JP2011043883A - 無人車両遠隔操作システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、走行領域内の測距データを取得するための測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段10aと、無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段10bと、取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段10cとを無人車両に設ける一方、生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けている。
【選択図】図4
Description
特許文献1に記載された無人車両遠隔操作システムは、外部の送信手段から無人車両へ送信される操舵信号等を受信する受信手段と、前記無人車両の車輪を操舵する操舵手段と、前記車輪に制動をかける制動手段と、前記無人車両の速度を検出する車速検出手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、前記無人車両の走行時に前記受信手段により前記操舵信号が受信された場合は前記車速検出手段により検出された前記無人車両の速度が予め設定された所定速度を超過しているか否かを判定する車速判定機能と,前記無人車両の速度が前記所定速度を超過している場合は前記制動手段を作動して前記無人車両の速度を前記所定速度まで低下させる速度制御機能と,前記無人車両の速度が前記所定速度まで低下した後に前記操舵手段を作動して操舵を開始させる操舵制御機能とを具備した構成になっている。
この方法では操作者が速度等の操作に対して意図しない動作を無人車が自動的に作り出すことから、操作者の意図した動作と異なる動きを発生させる蓋然性が高いという問題がある。
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、下記の車両制御用,走行用コンピュータ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。
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。
測距部33は、走行用カメラ14,31と、レーザーセンサ(以下、「LRF」という。)32a,32bを有して構成されている(図3参照)。
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、遠近を問わず走行領域をカバーできるようにしている。
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)11を介して無線LAN13と撮像部である遠隔操作用カメラ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以外にも携帯電話、PHS、衛星回線等を用いることができる。
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。
GPS15は、無人車両Bの測位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の走行速度を測定するためのものであり、無人車両Bの走行速度をパルス情報として出力するものである。
すなわち、遠隔操作装置Cから送信される無人車両Bに対する操作情報に基づいて、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。
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、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、走行領域内における走行可能エリアを抽出している。
なお、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走行領域内における走行可能エリアを抽出するようにしてもよい。
本実施形態において示す「走行状態」は、無人車両Bの走行速度、操舵角及び傾き(水平面に対する)である。
これらのデータは、上記した車速パルス17、オドメトリ18、回転角センサ24及びバーチカルジャイロ16によって取得している。
安全距離:xs=xb+xdr+zc zc:追加距離(安全余裕)
安全距離は、無人車両Bから障害物までの距離のことである。
制動距離:xb=Br(v) 一般にxb∝v2
空走距離:xdr=vtd v:走行速度
空走時間:td=tds+tdc+tdt tds:センサ応答時間
tdc:コントローラ応答時間
tdt:通信遅延時間
安全性を重視した管理距離
v=vmax vmax:車両の最大速度
図5(A)は、操作限界情報に含まれるアクセルペダルの操作角度範囲、(B)は、操作限界情報に含まれるステアリングホイールの操作角度範囲を示す説明図である。
本実施形態においては、後述する遠隔操作装置Cが有する遅延時間算出手段51aによって算出した遅延時間に応じた操作限界情報α1,α2を生成している。
「操作限界情報」は、後述するステアリングホイール56の操作角度範囲と、アクセルペダル57の操作角度範囲とを含んでいる。
なお、40d,41dは、実際のアクセルペダル,ステアリングホイールの操作角度に対応するインジケータである。
「操作情報」は、少なくとも走行方向、走行速度及び無人車両Bの加減速データを含むものである。
<無人車両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3:半自律走行コマンドが受信されたか否かを判定し、半自律走行コマンドを受信すればステップ4に進み、そうでなければステップ10に進む。
