einer Mehrzahl von Abtastpunkten, von denen die elektromagnetische Welle oder die akustische Welle reflektiert werden, erfasst;
eine Elementvektorbildungseinheit, die einen Elementvektor in Bezug auf zwei aus der Mehrzahl von Abtastpunkten ausgewählte Abtastpunkte bildet, so dass ein Abtastpunkt, der von der Abtastpunkterfassungseinheit früher in der Zeitreihe erfasst wurde, als Ausgangspunkt des Elementvektors verwendet wird, und ein anderer, später erfasster Abtastpunkt als Endpunkt des Elementvektors verwendet wird;
eine Elementvektorauswahleinheit, die eine Mehrzahl von Elementvektoren auswählt, die in der Reihenfolge der Bildung durch die Elementvektorbildungseinheit in der Zeitreihe fortgesetzt werden, wobei die Länge jedes Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als eine vorbestimmte erste Länge, ein Ablenkungswinkel eines Elementvektors...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein autonomes Fahrzeug und insbesondere ein Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen, das in dem autonomen Fahrzeug installiert ist und für autonomes Fahren geeignet ist.
Ein herkömmliches Verfahren zur Erkennung von Positionen auf einer Oberfläche einer Mauer (planares Hindernis) ist aus dem Dokument (Li Zhang & Bijoy K. Ghosh, „Line Segment Based Map Building and Localization Using 2D Laser Range finder", IEEE Int. Konf. zu Robotik & Automation, Seiten 2538-2543, 2000) bekannt. In dem herkömmlichen Verfahren wird eine horizontale Ebene mit einem ständig konstanten Winkel oder einem konstanten Abstand unter Verwendung eines Laserradars abgetastet, so dass man durch das Empfangen von von einem Objekt reflektierten Wellen eine Gruppe von jeweils in einer zweidimensionalen Oberfläche verteilten Abtastpunkten erhält. Aus der Gruppe von Abtastpunkten wird eine Mehrzahl von Abtastpunkten mit bestimmten Annahmen ausgewählt, und es wird durch Kopplung der ausgewählten Abtastpunkte eine Aggregation von Segmenten gebildet. Die sich in der horizontalen Ebene erstreckende Mauer kann durch die Aggregation von Segmenten erkannt werden.
Das oben genannte herkömmliche Verfahren zur Erkennung des planaren Hindernisses enthält jedoch einen Schritt, in dem eine Berechnung zur Bestimmung einer Entfernung von einem bestimmten Punkt zu einem bestimmten Segment mehrmals wiederholt wird, wenn bestimmte Abtastpunkte aus den vielen Abtastpunkten ausgewählt werden und die Aggregation von Segmenten gebildet wird. Somit wird der Berechnungsvorgang komplex und benötigt eine lange Zeit. Wenn das Verfahren in dem autonomen Fahrzeug zur Erkennung des planaren Hindernisses installiert ist, kann die Fortbewegungsgeschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs verringert werden, um das autonome Fahrzeug unfall- und betriebssicher autonom zu bewegen. Deshalbistesnotwendig, das Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen zu vereinfachen, damit es in dem autonomen Fahrzeug installiert werden kann. Außerdem werden gemäß dem herkömmlichen Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen von einem sich hinter dem planaren Hindernis befindlichen Objekt reflektierte Wellen empfangen, wenn das planare Hindernis Öffnungen wie ein Maschendraht- oder Gitterrostzaunaufweist, so dass es schwierig ist, das planare Hindernis mit Öffnungen genau zu erkennen. Folglich wird in der Praxis kein Verfahren, das das planare Hindernis mit Öffnungen erkennen kann, als Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen, das für autonome Fahrzeuge geeignet ist, eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung wird entworfen, um die oben genannten Probleme zu lösen und ein autonomes Fahrzeug bereitzustellen, das sich effektiv und sicher autonom bewegen kann, indem es ein planares Hindernis, insbesondere eine Position eines planaren Hindernisses mit Öffnungen, durch ein fache Schritte präzise erkennt, und um ein Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen bereitzustellen, das für das autonome Fahrzeug geeignet ist.
Ein autonomes Fahrzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst:
eine Abtastpunkterfassungseinheit, die unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle oder einer akustischen Welle einen vorbestimmten Bereich in einem konstanten Winkel oder einem konstanten Intervall abtastet, von sich in der horizontalen Ebene befindlichen Objekten reflektierte Wellen empfängt und Koordinaten einer Mehrzahl von Abtastpunkten, von denen die elektromagnetische Welle oder die akustische Welle reflektiert werden, erfasst;
eine Elementvektorbildungseinheit, die einen Elementvektor in Bezug auf zwei aus der Mehrzahl von Abtastpunkten ausgewählte Abtastpunkte bildet, so dass ein Abtastpunkt, der von der Abtastpunkterfassungseinheit früher in der Zeitreihe erfasst wurde, als Ausgangspunkt des Elementvektors verwendet wird, und ein anderer, später erfasster Abtastpunkt als Endpunkt des Elementvektors verwendet wird;
eine Elementvektorauswahleinheit, die eine Mehrzahl von Elementvektoren auswählt, die in der Reihenfolge der Bildung durch die Elementvektorbildungseinheit in der Zeitreihe fortgesetzt werden, wobei die Länge jedes Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als eine vorbestimmte erste Länge, ein Ablenkungswinkel eines Elementvektors in Bezug auf einen anderen fortlaufenden Elementvektor gleich ist wie oder kleiner ist als ein erster vorbestimmter Winkel und ein kombinierter Wert der Ablenkungswinkel gleich ist wie oder kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Winkel;
eine Abtastsegmentvektorbildungseinheit, die einen Abtastsegmentvektor durch Verknüpfung der ausgewählten fortlaufenden Elementvektoren bildet; und
eine Hinderniserkennungseinheit, die ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt des Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment mit einer zweiten vorbestimmten Länge vergleicht und erkennt, dass sich entlang des Abtastsegmentvektors ein planares Hindernis befindet, wenn das Segment gleich ist wie oder länger ist als die zweite vorbestimmte Länge.
Mit einer derartigen Gestaltung kann man davon ausgehen, dass die für die Bildung der Elementvektoren verwendeten Abtastpunkte auf demselben Hindernis angeordnet sind, wenn die Länge jedes fortlaufenden Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge, der Ablenkungswinkel eines Elementvektors in Bezug auf einen anderen fortlaufenden Elementvektor gleich ist wie oder kleiner ist als ein erster vorbestimmter Winkel und der kombinierte Wert der Ablenkungswinkel gleich ist wie oder kleiner ist als der zweite vorbestimmte Wert. Des Weiteren kann man davon ausgehen, dass es sich bei dem Hindernis um ein planares Hindernis handelt, wenn die Länge des durch Verknüpfung der Elementvektoren gebildeten Abtastsegmentvektors gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge. Der Abtastsegmentvektor stellt eine Position, eine Ausrichtung und eine Größe des planaren Hindernisses dar, so dass die Eigenpositionserkennungseinheit basierend auf einer Entfernung und einer Richtung, in der sich das planare Hindernis befindet, die eigene Position des autonomen Fahrzeugs auf einer Karte präzise bestimmen kann, und sich das autonome Fahrzeug somit sicher fortbewegen kann, indem es das durch den Abtastsegmentvektor identifizierteplanare Hindernis umgeht, wenn sich das autonome Fahrzeug autonom fortbewegt. Des Weiteren kann die Erkennung des planaren Hindernisses durch relativ einfache Vorgänge wie die Erfassung der Abtastpunkte, die Bildung der Elementvektoren, die Auswahl der Elementvektoren, die Bildung des Abtastsegmentvektors und das Vergleichen des Abtastsegementvektors durchgeführt werden. Somit kann das planare Hindernis im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren schneller erkannt werden. Folglich kann eine effektive autonome Fortbewegung erreicht werden, indem die Fortbewegungsgeschwindigkeit des autonomen Fahrzeugs erhöht wird.
1 ist ein Schaubild, das einen Aufbau eines autonomen Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Ablaufdiagramm der autonomen Fortbewegung des autonomen Fahrzeugs unter Verwendung eines Verfahrens zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung.
3A ist eine flache Ansicht, die einen Zustand zur Erkennung eines planaren Hindernisses ohne Öffnungen durch obiges Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen zeigt, und 3B ist eine flache Ansicht, die einen Zustand zur Erkennung eines planaren Hindernisses mit Öffnungen zeigt.
4 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen Zustand zur Bildung eines ein planares Hindernis darstellenden Abtastsegmentvektors aus Abtastpunkten durch obiges Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen zeigt.
5A ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen Elementvektor V in dem obigen Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen zeigt,
5B und 5C sind Erläuterungsdiagramme, die die Verknüpfung der Elementvektoren V zeigen, und 5D ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen Abtastsegmentvektor SSV zeigt, der durch Verknüpfung einer Mehrzahl von Elementvektoren gebildet wird.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte des obigen Verfahrens zur Erkennung von planaren Hindernissen zeigt, wenn das Überspringen von Abtastpunkten nicht durchgeführt wird.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte des obigen Verfahrens zur Erkennung von planaren Hindernissen zeigt, wenn das Überspringen von Abtastpunkten durchgeführt wird.
8 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Mauer mit Pfostenverstrebungen als ein Beispiel des planaren Hindernisses zeig.
9A ist eine flache Ansicht der in 8 gezeigten Mauer mit Pfostenverstrebungen, 9B ist eine graphische Darstellung, die Abtastsegmentvektoren SSV zeigt, die die Mauer mit Pfostenverstrebungen darstellen, und 9C ist eine graphische Darstellung, die einen langen, durch Verknüpfung einer Mehrzahl von Abtastsegmentvektoren SSV gebildeten Abtastsegmentvektor SSV0 zeigt.
10 ist ein Erläuterungsdiagramm, das Bedingungen zeigt, unter denen eine Mehrzahl von Abtastsegmentvektoren SSV verknüpft werden kann.
11 ist ein Ablaufdiagramm einer autonomen Fortbewegung des autonomen Fahrzeugs unter Verwendung des Verfahrens zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung, einschließlich der Schritte der Verknüpfung von Abtastsegmentvektoren.
12 ist eine perspektivische Darstellung, die einen Zaun mit Öffnungen als ein weiteres Beispiel des planaren Hindernisses zeigt.
13A ist eine flache Ansicht des in 12 gezeigten Zauns mit Öffnungen, 13B ist eine graphische Darstellung, die Abtastpunkte S zeigt, die Pfostenverstrebungen des Zauns entsprechen, und 13C ist eine graphische Darstellung, die Elementvektoren V und einen Abtastsegmentvektor SSV, die durch die Abtastpunkte S gebildet wurden, zeigt.
14 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel bei dem auf jeder Pfostenverstrebung des Zauns mit Öffnungen eine Reflektionsmarkierung angehaftet ist als ein weiteres Beispiel des planaren Hindernisses zeigt.
15A ist eine flache Ansicht des in 14 gezeigten Zauns, 15B ist eine graphische Darstellung, die Abtastpunkte S zeigt, die Pfostenverstrebungen des Zaunes entsprechen, und 15C ist eine graphische Darstellung, die Elementvektoren V und einen Abtastsegmentvektor SSV, die durch die Abtastpunkte S gebildet wurden, zeigt.
16 ist eine flache Ansicht, die einen Zustand erläutert, in dem Abtastpunkte S, die in dem Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden sollen, auf einen vorbestimmten Abstand begrenzt sind.
17 ist ein Erläuterungsdiagramm, das ein Verfahren zur Begrenzung der zu verarbeitenden Abtastpunkte S auf einen vorbestimmten Abstand zeigt, indem ein Phänomen ausgenutzt wird, dass eine Quantität des reflektierten Lichts eines Laserradars entsprechend einer Entfernung zu einem ein Licht reflektierendes Objekt schwankt.
18A ist eine flache Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das autonome Fahrzeug normalerweise die autonome Fortbewegung durchführt, und 18B ist eine flache Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine erweiterte Vorsichtszone und eine erweiterte Vorwarnungszone zu einer Vorsichtszone und einer Vorwarnungszone um das autonome Fahrzeug herum hinzugefügt werden, damit es sich einem bestimmten Hindernis nicht annähert.
19A ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Anordnung von in einem Betriebsbereich des autonomen Fahrzeugs existierenden planaren Hindernissen zeigt, und 19B ist eine Tabelle, die ein Beispiel für Kartensegmentdaten zeigt, die die planaren Hindernisse darstellen.
20A bis 20C sind Erläuterungsdiagramme, die jeweils die Verknüpfung von Elementvektoren in dem Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
21 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, in dem das Überspringen von Abtastpunkten zur Bildung eines Primärelementvektors erwogen wird, wenn ein ein planares Hindernis darstellender Abtastsegmentvektor aus den Abtastpunkten gebildet wird.
22 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Fortsetzung des Ablaufdiagramms gemäß 21 zeigt
23 ist eine flache Ansicht, die eine doppelte Anordnung von planaren Hindernissen zeigt, bei der eine Absperrung oder ein Zaun mit Öffnungen vor einer Mauer ohne Öffnungen als weiteres Beispiel des planaren Hindernisses bereitgestellt wird.
24 ist eine graphische Darstellung, die einen Zustand zur Bildung einer Mehrzahl von planare Hindernisse darstellenden Abtastsegmentvektoren unter Verwendung von Abtastpunkten, die von der in 23 gezeigten doppelten Anordnung von planaren Hindernissen erfasst wurden, zeigt.
25 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte zur Bildung einer Mehrzahl von planare Hindernisse darstellenden Abtastsegmentvektoren unter Verwendung von Abtastpunkten, die von der in 23 gezeigten doppelten Anordnung von planaren Hindernissen erfasst wurden, zeigt.
