JP3267323B2 - 無人車の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無人車の制御装置に係
わり、特に走行中における無人車の制御誤差を補償し
て、無人車を目標走行コース上に正確に走行させる無人
車の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、走行路の地図を予め記憶し、
走行路の要所に設置された目標点を検知すること、ある
いは走行距離を演算することにより、地図上で自らの位
置を確認しながら走行する無人車がある。

【０００３】この無人車が目標位置または目標の走行コ
ース上の通過点、すなわち目標点へ移動する場合、従来
は無人車の現在位置から、両者間の走行経路を円滑かつ
連続な曲線の軌道として生成し、目標位置からの誤差を
負帰還する方法等により、生成した軌道上を走行して目
標点へ到達するように無人車の駆動手段を制御してい
た。

【０００４】目標軌道生成方法としては、（ア）位置、
姿勢および舵角の境界条件から、無人車の横方向距離を
進行方向距離の５次関数として目標軌道を計算する方法
（特開平1-223513号）や、（イ）予め計算しておいた複
数個の軌道を端点で結合することにより、目標軌道を生
成する方法（特開平3-24606 号）等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】生成された目標軌道に
沿うように走行制御する場合の精度劣化の原因として、
無人車の駆動手段の操舵能力の上限値と、目標軌道の曲
率変化率の上限値と、無人車の設定車速の不適切さとが
ある。即ち、生成した目標軌道に沿わせるべく行なう操
舵が駆動手段の操舵能力の上限値を越えると、目標の操
舵を行えないため、目標軌道に沿った走行が不可能にな
る。また、設定車速が過大であると、無人車の操舵能力
の上限値以上の操舵指令が駆動手段に出力されるため、
目標軌道への追従走行ができなくなる。

【０００６】上記のことを例を挙げて説明すると、図２
に示す操舵輪方式の無人車の場合、駆動手段に次式で示
される舵角速度（操舵の角速度）Δθαが指令される。

【０００７】 Δθα＝Ｌ１・ｖｄ・ｃｏｓ（θα）・ｃｏｓ（θα）・Δγ……（１） 但し、θαは無人車の舵角を示す。

【０００８】θαが小さい場合、ｃｏｓ（θα）＝１な
ので、次式のように変形できる。 Δθα ＝ Ｌ１・ｖｄ・Δγ ……（２） （２）式のＬ１はホイールベース長、Δγは目標軌道の
曲率の変化率、ｖｄは設定された車速を示す。

【０００９】一般に操舵輪方式の無人車の駆動手段の舵
角速度Δθαには上限がある。従って、（２）式より、
ホイールベース長Ｌ１は固定値であるので、目標軌道の
曲率変化率Δγおよび車速Ｖｄの少なくとも一方が過大
な場合には、操舵速度の上限値を越えた舵角速度Δθα
が指令されてしまうので駆動手段が追従できず制御不可
能なり、無人車が目標軌道に追従できなくなってしま
う。

【００１０】すなわち、舵角速度の上限値をΔθαmax
とし、生成された目標軌道の曲率変化率の最大値をΔγ
max とした場合、Δγmax 、車速ｖｄは次式を満たさな
ければならない。

【００１１】 Δγ≦Δγmax ≦ Δθαmax / Ｌ１ /ｖｄ ……（３） また、図１３に示す差動輪方式の無人車を定速走行させ
る場合、駆動手段に次式で示される加速度Δｖが指令さ
れる。

【００１２】 Δｖ＝±Ｗ・ｖｄ・ｖｄ・Δγ/ ２ ……（４） （但し、左右輪で符号は逆である。） （４）式のＷはトレッド長、Δγは目標軌道の曲率の変
化率、ｖｄは車速を示す。

【００１３】一般に差動輪方式の駆動手段の加速度には
上限がある。従って、( ４）式より、トレッド長Ｗは一
定であるので、目標軌道の曲率変化率Δγおよび車速Ｖ
ｄの少なくとも一方が過大な場合には、加速度の上限値
を越えた加速度Δｖが指令されてしまうので駆動手段が
追従できず制御不可能になり、無人車が目標軌道に追従
できなくなってしまう。

【００１４】すなわち、左右駆動輪の加速度の上限値を
Δｖmax とした場合、目標軌道の最大曲率変化率Δγma
x 、車速ｖｄは次式を満たさなければならない。

【００１５】 Δγ≦Δγmax ≦ ２・Δｖmax ／ Ｗ ／ ｖｄ ／ ｖｄ ……（５） すなわち、前記（ア）、（イ）の方法の場合、目標軌道
生成に於いて、曲率変化率を駆動手段の上限値以下に制
約することを考慮していないため、アクチュエータが追
従出来ず、制御誤差が生じる場合がある。

【００１６】また、前記（ア）、（イ）の方法の場合、
目標軌道生成に於いて、目標軌道の最大曲率変化率と駆
動手段の操舵能力の上限値とを考慮した車速の設定方法
が明示されていない。したがって、アクチュエータが追
従できず、このため無人車が目標軌道に追従できず、制
御誤差が生じる場合が多い。また、この制御誤差を避け
るために、微速で無人車を走行させる方法もあるが、こ
の場合無人車の搬送効率が非常に劣化してしまう。

