JP2000181541A

JP2000181541A - 自走式車輌

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Publication number: JP2000181541A
Application number: JP10362731A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ogawa; 義弘小川
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】走行しながら走行路面上の障害物を検出するこ
とができ、かつ走行路面上における障害物を正確に検出
することのできる自走式車輌を提供すること。【解決手段】走行手段を備えた車輌本体１０と、走行路
面を車幅方向に一次元走査する複数のレーザ距離測定装
置１１〜１３と、適正な距離データを抽出するデータ抽
出手段２１〜２３と、抽出された距離データを用いてレ
ーザ距離測定装置１１〜１３における路面平均線を算出
する手段３１〜３３と、路面断面形状算出手段４０とを
具備しており、さらに走行路面の断面形状および１個の
レーザ距離測定装置からの距離データにより障害物の高
さを算出し、走行路面の傾斜あるいは障害物の高さによ
り走行の可否を判断するとともに障害物の概略位置を算
出する障害物判断手段５０と、障害物の概略位置に基づ
いて障害物を回避する態様で車輌本体を走行制御する車
輌制御装置１６とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自走式車輌に関す
るものであり、詳しくは走行路上の障害物を検出する構
成に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動ロボットや自律走行車輌等の自走式
車輌が、自律走行もしくは半自律走行するためには、進
行方向における走行路の凹凸や障害物の有無を認識する
必要がある。

【０００３】そこで、図１３に示す自走式車輌Ａでは、
車輌本体Ｂに走行路面Ｇを二次元的に計測するレーザ距
離測定装置Ｃを設け、このレーザ距離測定装置Ｃにより
車輌Ａが走行しようとするエリア全域に亘ってセンシン
グを繰り返し、各ポイントの距離データと方位とから走
行路面Ｇの凹凸を記した地図を作成し、走行不能な領域
(障害物領域)を検出して走行経路の計画を行っている。

【０００４】上記レーザ距離測定装置Ｃは、図１４に示
す如く、レーザ発振器Ｃａから発せられたレーザ光(送
信光)を、回転多面鏡ＣｂとガルバノミラーＣｃとを用
いて二次元的に走査し、走査エリア内における各ポイン
トまでの距離を測定するものである。なお図１４中の符
号Ｃｄは参照光検出器、符号Ｃｅは反射光検出器、符号
Ｃｆはハーフミラーである。

【０００５】上述した自走式車輌Ａによれば、レーザ距
離測定装置Ｃによって走行路面Ｇを二次元的に計測して
いるため、走行路面Ｇの詳細な凹凸地図を作成すること
ができる反面、レーザ距離測定装置Ｃによって取り込む
データ数が多いため、データの取得および分析に長い時
間が掛かることとなる。

【０００６】さらに、データの取得に時間を要すること
から、計測にあたっては車輌の姿勢変化(ローリングお
よびピッチング)の影響を受けるため、走行しながら障
害物を検出することは困難であり、車輌を一旦停止ある
いは極低速で走行させつつ障害物の検出を実施したのち
通常走行を再開せざるを得ず、俊敏な行動をとることが
不可能となるために、平均走行速度の著しい低下を招く
不都合があった。

【０００７】上述した不都合を解消するべく、図１５に
示す自走式車輌Ｄでは、車輌本体Ｅに、走行路面Ｇを一
次元的に計測するレーザ距離測定装置Ｆを搭載してい
る。

【０００８】レーザ距離測定装置Ｆは、図１６に示す如
く、レーザ発振器Ｆａから発せられたレーザ光(送信光)
を、回転多面鏡Ｆｂを用いて一次元的に走査し、走査線
ＳＬ(図１５参照)上における各ポイントまでの距離を測
定するものである。なお、図１６中における符号Ｆｄは
参照光検出器、符号Ｆｅは反射光検出器、符号Ｆｆはハ
ーフミラーである。

【０００９】上述した自走式車輌Ｄでは、レーザ距離測
定装置Ｆによって、車輌Ｄが走行しようとする走行路面
Ｇを、車輌Ｄの左右方向(車幅方向)に一次元走査し、レ
ーザ距離測定装置Ｆから走査線ＳＬ上の各ポイントまで
の距離を測定する。

【００１０】また、一次元走査毎に、測定した距離デー
タから統計的処理等によって、クリーンな状態の走行路
面Ｇとレーザ距離測定装置Ｆによる走査面ＳＦとの交
線、すなわち図１９に示す路面平均線ＡＬを算出する。
なお、図１９中の○は測定した距離データを示してい
る。

【００１１】ここで、図１７および図１８に示す如く、
自走式車輌Ｄが走行しようとする走行路面Ｇ上に物体Ｗ
が存在している場合、図１８における△ＳＲＯと△ＰＲ
Ｑとが相似に成るところから、ＰＲ／ＳＲを閾値と比較
することにより、言い換えれば物体Ｗの高さＨｉが自走
式車輌Ｄの乗り越えられる高さであるか否かを判定する
ことより、物体Ｗが障害物と成るか否かの判定を行なっ
ている。因みに、図１８中の点Ｏは点Ｓを通る鉛直線と
走行路面との交点、点Ｑは点Ｐを通る鉛直線と走行路面
との交点である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した構成の自走式
車輌Ｄでは、レーザ距離測定装置Ｆによって走行路面Ｇ
を一次元的に計測しているため、二次元的に走行路面Ｇ
を走査している自走式車輌(図１３参照)に比べて取り扱
うデータ数が極めて少なく、もってデータの取得および
分析に長い時間を必要としないので、走行しながら走行
路面上の障害物を検出することが可能となる。