26 ist ein Ablaufdiagramm, das weitere Schritte zur Bildung einer Mehrzahl von planare Hindernisse darstellenden Abtastsegmentvektoren unter Verwendung von Abtastpunkten, die von der in 23 gezeigten doppelten Anordnung von planaren Hindernissen erfasst wurden, zeigt.
27 ist ein Ablaufdiagramm, das noch weitere Schritte zur Bildung einer Mehrzahl von planare Hindernisse darstellenden Abtastsegmentvektoren unter Verwendung von Abtastpunkten, die von der in 23 gezeigten doppelten Anordnung von planaren Hindernissen erfasst wurden, zeigt.
28 ist eine graphische Darstellung, die einen Zustand zur Erfassung eines Abtastsegments aus einem Abtastsegmentvektor unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate in dem Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
29 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte zur Erfassung des Abtastsegments unter Verwendung der in 28 gezeigten Methode der kleinsten Quadrate zeigt.
30 ist ein Erläuterungsdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Verknüpfung von Elementvektoren in dem Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn ein Abtastsegmentvektor aus Abtastpunkten ein planares Hindernis darstellt.
31 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Beurteilung der Effizienz der durch Verknüpfung von in 30 gezeigten Elementvektoren gebildeten Segmentvektoren zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Figuren werden ein autonomes Fahrzeug und ein für das autonome Fahrzeug geeignetes Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt ein Schaubild des autonomen Fahrzeugs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das autonome Fahrzeug 1 besteht aus einem Speicher 11 zur Speicherung von Karteninformationen dessen Betriebsbereichs und diverser für das Fahren dessen verwendeter Parameter, eine Umgebungsinformationserfassungseinheit 12 zur Erfassung von zur Erkennung der Position eines Hindernisses und der eigenen Position verwendeten Umgebungsinformationen, ein Antriebsgerät 13, um das autonome Fahrzeug 1 anzutreiben, eine Eigenpositionserkennungseinheit 14 zur Erkennung der eigenen Position des autonomen Fahrzeugs 1, indem die von der Umgebungsinformationserfassungseinheit 12 erfassten Umgebungsinformationen mit den in dem Speicher 11 gespeicherten Karteninformationen referenziert werden, eine Benutzerschnittstelle 15, die für die Eingabe eines Ziels in dem Betriebsbereich und von Fahrparametern verwendet wird, und ein Bewegungssteuergerät 17 zur Steuerung des Antriebsgeräts 13, während Hindernisse durch auf dem Erkennungsergebnis der Eigenpositionserkennungseinheit 14 basierende Erkennung der eigenen Position umfahren werden.
Das Antriebsgerät 13 umfasst durch elektrischen Strom aus einer Batteriezelle 13a angetriebene Motoren. In jedem Motor wird ein Absolutwertgeber zur Messung der Umdrehungszahl bzw. Umdrehungsgeschwindigkeit bereitgestellt. Das Bewegungssteuergerät 17 des autonomen Fahrzeugs 1 kann unter Verwendung der Ausgabesignale des Absolutwertgebers zurückgelegte Entfernungen und Fortbewegungsrichtungen erkennen und führt dadurch basierend auf den zurückgelegten Entfernungen und Fortbewegungsrichtungen eine Koppelnavigation durch. Die Benutzerschnittstelle 15 ist mit einem Berührungsbildschirm oder einer Tastatur, die direkt von einem Benutzer bedient wird, oder mit einer Kommunikationseinrichtung ausgerüstet, die als Fernbedienung verwendet werden kann.
Was die Karteninformationen angeht, so wird eine Aggregation von Segmenten, die planare Hindernisse wie eine Mauer, einen Zaun oder eine Absperrung in dem Betriebsbereich darstellen, vorher als Kartensegmente gesetzt und in dem Speicher 11 gespeichert. Die Umgebungsinformationserfassungseinheit 12 umfasst eine Abtastpunkterfassungseinheit 12a wie zum Beispiel ein Laserradar, durch das eine bestimmte Stelle auf einer Hauptkarosserie des autonomen Fahrzeugs 1 als Ursprung gesetzt wird, und es wird ein dem Ursprung zugewandter Bereich in einem konstanten Winkel oder einem konstanten Intervall abgetastet. Dadurch werden Positionskoordinaten von Punkten auf Hindernissen, einschließlich des planaren Hindernisses wie einer Mauer, in jeder Richtung von dem Ursprung aus gesehen erfasst, und die Abtastpunkte, die eine Aggregation von mehreren Positionskoordinaten darstellen, werden in der Zeitreihenfolge der Abtastung erfasst.
Die Abtastpunkterfassungseinheit 12a ist zum Beispiel in einem vorderen Teil der Hauptkarosserie des autonomen Fahrzeugs 1 angeordnet und erfasst Positionskoordinaten der Objekte, die Laserstrahlen reflektieren, als Abtastpunkte, indem sie einen vorderen Bereich in einer horizontalen Ebene oder einer schiefen Ebene mit einer vorbestimmten Höhe abtastet und von dem planaren Hindernis wie einer Mauer oder anderen Objekten in der Umgebung reflektierte Wellen empfängt. Alternativ kann ein Ultraschallsensor, bei dem es sich um eine Kombination aus einer Ultraschallwellen ausstrahlenden Vorrichtung und einer Anordnung einer Ultraschallwellen empfangenden Vorrichtung handelt, wodurch eine elektrische Abtastung durchgeführt wird, als Abtastpunkterfassungseinheit 12a verwendet werden.
Alternativ kann ein zur normalen Detektion von Hindernissen verwendeter Ultraschallsensor zur Detektion eines Hindernisses durch die Umgebungsinformationserfassungseinheit 12 verwendet werden. Bei den von der Abtastpunkterfassungseinheit 12a erfassten Abtastpunkten handelt es sich um die Projektion der Positionskoordinaten der Teile, die den Laserstrahl oder die Ultraschallwelle auf einer horizontalen Ebene reflektieren.
Die Eigenpositionserkennungseinheit 14 umfasst ferner eine Elementvektorbildungseinheit 14a, eine Elementvektorauswahleinheit 14b, eine Abtastsegmentvektorbildungseinheit 14c und eine Hinderniserkennungseinheit 14d. Die Elementvektorbildungseinheit 14a bildet einen Elementvektor in Bezug auf zwei Abtastpunkte, indem sie einen früher in der Zeitreihe erfassten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den anderen, später erfassten Abtastpunkt als Endpunkt verwendet. Die Elementvektorauswahleinheit 14b wählt eine Mehrzahl von Elementvektoren, die fortgesetzt werden, aus einer Menge von Elementvektoren aus, die die Bedingungen erfüllen, dass eine Länge jedes Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als eine erste vorbestimmte Länge, wobei ein Ablenkungswinkel zwischen einem Elementvektor und einem anderen fortlaufenden Elementvektor gleich ist wie oder kleiner ist als ein erster vorbestimmter Winkel und ein kombinierter Wert der Ablenkungswinkel gleich ist wie oder kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Winkel.
Die Abtastvektorbildungseinheit 14c bildet durch Verknüpfung von ausgewählten fort laufenden Elementvektoren einen Abtastsegmentvektor. Die Hinderniserkennungseinheit 14d vergleicht ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt eines Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment mit einer zweiten vorbestimmten Länge, urteilt, dass entlang des Abtastsegmentvektors ein planares Hindernis existiert, wenn die Länge des Segments gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge, und legt die Position des planaren Hindernisses unter Bezugnahme auf ein aus dem Abtastsegmentvektor und den Kartensegmenten extrahiertes Abtastsegment auf einer Karte fest. Folglich kann die Eigenpositionserkennungseinheit 14 die eigene Position des autonomen Fahrzeugs 1 basierend auf einer Entfernung und einer Richtung, in der sich das planare Hindernis befindet, auf der Karte präzise festlegen.
Der oben genannte Speicher 11, die Eigenpositionserkennungseinheit 14, die Elementvektorbildungseinheit 14a, die Elementvektorauswahleinheit 14b, die Abtastsegmentvektorbildungseinheit 14c, die Hinderniserkennungseinheit 14d und das Bewegungssteuergerät 17 können durch Durchführung von vorbestimmten Programmen in einem Computer mit einem weit verbreiteten Aufbau mit einer CPU, einer externen Speichervorrichtung, einer Anzeigevorrichtung und einer Eingabevorrichtung verwirklicht werden.
Nachfolgend werden Schritte zur autonomen Fortbewegung des autonomen Fahrzeugs 1 mit Erkennung der eigenen Position durch Anwendung des obigen Verfahrens zur Erkennung von planaren Hindernissen unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Das Bewegungssteuergerät 17 kennt eine ungefähre Position des autonomen Fahrzeugs 1 auf Grundlage der von dem Absolutwertgeber des Antriebsmotors des Antriebsgeräts 13 ausgegebenen Informationen. Das autonome Fahrzeug 1 führt die Koppelnavigation auf Grundlage von Informationen bezüglich der eigenen Position zu Beginn der Fahrt durch (#1). Die Abtastpunkterfassungseinheit 12a erfasst unter der Steuerung durch die Umgebungsinformationserfassungseinheit 12 eine Gruppe von Abtastpunkten in einem in Fortbewegungsrichtung vorderen Bereich (#2). Anschließend bildet die Elementvektorbildungseinheit 14a Elementvektoren aus der Gruppe der Abtastpunkte. Die Elementvektorauswahleinheit 14b wählt eine Mehrzahl von Elementvektoren aus, die die oben genannten Bedingungen erfüllen. Dann fügt die Abtastvektorbildungseinheit 14c Abtastsegmentvektoren SSV (#3) zusammen.
In einem folgenden Schritt extrahiert die Hinderniserkennungseinheit 14d ein Segment mit einer Länge, die gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge unter den Segmenten, die jeweils durch den Ausgangspunkt und den Endpunkt der Abtastsegmentvektoren SSV festgelegt sind, und urteilt, dass die extrahierten Segmente Abtastsegmenten SS entsprechen, bei denen es sich um Segmente handelt, die in der Fortbewegungsumgebung existierende planare Hindernisse darstellen. Des Weiteren bestimmt die Hinderniserkennungseinheit 14d mit Bezug auf die Abtastsegmente SS und die Kartensegmente, bei denen es sich um die Aggregation der Segmente der planaren Hindernisse in den Karteninformationen handelt, die Positionen der planaren Hindernisse auf einer Karte. Die Eigenpositionsidentifizierungseinheit 14 bestimmt auf Grundlage der Positionen der planaren Hindernisse auf der Karte, der Entfernungen und der Richtungen, in denen die planaren Hindernisse bezogen auf den obigen Ursprung (eigene Position) liegen, die eigene Position des autonomen Fahrzeugs 1 auf der Karte dessen Betriebsbereichs (#4).
Das Antriebssteuergerät 17 aktualisiert die eigene Position des sich bewegenden autonomen Fahrzeugs 1 auf eine präzisere Position, wenn es das Ergebnis der Eigenpositionserkennung durch die Eigenpositionserkennungseinheit 14 empfängt, um die Antriebssteuerung des autonomen Fahrzeugs 1 fort zuführen. Wenn das autonome Fahrzeug 1 das Ziel erreicht (JA in Schritt #5), schließt das Antriebssteuergerät 17 die Migration des autonomen Fahrzeugs 1 ab. Alternativ werden die oben genannten Schritte #1 bis #5 in einem vorbestimmten Zeitintervall wiederholt, wenn das autonome Fahrzeug 1 das Ziel noch nicht erreicht hat (NEIN in Schritt #5).
Nachfolgend werden ein Verfahren zur Erfassung der Abtastpunkte und die Definition von Ausdrücken in dem Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen unter Bezugnahme auf die 3A, 3B, 4 und 5A bis 5D beschrieben.
Jeder Abtastpunkt stellt die Informationen der Positionskoordinate von dem Ursprung zu einem Teil eines den Laserstrahl reflektierenden Hindernisses dar, die durch die Ausstrahlung eines Laserstrahls durch das Laserradar wie die Abtastpunkterfassungseinheit 12a nach vorne oder in eine beachtenswerte Richtung in einem konstanten Intervall und den Empfang der von einem Hindernis, einschließlich des planaren Hindernisses wie einer Mauer, reflektierten Wellen erfasst wurden. Eine Gruppe der Abtastpunkte besteht aus der Aggregation einer Mehrzahl der Positionskoordinaten der Teile, die die von dem Ursprung stammenden Laserstrahlen reflektieren. Fallsdie Positionen der planaren Hindernisse in der Karte bereits als Umgebungsinformationen bestimmt wurden, kann die Position der planaren Hindernisse zur Erkennung der eigenen Position des autonomen Fahrzeugs 1 verwendet werden, wenn die planaren Hindernisse bestimmt werden können.
Die planaren Hindernisse schließen eine in 3A gezeigte planare und durchgängige Mauer 21 eines Gebäudes und einen in 3B gezeigten unterbrochenen Gitterrost- oder Maschendrahtzaun oder ein Gitter 22 im Freien ein. Wie in 3A gezeigt, werden die Koordinationsdaten der Abtastpunkte als Daten eines 180 Grad vor dem autonomen Fahrzeug 1 liegenden Bereichs 10 in einer vorbestimmten Länge von dem Ursprung eines bestimmten Punkts auf der Hauptkarosserie des autonomen Fahrzeugs 1 aus erfasst. Die Mauer 21 wird in einem Bereich zwischen einem Winkel θ und einem Winkel θ2 detektiert.
