JP2002514806A - 障害物認識機能を有する自律ナビゲーションシステム - Google Patents

障害物認識機能を有する自律ナビゲーションシステム

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JP2002514806A
JP2002514806A JP2000548787A JP2000548787A JP2002514806A JP 2002514806 A JP2002514806 A JP 2002514806A JP 2000548787 A JP2000548787 A JP 2000548787A JP 2000548787 A JP2000548787 A JP 2000548787A JP 2002514806 A JP2002514806 A JP 2002514806A
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obstacle
autonomous navigation
navigation system
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sensor signal
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リヒト，ウルリッヒ
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ゲーエムデー−フォルシュングスチェントルム インフォマーションズテクニク ゲーエムベーハー
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0227—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using mechanical sensing means, e.g. for sensing treated area

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 障害物の認識機能を有する自律ナビゲーションシステムまたは自律ナビゲーション用の障害物取り扱い方法は、移動方向にプレストレストされ且つプレストレスト力に抗して移動可能である接触要素（３；１０３）と、接触要素（３；１０３）の位置の変化を測定する検出器（４；１０４）とを有するセンサと、このセンサ（２；１０２）に接続されており、センサ信号が限界値（ＵG）以上であるときにシステム（１）を停止させ、センサ信号が限界値（ＵG ）未満であるときにシステム（１）を停止させるか、障害物（５）の周囲を移動させるか、または移動し続けさせることによって障害物（５）を移動させる評価デバイスとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は障害物認識機能を有する自律ナビゲーションシステムに関し、特に障
害物を分類するように適応されたインテリジェントな障害物認識機能を有する自
律ナビゲーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自律ナビゲーションシステムは人間の運転者なしで移動するので、自律ナビゲ
ーションシステムが走行径路中の障害物によって阻止されることを避けるために
、そのようなシステムにはセンサ技術が設けられていなければならない。これを
達成するために、障害物は先ず認識されなければならない。これは通常はレーダ
ーまたは接触センサのようなセンサ、または画像処理システムの使用によって行
なわれる。障害物に当たったときにナビゲーションシステムは停止されると共に
、通常は回避動作が自律システムと障害物との間の衝突を回避するために開始さ
れる。自律ナビゲーションシステムは、全ての障害物がその上に印されている仮
想地図上にそれが通過する地形をコピーする。この仮想地図は消滅した障害物、
または新しく生じた障害物が印されるように、センサデータによって常に更新さ
れる。同じ位置及び方向にある各障害物は、センサ検出の回数を示す固定値に関
連付けられるであろう。このようにして、長期間のプロセスにおいて、ナビゲー
ションシステムは幾分かは壁のような動かない障害物を学習する事が出来る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は移動可能な障害物を扱うことに関して自律ナビゲーションシス
テムを改良することにある。 本発明によれば、この目的は請求項１の特長によって解決される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の自律ナビゲーションシステムは、移動の方向にプレストレストされて
おり且つプレストレスト力に抗して移動可能であって障害物に接触する接触要素
と、接触要素の位置の変化を測定する検出器とを有するセンサを備えている。本
発明の場合、位置の変化は少なくとも接触要素の一部がたとえば変位または変形
によって移動するということを意味する。センサは、位置の変化によるセンサ信
号を評価デバイスに与える。評価デバイスは、センサ信号が限界値以上のときに
障害物をシステムによって移動させることができないと特徴付ける第１障害物信
号と、センサ信号が限界値未満のときに障害物をシステムによって移動させるこ