【００１３】しかしながら、上述した自走式車輌Ｄで
は、図１７および図１８に示したように、走行路面Ｇが
平面であれば障害物の正確な判定を為し得るものの、自
走式車輌Ｄと物体Ｗとが同一の平面上にない場合には、
障害物の判定を誤ってしまうことがある。

【００１４】すなわち、図２０(ａ)，(ｂ)に示す如く、
自走式車輌Ｄが走行しようとする走行路面Ｇに上り勾配
が有る場合、ＰＲ／ＳＲは、物体Ｗの高さ（走行路面Ｇ
からの実質的な高さ）Ｈｉではなく、見掛け上の高さＨ
piに比例するために、障害物Ｗの高さを実際よりも低い
ものと判断してしまう。

【００１５】このため、物体Ｗが障害物と成る高さを有
しているにも関わらず、物体Ｗを踏み越えられる(障害
物ではない)と判断して走行を続けることにより、自走
式車輌Ｄが走行不能となってしまう虞れがあった。

【００１６】また、自走式車輌Ｄが走行しようとする走
行路面Ｇに下り勾配がある場合、同様にして、物体Ｗの
高さを実際よりも高いものと判断してしまい、物体Ｗが
障害物と成る高さを有していないにも関わらず、物体Ｗ
を踏み越えられない障害物と判断し、自走式車輌Ｄが物
体Ｗを迂回する走行経路を選択することで、走行経路が
徒らに長いものとなる不都合があった。

【００１７】本発明の目的は、上記実状に鑑みて、走行
しながら走行路面上の障害物を検出することができ、か
つ走行路面上における障害物を正確に検出することので
きる自走式車輌を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段および効果】請求項１の発
明に関わる自走式車輌は、走行手段を備えた車輌本体
と、上記車輌本体に設けられ、進行方向前方の走行路面
を車幅方向に一次元走査して走行路面との距離を測定
し、かつ走査面が互いに平行しているとともに互いに同
期して走査を実施する複数の距離測定装置と、各距離測
定装置により取得した距離データから、適正な距離デー
タを抽出するデータ抽出手段と、データ抽出手段により
抽出された距離データを用いて、障害物が存在しない走
行路面と各距離測定装置における走査面との交線である
路面平均線を算出する路面平均線算出手段と、各距離測
定装置から各距離測定装置に対応する路面平均線までの
距離、および各距離測定装置の設置間隔に基づいて、走
査範囲の所定方向における走行路面の断面形状を算出す
る路面断面形状算出手段と、路面断面形状算出手段によ
り算出された所定方向における走行路面の断面形状と、
１個の距離測定装置により測定した所定方向の距離デー
タとに基づいて障害物の高さを算出し、走行路面の傾斜
あるいは障害物の高さにより走行の可否を判断するとと
もに、走行困難と判断した障害物の概略位置を算出する
障害物判断手段と、障害物判断手段により算出された障
害物の概略位置に基づいて、障害物を回避する態様で車
輌本体を走行制御する車輌制御装置とを具備している。

【００１９】上記構成の自走式車輌によれば、路面断面
形状算出手段において走査範囲の所定方向における走行
路面の断面形状を算出することにより、この走行路面の
断面形状と距離データとに基づいて、走行路上における
障害物の有無を精度良く判断することが可能となる。ま
た、上記構成の自走式車輌では、一次元走査を行なう複
数の距離測定装置を具備するものの、二次元走査を実施
する距離測定装置に比較して、取り扱う距離データの個
数は極めて少ない。さらに、複数の距離測定装置は、互
いに同期して一次元走査を実施するので、一走査に要す
る時間は１個の距離測定装置と同等であり、距離データ
の個数に対して取り込みに要する時間は短いものとな
る。このように、取り扱う距離データの個数が少ないこ
とにより、距離データの取得および演算処理に長い時間
を必要せず、計測にあたって車輌の姿勢変化の影響を受
けることが抑えられるので、走行しながら走行路面上の
障害物を検出することが可能となる。もって、請求項１
の発明に関わる自走式車輌によれば、走行しながら走行
路面上の障害物を検出することができ、かつ走行路面上
における障害物を正確に検出することができる。

【００２０】請求項２の発明に関わる自走式車輌は、そ
のデータ抽出手段が、距離測定装置の全走査範囲におけ
る左右の所定領域を除外した距離データを抽出するもの
であることを特徴としている。上記構成の自走式車輌に
よれば、データ抽出手段において、ノイズと成り得る距
離データを排除し、適正な距離データを抽出することに
よって、走行路上における障害物の有無を精度良く判断
することが可能となる。

