JP2010152835A - 無人移動体システム - Google Patents

Abstract

【課題】高い移動速度であっても、無人移動体の移動を容易確実に指示できるようにする。
【解決手段】
移動領域内の測距データを取得するための測距部、及び移動のための駆動機構を搭載した無人移動体と、その測距部によって取得した測距データに基づく移動領域の画像を表示する表示部、及びその表示部に表示された移動領域の画像に基づいて、無人移動体を遠隔操作する遠隔操作装置とを有する無人移動体システムにおいて、無人移動体を移動させるための複数の移動用パラメータのうち、いずれか一つのパラメータによる移動指示を行う移動指示手段を遠隔操作装置に設けたこと、移動指示手段によって指示された移動用パラメータに基づき、駆動機構によって無人移動体を自律的に移動させる自律移動手段を無人移動体に設けたことを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば無人車両等の無人移動体と、この無人移動体を遠隔操作するための遠隔操作装置とを有する無人移動体システムに関する。

従来、この種の従来技術として、「ユーザにロボットを遠隔操縦させることができる方法」とした名称で、特許文献１に開示されているものがある。
特許文献１に記載された方法は、ロボットの周辺の領域を表す画像情報を供給する段階と、前記画像情報を用いて、前記ロボットの周辺の領域を表すユーザ知覚画像を供給する段階と、ユーザに画像においてロボットが移動すべき方へ一つ以上の目標を指定させることができる段階と、ロボットを前記目標に向けて移動させることができる段階とを具備したことを内容としたものである。
特表２００３−５３２２１８号公報

上記の構成により、ロボットを直感的に遠隔操作しようとしたものではあるが、画像においてロボットが移動すべき方へ目標を指定させることができる前記段階は、ポイント‐アンド‐クリック選択によるものである。

従って、例えば室内を移動する小型，低速のロボットであれば、数メートル先の方向を指示することによる移は動可能ではあるが、屋外を３０ｋｍ／ｈほどの高速度で移動する無人車両の場合、特に市街地のような場所において右左折を指示する場合では、特許文献１に記載のものでは走行の適切な指示を行うことが困難である。

そこで本発明は、高い移動速度であっても、無人移動体の移動を容易確実に指示できる無人移動体システムの提供を目的としている。

上記目的を達成するための本発明に係る無人移動体システムは、移動領域内の測距データを取得するための測距部、及び移動のための駆動機構を搭載した無人移動体と、その測距部によって取得した測距データに基づく移動領域の画像を表示する表示部、及びその表示部に表示された移動領域の画像に基づいて、無人移動体を遠隔操作する遠隔操作装置とを有するものであり、無人移動体を移動させるための複数の移動用パラメータのうち、入力されたいずれか一つのパラメータによる移動指示を行う移動指示手段を遠隔操作装置に設けたこと、移動指示手段によって指示されたパラメータに基づき、駆動機構によって無人移動体を自律的に移動させる自律移動手段を無人移動体に設けたことを特徴としている。

本発明によれば、無人移動体を移動させるための複数の移動用パラメータのうち、入力されたいずれか一つのパラメータによる移動指示を遠隔操作装置から行うことにより、無人移動体は、遠隔操作装置から指示されたパラメータに基づく移動を自律的に行うので、高い移動速度であっても移動を容易確実に指示することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る無人移動体システムの全体構成を示す説明図、図２は、その無人移動体システムの一部をなす無人移動体の構成を概略的に示す説明図である。また、図３は、その無人移動体に設けた制御回路のブロック図である。

図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る無人移動体システムＡ１は、無人移動体の一例である無人車両Ｂと、遠隔操作装置Ｃとを有して構成されている。
無人車両Ｂは、一般の乗用車両のハンドル／アクセル／ブレーキを、下記の移動体制御用，自律移動用コンピュータ１０，３０によって操作できるように、各種のアクチュエータを付加した構成のものであり、その詳細は次のとおりである。

すなわち、無人車両Ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路（いずれも図示しない）等からなる移動体制御用コンピュータ１０と、同じく自律移動用コンピュータ３０とによって制御されるようになっている（図２，３参照）。
なお、以下には、移動体制御用コンピュータ１０を、本実施形態に対応して車両制御用コンピュータ１０という。
車両制御用コンピュータ１０と、自律移動用コンピュータ３０とは、イーサネット（登録商標）１１を介して互いに接続されている。
接続方式には、イーサネット（登録商標）以外にもＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内ネットワークを用いることができる。

自律移動用コンピュータ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路（いずれも図示しない）等からなるものであり、これの入力ポートには、移動領域内の測距データを取得するための測距部３３が接続されている。
測距部３３は、自律移動用カメラ１４，３１と、レーザー光センサ（以下、「ＬＲＦ」という。）３２ａ，３２ｂを有して構成されている（図３参照）。

ＬＲＦ３２ａ，３２ｂは、レーザ光の投光から受光までの時間を計測するタイムオブフライト方式による測距を行うものであり、本実施形態において示すものは、１つのレーザ光源を用い、光軸を光学的又は機械的に掃引することにより、物体の３次元的な形状を取得するスキャンタイプのものである。
本実施形態においては、一方のＬＲＦ３２ａが遠距離用のものであり、他方のＬＲＦ３２ｂが近距離用のものであり、遠近を問わず移動領域をカバーできるようにしている。

