JP2711837B2 - 自動走行する車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明が属する技術分野】 この発明は、自動走行する車両の走行制御装置、特
に、走行距離、車速等の演算、障害物の認識、障害物の
回避動作等を簡単な構成の手段で自動的に行う自動走行
する車両の走行制御装置に関する。 【従来技術】 従来の自動車、搬送車等の車両を無人で走行させるた
めの技術が種々研究されている。例えば、所要のコース
に従って走行する誘導方式又は電波等による遠隔操縦方
式の無人走行車両が既に幾つか実用化されている。 また、車両の制御系にコース情報を与え、自己の位置
を確認しながら自律で走行する自律走行方式の無人走行
車両もいくつか提案されている。 上記の自律走行方式の無人走行車両においては、走行
コースの途中に障害物がある場合には、その車両の走行
を停止するか、あるいはその障害物を回避する動作をし
て走行する必要がある。 従来の誘導方式の無人走行車両には、（１）車両に超
音波センサ等を搭載し、車両の進行方向の前方の障害物
の有無を検出するものがあり、また、（２）車両に超音
波センサ等を搭載して、車両と障害物との間の距離を検
出し、その時の車両の車速に応じてそれが障害物となる
か否かの判定を行なうようにしたものがある。 【発明が解決しようとする課題】 前記（１）の誘導方式の無人走行車両は、超音波セン
サ等により車両の進行方向の前方等に存在する物体を検
出できるようになっていて、例えば、進行方向のかなり
前方を物体が横切るような場合であって、本来なら衝突
のおそれがないような状況においても、これを障害物と
認識してしまうことがあり、このようなものでは、障害
物と認識して車両との衝突を回避するために、車両の減
速又は停止の回避動作を行っても、その回避動作が無駄
になることが多いという欠点がある。 前記（２）の誘導方式の無人走行車両は、車両と物体
（障害物）との間の距離を検出し、その時の車両の車速
に応じてそれが障害物となるか否かの判定を行なうよう
になっていて、車両の減速や停止の無駄な回避動作を少
なくすることができる長所があるが、走行距離、方位、
車速等の検知が面倒である。そのうえ、誘導方式の無人
走行車両では、障害物の回りを迂回させて車両を走行さ
せて、障害物をうまく回避させることは困難である。 なお、障害物の回りを迂回させて車両を走行させて、
障害物を回避する障害物の回避方法は、既に提案されて
いるも、迂回の方法や迂回のための装置が複雑であり、
高価なものになってしまう欠点がある。 この発明の解決しようとする課題は、上記の従来技術
のような欠点を有しない自動走行する車両の走行制御装
置を提供すること、換言すると、車両が所定コースに沿
って誘導されて自動走行している場合に、その走行方向
の前方に進行の障害になるおそれのあるものが存在する
とき、そのものが衝突の可能性のある障害物となるかど
うかを判別し、衝突の可能性のある障害物の回りを迂回
することによって衝突が回避でき、かつ前記誘導、判定
等に必要な走行距離、方位及び車速の検知のための手
段、前記回避のための手段等の構成が比較的簡単な自動
走行する車両の走行制御装置を提供することにある。 【課題を解決するための手段】 この発明は上記課題を解決するための手段として次の
発明の構成を採用するものである。 この発明の構成は、操舵体の旋回により操舵される前
輪と、操舵体の旋回駆動手段と、差動機構を介して連結
された左右の後輪と、前記差動機構を駆動する回転駆動
手段と、走行距離、車速等の演算や障害物の判定、所定
コースに沿った誘導や障害物の回避動作のための回転駆
動手段及び旋回駆動手段の制御等を行なう制御手段とを
備えた自動走行する車両において、左右の後輪にそれぞ
れ対応させて回転検出手段が設けられ、指向性のあるビ
ームを発射しかつそれが物体に当たって反射してきた反
射ビームを検出して検知信号を出力する障害物検知手段
が、車両の左側、中央及び右側にそれぞれ配置され、左
側のものが車両の左斜め前方を、中央のものが車両の中
央の前方を、右側のものが車両の右斜め前方を分担し、
全体として車両が進行すると予想される範囲の物体を検
出し得るように構成され、前記左右の回転検出手段によ
り計数された左右の後輪の回転数の平均値から走行距離
を演算し、それらの回転数の差から方位を演算し、前記
