JP2016224854A - Autonomous travel device - Google Patents

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達朗 黒田
Tatsuro Kuroda
達朗 黒田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce wrong detection by securely recognizing a state of a road surface in a travel direction.SOLUTION: An autonomous travel device comprises: a travel control part which controls a drive member; and a distance detection part which emits predetermined light to a predetermined front space in a travel direction, receives reflected light reflected by a body present in the front space and a road surface, and detects distances to the body and road surface. The distance detection part comprises a scan control part which makes a scan in the emission direction of the light so that a predetermined plurality of measurement points in the front space are irradiated with the light, and further comprises a road surface determination part which makes the scan in the emission direction of the light by the scan control part so as to determine a state of the road surface in the travel direction upon the basis of change in the number of measurement points whose distances are detected by the distance detection part within a certain time when the light irradiating the plurality of measurement points is reflected by the body and the road surface.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

この発明は、自律走行装置に関し、特に、物の運搬や建物周辺の監視等を行うために、障害物等を避けながら所定の経路を自走する自律走行装置に関する。   The present invention relates to an autonomous traveling device, and more particularly to an autonomous traveling device that travels along a predetermined route while avoiding an obstacle or the like in order to carry an object, monitor a building periphery, or the like.

今日、荷物を搬送する搬送ロボットや建物内および建物周辺や所定の敷地内の状況を監視する監視ロボットなど、自律的に移動する自律走行装置が利用されている。
このような自律走行装置では、カメラや距離画像センサを利用して、移動する経路上に存在する障害物を検出して障害物を避けながら走行し、また、段差を検出して大きな段差のある領域には進入しないようにしている。
Today, autonomous traveling devices that move autonomously are used, such as a transport robot that transports luggage and a monitoring robot that monitors the situation in and around buildings and in predetermined sites.
In such an autonomous traveling device, a camera or a distance image sensor is used to detect an obstacle existing on the moving route and avoid the obstacle, and a step is detected to have a large step. I try not to enter the area.

たとえば、特許文献1では、物体からの反射光を利用して距離を測定する距離画像センサを用いて、反射光強度と測定された距離に基づいて、障害物と床面検出を行う障害物検出システムが提案されている。
また、特許文献2では、移動体の進行方向の床面領域について、超音波センサやレーザーセンサ等の測域センサを用いて路面データを取得して、路面データに基づいて移動可能領域と移動不可能領域とを振り分けて、精度よく障害を認識するシステムが提案されている。
さらに、特許文献3では、近距離用と遠距離用の距離画像センサを備え、進行方向斜め下方の床面や障害物までの距離を測定して、測定距離と平面方程式とを利用して、床面にある凹みや障害物の存在を検知する距離計測システムが提案されている。
For example, in Patent Document 1, using a distance image sensor that measures distance using reflected light from an object, obstacle detection that detects an obstacle and a floor surface based on the reflected light intensity and the measured distance is performed. A system has been proposed.
Further, in Patent Document 2, road surface data is acquired using a range sensor such as an ultrasonic sensor or a laser sensor for a floor surface region in a moving direction of a moving body, and a movable region and a non-movable region are acquired based on the road surface data. A system has been proposed in which possible areas are identified and obstacles are accurately recognized.
Furthermore, in Patent Document 3, a distance image sensor for short distance and long distance is provided, the distance to the floor surface and the obstacle obliquely below the traveling direction is measured, and the measurement distance and the plane equation are used. Distance measuring systems that detect the presence of dents and obstacles on the floor have been proposed.

特開2009−168751号公報JP 2009-168751 A 特開2012−220227号公報JP 2012-220227 A 特開2014−21625号公報JP 2014-21625 A

しかし、従来の障害物検出システムでは、自律走行装置が屋外を走行する場合、路面の状態や天候によって、障害物等の検出精度が変化し、障害物や段差等を検出できない場合や誤検出することがあった。
したがって、屋外を走行する場合には、路面の状態等の変化があっても、障害物等の誤検出をしないような検出方法が望ましい。
そこで、この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、路面に存在する段差や穴などの路面状態と障害物等の誤検出を低減させることのできる自律走行装置を提供することを課題とする。
However, in the conventional obstacle detection system, when the autonomous traveling device travels outdoors, the detection accuracy of the obstacle changes depending on the road surface condition and the weather, and the obstacle or the step cannot be detected or erroneously detected. There was a thing.
Therefore, when traveling outdoors, it is desirable to use a detection method that does not erroneously detect an obstacle or the like even if there is a change in the condition of the road surface.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an autonomous traveling device that can reduce road surface conditions such as steps and holes existing on the road surface and false detection of obstacles and the like. The task is to do.

この発明は、駆動部材を制御する走行制御部と、走行方向の所定の前方空間に所定の光を出射して、前記前方空間内に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部とを備え、前記距離検出部は、前記前方空間の所定の複数の測点に向けて前記光が照射されるように、光の出射方向を走査させる走査制御部を備え、前記走査制御部によって光の出射方向を走査することにより、前記複数の測点に向けて出射された光が物体および路面に反射された場合に、前記距離検出部によって距離が検出された測点数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態を判定する路面判定部をさらに備えたことを特徴とする自律走行装置を提供するものである。   The present invention provides a traveling control unit that controls a driving member, and emits predetermined light to a predetermined front space in the traveling direction, and receives reflected light reflected by an object and a road surface existing in the front space. A distance detection unit that detects a distance to the object and the road surface, and the distance detection unit emits the light toward a plurality of predetermined measurement points in the front space. The distance detection is performed when light emitted toward the plurality of measurement points is reflected by the object and the road surface by scanning the light emission direction by the scanning control unit. An autonomous traveling device is provided, further comprising a road surface determination unit that determines a state of a road surface in a traveling direction based on a change in the number of measurement points whose distance is detected by the unit within a certain time.

また、前記距離検出部は、光を出射する発光部と、光を受光する受光部とを備え、前記受光部に前記反射光が受光されたことを確認する受光確認部と、前記発光部から光が出射された時刻と、前記受光部に反射光が受光されたことを確認された時刻との時間差を利用して、前記発光部と前記複数の測点との間の距離である受光距離を算出する受光距離算出部とをさらに備え、前記路面判定部は、前記受光確認部によって反射光が受光されたことが確認された測点に対しては物体が存在し、反射光が受光されたことが確認されなかった測点に対しては物体が存在しないと判定することを特徴とする。   The distance detecting unit includes a light emitting unit that emits light and a light receiving unit that receives light, and a light receiving confirmation unit that confirms that the reflected light is received by the light receiving unit; A light receiving distance that is a distance between the light emitting unit and the plurality of measurement points by using a time difference between the time when the light is emitted and the time when the reflected light is confirmed to be received by the light receiving unit. A light receiving distance calculating unit that calculates a light receiving distance, and the road surface determining unit includes an object at a measurement point where the reflected light is confirmed to be received by the light receiving confirmation unit, and the reflected light is received. It is characterized in that it is determined that there is no object at a measurement point that has not been confirmed.

また、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上、ほとんど変化のない場合は、走行方向の路面は平坦な路面であると判定することを特徴とする。
また、走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上減少傾向を示している場合は、走行方向の路面に、穴領域が存在していると判定することを特徴とする。
また、走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が一定数存在していた状態から、前記距離が検出された測点数が所定の時間だけ減少傾向あるいは増加傾向を示した後、前記一定数の測点数と異なる測点数でほとんど変化がない状態となった場合は、走行方向の路面が、光の反射率の異なる路面に変化したと判定することを特徴とする。
また、前記距離検出部は、所定の距離測定領域内の2次元空間または3次元空間にレーザーを出射し、前記距離測定領域内の複数の測点における距離を測定するLIDARを用いることを特徴とする。
Further, the road surface determination unit determines that the road surface in the traveling direction is a flat road surface when the number of measurement points from which the distance is detected has hardly changed for a predetermined time or more.
In addition, when the vehicle is traveling, the road surface determination unit has a hole area on the road surface in the traveling direction when the number of measurement points where the distance is detected shows a decreasing tendency for a predetermined time or more. It is determined that it is present.
In addition, in a state where the vehicle is traveling, the road surface determination unit is configured to decrease or increase the number of stations from which the distance is detected for a predetermined time from a state in which a certain number of stations from which the distance is detected exists After showing the tendency, it is determined that the road surface in the traveling direction has changed to a road surface having a different light reflectance when there is almost no change in the number of measurement points different from the fixed number of measurement points. And
Further, the distance detection unit uses a LIDAR that emits a laser to a two-dimensional space or a three-dimensional space in a predetermined distance measurement region and measures distances at a plurality of measurement points in the distance measurement region. To do.

この発明によれば、走行方向の所定の前方空間の測点に向けて、光を走査しながら出射することによって、物体および路面によって反射された光を利用して、距離が測定された測点の数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態等を判定するので、これから進行しようとする路面の状態等を確実に認識することができ、誤検出を低減させることができる。   According to the present invention, the measuring point whose distance is measured by using the light reflected by the object and the road surface by emitting the light while scanning toward the measuring point in the predetermined front space in the traveling direction. Since the road surface condition in the traveling direction is determined based on the change in the number of roads within a certain time, it is possible to reliably recognize the road surface condition or the like to proceed from now on, and to reduce false detections. .

この発明の自律走行装置の一実施例の外観図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is an external view of one Example of the autonomous traveling apparatus of this invention. この発明の自律走行装置の走行に関係する構成の説明図である。It is explanatory drawing of the structure relevant to driving | running | working of the autonomous running apparatus of this invention. この発明の自律走行装置の一実施例の構成ブロック図である。It is a block diagram of a configuration of an embodiment of the autonomous mobile device of the present invention. この発明の距離検出部の一実施例の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of one Example of the distance detection part of this invention. この発明の距離検出部から出射されるレーザーの走査方向の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the scanning direction of the laser radiate | emitted from the distance detection part of this invention. この発明のレーザーの照射領域を、上方向および後方から見た概略説明図である。It is the schematic explanatory drawing which looked at the irradiation area of the laser of this invention from the upper direction and back. この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example about the determination process of the road surface which the autonomous running apparatus of this invention drive | works. この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example about the determination process of the road surface which the autonomous running apparatus of this invention drive | works. この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example about the determination process of the road surface which the autonomous running apparatus of this invention drive | works. この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example about the determination process of the road surface which the autonomous running apparatus of this invention drive | works. この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example about the determination process of the road surface which the autonomous running apparatus of this invention drive | works. 測点数の重み付けの一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example of weighting of the number of measurement points. 測点間の水平方向の距離差に基づく重み付けの一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example of the weighting based on the distance difference of the horizontal direction between measurement points.

以下、図面を使用して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例の記載によって、この発明が限定されるものではない。
<自律走行装置の構成>
図1に、この発明の自律走行装置の一実施例の外観図を示す。
図1において、この発明の自律走行装置1は、所定の経路情報に基づいて、障害物を避けながら、自律的に移動する機能を有する車両である。
また、自律走行装置1は、移動機能に加えて、輸送機能、監視機能、掃除機能、誘導機能、通報機能、道案内、農作業機能(芝刈り、耕うん、収穫)などの種々の機能を備えてもよい。
以下の実施例では、主として、屋外の所定の監視領域や通路を自律走行し、監視領域等の監視を行うことのできる監視機能を備えた自律走行装置について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by description of the following examples.
<Configuration of autonomous traveling device>
In FIG. 1, the external view of one Example of the autonomous running apparatus of this invention is shown.
In FIG. 1, an autonomous traveling device 1 of the present invention is a vehicle having a function of autonomously moving while avoiding an obstacle based on predetermined route information.
Further, the autonomous mobile device 1 has various functions such as a transportation function, a monitoring function, a cleaning function, a guidance function, a reporting function, a road guide, and a farming function (mowing, tilling, harvesting) in addition to the moving function. Also good.
In the following embodiments, an autonomous traveling device having a monitoring function capable of autonomously traveling in a predetermined outdoor monitoring area or passage and monitoring the monitoring area or the like will be mainly described.

図1の外観図において、自律走行装置1(以下、車両とも呼ぶ)は、主として、車体10と、4つの車輪(21,22)と、監視ユニット2と、制御ユニット3とを備える。
監視ユニット2は、移動する領域や路面の状態を確認する機能や監視対象を監視する機能を有する部分であり、たとえば、移動する前方空間の状態を確認する距離検出部51、走行している現在位置の情報を取得する位置情報取得部55、カメラなどから構成される。
制御ユニット3は、この発明の自律走行装置の有する走行機能や監視機能などを実行する部分であり、たとえば後述するような制御部50、通信部58、路面判定部59、記憶部70などから構成される。
In the external view of FIG. 1, the autonomous traveling device 1 (hereinafter also referred to as a vehicle) mainly includes a vehicle body 10, four wheels (21, 22), a monitoring unit 2, and a control unit 3.
The monitoring unit 2 is a part having a function of confirming a moving area and a road surface state and a function of monitoring a monitoring target. For example, a distance detection unit 51 for confirming a state of a moving front space, a current traveling state It includes a position information acquisition unit 55 that acquires position information, a camera, and the like.
The control unit 3 is a part that executes a traveling function, a monitoring function, and the like of the autonomous traveling device of the present invention, and includes, for example, a control unit 50, a communication unit 58, a road surface determination unit 59, a storage unit 70, and the like as will be described later. Is done.

この発明では、特に、距離検出部51を利用して、車体10の進行方向前方の状態を確認しながら自走し、前方に、障害物、段差、穴等が存在することを検出した場合には、障害物に衝突することや穴にはまって動けなくなることを防止するために、静止、回転、後退、前進等の動作を行って進路を変更する。   In the present invention, in particular, when the distance detection unit 51 is used to self-run while checking the state of the front of the vehicle body 10 in the traveling direction, and it is detected that an obstacle, a step, a hole, etc. are present ahead. In order to prevent it from colliding with an obstacle or being stuck in a hole and becoming unable to move, the path is changed by performing operations such as rest, rotation, retreat, and forward movement.