【００２１】請求項３の発明に関わる自走式車輌は、そ
のデータ抽出手段が、距離測定装置における測定ピッチ
角の２倍以上の所定の角度毎に、距離データを抽出する
ものであることを特徴としている。上記構成の自走式車
輌によれば、データ抽出手段において、ノイズと成り得
る距離データを排除し、適正な距離データを抽出するこ
とによって、走行路上における障害物の有無を精度良く
判断することが可能となる。

【００２２】請求項４の発明に関わる自走式車輌は、そ
のデータ抽出手段が、距離測定装置によるｎ回前の走査
に基づく障害物の有無の判断結果において、障害物がな
いと判断された走査範囲における距離データを抽出する
ものであることを特徴としている。上記構成の自走式車
輌によれば、データ抽出手段において、ノイズと成り得
る距離データを排除し、適正な距離データを抽出するこ
とによって、走行路上における障害物の有無を精度良く
判断することが可能となる。

【００２３】請求項５の発明に関わる自走式車輌は、そ
のデータ抽出手段が、［α，Ｌ］極座標系において、距
離測定装置から測定方向ｉにおける測定ポイントまでの
距離Ｌｉ、上記測定ポイントの両隣りの測定ポイントま
での距離Ｌ_i-1、Ｌ_i+1において、（Ｌ_i+1＋Ｌ_i-1）・Ｌ
ｉ／（Ｌ_i+1・Ｌ_i-1）の値が所定範囲から外れている場
合、測定方向ｉにおける測定ポイントを含む所定範囲を
除外した距離データを抽出することを特徴としている。
上記構成の自走式車輌によれば、データ抽出手段におい
て、ノイズと成り得る距離データを排除し、適正な距離
データを抽出することによって、走行路上における障害
物の有無を精度良く判断することが可能となる。

【００２４】請求項６の発明に関わる自走式車輌は、そ
のデータ抽出手段が、［α，Ｌ］極座標系において、距
離測定装置から測定方向ｉにおける測定ポイントまでの
距離Ｌｉ、上記測定ポイントの両隣りの測定ポイントま
での距離Ｌ_i-1、Ｌ_i+1において、（Ｌ_i+1＋Ｌ_i-1）／Ｌ
ｉが所定範囲の値から外れている場合、測定方向ｉにお
ける測定ポイントを含む所定範囲を除外した距離データ
を抽出することを特徴としている。上記構成の自走式車
輌によれば、データ抽出手段において、ノイズと成り得
る距離データを排除し、適正な距離データを抽出するこ
とによって、走行路上における障害物の有無を精度良く
判断することが可能となる。

【００２５】請求項７の発明に関わる自走式車輌は、そ
のデータ抽出手段が、［Ｙ，Ｚ］直交座標系において、
距離測定装置から特定の測定方向における測定ポイント
までの距離、および該測定ポイントの両隣りの測定ポイ
ントまでの距離の１回微分値が、該１回微分値の中央値
を中心とする所定範囲から外れている場合、特定の測定
方向における測定ポイントを含む所定範囲を除外した距
離データを抽出するものであることを特徴としている。
上記構成の自走式車輌によれば、データ抽出手段におい
て、ノイズと成り得る距離データを排除し、適正な距離
データを抽出することによって、走行路上における障害
物の有無を精度良く判断することが可能となる。

【００２６】請求項８の発明に関わる自走式車輌は、そ
のデータ抽出手段が、［Ｙ，Ｚ］直交座標系において、
距離測定装置から特定の測定方向における測定ポイン
ト、および該測定ポイントの両隣りの測定ポイントおけ
るＺ軸との切片の値が、該切片の中央値を中心とする所
定範囲から外れている場合、特定の測定方向における測
定ポイントを含む所定範囲を除外した距離データを抽出
するものであることを特徴としている。上記構成の自走
式車輌によれば、データ抽出手段において、ノイズと成
り得る距離データを排除し、適正な距離データを抽出す
ることによって、走行路上における障害物の有無を精度
良く判断することが可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、一実施例を示す図面に基づ
いて、本発明を詳細に説明する。図１および図２に示す
如く、本発明に関わる自走式車輌１は、駆動機構や操舵
機構等(図示せず)の走行手段を具備する車輌本体１０
に、３台のレーザ距離測定装置１１，１２，１３を搭載
している。

【００２８】各レーザ距離測定装置１１，１２，１３
は、自走式車輌１が走行しようとする走行路面Ｇを、自
走式車輌１に対する左右方向(車幅方向)に一次元走査し
て、各々の走査線ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３上における各
ポイントまでの距離を測定するものである。

【００２９】なお、各々のレーザ距離測定装置１１，１
２，１３における構成は、図１５および図１６に示した
従来のレーザ距離測定装置Ｊと基本的に変わるところは
ないので、具体的な構成に関する詳細な説明は省略す
る。

【００３０】上記レーザ距離測定装置１１，１２，１３
は、車輌本体１０に立設した支柱に対して上下方向に並
ぶ態様で設置され、さらにレーザ距離測定装置１１，１
２，１３は、各々の走査面ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３が、
互いに平行を為す態様で設置されている。