4 zeigt ein Beispiel einer räumlichen Anordnung von gemessenen Abtastpunkten. In diesem Beispiel misst die Abtastpunkterfassungseinheit 12a den Abtastpunkt S(i) (i = 0 bis 360) mit jedem Winkelgrad θ = 0,5 Grad in einem Winkelbereich von 0 bis 180 Grad. Die Abtastpunkte S(i) werden gemäß einer später beschriebenen, vorbestimmten Regel in Gruppen zusammengefasst, und bestimmte Gruppen davon stellen Abtastsegmentvektoren SSV(i, j) dar, die das planare Hindernis darstellen. Hierauf sind Argumente wie i und j ganze Zahlen, und es wird angenommen, dass die Größe der Argumente in der folgenden Beschreibung eine Messreihenfolge der Abtastpunkte in Zeitreihe darstellen.
Die Abtastpunkte S(1) bis S(4) stellen zum Beispiel einen Abtastsegmentvektor SSV(1, 4) dar. Außerdem stellen die Abtastpunkte S(i) bis S (i + 6) mit Ausnahme des Abtastpunkts S(i + 4) einen Abtastsegmentvektor SSV(i, i + 6) dar. Der Abtastpunkt S(i + 4) und die Abtastpunkte S_UN, die von einer gestrichelten Linie G umgeben sind, sind die Abtastpunkte, die zu einer Gruppe gehören, die von einer die Abtastsegmentvektoren SSV darstellenden Gruppe ausgeschlossen sind.
Daraufhin werden die Elementvektoren V beschrieben. Jeder der Elementvektoren V ist ein Vektor, der einen Abtastsegmentvektor SSV darstellt, indem er mit anderen Elementvektoren verknüpft wird, und die Abtastpunkte S werden als Ausgangspunkt und Endpunkt verwendet. Somit bildet jeder den Abtastsegmentvektor SSV bildende Abtastpunkt S den Elementvektor V. Andererseits bildet jeder Abtastpunkt S_UN, der keinen Abtastsegmentvektor SSV bildet, wie zum Beispiel der Abtastpunkt S(i + 4) keinen Elementvektor V. Außerdem kann der Elementvektor V mit zwei Abtastpunkten S gebildet werden, die mit Ausnahme von zwei Abtastpunkten S in der Zeitreihe nicht unbedingt fortlaufend sein müssen. Wenn das planare Hindernis wie zum Beispiel eine Absperrung nicht durchgängig ist, wird angenommen, dass der Abtastpunkt S(i + 4) einem Punkt auf einem Hindernis entspricht, das den Laserstrahl durch auf der anderen Seite des planaren Hindernisses angeordnete Öffnungen reflektiert.
Nachfolgend werden Schritte und Regeln zur Bildung des Abtastsegmentvektors SSV aus den Abtastpunkten S beschrieben. 5A zeigt einen Elementvektor V(j – 1, j), der durch zwei Abtastpunkte S(j – 1) und S(j) festgelegt ist. Eine Richtung des Elementvektors V erstreckt sich zu dem Abtastpunkt S(j) der später als der früher durch Abtasten erfasste Abtastpunkt (j – 1) erfasst wurde. Außerdem ist es notwendig, eine Bedingung, dass ein Abstand zwischen den beiden Abtastpunkten S, d.h. eine Länge L(j – 1, J) des Vektors gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge ML, um einen durch zwei Abtastpunkte S festgelegten Vektor als Elementvektor anzusehen. Der Elementvektor V wird durch die in der Eigenpositionserkennungseinheit 14 bereitgestellte Elementvektorbildungseinheit 14a gebildet. 5B zeigt einen Zustand zur Festlegung eines neuen Elementvektors (V(j, j + 1) durch Verknüpfung eines Abtastpunkts S(j + 1) mit dem obigen Elementvektor V(j – 1, j) aus der obigen Aussage. In diesem Fall ist es notwendig, die Bedingungen zu erfüllen, dass die Länge des neuen Elementvektors V(j, j + 1) gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge ML, und dass ein Winkel θ(j, j + 1) zwischen dem Elementvektor V(j, j + 1) und einem fortgesetzten anderen Elementvektor V(j – 1, j) gleich ist wie oder kleiner ist als der erste vorbestimmte Winkel Mθ. 5C zeigt einen Zustand, in dem ein Winkel θ(j, j + 1) zwischen einem durch die Abtastpunkte S(j) und S(j + 1) festgelegten Vektor und einem fortgesetzten Elementvektor V(j – 1, j) größer ist als der erste vorbestimmte Winkel Mθ, und dadurch der Abtastpunkt S(j + 1) von den Punkten zur Bildung des Elementvektors ausgeschlossen ist. In diesem Fall wird der nächste Punkt S(j + 2) zur Bildung eines Elementvektors V(j, j + 2) verwendet.
Die Auswahl eines derartigen Elementvektors V wird durch die in der Eigenpositionserkennungseinheit 14 bereitgestellte Elementvektorauswahleinheit 14b durchgeführt.
5D zeigt ein Beispiel eines Abtastsegmentvektors SSV(j, j + 5), der festgelegt wird, wenn eine Mehrzahl von Elementvektoren ununterbrochen gebildet wird. Da der Abtastsegmentvektor SSV durch Verknüpfung einer Mehrzahl von Elementvektoren gebildet wird, ist der Ausgangspunkt des Abtastsegmentvektors SSV der Ausgangspunkt des ersten Elementvektors V, und ein Endpunkt ist der Endpunkt des letzten Elementvektors V. Der Abtastsegmentvektor SSV kann durch zwei derartige Abtastpunkte S(j) und S(j + 5) festgelegt werden, obwohl unter den die verknüpften Elementvektoren V bildenden Abtastpunkten S ein übersprungener Abtastpunkt S_SK existiert.
Da das planare Hindernis durch den Abtastsegmentvektor SSV dargestellt werden soll, ist es wünschenswert, bei der Verknüpfung von Vektoren unter Annahme von tatsächlich existierenden Formen des planaren Hindernisses Grenzen festzulegen. Somit wird zum Beispiel eine Winkelbegrenzung festgelegt, wenn der Abtastsegmentvektor SSV durch Verknüpfung einer Mehrzahl von Elementvektoren V gebildet wird. Wenn eine Summe von Ablenkungswinkeln Σθ, wobei jeder Ablenkungswinkel zwischen zwei benachbarten Elementvektoren gebildet wird, gleich ist wie oder kleiner ist als der zweite vorbestimmte Winkel MΣθ, kann der verknüpfte Vektor als Abtastsegmentvektor SSV angesehen werden. Die Summe von Ablenkungswinkeln Σθ kann man erhalten, indem zu den Ablenkungswinkeln zwischen je zwei in dem Abtastsegmentvektor SSV enthaltenen Elementvektoren V positive und negative Kennzahlen addiert werden. Eine derartige Einschränkung wird für ein ununterbrochenes planares Hindernis angenommen.
Außerdem wird ein Abtastsegment SS durch einen Abtastsegmentvektor SSV unter einer vorbestimmten Einschränkung festgelegt. Anders ausgedrückt kann, wenn ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt eines Abtastsegmentvektors SSV festgelegtes Segment gleich ist wie oder länger ist als die zweite vorbestimmte Länge TL0, ein Abtastsegment SS durch dieses Segment festgelegt werden. Nachdem schließlich aus vielen Abtastpunkten S eine Mehrzahl von Abtastsegmentvektoren SSV gebildet wurde, wird ein bestimmter Vektor aus diesen Abtastsegmentvektoren extrahiert, und man erhält ein Abtastsegment SS mit einer Länge, die gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge. Die Extrahierung eines derartigen Abtastsegments SS wird durch die in der Eigenpositionserkennungseinheit 14 bereitgestellte Hinderniserkennungseinheit 14d durchgeführt.
Die Hinderniserkennungseinheit 14d dient ferner als eine Segmentvergleichungseinheit, die die Abtastsegmente SS mit Kartensegmenten einer Aggregation von Segmenten von planaren Hindernissen in den Karteninformationen vergleicht, die Positionen der planaren Hindernisse auf der Karte bestimmt und ferner die eigene Position des autonomen Fahrzeugs 1 bestimmt. Auf diese Weise ist es durch vorheriges Speichern der Positionen der planaren Hindernisse als Umgebungsinformationen auf der Karte möglich, die Positionen der planaren Hindernisse durch einfache Vorgänge wie das Vergleichen der Abtastsegmente SS mit den Kartensegmenten präzise zu bestimmen. Des Weiteren kann das autonome Fahrzeug 1 effektiv und sicher autonom bewegt werden, da die eigene Position des autonomen Fahrzeugs 1 präzise bestimmt werden kann.
Nachfolgend wird die Extraktion des Abtastsegments SS ausführlich unter Bezugnahme auf ein in 6 gezeigtes Ablaufdiagramm gezeigt. In den hier beschriebenen Extraktionsvorgängen wird zur Bildung der Elementvektoren V kein Überspringen des Abtastpunkts S durchgeführt. Dieser Vorgang mit Überspringen des Abtastpunkts S wird später beschrieben.
Die Extraktion des Abtastsegments SS wird angefangen, um die Abtastpunkte S(i)(i = 0, 1, n) vorzubereiten, besteht aus einer Anzahl von (n + 1) Punkten, die durch die Abtastpunkterfassungseinheit 12a erfasst wurden (#11). Als erstes wird ein Ausgangspunkt des Abtastsegmentvektors SSV als erster Abtastpunkt S(0) angenommen, und eine Zahl „m" des Abtastpunkts S(m), der der Ausgangspunkt des Abtastsegmentvektors SSV ist, wird als m = 0 initialisiert (#12). Daraufhin wird die Zahl „m" in Folge erneuert, wenn der Abtastpunkt S(0) keinen Elementvektor V bildet. In diesem Zusammenhang ist die Zahl „m" eine angenommene Zahl des Ausgangspunkts, so dass die Zahl „m" unveränderlich ist, wenn das Abtastsegment SS, einschließlich des angenommenen Ausgangspunkts, festgelegt wird.
Anschließend werden ein Parameter mit kombinierten Ablenkungswinkeln Σθ bzw. eine Vektorverknüpfungspunktzahl „j" initialisiert (#13). Wie oben erwähnt, ist der Parameter mit kombinierten Ablenkungswinkeln Σθ ein Parameter zur Addition von positiven und negativen Kennzahlen zu den Ablenkungswinkeln zwischen je zwei Elementvektoren V. Die Vektorverknüpfungspunktzahl „j" kennzeichnet eine Zahl eines Abtastpunkts S(j), an dem zwei fortlaufende Elementvektoren V(j – 1, j) und V(j, j + 1) wie in 5B gezeigt verknüpft sind. Zu diesem Zeitpunkt sind m = 0 und j = m + 1, so dass j = 1 ist. Anders ausgedrückt entspricht der zweite Abtastpunkt S(1) dem Vektorverknüpfungspunkt.
Anschließend wird ein erster Elementvektor Va mit den Abtastpunkten S(j – 1) bzw. S(j) als Ausgangspunkt und Endpunkt gebildet (#14). Zu diesem Zeitpunkt entsprechen der Ausgangspunkt bzw. der Endpunkt des ersten Elementvektors Va den Abtastpunkten S(0) bzw. S(1), da j = 1 ist. Da zwei Elementvektoren verknüpft sind, wird in dem folgenden Vorgang einer erster Elementvektor Va genannt, und der andere wird zweiter Elementvektor Vb genannt.
Anschließend wird untersucht, ob eine Länge des ersten Elementvektors Va gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge ML (#l5). Wenn ein Absolutwert des Vektors |Va| gleich ist wie oder kleiner ist als eine erste vorbestimmte Länge ML (|Va| ≤ ML) (JA in Schritt #l5), wird dieser Elementvektor Va beibehalten, und als nächster Schritt der Vektorverknüpfung wird ein Abtastsegment SSV initialisiert (#18). Anders ausgedrückt wird angenommen, dass der Abtastsegmentvektor SSV = Va ist.
Wenn die Länge des ersten Elementvektors Va größer ist als die erste vorbestimmte Länge ML, d. h. |Va| > ML (NEIN in Schritt #15), wird untersucht, ob es irgendeinen Abtastpunkt S gibt, durch den ein Elementvektor gebildet werden kann, und der gebildete Elementvektor V kann verknüpft werden (#16). Wenn es keinen derartigen Abtastpunkt S gibt (NEIN in Schritt #16), wird der Extraktionsvorgang des Abtastsegments SS abgeschlossen. Andererseits wird die Zahl „m" des Abtastpunkts S(m), der dem Ausgangspunkt des aktuellen Segmentvektors SSV entspricht, verworfen, wenn es einen derartigen Abtastpunkt S gibt (JA in Schritt #16), und m = j wird neu gesetzt (#17). Anschließend wird der oben erwähnte Vorgang von Schritt #13 an wiederholt.
Nachdem der Abtastsegmentvektor SSV in Schritt #18 initialisiert wurde, wird der zweite Elementvektor Vb gebildet (#19), und man erhält unter Verwendung eines Skalarprodukts und eines Absolutwerts des Vektors einen Ablenkungswinkel Θ zwischen dem zweiten Elementvektor Vb und dem ersten Elementvektor Va (#20). Anschließend wird untersucht, ob der Ablenkungswinkel θ gleich ist wie oder kleiner ist als der erste vorbestimmte Winkel Mθ (#21). Wenn der Ablenkungswinkel θ gleich ist wie oder kleiner ist als der erste vorbestimmte Winkel Mθ (JA in Schritt #21), wird eine Länge |Vb| des zweiten Elementvektors Vb untersucht (#22). Wenn die Länge |Vb| gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge ML (|Vb| ≤ ML) (JA in Schritt #22), werden der erste Elementvektor Va und der zweite Elementvektor Vb verknüpft, und der Abtastsegmentvektor SSV wird erneuert (#23). Anschließend wird die Addition der Ablenkungswinkel θ durchgeführt (#24).