図2に、この発明の自律走行装置の走行に関係する構成の説明図を示す。
図2(a)は、車両1の右側面図であり、右側の前輪21や後輪22を仮想線で示している。また、図2(b)は、図2(a)のB−B線矢視断面図を示し、後述するスプロケット21b,22b,31b,32bを仮想線で示している。車体10の前面13に前輪(21,31)を配置し、後面14に後輪(22,32)を配置する。
車体10の各側面12R,12Lには帯状のカバー18が設置され、車体10の前後方向に沿って延びている。カバー18の下側には、前輪21、31および後輪22、32をそれぞれ回転支持する車軸21a,31aおよび車軸22a、32aが設けられている。各車軸21a,31a,22a,32aは、動力伝達部材によって結合されない場合は、独立して回転可能となっている。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration related to traveling of the autonomous traveling device of the present invention.
FIG. 2A is a right side view of the vehicle 1, and the right front wheel 21 and the rear wheel 22 are indicated by phantom lines. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. Front wheels (21, 31) are arranged on the front surface 13 of the vehicle body 10, and rear wheels (22, 32) are arranged on the rear surface 14.
A belt-like cover 18 is installed on each side surface 12R, 12L of the vehicle body 10 and extends along the front-rear direction of the vehicle body 10. Below the cover 18 are provided axles 21a, 31a and axles 22a, 32a that rotatably support the front wheels 21, 31 and the rear wheels 22, 32, respectively. Each axle 21a, 31a, 22a, 32a is independently rotatable when not coupled by a power transmission member.

左右のそれぞれ一対の前輪(21,31)と後輪(22,32)とには動力伝達部材であるベルト23,33が設けられている。具体的には、右側の前輪21の車軸21aにはスプロケット21bが設けられ、後輪22の車軸22aにはスプロケット22bが設けられる。また、前輪のスプロケット21bと後輪のスプロケット22bとの間には、例えばスプロケットと歯合する突起を内面側に設けたベルト23が巻架されている。同様に、左側の前輪31の車軸31aにはスプロケット31bが設けられるとともに、後輪32の車軸32aにはスプロケット32bが設けられており、前輪のスプロケット31bと後輪のスプロケット32bとの間には、ベルト23と同様に、ベルト33が巻架されている。   Belts 23 and 33, which are power transmission members, are provided on the pair of front wheels (21, 31) and rear wheels (22, 32) on the left and right, respectively. Specifically, a sprocket 21 b is provided on the axle 21 a of the right front wheel 21, and a sprocket 22 b is provided on the axle 22 a of the rear wheel 22. Between the front wheel sprocket 21b and the rear wheel sprocket 22b, for example, a belt 23 provided with a protrusion that meshes with the sprocket is provided on the inner surface side. Similarly, a sprocket 31b is provided on the axle 31a of the left front wheel 31, and a sprocket 32b is provided on the axle 32a of the rear wheel 32. Between the sprocket 31b of the front wheel and the sprocket 32b of the rear wheel, As with the belt 23, a belt 33 is wound around.

したがって、左右のそれぞれ一対の前輪と後輪(21と22、31と32)は、ベルト(23,33)によって連結駆動されるので、一方の車輪を駆動すればよい。たとえば、前輪(21,31)を駆動すればよい。一方の車輪を駆動輪とした場合に、他方の車輪は、動力伝達部材であるベルトによってスリップすることなく駆動される従動輪として機能する。
左右それぞれ一対の前輪と後輪とを連結駆動する動力伝達部材としては、スプロケットとこのスプロケットに歯合する突起を設けたベルトを用いるほか、例えば、スプロケットとこのスプロケットに歯合するチェーンを用いてもよい。さらに、スリップが許容できる場合は、摩擦の大きなプーリーとベルトを動力伝達部材として用いてもよい。ただし、駆動輪と従動輪の回転数が同じとなるように動力伝達部材を構成する。
図2では、前輪(21、31)が駆動輪に相当し、後輪(22、32)が従動輪に相当する。
Accordingly, the pair of front and rear wheels (21 and 22, 31 and 32) on the left and right sides are connected and driven by the belts (23 and 33), so that one of the wheels may be driven. For example, the front wheels (21, 31) may be driven. When one wheel is a driving wheel, the other wheel functions as a driven wheel that is driven without slipping by a belt that is a power transmission member.
As a power transmission member for connecting and driving a pair of left and right front wheels and rear wheels, in addition to using a sprocket and a belt provided with a projection that meshes with the sprocket, for example, using a sprocket and a chain that meshes with the sprocket. Also good. Furthermore, if slip is acceptable, a pulley and a belt having a large friction may be used as the power transmission member. However, the power transmission member is configured so that the rotational speeds of the driving wheel and the driven wheel are the same.
In FIG. 2, the front wheels (21, 31) correspond to drive wheels, and the rear wheels (22, 32) correspond to driven wheels.

車体10の底面15の前輪側には、右側の前後輪21,22を駆動するための電動モータ41Rと、左側の前後輪31,32を駆動するための電動モータ41Lの2つのモータが設けられている。右側の電動モータ41Rのモータ軸42Rと右側の前輪21の車軸21aとの間には、動力伝達機構としてギアボックス43Rが設けられている。同様に、左側の電動モータ41Lのモータ軸42Lと左側の前輪31の車軸31aとの間には、動力伝達機構としてギアボックス43Lが設けられている。ここでは、2つの電動モータ41R,41Lは車体の進行方向の中心線に対して左右対称となるように並列配置されており、ギアボックス43R,43Lもそれぞれ電動モータ41R,41Lの左右外側に配設されている。   Two motors, an electric motor 41R for driving the right front and rear wheels 21 and 22 and an electric motor 41L for driving the left front and rear wheels 31 and 32, are provided on the front wheel side of the bottom surface 15 of the vehicle body 10. ing. A gear box 43R is provided as a power transmission mechanism between the motor shaft 42R of the right electric motor 41R and the axle 21a of the right front wheel 21. Similarly, a gear box 43L is provided as a power transmission mechanism between the motor shaft 42L of the left electric motor 41L and the axle 31a of the left front wheel 31. Here, the two electric motors 41R and 41L are arranged in parallel so as to be symmetrical with respect to the center line in the traveling direction of the vehicle body, and the gear boxes 43R and 43L are also arranged on the left and right outer sides of the electric motors 41R and 41L, respectively. It is installed.

ギアボックス43R,43Lは、複数の歯車や軸などから構成され、電動モータからの動力をトルクや回転数、回転方向を変えて出力軸である車軸に伝達する組立部品であり、動力の伝達と遮断を切替えるクラッチを含んでいてもよい。なお、左右の後輪22,32はそれぞれ軸受44R,44Lによって軸支されており、軸受44R,44Lはそれぞれ車体10の底面15の右側面12R、左側面12Lに近接させて配設されている。   The gear boxes 43R and 43L are composed of a plurality of gears, shafts, and the like, and are assembly parts that transmit the power from the electric motor to the axle that is the output shaft by changing the torque, the rotation speed, and the rotation direction. A clutch for switching the shutoff may be included. The left and right rear wheels 22 and 32 are pivotally supported by bearings 44R and 44L, respectively, and the bearings 44R and 44L are disposed close to the right side surface 12R and the left side surface 12L of the bottom surface 15 of the vehicle body 10, respectively. .

以上の構成により、進行方向右側の一対の前後輪21,22と、左側の前後輪31,32とは、独立して駆動することが可能となる。すなわち、右側の電動モータ41Rの動力はモータ軸42Rを介してギアボックス43Rに伝わり、ギアボックス43Rによって回転数、トルクあるいは回転方向が変更されて車軸21aに伝達される。そして、車軸21aの回転によって車輪21が回転するとともに、車軸21aの回転は、スプロケット21b、ベルト23、および、スプロケット22bを介して後軸22bに伝わり、後輪22を回転させることになる。左側の電動モータ41Lからの前輪31および後輪32への動力の伝達については上記した右側の動作と同様である。   With the above configuration, the pair of front and rear wheels 21 and 22 on the right side in the traveling direction and the left and right front and rear wheels 31 and 32 can be driven independently. That is, the power of the right electric motor 41R is transmitted to the gear box 43R via the motor shaft 42R, and the rotational speed, torque, or rotational direction is changed by the gear box 43R and transmitted to the axle 21a. The wheel 21 is rotated by the rotation of the axle 21a, and the rotation of the axle 21a is transmitted to the rear shaft 22b via the sprocket 21b, the belt 23, and the sprocket 22b, and the rear wheel 22 is rotated. Transmission of power from the left electric motor 41L to the front wheels 31 and the rear wheels 32 is the same as the operation on the right side described above.

そして、2つの電動モータ41R,41Lの回転数が同じである場合、各ギアボックス43R,43Lのギア比(減速比)を同じにすれば、自律走行装置1は前進あるいは後進を行うことになる。自律走行装置1の速度を変更する場合は、各ギアボックス43R,43Lのギア比を同じ値に維持しつつ変化させればよい。
また、進行方向を変える場合は、各ギアボックス43R,43Lのギア比を変更して、右側の前輪21および後輪22の回転数と左側の前輪31および後輪32の回転数とに、回転差を持たせればよい。さらに、各ギアボックス43R,43Lからの出力の回転方向を変えることにより、左右の車輪の回転方向を反対にすることで車体中央部を中心とした定置旋回が可能になる。
And when the rotation speed of two electric motors 41R and 41L is the same, if the gear ratio (reduction ratio) of each gearbox 43R and 43L is made the same, the autonomous mobile device 1 will move forward or backward. . When changing the speed of the autonomous mobile device 1, the gear ratios of the gear boxes 43R and 43L may be changed while maintaining the same value.
When changing the traveling direction, the gear ratios of the gear boxes 43R and 43L are changed so that the rotation speeds of the right front wheel 21 and the rear wheel 22 and the left front wheel 31 and the rear wheel 32 are rotated. It only has to make a difference. Furthermore, by changing the rotation direction of the output from each gear box 43R, 43L, the turning direction of the left and right wheels can be reversed to enable stationary turning around the vehicle body center.

自律走行装置1を定置旋回させる場合は、前後の車輪の角度を可変にするステアリング機構が設けられていないため、前後の車輪の間隔(ホイールベース)が大きいほど、車輪にかかる抵抗が大きくなり、旋回のために大きな駆動トルクが必要となる。しかし、各ギアボックス43R,43L内のギア比は可変にしているので、旋回時の車輪の回転数を下げるだけで車輪に大きなトルクを与えることができる。   When the autonomous traveling device 1 is turned stationary, the steering mechanism for changing the angle of the front and rear wheels is not provided. Therefore, the larger the distance between the front and rear wheels (wheel base), the greater the resistance applied to the wheels. A large driving torque is required for turning. However, since the gear ratios in the gear boxes 43R and 43L are variable, a large torque can be applied to the wheels only by reducing the rotation speed of the wheels during turning.

例えば、ギアボックス43R内のギア比として、モータ軸42R側のギアの歯数を10、中間ギアの歯数を20、車軸21b側のギアの歯数を40とした場合、車軸21bの回転数はモータ軸42Rの1/4の回転数となるが、4倍のトルクが得られる。そして、更に回転数が小さくなるようなギア比を選択することによって、より大きなトルクを得ることができるため、不整地や砂地などの車輪に係る抵抗が大きな路面であっても旋回が可能となる。   For example, when the gear ratio in the gear box 43R is 10 for the number of gear teeth on the motor shaft 42R, 20 for the number of teeth on the intermediate gear, and 40 for the gear on the side of the axle 21b, the rotational speed of the axle 21b Is ¼ of the rotational speed of the motor shaft 42R, but four times the torque is obtained. And, by selecting a gear ratio that further reduces the rotation speed, a larger torque can be obtained, so that it is possible to turn even on road surfaces with large resistance related to wheels such as rough terrain and sand. .

また、モータ軸42R,42Lと車軸21a、31aとの間にギアボックス43R,43Lを設けているため、車輪21,31からの振動が直接モータ軸に伝わることがない。さらに、ギアボックス43R,43Lに動力の伝達と切り離し(遮断)を行うクラッチを設けておき、電動モータ41R,41Lの非通電時には、電動モータ41R,41L側と駆動軸となる車軸21a,31aとの間の動力伝達を遮断しておくことが望ましい。これにより、仮に停止時に車体10に力が加わり車輪が回転しても、電動モータ41R,41Lには回転が伝わらないため、電動モータ41R,41Lに逆起電力が発生することはなく、電動モータ41R,41Lの回路を損傷するおそれもない。   Further, since the gear boxes 43R and 43L are provided between the motor shafts 42R and 42L and the axles 21a and 31a, vibrations from the wheels 21 and 31 are not directly transmitted to the motor shaft. Further, clutches for transmitting and disconnecting (cutting off) power are provided in the gear boxes 43R and 43L, and when the electric motors 41R and 41L are not energized, the electric motors 41R and 41L side and the axles 21a and 31a serving as drive shafts It is desirable to block power transmission between the two. As a result, even if a force is applied to the vehicle body 10 when the vehicle stops and the wheels rotate, the rotation is not transmitted to the electric motors 41R and 41L. Therefore, no back electromotive force is generated in the electric motors 41R and 41L. There is no possibility of damaging the circuits of 41R and 41L.