走行距離の単位時間の値から車速を演算し、各障害物検
知手段からの検知信号に基づいて物体までの距離を演算
し、そのときの車速に応じてその物体が障害物となるか
否かの判定を行ない、車両の前方に存在する物体が障害
物と判定されたときに、障害物が車両の中心線の左右い
ずれの側にあるか判定し、障害物があると認識された側
と逆の方向に車両の方位を変え、左側、中央及び右側に
配置された障害物検知手段の全体としての障害物の認識
範囲の移動軌跡の包絡線が障害物の外形に接するような
回避動作を行ない得るように制御手段が構成されている
ことを特徴とする自動走行する車両の走行制御装置にあ
る。 指向性のあるビームとして、例えば、指向性の高い超
音波、赤外線、電波等を使う。障害物検知手段として
は、超音波のような指向性のあるビーム（信号）を発射
する送信器と前記ビームを受信する送信器とを備え、送
信器から車両の進行方向の前方に向けてビームを発射
し、それが車両の進行方向の前方に存在する物体に当た
って反射してきた反射ビームを受信器で検出して、車両
の進行方向の前方の物体（障害物）を検知し、その検知
信号に基づいてその物体までの距離を演算し得るものを
使用する。 障害物となるか否かの判定は、物体までの距離とその
距離の検知時の車両の走行速度とを使って行う。車両の
走行速度が速いほど障害物の認識範囲が広くなり、車両
の走行速度が遅いほど障害物の認識範囲が狭くなるよう
にする。 【作用】 この発明の自動走行する車両の走行制御装置は、制御
手段により、左右の回転検出手段により計数された左右
の後輪の回転数の平均値から走行距離を演算し、それら
の回転数の差から方位を演算し、前記走行距離の単位時
間の値から車速を演算し、各障害物検知手段からの検知
信号に基づいて物体までの距離を演算し、そのときの車
速に応じてその物体が障害物となるか否かの判定を行な
い、車両の前方に存在する物体が障害物と判定されたと
きに、障害物が車両の中心線の左右いずれの側のあるか
判定し、障害物があると認識された側と逆の方向に車両
の方位を変え、左側、中央及び右側に配置された障害物
検知手段の全体としての障害物の認識範囲の移動軌跡の
包絡線が障害物の外形に接するような回避動作を行ない
得るようになつているから、走行距離、方位及び車速の
検知のための手段の構成が簡単になり、車両と障害物の
接触を確実に回避でき、余分の回避操作をなくし、最短
の距離で障害物を回避することができる。 【実施例】 実施例は、この出願の発明を自動走行する車両の走行
制御に適用したもので、その障害物認識システムが第１
図に示されている。 車両の一つの前輪２は、操舵モータ11により操舵体を
旋回させることにより操舵されるようになっており、車
両の対の後軸は差動機構６を介して連結され、差動機構
６は走行駆動モータ７により駆動され、各後軸に走行駆
動用車輪となる後輪5a,5bが取り付けられている。各後
輪に対応する後軸に回転数を検出する回転検出手段とな
るエンコーダ20a,20bがそれぞれ設けられ、このエンコ
ーダ20a,20bからの検出信号（パルス）が、パルスカウ
ンタ24a,24bによって計数され、コントローラ25内のI/O
インタフェース回路を介してコンピュータ（CPU）22に
入力されるようになっている。 なお、この発明でいう制御手段は、コンピュータ22、
コントローラ25及び記憶装置26で構成される。 コンピュータ22は、パルスカウンタ24a,24bにより計
数された左右の車輪5a,5bの回転数の平均値をとって走
行距離を演算し、前記左右の車輪5a,5bの回転数の差よ
り方位、すなわち、車両の進行方向を演算し、前記走行
距離の単位時間の値から車両の速度を演算するようにな
っている。 また、コンピュータ22は、パルスカウンタ24a,24bか
らの信号によって自己の位置を認識しながらICカセット
のような記憶装置26から内部の主メモリに読み込まれた
コース情報に従って、回転駆動手段としての走行駆動モ
ータ７や旋回駆動手段としての操舵モータ11を制御し
て、前輪２の操舵体を旋回させて、所定コースに沿って
車両を自動走行させるようになっている。 この実施例では、走行中特に進行方向の前方に存在す
る物体（障害物）を検出するため、第２図に示すような
超音波等の指向性の高いビーム（信号）を発射する送信