自律移動用カメラ１４，３１は、自律移動（以下、「自律走行」という。）を行うときに必要な画像データを取得するためのものであり、走行方向に向け、かつ、車幅方向において左右対称に配列されている。

車両制御用コンピュータ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、インターフェース回路及びメモリ（いずれも図示しない）等からなるものである。
この車両制御用コンピュータ１０の入力ポートには、イーサネット（登録商標）１２を介して無線ＬＡＮ１３と遠隔操作用カメラ１９が、また、ＧＰＳ（Global Positioning System）１５、バーチカルジャイロ１６、車速パルス１７、及びオドメトリ１８がそれぞれシリアル回線を介して接続されている。なお、符号２０は、無線ＬＡＮ１３に接続されているアンテナを示している。
なお、通信手段には、無線ＬＡＮ以外に携帯電話、ＰＨＳ、衛星回線等を用いることができる。

また、出力ポートには、モータドライバ２１を介して、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３がそれぞれ接続されている。
なお、図１に示す９…は走行輪であり、これらの走行輪９…とともに、モータドライバ２１、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３により駆動機構Ｄを構成している。

バーチカルジャイロ１６は、無人車両Ｂの鉛直面内における傾斜姿勢、従ってまた、後述する自律走行用カメラ１４，３１、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂ及び遠隔操作用カメラ１９の光軸姿勢（向き）情報を取得するものである。

オドメトリ１８は、無人車両Ｂの走行輪９…の各回転量に基づいて、自己の位置情報を取得するためのセンサである。
ＧＰＳ１５は、無人車両Ｂの位置情報を取得するためのものである。
車速パルス１７は、無人車両Ｂの移動速度を測定するためのものであり、無人車両Ｂの移動速度をパルス情報として出力する、例えばホール素子等である。

車両制御用コンピュータ１０は、イーサネット（登録商標）１１，無線ＬＡＮ１３及びアンテナ２０を通じて、ＧＰＳ１５、バーチカルジャイロ１６で取得した各種の情報を、後述する遠隔操作装置Ｃに向けて送信する機能の他、その遠隔操作装置Ｃから送信される操作情報に含まれる移動用パラメータに基づき、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３をモータドライバ２１を介して駆動制御する機能を有している。
すなわち、遠隔操作装置Ｃから送信される無人車両Ｂに対する複数の移動用パラメータに基づいて、ステアリング用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を駆動する機能を有している。

車両制御用コンピュータ１０は、図示しないメモリに記憶されている所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。図４は、車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図、図５は、二つの自律走行用カメラにより画像データを取得する原理を示す説明図である。

（１）遠隔操作装置Ｃから送信されたコマンドが、半自律走行指示又は完全手動遠隔操縦指示であるか否かを判定する機能。この機能を「第一の判定手段１０ａ」という。
「半自律走行」とは、後述する移動方向指示モード又は移動速度指示モードによる移動形態をいう。
「完全手動遠隔操縦」は、後述する遠隔操作装置Ｃのディスプレイ４１に表示される移動領域の画像を見ながら、その遠隔操作装置Ｃに設けられている入力装置５０を用いた操作者Ｑによる手動操縦による移動形態をいう。
このように、半自律走行又は完全手動遠隔操縦を選択できるようにしているので、例えばフェンス等を後述する障害物であると判定した場合にも、ディスプレイ４１を見ながら突破して走行することができる。

（２）測距部３３により取得した測距データに基づいて、移動領域内における移動可能エリアを抽出する機能。この機能を「エリア抽出手段１０ｂ」という。
本実施形態においては、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂにより取得したレーザー光データと、自律走行用カメラ１４，３１により取得した画像データの双方に基づき、移動領域内における移動可能エリアを抽出している。
なお、自律走行用カメラ１４，３１により取得した画像データのみに基づき、また、ＬＲＦ３２により取得したレーザー光データのみに基づいて移動領域内における移動可能エリアを抽出するようにしてもよい。

（３）遠隔操作装置Ｃから送信されたコマンドが、移動方向指示モード又は移動速度指示モードであるかを判定する機能。この機能を「モード判定手段１０ｃ」という。
「移動方向指示モード」とは、移動用パラメータとして受信した移動方向に基づいて、自律的に移動する処理を行うことを内容としたものである。
「移動速度指示モード」とは、移動用パラメータとして受信した移動速度に基づいて、自律的に移動する処理を行うことを内容としたものである。

（４）移動用パラメータとして指示された移動方向に基づいて、自律移動のための移動経路を計画する機能。この機能を「第一の経路計画手段１０ｄ」という。
「移動経路」は、移動可能エリア内における無人車両Ｂの移動ルートであり、本実施形態においてはポテンシャル法を用いて、クロソイド曲線やスプライン曲線にあてはめて算出している。
また、下記の障害物検出手段１０ｅによって、移動可能エリア内の自律移動の妨げとなる障害物を検出したときには、その障害物を回避するための移動計画、従ってまた、移動経路を作成する。

（５）移動経路に応じた無人移動体Ｂの移動速度を計画する機能。この機能を「速度計画手段１０ｅ」という。
「移動経路に応じた無人移動体Ｂの移動速度」は、例えば移動経路のカーブの曲率の大小に応じて安全に走行できる速度という意味であり、小さなカーブでは大きなカーブよりも走行速度を低下させるようにしている。
また、障害物で指示された移動方向に移動できないと判定したときには、移動速度を減速させて、障害物の手前で停止させるようにしている。