このように、左右のそれぞれ前後一対の前輪と後輪を動力伝達部材で連結し、前輪側に配置した2つの電動モータで駆動可能するようにして4輪を駆動しているので、後輪専用の電動モータ、さらに、この電動モータと後輪との間に必要な後輪専用のギアボックスを設ける必要がなく、後輪専用の電動モータやギアボックスのための設置スペースを削減することができる。
上記したように、車体10の底面15の前輪21、31側には2つの電動モータ41R,41Lを進行方向左右に配置し、さらに各電動モータ41R,41Lのそれぞれの左右側方にギアボックス43R,43Lを配置しているが、底面15の後輪22、32側には軸受44R,44Lを配置しているだけであるため、車体10の底面15には、その中央位置から例えば車体の後端までにわたって、広い収容スペース16を確保できる。
In this way, the left and right pair of front and rear front wheels and rear wheels are connected by a power transmission member, and the four wheels are driven so as to be driven by two electric motors arranged on the front wheel side. In addition, it is not necessary to provide a dedicated rear wheel gear box between the electric motor and the rear wheel, and the installation space for the rear wheel dedicated electric motor and gear box can be reduced. .
As described above, the two electric motors 41R and 41L are arranged on the front wheels 21 and 31 side of the bottom surface 15 of the vehicle body 10 on the left and right sides in the traveling direction, and further the gear box 43R on the left and right sides of the electric motors 41R and 41L. 43L, but only the bearings 44R and 44L are arranged on the rear wheels 22 and 32 side of the bottom surface 15. Therefore, the bottom surface 15 of the vehicle body 10 is placed on the bottom surface 15 of the vehicle body, for example, from the center position. A wide accommodation space 16 can be secured up to the end.

各電動モータ41R,41Lは、例えばリチウムイオン電池などのバッテリ40を動力源とし、バッテリ40を収容スペース16に設置する。具体的には、バッテリ40は、例えば直方体の外形をなし、図2(b)に示すように、底面15の略中央位置に載置することが可能である。また、車体10の後面14は例えば上面あるいは底面15に対して開閉可能に構成し、収容スペース16へのバッテリ40の出し入れを容易にすることが望ましい。これにより、長時間走行を実現させるための大容量のバッテリ40を車体10の収容スペース16に搭載可能になり、また、バッテリ40の交換、充電、点検などの作業は、後面14から容易に実施可能になる。さらに、バッテリ40を底面15に配置することができるため、車体10の重心が低く、安定した走行が可能な電動車両を得ることができる。   Each electric motor 41R, 41L uses, for example, a battery 40 such as a lithium ion battery as a power source, and the battery 40 is installed in the accommodation space 16. Specifically, the battery 40 has a rectangular parallelepiped shape, for example, and can be placed at a substantially central position of the bottom surface 15 as shown in FIG. In addition, the rear surface 14 of the vehicle body 10 is preferably configured to be openable and closable with respect to the upper surface or the bottom surface 15, for example, so that the battery 40 can be easily inserted into and removed from the accommodation space 16. As a result, a large-capacity battery 40 for realizing long-time running can be mounted in the housing space 16 of the vehicle body 10, and work such as replacement, charging, and inspection of the battery 40 can be easily performed from the rear surface 14. It becomes possible. Furthermore, since the battery 40 can be disposed on the bottom surface 15, an electric vehicle capable of running stably with a low center of gravity of the vehicle body 10 can be obtained.

図3に、この発明の自律走行装置の一実施例の構成ブロック図を示す。
図3において、この発明の自律走行装置1は、主として、制御部50、距離検出部51、受光確認部52、受光距離算出部53、カメラ54、位置情報取得部55、走行制御部56、車輪57、通信部58、路面判定部59、充電池60、記憶部70を備える。
また、自律走行装置1は、ネットワーク6を介して、管理サーバ5に接続され、管理サーバ5から送られる指示情報等に基づいて自律走行し、取得した監視情報などを管理サーバ5に送信する。
ネットワーク6としては、現在利用されているあらゆるネットワークを利用することができるが、自律走行装置1は、移動する装置であるので、無線通信が可能なネットワーク(たとえば、無線LAN)を利用することが好ましい。
FIG. 3 shows a block diagram of a configuration of an embodiment of the autonomous traveling device of the present invention.
3, the autonomous traveling device 1 of the present invention mainly includes a control unit 50, a distance detection unit 51, a light reception confirmation unit 52, a light reception distance calculation unit 53, a camera 54, a position information acquisition unit 55, a travel control unit 56, and wheels. 57, a communication unit 58, a road surface determination unit 59, a rechargeable battery 60, and a storage unit 70.
The autonomous mobile device 1 is connected to the management server 5 via the network 6, autonomously travels based on instruction information and the like sent from the management server 5, and transmits the acquired monitoring information and the like to the management server 5.
As the network 6, any currently used network can be used. However, since the autonomous mobile device 1 is a moving device, it is possible to use a network capable of wireless communication (for example, a wireless LAN). preferable.

無線通信のネットワークとしては、公衆に開放されているインターネットなどを利用してもよく、あるいは、接続できる装置が限定される専用回線の無線ネットワークを利用してもよい。無線通信路での無線伝送方式としては、各種無線LAN(Local Area Network)(WiFi(登録商標)認証の有無は問わない)、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標) LE(Low Energy)などの規格に準じた方式が挙げられ、無線到達距離や伝送帯域などを考慮して使用すればよいが、例えば携帯電話網などを利用してもよい。
管理サーバ5は、主として、通信部91、監視制御部92、記憶部93を備える。通信部91は、ネットワーク6を介して、自律走行装置1と通信する部分であり、無線による通信機能を有することが好ましい。
監視制御部92は、自律走行装置1に対する移動制御、自律走行装置1の情報収集機能および監視機能などを実行させる部分である。
記憶部93は、自律走行装置1に対して移動指示をするための情報、自律走行装置1から送られてきた監視情報(受信監視情報93aなど)、監視制御のためのプログラムなどを記憶する部分である。
As a wireless communication network, the Internet open to the public or the like may be used, or a dedicated line wireless network in which devices that can be connected are limited may be used. As a wireless transmission method in a wireless communication path, various wireless LANs (Local Area Network) (with or without WiFi (registered trademark) authentication), ZigBee (registered trademark), Bluetooth (registered trademark) LE (Low Energy), etc. A method conforming to the above standard may be mentioned, and it may be used in consideration of a wireless reachable distance, a transmission band, etc. For example, a mobile phone network may be used.
The management server 5 mainly includes a communication unit 91, a monitoring control unit 92, and a storage unit 93. The communication unit 91 is a part that communicates with the autonomous mobile device 1 via the network 6 and preferably has a wireless communication function.
The monitoring control unit 92 is a part that executes movement control for the autonomous traveling device 1, information collection function and monitoring function of the autonomous traveling device 1, and the like.
The storage unit 93 stores information for instructing movement to the autonomous mobile device 1, monitoring information (reception monitoring information 93a, etc.) sent from the autonomous mobile device 1, a program for monitoring control, and the like. It is.

自律走行装置1の制御部50は、走行制御部56などの各構成要素の動作を制御する部分であり、主として、CPU、ROM、RAM、I/Oコントローラ、タイマー等からなるマイクロコンピュータによって実現される。
CPUは、ROM等に予め格納された制御プログラムに基づいて、各種ハードウェアを有機的に動作させて、この発明の走行機能、路面判定機能などを実行する。
The control unit 50 of the autonomous mobile device 1 is a part that controls the operation of each component such as the travel control unit 56, and is mainly realized by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an I / O controller, a timer, and the like. The
The CPU organically operates various hardware based on a control program stored in advance in a ROM or the like, and executes the traveling function, the road surface determination function, and the like of the present invention.

距離検出部51は、車両の現在位置から、進行方向の前方空間に存在する物体および路面までの距離を検出する部分である。ここで、車両が屋外を走行する場合、物体とは、たとえば、建物、柱、壁、突起物、岩、停車中の車などの動かない立体物や、人間、動物、走行中の車両などを意味する。
距離検出部51は、走行方向の所定の前方空間に所定の光を出射した後、前方空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、物体および路面までの距離を検出する。具体的には、距離検出部51は、主として、光を出射する発光部51aと、物体によって反射された光を受光する受光部51bと、光の出射方向を、2次元的あるいは3次元的に変化させる走査制御部51cとから構成される。
The distance detection unit 51 is a part that detects the distance from the current position of the vehicle to the object and the road surface existing in the forward space in the traveling direction. Here, when the vehicle travels outdoors, the object is, for example, a three-dimensional object such as a building, a pillar, a wall, a protrusion, a rock, a parked car, a human, an animal, or a traveling vehicle. means.
The distance detection unit 51 emits predetermined light to a predetermined front space in the traveling direction, and then receives the reflected light reflected by the object and the road surface existing in the front space, and detects the distance to the object and the road surface. . Specifically, the distance detecting unit 51 mainly determines a light emitting unit 51a that emits light, a light receiving unit 51b that receives light reflected by an object, and a light emitting direction in two or three dimensions. And a scanning control unit 51c to be changed.

図4に、この発明の距離検出部51の一実施例の説明図を示す。
ここでは、発光部51aから出射されたレーザー51dが、物体100に反射して、受光距離L0だけ往復して戻ってきたレーザーの一部分が受光部51bに受光されることを示している。
FIG. 4 shows an explanatory diagram of an embodiment of the distance detector 51 of the present invention.
Here, the laser 51d emitted from the light emitting unit 51a is reflected by the object 100, and a part of the laser that has returned back and forth by the light receiving distance L0 is received by the light receiving unit 51b.

センシングのために放射されるものとしては、レーザー、赤外線、可視光、超音波、電磁波などを用いることができるが、耐天候性の高さと測距精度が高いことから、レーザーを用いることが好ましい。
また、今日、距離検出用センサとして、LIDAR(Light Detection and Ranging、あるいはLaser Imaging Detection and Ranging:ライダー)が用いられているが、これを距離検出部51として用いてもよい。
LIDARは、所定の距離測定領域内の2次元空間または3次元空間にレーザーを出射し、距離測定領域内の複数の測点における距離を測定する装置である。
また、LIDARは、発光部51aからレーザーを出射した後、物体によって反射された反射光を受光部51bで検出し、たとえば、出射時刻と受光時刻との時間差から、受光距離L0を算出する。
Lasers, infrared rays, visible light, ultrasonic waves, electromagnetic waves, and the like can be used as radiated for sensing, but it is preferable to use lasers because of high weather resistance and high ranging accuracy. .
Also, today, LIDAR (Light Detection and Ranging or Laser Imaging Detection and Ranging: rider) is used as a distance detection sensor, but this may be used as the distance detection unit 51.
The LIDAR is a device that emits a laser to a two-dimensional space or a three-dimensional space in a predetermined distance measurement region and measures distances at a plurality of measurement points in the distance measurement region.
The LIDAR detects the reflected light reflected by the object after the laser is emitted from the light emitting unit 51a, and calculates the light receiving distance L0 from the time difference between the emission time and the light receiving time, for example.

発光部51aから出射されたレーザーが、距離L0だけ離れた動かない物体に当たったとすると、発光部51aの先端から物体表面までの距離L0の2倍に相当する距離(2L0)だけ進行して、受光部51bに受光される。
レーザーを出射した時刻と受光した時刻とは、レーザーが上記距離(2L0)を進行するのにかかる時間T0だけずれている。すなわち、時間差が生じている。この時間差T0と、光の速度とを利用することによって、上記受光距離L0を算出することができる。
If the laser emitted from the light emitting unit 51a hits a non-moving object separated by a distance L0, the laser beam travels by a distance (2L0) corresponding to twice the distance L0 from the tip of the light emitting unit 51a to the object surface. Light is received by the light receiving portion 51b.
The time when the laser is emitted and the time when the laser is received are shifted by a time T0 required for the laser to travel the distance (2L0). That is, there is a time difference. By using the time difference T0 and the speed of light, the light receiving distance L0 can be calculated.

図4には、距離検出部51を動かさない場合を示しており、発光部51aから出射されるレーザーは同じ光路を進行する場合を示している。
したがって、物体100の一点に当たって反射してきた反射光を受光した場合、発光部51aの先端と物体の一点との距離のみが算出される。
FIG. 4 shows a case where the distance detecting unit 51 is not moved, and shows a case where the laser emitted from the light emitting unit 51a travels on the same optical path.
Therefore, when the reflected light reflected by one point of the object 100 is received, only the distance between the tip of the light emitting unit 51a and one point of the object is calculated.

走査制御部51cは、走行方向の前方空間の所定の複数の測点に向けて光が照射されるように、光の出射方向を走査させる部分であり、距離検出部51の向きを一定時間ごとに少しずつ変化させることによって、出射されるレーザーが進行する光路を少しずつ移動させる。
LIDAR51では、水平方向の所定の2次元空間の範囲内で、レーザーの出射方向を所定の走査ピッチずつ変化させて、物体までの距離を算出する(水平方向の2次元走査)。また、3次元的に距離を算出する場合は、垂直方向に、所定の走査ピッチだけレーザーの出射方向を変化させて、さらに上記の水平方向の2次元走査を行って距離を算出する。
The scanning control unit 51c is a part that scans the light emission direction so that light is emitted toward a plurality of predetermined measurement points in the front space in the traveling direction, and changes the direction of the distance detection unit 51 at regular intervals. By gradually changing, the optical path along which the emitted laser travels is moved little by little.
The LIDAR 51 calculates the distance to the object by changing the laser emission direction by a predetermined scanning pitch within a predetermined two-dimensional space in the horizontal direction (horizontal two-dimensional scanning). When calculating the distance three-dimensionally, the laser emission direction is changed by a predetermined scanning pitch in the vertical direction, and the above two-dimensional scanning in the horizontal direction is further performed to calculate the distance.

