JP2018147518A - 自律走行装置 - Google Patents
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Abstract
Description
自律走行装置が現在位置を推定するために、GPS(Global Positioning System)を
利用する技術が知られている。GPSにより現在位置を取得する場合、自律走行装置は、地球の衛星軌道上を周回するGPS衛星から送出される電波を受信し、受信した電波に基づいて現在位置を演算して取得する。そして自律走行装置は、走行経路を示すマップを保持しておき、GPSにより取得した現在位置の情報から、そのマップ上の現在位置を特定し、走行経路上の自己位置をGPSにより確認しながら、目標地まで自律的に走行して到達する。
例えば、高層ビルの陰となる場所や、木々が生い茂った場所などでは、GPS衛星からの電波を自律走行装置で良好に受信できない場合がある。この場合、自律走行装置では、受信不可能となったGPS衛星からの電波が復帰するまで停止し、一定時間内に電波の受信状態が復帰すれば自律走行を再開する、という方法が提案されている。
また、特許文献2では、精度が低く安価なDGPSセンサを用いているが、この場合には、DGPSセンサであっても、GPS衛星からの電波をまったく受信できない状態では、正確に走行することはできない。
前記回転数計測部は、前記現在位置取得部が前記GPS衛星からの電波に基づいて現在位置を取得している間は、前記自律走行装置が停止して進行方向を変化させる間を除いて、
前記車輪の回転数を計測すること、を特徴としたものである。
前記GPS衛星から送出された電波に基づいて走行した走行距離と、該走行距離を走行した期間に前記回転数計測部で計測されたそれぞれの前記車輪の回転数とから、それぞれの前記車輪について、該車輪の1回転当たりの走行距離を算出し、前記現在位置が取得できなかった後に走行すべき距離におけるそれぞれの前記車輪の回転数を算出し、該算出した回転数に基づいてそれぞれの前記車輪を回転させる制御を行う、ことを特徴としたものである。
GPS受信部2は、GPS衛星から送出された電波を受信して現在位置取得部3に出力する。現在位置取得部3は、GPS受信部2が受信したGPS電波に基づいて、自律走行装置10の現在位置を演算して取得する。
磁気センサ4は、地磁気を計測することで磁気センサ4が向いている方向を検知するものであり、磁気センサ4によって自律走行装置10の進行方向を検知して、検知結果を制御部1に出力する。
自律走行装置10の車輪は、通常4つ以上設けられるが、これらの車輪のうち、自律走行装置10の車体の両側に設けられた2つの車輪7a,7bについて、その車輪の回転数を計測する回転数計測部8a,8bを設ける。なお、回転数計測部8a,8bは、いずれか1つの車輪についてその回転数を計測するものであってもよい。
従来では、GPSを使用した過去の走行実績に基づいて、GPSが使用できなくなった後の目標地までの車輪の回転数を算出して走行するものはなく、本実施形態の構成により、GPS衛星から電波が受信できなくなって復帰しない場合でも、過去のGPSによる走行実績に基づいて目標地までの車輪の回転数を推定することにより、目標地までの走行が可能となる。
図2は、自律走行装置10が走行する走行経路の一例を示す図である。自律走行装置10の記憶部5の走行経路情報51として、図2に示すような走行経路20の情報が記憶される。自律走行装置10は、記憶部5に記憶されている走行経路情報51に従って、走行経路20に沿って自律走行する。ここでは、地点Aをスタート地点とし、地点Bまで直線経路を走行する。そして地点Bで進行方向を変えて、地点Cまで直線経路を走行する。地点Bにおいて進行方向を変える場合、自律走行装置10は、その車体の両側の車輪7a,7bを互いに逆方向に回転させて定置旋回する。
そして地点Cまで走行した後は、同様に定置旋回を行って、地点Dまで直線経路を走行する。以下同様に地点E,地点Fを走行し、最初のスタート地点である地点Aに戻る。地点Aは、走行経路20における最終目標地である。また、地点B,C,D,E,Fは、各直線経路における個別の目標地として設定される。