【００３１】図３に示す如く、自走式車輌１は、上述し
たレーザ距離測定装置１１，１２，１３とともに、同期
信号発生装置１４、演算装置１５および車輌制御装置１
６を具備しており、各々のレーザ距離測定装置１１，１
２，１３は、上記同期信号発生装置１４からの同期信号
に基づいて、互いに同期して走行路面Ｇ上を一次元走査
する。

【００３２】また、演算装置１５は、後述するデータ抽
出手段２１，２２，２３、路面平均線算出手段３１，３
２，３３、路面断面形状算出手段４０および障害物判断
手段５０から構成され、レーザ距離測定装置１１，１
２，１３からの距離データに基づいて、障害物の有無の
判断および障害物の概略位置を算出するものである。

【００３３】さらに、車輌制御装置１６は、演算装置１
５の障害物認識装置５０により与えられた障害物の有無
および障害物の概略位置に基づいて、障害物を回避する
態様で車輌本体１０を走行制御するものである。

【００３４】上述した如き構成の自走式車輌１では、そ
の走行に際して、３台のレーザ距離測定装置１１，１
２，１３により、走行しようとする走行路面Ｇを左右方
向に一次元走査し、各々の走査線ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ
３上における各ポイントまでの距離を測定する。

【００３５】データ抽出手段２１，２２，２３では、レ
ーザ距離測定装置１１，１２，１３の一走査毎に、各距
離測定装置１１，１２，１３によって取得した距離デー
タから、後述する路面平均線の算出の際にノイズと成り
得る距離データを除去して適正な距離データのみを抽出
する。

【００３６】ここで、以下に詳述する如く、データ抽出
手段２１，２２，２３は、データの抽出に関して様々な
構成を採用することが可能である。なお、以下では１つ
のデータ抽出手段２１について説明するが、他のデータ
抽出手段２２，２３に関しても同様であることは言うま
でもない。

【００３７】データ抽出手段２１の一態様は、図４の
［Ｙ，Ｚ］極座標に示す如く、レーザ距離測定装置１１
の全走査範囲αｍにおける左右の所定領域を除外した範
囲αｎの距離データのみを抽出し、走査線ＳＬ１上にお
ける左右の端部における幾つかの距離データを除外する
ものである。

【００３８】このように、室内においては壁面、屋外に
おいては路肩を検出する頻度の高い走査線端部の幾つか
の距離データを除外することで、後述する路面平均線算
出手段３１において理想的な路面平均線を算出すること
ができる。

【００３９】また、データ抽出手段２１の一態様は、図
５の［Ｙ，Ｚ］極座標に示す如く、レーザ距離測定装置
１１による走査線ＳＬ１上の距離データ（○）を、測定
ピッチ角αｐの２倍以上の所定の角度毎に抽出するもの
である。

【００４０】すなわち、例えば測定ピッチ角αｐが 0.5
°の場合に、走査線ＳＬ１上の距離データを 1.0°毎に
間引いて抽出することで、後述する路面平均線算出手段
３１において算出される路面平均線の形状に悪影響を及
ぼすことなく、距離データ数の削減による処理速度の向
上を達成することができる。

【００４１】また、データ抽出手段２１の一態様は、レ
ーザ距離測定装置１１の走査による走査線ＳＬ１上の距
離データから、ｎ回前の走査に基づく障害物の有無の判
断結果において障害物がないと判断された走査範囲の距
離データのみを抽出するものである。

【００４２】このように、直前における障害物の判定結
果を参照して、障害物が存在する確率の高い捜査範囲の
距離データを除外することによって、路面平均線の形状
に悪影響を及ぼすことなく、距離データ数の削減による
処理速度の向上を達成することができる。

【００４３】また、データ抽出手段２１の一態様は、図
６の［α，Ｌ］極座標に示す如く、任意の測定方向ｉ
(αｉ)における測定ポイントまでの距離Ｌｉ、該測定ポ
イントの両隣りの測定ポイントまでの距離Ｌ_i-1、Ｌ_i+1
において、（Ｌ_i+1＋Ｌ_i-1）・Ｌｉ／（Ｌ_i+1・Ｌ_i-1）
の値が所定範囲から外れている場合、測定方向ｉにおけ
る測定ポイントを含む所定範囲、例えば測定方向ｉの測
定ポイントを挟んで隣り合う３個の距離データを除外し
て距離データを抽出するものである。

【００４４】すなわち、隣り合う３点の測定ポイント
が、ほぼ一直線上（極く緩やかな曲線上）に乗っていな
い場合には、測定方向ｉの測定ポイント周辺の距離デー
タを、標準から外れた距離データであると判断して除外
するものである。

【００４５】因みに、隣り合う３点の測定ポイントは、
［Ｚ，Ｙ］直交座標で表した場合、互いに一直線上に位
置するものであることは言うまでもない。

【００４６】また、データ抽出手段２１の一態様は、図
７(ａ)の［α，Ｌ］極座標に示す如く、レーザ距離測定
装置１１の走査範囲における右側の範囲において、測定
方向ｉ(αｉ)における測定ポイントまでの距離Ｌｉ、該
測定ポイントに対する両隣りの測定ポイントまでの距離
Ｌ_i-1、Ｌ_i+1において、（Ｌ_i-1−Ｌ_i+1）／Ｌｉの値が
所定範囲に達しない側に外れている場合、測定方向ｉよ
り右側外方の領域を除外して距離データを抽出するもの
である。