図5に、距離検出部(LIDAR)51から出射されるレーザーの走査方向の概略説明図を示す。
また、図6に、距離検出部(LIDAR)51から出射されたレーザーの照射領域を、上方から見た図(図6(a))と、後方から見た図(図6(b))を示す。
図5において、1つの点は、所定の距離だけ離れた位置の垂直方向の2次元平面(垂直平面)において、レーザーが当たった位置(以下、測点と呼ぶ)を示している。
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of the scanning direction of the laser emitted from the distance detection unit (LIDAR) 51.
FIG. 6 shows a view of the irradiation region of the laser emitted from the distance detector (LIDAR) 51 (FIG. 6A) and a view seen from the rear (FIG. 6B). Show.
In FIG. 5, one point indicates a position (hereinafter referred to as a measurement point) where the laser hits on a two-dimensional plane (vertical plane) in a vertical direction at a position separated by a predetermined distance.

たとえば、距離検出部51の発光部51aから出るレーザーの出射方向を、水平方向に所定の走査ピッチだけ右方向に移動するように、距離検出部51の向きを変化させると、レーザーは、水平方向の右方向に走査ピッチだけずれた隣の位置(測点)の垂直平面に当たる。
もし、この垂直平面の位置に物体が存在したとすると、各測点において反射されたレーザーの反射光の一部分が、受光部51bに受光される。
このように順次、水平方向に、所定の走査ピッチずつ、レーザーの照射方向をずらしていくと、所定数の測点に対してレーザーが照射される。このように、複数の測点ごとに、反射光の受光の有無を確認して距離を算出する。
For example, when the direction of the distance detection unit 51 is changed so that the emission direction of the laser emitted from the light emitting unit 51a of the distance detection unit 51 is moved to the right by a predetermined scanning pitch in the horizontal direction, the laser is moved in the horizontal direction. It hits the vertical plane of the next position (measurement point) shifted to the right by the scanning pitch.
If an object exists at the position of the vertical plane, a part of the reflected light of the laser reflected at each measurement point is received by the light receiving unit 51b.
In this manner, when the laser irradiation direction is shifted sequentially by a predetermined scanning pitch in the horizontal direction, the laser is irradiated to a predetermined number of measurement points. As described above, the distance is calculated by confirming whether or not the reflected light is received at each of the plurality of measurement points.

図6(a)には、レーザーの照射方向を、水平方向に走査ピッチずつずらして、図の左右方向(すなわち水平方向)に、レーザーを走査する例の説明図を示している。
たとえば、図6(a)に示すように、最も右側方向に、レーザーが照射された場合、その方向に物体が存在すれば、物体からの反射光を受光することによって、受光距離L0が算出される。
FIG. 6A shows an explanatory diagram of an example in which the laser irradiation direction is shifted in the horizontal direction by the scanning pitch and the laser is scanned in the left-right direction (that is, the horizontal direction) in the figure.
For example, as shown in FIG. 6A, when the laser is irradiated in the rightmost direction, if there is an object in that direction, the light receiving distance L0 is calculated by receiving the reflected light from the object. The

また、図5に示すように、レーザーを走査する方向を垂直方向とした場合、たとえば、レーザーを出射する方向を、垂直方向の上方向に所定の走査ピッチだけずらした場合は、レーザーは、垂直方向の上方向に走査ピッチだけずれた隣の位置(測点)の垂直平面に当たる。
レーザーの出射方向を垂直方向の上方向に1走査ピッチだけずらした後、図6(a)に示すように、水平方向にレーザーの照射方向をずらせば、前回の測点よりも上方向に1走査ピッチだけずれた位置の測点に対して、レーザーが照射される。
このように、水平方向のレーザーの走査と、垂直方向のレーザーの走査を順次行うことによって、所定の3次元空間に対してレーザーが照射され、3次元の測定空間に物体が存在すれば、その物体までの距離が算出される。
Further, as shown in FIG. 5, when the laser scanning direction is the vertical direction, for example, when the laser emission direction is shifted upward by a predetermined scanning pitch in the vertical direction, the laser is vertical. It hits the vertical plane of the next position (measurement point) shifted in the upward direction by the scanning pitch.
After shifting the laser emission direction by one scanning pitch in the vertical upward direction, as shown in FIG. 6A, if the laser irradiation direction is shifted in the horizontal direction, the laser beam is shifted upward by 1 from the previous measurement point. A laser beam is irradiated to a measurement point at a position shifted by the scanning pitch.
In this way, by sequentially performing a horizontal laser scan and a vertical laser scan, the laser is irradiated to a predetermined three-dimensional space, and if an object exists in the three-dimensional measurement space, The distance to the object is calculated.

なお、2次元走査において、レーザーを走査する方向を、水平方向として説明したが、これに限るものではなく、垂直方向にレーザーを出射する方向を変化させてもよい。
3次元的な測定空間にレーザーを照射する場合は、垂直方向の2次元走査をした後、水平方向に所定の走査ピッチだけずらして、順次、同様の垂直方向の2次元走査を行えばよい。
In the two-dimensional scanning, the laser scanning direction is described as the horizontal direction, but the present invention is not limited to this, and the laser emitting direction may be changed in the vertical direction.
When irradiating a laser to a three-dimensional measurement space, after performing two-dimensional scanning in the vertical direction, the same two-dimensional scanning in the same vertical direction may be sequentially performed by shifting the scanning direction by a predetermined scanning pitch in the horizontal direction.

図6(b)には、レーザーを水平方向と垂直方向に走査した場合に、3次元空間に照射されるレーザーの測点の概略説明図を示している。
もし、レーザーが出射された1つの測点の方向に、物体が存在しなければ、レーザーはそのまま光路上を進行し、反射光は受光されず、距離は測定できない。
逆に、ある測点に出射されたレーザーに対して反射光が受光された場合は、距離が算出され、算出された距離だけ離れた位置に、物体が存在することが認識される。
図6(b)では、右下部分の6つの測点において、反射光が検出されたことを示しており、この6つの測点を含む領域に、何らかの物体(障害物など)が存在することが認識される。
FIG. 6B is a schematic explanatory diagram of laser measurement points irradiated on the three-dimensional space when the laser is scanned in the horizontal direction and the vertical direction.
If there is no object in the direction of one measuring point where the laser is emitted, the laser travels on the optical path as it is, the reflected light is not received, and the distance cannot be measured.
Conversely, when reflected light is received with respect to a laser emitted to a certain measurement point, a distance is calculated, and it is recognized that an object exists at a position separated by the calculated distance.
FIG. 6B shows that reflected light is detected at the six measurement points in the lower right part, and that some object (such as an obstacle) exists in the area including these six measurement points. Is recognized.

距離検出部51の受光部51bにレーザー51dが入射されると、そのレーザーの受光強度に対応した電気信号が出力される。
受光確認部52は、受光部51bに反射光が受光されたことを確認する部分であり、具体的には、受光部51bにレーザー51dが受光されたときに、受光部51bから出力される電気信号を確認する。
たとえば、所定のしきい値以上の強度を有する電気信号が検出された場合に、レーザーを受光したと判断し、受光したことを制御部50に知らせる。
発光部51aには、従来から用いられているレーザー発光素子が用いられ、受光部51bには、レーザーを検出するレーザー受光素子が用いられる。
When the laser 51d is incident on the light receiving unit 51b of the distance detecting unit 51, an electrical signal corresponding to the received light intensity of the laser is output.
The light receiving confirmation unit 52 is a part for confirming that the reflected light is received by the light receiving unit 51b. Specifically, when the laser 51d is received by the light receiving unit 51b, the electricity output from the light receiving unit 51b. Check the signal.
For example, when an electrical signal having an intensity equal to or greater than a predetermined threshold is detected, it is determined that the laser has been received, and the control unit 50 is notified that the laser has been received.
Conventionally used laser light emitting elements are used for the light emitting part 51a, and laser light receiving elements for detecting a laser are used for the light receiving part 51b.

受光距離算出部53は、発光部51aから出射されたレーザーの出射時刻と、受光部51bに反射光が受光されたことを確認された受光時刻との時間差T0を利用して、発光部51aと複数の測点との間の距離である受光距離L0を算出する部分である。
制御部50が、たとえば、タイマーを利用して現在時刻を取得し、レーザーの出射時刻と、受光確認部52によって受光が確認された受光時刻とが、受光距離算出部53に与えられると、受光距離算出部53は、両時刻の時間差T0と、レーザーの速度とを利用して、受光距離L0を算出する。受光確認部52および受光距離算出部53の機能は、主として、CPUが、所定のプログラムに基づいて、ソフトウェア的処理をすることによって実行される。
The light reception distance calculation unit 53 uses the time difference T0 between the emission time of the laser emitted from the light emitting unit 51a and the light reception time when it is confirmed that the reflected light is received by the light receiving unit 51b. This is a part for calculating a light receiving distance L0 which is a distance between a plurality of measurement points.
For example, when the control unit 50 obtains the current time using a timer and the laser emission time and the light reception time when the light reception confirmation unit 52 confirms the light reception are given to the light reception distance calculation unit 53, the light reception distance calculation unit 53 receives the light. The distance calculation unit 53 calculates the light receiving distance L0 using the time difference T0 between the two times and the laser speed. The functions of the light reception confirmation unit 52 and the light reception distance calculation unit 53 are executed mainly by the CPU performing software processing based on a predetermined program.

カメラ54は、主として、車両の進行方向の前方の画像を撮影する部分であり、撮影する画像は、静止画でも、動画でもよい。撮影された画像は、入力画像情報73として、記憶部70に記憶され、必要に応じて、管理サーバ5に転送される。
また、カメラは、1台だけでなく、複数台備えてもよい。たとえば、車体の前方、左方、右方、後方をそれぞれ撮影するように、4台のカメラを固定設置してもよく、また各カメラの撮影方向を変更できるようにしてもよく、ズーム機能を備えてもよい。
また、車両が屋外を走行する場合、天候がよく撮影領域が十分に明るい場合は、カメラで撮影した画像を分析することにより、障害物や路面の状態を検出するようにしてもよい。
The camera 54 is a part that mainly captures an image ahead of the vehicle in the traveling direction, and the image to be captured may be a still image or a moving image. The captured image is stored as input image information 73 in the storage unit 70 and transferred to the management server 5 as necessary.
Further, not only one camera but also a plurality of cameras may be provided. For example, four cameras may be fixedly installed to shoot the front, left, right, and rear of the vehicle body, and the shooting direction of each camera may be changed. You may prepare.
Further, when the vehicle travels outdoors, when the weather is good and the photographing area is sufficiently bright, the state of the obstacle or the road surface may be detected by analyzing an image photographed by the camera.

位置情報取得部55は、車両の現在位置を示す情報(緯度、経度など)を取得する部分であり、たとえば、GPS(Global Position System:全地球測位システム)を利用して、現在位置情報74を取得してもよい。
取得された現在位置情報74と、記憶部70に予め記憶された経路情報75とを比較しながら、車両の進行すべき方向を決定し、車両を自律走行させる。
車両を自律走行させるためには、上記した距離検出部51、カメラ54、位置情報取得部55のすべてから得た情報を用いることが好ましいが、あるいは少なくともいずれか1つから得た情報を利用して自律走行させてもよい。
特に、天候が悪くカメラにより鮮明な画像を撮影できない場合や、GPSの信号を受信できない場合でも、距離検出部51によって取得した情報から受光距離を算出することにより、進行方向に、何らかの物体(障害物、人など)が存在することや、路面に段差や穴があることが検出でき、直進することが適切でない場合は、検出された段差等の存在する位置の情報から、進路を変更することができる。
また、位置情報取得部55としては、GPSと同様に、現在利用されている他の衛星測位システムを用いてもよい。たとえば、日本の準天頂衛星システム(Quasi-Zenith Satellite System:QZSS)、ロシアのGLONASS(Global Navigation Satellite System)、EUのガリレオ、中国の北斗、インドのIRNSS(Indian Regional Navigational Satellite System)などを利用してもよい。
The position information acquisition unit 55 is a part for acquiring information (latitude, longitude, etc.) indicating the current position of the vehicle. For example, the current position information 74 is obtained by using GPS (Global Position System). You may get it.
While comparing the acquired current position information 74 with the route information 75 stored in advance in the storage unit 70, the direction in which the vehicle should travel is determined and the vehicle is allowed to travel autonomously.
In order to make the vehicle autonomously travel, it is preferable to use information obtained from all of the above-described distance detection unit 51, camera 54, and position information acquisition unit 55, or use information obtained from at least one of them. May be autonomously driven.
In particular, even when the weather is bad and a clear image cannot be captured by the camera, or even when a GPS signal cannot be received, by calculating the light reception distance from the information acquired by the distance detection unit 51, any object (failure) If there is a thing, a person, etc.) or there is a step or hole on the road surface, and if it is not appropriate to go straight, change the course from the information of the position where the detected step exists Can do.
Further, as the position information acquisition unit 55, other satellite positioning systems currently used may be used as in the case of GPS. For example, using Japan's Quasi-Zenith Satellite System (QZSS), Russian GLONASS (Global Navigation Satellite System), EU Galileo, China Hokuto, India IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) May be.

走行制御部56は、駆動部材を制御する部分であり、主として、駆動部材に相当する車輪57の回転を制御して、直線走行および回転動作などをさせることによって、自動的に車両を走行させる。駆動部材としては、車輪、キャタピラなどを含む。
車輪57は、図1および図2に示したような4つの車輪(21、22、31、32)に相当する。
また、上記したように、車輪のうち、左右の前輪(21,31)を駆動輪とし、左右の後輪(22,32)は回転制御をしない従動輪としてもよい。
また、図示しないエンコーダを、駆動輪(21,31)の左輪と右輪にそれぞれ設け、車輪の回転数や回転方向、回転位置、回転速度によって車両の移動距離等を計測し、走行を制御してもよい。
The traveling control unit 56 is a part that controls the driving member, and mainly controls the rotation of the wheels 57 corresponding to the driving member to cause the vehicle to automatically travel by causing a linear traveling, a rotating operation, and the like. The drive member includes a wheel, a caterpillar and the like.
The wheel 57 corresponds to four wheels (21, 22, 31, 32) as shown in FIGS.
Further, as described above, of the wheels, the left and right front wheels (21, 31) may be drive wheels, and the left and right rear wheels (22, 32) may be driven wheels that are not rotationally controlled.
In addition, encoders (not shown) are provided on the left and right wheels of the drive wheels (21, 31), respectively, and the travel distance of the vehicle is measured by the rotation speed, rotation direction, rotation position, and rotation speed of the wheels to control traveling. May be.