（６）測距部３３により取得した測距データに基づき、移動可能エリア内の自律移動の妨げとなる障害物を検出する機能。この機能を「障害物検出手段１０ｆ」という。
本実施形態においては、自律移動用カメラ１４，３１で取得した画像データと、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂで取得したレーザー光データとに基づき、移動可能エリア内の自律移動の妨げとなる障害物を検出している。

自律移動用カメラ１４，３１による測距データの取得は、次のとおりである。
すなわち、図５に示すように、自律移動用カメラ１４，３１における左画像座標系［ｘｌ，ｙｌ］、右画像座標系［ｘｒ，ｙｒ］、世界座標系［Ｘ，Ｙ，Ｚ］、基線ｂ、焦点距離ｆとしたとき、
世界座標系における障害物Ｐの座標Ｘ，Ｙ，Ｚは、次式により求めることができる。
Ｘ＝ｂ（ｘｌ＋ｘｒ）／２ｄ
Ｙ＝ｂ（ｙｌ＋ｙｒ）／２ｄ
Ｚ＝ｂ・ｆ／ｄ
なお、ただしｄは視差であり、ｄ＝ｘｌ−ｘｒ。

また、右画像において撮像点ｐｒと左画像において撮像点ｐｌの対応をとる方法は、画像を小領域に分割し、その領域に対して他方の画像全面に対応のとれる位置を走査するパタンマッチング法がある。

本実施形態においては、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂと自律走行用カメラ１４，３１により、移動可能エリア内の自律移動の妨げとなる障害物を検出しているが、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂのレーザースキャンの高さ方向のプロファイルデータに基づいて、一定の高さ以上（超える）の領域を障害物と認識させるようにしてもよい。

この場合、取得した測距データ中に離散した測距データがあるか否かを判定する離散測距データ判定手段と、離散した測距データがあると判定したときには、その離散した測距データを除去する離散データ除去手段とを設けるとよい。なお、離散データ除去手段を、離散した測距データをノイズとしてフィルタリングするフィルタリング手段と言い換えることができる。
また、１スキャンラインデータのみでなく、走行方向への複数のスキャンラインデータから奥行き方向の三次元画像を求め、パターンマッチングにより障害物の認識をさせるようにしてもよい。

（７）移動可能エリアを識別するための識別化処理を行う機能。この機能を「識別化手段１０ｇ」という。
具体的には、移動可能エリアを他の移動領域とは異なる視覚効果処理を行うものであり、例えば移動可能エリアに色彩を付する等である。これにより、移動可能エリアを視覚的に強調することができ、識別を容易に行うことができる。

（８）識別化手段１０ｇによって得られた識別処理結果を、測距部によって取得した画像に重畳処理する機能。この機能を「重畳処理手段１０ｈ」という。
具体的には、遠隔操縦用カメラ１９によって取得した移動領域の画像に、移動可能エリア、識別化処理結果、計画した移動経路等を重畳処理する。

（９）移動用パラメータとして指示された移動速度に基づいて、自律移動のための移動経路を計画する機能。この機能を「第二の経路計画手段１０ｉ」という。
具体的には、移動可能領域において移動方向への道なりを認識して、移動経路を計画する。
例えば、交差点での右左折路や細い分岐は無視して直進し、カーブしている場合には、そのカーブに沿った曲線の移動経路を計画する。

（１０）移動速度に応じた無人移動体Ｂの移動速度を計画する機能。この機能を「第二の速度計画手段１０ｊ」という。
具体的には、指示された移動速度を上限として、第二の経路計画手段１０ｉによって計画した移動経路に対して、無人車両Ｂの動特性と安全性を考慮して移動速度を計画している。
例えば障害物で移動方向に移動ができないと判定したときには、減速して障害物の手前で停止するようにしている。

（１１）障害物検出手段１０ｆにより検出した障害物により、移動経路に沿った移動ができるか否かを判定する機能。この機能を「移動可否判定手段１０ｌ」という。

（１２）移動指示手段であるパラメータ入力手段６５ｃによって指示された移動用パラメータに基づき、駆動機構Ｄによって無人移動体を自律的に移動させる機能。この機能を「自律移動手段１０ｋ」という。
指示された移動方向に基づいて、自律移動のための移動経路と、移動経路に応じた無人移動体の移動速度とをそれぞれ計画したときには、当該計画した移動経路と移動速度に従って、駆動機構によって無人移動体を移動させている。
また、指示された移動速度に基づいて、自律移動のための移動経路を計画したときには、計画した移動経路と移動速度に従って、駆動機構によって無人移動体を移動させる。

さらに、移動可否判定手段１０ｌにより、移動経路に沿った移動ができないと判定したときには、駆動機構Ｄによって移動を停止させる。
またさらに、障害物検出手段１０ｆにより障害物を検出したときには、駆動機構Ｄによって移動速度を低下させるようにしている。

次に、遠隔操作装置について、図６，７を参照して説明する。図６（Ａ）は、遠隔操作装置の構成を示す説明図、（Ｂ）は、遠隔操作装置の一部をなす操作装置の拡大図、図７は、遠隔操作装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
本実施形態において示す遠隔操作装置Ｃは、表示部４０、入力装置５０、及び制御装置６０を有して構成されており、操作者Ｑが装着して使用できる形態になっている。