ここでは、自律走行装置10は、GPSにより現在位置が取得できている間、車輪7a,7bのそれぞれの回転数を回転数計測部8a,8bにより計測する。そしてGPSによる現在位置情報が取得できなくなった場合、制御部1は、それまでGPSにより走行した直線部分について、その走行距離と、回転数計測部8a、8bにより計測した車輪7a,7bの回転数とを用いて、各車輪7a,7bの1回転当たりの走行距離を算出する。そして現在走行している直線部分のうち、未走行である残りの走行すべき直線部分の距離を、走行経路情報51から取得し、その走行すべき直線部分の距離と、上記算出した車輪7a,7bの1回転あたりの走行距離とから、上記走行すべき直線部分に相当する車輪7a,7bの回転数を算出する。そして、算出した回転数だけ、車輪7a,7bを回転させる。これにより、GPSにより実際に走行した距離から算出した車輪回転数に基づいて、GPSによる現在位置取得ができなくなった後にも、次の目標地まで自律的に走行することができる。本実施形態では、二つの車輪7a,7bのそれぞれについて1回転当たりの走行距離を算出し、GPSによる現在位置が取得できなくなった後は、それぞれの車輪7a,7bの1回転当たりの走行距離に基づいて、各車輪7a,7bの回転を制御するものとする。
また、走行途中でGPSによる現在位置の取得が可能になった場合は、その取得した現在位置情報に基づく走行に復帰して、自律走行を行うことができる。このようにして、実走行装置は、車輪の1回転あたりの走行距離に基づいて、GPSによる現在位置の取得ができなくなった後も、自己位置を推定しながら自律的な走行を続行することができる。
例えば、地点Aからスタートした自律走行装置10は、地点Aにおける現在位置をGPSにより取得し、最初の目標地として地点Bを設定して走行を開始する。自律走行装置10が地点Aでスタートするときに、磁気センサ4の検出結果を用いて自律走行装置10の進行方向が地点Bを向いているか判断し、向いていなければその場で定置回転して、自律走行装置10の進行方向を地点Bに向ける。定置回転では、左右の車輪の回転方向を逆にして、その位置で自律走行装置10の向きを回転させる。この時点では車輪7a,7bの回転数のカウントは開始されていない。
この動作を繰り返し、自律走行装置10は、GPSにより現在位置を取得したときに、自己の進行方向を磁気センサ4の検出結果から取得し、その取得結果に従って車輪7a,7bの回転を調整して、進行方向を地点Bに向けて修正する。
またこのときに、第1閾値より小さい第2閾値を予め定めておき、角度θが第1閾値より小さければ、左右の車輪の回転(回転速度)を同じにして、走行を継続させるようにする。
この制御では、磁気センサ4の検出結果に基づいて車輪7a,7bの回転を調整することで、直線の走行経路に対して、自律走行装置10は蛇行しながら目標地に向かって走行する。
そして走行時のずれを磁気センサ4の検出結果に基づいて修正することで、より正確に最終目標地までの走行を行うことができる。
自律走行装置10は、GPS衛星からの電波を受信することで自己の現在位置を取得し、取得した現在位置に基づいて自律走行が可能となっている。まず自律走行装置は、GPS衛星からの電波が受信可能な状態であるか否かを判定する(ステップS1)。ここでGPS衛星からの電波が受信できない状態であれば、処理を終了する(ステップS12)。全く走行していない時点でGPSによる現在位置情報が取得できない場合には、過去の車輪回転数あたりの走行距離が取得できないため、継続走行することはできない。
ここで最終目標地に到着していなければ、次の目標地を設定する(ステップS4)。次の目標地として、例えば、走行経路内で直線部分の走行経路を走行するときに、その直線部分が終了して走行経路が折れ曲がる地点を設定する。
ここで自律走行装置の車体が目標地に向いていれば、自律走行装置は、走行開始位置を記憶し、走行を開始する。そして走行開始とともに車輪の回転数T´のカウントを開始する(ステップS6)。
また、ステップS5で自律走行装置の車体が目標地に向いていなければ、車体を目標地に向ける(ステップS14)。ここでは自律走行装置の車体両側の車輪の回転を制御して、進行方向が目標地に向かうように車体の向きを調整する。
総車輪回転数をT、走行経路のうちの1つの直進部分でカウントした車輪回転数T´とするとき、T ← T+T´とする。
また、総直進距離をL、走行経路のうちの1つの直進部分で走行した直進距離をL´とするとき、L ← L+L´とする。
そして次の目標地に向けて、T´=0、L´=0にリセットする。この後、ステップS3に戻り、最終目標地に到着したかどうかを判断し、到着していなければ次の目標地を設定する。
ステップS10でθ>第1の閾値であれば、左右に車輪の回転を調整する(ステップS11)。ここではθだけ変位した進行方向を元に戻すように、自律走行装置の車体左右の車輪の回転を調整する。例えば左右片側の車輪を停止させたり、回転速度を他方よりも遅くする等の制御により、車体の進行方向を調整する。この後ステップS7に戻り、GPS衛星からの電波受信が可能であるか判断する。