すなわち、半自律走行コマンドが受信されたか否かを判定する機能を有している。この機能を「コマンド判定手段」という。
すなわち、測距部33により取得した測距データに基づいて、環境地図を作成する機能(この機能を「地図作成手段」という。)を有しており、LRF32a,32bにより取得したレーザー光データに基づいて環境地図を作成し、その環境地図に基づいて走行領域を認識するとともに、走行可能エリアを抽出している。
なお、作成した環境地図は、自律走行制御コンピュータ10内のメモリ(図示しない)に順次記憶されていくようになっている。
ステップ6:操作情報に含まれる角度となるようにステアリングホイール,アクセルペダルをアクチュエータで駆動する。
ステップ7:無人車両の走行状態を取得して、ステップ8に進む。
ステップ8:走行のための操作限界情報α1,α2を生成する。
ステップ9:操作限界情報α1,α2及び認識結果を重畳した画像を、遠隔操作装置Cに向けて送信する。
ステップ10:終了処理を行う。
本実施形態において示す遠隔操作装置Cは、装置本体50上にディスプレイ60を配設した外観構成になっている。
操作者Qは、基台62に配設された椅子64に腰掛けた状態で、ステアリングホイール567やアクセルペダル57等の操作を行うようにしている。
本実施形態において示すステアリング加重機構54は、ステアリングホイール56の上記した操作警戒角度範囲40b,41bにおいて、そのステアリングホイール56の操作力を増減加重するものであり、本実施形態においては、アクチュエータ54aを有する構成になっている。
アクセル加重機構55は、アクセルペダル57の操作力を加重するものであり、図9に示す仮想バネの挙動を示すようにしている。
(6)無人車両Bと遠隔操作装置Cとの間における通信遅延時間を算出する機能。この機能を「遅延時間算出手段51a」という。
本実施形態においては、無人車両Bと遠隔操作装置Cの間において、pingの要領でデータの往復時間を推定している。
また、無人車両Bと遠隔操作装置C双方にGPSを搭載しておき、そのGPSを用いて双方のコンピュータによって精度の高い時刻同期を行い、受信したデータのタイムスタンプに基づいて遅延時間を推定するようにしてもよい。
具体的には、ステアリングホイール56の操作角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
具体的には、アクセルペダル57の踏込み角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
本実施形態においては、図7(B)に示すように、上記の操作限界情報を走行可能エリア(図示しない)等に透過重畳表示させているが、これに限るものではなく、走行可能エリア等の側方に表示させるようにしてもよい。
この機能については、以下の図11において詳細に説明する。
(11)電気通信回線を通じ、生成した操作情報を半自律型無人車両Bに向けて送信する機能。この機能を「操作情報送信手段51f」という。
ステップ2:無人車両Bから送信された車両情報(速度等)、操作限界情報α1,α2及びコマンドを受信して、ステップ3に進む。
ステップ3:通信遅延時間を算出して、ステップ4に進む。
なお、以下にはステアリングホイール56の操作力を増減加重する場合について説明するが、アクセルペダル57の操作力についても、同様にして増減加重するようにしているので、本実施形態においては、アクセルペダル57の操作力の増減加重についての説明を省略する。
τ=0 θi<θa
τ=K(θ−θa) θa<θi<θd
τ=τmax θi<θd
k:回転バネ定数
θi:ステアリング角度
θa:警戒角度
(走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる(加速する)と無人車両Bが不安定になるステアリング角度・加速度)
θd:危険角度
(走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる(加速する)と無人車両Bが危険になるステアリング角度・加速度)
θ0:指令角度
ステップ6b:操作入力角度θiと指令角度θ0とを比較して、θi<θaの場合にはステップ6cに、θa<θi<θdの場合にはステップ6dに、また、θi<θdの場合にはステップ6eに進む。
ステップ6e:ステアリングホイール56の操作力τをτmaxにして、ステップ6fに進む。なお、τmaxは予め設定した操作力である。
上記したステップ6b〜6fの制御は、遠隔操作装置Cにおけるステアリングホイール56の操作力を制御する一連の処理である。
ステップ6h:指令角度θ0をステアリング角度θiとしてステップ6jに進む。
ステップ6j:無人車両B側のステアリングホイール56の操作情報(指令角度θ0)を出力して、ステップ6bに戻る。
ステップ7:アクセルぺダル57と、ステアリングホイール56の操作力を増減加重する。
本実施形態においては、操作盤63に許否設定スイッチ65(図8参照)を配設するとともに、その許否設定スイッチ65のオン/オフを判定するスイッチ状態判定手段51fと、当該許否設定スイッチ65がオンであると判定したときには、ステアリング操作禁止手段51gは、ステアリングホイール56の危険角度範囲以上の操作を禁止するようにしている。
具体的には、次のとおりである。
ステップ6b′:ステアリング角度θiと警戒角度θaとを比較して、θi>θaの場合にはステップ6d′に進み、θi<θaの場合にはステップ6c′に進む。
ステップ6d′:許否設定スイッチ65のオン/オフを判定し、その許否設定スイッチ65がオンであると判定されればステップ6f′に進み、そうでなければステップ6e′に進む。
すなわち、図13に示すように、許否設定スイッチ65がオフのときには、(ア)で示すように警戒角度θaに出力が制限されるのである。