表示部４０は、表示部（以下、「ディスプレイ」という。）４１、ディスプレイコントローラや制御装置６０との間における画像データの送受を行う送受信部（いずれも図示しない）を筐体４２に配設したものであり、操作者Ｑの頭部に装着するためのベルト４３に取り付けたものである。
ディスプレイ４１には、上記した遠隔操作用カメラ１９によって取得した移動領域の画像、識別化処理された移動可能エリアや第一，第二の経路計画手段１０ｄ，１０ｉで計画した移動経路等が表示されるようになっている。

入力装置５０は、指示レバー５１、ホイール５２、速度指示モード選択ボタン５３、方向指示モード選択ボタン５４、及び制御装置６０との間におけるコマンドや移動パラメータを含む各種情報の送受を行う送受信部（図示しない）を筐体５５に配設したものである。

指示レバー５１は、筐体５５の操作面５５ａに十字形に形成されたレバー案内溝５６に沿って移動操作できるようになっている。
レバー案内溝５６の縦溝５６ａに沿って指示レバー５１を傾動操作することにより、無人車両Ｂの移動速度を増減入力することができ、また、横溝５６ｂに沿って指示レバー５１を傾動操作することにより、無人車両Ｂの左右の移動方向を入力することができる。
具体的には、図６（Ｂ）に示す縦溝５６ａの上半部側に指示レバー５１を傾動させることにより、アクセルの踏み量が大きくなる一方、縦溝５６ａの下半部側に指示レバー５１を傾動させることにより、ブレーキの踏み量が大きくなる。

ホイール５２は、上述した完全手動遠隔操縦指示を行ったときに、ステアリングホイールとして機能するものである。
速度指示モード選択ボタン５３は、無人車両Ｂの移動速度を指示するものである。
方向指示モード選択ボタン５４は、無人車両Ｂの移動方向を指示するものである。
なお、本実施形態においては、速度指示モード選択ボタン５３又は方向指示モード選択ボタン５４で選択したモードに対応する移動速度又は移動方向のみが有効となるようになっている。

制御装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路（いずれも図示しない）等からなる装置本体６５と、これの入出力ポートに、無線ＬＡＮ６１、ディスプレイ６２、キーボード６３とを一体的に構成したものである。なお、符号６４で示すものは、アンテナである。

装置本体６５は、所要のプログラムの実行により次の各機能を発揮する。
（１３）無人車両Ｂから送信される移動領域等の画像をディスプレイ４１に表示する機能。この機能を「画像表示手段６５ａ」という。
「無人車両Ｂから送信される画像」には、無人車両Ｂの走行に伴って刻々と変化する移動領域の画像とともに、その刻々と変化する移動領域の画像に対応する第一，第二の経路計画手段１０ｄ，１０ｉで計画した移動経路も含まれる。
下記のパラメータ入力手段６５ｃによって移動方向が入力された場合には、ディスプレイ４１に表示されている画像に、移動方向に対応するマークも重畳表示する。

（１４）速度指示モード又は方向指示モードを選択する機能。この機能を「モード選択手段６５ｂ」という。
本実施形態においては、速度指示モード選択ボタン５３又は方向指示モード選択ボタン５４によって、移動速度指示モード又は移動方向指示モードを選択するようにしている。

（１５）モード選択手段６５ｂで選択した速度指示モード又は方向指示モードに対応する移動用パラメータを、入力装置５０を介して入力する機能。この機能を「パラメータ入力手段６５ｃ」という。
本実施形態においては、パラメータ入力手段６５ｃが、無人車両を移動させるための複数の移動用パラメータのうち、いずれか一つのパラメータによる移動指示を入力装置５０を介して行う移動指示手段である。

図８（Ａ），（Ｂ）は、ディスプレイ４１に表示される画像の一例を示すものであり、（Ａ）は、移動方向指示モードにおける表示例、（Ｂ）は、移動速度指示モードにおける表示例である。
図８（Ａ）に示す移動方向指示モードにおいては、上記した測距部３３で取得した移動領域の画像４１ａと、上記計画した移動経路４１ｂ等がディスプレイ４１に重畳表示されるようになっている。
なお、４１ｃは移動領域内における移動可能エリア、４１ｄは移動方向を指示するためのマーク、４１ｅは検出した障害物Ｓを示すマーク、４１ｆは無人車両Ｂの車両状態情報である。

図８（Ｂ）に示す移動速度指示モードにおいては、測距部３３で取得した移動領域の画像４１ａと、上記した計画した移動経路４１ｂ′等がディスプレイ４１に重畳表示されるようになっている。

次に、図９，１０を参照して、制御フローチャートについて説明する。図９は、遠隔操作装置側の制御フローチャート、図１０は、無人車両側の制御フローチャートである。
＜遠隔操作装置側の制御フローチャート＞
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。
ステップ２：遠隔操作装置Ｃから送信された車両状態情報，画像等の受信処理をして、ステップ３に進む。

ステップ３：受信した画像をディスプレイ４１に表示して、ステップ４に進む。
ステップ４：完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド、又は終了コマンドを選択して、ステップ５に進む。