とができると特徴付ける第２障害物信号とを与える。第１障害物信号の場合、シ
ステムは停止できるか、または障害物の周囲を移動できる。第２障害物信号の場
合、システムは移動し続けることによって障害物を移動させる追加の選択がある
。この種の障害物の認識は自律ナビゲーションシステムが直接、即ち学習の長い
プロセスなしに、障害物をシステムによって移動させることができるか否かを認
識するという利点を有する。このようにして、障害物は自律システムによる最初
の検出で直ちに類別される。更に、移動させ得る障害物であるかまたは移動させ
ることができない障害物であるのかについてのみでなく、それが自律ナビゲーシ
ョンシステムによって移動させることができるか否かについても決定される。こ
のことは、活動範囲を増加し、それによってこのような自律ナビゲーションシス
テムの適用範囲を増加する。
【０００５】 システムの弱い牽引力のみを与える地盤条件において、システムのデバイスは
一時的に地盤との接触を失う事態を発生するが、これは接触要素の解放を招来し
、その結果、障害物を移動させることができるという仮定に結び付く。このよう
な解釈を避けるために、評価デバイスにはシステムの牽引動作に関する命令を与
える追加のセンサ技術が設けられている。
【０００６】 好ましいことに、評価デバイスはセンサ信号曲線のメモリーを含む。現在測定
されているセンサ信号曲線をメモリーに記憶されたセンサ信号曲線と比較するこ
とにより、異なる障害物を区別、即ち類別することができる。移動可能な障害物
については、接触要素から障害物に移された力が障害物の静止摩擦を克服するに
十分になるまで、接触要素は一般的にプレストレスト力に抗して移動される。次
いで、障害物がより少ない滑り摩擦で移動するので、その力はシステムと障害物
との間で若干減少するであろう。静止摩擦が克服されたときに到達された最高振
幅の部分、またはセンサ信号曲線の滑り摩擦部分の平均振幅は、このような曲線
の比較に適している。このシステムによって移動させることができない障害物に
ついては、その障害物が弾性的に変形可能であるか否かは、たとえば限界値まで
立ち上がる信号の径路から決定されるであろう。もしセンサ信号が直線的に増加
しなければ、障害物は弾性的に変形可能である。
【０００７】 センサは、少なくとも接触要素の一部が移動方向に横断する向きに配置されて
いて可撓性を有し、接触要素の可撓部分は検出器として抵抗線歪み計が設けられ
るように構成されるであろう。接触要素それ自身はプレストレスト力を使用する
ので、このことは比較的単純且つ堅牢な機械的構造を与えるであろう。接触要素
は、障害物に遭遇する領域において、一方ではセンサに働く機械的ストレスを低
減し、他方では接触要素の大きな撓みを抵抗線歪み計の測定範囲に低減し、また
は異なる重さの障害物またはシステムの異なる速度への適応性を与える弾性的に
変形可能なダンピング要素を設けることができる。
【０００８】 別の実施例では、接触要素の位置の変化は、通常障害物がそれに対して当たる
であろう接触要素から敏感な検出器が完全に分離されている、という点で有利な
たとえば光センサによって非接触で測定できる。このことはまた、障害物とより
激しい衝突を受けることができるセンサに特に堅牢な構造を与える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
下記は、図面を参照した本発明のいくつかの実施例の詳細な記述である。
【００１０】 図１乃至図３ａを参照して、本発明に係る自律ナビゲーションシステム１の動
作について先ず説明する。自律ナビゲーションシステム１は、自律ナビゲーショ
ンシステム１がその上で移動する地面に平行な平面内でシステム１の外側輪郭の
周辺に配置されたセンサ２を有する。各センサは、障害物との接触領域に配置さ
れ、且つプレストレスされ、それぞれの移動方向に移動可能な接触要素３より成
る。ここで、各センサ２に関連する方向はシステム１が移動する方向であり、そ
れぞれのセンサは、移動方向から見た自律ナビゲーションシステム１の前面に配
置されている。更に、センサ２は、自律ナビゲーションシステム１内に固定して
配置され、検出器４に対する接触要素３の位置の変化を検出する検出器４を有す
る。
【００１１】 記述された実施例では、システム１の主移動方向に位置された、４個のみのセ
ンサ２または接触要素３が図示されている。この分布状態は、自律ナビゲーショ
ンシステム１の外側輪郭の周辺に複数のセンサ２を分布することによって、より
精巧にすることができる。
【００１２】 図１において、自律ナビゲーションシステム１は障害物５と丁度接触している
。この場合、障害物５は、それが固定されていないとすると、システム１の移動
方向に開けることができるドアである。前方の接触要素３ａが障害物５に接触す
るや否や、検出器４は接触要素３ａの位置の変化を検出し、その後センサ２は評
価デバイス（図示せず）にセンサ信号を与える。評価デバイスは、システム１の
移動に影響を与えることができる。しかし、システムは最初は同じ方向へ移動を
継続し、接触要素３ａをプレストレスト力に抗して、移動方向とは反対の方向へ
移動させる。
【００１３】 センサ２は図１ａのグラフに表されるセンサ信号値を継続的に提供する。セン
サ信号値は、時間に対する電圧値としてプロットされている。センサ信号値は、
接触要素３ａの位置の変化量に伴って増加する。接触要素が障害物と接触しない