【００１７】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
無人車の目標軌道が必ず駆動手段の操舵能力を満たすこ
とにより、走行コース上を精度良く走行することを可能
にした無人車の制御装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、走行コースに対する位置誤
差、方位角誤差、曲率誤差を評価する走行誤差評価手段
と、前記位置誤差、前記方位角誤差、前記曲率誤差に基
づいて、位置誤差補償軌道パターン、方位角誤差補償軌
道パターン、曲率誤差補償軌道パターンのそれぞれの重
み付け係数を算出する重み付け係数算出手段と、前記位
置誤差補償軌道パターン、前記方位角誤差補償軌道パタ
ーン、前記曲率誤差補償軌道パターンと、それぞれの重
み付け係数との積の和を演算することで目標軌道を生成
する目標軌道生成手段と、前記目標軌道に基づいて無人
車を操舵および駆動するための駆動指令を演算する変換
手段と、前記駆動指令に基づいて無人車を操舵および駆
動する駆動手段と、を含んで構成したものである。請求
項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、重み
付け係数算出手段は、前記位置誤差、前記方位角誤差、
前記曲率誤差に基づいて、位置誤差のみを補償する位置
誤差補償軌道パターン、方位角誤差のみを補償する方位
角誤差補償軌道パターン、曲率誤差のみを補償する曲率
誤差補償軌道パターンのそれぞれの重み付け係数を算出
することを特徴とする。請求項３記載の発明は、請求項
１または２記載の発明において、前記評価手段で計測さ
れた位置誤差、方位角誤差及び曲率誤差に基づいて操舵
能力を超えないように車速に応じた目標軌道の曲率変化
率の最大値を設定する最大値設定手段を更に含み、前記
重み付け係数算出手段は、前記最大値設定手段で設定さ
れた曲率変化率の最大値を超えないように、位置誤差補
償軌道パターン、方位角誤差補償軌道パターン、曲率誤
差補償軌道パターンのそれぞれの重み付け係数を算出す
ることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項３
記載の発明において、前記最大値設定手段で設定された
曲率変化率の最大値に応じた最大車速を設定する車速設
定手段を更に含み、前記変換手段は、前記車速設定手段
で設定された車速を超えないように無人車を駆動するた
めの駆動指令を演算することを特徴とする。請求項５記
載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の発明
において、 前記目標軌道生成手段で生成された目標軌道
の始点又は終点における曲率変化率を計算する計算手段
と、前記駆動手段の操舵能力を超えないように前記計算
手段で計算された始点又は終点における曲率変化率に応
じた車速を設定する車速設定手段とを更に含み、前記変
換手段は、前記車速設定手段で設定された車速を超えな
いように無人車を駆動するための駆動指令を演算するこ
とを特徴とする。

【００１９】

【作用】以下本発明の作用を説明する。請求項１記載の
発明によれば、走行誤差評価手段は、走行コースに対す
る位置誤差、方位角誤差、曲率誤差を評価する。重み付
け係数算出手段は、各誤差に基づいて、予め設定された
３つの軌道パターン、すなわち位置誤差補償軌道パター
ン、方位角誤差補償軌道パターン、曲率誤差補償軌道パ
ターンのそれぞれの重み付け係数を算出する。目標軌道
生成手段は、３つの軌道パターンにそれぞれ対応する重
み付け係数を乗し、更にこれらの値を加算することによ
り、目標軌道を生成することができる。このように、予
め設定された３つの基本パターンとパラメータとの積の
和を演算することにより目標軌道を生成するので、複雑
な計算を要することなくリアルタイムで目標軌道を生成
できる。そして、生成された目標軌道に基づいて駆動指
令を演算し、駆動指令に基づいて無人車を操舵及び駆動
することができる。請求項２記載の発明によれば、位置
誤差のみを独立に補償する位置誤差補償軌道パターン、
方位角誤差のみを独立に補償する方位角誤差補償軌道パ
ターン、曲率誤差のみを独立に補償する曲率誤差補償軌
道パターンをそれぞれ用いて重み付け係数を演算するこ
とにより、より計算量を少なくすることができる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】請求項３記載の発明によれば、図１（１）
に示すように、設定手段において、上記（３）式に基づ
いて操舵輪方式の無人車の駆動手段の操舵能力、すなわ
ち、舵角速度の上限値を超えないように目標軌道の曲率
変化率の最大値を設定する。そして、重み付け係数算出
手段において、最大値設定手段で設定された曲率変化率
の最大値を超えないように、位置誤差補償軌道パター
ン、方位角誤差補償軌道パターン、曲率誤差補償軌道パ
ターンのそれぞれの重み付け係数を算出するので、駆動
手段が精度よく無人車を目標軌道に沿って追従させるこ
とが可能になる。

【００２３】また、請求項３記載の発明によれば、設定
手段において、上記（５）式に基づいて差動輪方式の無
人車の駆動手段の操舵能力、すなわち、左右駆動輪の加
速度の上限値を超えないように目標軌道の曲率変化率の
最大値を設定する。そして、重み付け係数算出手段にお
いて、最大値設定手段で設定された曲率変化率の最大値
を超えないように、各パターンのそれぞれの重み付け係
数を算出するので、駆動手段が精度よく目標軌道に沿っ
て無人車を追従させることが可能になる。