Anschließend wird der kombinierte Wert der Ablenkungswinkel Σθ mit dem zweiten vorbestimmten Winkel MΣθ (#25) verglichen. Wenn der kombinierte Wert des Ablenkungswinkels Σθ gleich ist wie oder kleiner ist als der zweite vorbestimmte Winkel MΣθ (JA in Schritt #25), wird die Verknüpfung des Elementvektors V mit dem Abtastsegmentvektor SSV abgeschlossen. Daraufhin wird mit dem nächsten Vektorverknüpfungsvorgang fortgefahren, wenn ein weiterer Abtastpunkt S existiert (JA in Schritt #26). Insbesondere wird der zweite Elementvektor Vb, der mit dem Abtastsegmentvektor SSV neu verknüpft wird, der neue erste Elementvektor Va(#31), und die Vektorverknüpfungspunktzahl „j" wird um eins erhöht, d.h. j = j + 1 (#32). Anschließend wird der oben erwähnte Vorgang von Schritt #19 an wiederholt.
Wenn irgendeine der oben erwähnten Bedingungen nicht erfüllt ist, (NEIN in einem der Schritte #21, #22, #25 und #26), wird die Vektorverknüpfung abgebrochen und mit Schritt #27 fortgefahren. Zu diesem Zeitpunkt entsprechen der Ausgangspunkt und die Endpunkte des Abtastsegmentvektors SSV den Abtastpunkten S(m) bzw. S(j). Anschließend wird untersucht, ob die Länge |SSV(m, j)| des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge TL0 (#28). Wenn die Länge |SSV(m, j)| des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge TL0 (JA in Schritt #28), wird ein Abtastsegment SS(m, j) aus dem Abtastsegmentvektor SSV(m, j) extrahiert (#29).
Daraufhin ist das Abtastsegment SS ein durch zwei Abtastpunkte S(m) und S(j) festgelegtes Segment, und es wird in dieser Beschreibung in geeigneter Weise als Formelzeichen SS(m, j) wiedergegeben.
Wenn die Länge |SSV (m, j)| des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) kürzer ist als die zweite vorbestimmte Länge TL0 (NEIN in Schritt #28), kann das Abtastsegment SS(m, j) nicht aus dem Abtastsegmentvektor SSV(M, j) extrahiert werden, so dass mit Schritt #30 fortgefahren wird. Wenn der Abtastsegmentvektor SSV(M, j) zum Beispiel als Extremfall durch Verknüpfung lediglich zweier Elementvektoren V gebildet wird, da die Länge |SSV(m, j)| des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) zu kurz ist, kann man nicht annehmen, dass das aus dem Abtastsegmentvektor SSV extrahierte Abtastsegment SS das planare Hindernis darstellt.
In Schritt #30 wird eine Anzahl von übriggebliebenen Abtastpunkten S untersucht. Wenn keine Anzahl von Abtastpunkten S, die zur Durchführung der Vektorverknüpfung nötig sind, übrig ist, wird die Extraktion des Abtastsegments SS abgeschlossen. Andererseits wird mit Schritt #17 fortgefahren, wenn eine Anzahl von Abtastpunkten S. die zur Durchführung der Vektorverknüpfung nötig ist, übrig ist (JA in Schritt #30). In Schritt #17 wird die Zahl „j" des zuletzt untersuchten Abtastpunkts S als Zahl „m" eines Ausgangspunkts eines neuen Abtastsegmentvektors SSV gesetzt. Anschließend wird der oben erwähnte Vorgang von Schritt #13 an wiederholt.
Nachfolgend wird die Extraktion des Abtastsegments SS mit Überspringen des Abtastpunkts S während der Bildung der Elementvektoren V unter Bezugnahme auf ein in 7 gezeigtes Ablaufdiagramm ausführlich beschrieben. In dem hier beschriebenen Extraktionsvorgang wird das Überspringen des Abtastpunkts S eine vorbestimmte Anzahl MK oft gestattet. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird der Abtastpunkt S(j + 4) übersprungen. Ein Elementvektor, der einen Punkt übersprungen hat, wird durch die Abtastpunkte S(i + 3) und S(i + 5) gebildet.
Da das in 7 gezeigte Ablaufdiagramm gleich ist wie das in 6 gezeigte, mit Ausnahme des Vorgangs in Bezug auf das Überspringen des Abtastpunkts, werden lediglich die Punkte, in denen sie sich unterscheiden, beschrieben, und die Beschreibung der sich überschneidenden Punkte wird weggelassen. In dem Vorgang gemäß dem in 7 gezeigten Ablaufdiagramm wird ein Überspringungsparameter „k" zur Zählung der Anzahl von Überspringungen von Abtastpunkten S eingeführt. Der Überspringungsparameter „k" wird in Schritt #43 initialisiert.
Anschließend werden die Schritte #44 bis #50, die im Wesentlichen gleich sind wie die in dem in 6 gezeigten Ablaufdiagramm ohne Überspringung der Abtastpunkte S, durchgeführt, und der Ablenkungswinkel θ des Elementvektors V wird untersucht (#51). Daraufhin wird die Verknüpfung der Vektoren nicht unverzüglich abgebrochen, selbst wenn der Ablenkungswinkel θ größer ist als der erste vorbestimmte Winkel Mθ, sondern es wird, anders als wenn kein Abtastpunkt übersprungen wird (#63, #64 and #65), versucht, einen folgenden Abtastpunkt S als Endpunkt des Elementvektors V zu verwenden. Dann wird mit Schritt #49 fortgefahren.
In Schritt #63 wird eine Anzahl von Überspringungen untersucht, das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein des Abtastpunkts S wird in Schritt #64 untersucht, und in Schritt #65 wird der Überspringungsparameter „k" erhöht (erneuert). In Schritt #49 wird herausgefunden, dass das Überspringen der Abtastpunkte S(k – 1) Mal durchgeführt wird (wenn k = 2 ist, wird das Überspringen einmal durchgeführt), da eine Zahl des Abtastpunkts S(j + k) den Endpunkt des zweiten Elementvektors Vb festlegt, d.h. das Argument wird j + k.
In dem in 7 gezeigten Ablaufdiagramm unterscheiden sich die Schritte, in denen der Überspringungsparameter „k" verwendet wird, von den in dem Ablaufdiagramm in 6 gezeigten Schritten. In Schritt #62 wird zum Beispiel die Zahl des nächsten Vektorverknüpfungspunkts zu (j + k). Wenn k = 1 ist, wird kein Abtastpunkt S übersprungen, und wenn k = 2 ist, wird der Abtastpunkt S einmal übersprungen. Außerdem wird der Überspringungsparameter „k” nach Schritt #62 in Schritt #66 initialisiert.
Nachfolgend wird der Vorgang in Schritt #47 beschrieben. Obwohl der Überspringungsparameter „k" nicht von dem Vorgang in Schritt #47 betroffen ist, wird eine Zahl „m" eines Abtastpunkts S(m), der ein Ausgangspunkt eines neuen Abtastsegementvektors SSV ist, als m = j gesetzt, um den Vektorverknüpfungsvorgang neu zu beginnen. Da angenommen wird, dass der Abtastpunkt S(j) der letzten Vektorverknüpfungspunktzahl „j" an einem Eckteilbereich existiert, in dem sich zwei planare Hindernisse kreuzen, wird die Zahl „j" des letzten Vektorverknüpfungspunkts zu dem Zeitpunkt in Schritt #47 als Zahl des Ausgangspunkts „m" des nächsten Abtastsegmentvektors SSV gesetzt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 8, 9A bis 9C und 10 ein Beispiel der Verknüpfung einer Mehrzahl von Abtastsegmentvektoren SSV beschrieben. Wie in 8 gezeigt, wird ein Zaun 3, in dem zwischen Pfostenverstrebungen 31 Hauptbretter 32 bereitgestellt werden, als Beispiel des planaren Hindernisses, von dem die Abtastpunkte S erfasst werden, angesehen. Ein derartiger Zaun 3 hat eine solche Struktur, dass die Pfostenverstrebungen 31, wie in 9A gezeigt, teilweise aus einer Ebene (die Hauptbretter 32) hervorstehen. Somit werden die Abtastsegmentvektoren SSV, wie in 9B gezeigt, an Teilen der Pfostenverstrebungen 31 getrennt, wenn die Abtastsegmentvektoren SSV aus den durch das Abtasten des Zauns 3 beispielsweise durch ein Laserradar erfassten Abtastpunkten S gebildet werden.
Dann wird eine Mehrzahl von Abtastsegmentvektoren SSV in einem vorbestimmte Bedingungen erfüllenden Umfang verknüpft, so dass ein großer Abtastsegmentvektor SSV0 neu gebildet wird. Die Bedingungen zur Verknüpfung der Abtastsegmentvektoren SSV werden unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Ein zwischen zwei Abtastsegmentvektoren SSV1 und SSV2, die aus einer Mehrzahl von aus den Abtastpunkten S erhaltenen Abtastsegmentvektoren SSV ausgewählt wurden, gebildeter Winkel φ ist gleich wie oder kleiner als ein zweiter vorbestimmter Winkel. Eine Entfernung zwischen einem Ausgangspunkt eines Abtastsegmentvektors SSV2 und einem Endpunkt des anderen Abtastsegmentvektors SSV1 ist gleich wie oder kürzer als eine vorbestimmte Entfernung. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, werden zwei Abtastsegmentvektoren SSV1 und SSV2 zu einem neuen Abtastsegmentvektor SSV verknüpft, indem ein Vektor-Endpunkt mit dem Starpunkt verknüpft wird.
Auf diese Weise kann ein langer Abtastsegmentvektor SSV0 durch Verknüpfung einer Mehrzahl von Abtastsegmentvektoren SSV gebildet werden, so dass man ein längeres Abtastsegment SS0 extrahieren kann. Demzufolge kann das planare Hindernis präziser erkannt werden, und die eigene Position des autonomen Fahrzeugs 1 kann präziser bestimmt werden.
Nachfolgend ist in 11 ein Ablaufdiagramm der autonomen Fortbewegung des autonomen Fahrzeugs 1 gezeigt, in dem die oben genannten Vorgänge ausgeführt werden. Das in 11 gezeigte Ablaufdiagramm ist gleich wie das in 2 gezeigte Ablaufdiagramm, mit Ausnahme der Zufügung des Verknüpfungsvorgangs der Abtastsegmentvektoren SSV in Schritt #74. Somit wird die ausführliche Beschreibung des in 11 gezeigten Ablaufdiagramms weggelassen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 12 und 13A bis 13C eine Bildung eines Abtastsegmentvektors SSV in Bezug auf eine planare Oberfläche mit Öffnungen beschrieben. Was den Betriebsbereich des autonomen Fahrzeugs 1 angeht, so wird an Stelle eines Innenraums wie zum Beispiel eines Krankenhauses oder einer Fertigungsanlage eine Freifläche einer Fabrik, ein Spielplatz oder ein Themenpark angenommen. In einem derartigen Betriebsbereich im Freien wird ein Zaun 30 mit Hauptrahmen 32 wie zum Beispiel Metallmaschen mit einem großen Durchlässigkeitsfaktor (oder Luftspalten) zwischen Pfostenverstrebungen 32, wie in 12 gezeigt, als Grenze eines Laufpfads bereitgestellt. Dann wird der sich in dem Betriebsbereich befindliche Zaun 30 vorher in dem Speicher 11 des autonomen Fahrzeugs 1 in den Kartensegmenten als planares Hindernis mit Öffnungen gespeichert. Wie oben erwähnt, stellen die Kartensegmente Aggregationen von Segmenten dar, die die planaren Hindernisse in den Karteninformationen darstellen.
Wie in 13A gezeigt, hat ein Querschnitt des Zauns 30 Bereiche, die den Pfostenverstrebungen 31, die von dem Laserradar ausgestrahlte Laserstrahlen abschirmen oder reflektieren, entsprechen, und Bereiche, die den Hauptrahmen 32, die einen Großteil des Laserstrahls durchlassen, entsprechen. Wenn der aus einer Mehrzahl von Pfostenverstrebungen 31 und den zwischen den Pfostenverstrebungen 31 bereitgestellten Hauptrahmen 32 bestehende Zaun 30 durch die Abtastpunkterfassungseinheit 12a, die das Laserradar einschließt, in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene abgetastet wird, empfängt die Abtastpunkterfassungseinheit 12a reflektierte Wellen, die hauptsächlich von den Pfostenverstrebungen 31 reflektiert werden. Demzufolge werden Positionskoordinaten von Punkten auf den Pfostenverstrebungen 31, auf den Hauptrahmen 32 und auf Objekten 36 hinter dem Zaun 30 als Abtastpunkte S erfasst. Wie in 13B gezeigt, werden die Abtastpunkte S zu einer Aggregation der Punkte, die an Positionen verteilt sind, die diesen Objekten entsprechen.
Die Elementvektorbildungseinheit 14a des Eigenpositionserkennungsteils 14 bildet durch Befolgung des in 7 gezeigten Ablaufs unter Verwendung des Abtastpunkts S(i), S(i + 1), S(i + 3), S(i + 5), S(i + 6) Elementvektoren V(i, i + 1), V(i + 1, i + 3), V(i + 3, i + 5), V (i + 5, i + 6) der Punkte auf den Pfostenverstrebungen 31 und auf den Hauptrahmen 32. Des Weiteren wird durch Verknüpfung der Elementvektoren V durch die Elementvektorauswahleinheit 14 und die Abtastsegmentvektorbildungseinheit 14c ein Abtastsegmentvektor SSV gebildet.