通信部58は、ネットワーク6を介して、管理サーバ5と、データの送受信を行う部分である。上記したように、無線通信によってネットワーク6に接続し、管理サーバ5と通信できる機能を有することが好ましい。
路面判定部59は、取得した各種情報を利用して、車両が進行しようとする方向の路面の状態を判定する部分である。
すなわち、走査制御部51cによって光の出射方向を走査することによって、複数の測点に向けて出射された光が物体および路面に反射された場合に、距離検出部51によって距離が検出された測点数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態および走行方向に物体が存在することなどを判定する。
The communication unit 58 is a part that transmits / receives data to / from the management server 5 via the network 6. As described above, it is preferable to have a function of connecting to the network 6 by wireless communication and communicating with the management server 5.
The road surface determination unit 59 is a part that determines the state of the road surface in the direction in which the vehicle is to travel by using the acquired various information.
That is, when the light emitted toward a plurality of measurement points is reflected by the object and the road surface by scanning the light emission direction by the scanning control unit 51c, the distance detection unit 51 detects the distance. Based on the change in the score within a certain period of time, it is determined whether the road surface is in the traveling direction and the object is present in the traveling direction.

受光確認部52によって反射光が受光されたことが確認された測点に対しては、距離が測定されるので、その方向に何らかの物体あるいは路面が存在すると判定する。また、反射光が受光されたことが確認されなかった測点に対しては、距離が測定されないので、物体あるいは路面が存在しないと判定する。
たとえば、測定距離の有無、距離が測定された測点の位置や距離が測定された測定の数の時間的な変化などに基づいて、進行方向の路面上に障害物があること、路面上に段差があること、路面上に穴があることなどを判定する。
路面判定部59の機能は、主として、CPUが、所定のプログラムに基づいて、ソフトウェア的処理をすることによって実行される。
Since the distance is measured for the measurement point where it is confirmed that the reflected light is received by the light reception confirmation unit 52, it is determined that some object or road surface exists in that direction. Further, since a distance is not measured for a measurement point where it is not confirmed that the reflected light has been received, it is determined that there is no object or road surface.
For example, there are obstacles on the road surface in the direction of travel based on the presence or absence of the measurement distance, the position of the measurement point where the distance was measured, and the change in the number of measurements where the distance was measured. It is determined whether there is a step or a hole on the road surface.
The function of the road surface determination unit 59 is mainly executed by the CPU performing software processing based on a predetermined program.

充電池60は、車両1の各機能要素に対して電力を供給する部分であり、主として、走行機能、距離検出機能、路面判定機能、通信機能を行うための電力を供給する部分である。
たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、Ni−Cd電池、鉛電池、各種燃料電池などの充電池が用いられる。
また、図示しない電池残量検出部を備え、充電池の残りの容量(電池残量)を検出し、検出された電池残量に基づいて、所定の充電設備の方へ帰還するべきか否かを判断し、電池残量が所定残量よりも少なくなった場合は、充電設備へ自動的に帰還するようにしてもよい。
The rechargeable battery 60 is a part that supplies power to each functional element of the vehicle 1, and is a part that mainly supplies power for performing a travel function, a distance detection function, a road surface determination function, and a communication function.
For example, rechargeable batteries such as lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, Ni-Cd batteries, lead batteries, and various fuel cells are used.
In addition, a battery remaining amount detection unit (not shown) is provided to detect the remaining capacity (battery remaining amount) of the rechargeable battery, and whether or not to return to a predetermined charging facility based on the detected battery remaining amount. When the remaining battery level is less than the predetermined remaining level, the battery may be automatically returned to the charging facility.

記憶部70は、自律走行装置1の各機能を実行するために必要な情報やプログラムを記憶部する部分であり、ROM、RAM、フラッシュメモリなどの半導体記憶素子、HDD、SSDなどの記憶装置、その他の記憶媒体が用いられる。   The storage unit 70 is a part that stores information and programs necessary for executing each function of the autonomous mobile device 1, and includes a semiconductor storage element such as a ROM, a RAM, a flash memory, a storage device such as an HDD, an SSD, Other storage media are used.

記憶部70には、たとえば、測定距離情報71,検知測点情報72,入力画像情報73,現在位置情報74,経路情報75,送信監視情報76などが記憶される。   In the storage unit 70, for example, measurement distance information 71, detection point information 72, input image information 73, current position information 74, route information 75, transmission monitoring information 76, and the like are stored.

測定距離情報71は、受光距離算出部53によって算出された受光距離L0である。1つの受光距離L0は、所定の距離測定領域内の1つの測点において測定された距離を意味する。
検知測点情報72は、所定の距離測定領域内に属する各測点における受光距離L0を記憶したものであり、各測点の位置情報と対応づけて記憶される。たとえば、測点が水平方向にm個あり、垂直方向にn個ある場合は、合計m×n個の測点にそれぞれ対応した受光距離L0が記憶される。
The measurement distance information 71 is the light reception distance L 0 calculated by the light reception distance calculation unit 53. One light receiving distance L0 means a distance measured at one measuring point in a predetermined distance measuring region.
The detected measurement point information 72 stores the light receiving distance L0 at each measurement point belonging to a predetermined distance measurement region, and is stored in association with the position information of each measurement point. For example, when there are m measuring points in the horizontal direction and n measuring points in the vertical direction, the light receiving distances L0 corresponding to the total of m × n measuring points are stored.

また、各測点の方向に、レーザーを反射する物体(障害物、路面、柱など)が存在し、その物体からの反射光を受光できた場合は、その物体までの受光距離L0が記憶される。ただし、測点方向に物体が存在しない場合は、反射光が受光されないので、検知測点情報72として、たとえば、受光距離L0の代わりに、測定できなかったことを示す情報が記憶される。   In addition, if there is an object (obstacle, road surface, pillar, etc.) that reflects the laser in the direction of each measurement point and the reflected light from the object can be received, the light receiving distance L0 to that object is stored. The However, since no reflected light is received when there is no object in the measuring point direction, for example, information indicating that measurement could not be performed is stored as the detected measuring point information 72 instead of the light receiving distance L0.

また、車両1は、通常移動しているので、移動している状態で、一定の時間間隔で、レーザーを所定の距離測定領域内に出射する。たとえば、距離測定領域内にm×n個の測点が存在する場合は、移動しながら、レーザーを水平方向と垂直方向に走査して、一定の時間間隔で、m×n個の測点における受光距離L0を測定する。   Further, since the vehicle 1 is normally moving, the laser is emitted into a predetermined distance measurement region at a constant time interval while moving. For example, when there are m × n measuring points in the distance measurement region, the laser is scanned in the horizontal direction and the vertical direction while moving, and at a certain time interval, the m × n measuring points are measured. The light receiving distance L0 is measured.

ある1つの時間帯に測定されたm×n個の測点における受光距離L0が記憶部70に記憶されるが、このm×n個の受光距離L0を、1フレームの検知測点情報と呼ぶ。たとえば、ある時刻T1におけるm×n個の受光距離L0がT1フレームの検知測点情報72として記憶されていた場合、次に、一定時間(Ta)が経過した後の時刻T2(=T1+Ta)におけるm×n個の受光距離L0は、T2フレームの検知測点情報72として記憶される。
この検知測点情報72は、後述するように、路面状態の判定処理、障害物の検知処理、周囲環境のマッピング、障害物の回避などに利用される。
The light receiving distances L0 at m × n measuring points measured in a certain time zone are stored in the storage unit 70, and this m × n light receiving distances L0 are referred to as detection measuring point information of one frame. . For example, if m × n light receiving distances L0 at a certain time T1 are stored as the detected station information 72 of the T1 frame, then at a time T2 (= T1 + Ta) after a certain time (Ta) has elapsed. The m × n light receiving distances L0 are stored as the detected station information 72 of the T2 frame.
As will be described later, the detected station information 72 is used for road surface state determination processing, obstacle detection processing, mapping of the surrounding environment, obstacle avoidance, and the like.

入力画像情報73は、カメラ54によって撮影された画像データである。カメラが複数台ある場合は、各カメラごとに記憶される。画像データとしては、静止画および動画のどちらでもよい。画像データは、車両の進路決定に利用され、また送信監視情報76の1つとして、管理サーバ5に送信される。   The input image information 73 is image data taken by the camera 54. When there are a plurality of cameras, it is stored for each camera. The image data may be either a still image or a moving image. The image data is used to determine the course of the vehicle and is transmitted to the management server 5 as one of the transmission monitoring information 76.

現在位置情報74は、位置情報取得部55によって取得された車両の現在位置を示す情報である。たとえば、GPSを利用して取得された緯度と経度とからなる情報である。この情報は、たとえば、車両の進路を決定するのに用いられる。   The current position information 74 is information indicating the current position of the vehicle acquired by the position information acquisition unit 55. For example, it is information consisting of latitude and longitude acquired using GPS. This information is used, for example, to determine the course of the vehicle.

経路情報75は、車両が走行すべき経路の地図を予め記憶したものであり、たとえば、移動する経路や領域が予め固定的に決まっている場合は、当初から固定的な情報として記憶される。ただし、経路変更をする必要がある場合などでは、ネットワーク6を介して、管理サーバ5から送信される情報を、新たな経路情報として記憶してもよい。   The route information 75 is stored in advance as a map of a route on which the vehicle should travel. For example, when the route and area to be moved are fixedly determined in advance, the route information 75 is stored as fixed information from the beginning. However, when it is necessary to change the route, information transmitted from the management server 5 via the network 6 may be stored as new route information.

送信監視情報76は、走行中に取得した種々の監視情報であり、ネットワーク6を介して管理サーバ5に送信される情報である。この情報としては、たとえば、カメラ54によって撮影された画像データ、動画データ、地形データ、障害物データ、路面情報、警告情報などが含まれる。   The transmission monitoring information 76 is various monitoring information acquired during traveling, and is information transmitted to the management server 5 via the network 6. This information includes, for example, image data taken by the camera 54, moving image data, terrain data, obstacle data, road surface information, warning information, and the like.

<路面判定処理の実施例>
図7から図11に、この発明の自律走行装置における路面判定処理の一実施例の説明図を示す。
(実施形態1)
ここでは、距離検出部51によって距離が検出された測点の数が、所定の時間以上、ほとんど変化のない場合であって、走行方向の路面は平坦な路面であると判定する場合について示す。
図7に、通常走行する平坦な路面を検出している状態の説明図を示す。
図7(a)は、自律走行装置1が、平坦な路面を右方向に走行している場合を示している。また、距離検出部51であるLIDARによって、進行方向前方の路面を含む距離測定領域内(レーザー照射範囲)に対して、レーザーを出射する。レーザーが、その距離測定領域内の障害物や路面などの物体に当たると、その物体によって反射され、その反射光の一部分が、LIDARに戻ってきて受光される。
<Example of road surface determination processing>
FIGS. 7 to 11 are explanatory views of an embodiment of the road surface determination process in the autonomous mobile device of the present invention.
(Embodiment 1)
Here, a case where the number of measurement points whose distances are detected by the distance detection unit 51 has hardly changed for a predetermined time or more and it is determined that the road surface in the traveling direction is a flat road surface is shown.
FIG. 7 shows an explanatory diagram of a state where a flat road surface that normally travels is detected.
FIG. 7A shows a case where the autonomous traveling device 1 travels rightward on a flat road surface. In addition, a laser is emitted to a distance measurement region (laser irradiation range) including a road surface ahead in the traveling direction by LIDAR which is the distance detection unit 51. When the laser hits an object such as an obstacle or road surface in the distance measurement area, the laser beam is reflected by the object, and a part of the reflected light returns to the LIDAR and is received.

ある時刻における距離測定領域内のすべての測点について測定された受光距離L0が、1つのフレームの検出測定情報72として記憶される。上記したように、測点に対応した位置に物体が存在しない場合は、受光距離L0が測定されないが、測点に対応した位置に物体が存在する場合は、その測点から反射されたレーザーが受光されるので、受光距離L0が測定される。
そこで、1つのフレームについて、受光距離L0が測定された測点の個数(距離測定領域内測点数CNと呼ぶ)をカウントする。以下に示すように、この発明では、この距離測定領域内測点数CNを利用して、路面の状態を判定する。
The light reception distance L0 measured for all the measurement points in the distance measurement area at a certain time is stored as detection measurement information 72 of one frame. As described above, when the object does not exist at the position corresponding to the measurement point, the light receiving distance L0 is not measured. However, when the object exists at the position corresponding to the measurement point, the laser reflected from the measurement point is not detected. Since the light is received, the light receiving distance L0 is measured.
Therefore, the number of measurement points at which the light receiving distance L0 is measured for one frame (referred to as the number of measurement points CN in the distance measurement area) is counted. As shown below, in this invention, the state of the road surface is determined by using the number CN of measurement points in the distance measurement area.