【００２４】

【００２５】請求項４記載の発明によれば、図１（２）
に示すように、車速設定手段によって（３）式または
（５）式に基づいて無人車の操舵能力を超えないように
車速を制限するので、精度よく無人車を目標軌道に沿っ
て走行制御することができる。

【００２６】また、車速設定手段によって（３）式また
は（５）式に基づいて駆動手段の操舵能力の上限を越え
ない最大車速を設定すれば、無人車をできるかぎり速く
目標軌道に沿って走行制御することができる。

【００２７】

【００２８】請求項５記載の発明によれば、図１（３）
に示すように、目標軌道の始点または終点において曲率
変化率が最大になる性質を利用して、計算手段によって
目標軌道の始点または終点の曲率変化率を計算し、この
曲率変化率を最大値として用いるので、任意の関数で表
された目標軌道の最大曲率変化率を計算して、任意の関
数で表された目標軌道に適用できる。

【００２９】また、請求項５記載の発明によれば、車速
設定手段によって（３）式または（５）式に基づいて無
人車の操舵能力の上限を越えない最大車速を設定すれ
ば、無人車をできるかぎり速く目標軌道に沿って走行制
御することができる。

【００３０】なお、上記態様では、操舵能力の上限値お
よび曲率変化率の最大値を用いたが、本態様はこれに限
定されるものではなく、これらの値に近い値を用いても
良い。

【００３１】

【実施例】

〔第１実施例〕以下、本発明を直線走行を行う第１実施
例によって説明する。

【００３２】図２は、本第１実施例に係わる走行制御装
置を適用した操舵輪方式の無人車の概略構成図である。
無人車１の車体後部には、車体の左右の中心線上に操舵
と駆動の両方を行なう１つの操舵駆動輪２が設けられ、
車体前部には左右２つの従動輪２ａ、２ｂと２つの計測
輪３ａ、３ｂとが設けられている。無人車の車体中心Ｃ
１は、左右の従動輪２ａ、２ｂの中心に位置しており、
車体中心Ｃ１と操舵駆動輪の中心Ｃ２とは距離（ホイー
ルベース長）Ｌ1 隔たっている。

【００３３】この無人車１は、予め設定された直線の走
行コースに沿うように制御される。計測輪３ａ、３ｂ
は、車体の荷重を受ける従動輪２ａ、２ｂとは別体の従
動輪で構成され、さらに、走行平面の凹凸に精度良く追
従できるように、車体に対し上下動可能に構成されてい
る。１対の計測輪３ａ、３ｂには各々エンコーダが取り
付けられており、これらのエンコーダのパルス数を積算
することにより、無人車の現在位置が計測でき、パルス
数の積算値の差を演算することにより方位、すなわち方
位角が計測できる。

【００３４】しかし、エンコーダによる無人車の位置お
よび方位角の計測値には累積誤差がある。このため、基
準位置、基準方位を表す光の反射率が異なるマークを予
め走行コースの所定位置に適宜設置しておき、適当な時
間間隔をあけて、車両の前後に設置した光学式距離計
（図示せず）によりマークの側方を無人車が通過したと
きに、補正用マークであることを認識するとともに、そ
のマークとの相対距離を計測する。そして、得られたマ
ークとの相対距離から車両の正確な位置、方位角を算出
し、計測輪による計測データを補正する。

【００３５】図３は、無人車１のシステムブロック図を
示すものである。無人車１は、走行制御装置４と、走行
コース記憶装置５と、計測輪３ａ、３ｂ及び光学式距離
計を含む計測装置６と、操舵駆動輪２を駆動する駆動装
置７とからなる。さらに、走行制御装置４は、目標軌道
生成装置８と、変換装置９とからなる。

【００３６】走行制御装置４は、後述するように、予め
設定された無人車１のコースに基づいて、制御誤差があ
る場合には、走行コース上に復帰する目標軌道を生成
し、この目標軌道に沿って走行するような指令値を駆動
装置７へ出力する。その結果、無人車１は所定の軌道を
走行して走行コース上へ復帰する。

【００３７】目標軌道生成装置８は、走行誤差評価装置
８ａ、パラメータ設定装置８ｂ、位置誤差補償軌道パタ
ーン生成装置８ｃ、方位角誤差補償軌道パターン生成装
置８ｄ及び曲率誤差補償軌道パターン生成装置８ｅで構
成され、無人車１の現在位置を始点とし、予め設定され
た無人車１の走行コース上の任意の点を終点として、そ
の２点間を円滑かつ連続に結合する関数、すなわち目標
軌道を計算する。

【００３８】ここで、曲率関数Ｒ（ｓ）と走行軌跡との
関係を示す。始点（ｓ＝０）における方位角θstart 、
Ｘ座標値ｘstart 、Ｙ座標値ｙstart 、を用いて、走行
距離ｓにおける方位角θ（ｓ）、Ｘ座標値ｘ（ｓ）、Ｙ
座標値ｙ（ｓ）は次式で表される。