Des Weiteren beurteilt die Hinderniserkennungseinheit 14d, ob der wie oben ausgeführt gebildete Abtastsegmentvektor SSV als planares Hindernis erkannt werden kann. Wenn der Abtastsegmentvektor SSV als das planare Hindernis erkannt werden kann, referenziert die Hinderniserkennungseinheit 14d ein aus dem Abtastsegmentvektor SSV extrahiertes Abtastsegment SS mit Kartensegmenten, die den in dem Speicher 11 gespeicherten Zaun 30 darstellen. Dadurch wird die Position des Zauns 30 auf der Karte bestimmt, und ferner wird die eigene Position des autonomen Fahrzeugs 1 auf Grundlage der Position des Zauns 30 bestimmt.
Auf diese Weise kann der die Hauptrahmen 32 enthaltende Zaun 30 selbst bei einem größeren Verhältnis von Öffnungen der Hauptrahmen 32 als Abtastsegmentvektor SSV dargestellt werden, indem die Pfostenverstrebungen 31 und die Hauptrahmen 32 als Abtastpunkte S erkannt werden, und dadurch kann das Abtastsegment SS, das mit den Kartensegmenten referenziert werden kann, aus den Abtastsegmentvektoren SSV extrahiert werden. Außerdem kann ein Ultraschallsensor mit einer niedrigeren räumlichen Auflösung als die des Laserradars verwendet werden, wenn die Positionskoordinaten der Punkte auf den Pfostenverstrebungen 31 selektiv als Abtastpunkte S erfasst werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 14 und 15A bis 15C ein Verfahren zur sichereren Erfassung der Positionen der Pfostenverstrebungen 31 des Zauns 30 als Abtastpunkte beschrieben. In diesem Fall werden die Pfostenverstrebungen 31 des Zauns 30, wie in 14 gezeigt, vorher mit Reflektionsmarkierungen 33 versehen. 15A zeigt eine Schnittansicht des Zauns 30 und eine Lage der Reflektionsmarkierungen 33. 15B zeigt die durch dieses Verfahren erfassten Abtastpunkte S. 15C zeigt die Elementvektoren V und den Abtastsegmentvektor SSV, die durch dieses Verfahren gebildet werden.
Wenn der Zaun 30 durch das Laserradar in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene abgetastet wird, haben reflektierte Wellen, die von den Reflektionsmarkierungen 33 reflektiert werden, eine höhere Intensität als die reflektierten Wellen, die von anderen Punkten reflektiert werden, so dass es möglich ist, aus mehreren Abtastpunkten S lediglich die Abtastpunkte S auf den Pfostenverstrebungen 31 zu extrahieren. Gemäß einem derartigen Verfahren unter Verwendung der Reflektionsmarkierungen 33 wird die Erkennung der Pfostenverstrebungen 31, oder anders ausgedrückt die Erkennung des Zauns 30, leichter.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 16 und 17 ein Fall beschrieben, in dem die zu verarbeitenden Abtastpunkte S in einer vorbestimmten Entfernung begrenzt sind. Man kann die zur Bildung des Abtastsegmentvektors SSV benötigte Anzahl von Berechnungen, die von der Eigenpositionserkennungseinheit 14 durchgeführt werden, verringern, indem die Anzahl von durch die Abtastpunkterfassungseinheit 12a erfassten Abtastpunkten S verringert wird, und dadurch kann die Beurteilung für die autonome Fortbewegung schneller durchgeführt werden.
Wie in 16 gezeigt, wird ein Gebiet 10a, das sich in einer vorbestimmten Entfernung von dem Ursprung (der Position der Abtastpunkterfassungseinheit 12a auf der Hauptkarosserie des autonomen Fahrzeugs 1) befindet, in einem Gebiet 10 festgelegt, in dem Positionskoordinaten von Objekten durch die Abtastpunkterfassungseinheit 12a abhängig von der Betriebsumgebung des autonomen Fahrzeugs 1 gemessen werden können. Dann werden die Elementvektoren V unter Verwendung lediglich der Abtastpunkte in dem Gebiet 10a gebildet.
Was das Verfahren zur Festlegung eines derartigen Gebiets 10a angeht, so kann man ein Phänomen ausnützen, dass eine Intensität einer reflektierten Welle eines von dem Laserradar ausgestrahlten Laserstrahls entsprechend einer Entfernung zu einem Objekt schwankt. Wie in 17 gezeigt, werden die Maße eines Strahlflecks BS auf Grundlage eines Durchmessers des Strahlflecks BS eines Laserstrahls LB an einer Position eines Drahts 41 in Bezug auf den Draht 41 berechnet, der einen Zaun darstellt, der sich an einer Position befindet, die von der das Laserradar einschließenden Abtastpunkterfassungseinheit 12a eine vorbestimmte Entfernung weit weg liegt. Anschließend wird ein Verhältnis von Maßen des Drahts 41, den er in den Maßen des Strahlflecks BS einnimmt, berechnet. Danach wird eine Multiplikation des Verhältnisses mit einem inhärenten Reflexionsvermögen eines Materials des Drahts 41 als Messreflexion bezogen auf den Laserstrahl des Laserradars festgelegt. Je größer die Entfernung wird, desto größer werden die Maße des Strahlflecks BS proportional zu dem Quadrat der Entfernung. Die Maße des Drahts 41 erhöhen sich jedoch proportional zu der Entfernung. Folglich wird der Wert der Messreflexion in Abhängigkeit von der Entfernung kleiner. Somit ist es möglich, die zu verarbeitenden Abtastpunkte S auf eine vorbestimmte Entfernung zu begrenzen, wenn ein Wert der Messreflexion in der Abtastpunkterfassungseinheit 12a entsprechend einer das Gebiet 10a festlegenden Entfernung festgelegt wird und ein Filterungsvorgang durchgeführt wird, um keine reflektierten Wellen zu empfangen, die gleich sind wie oder niedriger sind als die Messreflexion.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 18A und 18B die autonome Fortbewegung des autonomen Fahrzeugs 1 mit Erkennung von planaren Hindernissen wie einer Mauer oder einem Zaun beschrieben. 18A zeigt einen Zustand, in dem das autonome Fahrzeug 1 autonom bewegt wird, wobei eine Vorsichtszone 4 um das autonome Fahrzeug 1 und eine Vorwarnungszone 5 vor dem Fahrzeug in Fortbewegungsrichtung festgelegt werden. Wenn in der Vorwarnungszone 5 ein Hindernis 23 entdeckt wird, verringert das autonome Fahrzeug 1 die Fortbewegungsgeschwindigkeit oder gibt eine Anzeige oder einen Alarm aus, um das Gewahrsein zu fördern. Des Weiteren wird das autonome Fahrzeug 1 so bewegt, dass das Hindernis 23 nicht in die Vorsichtszone 4 eintreten kann.
Wenn das Hindernis 23 in die Vorsichtszone 4 eintritt, hält das autonome Fahrzeug 1 unverzüglich an. Auf diese Weise kann das autonome Fahrzeug 1 effektiv autonom fortbewegt werden, indem Überwachungszonen in Abschnitten um das Fahrzeug herum eingerichtet werden.
Übrigens können, wie in 12 gezeigt, ein Seitengraben 35 entlang dem Zaun 30 oder ein Sockel 34 an einem Fuß der Pfostenverstrebung bereitgestellt werden. Auf Grund eines derartigen Seitengrabens 35 oder eines Sockels 34 verursachte Stufen gibt es an unteren Stellen nahe einer Straßenoberfläche einer Bahn, so dass diese Stufen durch einen Hinderniserkennungsvorgang in der vorderen horizontalen Richtung nicht erkannt werden können. Deshalb werden um das autonome Fahrzeug 1 herum eine erweiterte Vorsichtszone 4a und eine erweiterte Vorwarnungszone 5a gegen ein bestimmtes Hindernis 24 wie eine Mauer oder einen Zaun, wie in 18b gezeigt, zu der Vorsichtszone 4 bzw. der Vorwarnungszone 5 hinzugefügt, so dass das autonome Fahrzeug 1 davon abgehalten werden kann, sich dem bestimmten Hindernis 24 zu nähern. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von Problemen wie das Verschwinden oder den Überschlag des autonomen Fahrzeugs 1 zu verhindern, wodurch die effektive autonome Fortbewegung ermöglicht wird.
Die erweiterte Vorsichtszone 4a und die erweiterte Vorwarnungszone 5a sollten, wie in 18B gezeigt, in einem Sichtfeld innerhalb des bestimmten Hindernisses 24 festgelegt werden. In diesem Fall kann das autonome Fahrzeug 1 in einem Gebiet, in der das bestimmte Hindernis 24 nicht erkannt wird, eine wie in 18A gezeigte normale Fortbewegung durchführen, so dass das autonome Fahrzeug 1 effektiv bewegt werden kann.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 19A und 19B ein Fall beschrieben, in dem ein planares Hindernis mit Öffnungen als das bestimmte Hindernis 24 angenommen wird. 19A zeigt eine Anordnung von planaren Hindernissen, und 19B zeigt Daten von Kartensegmenten, die der Anordnung der planaren Hindernisse entsprechen. In 19A zeigen durchgezogene Linien die planaren Hindernisse ohne Öffnung, und gestrichelte Linien zeigen die planaren Hindernisse mit Öffnungen. Die in 19B gezeigten Daten sind Daten von Kartensegmenten, die eine Aggregation von Segmenten der vorher in dem Speicher 11 gespeicherten, planaren Hindernisse auf der Karte darstellen. Jedes Kartensegment stellt die Koordinaten eines Ausgangspunkts und eines Endpunkts jedes durch das Laserradar detektierbaren planaren Hindernisses dar. Jedes Kartensegment enthält ferner ein Öffnungsmerkmal (Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Öffnungen), das dafür verwendet wird, zu unterscheiden, ob das in dem Betriebsbereich existierende planare Hindernis Öffnungen hat oder nicht. Wenn das planare Hindernis keine Öffnungen aufweist, wird das Öffnungsmerkmalauf „0" gesetzt, und wenn das planare Hindernis Öffnungen aufweist, wird das Öffnungsmerkmal auf „1" gesetzt.
Wenn das planare Hindernis mit Öffnungen als das bestimmte Hindernis 24 angenommen wird, ermöglicht die effektive und sichere Erkennung des planaren Hindernisses mit Öffnungen die sichere und effektive autonome Fortbewegung des autonomen Fahrzeugs 1. Folglich wird das Verfahren zur Extraktion des Abtastsegments SS aus dem Abtastsegmentvektor SSV, der das planare Hindernis wie eine Mauer oder einen Zaun darstellt, angewendet.
Was das Erkennungsverfahren des planaren Hindernisses mit Öffnungen angeht, so werden durch Befolgung des in 6 gezeigten Ablaufdiagramms Elementvektoren V ohne Überspringen von Abtastpunkten S und durch Bildung einer ersten Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₁ aus einer Mehrzahl von an Hand von vorbestimmten Bedingungen ausgewählten Elementvektoren V, gebildet. Wenn das planare Hindernis Öffnungen aufweist, wie durch die gestrichelten Linien in 5C gezeigt, hat ein zwischen zwei fortlaufenden Elementvektoren V(j – 1, j) und V(j, j + 1) gebildeter Ablenkungswinkel θ eine höhere Wahrscheinlichkeit, größer als der erste vorbestimmte Winkel Mθ zu werden, so dass ein zu der ersten Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₁ gehörender Abtastsegmentvektor selten in Bezug auf das planare Hindernis mit Öffnungen gebildet wird.
Anschließend werden durch Befolgung des in 7 gezeigten Ablaufdiagramms Elementvektoren V mit willkürlicher Überspringung von Abtastpunkten S und Bildung einer zweiten Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₂ aus an Hand von vorbestimmte Bedingungen ausgewählten Elementvektoren V gebildet. In diesem Fall wird der Abtastpunkt S(j + 1), durch den der Ablenkungswinkel θ größer als der erste vorbestimmte Winkel Mθ wird, wie durch die durchgezogenen Linien in 5C gezeigt, übersprungen, so dass ein zu der zweiten Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₂ gehörender Abtastsegmentvektor in Bezug auf das planare Hindernis mit Öffnungen gebildet wird.
Anschließend sind die den planaren Hindernissen ohne Öffnungen entsprechenden Abtastsegmentvektoren in beiden Gruppen SSV₁ and SSV₂ enthalten, wenn die erste Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₁ und die zweite Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₂ verglichen werden, aber das Abtastsegment mit Öffnungen ist lediglich in der zweiten Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₂ eingeschlossen. Somit entspricht eine dritte Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₃, die durch die restlichen Elementvektoren gebildet werden, den planaren Hindernissen mit Öffnungen, wenn die die erste Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₁ bildenden Elementvektoren von den die zweite Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₂ bildenden Elementvektoren subtrahiert werden. Durch Extraktion von Abtastsegmenten SS aus einem zu der dritten Gruppe von Abtastsegmentvektoren SSV₃ gehörenden Abtastsegmentvektor können lediglich die planaren Hindernisse mit Öffnungen erkannt werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 20A bis 20C, die jeweils Beispiele zeigen, die bei der Vektorverknüpfung der ersten Elementvektoren auftreten können, ein Verfahren zur Festlegung des ersten Elementvektors V bei der Bildung des Abtastsegmentvektors SSV beschrieben. In dem in 20A gezeigten Beispiel wird der erste Elementvektor Va normalerweise durch zwei in Zeitreihe fortlaufende Abtastpunkte S(m) und S(m + 1) gebildet, und der zweite Elementvektor Vb wird durch zwei Abtastpunkte S(m + 1) und S(m + 4) gebildet, die annähernd in Zeitreihe liegen, aber durch Überspringung der Abtastpunkte S(m + 2) und S(m + 3) unterbrochen sind. Diese Gegebenheit kann durch den in 7 gezeigten Ablauf verarbeitet werden, in dem der Überspringungsparameter „k" ohne Probleme eingeführt wird.