図7(b)に、距離測定領域内測点数CNと、フレームとの関係グラフを示す。
1つのフレームは、ある一定時間間隔で測定される距離の1つの時間帯を示しているので、図7(b)の横軸は、時間に対応している。また、図7(b)の縦軸は、距離測定領域内測点数CNである。
図7(b)において、車両1が、平坦な路面を走行している場合は、レーザーが照射される距離測定領域内から得られる反射光はほぼ同程度のものと考えられるので、受光距離L0が測定される測点数CNは、どのフレームにおいても、ほぼ同じ数となる。
FIG. 7B shows a relationship graph between the number of measurement points CN in the distance measurement region and the frame.
Since one frame shows one time zone of a distance measured at a certain time interval, the horizontal axis in FIG. 7B corresponds to time. Moreover, the vertical axis | shaft of FIG.7 (b) is the number CN of points in a distance measurement area | region.
In FIG. 7B, when the vehicle 1 is traveling on a flat road surface, the reflected light obtained from the distance measurement region irradiated with the laser is considered to be approximately the same, so the light receiving distance L0. The number of measurement points CN at which is measured is almost the same in every frame.

たとえば、図7(b)に示すように、すべてのフレームに対して、測点数CNは、ほぼ200となる。そこで、路面判定部59は、記憶された検出測点情報72を利用して、図7(b)のようなグラフを作成し、連続する一定数のフレームにおいて、測点数CNが変化しない場合、あるいは、測点数CNの変化が、所定のしきい値幅W以内であった場合は、現在走行している路面は、「平坦な路面」であると判定する。   For example, as shown in FIG. 7B, the number of measurement points CN is approximately 200 for all frames. Therefore, the road surface determination unit 59 creates a graph as shown in FIG. 7B using the stored detected station information 72, and when the station number CN does not change in a certain number of consecutive frames, Alternatively, when the change in the number of measurement points CN is within a predetermined threshold width W, it is determined that the currently running road surface is a “flat road surface”.

(実施形態2)
ここでは、車両が走行している状態において、距離が検出された測点数が、所定の時間以上減少傾向を示している場合であって、走行方向の路面に、穴領域が存在していると判定する場合について示す。
図8に、走行方向の路面に、穴が存在する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図8(a)に、車両が走行する方向の路面に、穴領域が存在する場合を示している。
このとき、出射するレーザーを、垂直方向に走査すると、路面を検出している状態と、穴領域を検出する状態とが存在する。
図7と同様に、平坦な路面を検出している場合は、その路面からの反射光が受光されるので、1フレームあたり、所定数の測点数が得られる。
しかし、穴領域に対して、レーザーを照射した場合、レーザーは、穴に向かってそのまま進行するので、反射光が得られないか、反射光の強度の弱い反射光しか得られない状態となる。
(Embodiment 2)
Here, in the state where the vehicle is traveling, when the number of measurement points from which the distance is detected shows a decreasing tendency for a predetermined time or more, and there is a hole area on the road surface in the traveling direction A case of determination will be described.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a road surface detection state when a hole is present on the road surface in the traveling direction.
FIG. 8A shows a case where a hole region exists on the road surface in the direction in which the vehicle travels.
At this time, when the emitted laser is scanned in the vertical direction, there are a state where a road surface is detected and a state where a hole region is detected.
As in FIG. 7, when a flat road surface is detected, reflected light from the road surface is received, so that a predetermined number of measurement points can be obtained per frame.
However, when the laser is irradiated to the hole region, the laser proceeds as it is toward the hole, so that the reflected light cannot be obtained or only the reflected light having a weak reflected light intensity can be obtained.

図8(a)に示すように、レーザー照射範囲に穴領域が存在する場合は、路面に当たって反射したレーザーによって反射光が受光されるが、穴領域に向かって進行したレーザーによる反射光は得られなくなるかあるいは少なくなるので、1フレーム当たりの距離が測定された測点数は、平坦な路面の場合に測定された測点数よりも少なくなる。
車両1が穴領域がある方向に向かって移動中であるとすると、距離が測定できる測点数はしだいに減少し、レーザー照射範囲のすべてが穴領域となったとすると、反射光がほとんど得られなくなるので、測点数はほぼゼロとなる。
図8(b)は、上記のように、走行方向に穴領域が存在する場合のフレームごとの距離測定領域内測点数の変化を示している。
As shown in FIG. 8 (a), when a hole area exists in the laser irradiation range, the reflected light is received by the laser reflected on the road surface, but the reflected light by the laser traveling toward the hole area is obtained. The number of measurement points at which the distance per frame is measured is smaller than the number of measurement points measured on a flat road surface.
Assuming that the vehicle 1 is moving in the direction of the hole area, the number of measurement points at which the distance can be measured gradually decreases, and if the entire laser irradiation range becomes the hole area, almost no reflected light can be obtained. Therefore, the number of stations is almost zero.
FIG. 8B shows a change in the number of measurement points in the distance measurement area for each frame when a hole area exists in the traveling direction as described above.

図8(b)において、11フレームあたりまでは、測点数CNはほぼ200で一定しているので、平坦な路面を走行していると判定される。
その後、11フレームを過ぎると、測点数CNはしだいに減少し、26フレームあたりで、測点数はほぼゼロとなっている。
すなわち、走行中において、一定時間が経過するにしたがって測点数CNが減少し、ゼロとなった場合は、進行方向の路面に、穴が存在すると判定される。
穴が存在する場合、車両がそのまま走行を続けると、穴にはまってしまい、移動できなくなるおそれがあるので、たとえば、フレーム11からフレーム21まで、測点数の減少傾向が検出された場合、進行方向のすぐ近くに穴が存在すると判定し、フレーム26目まで進行するのではなく、フレーム22の時点ですぐに走行を停止する。あるいは、フレーム22の距離を測定した時点で、前方の穴を回避するように進行方向を変更するか、または回転してもとの方向へ戻るようにしてもよい。
In FIG. 8B, since the number of measurement points CN is constant at approximately 200 until around 11 frames, it is determined that the vehicle is traveling on a flat road surface.
After that, after 11 frames, the number of measurement points CN gradually decreases, and the number of measurement points is almost zero around 26 frames.
That is, during traveling, when the number of measurement points CN decreases and becomes zero as a certain time elapses, it is determined that a hole is present on the road surface in the traveling direction.
If there is a hole, if the vehicle continues to run as it is, it may get stuck in the hole and become unable to move. For example, when a decreasing tendency of the number of measurement points is detected from frame 11 to frame 21, the traveling direction It is determined that there is a hole in the immediate vicinity, and the travel is stopped immediately at the time of the frame 22 instead of proceeding to the 26th frame. Alternatively, when the distance of the frame 22 is measured, the advancing direction may be changed so as to avoid the front hole, or it may be returned to the original direction after rotating.

(実施形態3)
図9に、走行方向の路面に、凸形状の段差が存在する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図9(a)は、車両1の前輪が、凸形状の段差に乗り上げた場合を示している。
この場合、LIDAR51から出射されるレーザーの照射範囲は、平坦な路面を走行する場合に比べて、やや上方向を向く。段差の高さが高ければ高いほど、レーザー照射範囲は、より上方向を向くことになり、路面に当たって反射するレーザーは少なくなるので、路面が検出されにくくなる。
したがって、路面からの反射光が受光されにくくなるので、測点数CNは減少する。
車両が段差に乗り上げた後、段差が進行方向に平坦で前輪と後輪が両方とも乗るほど長いものとすると、レーザー照射範囲は、平坦な路面を走行する場合と同様な方向となるため、測点数CNが増加し、平坦な路面を走行中と同程度の数となる。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is an explanatory diagram of a road surface detection state when a convex step exists on the road surface in the traveling direction.
FIG. 9A shows a case where the front wheel of the vehicle 1 rides on a convex step.
In this case, the irradiation range of the laser emitted from the LIDAR 51 is slightly upward as compared to traveling on a flat road surface. The higher the height of the step, the more the laser irradiation range will be directed upward, and the number of lasers that will hit and reflect the road surface will be reduced, so that the road surface will be less likely to be detected.
Therefore, since the reflected light from the road surface becomes difficult to be received, the number of measurement points CN decreases.
If the step is flat in the direction of travel after the vehicle has climbed the step and is long enough for both the front and rear wheels to ride, the laser irradiation range will be the same as when traveling on a flat road surface. The score CN increases, and the number is the same as when traveling on a flat road surface.

さらに、車両が進行し、前輪が段差から降り、後輪のみが段差に乗っているような状態になったとすると、車体は前傾するので、レーザー照射範囲は、平坦な路面を走行する場合に比べて、やや下方向を向く。
したがって、レーザー照射範囲の中に、より多くの路面が含まれることになるので、路面が検出されやすくなり、路面によって反射した反射光がより多く受光されることによって、平坦な路面を走行している場合よりも、測点数CNが増加する。
その後、後輪が段差から降りた場合、路面が平坦であったとすれば、平坦な路面を走行しているときとほぼ同数の測点数CNが検出される。
Furthermore, if the vehicle travels, the front wheels descend from the step, and only the rear wheels are on the step, the car body tilts forward, so the laser irradiation range is when driving on a flat road surface. Compared to the downward direction.
Therefore, since more road surfaces are included in the laser irradiation range, it becomes easier to detect the road surface, and more reflected light reflected by the road surface is received, so that it travels on a flat road surface. The number of measurement points CN increases as compared with the case where there is.
After that, when the rear wheel descends from the step, if the road surface is flat, the number of measurement points CN is almost the same as when traveling on a flat road surface.

図9(b)は、上記のように車両が段差に乗り上げた後、段差から降りるまでの測点数の変化状態の例を示している。
図9(b)に示すように、フレーム6から8あたりまでは、測点数CNが減少し、その後、フレーム12あたりまでは、測点数CNが増加している。
このような測点数CNの変化が検出された場合は、路面に段差があり、車両がその段差に乗り上げたと判定される。
また、その後、一旦、測点数CNが一定値となり、フレーム18から23あたりまで測点数CNが増加し、さらに、フレーム24以降再び測点数CNが一定値となっていることが検出された場合は、車両が段差を乗り越えて、路面は再び平坦な路面に変化したと判定される。
FIG. 9B shows an example of a change in the number of measurement points from when the vehicle has climbed the step as described above until it gets off the step.
As shown in FIG. 9B, the number of measurement points CN decreases from around frames 6 to 8, and then the number of measurement points CN increases until around frame 12.
When such a change in the number of measurement points CN is detected, it is determined that there is a step on the road surface and the vehicle has climbed the step.
In addition, after that, once it is detected that the number of measurement points CN becomes a constant value, the number of measurement points CN increases from frame 18 to around 23, and that the number of measurement points CN again becomes a constant value after frame 24. It is determined that the road surface has changed to a flat road surface again after the vehicle has passed the step.

図9(b)に示すような測点数CNの変化が測定された場合は、路面に凸形状の段差があったことが検出され、段差の高さが走行に問題がなければ、そのまま走行を継続する。
また、段差の高さは、測点数の変化を利用することによって、検出することができる。
もし、検出された段差の高さが7cm程度であり、走行可能な所定の高さよりも低い段差であれば、そのまま走行を継続してもよいが、逆に、所定の高さよりも高い段差であったと判定された場合は、走行を停止するか、あるいは、駆動輪を逆回転させて、もとの方向へ戻るようにしてもよい。
When the change in the number of measurement points CN as shown in FIG. 9 (b) is measured, it is detected that there is a convex step on the road surface. continue.
The height of the step can be detected by utilizing the change in the number of measurement points.
If the detected step height is about 7 cm and the step is lower than the predetermined height that can be traveled, the travel may be continued as it is, but conversely, the step is higher than the predetermined height. If it is determined that there is, the traveling may be stopped, or the driving wheel may be reversely rotated to return to the original direction.

(実施形態4)
図10に、走行方向の路面に、凹形状の段差が存在する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図10(a)には、走行方向の前方に、凹形状の段差領域がある場合を示している。
凹形状の段差領域に向かって出射されたレーザーは、段差の表面に当たることになるが、平坦な路面よりもより長い距離だけ進行することになる。
したがって、レーザーは、段差に当たって戻ってくる反射光があったとしても、その強度は小さくなっている場合もあると考えられ、所定のしきい値の強度よりも小さな強度の反射光が受光部51bに受光されたとしても、受光確認部52は、反射光が受光されたとは判断しない。
すなわち、凹形状の段差領域に当たったレーザーについては、反射光がないと判断された場合、距離が測定できなかった測点と判定される。
よって、車両が段差領域に向かって進行するにつれて、レーザー照射範囲内により多くの段差領域が含まれるようになるので、測定される測点数CNは、平坦な路面で測定された測点数よりもしだいに減少していく。
(Embodiment 4)
FIG. 10 shows an explanatory diagram of a road surface detection state when there is a concave step on the road surface in the traveling direction.
FIG. 10A shows a case where there is a concave step region in front of the traveling direction.
The laser emitted toward the concave step region hits the surface of the step, but travels a longer distance than a flat road surface.
Therefore, even if there is reflected light that hits the step and returns, the intensity of the laser is considered to be small, and reflected light having an intensity smaller than a predetermined threshold intensity is received by the light receiving unit 51b. Even if the light is received, the light reception confirmation unit 52 does not determine that the reflected light has been received.
That is, when it is determined that there is no reflected light, the laser that hits the concave stepped region is determined as a measuring point where the distance could not be measured.
Therefore, as the vehicle travels toward the stepped region, more stepped regions are included in the laser irradiation range, so the number of measured points CN is gradually greater than the number of measured points measured on a flat road surface. It will decrease to.

その後、車両がそのまま段差領域を進行し、段差を越えて平坦な路面になったとすると、測点数CNはしだいに増加し、レーザー照射範囲が段差を含まず平坦な路面のみを含むものとなった場合は、平坦な路面で測定された測点数とほぼ同数の測点数CNとなる。
図10(b)は、上記のように、走行方向に凹形状の段差領域が存在する場合の測点数の変化状態の例を示している。
After that, if the vehicle proceeds on the stepped area as it is and becomes a flat road surface over the step, the number of measurement points CN gradually increases, and the laser irradiation range includes only the flat road surface including no step. In this case, the number of measurement points CN is almost the same as the number of measurement points measured on a flat road surface.
FIG. 10B shows an example of the change state of the number of measurement points when there is a concave stepped region in the traveling direction as described above.