θ<第2閾値でなければ、ステップS7に戻ってGPS衛星からの電波受信が可能であるかを判断する。一方、θ<第2閾値であれば、左右の車輪の回転が同じであるか判断する(ステップS27)。左右の車輪の回転が同じ場合とは、自律走行装置の車体の左右の車輪が、同じ回転速度で回転している場合を指す。ここで左右の車両の回転が同じであれば、ステップS7に戻ってGPS衛星からの電波受信が可能であるかを判断する。また、ステップS7で左右の車輪の回転が同じでなければ、左右の車輪の回転数を同じにし(ステップS28)、ステップS7に戻ってGPS衛星からの電波受信が可能であるかを判断する。
第1閾値より小さい角度に設定された第2閾値より、自律走行装置の変位角度θが小さい場合には、車輪の回転制御による進行方向の調整を行うことなく、左右の車輪の回転を同じにしてそのまま進行させる。これにより、過度の調整による走行の不安定化を防ぐようにしている。
総車輪回転数をT、走行経路のうちの1つの直進部分でカウントした車輪回転数T´とするとき、T ← T+T´とする。
また、総直進距離をL、走行経路のうちの1つの直進部分で走行した直進距離をL´とするとき、L ← L+L´とする。そして、T´←0、L´←0にセットする。
次にGPS衛星からの電波により最後に現在位置を取得した位置から、次の目標地までの距離(Y)を計算する(ステップS17)。次に自律走行装置は、自己の車体が目標地を向いているか否かを判断する(ステップS18)。目標地に向いているか否かは、走行経路情報に基づく目標地の設定時の目標地の方向と、磁気センサにより検出された自律走行装置の進行方向とから判断される。ここで自律走行装置の車体が目標地に向いていなければ、車体を目標地に向ける(ステップS24)。ここでは自律走行装置の車体両側の車輪の回転を制御して、進行方向が目標地に向かうように車体の向きを調整する。
ステップS19で走行を開始すると、自律走行装置は、総車輪回転数Tが、目標地に到達するために必要な車輪の回転数tに一致したか、すなわちT=tになったかを判断する(ステップS20)。
また、ステップS21で。また、ステップS22でGPS通信が可能ではない場合、ステップS20に戻ってT=tか否かを確認する。
上記実施形態では、磁気センサ4の検知結果に基づいて自律走行装置10の進行方向を修正する場合、左右の車輪の回転(回転速度)を調整するようにした。これに対して本実施形態では、磁気センサ4による検出結果を使用して自律走行装置10の進行方向を修正するときに、目標地に向かう進行方向に対して所定角度以上変位したときに、自律走行装置10を停止させ、その場所で定置回転を行って、進行方向を目標地に向かって修正する。
このときの制御例を図5を用いて説明する。
図5は、上記図2と同じ走行経路20を示している。地点Aからスタートした自律走行装置10は、地点Aにおける現在位置をGPSにより取得し、最初の目標地として地点Bを設定して走行を開始する。自律走行装置10が地点Aでスタートするときに、磁気センサ4の検出結果を用いて自律走行装置10の進行方向が地点Bを向いているか判断し、向いていなければその場で定置回転して、自律走行装置10の進行方向を地点Bに向ける。定置回転では、左右の車輪7a,7bの回転方向を逆にして、その位置で自律走行装置10の向きを回転させる。この時点では車輪7a,7bの回転数のカウントは開始されていない。
そして走行時のずれを磁気センサ4の検出結果に基づいて修正することで、より正確に最終目標地までの走行を行うことができる。
なお、自律走行装置は、本実施形態2に係る進行方向の修正制御(ずれ量が閾値以上のときに停止して定置回転する)と、実施形態1に係る進行方向の修正制御(ずれ量が閾値以上のときに、左右の車輪の回転を調整する)とを切換え可能に構成してもよい。
上記実施形態1では、車輪1回転当たりの走行距離の計算と目標地までの必要車輪回転数の計算、および車輪回転数が必要車輪回転数に達したか否かの判断を、車体左右両側に設けられた2つの車輪のそれぞれについて実行した。
第3の実施形態では、これらの処理を1つの車輪のみについて実行する。例えば図1の構成で、いずれか1つの車輪(例えば車輪7aとする)についてのみ、回転数計測部8aを設け、もしくは1方の回転数計測部8aのみを動作させて、この回転数計測部8aによる計測結果を用いて走行を行う。
上記実施形態1では、2つの車輪について個々にその車輪回転数をカウントし、各車輪毎に車輪1回転当たりの走行距離を計算し、GPSによる現在位置が取得できなくなった場合、各車輪ごとに目標地までの必要車輪回転数を計算し、車輪回転数が必要車輪回転数に達したか否かの判断を車輪のそれぞれについて実行していた。