【００３９】

【数１】

【００４０】この目標軌道の計算について図４を参照し
て説明する。但し、図４では、説明を簡単にするため、
走行コースをＸ軸に一致させている。目標軌道は、走行
平面上に設定したＸＹ直交座標系で、始点位置座標
（０、Ｙｅ）と始点の方位角θｅとから終点の位置座標
（Ｘｔ、０）と終点の方位角（＝０）との間を円滑かつ
連続に結合する走行距離ｓの曲率に関する関数（以下曲
率関数という）Ｒ（ｓ）として計算する。なお、走行距
離ｓとは、軌道上の２点間の軌道に沿った線積分として
与えられる距離である。このとき、始点位置での曲率を
γｅ、終点位置での曲率を０とする。Ｙｅ、θｅ、γｅ
は、各々、走行コース（終点）に対する位置誤差、方位
角誤差、曲率誤差である。これらの誤差は、走行誤差評
価装置８ａによって、走行コース記憶装置５の走行コー
ス、光学式距離計で測距されたマークとの相対距離及び
計測輪３ａ、３ｂの出力に基づいて演算される。

【００４１】なお、無人車の位置とは、車体中心Ｃ１
（本第１実施例では左右従動輪間のトレッドの中心）の
ＸＹ直交座標系における位置であり、方位角とはＸＹ直
交座標系におけるＸ軸を基準として反時計方向に測定し
た無人車の進行方向をいう。

【００４２】また、走行平面と操舵駆動輪との間にすべ
りがないと仮定すると、無人車の曲率γは操舵角θαと
ホイールベース長Ｌ１から、図２に示す幾何学的関係に
よって次式により決まる。

【００４３】γ＝ tan（θα) / Ｌ１ さらに、曲率誤差γｅは次式により求められる。

【００４４】γe ＝γ−γｃ 但し、γｃは走行コースの曲率で、直線の走行コースに
沿って無人車が走行している場合はγｃ＝０である。

【００４５】目標軌道は、無人車の現在の位置、方位
角、曲率の各誤差と、予め準備してあった位置、方位
角、曲率の各誤差を補償する各軌道パターンとを比較し
て計算する。即ち、各誤差量に応じて、軌道パターンの
重み付け係数を定め、これら軌道パターンを重み付き加
算することにより、目標軌道を計算する。

【００４６】先ず、ＸＹ平面座標上のＸ軸に沿って無人
車を走行制御させるときの軌道パターンの性質を図５、
図６に基づいて述べる。なお、説明を簡単にするため、
走行距離ｓ＝０の位置を軌道パターンの始点とする。軌
道パターンはパラメータを次のように変化させることに
より、ＸＹ平面上で相似変換できる（図５）。すなわ
ち、曲率関数Ｒ（ｓ）の始点から終点までの走行距離を
α倍し、さらに、次式のようにＲ（ｓ）をＲ’（ｓ）へ
変換する。

【００４７】 Ｒ’（ｓ） ＝ Ｒ（ｓ／α）／α ……（６） このとき、始点、終点間の曲率変化率の最大値は1/（α
・α）倍になり、ＸＹ平面上の軌道パターンはそれぞれ
α倍に相似変換される。即ち、Ｙｅ、Ｘｔがそれぞれα
倍される。また、この軌道パターンによって補償される
曲率誤差γｅは１／α倍になる。相似変換なので、この
軌道パターンによって補償される始点での方位角誤差θ
ｅは変化しない。

【００４８】さらに、Ｘ軸方向の移動量Ｘｔに比べて、
軌道パターンが補償する誤差Ｙｅ、θｅ、γｅが小さい
場合、次の（７）式のように軌道パターンである曲率関
数Ｒ（ｓ）をＲ’’（ｓ）へ近似変換できる（図６）。

【００４９】 Ｒ’’（ｓ） ＝ β・Ｒ（ｓ） ……（７） この場合、軌道パターンによって補償されるＸＹ平面上
の軌道の位置誤差Ｙｅは約β倍、Ｘｔは約１倍に近似変
換される。また、始点、終点間の曲率変化率の最大値と
軌道パターンによって補償される曲率誤差γｅおよび軌
道パターンの始点での方位角誤差θｅとはすべて正確に
β倍になる。したがって、（１）式と（１７）式とを用
いることにより、曲率関数はβ・Ｒ（ｓ／α）／αとな
る。

【００５０】次に、３つの軌道パターンを説明する。始
点、終点間の走行距離はＬで等しいが、互いに相異なる
３つの軌道パターンγ０、γ１、γ２を準備する。各軌
道パターンは、走行距離ｓを変数とし、それぞれ、曲
率、方位角、位置の各誤差を補償する曲率関数である。
各軌道パターンは終点の曲率と終点の方位角とがゼロで
なければならない。また、各軌道パターンに対する始点
の各Ｙ座標値Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２と、終点のＸ座標値Ｘ
０、Ｘ１、Ｘ２と、始点の各方位角θ０、θ１、θ２
と、各軌道パターンの最大曲率変化率Δγ０、Δγ１、
Δγ２と、各軌道パターンの曲率初期値γｓ０、γｓ
１、γｓ２とをそれぞれ予め計算して、設定しておく。