図10(b)に示すように、レーザー照射範囲の中に、段差領域が含まれるようになるに従って、フレーム9から17あたりまで、しだいに、測点数CNは減少していく。
その後車両が走行し、レーザー照射範囲から段差領域がはずれていき、平坦な路面がより多く検出されるようになると、フレーム17から26あたりにかけて、測点数CNが増加していく。
このように、測点数が減少した後に増加する傾向が検出され一定数となった場合は、車両が凹形状の段差を進行し、路面は再び平坦な路面に変化したと判定される。
As shown in FIG. 10B, the number of measurement points CN gradually decreases from the frames 9 to 17 as the stepped region is included in the laser irradiation range.
Thereafter, when the vehicle travels, the stepped region deviates from the laser irradiation range, and more flat road surfaces are detected, the number of measurement points CN increases from frame 17 to around 26.
Thus, when the tendency which increases after the number of measurement points decreases and becomes a fixed number is detected, it is determined that the vehicle has traveled a concave step and the road surface has changed to a flat road surface again.

(実施形態5)
ここでは、車両が走行している状態において、距離が検出された測点数が一定数存在していた状態から、距離が検出された測点数が所定の時間だけ減少傾向あるいは増加傾向を示した後、上記一定数の測点数と異なる測点数でほとんど変化がない状態となった場合は、走行方向の路面が光の反射率の異なる路面に変化したと判定する場合について示す。
図11に、路面は平坦であるが、車両が反射率の異なる路面に向かって走行する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図11(a)において、車両の進行方向に対して、左側の部分の路面と、右側の部分の路面とのレーザーの反射率は、大きく異なるものとし、右側の路面の方が、左側の路面よりも、反射率が小さいものとする。
(Embodiment 5)
Here, after the vehicle is running, after a certain number of points from which distance has been detected exists, the number of points from which distance has been detected has been decreasing or increasing for a predetermined time. The case where it is determined that the road surface in the traveling direction has changed to a road surface having a different light reflectivity when there is almost no change in the number of measurement points different from the predetermined number of measurement points will be described.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a road surface detection state when the road surface is flat but the vehicle travels toward a road surface having a different reflectance.
In FIG. 11 (a), the reflectance of the laser on the road surface on the left side and the road surface on the right side is greatly different with respect to the traveling direction of the vehicle, and the road surface on the right side is the road surface on the left side. It is assumed that the reflectance is smaller than that.

たとえば、左側の路面は、主に表面に小さな凹凸のある石材で作られた路面であり、右側の路面は、大理石のように表面に平坦加工をした路面であるとする。
この場合、LIDAR51からの距離が同一であったとしても、左側路面の方が凹凸があるため、多くの反射光がLIDAR51の方向に戻ってきて受光されやすいが、右側路面は反射光そのものが少ないか、あるいは反射光があってもLIDAR51の方向に戻ってくる反射光が少ないと考えられる。
このように、路面状態に変化がある場合は、車両が2つの路面の境界付近を進行するときに、測点数が変化する。
For example, it is assumed that the road surface on the left side is a road surface mainly made of a stone material having small irregularities on the surface, and the road surface on the right side is a road surface obtained by flattening the surface like marble.
In this case, even if the distance from the LIDAR 51 is the same, the left road surface is more uneven, so that a large amount of reflected light returns toward the LIDAR 51 and is easily received, but the right road surface has little reflected light itself. Alternatively, it is considered that there is little reflected light returning in the direction of LIDAR 51 even if there is reflected light.
Thus, when there is a change in the road surface state, the number of measurement points changes when the vehicle travels near the boundary between the two road surfaces.

図11(b)に示すように、左側の平坦な路面のみが検出されている場合は、フレーム6あたりまでは、より大きな一定数の測点数CNが測定される。
しかし、車両が両路面の境界付近にまで進行すると、右側の反射率の小さい平坦な路面が、レーザー照射範囲に含まれるようになるので、フレーム6から11あたりにおいて、検出される反射光が減少していき、測点数CNも減少傾向となる。
さらに、車両が右方向へ進行し、左側の路面が検出されなくなり、右側の平坦な路面のみが検出されるようになった場合、たとえば、フレーム11以降において、測点数CNの減少が止まり、左側の路面のときに測定されていた測点数よりも少ないほぼ一定値の測定数CNが測定されるようになる。
As shown in FIG. 11B, when only the left flat road surface is detected, a larger fixed number of measurement points CN is measured up to around frame 6.
However, when the vehicle travels to the vicinity of the boundary between both road surfaces, the flat road surface with a small reflectance on the right side is included in the laser irradiation range, so that the reflected light detected in the frames 6 to 11 decreases. As a result, the number of measurement points CN also tends to decrease.
Further, when the vehicle travels in the right direction, the left road surface is not detected, and only the right flat road surface is detected, for example, the decrease in the number of measurement points CN stops after the frame 11 and the left side. The measurement number CN having a substantially constant value, which is smaller than the number of measurement points measured on the road surface, is measured.

図11(b)に示すように、路面の平坦さは変化がないが、車両が走行する路面の反射率が変化したような場合は、測点数CNが変化し、一定時間が経過した後、測点数CNがほぼ一定値となる。
図11(b)に示すような測点数CNの変化が検出された場合は、平坦さは同じであるが、路面の状態が異なるものとなったと判定される。
このように、路面の状態が変化したことを検知することにより、本来進行してはいけない路面を含む領域に進行してしまったことなどを検出することが可能となる。
図11(b)では、走行している路面が、光の反射率がやや高い路面から反射率がやや低い路面に変化した場合を示したが、逆に、距離が検出された測点数が、増加傾向を示した後一定数の測点数となった場合は、走行している路面が、光の反射率がやや低い路面から反射率のやや高い路面に変化したと判定される。
As shown in FIG. 11 (b), the flatness of the road surface does not change, but when the reflectance of the road surface on which the vehicle travels changes, the number of measurement points CN changes, and after a certain time has elapsed, The number of measurement points CN becomes a substantially constant value.
When a change in the number of measurement points CN as shown in FIG. 11B is detected, it is determined that the flatness is the same, but the road surface state is different.
Thus, by detecting that the state of the road surface has changed, it is possible to detect that the vehicle has traveled to an area including the road surface that should not travel.
FIG. 11B shows a case where the traveling road surface is changed from a road surface having a slightly high light reflectance to a road surface having a slightly low reflectance. On the contrary, the number of measurement points from which the distance is detected is as follows. When the number of measurement points reaches a certain number after showing an increasing tendency, it is determined that the road surface on which the vehicle travels has changed from a road surface with a slightly low light reflectance to a road surface with a slightly high reflectance.

なお、路面の状態や障害物は、カメラで撮影した画像を分析することによって、判定することも可能であるが、雨や雪が降っている場合、カメラによって撮影された画像では、穴が存在するような路面の状態を判定することができない場合がある。
カメラによる画像では路面の状態を判定できない場合は、この発明のように、距離検出を利用した路面状態の判定は、天候の変化による影響は少ないので、有効な手段となる。
ただし、より詳細に正確に路面の状態を判定するためには、距離検出と、カメラ画像の両方を利用して、総合的に判定することが好ましい。
Road conditions and obstacles can be determined by analyzing the images taken with the camera, but if it is raining or snowing, there are holes in the images taken with the camera. Such a road surface state may not be determined.
When the road surface state cannot be determined from the image from the camera, the determination of the road surface state using distance detection is an effective means because the influence of the change in weather is small as in the present invention.
However, in order to determine the state of the road surface in more detail and accurately, it is preferable to make a comprehensive determination using both distance detection and a camera image.

(実施形態6)
上記実施形態では、距離が測定された位置の測点の数を数えていたが、測点の数を数える場合、その測点の位置に対応して測点数そのものに重み付けをしてもよい。
すなわち、ある位置Nの測点について距離が測定されたとき、測点数を数える場合、その位置Nの数を「1」としてカウントしていたが、たとえば、位置Nの重みを「1.5」とした場合、その位置Nの測点数を1.5としてカウントする。
すなわち、重み係数をK1とすると、測点の位置ごとに重み係数K1の値を変化させ、測点数をカウントするときに、1ではなく、重み係数K1を用いる。
このように、測点の位置に対応させて、測点数のカウント値に重みを付けるようにすれば、重み付け係数の設定を変えることにより検知感度を容易に変更できるので、停止減速させたい地形の形状に対して正確に検知しやすくなるという利点がある。
たとえば、車両が走行する路面を基準平面と考え、測点の位置が路面よりも高い位置にある場合は、その測点の重み係数K1を、1よりも大きい数値とし、測点の位置が路面と同じ高さであれば、K1=1とし、測点の位置が路面よりも低い位置にある場合は、K1<1とする。
(Embodiment 6)
In the above embodiment, the number of measurement points at the position where the distance is measured is counted. However, when counting the number of measurement points, the number of measurement points themselves may be weighted corresponding to the position of the measurement point.
That is, when the distance is measured at a position N, when counting the number of points, the number of the position N is counted as “1”. For example, the weight of the position N is “1.5”. In this case, the number of measurement points at the position N is counted as 1.5.
That is, assuming that the weighting factor is K1, the weighting factor K1 is used instead of 1 when the value of the weighting factor K1 is changed for each position of the station and the number of stations is counted.
In this way, if the count value of the number of measurement points is weighted according to the position of the measurement point, the detection sensitivity can be easily changed by changing the setting of the weighting coefficient. There is an advantage that it is easy to accurately detect the shape.
For example, when the road surface on which the vehicle travels is considered as the reference plane, and the position of the measurement point is higher than the road surface, the weight coefficient K1 of the measurement point is set to a numerical value greater than 1, and the position of the measurement point is the road surface. If the height is the same, K1 = 1, and if the position of the measuring point is lower than the road surface, K1 <1.

図12に、測点数の重み付けの一実施例の説明図を示す。
図12(a)は、重み付けの基準平面を、路面とすることを示している。
図12(b)は、重み係数K1と、測点の高さとの関係を示す一実施例のグラフを示している。グラフの横軸が重み係数K1であり、縦軸が測点の高さを示しており、測点の高さが高いほど、重み係数K1を測点の高さに比例して大きく設定する場合を示している。
すなわち、路面よりも上に存在する測点の重み係数K1を1よりも大きくし、路面よりも下に存在する測点の重み係数K1を1よりも小さくすることを示している。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an embodiment of weighting of the number of measurement points.
FIG. 12A shows that the weighting reference plane is the road surface.
FIG. 12B shows a graph of an example showing the relationship between the weighting factor K1 and the height of the measuring point. The horizontal axis of the graph is the weighting factor K1, the vertical axis indicates the height of the station, and the higher the station is, the larger the weighting factor K1 is set in proportion to the station height. Is shown.
That is, the weighting factor K1 of the station existing above the road surface is made larger than 1, and the weighting factor K1 of the station existing below the road surface is made smaller than 1.

ここで、各測点の高さは、発光部からその測点までの距離が算出されているので、発光部から発射されたレーザの向きと距離データから、XYZ座標に変換することにより、Z座標に注目する事によって求めることができる。
このような重み付けを採用した場合、たとえば、穴の中に存在する測点は、路面よりも低い位置にあるので、測点数としては、1よりも小さい重み係数K1が用いられ、重み付けをしない場合よりも、小さな測点数としてカウントされる。
これにより、測点数の重み付けをした場合は、重み付けをしない場合に比べて、重みづけ係数の設定の仕方によって、高さ毎に検知感度が自在に設定できることになるので、より正確に穴、段差を検知することができる。たとえばカウント値に比例して減速率を設定する場合、穴を検知したときに必ず停止させていると走行が簡単に中断してしまう。一方重みづけにより、浅い穴は減速率を小さく、深い穴程大きく設定すれば、よりスムーズな車体のコントロールができるようになる。
ここで、減速率とは、走行制御部への生の速度指令に対して、速度を抑える率であり、走行速度=減速率×生の速度指令である。
Here, since the distance from the light emitting unit to the measuring point is calculated, the height of each measuring point is calculated by converting the direction and distance data of the laser emitted from the light emitting unit into XYZ coordinates. It can be obtained by paying attention to the coordinates.
When such weighting is adopted, for example, since the station existing in the hole is at a position lower than the road surface, a weighting coefficient K1 smaller than 1 is used as the number of stations, and no weighting is performed. Is counted as a smaller number of stations.
As a result, when the number of measurement points is weighted, the detection sensitivity can be set freely for each height depending on how the weighting coefficient is set, compared to when weighting is not performed. Can be detected. For example, when the deceleration rate is set in proportion to the count value, traveling is easily interrupted if it is always stopped when a hole is detected. On the other hand, the weight reduction makes it possible to control the body more smoothly if the shallow hole has a smaller deceleration rate and a deeper hole is set larger.
Here, the deceleration rate is a rate at which the speed is suppressed with respect to the raw speed command to the travel control unit, and travel speed = deceleration rate × raw speed command.

(実施形態7)
上記実施形態6では、距離が測定された測点の数に重み付けをし、測点の高さに対応させて重み係数K1を異ならせる場合について示した。
ここでは、車両が走行する前方方向(奥行方向)について、測点の距離の差に対応させた重み付けを行う場合について、説明する。
平坦な路面を走行している状態で、レーザーを垂直方向に走査する場合、発光部51aを所定ピッチだけ上方向にずらせば、発光部51aからレーザーが路面に当たるまでの直線距離が長くなるので、路面に当たって反射された反射光によって測定される距離は、長くなる。
(Embodiment 7)
In the sixth embodiment, the case where the number of measurement points where the distance is measured is weighted and the weighting coefficient K1 is made different according to the height of the measurement points is shown.
Here, a case will be described in which weighting corresponding to a difference in distance between measurement points is performed in the forward direction (depth direction) in which the vehicle travels.
When scanning the laser in the vertical direction while running on a flat road surface, if the light emitting portion 51a is shifted upward by a predetermined pitch, the linear distance from the light emitting portion 51a to the laser hitting the road surface becomes long. The distance measured by the reflected light that hits the road surface and becomes longer is longer.