器31と、その反射ビームを検出する受信器32とからなる
障害物検知手段30を、車両の左側、中央及び右側に取り
付け、これらの障害物検知手段30からの検知信号に基づ
いてコンピュータ22によりその物体が障害物となるか否
かの判定を行い、進行方向の前方に存在する物体を障害
物と認識したときには、障害物が車両の中心線の左右い
ずれの側にあるか判定して、適当な手順に従って回避動
作を行なうようになっている。 障害物検知手段30は、第４図に示すように、車両の左
側、中央及び右側に取り付ける。左側の検知手段30bで
車両の左斜め前方を、中央の検知手段30aで車両の進行
方向の中央を、右側の検知手段30cで車両の右斜め前方
をそれぞれ分担し、全体として車両が進行すると予想さ
れる範囲の物体（障害物）を検出し得るようにする。 第２図には、一つの障害物検知手段30の制御回路が示
されている。 送信器31を駆動するドライバ28は、コンピュータ22か
ら供給される基準クロックＡに基づいて、例えば、１秒
間隔で駆動信号を送信器31に供給して送信波Ｂを発射さ
せる（第３図参照）とともに、カウンタ29にスタート信
号を送って計数作動を開始させる。そして、発射された
送信波Ｂが車両の進行方向の前方の物体に当たって反射
した反射波Ｃが受信器32により検出されると、その反射
波検出時点でカウンタ29の計数動作を停止させるように
なっている。 なお、ドライバ28及びカウンタ29は、第１図の回路で
はコントローラ25内に設けられている。 このとき、カウンタ29が動作している時間は、車両か
らその進行方向の前方の物体までの距離に比例すること
になる。そこで、コンピュータ22は送信波Ｂが発射され
てから反射波Ｃが検出されるまでの間にカウンタ29が計
数した値を読み取って車両と進行方向の前方の物体との
間の距離を演算する。そして、そのときの車両の速度と
の関係で、予め設定された距離と比較して、その物体が
障害物となるか否かの判定を行ない、障害物と判定した
場合には所定の回避動作を行なうようになる。すなわ
ち、送信器31による送信周期を１秒以内にとると、１秒
間に車両の進む方位は、車体の中心線から左右微小範囲
と考えて差し支えない。一方、１周期内に車両の進むと
予想される距離は、車速が速いときと遅いときとで異な
り、速いほど遠くまで進むので、障害物と認識すべき範
囲も広くする必要がある。 そこで、この実施例では、車速に応じて障害物の認識
範囲を変え、車速が速いときは第４図（Ａ）のように障
害物認識範囲（斜線Ｄで示す）を広くし、車速が遅いと
きは第４図（Ｂ）のように狭くしている。つまり、障害
物認識範囲Ｄが車両の予想進行域よりもわずかに大きく
なるようにしてある。これによって、同じ進行方向上の
物体であっても、第４図（Ｂ）の符号Ｅで示すような位
置にある物体は、車速が速いときには障害物とされ、車
速が遅い場合で、その物体Ｅが移動していたり、車両が
方向変換したりしていると、その物体Ｅは車両の障害物
認識範囲Ｄに入る前に進行方向の前方からはずれてしま
い、障害物として認識されることがない。 この実施例のものにおいては車速が遅いときと速いと
きとで障害物認定基準が異なるので、無駄な停止や回避
動作が行なわれなくなる。 なお、この実施例の無人で自動走行する車両には、第
１図に示すように、車速に応じた障害物認識範囲を外部
から設定できるようにするため、キーボードのような入
力操作装置27が設けられている。 次に、上記のように障害物の認定を行なった後のコン
ピュータ22による障害物の回避動作の手順の一例を説明
する。 この実施例の無人で自動走行する車両では、先ず、上
述のように障害物検知手段30a〜30cからの検出信号に基
づいて、車両の進行方向の前方に存在する物体が障害物
となるか障害物とならないかの判定を行ない、障害物と
なると判定（認定）されたならば一旦停止する。それか
ら障害物検知手段30a〜30cからの検出信号に基づいて障
害物が車両の中心線の左右いずれの側にあるかの判定を
行なう。この種の判定は、実施例のように３個の障害物
検知手段30a〜30cがあると容易に行なうことができる。 次に、障害物を認識した側と逆の方向（すなわち、回
避方向）に車両の方位を変更するように操舵モータ11を
作動させ（なお、このときの回避最大操舵角は予めキー
ボート等を使って設定しておく）ながら、走行駆動モー