ステップ５：完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド、又は終了コマンドが選択されたか否かを判定し、完全手動遠隔操縦コマンドが選択されていればステップ６に、また、半自律走行コマンドが選択されていればステップ８に、終了コマンドが選択されていればステップ１４にそれぞれ進む。

＜完全手動遠隔操縦コマンド＞
ステップ６：遠隔操作装置Ｃから遠隔操縦指示を行う。すなわち、加減速情報、ステアリング情報を入力して、ステップ７に進む。
ステップ７：入力した指示を無人車両Ｂに向けて送信する。

＜半自律走行コマンド＞
ステップ８：移動速度指示モード又は方向指示モードを選択して、ステップ９に進む。
ステップ９：移動速度指示モード又は移動方向指示モードが選択されたか否かを判定し、移動方向指示モードが選択されていると判定されればステップ１０に進み、移動速度指示モードが選択されていると判定されればステップ１２に進む。

ステップ１０：入力装置５０から移動方向を入力指示してステップ１１に進む。
ステップ１１：ディスプレイ４１に表示されている画像に、移動方向を示すマーク４１ｄ（図８（Ａ）参照）を重畳表示してステップ１３に進む。

ステップ１２：入力装置５０から移動速度を入力指示してステップ１３に進む。
ステップ１３：入力した移動方向又は移動速度を無人車両に向けて送信して、ステップ２に戻る。
ステップ１４：終了コマンドを無人車両に向けて送信してステップ１５に進む。
ステップ１５：終了処理を行う。

＜無人車両側の制御フローチャート＞
ステップ１（図中、「Ｓａ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。

ステップ２：遠隔操作装置Ｃから送信された完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド又は終了コマンドの受信処理を行って、ステップ３に進む。
ステップ３：完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド、又は終了コマンドのいずれのコマンドを受信したかを判定し、完全手動遠隔操縦コマンドであると判定されればステップ４、半自律走行コマンドであると判定されればステップ７、また、終了コマンドであると判定されればステップ１９にそれぞれ進む。

ステップ４：完全手動遠隔操縦コマンドの受信処理を行って、ステップ５に進む。
ステップ５：アクセル、ステアリングを遠隔操縦コマンドによって直接駆動する。
ステップ６：無人車両Ｂの車両状態情報及び画像を、遠隔操作装置Ｃに向けて送信してステップ２に戻る。

ステップ７：測距部３３により取得した測距データによって、移動領域内の移動可能エリアを抽出してステップ８に進む。
ステップ８：移動方向指示モード又は移動速度指示モードの選択の受信処理を行って、ステップ９に進む。

ステップ９：移動方向指示モード又は移動速度指示モードが選択されているか判定し、移動方向指示モードが選択されていると判定されればステップ１０に、また、移動速度指示モードが選択されていると判定されればステップ１６に進む。

ステップ１０：移動方向指示コマンドの受信処理を行って、ステップ１１に進む。
ステップ１１：指示した移動方向に仮想の到達目標点を設定し、ポテンシャル法等の経路計画手法により、移動可能エリアから目標点に向かう経路を算出する。なお、途中に障害物がある場合には、その障害物を回避する移動経路を計画する。

ステップ１２：計画した移動経路に対し、無人車両の動特性と安全性を考慮して、最も安全かつ高速に指示した移動方向に走行できる移動速度を計画する。なお、途中に障害物がある場合には、その障害物の手前で停止する。また、移動方向指示コマンドには、制限速度指令もしくは停止指令を含めることで、最高速度を所望の範囲で制限することや、所望の位置で無人車両を停止させることができる。

ステップ１３：計画して移動経路と移動速度で自律的に移動するように駆動機構Ｄを駆動して、ステップ１４に進む。
ステップ１４：自律移動用カメラ１４，３１により取得した移動領域の画像に、移動可能エリア、計画した移動経路等を重畳処理して、ステップ１５に進む。
ステップ１５：実際の移動速度を含む車両状態情報、識別化した移動可能エリア、移動経路等を、遠隔操作装置Ｃに向けて送信して、ステップ２に戻る。

ステップ１６：移動速度指示コマンドの受信処理を行って、ステップ１７に進む。
ステップ１７：移動可能領域において移動方向への道なりを認識して、移動経路を計画する。例えば、交差点での右左折路や細い分岐は無視して直進し、カーブしている場合には、そのカーブに沿った曲線の移動経路を計画する。

ステップ１８：指示された移動速度を上限として、第二の経路計画手段１０ｉによって計画した移動経路に対して、無人車両Ｂの動特性と安全性を考慮して移動速度を計画する。
ステップ１９：終了処理を行う。

上述した第一の実施形態に係る無人移動体システムによれば、次の効果を得ることができる。
・操作者は移動方向又は移動速度のうちのいずれか一つのパラメータのみを入力すればよいため、ディスプレイを見ながらの遠隔操縦のように高度な技能が必要なく、簡単な操作で高速走行が可能となる。
・簡単な操作で高速走行が可能であるから、短時間での移動と任務遂行が可能である。
・入力装置が片手で操作できるため、片手が空くので例えば銃を把持でき、危険リスクを回避できる。
・無人車両の自律制御が安全システムとして機能するため、安全な無人走行が可能となる。
・移動方向指示モードと移動速度指示モードを択一的に切り替えて走行させることで、場面に応じて効率的な操縦を行うことができる。