【００５１】（６）式の相似変換と（７）式の近似変換
との関係から、３つの軌道パターンを用いて、各誤差を
補償するためには下記の（８）〜（１１）式を満たす必
要がある。但し、説明を簡単にするためＸ方向に走行す
るものと仮定し、α＞０とする。

【００５２】 Ｙe ＝ α・（β０・Ｙ０＋β１・Ｙ１＋β２・Ｙ２） ……（８） θe ＝ β０・θ０＋β１・θ１＋β２・θ２ ……（９） γe ＝（β０・γｓ０＋β１・γｓ１＋β２・γｓ２）／α ……（１０） Δγmax ＝（｜β０｜・Δγ０＋｜β１｜・Δγ１ ＋｜β２｜・Δγ２）／（α・α） ……（１１） ただし、Δγmax は上記（３）式に基づいて、車速ｖｄ
に応じて舵角速度の上限値を超えないように設定された
目標軌道の最大曲率変化率（曲率変化率の最大値）の設
定値である。 （８）〜（１０）式を３元連立１次方程式として解き、
β０、β１、β２を求めると、次式が求められる。

【００５３】 β０＝（Ａ０・α＋Ｂ０＋Ｃ０／α）／Ｄ β１＝（Ａ１・α＋Ｂ１＋Ｃ１／α）／Ｄ β２＝（Ａ２・α＋Ｂ２＋Ｃ２／α）／Ｄ ……（１２） 但し、 D ＝γｓ０・θ１・Ｙ２＋γｓ１・θ２・Ｙ０＋γｓ２・θ０・Ｙ１ −γｓ０・θ２・Ｙ１−γｓ２・θ１・Ｙ０−γｓ１・θ０・Ｙ２ A0＝γｅ・θ１・Ｙ２−γｅ・θ２・Ｙ１ B0＝γｓ２・θｅ・Ｙ１−γｓ１・θｅ・Ｙ２ C0＝γｓ１・θ２・Ｙｅ−γｓ２・θ１・Ｙｅ A1＝γｅ・θ２・Ｙ０−γｅ・θ０・Ｙ２ B1＝γｓ０・θｅ・Ｙ２−γｓ２・θｅ・Ｙ０ C1＝γｓ２・θ０・Ｙｅ−γｓ０・θ２・Ｙｅ A2＝γｅ・θ０・Ｙ１−γｅ・θ１・Ｙ０ B2＝γｓ１・θｅ・Ｙ０−γｓ０・θｅ・Ｙ１ C2＝γｓ０・θ１・Ｙｅ−γｓ１・θ０・Ｙｅ ……（１３） （１２）式を（１１）式へ代入すると、次の３次方程式
が得られる。

【００５４】 ０＝Δγmax ・｜D ｜・α³ −Δγ０・｜A0・α² ＋B0・α＋C0｜ −Δγ１・｜A1・α² ＋B1・α＋C1｜−Δγ２・｜A2・α² ＋B2・α＋C2｜ ……（１４） 既知の３次方程式の解法（Caldano の公式）により、
（１４）式から、パラメータαが計算できる。このと
き、絶対値｜｜の中にパラメータαを含むため、符号が
未知である。そこで、以下の８つの場合を仮定し、解を
求める。但し、関数形によっては、符号がパラメータα
に依存せず、固定される場合があり、すべての場合を計
算する必要が無いこともある。

【００５５】 （ａ）：β０＞０、β１＞０、β２＞０ （ｂ）：β０＜０、β１＞０、β２＞０ （ｃ）：β０＞０、β１＜０、β２＞０ （ｄ）：β０＜０、β１＜０、β２＞０ （ｅ）：β０＞０、β１＞０、β２＜０ （ｆ）：β０＜０、β１＞０、β２＜０ （ｇ）：β０＞０、β１＜０、β２＜０ （ｈ）：β０＜０、β１＜０、β２＜０ ３次方程式は、３実根を持つか、２虚根と１実根をも
つ。３実根の場合は、正の最も小さい根を解として採用
する。２虚根と１実根の場合は、１実根が正の値なら解
として採用する。αが負の場合は、仮定が間違っている
ものとして採用しない。

【００５６】以上で計算された解の中から、最も小さい
正の値をパラメータαの値として採用する。

【００５７】但し、駆動手段の舵角速度の上限を越えな
い程度に十分に長い走行距離Ｌ’が設定できた場合は、
前記のような３次方程式を解かずとも、以下のように容
易にパラメータαが設定できる。

【００５８】 α＝Ｌ’/ Ｌ ……（１４ａ） ここで、Ｌは軌道パターンの走行距離である。

【００５９】パラメータαを（１２）式に代入すること
により、β０、β１、β２が求められる。

【００６０】本第１実施例では、計算を簡単にするた
め、１次式から構成される軌道パターンを３種類準備し
た。３つの軌道パターンは、いずれも始点から終点まで
の走行距離が等しく、Ｌであるとする。また、各軌道パ
ターンは、終点に於ける走行コースに対する位置、方位
角、曲率の各誤差は零とする。