【００４７】さらに、図７(ｂ)の［α，Ｌ］極座標に示
すように、レーザ距離測定装置１１の走査範囲における
左側の範囲において、測定方向ｉ(αｉ)における測定ポ
イントまでの距離Ｌｉ、上記測定ポイントに対する両隣
りの測定ポイントまでの距離Ｌ_i-1、Ｌ_i+1において、
（Ｌ_i-1−Ｌ_i+1）／Ｌｉの値が所定範囲を越える側に外
れている場合、測定方向ｉより左側外方の領域を除外し
た距離データを抽出するものである。

【００４８】すなわち、［α，Ｌ］極座標系では、隣り
合う３点の測定ポイントにおいて、走査範囲の中央寄り
の２点間の勾配に対して、捜査範囲の外側の２点間の勾
配が大きくなることから、中央寄りの２点間の勾配に対
して、外側の２点間の勾配が所定の値より小さい場合に
は、測定方向ｉより外方の領域の距離データを、標準か
ら外れた距離データであると判断して除外するものであ
る。因みに、［Ｚ，Ｙ］直交座標において、隣り合う３
箇所の測定ポイントは、一直線上に位置することは言う
までもない。

【００４９】また、データ抽出手段２１の一態様は、
［α，Ｌ］極座標（図６，図７参照）において、任意の
測定方向ｉにおける測定ポイントまでの距離Ｌｉ、およ
び上記測定ポイントの両隣りの測定ポイントまでの距離
の３回微分値（ｄ３Ｌｉ）が、所定範囲から外れている
場合には、測定方向ｉにおける測定ポイントを含む所定
範囲、例えば測定方向ｉの測定ポイントを挟んで隣り合
う３個の距離データを除外して距離データを抽出するも
のである。

【００５０】すなわち、隣り合う３点の測定ポイント
が、ほぼ一直線上に乗っていない場合には、測定方向ｉ
の測定ポイント周辺の距離データを、標準から外れた距
離データであると判断して除外するものである。

【００５１】また、データ抽出手段２１の一態様は、
［α，Ｌ］極座標（図６，図７参照）において、測定方
向ｉにおける測定ポイントまでの距離Ｌｉ、測定ポイン
トに対する両隣りの測定ポイントまでの距離Ｌ_i-1、Ｌ
_i+1において、（Ｌ_i+1＋Ｌ_i-1）／Ｌｉの値が所定範囲
から外れている場合、測定方向ｉにおける測定ポイント
を含む所定範囲、例えば測定方向ｉの測定ポイントを挟
んで隣り合う３個の距離データを除外して距離データを
抽出するものである。

【００５２】すなわち、隣り合う３点の測定ポイント
が、ほぼ一直線上（極く緩やかな曲線上）に乗っていな
い場合には、測定方向ｉの測定ポイント周辺の距離デー
タを、標準から外れた距離データであると判断して除外
するものである。

【００５３】また、データ抽出手段２１の一態様は、図
８の［Ｙ，Ｚ］直交座標に示すように、任意の測定方向
ｉにおける測定ポイントの距離Ｚｉ、および上記測定ポ
イントの両隣りの測定ポイントの距離Ｚ_i-1、Ｚ_i+1の１
回微分値（ｄ１zi）が、これら１回微分値（ｄ１zi）の
中央値（ｄ１ｚ_median）を中心とする所定範囲から外れ
ている場合には、測定方向ｉにおける測定ポイントを含
む所定範囲、例えば測定方向ｉの測定ポイントを挟んで
隣り合う３個の距離データを除外して距離データを抽出
するものである。

【００５４】すなわち、隣り合う３点の測定ポイント
が、所定の傾斜を有する直線上に乗っていない場合に
は、測定方向ｉの測定ポイント周辺の距離データを、標
準から外れた距離データであるとして除外するものであ
る。因みに、隣り合う３個の距離データの傾斜は、（Ｚ
_i+1−Ｚ_i-1）／（Ｙ_i+1−Ｙ_i-1）で表すことができる。

【００５５】また、データ抽出手段２１の一態様は、図
９の［Ｙ，Ｚ］直交座標に示すように、任意の測定方向
ｉにおける測定ポイントの距離Ｚｉ，Ｙｉ、該測定ポイ
ントの両隣りの測定ポイントの距離Ｚ_i-1，Ｙ_i-1、およ
びＺ_i+1，Ｙ_i+1において、Ｚ軸との切片ａｉ、すなわち
（Ｙ_i+1・Ｚ_i-1−Ｙ_i-1・Ｚ_i+1）／（Ｙ_i+1−Ｙ_i-1）の
値が、これら切片ａｉの中央値（ａｉ_median）を中心と
する所定範囲から外れている場合には、測定方向ｉにお
ける測定ポイントを含む所定範囲、例えば測定方向ｉの
測定ポイントを挟んで隣り合う３個の距離データを除外
して距離データを抽出するものである。

【００５６】すなわち、隣り合う３点の測定ポイントの
傾斜の度合いが、所定の範囲に収まっていない場合に
は、測定方向ｉの測定ポイント周辺の距離データを、標
準から外れた距離データであると判断して除外するもの
である。