In dem in 20B gezeigten Beispiel gibt es eine durch die Abtastpunkte S(m), S(m + 2), S(m + 4) gebildete hintere Linie und eine durch die Abtastpunkte S(m + 1), S(m + 3) gebildete vordere Linie. Wenn die Abtastungspunkte S wie oben angeordnet sind, kann der erste Elementvektor Va durch Befolgung des in 7 gezeigten Ablaufdiagramms nicht festgelegt werden. Besonders unter der in 20 gezeigten Gegebenheit, wenn versucht wird, einen ersten Elementvektor Va durch die Abtastpunkte S(m) und S(m + 1) zu bilden, wird eine Länge des durch diese beiden in der Zeitreihe fortlaufenden Abtastpunkte S(m) und S(m + 1) gebildeten Vektors größer als die erste vorbestimmte Länge ML. Dann wird in dem in 7 gezeigten Ablauf ferner versucht, durch zwei Abtastpunkte S(m + 1) und S(m + 2), die anschließend fortlaufend sind, einen anderen ersten Elementvektor Va zu bilden. Die Länge des durch diese beiden fortlaufenden Abtastpunkte S(m + 1) und S(m + 2) gebildeten Vektors wird jedoch größer als die erste vorbestimmte Länge ML. Wenn ein derartiger Umstand andauert, wird der erste Elementvektor Va nicht festgelegt. Daraufhin ist der Punkt zu überspringen, da der erste Elementvektor Va zum Beispiel durch die in 20B zu derselben Liniegehörigen Abtastpunkte S(m) und S(m + 2) gebildet werden kann.
Somit kann, wie in 20C gezeigt, die Bildung des ersten Elementvektors Va durch den in 7 gezeigten Ablauf durchgeführt werden, indem der zweite Abtastpunkt S(m + 1), der zur Bildung des ersten Elementvektors Va in Bezug auf den ersten Abtastpunkt S(m) nicht geeignet ist, übersprungen wird. Dann wird ein Anfangsüberspringungsparameter „p" in die Bildung des ersten Elementvektors eingebracht, um das Überspringen von ungeeigneten Abtastpunkten innerhalb einer vorbestimmten Anzahl „p" nach dem zweiten Abtastpunkt zu ermöglichen. Wenn der erste Elementvektor Va nicht gebildet werden kann, obwohl das Überspringen des Abtastpunkts „p" vorbestimmte Male wiederholt wird, wird der Abtastpunkt, der als Ausgangspunkt des ersten Elementvektors Va dient, um Eins verschoben, und es wird erneut versucht, den ersten Elementvektor Va zu bilden.
21 und 22 zeigen ein Ablaufdiagramm, das mit einem derartigen Vorkommnis umgehen kann, indem der Anfangsüberspringungsparameter „p" eingeführt wird. Das Ablaufdiagramm in den 21 und 22 gleicht dem in 7 gezeigten Ablaufdiagramm, mit Ausnahme der Verwendung des Anfangsüberspringungsparameters „p", so dass lediglich die verschiedenen Punkte beschrieben werden und die Beschreibung von sich überschneidenden Teilen weggelassen wird.
Wie in 21 gezeigt, wird der Anfangsüberspringungsparameter „p" in Schritt #70 initialisiert, nachdem die Zahl „m" des Abtastpunkts S(m), der als Ausgangspunkt des Abtastsegmentvektors SSV dient, in Schritt #42 initialisiert wurde. Anschließend wird der erste Elementvektor Va festgelegt (#71), und eine Länge des ersten Elementvektors Va wird untersucht (#45). Wenn die Länge des ersten Elementvektors Va größer ist als die erste vorbestimmte Länge ML, wird das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein von anderen Abtastpunkten S untersucht (#74), und die Möglichkeit des Überspringens des Abtastpunkts wird untersucht (#75). Wenn das Überspringen des Abtastpunkts möglich ist (JA in Schritt #75), wird der Abtastpunkt ein Mal übersprungen (#76), und der Vorgang wird von Schritt #71 an wiederholt.
Alternativ wird eine neue Zahl „m" des Abtastpunkts S(m), der als Ausgangspunkt des Abtastsegmentvektors SSV dient, gesetzt (#47), wenn das Überspringen des Abtastpunkts nicht möglich ist (NEIN in Schritt #75), und der Vorgang wird von Schritt #70 an wiederholt. Wenn der erste Elementvektor Va gebildet wird (JA in Schritt #45), wird der Überspringungsparameter „k" initialisiert (#73). Die in 22 gezeigten Schritte sind im Wesentlichen gleich wie die in 7 gezeigten Schritte, mit Ausnahme der folgenden Punkte.
In den Schritten #52 bis #55 in dem in 7 gezeigten Ablauf wird die Verknüpfung der Vektorenabgebrochen, wenn die Länge des zweiten Elementvektors Vb größer ist als die erste vorbestimmte Länge ML oder wenn der kombinierte Wert der Ablenkungswinkel Σθ größer ist als der zweite vorbestimmte Winkel MΣθ. Dagegen wird in dem in 22 gezeigten Ablauf versucht, Vektoren durch Überspringung des Abtastpunkts S unter denselben Bedingungen zu verknüpfen (bei NEIN in Schritt #52 oder #77 wird mit Schritt #63 fortgefahren). Durch Durchführung der Extraktion des Abtastsegments SS unter Befolgung des in den 21 und 22 gezeigten Ablaufs kann das in 20B gezeigte Problem umgangen werden, und der Abtastsegmentvektor SSV kann, wie in 20C gezeigt, durch Verknüpfung einer Mehrzahl von Elementvektoren V gebildet werden.
Nachfolgend wird ein Beispiel, in dem die Extraktion des Abtastsegments aus den Abtastpunkten S der Zeitreihe folgend mehrmals durchgeführt wird, beschrieben. 23 zeigt einen Zustand, in dem Positionskoordinaten einer doppelten Anordnung von Hindernissen gemessen werden, wobei planare Hindernisse W1 und W2 mit Öffnungen vor einem planaren Hindernis W3 ohne Öffnung wie einer Mauer existieren. 24 zeigt einen Zustand zur Bildung einer Mehrzahl von planare Hindernisse darstellenden Abtastsegmentvektoren aus den Abtastpunkten S, die durch Abtasten der in 23 gezeigten doppelten Anordnung von Hindernissen durch ein Laserradar erfasst wurden. 25, 26 und 27 zeigen jeweils drei Arten von Schritten zur Bildung der Abtastsegmentvektoren SSV.
Wie in 23 gezeigt, kann in dem Betriebsbereich des autonomen Fahrzeugs 1 die doppelte Anordnung von Hindernissen, in denen die durch eine Anordnung von Pfosten gebildete Absperrung W1 und ein Zaun W2 mit Durchgangsöffnungen entlang einer Mauer W3 eines Gebäudes angeordnet sind, existieren. In einem derartigen Fall werden in 20B oder 20C mit doppelten Linien versehene Abtastpunkte S erfasst. Wenn der Extraktionsvorgang der Abtastsegmente SS in Bezug auf die Abtastpunkte in Zeitreihe fortlaufend in der durch die Abtastpunkterfassungseinheit 12a erfassten Reihenfolge durchgeführt wird, werden die Abtastpunkte S entweder auf der vorderen oder der hinteren Linie durch Einführung des oben erwähnten Anfangsüberspringungsparameters „p" oder des Überspringungsparameters „k" übersprungen. Im Falle der doppelten Anordnung von Hindernissen ist es nicht klar, welches Hindernis detektiert wird, wenn das autonome Fahrzeug 1 das planare Hindernis mit Öffnungen wie die Absperrung W1 oder den Zaun W2, die vor der Mauer W3 ohne Öffnung wie der Mauer angeordnet sind, nicht erkennen kann. Demzufolge wird die Präzision der Bestimmung der eigenen Position des autonomen Fahrzeugs 1 auf der Karte verringert. Um ein derartiges Problem zu vermeiden, ist es wichtig, die Abtastsegmentvektoren SSV, die, wie in 24 gezeigt, rückwärts und vorwärts mit Linien verbunden sind, zu bilden und die Abtastsegmente SS, die die hinter und vor den Abtastsegmentvektoren SSV angeordneten Hindernisse darstellen, zu extrahieren.
Im Falle einer doppelten Anordnung von Hindernissen wird das Abtastsegment SS des hinten angeordneten planaren Hindernisses zum Beispiel zunächst aus allen von der Abtastpunkterfassungseinheit 12a erfassten Abtastpunkten Sextrahiert, und das Abtastsegment SS des vorne angeordneten planaren Hindernisses wird aus den restlichen Abtastpunkten S extrahiert, die nicht zur Extraktion des Abtastsegments SS des hinten angeordneten planaren Hindernisses verwendet werden.
In dem in 25 gezeigten Ablauf wird die Extraktion des Abtastsegments SS mit Bezug auf die Abtastpunkte S_SK, die in der früheren Extraktion des Abtastsegments referenziert aber übersprungen wurden, immer dann erneut durchgeführt, wenn ein Abtastsegment SS extrahiert wird. Zunächst wird eine Gruppe von Abtastpunkten S1 vorbereitet (#81), und der Vorgang wird bis zu der Extraktion des Abtastsegments SS durchgeführt (#82 und #83). Dieser Vorgang entspricht den Schritten #41 bis #59 in dem in 7 bzw. in den 21 und 22 gezeigten Ablaufdiagramm. Die Abtastpunkte S_SK, die nicht verwendet werden, weil sie unter den bei der Extraktion des Abtastsegments SS in der ersten Stufe referenzierten Abtastpunkten S1 übersprungen werden, werden als erste nicht verwendete Abtastpunkte S_UN1 erfasst, die in der ersten Stufe nicht verwendet werden (#84).
Anschließend wird die Extraktion des Abtastsegments Ss in der zweiten Stufe in Bezug auf die nicht verwendeten ersten Abtastpunkte S_UN1 durchgeführt (#85 und #86). Dann wird eine Gruppe von Abtastpunkten S_NR, die in dem vorhergehenden Vorgang nicht referenziert werden, als neue Abtastpunkte S1 in der ersten Stufe vorbereitet (#87). Daraufhin wird der Vorgang abgeschlossen, wenn es keinen nicht referenzierten Abtastpunkt S_NR mehr gibt, d.h. wenn alle Abtastpunkte S1 referenziert wurden (NEIN in Schritt #88). Alternativ wird zu Schritt #82 zurückgekehrt und der oben genannte Vorgang wiederholt, wenn es noch nicht referenzierte Abtastpunkte S_NR gibt (JA in Schritt #88). In dem in 26 gezeigten Ablauf wird die Extraktion des Abtastsegments SS in Bezug auf die übersprungenen Abtastpunkte S_SK erneut durchgeführt, nachdem alle Abtastsegmente SS, die in Bezug auf alle Abtastpunkte S1 extrahiert werden können, extrahiert wurden. Zunächst wird eine Gruppe von Abtastpunkten S1 vorbereitet (#91), und der Vorgang wird bis zu der Extraktion des Abtastsegments SS in Bezug auf alle Abtastpunkte S1 durchgeführt (#92 und #93). Dieser Vorgang entspricht der Durchführung des in 7 bzw. in den 21 und 22 gezeigten Ablaufs von Anfang bis Ende. Es wird jedoch erfasst, ob jeder Abtastpunkt S1 zur Bildung eines Abtastsegmentvektors SSV beiträgt oder nicht. Anschließend wird eine Gruppe von Abtastpunkten S_UN, die nicht zur Bildung des Abtastsegmentvektors SSV beitragen, vorbereitet (#94).
Anschließend wird die Extraktion des Abtastsegments SS so lange wiederholt, bis alle in Schritt #94 vorbereiteten Abtastpunkte S_UN referenziert wurden (#95 und #96). Auf diese Weise kann die doppelte Anordnung der Hindernisse durch Extraktion der Abtastsegmente SS erkannt werden.
In dem in 27 gezeigten Ablauf wird die Extraktion des Abtastsegments SS in Bezug auf die Abtastpunkte S_SK, die in dem vorhergehenden Vorgang zur Extraktion des Abtastsegments SS nicht verwendet wurden, immer dann erneut durchgeführt, wenn ein Abtastsegment SS extrahiert wird. Zunächst wird eine Gruppe von Abtastpunkten S1 vorbereitet (#101), und der Vorgang wird bis zu der Extraktion des Abtastsegments SS durchgeführt (#102 und #103). Dieser Vorgang entspricht den Schritten #41 bis #59 in dem in 7 bzw. in den 21 und 22 gezeigten Ablaufdiagramm. Wenn ein Abtastsegment SS extrahiert wird, wird eine Gruppe der Abtastpunkte S2, die in dem vorhergehenden Vorgang referenziert aber nicht zur Extraktion des Abtastsegments SS verwendet wurden, und eine Gruppe von nicht referenzierten Abtastpunkten S3 vorbereitet (#104). Dann wird die Gruppe von Abtastpunkten S1 durch eine neue Gruppe der Abtastpunkte, die mit der Gruppe der Abtastpunkte S2 und der Gruppe der Abtastpunkte S3 kombiniert wurden, ersetzt, indem in Schritt #47 in dem in 7 gezeigten Ablauf zum Beispiel eine Zahl eines ersten referenzierten aber nicht verwendeten Abtastpunkts S in Zeitreihe als Vektorverknüpfungspunktzahl „j" festgesetzt wird (#105).