具体例を示すと次のとおりである。
１）移動方向指示モード：右左折や分岐等の方向指示が頻繁に発生する場面で有効である。すなわち、操作者は方向指示のみに専念し、無人車両（ロボット）が安全・高速で移動可能なように速度制御を実施する。
２）移動速度指示モード：右左折や分岐等がなく道なりに走行させる場面で有効である。すなわち、操作者は速度指示のみに専念し、無人車両（ロボット）が障害物等を避けたコース選定を行う。

次に、第二の実施形態に係る無人移動体について、図１１〜１４を参照して説明する。図１１は、車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図、図１２は、遠隔操作装置の装置本体が有する機能を示すブロック図である。
なお、第二の実施形態に係る無人移動体システムＡ２のハードウェアの構成は、上述した第一の実施形態に係る無人移動体システムＡ１のものと同等のものであるので、図１〜３を援用して説明を省略する。

第二の実施形態に係る無人移動体Ａ２と第二の実施形態に係る無人移動体Ａ１との相違は、移動方向指示モードと移動速度指示モードを択一的に選択しているのに対して、本実施形態においてはハンドル操縦モードとアクセル操縦モードとしている点であり、その相違に基づいて、次のように機能が相違している。

第二の実施形態に係る無人移動体Ａ２における車両制御用コンピュータ１０は、図示しないメモリに記憶されている所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。なお、上述した第一の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略し、相違する機能については同一の符号に「′」を付して示す。

（１６）遠隔操作装置Ｃから送信されたコマンドが、半自律走行指示又は完全手動遠隔操縦指示であるか否かを判定する機能。この機能を「第一の判定手段１０ａ′」という。
「半自律走行」とは、後述するハンドル操縦モードとアクセル操縦モードによる移動形態をいう。
「完全手動遠隔操縦」は、上記第一の実施形態において説明したとおりである。
このように、本実施形態においても、半自律走行又は完全手動遠隔操縦を選択できるようにしているので、例えばフェンス等を後述する障害物であると判定した場合にも、ディスプレイ４１を見ながら突破して走行することができる。

（１７）遠隔操作装置Ｃから送信された移動用パラメータが、ハンドル操縦モードとアクセル操縦モードであるかを判定する機能。この機能を「モード判定手段１０ｃ′」という。
「ハンドル操縦モード」とは、移動用パラメータとして受信したステアリング情報に基づいて、自律的に移動する処理を行うことを内容としたものである。
「ステアリング情報」は、無人車両Ｂに対するハンドルの操作情報である。
「アクセル操縦モード」とは、移動用パラメータとして受信した加減速情報に基づいて、自律的に移動する処理を行うことを内容としたものである。
「加減速情報」は、ブレーキ操作を含むものである。

（１８）移動用パラメータとして指示された加減速情報に基づいて、自律移動のための移動経路を計画する機能。この機能を「経路計画手段１０ｄ′」という。
「移動経路」は、移動可能エリア内における無人車両Ｂの移動ルートであり、本実施形態においてはポテンシャル法を用いて、クロソイド曲線やスプライン曲線にあてはめて算出している。

また、上記した障害物検出手段１０ｆによって、移動可能エリア内の自律移動の妨げとなる障害物を検出したときには、その障害物を回避するための移動計画、従ってまた、移動経路を作成する。
さらに、障害物検出手段１０ｆにより障害物を検出したときには、自律移動手段１０ｋは、駆動機構Ｄによって移動速度を低下させるようにしている。

次に、遠隔操作装置Ｃについて、図１０を参照して説明する。
装置本体６５は、所要のプログラムの実行により次の各機能を発揮する。
（１９）無人車両Ｂから送信される移動領域等の画像をディスプレイ４１に表示する機能。この機能を「画像表示手段６５ａ」という。
「無人車両Ｂから送信される画像」には、無人車両Ｂの走行に伴って刻々と変化する移動領域の画像とともに、その刻々と変化する移動領域の画像に対応する経路計画手段１０ｄ′で計画した移動経路も含まれる。
下記のパラメータ入力手段６５ｃ′によってステアリング情報が入力された場合には、ディスプレイ４１に表示されている画像に、そのステアリング情報に対応するマークも重畳表示する。

（２０）ハンドル操縦モード又はアクセル操縦モードを選択する機能。この機能を「モード選択手段６５ｂ′」という。
本実施形態においては、上記した速度指示モード選択ボタンに対応するハンドル操縦モード選択ボタン５３又は方向指示モード選択ボタンに対応するアクセル操縦モード選択ボタン５４によって、ハンドル操縦モード又はアクセル操縦モードを選択するようにしている。

（２１）モード選択手段６５ｂ′で選択したハンドル操縦モード又はアクセル操縦モードに対応する移動用パラメータを、入力装置５０を介して入力する機能。この機能を「パラメータ入力手段６５ｃ′」という。
本実施形態においては、パラメータ入力手段６５ｃ′が、無人車両を移動させるための複数の移動用パラメータのうち、いずれか一つのパラメータによる移動指示を入力装置５０を介して行う移動指示手段である。

次に、図１３，１４を参照して、制御フローチャートについて説明する。図１３は、遠隔操作装置側の制御フローチャート、図１４は、無人車両側の制御フローチャートである。
＜遠隔操作装置側の制御フローチャート＞
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。
ステップ２：遠隔操作装置Ｃから送信された車両状態情報，画像等の受信処理をして、ステップ３に進む。