【００６１】位置誤差を補償する軌道パターンγ２
（ｓ）の関数形の例を図７（１）に示す。γ２（ｓ）は
次式で表現される。

【００６２】 ０≦ｓ≦Ｌ／４のときγ２（ｓ）＝ −Δγ２・ｓ L/４≦ｓ≦3L/4のときγ２（ｓ）＝ Δγ２・（ｓ−Ｌ／２） 3L/4≦ｓ≦L のとき γ２（ｓ）＝ Δγ２・（Ｌ−ｓ） ……（１５） 但し、Ｌは３つの軌道パターンの始点から終点までの走
行距離である。

【００６３】主に方位角誤差を補償する軌道パターンγ
１（ｓ）の関数形の例を図８（１）に示す。γ１（ｓ）
は次式で表現される。

【００６４】 ０≦ｓ≦L/２のときγ１（ｓ）＝ −Δγ１・ｓ ０≦ｓ≦L のとき γ１（ｓ）＝ Δγ１・（ｓ−Ｌ） ……（１６） 主に曲率誤差を補償する軌道パターンγ０（ｓ）の関数
の例を図９（１）に示す。γ０（ｓ）は次式で表現され
る。

【００６５】 γ０（ｓ）＝ γｓ０−Δγ０・ｓ ……（１７） 但し、 ０≦ｓ≦Ｌ、Δγ０＝γｓ０ /Ｌ さらに、各軌道パターンのＸ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ０、Ｙ
１、Ｙ２と、始点の方位角θ０、θ１、θ２と、各軌道
パターンの最大曲率変化率Δγ０、Δγ１、Δγ２と、
各軌道パターンの曲率初期値γｓ０、γｓ１、γｓ２を
予め計算して、設定しておく。但し、上記関数の性質に
より、θ２＝γｓ１＝γｓ２＝０である。上記（１
５）、（１６）、（１７）式の軌道パターンの走行軌跡
は各々図７（２）、図８（２）、図９（２）のようにな
る。

【００６６】目標軌道生成装置８は、このように求めた
補間関数の曲率から以下の（１８）式により、無人車１
の時々刻々の目標曲率Ｒd を計算し、制御周期毎に変換
装置９へ出力する。このとき、目標車速Ｖd は一定に固
定する。

【００６７】０≦ｓ≦αＬのとき Ｒｄ（ｓ） ＝ Ｒｃ（ｓ） ＋｛β０・γ０（ｓ／α）＋β１・γ１（ｓ／α） ＋ β２・γ２（ｓ／α）｝/ α αＬ＜ｓのとき Ｒｄ（ｓ） ＝ Ｒｃ（ｓ） ……（１８） また、目標車速Ｖｄを一定とすると、ｓ＝Ｖｄ・ｔであ
るので次式のように、時刻ｔの式に書き直すことも可能
である。

【００６８】０≦ｔ≦αＬ／Ｖｄのとき Ｒｄ（ｔ） ＝ Ｒｃ（ｔ） ＋（｛β０・γ０（Ｖｄ・ｔ／α） ＋ β１・γ１（Ｖｄ・ｔ／α） ＋ β２・γ２（Ｖｄ・ｔ／α）｝/ α αＬ／Ｖｄ＜ｔのとき Ｒｄ（ｔ） ＝ Ｒｃ（ｔ） ……（１９） 但し、（１８）、（１９）式のＲｃは走行コースの曲率
であり、直線コースの場合はＲｃ＝０である。

【００６９】変換装置９の処理を以下に示す。無人車１
は、駆動操舵輪２の操舵角θおよび回転速度ωによっ
て、車体中心Ｃ１が、走行平面上の回転中心Ｏより距離
１／Ｒｄの地点をＶｄの車速で旋回するものとする。な
お、ＲｄおよびＶｄは、それぞれ、目標軌道生成装置８
から出力される曲率および車速の指令値である。このと
きの操舵駆動輪２の中心Ｃ２と回転中心Ｏとの距離をＬ
2 とする。

【００７０】図２の各部分の幾何学的な関係から、回転
中心Ｏにおける車体中心Ｃ１と操舵駆動輪の中心Ｃ２と
のなす角は、操舵駆動輪２の操舵角θαに等しくなるの
で、次の関係が成り立つ。

【００７１】 θα＝tan ^-1( Ｒd ・Ｌ1 ） ……（２０） 一方、回転中心Ｏに対する車体中心Ｃ１の角速度と操舵
駆動輪の中心Ｃ２での角速度は等しいことより、次の関
係が成り立つ。

【００７２】 ω＝Ｖd ( １／Ｒd ）／Ｌ2 ＝Ｖd cos(θα) ……（２１） したがって、上記（２０）および（２１）式に示される
ように、変換装置９は、操舵駆動輪の操舵角指令値θα
および駆動速度指令値ωを、曲率および車速の指令値に
基づき決定する。

【００７３】操舵角指令値θαおよび駆動速度指令値ω
は、駆動装置に出力され、サーボ回路により精度良く制
御され、無人車の走行として実現される。

【００７４】本第１実施例の無人車によれば、（３）式
に基づいて操舵速度（舵角速度）の上限値を超えないよ
うに曲率変化率の最大値を制限した目標軌道を生成し、
走行制御するので、操舵輪方式の無人車を目標軌道に沿
って精度よく走行させることができる。