これに対して第4の実施形態では、カウントした車輪の回転数に基づいて車輪の1回転当たりの走行距離を算出する場合、2つの車輪でカウントした回転数が同じ回転数であるときにのみ、その回転数を使用して、車輪1回転当たりの走行距離を算出する。
これにより、左右の車輪の回転数をカウントした結果、カウントした回転数が同じときにのみ必要な車輪回転数を回転するため、必要回転数が左右で異なる場合の精度の悪化を回避することができる。
Claims (7)
- 予め設定された走行経路に従って自律的に自動走行する自律走行装置であって、
前記走行経路を記憶する記憶部と、
位置情報発信装置から送信された情報に基づいて、前記自律走行装置の現在位置を取得する現在位置取得部と、
前記自律走行装置を走行させるために駆動される車輪と、
前記現在位置取得部が取得した現在位置情報に基づいて、前記記憶部に記憶した走行経路に従って前記車輪の駆動を制御する制御部と、
前記車輪の回転数を計測する回転数計測部と、を備え、
前記制御部は、現在位置が取得できない場合において、前記位置情報発信装置から送信された情報に基づいて走行した走行距離と、該走行距離を走行した期間に前記回転数計測部で計測された前記車輪の回転数に基づいて、走行させる制御を行う、ことを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1に記載の自律走行装置において、
前記制御部は、走行経路上の一部である直線部分を走行中に、前記現在位置取得部による前記現在位置の取得ができなくなった場合、前記直線部分の開始点から終了点までの距離のうち、前記位置情報発信装置から送信された情報に基づいて走行した走行距離と、該走行距離を走行した期間に前記回転数計測部で計測された前記車輪の回転数に基づいて、走行させる制御を行う、ことを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1または2に記載の自律走行装置において、
該自律走行装置の進行方向を検知する方向検知センサを有し、
前記制御部は、前記方向検知センサの検知結果に示される前記自律走行装置の進行方向に基づいて、前記自律走行装置の走行方向を修正して次の目標地に向かって進行するように前記進行方向を修正する制御を行う、ことを特徴とする自律走行装置。 - 請求項3に記載の自律走行装置において、
前記制御部は、前記方向検知センサによる検知結果に従って、前記自律走行装置の進行方向が、次の目標地に向かう進行方向に対して所定角度以上変位したときに、前記自律走行装置前記車輪の回転を変更する制御を行い、前記自律走行装置の進行方向を前記次の目標地に向かうように修正し、
前記回転数計測部は、前記現在位置取得部が前記位置情報発信装置からの情報に基づいて現在位置を取得している間は、前記車輪の回転数の計測を継続すること、を特徴とする自律走行装置。 - 請求項3に記載の自律走行装置において、
前記制御部は、前記方向検知センサによる検知結果に従って、前記自律走行装置の進行方向が、次の目標地に向かう進行方向に対して所定角度以上変位したときに、前記自律走行装置を停止し、該停止した位置で前記車輪の駆動を制御して、前記自律走行装置の進行方向を前記次の目標地に向かうように修正し、
前記回転数計測部は、前記現在位置取得部が前記位置情報発信装置からの情報に基づいて現在位置を取得している間は、前記自律走行装置が停止して進行方向を変化させる間を除いて、前記車輪の回転数を計測すること、を特徴とする自律走行装置。 - 請求項1〜5のいずれか1に記載の自律走行装置において、
前記回転数計測部は、前記自律走行装置の複数の車輪の回転数をそれぞれ計測し、
前記制御部は、現在位置が取得できない場合において、
前記位置情報発信装置からの情報に基づいて走行した走行距離と、該走行距離を走行した期間に前記回転数計測部で計測されたそれぞれの前記車輪の回転数に基づいて、走行させる制御を行う、ことを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1〜5のいずれか1に記載の自律走行装置において、
前記回転数計測部は、前記自律走行装置の複数の車輪の回転数をそれぞれ計測し、
前記制御部は、前記自律走行装置の走行中に、前記現在位置取得部による前記現在位置の取得ができなくなった場合で、かつ、
前記位置情報発信装置からの情報に基づいて走行した走行距離において計測されたそれぞれの前記車輪の回転数が同じであった場合、
前記位置情報発信装置からの情報に基づいて走行した走行距離と、該走行距離を走行した期間に前記回転数計測部で計測された前記車輪の回転数に基づいて、走行させる制御を行う、ことを特徴とする自律走行装置。
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