ステアリング角度θiが危険角度θdに達しないときには、ステアリングホイール56に作用する加重が増加しながらも操作可能になっている。換言すると、ステアリングホイール56の操作角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
すなわち、図13に示すように、許否設定スイッチ65がオンのときには、(イ)で示すように危険角度θdに出力が制限されるのである。
ステップ6h′:ステアリングホイール56のステアリング角度θ0を無人車両Bに向けて出力する。
・上述した実施形態においては、ステアリング角度θiを、θi<θa、θa<θi<θd、及びθi<θd等に区分して、それぞれ対応する加重を加える例についてしたが、これに限るものではなく、例えば一定の角度毎に、これ対応する加重を加えるようにしてもよい。
車速パルスの補完として、無人車両の速度(積分して)/車両の傾き(重力を検出して)を測定するための加速度センサ、無人車両の速度を算出するためのタコメータを設けた構成にしてもよい。
・バーチカルジャイロの補完として、無人車両の傾き(水平面に対する)を検出するための傾斜角センサを配設してもよい。
10b 走行状態取得手段
10c 操作限界情報生成手段
10d 操作限界情報送信手段
10e 自律走行手段
19 撮像部(遠隔操作用カメラ)
33 測距部
40b,41b 操作警戒角度範囲
40c,41c 操作危険角度範囲
51a 遅延時間算出手段
51b ステアリング増減加重手段
51c アクセル増減加重手段
51d 操作限界情報表示手段
51e 操作情報生成手段
51f 操作情報送信手段
51g ステアリング操作禁止手段
51h スイッチ状態判定手段
54 ステアリング加重機構
55 アクセル加重機構
56 ステアリングホイール
57 アクセルペダル
60 表示部(ディスプレイ)
65 許否設定スイッチ
A1 無人車両遠隔操作システム
B 無人車両
C 遠隔操作装置
D 駆動機構
α1,α2 操作限界情報
Claims (12)
- 走行領域内の測距データを取得するための測距部と、走行のための駆動機構を搭載した無人車両と、その測距部によって取得した画像を表示する表示部を有し、その表示部に表示された画像に基づき、無人車両を遠隔操作するための遠隔操作装置とを無線通信回線を介して接続可能な無人車両遠隔操作システムにおいて、
測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、
無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段とを無人車両に設けたこと、
生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けたことを特徴とする無人車両遠隔操作システム。 - 遠隔操作装置には、無人車両を操作するためのステアリングが配設されており、
操作限界情報は、ステアリングの操作角度範囲を含むことを特徴とする請求項1に記載の無人車両遠隔操作システム。 - ステアリングの操作角度範囲は、無人車両の走行状態が不安定になるステアリングの操作警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項2に記載の無人車両遠隔操作システム。
- ステアリングの操作角度範囲は、無人車両の走行状態が危険になるステアリングの操作危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の無人車両遠隔操作システム。
- ステアリングの操作警戒角度範囲において、ステアリングの操作力を加重するステアリング加重機構を設けていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の無人車両遠隔操作システム。
- ステアリングの操作警戒角度に応じ、ステアリング加重機構によってステアリングの操作力を増減加重するステアリング増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項5に記載の無人車両遠隔操作システム。
- 遠隔操作装置には、無人車両を操作するためのアクセルペダルが配設されており、
操作限界情報は、アクセルペダルの操作角度範囲を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の無人車両遠隔操作システム。 - 操作限界情報は、無人車両の走行状態が不安定になるアクセルペダルの操作警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項7に記載の無人車両遠隔操作システム。
- 操作限界情報は、無人車両の走行状態が危険になるアクセルペダルの操作危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項7又は8に記載の無人車両遠隔操作システム。
- アクセルペダルの操作警戒角度範囲において、アクセルペダルの操作力を加重するアクセル加重機構を設けていることを特徴とする請求項8又は9に記載の無人車両遠隔操作システム。
- アクセルペダルの操作警戒角度に応じて、アクセル加重機構によってアクセルペダルの操作力を増減加重するアクセル増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項10に記載の無人車両遠隔操作システム。
- 無人車両と遠隔操作装置との間における通信遅延時間を算出する遅延時間算出手段が設けられており、
操作限界情報生成手段は、算出した遅延時間に応じた操作限界情報を生成することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の無人車両遠隔操作システム。
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