ステップ３：受信した画像をディスプレイ４１に表示して、ステップ４に進む。
ステップ４：完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド、又は終了コマンドを選択して、ステップ５に進む。

ステップ５：完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド、又は終了コマンドが選択されたか否かを判定し、完全手動遠隔操縦コマンドが選択されていればステップ６に、また、半自律走行コマンドが選択されていればステップ８に、終了コマンドが選択されていればステップ１３にそれぞれ進む。

＜完全手動遠隔操縦コマンド＞
ステップ６：遠隔操作装置Ｃから遠隔操縦指示を行う。すなわち、アクセル情報、ステアリング情報を入力して、ステップ７に進む。
ステップ７：入力した指示を無人車両Ｂに向けて送信する。

＜半自律走行コマンド＞
ステップ８：ハンドル操縦モード又はアクセル操縦モードを選択して、ステップ９に進む。
ステップ９：ハンドル操縦モード又はアクセル操縦モードが選択されたか否かを判定し、ハンドル操縦モードが選択されていると判定されればステップ１０に進み、アクセル操縦モードが選択されていると判定されればステップ１２に進む。

ステップ１０：入力装置５０のホイール５２の回転操作によって、ハンドル操作を入力指示してステップ１２に進む。
ステップ１１：入力装置５０の指示レバー５１の傾動操作によって、アクセル操作を入力指示してステップ１２に進む。

ステップ１２：入力したハンドル操縦又はアクセル操縦を無人車両Ｂに向けて送信して、ステップ２に戻る。
ステップ１３：終了コマンドを無人車両Ｂに向けて送信してステップ１４に進む。
ステップ１４：終了処理を行う。

＜無人車両側の制御フローチャート＞
ステップ１（図中、「Ｓａ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。

ステップ２：遠隔操作装置Ｃから送信された完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド又は終了コマンドの受信処理を行って、ステップ３に進む。
ステップ３：完全手動遠隔操縦コマンド、半自律走行コマンド、又は終了コマンドのいずれのコマンドを受信したかを判定し、完全手動遠隔操縦コマンドであると判定されればステップ４、半自律走行コマンドであると判定されればステップ７、また、終了コマンドであると判定されればステップ１７にそれぞれ進む。

ステップ４：完全手動遠隔操縦コマンドの受信処理を行って、ステップ５に進む。
ステップ５：アクセル、ステアリングを遠隔操縦コマンドによって直接駆動する。
ステップ６：無人車両Ｂの車両状態情報及び画像を、遠隔操作装置Ｃに向けて送信してステップ２に戻る。

ステップ７：測距部３３により取得した測距データによって、移動領域内の移動可能エリアを抽出してステップ８に進む。
ステップ８：ハンドル操縦モード又はアクセル操縦モードの選択の受信処理を行って、ステップ９に進む。

ステップ９：ハンドル操縦モード又はアクセル操縦モードが選択されているか判定し、ハンドル操縦モードが選択されていると判定されればステップ１０に、また、アクセル操縦モードが選択されていると判定されればステップ１４に進む。

ステップ１０：ハンドル操縦指示コマンドの受信処理を行って、ステップ１１に進む。
ステップ１１：指示された量のハンドル操縦をステアリング用アクチュエータ２２により駆動して、ステップ１２に進む。
ステップ１２：ハンドル操縦の結果と、移動方向の環境認識結果により、移動速度の最高値を算出して移動速度を制御する。なお、制限速度を事前に設定することで、移動速度の最高値の範囲を指定することが可能である。また、ハンドル操縦モード時も停止指令を受け付け、所望の位置で無人車両を停止させることができる。
ステップ１３：実際の移動速度を含む車両状態情報、識別化した移動可能エリア、移動経路等を、遠隔操作装置Ｃに向けて送信してステップ２に戻る。

ステップ１４：アクセル（ブレーキ）の操作指示を受信処理して、ステップ１５に進む。
ステップ１５：指示された量のアクセル操作をブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３をにより駆動して、ステップ１６に進む。
ステップ１６：移動可能エリアに対して、ポテンシャル法等の経路計画手法により移動経路を計画してハンドル操作を実行するとともに、移動速度は指示されたアクセル制御を行う。なお、途中に障害物があるときやカーブのある場合の移動速度調整は、操作者Ｑが行う。
ステップ１７：終了処理を行う。

上述した第二の実施形態に係る無人移動体システムによれば、次の効果を得ることができる。
・操作者はハンドル操作又はアクセル操作のうちのいずれか一つのパラメータのみを入力すればよいため、ディスプレイを見ながらの遠隔操縦のように高度な技能が必要とすることなく、簡単な操作で高速走行が可能となる。

・簡単な操作を行うだけで高速走行を行えることから、短時間での移動を行うことができる。
・入力装置が片手で操作できるため、片手が空くので例えば銃を把持でき、危険リスクを回避できる。
・無人車両の自律制御が安全システムとして機能するため、無人走行を安全に行うことができる。
・ハンドル操作又はアクセル操作を択一的に切り替えて走行させることで、場面に応じて効率的な操作を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものである。
・本実施形態においては、無人移動体として無人車両を例として説明したが、無人偵察機等に準用することができる。