タ７を作動させる。 すなわち、第５図において、障害物認識範囲F₁の状態
にある車両を障害物認識範囲F₂の状態になるように操舵
モータ11を回転させながら、走行駆動モータ７を作動さ
せる。車両が障害物認識範囲F₂の状態になったら障害物
認識範囲F₃の状態になるように操舵モータ11を回転させ
ながら、走行駆動モータ７を作動させて、障害物認識範
囲F₃の状態にする（なお、障害物認識範囲F₁の状態から
障害物認識範囲F₃の状態になる過程で、障害物が認識さ
れなくなったら、回避方向と逆の方向へ方位を修正し、
障害物が認識されはじめたら、回避方向へ方位を修正す
る動作を繰り返す）。 そして、車両が障害物認識範囲F₃の状態になると、障
害物が認識されなくなるから、この時点で、本来のコー
スへ復帰するように、つまり回避方向とは逆の向きに操
舵装置を作動させながら走行する。 すなわち、順次、障害物認識範囲F₄,F₅,F₆の状態にな
るように方位を変えながら走行する（なお、障害物認識
範囲F₄の状態から障害物認識範囲F₆の状態になる過程
で、障害物が認識されるようになったら、回避方向へ方
位を修正し、障害物が認識されなくなったら、回避方向
と逆の本来のコースへの復帰方向へ方位を修正する動作
を繰り返す）。 それから障害物認識範囲F₇,F₈,F₉の状態になるように
方位を変えて、本来のコースに戻す。そうすると、第５
図に示すように、車両の移動に伴う障害物認識範囲F₁〜
F₉の移動軌跡の包絡線が障害物Ｅの外形に接するよう
に、車両の回避動作が行なわれる。このとき、実際の車
両は常に障害物認識範囲の包絡線の外側を移動すること
になるので、車両と障害物Ｅの接触を確実に回避でき
る。しかも、余分な回避動作を伴わないので、最短距離
で本来の走行コースへ復帰することができる。 なお、上記実施例では、障害物が車両の中心線の左右
いずれの側にあるか判定し、障害物がある側と反対側に
操舵すると説明したが、障害物が車両の中心線上に存在
してそのような判定が行なえない場合には、左又は右の
いずれか一方に回避するように予め設定しておけばよ
い。 実施例では、指向性ビームとして、超音波を用いた
が、指向性を有する電波をアンテナから発射してその反
射波を検知するようにしてもよい。 実施例では操舵軸によって操舵される前輪が一つで操
舵されない後輪が二つの三輪型の自動走行する車両につ
いて説明したが、操舵軸によって操舵される前輪が二つ
で操舵されない後輪が二つの四輪型のものであってもよ
い。 【発明の効果】 この発明は特許請求の範囲に記載された構成を備える
ことにより、次の（イ）〜（ハ）の効果を奏する。 （イ）この発明の自動走行する車両の走行制御装置は、
制御手段により、左右の回転検出手段により計算された
左右の後輪の回転数の平均値から走行距離を演算し、そ
れらの回転数の差から方位を演算し、前記走行距離の単
位時間の値から車速を演算し、各障害物検知手段からの
検知信号に基づいて物体までの距離を演算し、そのとき
の車速に応じてその物体が障害物となるか否かの判定を
行ない、車両の前方に存在する物体が障害物と判定され
たときに、障害物が車両の中心線の左右いずれの側にあ
るか判定し、障害物があると認識された側と逆の方向に
車両の方位を変え、左側、中央及び右側に配置された障
害物検知手段の全体としての障害物の認識範囲の移動軌
跡の包絡線が障害物の外形に接するような回避動作を行
ない得るようになつているから、走行距離、方位及び車
速の検知のための手段の構成が簡単になり、車両と障害
物の接触を確実に回避でき、余分の回避動作をなくし、
最短の距離で障害物を回避することができる。 （ロ）この発明の自動走行する車両の走行制御装置は、
指向性のあるビームを発射しかつそれが物体に当たって
反射してきた反射ビームを検出して検知信号を出力する
障害物検知手段を、車両の左側、中央及び右側にそれぞ
れ配置し、左側のものが車両の左斜め前方を、中央のも
のが車両の中央の前方を、右側のものが車両の右斜め前
方を分担し、全体として車両が進行すると予想される範
囲の物体を検出し得るようになっているから、車速の大
きな変化により全体としての障害物の認識範囲が大きく
変化しても、車両の進行方向の前方に存在する物体を確
実に検知することができる。そのうえ、障害物が車両の
中心線の左右いずれの側にあるかの判定を行なう際に
も、その判定を正確かつ容易に行うことができ、余分の