【００７５】また、本第１実施例の無人車は、（３）式
に基づいて舵角速度の上限値にて操舵する最大曲率変化
率を設定した目標軌道を生成し、走行制御することも可
能であるので、短距離で走行コース上へ復帰したり、位
置決めしたりすることができる。

【００７６】さらに、本第１実施例の無人車は、予め設
定された３つの基本パターンとパラメータとの積の和を
演算することにより目標軌道を生成するので、複雑な計
算を要することなくリアルタイムで目標軌道を生成でき
る。

【００７７】〔第２実施例〕前記第１実施例での無人車
は、相異なる任意の３つの軌道パターンに基づいて、一
意に目標軌道を生成する無人車に関するものであった
が、本第２実施例は、位置、方位角、曲率の各誤差を独
立に補償する軌道パターンに基づき目標軌道を生成する
ものである。本第２実施例は、目標軌道を演算する点の
みが、前記第１実施例と異なる。以下、相違点について
のみ述べる。

【００７８】３つの軌道パターンは、始点から終点まで
の走行距離が等しく、Ｌであるとする。本第２実施例で
は、各軌道パターンは、それぞれ、位置、方位角、曲率
の各誤差の中の１の誤差のみを補償するものとする。ま
た、各軌道パターンは、走行距離ｓに対する任意の曲率
関数（例えば、ｓに関するｎ次式や三角関数等）であ
る。

【００７９】位置誤差のみを補償する軌道パターンの関
数形（３次式）の例を図１０（１）に示す。関数γ２
は、始点（ｓ＝０）の曲率と終点（ｓ＝Ｌ）の曲率とが
ゼロでなければならない。そして、方位角の補償はしな
いので、始点から終点までの曲率γ２の積分量がゼロで
なければならない。以上の条件を満たす関数γ２を設定
し、その始点のＹ座標値Ｙ２と、終点のＸ座標値Ｘ２
と、軌道パターンγ２の最大曲率変化率Δγ２とを予め
計算しておく。すなわち、軌道パターンγ２を次の３次
式で表す。

【００８０】 γ２（ｓ）＝Ｃ₃ ｓ³ ＋Ｃ₂ ｓ² ＋Ｃ₁ ｓ＋Ｃ₀ ｓ γ２は次のように上記境界条件を満たす。

【００８１】

【数２】

【００８２】境界条件の数とγ２の係数Ｃ₃ 〜Ｃ₀ の数
はともに４個あるので、ニュートン法等を用いて、上記
境界条件より一意に４個の係数を決定できる。この軌道
パターンに従って、Ｙ２を位置誤差とみなして補償した
ときの走行軌跡は図１０（２）のようになる。

【００８３】方位角誤差のみを補償する軌道パターンの
関数形を、上記３次式の係数を決定する方法で求めた例
として図１１（１）に示す。関数γ１は、始点（ｓ＝
０）の曲率と終点（ｓ＝Ｌ）の曲率がゼロでなければな
らない（すなわち、γ１（０）＝γ１（Ｌ）＝０）。始
点の方位角がθ１で、始点から終点までの曲率γ１の積
分量が−θ１である（すなわち、

【００８４】

【数３】

【００８５】また、位置誤差の補償はしないので、Ｙ１
＝０で、かつ、以下のように積分量が零である。

【００８６】

【数４】

【００８７】以上の条件を満たす曲率関数γ１を設定
し、その終点のＸ座標値Ｘ１と、軌道パターンγ１の最
大曲率変化率Δγ１を予め計算しておく。この軌道パタ
ーンに従ってθ１を方位角誤差とみなして補償したとき
の走行軌跡は図１１（２）のようになる。

【００８８】曲率誤差のみを補償する軌道パターンの関
数形を、上記３次式の係数を決定する方法で求めた例と
して図１２（１）に示す。関数γ０は、始点（ｓ＝０）
の曲率がγｓ（すなわちγ０（０）＝γｓ）で、終点
（ｓ＝Ｌ）の曲率が零（すなわちγ０（Ｌ）＝０）であ
る。位置、方位角の各誤差を補償しないので、Ｙ０＝０
で、始点から終点までの積分量が下記のようにゼロでな
ければならない。

【００８９】

【数５】

【００９０】以上の条件を満たす曲率関数を設定し、終
点のＸ座標値Ｘ０と、軌道パターンγ０の最大曲率変化
率Δγ０を予め計算しておく。この軌跡パターンに従っ
てγｓを曲率誤差とみなして補償したときの走行軌跡は
図１２（２）のようになる。

【００９１】３つの軌道パターンを等しくα（＞０）倍
に相似変換し、さらに、各々β２、β１、β０倍に近似
変換することを考える。これら変換後の軌道パターンを
加算して得られる軌道を、各誤差を補償する目標軌道と
する。

【００９２】位置、方位角、曲率の各誤差を、各々、Ｙ
ｅ、θｅ、γｅとする。図形の相似変換と近似変換の関
係から、パラメータα、β０、β１、β２は次式（２
２）、（２３）、（２４）、（２５）を満たす。