In der in 23 gezeigten doppelten Anordnung kann zum Beispiel der das planare Hindernis (Mauer) W3 darstellende Abtastsegmentvektor SSV3 vor der Extraktion des das planare Hindernis (Zaun) W2 darstellenden Abtastsegmentvektors SSV2 extrahiert werden, wenn der das planare Hindernis (Absperrung) W1 darstellende Abtastsegmentvektor SSV1 zuerst extrahiert wird. Durch eine derartige Konfiguration kann die Länge des Abtastsegmentvektors SSV3 präzise detektiert werden, das planare Hindernis W3 kann präzise bestimmt werden, und dadurch kann die eigene Position des autonomen Fahrzeugs 1 auf der Karte ebenfalls präzise bestimmt werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur präzisen und stabilen Extraktion des Abtastsegments SS beschrieben. 28 zeigt einen Zustand zur Extraktion eines Abtastsegments SS unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate aus dem durch eines der oben genannten Verfahren gebildeten Abtastsegmentvektor SSV. 29 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Extraktion des Abtastsegments SS unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate. Gemäß den oben genannten Verfahren werden der Abtastsegmentvektor SSV(m, j) und das Abtastsegment SS(m, j) letztendlich durch den als Ausgangspunkt dienenden Abtastpunkt S(m) und den als Endpunkt dienenden Abtastpunkt S(j) festgelegt. Anders ausgedrückt wird die Position der Abtastpunkte, die zwischen dem Ausgangspunkt und dem Endpunkt liegen, nicht berücksichtigt, so dass die Positionierungsgenauigkeit des Abtastsegmentvektors SSV von der Detektionsgenauigkeit der Positionen des Abtastpunkts S(m) des Ausgangspunkts und des Abtastpunkts S(j) des Endpunkts abhängt.
Deshalb werden in dem Vorgang zur Bildung des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) Positionsinformationen über die Abtastpunkte S, die zu der Verknüpfung des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) beitragen, gespeichert. Die Positionierungsinformationen der Abtastpunkte S zwischen dem Ausgangspunkt und dem Endpunkt werden statistisch verarbeitet, um bei der Extraktion des Abtastsegments SS (m, j) widergespiegelt zu werden, wodurch die Genauigkeit der Extraktion erhöht und die Stabilität des Abtastsegments SS sichergestellt werden können. Für den statistischen Vorgang wird die Methode der kleinsten Quadrate verwendet. In dem in 29 gezeigten Ablauf zur Extraktion des Abtastsegments SS(m, j) wird auf die gespeicherten Positionskoordinaten der Abtastpunkte S die Methode der kleinsten Quadrate angewendet, wenn eine Länge eines durch den Ausgangspunkt und den Endpunkt des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) festgelegten Segments gleich ist wie oder größer ist als eine vorbestimmte Länge (JA in Schritt #58), um ein Segment zu berechnen, das am Besten zu den Abtastpunkten S passt (#79), und das Segment wird als Abtastsegment SS extrahiert (#59).
Das Abtastsegment SS(m, j), das auf obige Weise extrahiert wird, spiegelt die Positionsinformationen aller Abtastpunkte S wider, die zwischen dem Ausgangspunkt und dem Endpunkt und dem Abtastsegmentvektor SSV(m, j) angeordnet sind und, wie in 28 gezeigt, zu der Verknüpfung des Abtastsegmentvektors SSV(m, j) beitragen. Außerdem kann der in 29 gezeigte Ablauf in die in den 6, 7 und 21 bzw. 22 gezeigten Abläufe integriert werden.
Nachfolgend wird ein weiteres Verfahren zur Beurteilung, ob die Vektorverknüpfung möglich ist, wenn der Abtastsegmentvektor SSV durch die Verknüpfung der Elementvektoren V gebildet wird, beschrieben. 30 zeigt einen Beurteilungsstandard zur Beurteilung der Möglichkeit der Verknüpfung von Elementvektoren, wenn ein ein planares Hindernis darstellender Abtastsegmentvektor SSV unter Verwendung von in dem Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Abtastpunkten S gebildet wird. 31 zeigt einen weiteren Beurteilungsstandard zur Beurteilung der Möglichkeit der Verknüpfung von Elementvektoren zur Bildung des Abtastsegmentvektors SSV.
In dem in 30 gezeigten Verfahren wird ein Abstand „h" eines Lotfußes von einem Abtastpunkt S(j + 1), der ein Endpunkt eines Elementvektors VB = V(j, j + 1) ist, zu einem Abtastsegmentvektor SSV(m, j) zur Beurteilung der Möglichkeit der Vektorverknüpfung verwendet. Das heißt, wenn der Abstand „h" gleich ist wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert Mh(h ≤ Mh), dann wird der Elementvektor Vb = V(j, j + 1) mit dem Abtastsegmentvektor SSV(m, j) verknüpft.
In dem in 31 gezeigten Verfahren wird ein kombinierter Wert Σh des Abstands „h" des Lotfußes von den Endpunkten jedes Elementvektors V zu dem Abtastsegmentvektor SSV zur Beurteilung der Möglichkeit der Vektorverknüpfung verwendet. Das heißt, wenn der kombinierte Wert Σh gleich ist wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert MΣh (Σh ≤ MΣh), dann wird die Vektorverknüpfung durchgeführt. Gemäß diesen Beurteilungsstandards gibt es bei der Berechnung von Winkeln keine Schwierigkeiten, und die vorbestimmten Werte Mh und MΣh können leicht eingegeben werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannte Gestaltung beschränkt und kann auf verschiedene Arten abgeändert werden. Um zum Beispiel auf ein gebogenes Hindernis mit einem großen Kurvenradius zu reagieren, wird eine gebogene Oberfläche des Hindernisses durch Kartensegmente mit vieleckigen Linien dargestellt, und ein Abtastvektor wird durch Verknüpfung einer Mehrzahl von Abtastsegmentvektoren gebildet, so dass jeder Abtastsegmentvektor einen vorbestimmten Winkel zu einem in derselben Richtung fortgesetzten Abtastsegmentvektor einnimmt.
Diese Anmeldung basiert auf den in Japan eingereichten, japanischen Patentanmeldungen 2005-47885 und 2005-279437 deren Inhalte hierin durch Bezugnahme gewürdigt werden. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig beispielhaft beschrieben wurde, sollte klar sein, dass für den Fachmann diverse Abänderungen und Abwandlungen ersichtlich sind. Deshalb sollten diese so ausgelegt werden, dass sie darin eingeschlossen sind, es sei denn dass derartige Abänderungen und Abwandlungen von dem Umfang der vorliegenden Erfindung andernfalls abweichen.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem autonomen Fahrzeug wird die Position eines planaren Hindernisses wie einer Mauer oder eines Zauns mit Öffnungen durch relativ einfache Vorgänge leicht erkannt. Die horizontale Ebene wird mit einem Laserstrahl abgetastet, um Positionskoordinaten einer Mehrzahl von Abtastpunkten zu erfassen. Es wird ein Elementvektor aus zwei Abtastpunkten gebildet, so dass einer, der früher erfasst wurde, als Ausgangspunkt und der andere, später erfasste als Endpunkt des Vektors verwendet werden. Eine Mehrzahl von fortlaufenden Elementvektoren, die vorbestimmte Bedingungen erfüllen, wird aus den Elementvektoren ausgewählt, und es wird durch Verknüpfung der ausgewählten Elementvektoren ein Abtastsegmentvektor gebildet. Wenn eine Länge des Abtastsegmentvektors gleich ist wie oder größer ist als eine vorbestimmte Länge, ist es möglich, zuerkennen, dass entlang des Abtastsegmentvektors ein planares Hindernis existiert.

Claims

Autonomes Fahrzeug, umfassend: eine Abtastpunkterfassungseinheit, die unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle oder einer akustischen Welle einen vorbestimmten Bereich in einem konstanten Winkel oder einem konstanten Intervall abtastet, von sich in der horizontalen Ebene befindlichen Objekten reflektierte Wellen empfängt und Koordinaten einer Mehrzahl von Abtastpunkten, von denen die elektromagnetische Welle oder die akustische Welle reflektiert werden, erfasst; eine Elementvektorbildungseinheit, die einen Elementvektor in Bezug auf zwei aus der Mehrzahl von Abtastpunkten ausgewählte Abtastpunkte bildet, so dass ein Abtastpunkt, der von der Abtastpunkterfassungseinheit früher in der Zeitreihe erfasst wurde, als Ausgangspunkt des Elementvektors verwendet wird, und ein anderer, später erfasster Abtastpunkt als Endpunkt des Elementvektors verwendet wird; eine Elementvektorauswahleinheit, die eine Mehrzahl von Elementvektoren auswählt, die in der Reihenfolge der Bildung durch die Elementvektorbildungseinheit in der Zeitreihe fortgesetzt werden, wobei die Länge jedes Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als eine vorbestimmte erste Länge, ein Ablenkungswinkel eines Elementvektors in Bezug auf einen anderen fortgesetzten Elementvektor gleich ist wie oder kleiner ist als ein erster vorbestimmter Winkel und ein kombinierter Wert der Ablenkungswinkel gleich ist wie oder kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Winkel; eine Abtastsegmentvektorbildungseinheit, die einen Abtastsegmentvektor durch Verknüpfung der ausgewählten fortlaufenden Elementvektoren bildet; und eine Hinderniserkennungseinheit, die ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt des Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment mit einer zweiten vorbestimmten Länge vergleicht und erkennt, dass sichentlang des Abtastsegmentvektorsein planares Hindernis befindet, wenn das Segment gleich ist wie oder länger ist als die zweite vorbestimmte Länge.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1, bei dem die Elementvektorbildungseinheit einen Elementvektor lediglich Verwendung von innerhalb einer vorbestimmten Entfernung eines willkürlichen Ursprungs liegenden Abtastpunkten bildet.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Elementvektorbildungseinheit ein willkürliches Abtastsegment als ersten Abtastpunkt und einen Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiten Abtastpunkt festsetzt, um einen Elementvektor zu bilden; und die Elementvektorbildungseinheit einen weiteren Elementvektor aus dem ersten Abtastpunkt und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer zweiter Abtastpunkt bildet, wenn eine Länge des durch den ersten Abtastpunkt und den zweiten Abtastpunkt gebildeten Elementvektors größer ist als die erste vorbestimmte Länge.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 3, bei dem die Elementvektorbildungseinheit einen weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den willkürlichen Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als neuen ersten Abtastpunkt festsetzt und versucht, einen Elementvektor in Bezug auf den neuen ersten Abtastpunkt zu bilden, wenn kein Elementvektor mit einer Länge die gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge in Bezug auf den willkürlichen Abtastpunkt gebildet werden kann, obwohl die Bildung der Elementvektoren eine vorbestimmte Anzahl von Malen versucht wurde.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Elementvektorbildungseinheit ein willkürliches Abtastsegment als ersten Abtastpunkt, einen Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiten Abtastpunkt und einen Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als dritten Abtastpunkt festsetzt, um Elementvektoren zu bilden; und die Elementvektorbildungseinheit den dritten Abtastpunkt ausschließt und einen Elementvektor aus dem zweiten Abtastvektor und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer dritter Abtastpunkt bildet, wenn eine Ablenkung eines zweiten Elementvektors, der durch den zweiten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den dritten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, in Bezug auf einen ersten Elementvektor, der durch den ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den zweiten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, größer ist als der erste vorbestimmte Winkel.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Elementvektorbildungseinheit ein willkürliches Abtastsegment als ersten Abtastpunkt und einen Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiten Abtastpunkt festsetzt, um einen ersten Elementvektor zu bilden; die Elementvektorbildungseinheit einen weiteren Elementvektor aus dem ersten Abtastpunkt und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer zweiter Abtastpunkt bildet, wenn eine erste Länge des durch den ersten Abtastpunkt und den zweiten Abtastpunkt gebildeten Elementvektors größer ist als die erste vorbestimmte Länge; die Elementvektorbildungseinheit ferner einen willkürlichen Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als dritten Abtastpunkt festsetzt, um Elementvektoren zu bilden; und die Elementvektorbildungseinheit den dritten Abtastpunkt ausschließt und einen Elementvektor aus dem zweiten Abtastvektor und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer dritter Abtastpunkt bildet, wenn eine Ablenkung eines zweiten Elementvektors, der durch den zweiten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den dritten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, in Bezug auf einen ersten Elementvektor, der durch den ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den zweiten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, größer ist als der erste vorbestimmte Winkel.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1, bei dem die Abtastsegmentvektorbildungseinheit versucht, einen neuen Abtastsegmentvektor unter Verwendung von Abtastpunkten, die nicht zur Bildung des Abtastsegmentvektors verwendet werden, aus einer Mehrzahl der Abtastpunkte zu bilden, wenn ein Abtastsegmentvektor durch die Abtastsegmentbildungseinheit gebildet wird.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 7, bei dem die Abtastsegmentvektorbildungseinheit einen neuen Abtastsegmentvektor durch Verknüpfung des ersten Abtastsegmentvektors und des zweiten Abtastsegmentvektors durch Verknüpfung eines mit dem Endpunkt des ersten Abtastsegmentvektors als Ausgangspunkt und dem Ausgangspunkt des zweiten Abtastsegmentvektors als Endpunkt gebildeten Vektors bildet, wenn mehr als ein Abtastsegmentvektor gebildet wird, ein Winkel zwischen einem zweiten Abtastsegmentvektor und einem ersten Abtastsegmentvektor gleich ist wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter Winkel und eine Entfernung zwischen einem Endpunkt des ersten Abtastsegmentvektors und einem Ausgangspunkt des zweiten Abtastsegmentvektors gleich ist wie oder kleiner ist als eine vorbestimmte Entfernung.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1, bei dem die Abtastsegmentvektorbildungseinheit Positionskoordinaten der zur Bildung des Abtastsegmentvektors beitragenden Abtastpunkte speichert; und die Hinderniserkennungseinheit die Methode der kleinsten Quadrate auf die gespeicherten Positionskoordinaten der Abtastpunkte anwendet, um ein Segment zu berechnen, das am Besten zu den Abtastpunkten passt, die zur Bildung des Abtastsegmentvektors beitragen, und erkennt, dass die Segmente ein ebenes Hindernis darstellen, wenn ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt des Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment gleich ist wie oder länger ist als die zweite vorbestimmte Länge.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1, bei dem die Elementvektorbildungseinheit eine erste Gruppe von Elementvektoren mit einem ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und einem zweiten Abtastpunkt als Endpunkt bildet, wobei ein willkürlicher Abtastpunkt als erster Abtastpunkt festgesetzt wird und ein weiterer Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt wird; die Elementvektorbildungseinheit ferner eine zweite Gruppe von Elementvektoren mit einem ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und einem zweiten Abtastpunkt als Endpunkt bildet, wobei ein willkürlicher Abtastpunkt als erster Abtastpunkt festgesetzt wird und ein weiterer Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt wird, wenn eine Länge des Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge, oder ein Abtastpunkt, der nahe an dem ersten Abtastpunkt in Zeitreihe aber in Bezug auf diesen nicht fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt wird, wenn eine Länge des Elementvektors größer ist als die erste vorbestimmte Länge; die Elementvektorauswahleinheit eine Mehrzahl von fortlaufenden Elementvektoren aus der ersten Gruppe von Elementvektoren auswählt und eine Mehrzahl von fortlaufenden Elementvektoren aus der zweiten Gruppe von Elementvektoren auswählt; die Abtastsegmentvektorbildungseinheit eine erste Gruppe von Abtastsegmenten bildet, indem eine Mehrzahl der aus der ersten Gruppe von Elementvektoren ausgewählten Elementvektoren verknüpft wird, und eine zweite Gruppe von Abtastsegmenten bildet, indem eine Mehrzahl von aus der zweiten Gruppe von Elementvektoren ausgewählten Elementvektoren verknüpft wird, und Elementvektoren, die die erste Gruppe von Abtastsegmenten bilden, von Elementvektoren, die die zweite Gruppe von Abtastsegmenten bildet, subtrahiert, so dass aus übriggebliebenen Elementvektoren eine dritte Gruppe von Abtastsegmentvektoren gebildet wird; und die Hinderniserkennungseinheit ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt eines zu der dritten Gruppe von Abtastsegmentvektoren gehörigen Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment mit einer zweiten vorbestimmten Länge vergleicht und erkennt, dass entlang des zu der dritten Gruppe von Abtastsegmentvektoren gehörigen Abtastsegmentvektors ein planares Hindernis mit Öffnungen existiert, wenn die Länge des Segments gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen Speicher, in dem im Vorfeld Daten über Kartensegmente gespeichert werden, die eine Aggregation von Segmenten der planaren Hindernisse darstellen, die in einer Karte eines Betriebsbereichs des autonomen Fahrzeugs existieren; und bei dem die Hinderniserkennungseinheit ferner als eine Segmentvergleichungseinheit dient, die die Abtastsegmente mit Kartensegmenten vergleicht, die Positionen der planaren Hindernisse auf der Karte bestimmt und ferner die eigene Position des autonomen Fahrzeugs bestimmt.