【００５７】また、データ抽出手段２１の一態様は、
［Ｙ，Ｚ］直交座標（図８および図９参照）において、
任意の測定方向ｉにおける測定ポイントの距離Ｚｉ，Ｙ
ｉ、該測定ポイントの両隣りの測定ポイントの距離Ｚ
_i-1，Ｙ_i-1、およびＺ_i+1，Ｙ_i+1に関し、１回微分値
（ｄ１zi）が中央値（ｄ１ｚ_median）を中心とする所定
範囲に収まっているか否かの結果と、Ｚ軸との切片（ａ
ｉ）が中央値（ａｉ_median）を中心とする所定範囲に収
まっているか否かの結果とに基づいて、測定方向ｉの測
定ポイント周辺の距離データが、標準から外れた距離デ
ータであると判断された場合には、例えば測定方向ｉの
測定ポイントを挟んで隣り合う３個の距離データを除外
して距離データを抽出するものである。

【００５８】また、データ抽出手段２１の一態様は、
［Ｙ，Ｚ］直交座標（図８参照）において、任意の測定
方向ｉにおける測定ポイントまでの距離Ｚｉ、および該
測定ポイントの両隣りの測定ポイントまでの距離
Ｚ_i-1、Ｚ_i+1の２回微分値（ｄ２zi）が、所定範囲から
外れている場合には、測定方向ｉにおける測定ポイント
を含む所定範囲、例えば測定方向ｉの測定ポイントを挟
んで隣り合う３個の距離データを除外して距離データを
抽出するものである。

【００５９】すなわち、隣り合う３点の測定ポイント
が、所定の曲率の緩やかな曲線上に乗っていない場合に
は、測定方向ｉの測定ポイント周辺の距離データを、標
準から外れた距離データであると判断して除外するもの
である。

【００６０】また、データ抽出手段２１の一態様として
は、上述した様々なデータ抽出の手法を適宜に組合せる
ことによって、後述する路面平均線の算出の際にノイズ
と成り得る距離データを除去して適正な距離データのみ
を抽出するものである。

【００６１】以上、詳述した如く、データ抽出手段２
１，２２，２３によって、各々のレーザ距離測定装置１
１，１２，１３により取得した距離データから適正な距
離データを抽出したのち、これら抽出された距離データ
を用いて、路面平均線算出手段３１，３２，３３によ
り、図１０に示す如く各レーザ距離測定装置１１，１
２，１３における路面平均線ＡＬ１，ＡＬ２，ＡＬ３を
算出する。

【００６２】ここで、各々の路面平均線ＡＬ１，ＡＬ
２，ＡＬ３は、抽出した距離データを［α，Ｌ］極座標
系おいて多項式近似することにより算出されるものであ
る。

【００６３】因みに、［α，Ｌ］極座標系に換えて、
［Ｙ，Ｚ］直交座標系、あるいは他の［α，Ｚ］座標系
や［Ｙ，Ｌ］座標系において多項式近似することによっ
ても、各々の路面平均線ＡＬ１，ＡＬ２，ＡＬ３を算出
することが可能である。

【００６４】なお図１０は、図１１および図１２に示す
如く、自走式車輌１が走行しようとする走行路面Ｇに上
り勾配が有る場合の、レーザ距離測定装置１１，１２，
１３による距離データ(○)と、各々の各路面平均線ＡＬ
１，ＡＬ２，ＡＬ３とを示す［α，Ｌ］極座標である。

【００６５】各レーザ距離測定装置１１，１２，１３に
対応する、各路面平均線ＡＬ１，ＡＬ２，ＡＬ３を算出
したのち、特定の測定方向ｉにおける、レーザ距離測定
装置１１，１２，１３から、対応する路面平均線ＡＬ
１，ＡＬ２，ＡＬ３までの距離Ｓ₁Ｒ₁，Ｓ₂Ｒ₂，Ｓ₃Ｒ₃
と、図１１に示すレーザ距離測定装置１１，１２，１３
同士の間隔Ｈ₁₁，Ｈ₁₂，Ｈ₁₃とを用い、路面断面形状算
出手段４０（図３参照）によって、図１２に示す点Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３を通る曲線、すなわち測定方向ｉにおけ
る走行路面Ｇの断面形状を多項式近似の手法により算出
する。

【００６６】言い換えれば、レーザ距離測定装置から路
面平均線間での距離と、レーザ距離測定装置同士の間を
変数とする多項式によって、走行路面の断面形状を表現
するものである。

【００６７】路面断面形状算出手段４０によって、所定
方向ｉにおける走行路面Ｇの断面形状を算出したのち、
障害物判断手段５０において、図１２に示す如くレーザ
距離測定装置１１で測定した所定方向ｉの距離Ｌｉに対
する間隔Ｈｉを求める。

【００６８】ここで、各々のレーザ距離測定装置１１，
１２，１３は、その走査面ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３が互
いに平行となるよう設置されているので、上述の如く求
められた間隔Ｈｉは、図１２中における障害物Ｗの高さ
Ｐ₁Ｑと等しい値となる。