とき、それは、プレストレスト力の量によって決定される休止位置である。障害
物との接触時、接触要素３はこの休止位置から移動させられ、センサ信号値は、
それが最大撓みにおける限界設定手段によって停止させられるまで増加する。セ
ンサ信号の限界値ＵG は、この最大撓みの直前に位置するように選択される。
【００１４】 図１及び図１ａは自律ナビゲーションシステム１と障害物５との間の接触の開
始を示すに過ぎないため、自律ナビゲーションシステム１は、ドア状の障害物５
がシステム１によって開くことができるか、即ちセンサ信号が限界値ＵG よりも
下に留まるか、またはドアがシステム１によって開くことができずに、限界値Ｕ G よりも高いセンサ信号値に落ち着くかについて、依然として確かではない。
【００１５】 図２及び図２ａに図示されている場合、自律ナビゲーションシステム１の駆動
力は障害物５を移動させる、即ちドアを開けるのに十分に強い。図２ａはシステ
ム１によって移動されるべき障害物５についてのセンサ信号曲線の典型的な径路
を示す。時刻ｔB までは、障害物５の静止摩擦がｔB において克服されるまでセ
ンサ信号は上昇し、そこで障害物５は移動を開始する。時刻ｔB におけるセンサ
信号の最大値ＵB はセンサ信号の限界値ＵG よりも低い。
【００１６】 システム１が障害物５を移動させ始めた後、即ち時刻ｔB の後、障害物５は小
さな抵抗、即ち静止摩擦の代わりに滑り摩擦によって与えられる抵抗のみを障害
物５と接触要素３ａで接触するシステム１に与えるので、プレストレスト力は接
触要素３ａをシステム１の移動方向へ僅かに移動させる。図２ａに図示されたセ
ンサ信号曲線は、時刻ｔB 後のより低い平均値付近の振動が続くセンサ信号値の
最初の低下によってこのことを表す。これらの振動は、滑り摩擦の多少不規則な
大きさによって惹起される。
【００１７】 障害物５の移動の開始とセンサ信号値と滑り摩擦相における振動パターンとを
特徴付けるセンサ信号の時刻ｔB 及び値ＵB の双方は、障害物５の重量と、障害
物５が動かされる表面の状態及び障害物との間の摩擦状態とに依存する。従って
、障害物はセンサ信号曲線を使用して類別されるであろう。その一つが、図２ａ
に例示されている。もしこれらのセンサ信号曲線が自律システム１に記憶される
ならば、障害物が自律ナビゲーションシステム１によって移動させることができ
るか否かを決定することができるのみでなく、どの障害物クラスにそれが属する
かを決定することができるか、または障害物がもし以前に類別されていたならば
正確に識別することができる
【００１８】 図３及び図３ａは、自律ナビゲーションシステム１が障害物５を移動させるこ
とができない、即ちバーで固定されているドアを開けられない場合を示している
。この場合、システム１は、接触要素３ａが更に撓まされる状態で休止位置から
センサ信号が限界値ＵG に到達するまで、障害物５に向かって移動する。このこ
とは障害物を移動させることができないことが確かである時刻ｔu で発生する。
限界値ＵG は、接触要素３ａがその限界を有する測定された値よりも低くなるよ
うに、適切に設定される。限界値ＵG に到達したとき、評価デバイスはシステム
を停止するか、またはシステム１に障害物５の周囲を別の径路で移動させる。
【００１９】 図４はセンサ２の第１実施例を示す。センサ２の接触要素３は、移動方向を横
断する方向に配置され、移動方向に摺動可能な縦支持物７に取り付けられたレイ
ル６を有する。縦支持物７は、次に移動方向に横向きに配置された横支持物８に
遷移する。縦支持物７の反対側の端部で、横支持物８は自律ナビゲーションシス
テム１にしっかりと係留されている。縦支持物７と横支持物８との遷移部分に抵
抗線歪み計の形式の検出器４が設けられている。検出器４は移動方向に向けられ
ている横支持物８の表面に配置されている。
【００２０】 システム１が障害物５に遭遇したとき、縦支持物７は走行方向の反対側、即ち
図上で左へ移動され、横支持物８を左側へ撓ませる。この撓みにより抵抗線歪み
計は引き伸ばされ、センサ信号を上昇させる。障害物が消滅したとき、または静
止摩擦が克服されたとき、接触要素３は変形された横支持物によって加えられる
プレストレスト力により移動方向の後方へ、即ち右へ移動する。レイル６の前面
、即ち移動方向に向けられた表面に、たとえば多孔質ラバー製の弾性的に変形可
能なダンピング要素９が、衝突衝撃を緩和すると共に大きな撓みを抵抗線歪み計
の測定範囲内に低減するために取り付けられている。
【００２１】 図５を参照して、センサ１０２の第２実施例が記述されるであろう。センサ１
０２の接触要素１０３もまた、縦支持物１０７に取り付けられたレイル１０６を
有する。レイル１０６の前面にはまた、弾性的に変形するダンピング要素１０９
が設けられている。縦支持物１０７の第２端部には、先端が固定されておらず、
縦支持物１０７と共にシステム１の移動方向へ移動可能なアーム１０８が設けら
れている。アーム１０８は、移動方向に平行に配置された光センサストリップの
形式の検出器１０４用の基準として機能する。接触要素１０３は、アーム１０８
とシステム１に関して静止している点とに結び付けられたスプリング１１０によ
ってプレストレスされている。自律ナビゲーションシステム１がその接触要素１
０３によって障害物に当たったとき、接触要素１０３は走行方向に抗して、即ち
左に変形され、位置の変化は光センサストリップによって検出される。もし、障