Autonomes Fahrzeug gemäß Anspruch 11, bei dem die Eigenpositionsidentifizierungseinheit auf Grundlage der Positionen der planaren Hindernisse auf der Karte, und auf Grundlage von Entfernungen und Richtungen, in denen die planaren Hindernisse bezogen auf einen Ursprung des autonomen Fahrzeugs liegen, die eigene Position des autonomen Fahrzeugs auf der Karte dessen Betriebsbereichs bestimmt.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen, umfassend: einen Abtastpunkterfassungsschritt zur Abtastung eines vorbestimmten Bereichs in einem konstanten Winkel oder einem konstanten Intervall unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle oder einer akustischen Welle, für den Empfang von reflektierten Wellen, die von sich in der horizontalen Ebene befindlichen Objekten reflektiert werden, und zur Erfassung von Koordinaten einer Mehrzahl von Abtastpunkten, von denen die elektromagnetische Welle oder die akustische Welle reflektiert werden; einen Elementvektorbildungsschritt, in dem ein Elementvektor in Bezug auf zwei aus der Mehrzahl von Abtastpunkten ausgewählte Abtastpunkte gebildet wird, so dass ein Abtastpunkt, der durch den Abtastpunkterfassungsschritt früher in der Zeitreihe erfasst wurde, als Ausgangspunkt des Elementvektors verwendet wird, und ein anderer, später erfasster Abtastpunkt als Endpunkt des Elementvektors verwendet wird; einen Elementvektorauswahlschritt, in dem eine Mehrzahl von Elementvektoren ausgewählt wird, die in der Reihenfolge der Bildung durch den Elementvektorbildungsschritt in der Zeitreihe fortgesetzt werden, wobei die Länge jedes Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als eine vorbestimmte erste Länge, ein Ablenkungswinkel eines Elementvektors in Bezug auf einen anderen fortgesetzten Elementvektor gleich ist wie oder kleiner ist als ein erster vorbestimmter Winkel und ein kombinierter Wert der Ablenkungswinkel gleich ist wie oder kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Winkel; einen Abtastsegmentvektorbildungsschritt, in dem ein Abtastsegmentvektor durch Verknüpfung der ausgewählten fortgesetzten Elementvektoren gebildet wird; und einen Hinderniserkennungsschritt, in dem ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt des Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment mit einer zweiten vorbestimmten Länge verglichen wird und erkannt wird, dass sich entlang des Abtastsegmentvektors ein planares Hindernis befindet, wenn das Segment gleich ist wie oder länger ist als die zweite vorbestimmte Länge.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 13, bei dem in dem Elementvektorbildungsschritt ein Elementvektor lediglich unter Verwendung von Abtastpunkten innerhalb einer vorbestimmten Entfernung eines willkürlichen Ursprungs gebildet werden.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem in dem Elementvektorbildungsschritt ein willkürliches Abtastsegment als erster Abtastpunkt und ein Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt werden, um einen Elementvektor zu bilden; und in dem Elementvektorbildungsschritt ein weiterer Elementvektor aus dem ersten Abtastpunkt und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer zweiter Abtastpunkt gebildet wird, wenn eine Länge des durch den ersten Abtastpunkt und den zweiten Abtastpunkt gebildeten Elementvektors größer ist als die erste vorbestimmte Länge.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 15, bei dem in dem Elementvektorbildungsschritt ein weiterer Abtastpunkt, der in Bezug auf den willkürlichen Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als neuer erster Abtastpunkt festgesetzt wird und versucht wird, einen Elementvektor in Bezug auf den neuen ersten Abtastpunkt zu bilden, wenn kein Elementvektor mit einer Länge die gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge in Bezug auf den willkürlichen Abtastpunkt gebildet werden kann, obwohl die Bildung der Elementvektoren eine vorbestimmte Anzahl von Malen versucht wurde.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem in dem Elementvektorbildungsschritt ein willkürliches Abtastsegment als erster Abtastpunkt, ein Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt und ein Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als dritter Abtastpunkt festgesetzt werden, um Elementvektoren zu bilden; und in dem Elementvektorbildungsschritt der dritte Abtastpunkt ausgeschlossen wird und ein Elementvektor aus dem zweiten Abtastvektor und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer dritter Abtastpunkt gebildet wird, wenn eine Ablenkung eines zweiten Elementvektors, der durch den zweiten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den dritten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, in Bezug auf einen ersten Elementvektor, der durch den ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den zweiten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, größer ist als der erste vorbestimmte Winkel.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem in dem Elementvektorbildungsschritt ein willkürliches Abtastsegment als erster Abtastpunkt und ein Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt werden, um einen ersten Elementvektor zu bilden; in dem Elementvektorbildungsschritt ein weiterer Elementvektor aus dem ersten Abtastpunkt und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer zweiter Abtastpunkt gebildet wird, wenn eine erste Länge des durch den ersten Abtastpunkt und den zweiten Abtastpunkt gebildeten Elementvektors größer ist als die erste vorbestimmte Länge; in dem Elementvektorbildungsschritt ferner ein willkürlicher Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als dritter Abtastpunkt festgesetzt wird, um Elementvektoren zu bilden; und in dem Elementvektorbildungsschritt der dritte Abtastpunkt ausgeschlossen wird und ein Elementvektor aus dem zweiten Abtastvektor und einem weiteren Abtastpunkt, der in Bezug auf den zweiten Abtastpunkt in Zeitreihe nicht fortlaufend ist, als neuer dritter Abtastpunkt gebildet wird, wenn eine Ablenkung eines zweiten Elementvektors, der durch den zweiten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den dritten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, in Bezug auf einen ersten Elementvektor, der durch den ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und den zweiten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, größer ist als der erste vorbestimmte Winkel.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 13, bei dem in dem Abtastsegmentvektorbildungsschritt versucht wird, einen neuen Abtastsegmentvektor unter Verwendung von Abtastpunkten, die nicht zur Bildung des Abtastsegmentvektors verwendet werden, aus einer Mehrzahl der Abtastpunkte zu bilden, wenn ein Abtastsegmentvektor durch den Abtastsegmentbildungsschritt gebildet wird.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 19, bei dem in dem Abtastsegmentvektorbildungsschritt ein neuer Abtastsegmentvektor durch Verknüpfung des ersten Abtastsegmentvektors und des zweiten Abtastsegmentvektors durch Verknüpfung eines mit dem Endpunkt des ersten Abtastsegmentvektors als Ausgangspunkt und dem Ausgangspunkt des zweiten Abtastsegmentvektors als Endpunkt gebildeten Vektors gebildet wird, wenn mehr als ein Abtastsegmentvektor gebildet wird, ein Winkel zwischen einem zweiten Abtastsegmentvektor und einem ersten Abtastsegmentvektor gleich ist wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter Winkel und eine Entfernung zwischen einem Endpunkt des ersten Abtastsegmentvektors und einem Ausgangspunkt des zweiten Abtastsegmentvektors gleich ist wie oder kleiner ist als eine vorbestimmte Entfernung.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 13, bei dem in dem Abtastsegmentvektorbildungsschritt Positionskoordinaten der zur Bildung des Abtastsegmentvektors beitragenden Abtastpunkte gespeichert werden; und in dem Hinderniserkennungsschritt die Methode der kleinsten Quadrate auf die gespeicherten Positionskoordinaten der Abtastpunkte angewendet wird, um ein Segment zu berechnen, das am Besten zu den Abtastpunkten passt, die zur Bildung des Abtastsegmentvektors beitragen, und erkannt wird, dass die Segmente ein ebenes Hindernis darstellen, wenn ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt des Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment gleich ist wie oder länger ist als die zweite vorbestimmte Länge.
Verfahren zur Erkennung von planaren Hindernissen gemäß Anspruch 13, bei dem in dem Elementvektorbildungsschritt eine erste Gruppe von Elementvektoren mit einem ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und einem zweiten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, wobei ein willkürlicher Abtastpunkt als erster Abtastpunkt festgesetzt wird und ein weiterer Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt wird; in dem Elementvektorbildungsschritt ferner eine zweite Gruppe von Elementvektoren mit einem ersten Abtastpunkt als Ausgangspunkt und einem zweiten Abtastpunkt als Endpunkt gebildet wird, wobei ein willkürlicher Abtastpunkt als erster Abtastpunkt festgesetzt wird und ein weiterer Abtastpunkt, der in Bezug auf den ersten Abtastpunkt in Zeitreihe fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt wird, wenn eine Länge des Elementvektors gleich ist wie oder kürzer ist als die erste vorbestimmte Länge, oder ein Abtastpunkt, der nahe an dem ersten Abtastpunkt in Zeitreihe aber in Bezug auf diesen nicht fortlaufend ist, als zweiter Abtastpunkt festgesetzt wird, wenn eine Länge des Elementvektors größer ist als die erste vorbestimmte Länge; in dem Elementvektorauswahlschritt eine Mehrzahl von fortlaufenden Elementvektoren aus der ersten Gruppe von Elementvektoren ausgewählt wird und eine Mehrzahl von fortlaufenden Elementvektoren aus der zweiten Gruppe von Elementvektoren ausgewählt wird; in dem Abtastsegmentvektorbildungsschritt eine erste Gruppe von Abtastsegmenten gebildet wird, indem eine Mehrzahl der aus der ersten Gruppe von Elementvektoren ausgewählten Elementvektoren verknüpft wird, und eine zweite Gruppe von Abtastsegmenten gebildet wird, indem eine Mehrzahl von aus der zweiten Gruppe von Elementvektoren ausgewählten Elementvektoren verknüpft wird, und Elementvektoren, die die erste Gruppe von Abtastsegmenten bilden, von Elementvektoren, die die zweite Gruppe von Abtastsegmenten bildet, subtrahiert werden, so dass aus übriggebliebenen Elementvektoren eine dritte Gruppe von Abtastsegmentvektoren gebildet wird; und in dem Hinderniserkennungsschritt ein durch einen Ausgangspunkt und einen Endpunkt eines zu der dritten Gruppe von Abtastsegmentvektoren gehörigen Abtastsegmentvektors festgelegtes Segment mit einer zweiten vorbestimmten Länge verglichen wird und erkannt wird, dass entlang des zu der dritten Gruppe von Abtastsegmentvektoren gehörigen Abtastsegmentvektors ein planares Hindernis mit Öffnungen existiert, wenn die Länge des Segments gleich ist wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Länge.