【００６９】例えば、２台のレーザ距離測定装置で処理
する場合には、レーザ距離測定装置１１とレーザ距離測
定装置１２との走査に着目すると、図１２に示す点Ｒ１
と点Ｒ２とを通る直線、つまり走行路面Ｇの断面形状は
距離Ｓ₁Ｒ₁，Ｓ₂Ｒ₂と、レーザ距離測定装置１１とレー
ザ距離測定装置１２との間隔Ｈ₁₁(=０),Ｈ₁₂とを用い
て、距離Ｌと間隔Ｈとを変数とする関数、Ｈ＝Ｈ₁₂・
（Ｌ−Ｓ₁Ｒ₁）／（Ｓ₂Ｒ₂−Ｓ₁Ｒ₁）で表わすことがで
きる。

【００７０】従って、障害物Ｗの高さＰ₁Ｑ（Ｈ_i）は、
上記関数において変数ＬにＬ１ｉを代入することで、Ｈ
_i＝Ｈ₁₂・(Ｌ１_i−Ｓ₁Ｒ₁）／（Ｓ₂Ｒ₂−Ｓ₁Ｒ₁）を得
る。

【００７１】因みに、３台のレーザ距離測定装置１１，
１２，１３のうち、２台のレーザ距離測定装置１１とレ
ーザ距離測定装置１２との走査を着目した場合、図１２
中の△Ｐ₁Ｒ₁Ｑと△Ｐ₂Ｒ₂Ｑとが相似形になることか
ら、上述したＳ₁Ｒ₁，Ｓ₂Ｒ₂，Ｈ₁₂、およびＬ１_i によ
って、障害物Ｗの高さＰ₁Ｑ(Ｈｉ）を求め得ることが理
解できる。

【００７２】なお、レーザ距離測定装置１１による距離
データに代えて、他のレーザ距離測定装置１２あるいは
レーザ距離測定装置１３によって測定した距離データを
使用することでも、障害物Ｗの高さを求めることが可能
である。

【００７３】障害物判断手段５０においては、上述の如
く障害物Ｗの高さを求めた後、この障害物Ｗの高さが自
走式車輌１の走行を妨げるものであるか否かを判定する
とともに、走行困難と判断された障害物Ｗの概略位置を
算出する。

【００７４】また、障害物判断手段５０においては、走
行路面Ｇに障害物が存在しない場合でも、走行しようと
する走行路面Ｇに昇り勾配／下り勾配が有る場合には、
路面断面形状算出手段４０によって求められた断面形状
に基づいて、その勾配が自走式車輌１の走行を妨げるも
のであるか否かを判定するとともに、障害物と判断され
た走行路面Ｇにおける勾配の概略位置を算出する。

【００７５】演算装置１５の障害物判断手段５０によっ
て、障害物の概略位置が算出された場合、車輌制御装置
１６によって、自走式車輌１は障害物を回避する態様で
走行制御され、これにより自走式車輌１は、走行路面Ｇ
上をスムーズに走行することとなる。

【００７６】なお、上述した自走式車輌１においては、
３台のレーザ距離測定装置（１１〜１３）を設置してい
るが、レーザ距離測定装置の設置台数は、所望する障害
物の検出精度等、種々の条件に基づいて適宜に設定し得
るものであることは言うまでもない。

【００７７】また、複数台のレーザ距離測定装置におけ
る設置間隔や、各レーザ距離測定装置における走査面の
俯角等、さらには各レーザ距離測定装置の車輌本体に対
する前後方向および左右方向の設置位置に関しても、種
々の条件に基づいて適宜に設定し得るものであることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる自走式車輌を示す全体斜視図。