回避動作を避けることができる。 （ハ）この発明は、操舵体の旋回により操舵される前輪
と、操舵体の旋回駆動手段と、差動機構を介して連結さ
れた左右の後輪と、前記差動機構を駆動する回転駆動手
段と、走行距離、車速等の演算や障害物の判定、所定コ
ースに沿った誘導や障害物の回避動作のための回転駆動
手段及び旋回駆動手段の制御等を行なう制御手段とを備
えた自動走行する車両において、左右の後輪にそれぞれ
対応させて回転検出手段が設けられ、前記制御手段によ
り、左右の回転検出手段により計数された左右の後輪の
回転数の平均値から走行距離を演算し、それらの回転数
の差から方位を演算し、前記走行距離の単位時間の値か
ら車速を演算するようになっているから、ジャイロ又は
レーザ、超音波等の発射装置を使うもののような複雑か
つ高価な装置を用いることなく、回転検出手段のみによ
って車両の走行距離、方位及び車速を認識できる。 従来の走行距離、方位、車速等の測定手段を有する車
両においては、機構同士の干渉を防止するという観点か
ら計測系と駆動系をはっきりと分けていたが、この発明
では、左右の後輪に対応させて回転検出手段をそれぞれ
設け、左右の後輪の回転数の計数を行なうようにしたか
ら、計測系と駆動系を別々にする必要が無く、しかも走
行距離、方位及び車速というデータを回転検出手段とい
う簡単な構成のものから同時に得ることができ、装置の
構成が簡単になり、廉価で供給できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】 図面はこの発明の一実施例を示す。第１図は自動走行す
る車両の走行制御システムを示すブロック図、第２図は
障害物検出回路の構成を示すブロック図、第３図は障害
物検出回路の作動タイミングを示す線図、第４図の
（Ａ）は障害物までの距離が大きい場合の認識範囲の平
面図、第４図の（Ｂ）は障害物までの距離が小さい場合
の認識範囲の平面図、第５図は障害物の回避方法を概略
的に示す平面図である。 ２……前輪、5a,5b……後輪 ７……走行駆動モータ（回転駆動手段）、11……操舵モ
ータ（旋回駆動手段） 20a,20b……エンコーダ、20a,20b……パルスカウンタ 22……コンピュータ、25……コントローラ 26……記憶装置、30,30a〜30c……障害物検知手段 31……送信器、32……受信器 Ｅ……障害物（物体）、F₁〜F₉……障害物認識範囲

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．操舵体の旋回により操舵される前輪と、操舵体の旋
   回駆動手段と、差動機構を介して連結された左右の後輪
   と、前記差動機構を駆動する回転駆動手段と、走行距
   離、車速等の演算や障害物の判定、所定コースに沿った
   誘導や障害物の回避動作のための回転駆動手段及び旋回
   駆動手段の制御等を行なう制御手段とを備えた自動走行
   する車両において、左右の後輪にそれぞれ対応させて回
   転検出手段が設けられ、指向性のあるビームを発射しか
   つそれが物体に当たって反射してきた反射ビームを検出
   して検知信号を出力する障害物検知手段が、車両の左
   側、中央及び右側にそれぞれ配置され、左側のものが車
   両の左斜め前方を、中央のものが車両の中央の前方を、
   右側のものが車両の右斜め前方を分担し、全体として車
   両が進行すると予想される範囲の物体を検出し得るよう
   に構成され、前記左右の回転検出手段により計数された
   左右の後輪の回転数の平均値から走行距離を演算し、そ
   れらの回転数の差から方位を演算し、前記走行距離の単
   位時間の値から車速を演算し、各障害物検知手段からの
   検知信号に基づいて物体までの距離を演算し、そのとき
   の車速に応じてその物体が障害物となるか否かの判定を
   行ない、車両の前方に存在する物体が障害物と判定され
   たときに、障害物が車両の中心線の左右いずれの側にあ
   るか判定し、障害物があると認識された側と逆の方向に
   車両の方位を変え、左側、中央及び右側に配置された障
   害物検知手段の全体としての障害物の認識範囲の移動軌
   跡の包絡線が障害物の外形に接するような回避動作を行
   ない得るように制御手段が構成されていることを特徴と
   する自動走行する車両の走行制御装置。