本発明の第一の実施形態に係る無人移動体システムの全体構成を示す説明図である。 同上の無人移動体システムの一部をなす無人移動体の構成を概略的に示す説明図である。 同上の無人移動体に設けた制御回路のブロック図である。 同上の無人移動体に設けた車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図である。 無人移動体に設けた二つの自律走行用カメラにより画像データを取得する原理を示す説明図である。 （Ａ）は、遠隔操作装置の構成を示す説明図、（Ｂ）は、遠隔操作装置の一部をなす操作装置の拡大図である。 遠隔操作装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 （Ａ），（Ｂ）は、ディスプレイに表示される画像の一例を示すものであり、（Ａ）は、移動方向指示モードにおける表示例、（Ｂ）は、移動速度指示モードにおける表示例である。 第一の実施形態における車両制御装置の制御フローチャートである。 第一の実施形態における無人車両側の制御フローチャートである。 第二の実施形態における車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図である。 第二の実施形態における遠隔操作装置の装置本体が有する機能を示すブロック図である。 同上の遠隔操作装置側の制御フローチャートである。 同上の無人車両側の制御フローチャートである。

符号の説明

１０ｂ エリア抽出手段
１０ｄ 第一の経路計画手段
１０ｆ 障害物検出手段
１０ｇ 識別化手段
１０ｈ 重畳処理手段
１０ｉ 第二の経路計画手段
１０ｊ 速度計画手段
１０ｋ 自律移動手段
１０ｌ 移動可否判定手段
３３ 測距部
４１ 表示部（ディスプレイ）
４１ａ 移動領域
４１ｂ 移動経路
６５ｃ 移動指示手段（パラメータ入力手段）
Ａ 無人移動体システム
Ｂ 無人移動体
Ｃ 遠隔操作装置
Ｄ 駆動機構

Claims (11)

1. 移動領域内の測距データを取得するための測距部、及び移動のための駆動機構を搭載した無人移動体と、その測距部によって取得した測距データに基づく移動領域の画像を表示する表示部、及びその表示部に表示された移動領域の画像に基づいて、無人移動体を遠隔操作する遠隔操作装置とを有する無人移動体システムにおいて、
   無人移動体を移動させるための複数の移動用パラメータのうち、いずれか一つのパラメータによる移動指示を行う移動指示手段を遠隔操作装置に設けたこと、
   移動指示手段によって指示された移動用パラメータに基づき、駆動機構によって無人移動体を自律的に移動させる自律移動手段を無人移動体に設けたことを特徴とする無人移動体システム。
2. 移動用パラメータが無人移動体の移動方向であり、
   指示された移動方向に基づいて、自律移動のための移動経路を計画する第一の経路計画手段と、
   移動経路に応じた無人移動体の移動速度を計画する速度計画手段とを設けているとともに、
   自律移動手段は、当該計画した移動経路と移動速度に従って、駆動機構によって無人移動体を移動させることを特徴とする請求項１に記載の無人移動体システム。
3. 移動用パラメータが無人移動体の移動速度であり、
   指示された移動速度に基づいて、自律移動のための移動経路を計画する第二の経路計画手段を設けているとともに、
   自律移動手段は、計画した移動経路と移動速度に従って、駆動機構によって無人移動体を移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人移動体システム。
4. 移動用パラメータが無人移動体のステアリング情報であり、
   ステアリング情報に応じた無人移動体の移動速度を計画する速度計画手段を設けているとともに、
   自律移動手段は、ステアリング情報と速度計画手段により計画した移動速度に従い、駆動機構によって無人移動体を移動させることを特徴とする請求項１に記載の無人移動体システム。
5. 移動用パラメータが無人移動体の加減速情報であり、
   指示された加減速情報に基づいて、自律移動のための移動経路を計画する経路計画手段と、
   自律移動手段は、加減速情報と経路計画手段によって計画した移動経路に従って、駆動機構によって無人移動体を移動させることを特徴とする請求項１に記載の無人移動体システム。
6. 測距部により取得した測距データに基づいて、移動領域内における移動可能エリアを抽出するエリア抽出手段が設けられており、
   経路計画手段は、エリア抽出手段によって抽出した移動可能エリア内において移動経路計画することを特徴とする請求項１に記載の無人移動体システム。
7. 測距部により取得した測距データに基づき、移動可能エリア内の自律移動の妨げとなる障害物を検出する障害物検出手段を設けており、
   経路計画手段は、検出された障害物に対応する障害物データに基づいて、その障害物を回避する移動経路を計画することを特徴とする請求項６に記載の無人移動体システム。
8. 障害物検出手段により検出した障害物により、移動経路に沿った移動ができるか否かを判定する移動可否判定手段と、
   移動可否判定手段により、移動経路に沿った移動ができないと判定したときには、自律移動手段は、駆動機構によって移動を停止させることを特徴とする請求項７に記載の無人移動体システム。
9. 障害物検出手段により障害物を検出したときには、
   自律移動手段は、駆動機構によって無人移動体を移動速度を低下させることを特徴とする請求項７又は８に記載の無人移動体システム。
10. 移動可能エリアを識別するための識別化処理を行う識別化手段と、
    識別化手段によって得られた識別処理結果を、測距部によって取得した画像に重畳処理する重畳処理手段とを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の無人移動体システム。
11. 重畳処理手段は、測距部によって取得した画像に、経路計画手段によって計画した移動経路を重畳処理することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の無人移動体システム。

Images