図13に、走行する前方方向の測点で測定される距離差に基づく重み付けの一実施例の説明図を示す。
図13(a)は、車両が右方向に走行する場合を示しており、各測点の位置(P1〜P9)と、隣接する測点どおしの水平方向の距離差(L1〜L8)を示している。
車両に最も近い測点P1において測定される発光部から測点P1までの距離が最も短く、車両から最も離れた測点P9において測定される発光部から測点P9までの距離が最も長い。
FIG. 13 shows an explanatory diagram of an embodiment of weighting based on a distance difference measured at a traveling point in the forward direction.
FIG. 13A shows a case where the vehicle travels in the right direction, and the difference in the horizontal direction (L1 to L8) between the position of each measurement point (P1 to P9) and the adjacent measurement points. Is shown.
The distance from the light emitting part measured at the measurement point P1 closest to the vehicle to the measurement point P1 is the shortest, and the distance from the light emission part measured at the measurement point P9 farthest from the vehicle to the measurement point P9 is the longest.

図13(a)に示すように、穴領域が存在し、測点P1からP4までは、路面と同じ高さであったが、測点P5,P6,P7については、穴領域の中であって、路面よりも低い位置であったとする。
このとき、垂直上方向への走査ピッチが一定値とすると、隣接する測点間の水平方向の距離差は、原則としてしだいに長くなるが、路面上にある測点P4と穴領域にある測点P5との間の水平方向の距離差L4は、測点P5が路面上にあった場合に比べて、かなり長くなる。
また、穴の深さが大きくなればなるほど、穴領域にある測点の位置は、図面の右方向にずれるので、1つ前の測点との間の水平方向の距離差は長くなる。
図13(a)では、測点P5とP6は、穴領域に存在するが、この測点P5とP6との間の水平方向の距離差L5は、もし、穴領域がなく測点P5とP6が路面上にあったとした場合の水平方向の距離差よりも長くなる。
As shown in FIG. 13 (a), there is a hole area, and the points P1 to P4 were the same height as the road surface, but the points P5, P6 and P7 were in the hole area. Suppose that the position is lower than the road surface.
At this time, if the scanning pitch in the vertical upward direction is a constant value, the horizontal distance difference between the adjacent measurement points becomes longer in principle, but the measurement point P4 on the road surface and the measurement in the hole area. The horizontal distance difference L4 from the point P5 is considerably longer than when the measurement point P5 is on the road surface.
Further, as the depth of the hole increases, the position of the measurement point in the hole region shifts to the right in the drawing, so that the horizontal distance difference from the previous measurement point becomes longer.
In FIG. 13 (a), the measurement points P5 and P6 exist in the hole region, but the horizontal distance difference L5 between the measurement points P5 and P6 indicates that there is no hole region and the measurement points P5 and P6. Is longer than the distance difference in the horizontal direction when it is assumed that it is on the road surface.

そこで、図13(b)に示すように、隣接する測点間の水平方向の距離差に、重み付けをする。
図13(b)は、重み係数K2と、隣接する測点間の水平方向の距離差との関係グラフの例を示している。
図13(b)の横軸は重み係数K2を示し、縦軸は水平方向の距離差Ln(L1〜L8)を示している。
ここで、距離差Lnがゼロの場合、重み係数K2は1であり、距離差Lnが大きくなるに従って、比例的に重み係数K2を大きくする。
図13(a)の場合、9つの測点に対して算出される8つの水平方向の距離差(L1〜L8)について、それぞれ、図13(b)のグラフに基づいて、重み係数K2を求め、評価値=距離差×重み係数(K2)を計算する。
図13(a)の場合、8つの距離(L1〜L8)から得られる評価値は、測点L4とL5との間で大きく変化し、測点L5とL6では、その評価値は大きくなり、その後の測点L7とL8では、距離差が小さくなるので、逆に評価値は小さくなる。
これに対し、重み付けをしない場合は、単なる測点のカウントなので、どれだけ深い穴があったとしても同じ減速率となる。すなわち、重み付けをしない場合は、深い穴でも減速率は一定であるのに対して、上記のように重み付けをした場合は、減速率は重みづけ次第で変化するようになる。検知エリアに入った測点のカウントのみの場合と、検知エリアに入っていることかつ距離差評価値によるカウント重みづけがある場合とを比較することにより、同じ地形に接近していったときに、距離対速度グラフの、減速の仕方が変化していることがわかるので、重み付けをした方が、穴の深さによって減速率を変化させることができるという効果がある。
上記したように、測定数の変化に加えて、上記のような評価値を算出し、評価値の変化傾向を調べることにより、穴領域がどの部分に存在するかを、より容易かつ明確に、検知することができる。
Therefore, as shown in FIG. 13B, weighting is applied to the horizontal distance difference between adjacent measurement points.
FIG.13 (b) has shown the example of the relationship graph of the weighting coefficient K2 and the distance difference of the horizontal direction between adjacent measuring points.
The horizontal axis of FIG.13 (b) shows the weighting coefficient K2, and the vertical axis | shaft has shown the distance difference Ln (L1-L8) of the horizontal direction.
Here, when the distance difference Ln is zero, the weighting factor K2 is 1, and the weighting factor K2 is proportionally increased as the distance difference Ln increases.
In the case of FIG. 13A, the weighting coefficient K2 is obtained for each of the eight horizontal distance differences (L1 to L8) calculated for the nine measuring points based on the graph of FIG. 13B. , Evaluation value = distance difference × weighting coefficient (K2).
In the case of FIG. 13A, the evaluation values obtained from the eight distances (L1 to L8) vary greatly between the measurement points L4 and L5, and the evaluation values increase at the measurement points L5 and L6. At the subsequent measuring points L7 and L8, the distance difference is small, and the evaluation value is conversely small.
On the other hand, when weighting is not performed, it is just a count of the measuring points, so the same deceleration rate is obtained no matter how deep the hole is. That is, when weighting is not performed, the deceleration rate is constant even for deep holes, whereas when weighting is performed as described above, the deceleration rate changes depending on the weighting. When we approach the same terrain by comparing the case of counting only the stations that have entered the detection area with the case of entering the detection area and having a count weight based on the distance difference evaluation value Since it can be seen that the method of deceleration in the distance vs. speed graph has changed, weighting has the effect that the deceleration rate can be changed according to the depth of the hole.
As described above, in addition to the change in the number of measurements, the evaluation value as described above is calculated, and by examining the change tendency of the evaluation value, it is easier and clearer in which part the hole region exists, Can be detected.

1 自律走行装置、 2 監視ユニット、 3 制御ユニット、 5 管理サーバ、 6 ネットワーク、 10 車体、 12R 右側面、 12L 左側面、 13 前面、 14 後面、 15 底面、 16 収容スペース、 18 カバー、 21 前輪、 21a 車軸、 21b スプロケット、 22 後輪、 22a 車軸、 22b スプロケット、 23 ベルト、 31 前輪、 31a 車輪、 31b スプロケット、 32 後輪、 32a 車輪、 32b スプロケット、 33 ベルト、 40 バッテリ、 41R 電動モータ、 41L 電動モータ、 42R モータ軸、 42L モータ軸、 43R ギアボックス、 43L ギアボックス、 44R 軸受、 44L 軸受、 50 制御部、 51 距離検出部(LIDAR)、 51a 発光部、 51b 受光部、 51c 走査制御部、 52 受光確認部、 53 受光距離算出部、 54 カメラ、 55 位置情報取得部、 56 走行制御部、 57 駆動輪、 58 通信部、 59 路面判定部、 60 充電池、 70 記憶部、 71 測定距離情報、 72 検知測点情報、 74 現在位置情報、 75 経路情報、 76 送信監視情報、 91 通信部、 92 監視制御部、93 記憶部、 93a 受信監視情報 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Autonomous traveling apparatus, 2 Monitoring unit, 3 Control unit, 5 Management server, 6 Network, 10 Car body, 12R Right side, 12L Left side, 13 Front, 14 Rear, 15 Bottom, 16 Storage space, 18 Cover, 21 Front wheel, 21a axle, 21b sprocket, 22 rear wheel, 22a axle, 22b sprocket, 23 belt, 31 front wheel, 31a wheel, 31b sprocket, 32 rear wheel, 32a wheel, 32b sprocket, 33 belt, 40 battery, 41R electric motor, 41L electric motor Motor, 42R motor shaft, 42L motor shaft, 43R gear box, 43L gear box, 44R bearing, 44L bearing, 50 control unit, 51 distance detection unit (LIDAR), 51a Light part, 51b Light receiving part, 51c Scan control part, 52 Light reception confirmation part, 53 Light reception distance calculation part, 54 Camera, 55 Position information acquisition part, 56 Travel control part, 57 Drive wheel, 58 Communication part, 59 Road surface judgment part, 60 rechargeable battery, 70 storage unit, 71 measurement distance information, 72 detection point information, 74 current position information, 75 route information, 76 transmission monitoring information, 91 communication unit, 92 monitoring control unit, 93 storage unit, 93a reception monitoring information

Claims (6)

駆動部材を制御する走行制御部と、
走行方向の所定の前方空間に所定の光を出射して、前記前方空間内に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部とを備え、
前記距離検出部は、前記前方空間の所定の複数の測点に向けて前記光が照射されるように、光の出射方向を走査させる走査制御部を備え、
前記走査制御部によって光の出射方向を走査することにより、前記複数の測点に向けて出射された光が物体および路面に反射された場合に、前記距離検出部によって距離が検出された測点数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態を判定する路面判定部をさらに備えたことを特徴とする自律走行装置。
A travel control unit for controlling the drive member;
A distance detection unit that emits predetermined light to a predetermined front space in the traveling direction, receives reflected light reflected by an object and a road surface existing in the front space, and detects a distance to the object and the road surface And
The distance detection unit includes a scanning control unit that scans an emission direction of light so that the light is irradiated toward a plurality of predetermined measurement points in the front space,
The number of measurement points whose distance is detected by the distance detection unit when the light emitted toward the plurality of measurement points is reflected by the object and the road surface by scanning the light emission direction by the scanning control unit. An autonomous traveling device, further comprising a road surface determination unit that determines a state of a road surface in the traveling direction based on a change within a predetermined time.
前記距離検出部は、光を出射する発光部と、光を受光する受光部とを備え、
前記受光部に前記反射光が受光されたことを確認する受光確認部と、
前記発光部から光が出射された時刻と、前記受光部に反射光が受光されたことを確認された時刻との時間差を利用して、前記発光部と前記複数の測点との間の距離である受光距離を算出する受光距離算出部とをさらに備え、
前記路面判定部は、前記受光確認部によって反射光が受光されたことが確認された測点に対しては物体が存在し、反射光が受光されたことが確認されなかった測点に対しては物体が存在しないと判定することを特徴とする請求項1に記載の自律走行装置。
The distance detection unit includes a light emitting unit that emits light, and a light receiving unit that receives light,
A light receiving confirmation unit for confirming that the reflected light is received by the light receiving unit;
Using the time difference between the time when the light is emitted from the light emitting unit and the time when the reflected light is confirmed to be received by the light receiving unit, the distance between the light emitting unit and the plurality of measurement points A light receiving distance calculation unit for calculating a light receiving distance which is
The road surface determination unit is provided for a measurement point where it is confirmed that the reflected light is received by the light reception confirmation unit, and an object exists for the measurement point where the reflected light is not received. The autonomous traveling device according to claim 1, wherein it is determined that no object exists.
前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上、ほとんど変化のない場合は、走行方向の路面は平坦な路面であると判定することを特徴とする請求項1または2に記載の自律走行装置。   The road surface determination unit determines that the road surface in the traveling direction is a flat road surface when the number of measurement points from which the distance has been detected is substantially unchanged for a predetermined time or longer. 2. The autonomous traveling device according to 2. 走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上減少傾向を示している場合は、走行方向の路面に、穴領域が存在していると判定することを特徴とする請求項1または2に記載の自律走行装置。   In a traveling state, the road surface determination unit determines that a hole area exists on the road surface in the traveling direction when the number of measurement points where the distance is detected shows a decreasing tendency for a predetermined time or more. The autonomous traveling device according to claim 1, wherein the autonomous traveling device is determined. 走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が一定数存在していた状態から、前記距離が検出された測点数が所定の時間だけ減少傾向あるいは増加傾向を示した後、前記一定数の測点数と異なる測点数でほとんど変化がない状態となった場合は、走行方向の路面が、光の反射率の異なる路面に変化したと判定することを特徴とする請求項1または2に記載の自律走行装置。   In a traveling state, the road surface determination unit has a tendency that the number of stations from which the distance is detected decreases or increases by a predetermined time from a state in which a certain number of stations from which the distance is detected exists. After being shown, it is determined that the road surface in the traveling direction has changed to a road surface having a different light reflectivity when there is almost no change in the number of measurement points different from the predetermined number of measurement points. The autonomous traveling device according to claim 1 or 2. 前記距離検出部は、所定の距離測定領域内の2次元空間または3次元空間にレーザーを出射し、前記距離測定領域内の複数の測点における距離を測定するLIDARを用いることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の自律走行装置。   The distance detection unit uses a LIDAR that emits a laser to a two-dimensional space or a three-dimensional space in a predetermined distance measurement region and measures distances at a plurality of measurement points in the distance measurement region. Item 6. The autonomous traveling device according to any one of Items 1 to 5.
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