【図２】本発明に関わる自走式車輌を示す全体側面図。

【図３】本発明に関わる自走式車輌のシステム概要を示
すブロック図。

【図４】本発明の自走式車輌による距離データの抽出態
様を示す直交座標。

【図５】本発明の自走式車輌による距離データの抽出態
様を示す直交座標。

【図６】本発明の自走式車輌による距離データの抽出態
様を示す極座標。

【図７】(ａ)および(ｂ)は、本発明の自走式車輌による
距離データの抽出態様を示す極座標。

【図８】本発明の自走式車輌による距離データの抽出態
様を示す直交座標。

【図９】本発明の自走式車輌による距離データの抽出態
様を示す直交座標。

【図１０】本発明の自走式車輌により測定した距離デー
タと路面平均線とを示す図。

【図１１】本発明の自走式車輌による路面断面形状およ
び障害物の検出態様を示す模式図。

【図１２】本発明の自走式車輌による路面断面形状およ
び障害物の検出態様を示す模式図。

【図１３】二次元走査を行なう距離測定装置を搭載した
従来の自走式車輌を示す外観斜視図。

【図１４】二次元走査を行なう距離測定装置の構成を示
す概念図。

【図１５】一次元走査を行なう距離測定装置を搭載した
従来の自走式車輌を示す外観斜視図。

【図１６】一次元走査を行なう距離測定装置の構成を示
す概念図。

【図１７】従来の自走式車輌における障害物の検出態様
を示す模式図。

【図１８】従来の自走式車輌における障害物の検出態様
を示す模式図。

【図１９】従来の自走式車輌において測定した距離デー
タと路面平均線とを示す図。

【図２０】(ａ)および(ｂ)は、従来の自走式車輌におい
て車輌と障害物とが同一平面上にない場合の障害物の検
出態様を示す模式図。

【符号の説明】

１…自走式車輌、１０…車輌本体、１１，１２，１３…レーザ距離測定装置（距離測定装
置）、１４…同期信号発生装置、１５…演算装置、１６…車輌制御装置、２１，２２，２３…データ抽出手段、３１，３２，３３…路面平均線算出手段、４０…路面断面形状算出手段、５０…障害物判断手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行手段を備えた車輌本体と、上記車輌本体に設けられ、進行方向前方の走行路面を車
幅方向に一次元走査して走行路面との距離を測定し、か
つ走査面が互いに平行しているとともに互いに同期して
走査を実施する複数の距離測定装置と、各距離測定装置により取得した距離データから、適正な
距離データを抽出するデータ抽出手段と、データ抽出手段により抽出された距離データを用いて、
障害物が存在しない走行路面と各距離測定装置における
走査面との交線である路面平均線を算出する路面平均線
算出手段と、各距離測定装置から各距離測定装置に対応する路面平均
線までの距離、および各距離測定装置の設置間隔に基づ
いて、走査範囲の所定方向における走行路面の断面形状
を算出する路面断面形状算出手段と、路面断面形状算出手段により算出された所定方向におけ
る走行路面の断面形状、および１個の距離測定装置によ
り測定した所定方向の距離データに基づいて障害物の高
さを算出し、走行路面の傾斜あるいは障害物の高さによ
り走行の可否を判断するとともに、走行困難と判断した
障害物の概略位置を算出する障害物判断手段と、障害物判断手段により算出された障害物の概略位置に基
づいて、障害物を回避する態様で車輌本体を走行制御す
る車輌制御装置と、を具備して成ることを特徴とする自走式車輌。
【請求項２】データ抽出手段は、距離測定装置の全走
査範囲における左右の所定領域を除外した距離データを
抽出するものであることを特徴とする請求項１記載の自
走式車輌。
【請求項３】データ抽出手段は、距離測定装置におけ
る測定ピッチ角の２倍以上の所定の角度毎に、距離デー
タを抽出するものであることを特徴とする請求項１記載
の自走式車輌。
【請求項４】データ抽出手段は、距離測定装置による
ｎ回前の走査に基づく障害物の有無の判断結果におい
て、障害物がないと判断された走査範囲における距離デ
ータを抽出することを特徴とする請求項１記載の自走式
車輌。
【請求項５】データ抽出手段は、［α，Ｌ］極座標系
において、距離測定装置から測定方向ｉにおける測定ポ
イントまでの距離Ｌｉ、上記測定ポイントの両隣りの測
定ポイントまでの距離Ｌ_i-1、Ｌ_i+1において、（Ｌ_i+1
＋Ｌ_i-1）・Ｌｉ／（Ｌ_i+1・Ｌ_i-1）の値が所定範囲か
ら外れている場合、測定方向ｉにおける測定ポイントを
含む所定範囲を除外した距離データを抽出するものであ
ることを特徴とする請求項１記載の自走式車輌。
【請求項６】データ抽出手段は、［α，Ｌ］極座標系
において、距離測定装置から測定方向ｉにおける測定ポ
イントまでの距離Ｌｉ、上記測定ポイントの両隣りの測
定ポイントまでの距離Ｌ_i-1、Ｌ_i+1において、（Ｌ_i+1
＋Ｌ_i-1）／Ｌｉの値が所定範囲から外れている場合、
測定方向ｉにおける測定ポイントを含む所定範囲を除外
した距離データを抽出するものであることを特徴とする
請求項１記載の自走式車輌。
【請求項７】データ抽出手段は、［Ｙ，Ｚ］直交座標
系において、距離測定装置から測定方向ｉにおける測定
ポイントまでの距離Ｚｉ、および該測定ポイントの両隣
りの測定ポイントまでの距離Ｚ_i-1、Ｚ_i+1の１回微分値
が、該１回微分値の中央値を中心とする所定範囲から外
れている場合、測定方向ｉにおける測定ポイントを含ん
だ所定範囲を除外した距離データを抽出するものである
ことを特徴とする請求項１記載の自走式車輌。
【請求項８】データ抽出手段は、［Ｙ，Ｚ］直交座標
系において、距離測定装置から測定方向ｉにおける測定
ポイントの距離Ｚｉ，Ｙｉ、上記測定ポイントの両隣り
の測定ポイントの距離Ｚ_i-1，Ｙ_i-1、およびＺ_i+1，Ｙ
_i+1において、Ｚ軸との切片ａｉ＝（Ｙ_i+1・Ｚ_i-1−Ｙ
_i-1・Ｚ_i+1）／（Ｙ_i+1−Ｙ_i-1）の値が、該切片の中央
値を中心とする所定範囲から外れている場合、測定方向
ｉにおける測定ポイントを含む所定範囲を除外した距離
データを抽出するものであることを特徴とする請求項１
記載の自走式車輌。