害物が存在しないかまたは障害物の静止摩擦が克服されれば、接触要素１０３は
スプリング１１０の復原力により移動方向、即ち右へ駆動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 障害物に到達した自律ナビゲーションシステムを示す図である。
【図１ａ】 対応するセンサ信号曲線を示す図である。
【図２】 システムによって移動させることができる障害物と自律ナビゲーションシステ
ムとを示す図である。
【図２ａ】 対応するセンサ信号曲線を示す図である。
【図３】 システムによって移動させることができない障害物と自律ナビゲーションシス
テムとを示す図である。
【図３ａ】 対応するセンサ信号曲線を示す図である。
【図４】 センサの第１実施例を示す図である。
【図５】 センサの第２実施例を示す図である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動方向にプレストレストされ、プレストレスト力に抗して
    移動可能な接触要素（３；１０３）と、該接触要素（３；１０３）の位置の変化
    を測定し、その位置の変化に依存してセンサ信号を与える検出器（４；１０４）
    とを有するセンサ（２；１０２）と、 センサ信号が限界値（ＵG ）以上のときに移動させることができない障害物（
    ５）を表す第１障害物信号を与え、センサ信号が限界値（ＵG ）未満のときに移
    動させることができる障害物（５）を表す第２障害物信号を与える前記センサ（
    ２；１０２）に接続され、前記第１障害物信号に応じて停止するかまたは前記障
    害物（５）の周囲を移動し、前記第２障害物信号に応じて移動し続けて前記障害
    物（５）を移動させる追加の選択を有する評価デバイスと を備えたことを特徴とする障害物認識機能を有する自律ナビゲーションシステ
    ム。
  2. 【請求項２】 前記評価デバイスは、複数の障害物（５）を類別するために
    センサ信号曲線を記憶したメモリーを有し、測定されたセンサ信号曲線が記憶さ
    れたセンサ信号曲線と比較されるべくなしてあることを特徴とする請求項１に記
    載の自律ナビゲーションシステム。
  3. 【請求項３】 前記接触要素（３）の少なくとも一部は移動方向を横断する
    方向に配置されていて可撓性を有し、 前記接触要素（３）は検出器（４）としての抵抗線歪み計が設けられているこ
    と を特徴とする請求項１または２に記載の自律ナビゲーションシステム。
  4. 【請求項４】 弾性的に変形可能なダンピング要素（９）が、前記接触要素
    （３）の障害物が接触する部分に配置されていることを特徴とする請求項３に記
    載の自律ナビゲーションシステム。
  5. 【請求項５】 前記接触要素（１０３）の位置の変化が非接触で測定される
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の自律ナビゲーションシステム。
  6. 【請求項６】 障害物（５）との接触時に自律ナビゲーションシステム（１
    ）との間の力を測定するステップと、 その力に基づいて前記障害物（５）を その力が限界値（ＵG ）よりも大きい場合に、前記障害物（５）は前記自律 ナビゲーションシステム（１）によって移動させることができないと認識し、 その力が限界値（ＵG ）よりも小さい場合に、前記障害物（５）は前記自律 ナビゲーションシステム（１）によって移動させることができると認識し 分類するステップと、 前記障害物（５）を移動させることができないと認識された場合は、前記自律
    ナビゲーションシステム（１）を停止させるか、または前記障害物（５）の周囲
    を移動させるステップと、 前記障害物（５）を移動させることができると認識された場合は、前記自律ナ
    ビゲーションシステム（１）を停止させるか、前記障害物（５）の周囲を移動さ
    せるか、または前記自律ナビゲーションシステム（１）を移動し続けることによ
    って前記障害物（５）を移動させるステップと を含むことを特徴とする移動方向へ移動する自律ナビゲーションシステム用の
    障害物を取り扱う方法。
JP2000548787A 1998-05-13 1999-05-12 障害物認識機能を有する自律ナビゲーションシステム Pending JP2002514806A (ja)

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DE19821306A DE19821306C2 (de) 1998-05-13 1998-05-13 Autonom navigierendes System mit Hinderniserkennung
DE19821306.9 1998-05-13
PCT/EP1999/003258 WO1999059043A1 (de) 1998-05-13 1999-05-12 Autonom navigierendes system mit hinderniserkennung

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EP (1) EP1086410B1 (ja)
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