【００９３】 Ｙe ＝ α・β２・Ｙ２ ……（２２） θe ＝ β１・θ１ ……（２３） γe ＝ β０・γｓ／α ……（２４） Δγmax ＝（｜β０｜・Δγ０＋｜β１｜・Δγ１ ＋｜β２｜・Δγ２）／（α・α） ……（２５） 但し、Δγmax は最大曲率変化率の設定値で、上記
（３）式から設定される値である。

【００９４】上式をパラメータαについて整理すると、
（２６）式が得られる。 Δγmax ・α³ −｜γe / γｓ｜・Δγ０・α² −｜θe / θ１｜・Δγ１・α −｜Ｙe / Ｙ２｜・Δγ２＝０ ……（２６） （２６）式より、既知の３次方程式の解の公式によっ
て、容易に、αが求められる。式（２２）、（２３）、
（２４）をパラメータβ０、β１、β２について整理す
ると、式（２７）、（２８）、（２９）が求められる。

【００９５】 β２ ＝ Ｙｅ／（α・Ｙ２） ……（２７） β１ ＝ θｅ／θ１ ……（２８） β０ ＝ α・γｅ／γｓ ……（２９） 即ち、パラメータαを計算すれば、β０、β１、β２
は、位置、方位角、曲率の各誤差、Ｙｅ、θｅ、γｅに
比例する項として計算することが出来る。

【００９６】本第２実施例は、位置、方位角、曲率の各
誤差を独立に補償する軌道パターンを使用するので、第
１実施例に比較してより計算量を少なくすることができ
る。

【００９７】また、本第２実施例は、計算量が少ないた
め、計算能力が低いハードウエアによる装置の実現が容
易にできる。 〔第３実施例〕前記第１実施例での無人車は、直線の走
行コースに沿って走行するものであったが、本第３実施
例は、円滑かつ連続な曲線に沿って走行する無人車に関
するものである。

【００９８】本第３実施例は、目標軌道を演算する点の
みが、前記第１実施例と異なる。以下、相違点について
のみ述べる。

【００９９】曲線走行コースは、予めオフラインで計算
されているため、その曲線の最大曲率変化率Δγｃは既
知であるとする。そこで、無人車のアクチュエータの操
舵能力の上限に基づいて設定される曲率変化率の最大値
Δγmax から、走行コース分の最大曲率変化率Δγｃを
差し引いて、その項を改めて曲率変化率の最大値Δγma
x と置き直し、前記第１、２実施例で説明した方法を適
用する。

【０１００】本第３実施例は、曲線走行コースの最大曲
率変化率を考慮し、目標軌道の曲率変化率上限値を設定
し、走行制御するため、曲線走行コース上へ精度良く復
帰することができる。 〔第４実施例〕 次に、第４実施例の無人車について説明する。上記第１
〜第３実施例は目標軌道の曲率変化率の最大値を制限す
ることにより、駆動手段の操舵角速度の上限値を超えな
いようにしたものであるが、この第４実施例は無人車の
速度を制限することにより、駆動手段の操舵角速度の上
限値を超えないようにしたものである。

【０１０１】本実施例の無人車は図２と同様であり、無
人車の制御装置のシステムブロック図は図１３に示す通
りである。なお、図１３の制御装置は図３の制御装置と
略同様であるので、対応する部分には同一符号を付して
説明を省略し、相違する部分のみ説明する。図１３の制
御装置では目標軌道生成装置８と変換装置９との間に、
目標車速ｖｄを設定する車速設定装置２３が設けられて
いる。

【０１０２】本第４実施例では、上記第１実施例で説明
した３つの軌道パターンを用いるときの（１２）式で説
明したパラメータβ０、β１、β２を使用する。また、
パラメータαとしては、３つの軌道パターンの中の１つ
の軌道パターンを基準として相似変換したときの下記の
式で定まる相似変換率αを使用する。

【０１０３】α＝Ｘｔ／Ｘ２ このパラメータαを（１２）式に代入することによりパ
ラメータβ０、β１、β２が求められる。得られたパラ
メータβ０、β１、β２より、（１１）式に基づいて生
成した目標軌道の曲率変化率の最大値Δγmax が求めら
れる。

【０１０４】なお、３つの軌道パターンは、図７
（１）、図８（１）、図９（１）に例示されている。

【０１０５】上記車速設定装置２３は、目標軌道生成装
置８で第１実施例で説明したように生成された目標軌道
の曲率変化率の最大値と駆動手段の駆動手段の操舵角速
度の上限値とから、上記（３）式に基づいて目標車速ｖ
ｄを設定する。

【０１０６】すなわち、車速設定装置２３は予め定めら
れている操舵角速度の上限値Δθαmax と、上記（１
１）式によって定められた目標軌道の曲率変化率の最大
値Δγmax とから、次の式（３０）により設定車速ｖｄ
を決定して設定する。なお、このとき、式（３０）を満
足する設定車速ｖｄの最大値を設定するようにすれば、
無人車が最大速度で走行するのでより効果的である。

【０１０７】 ｖｄ≦ Δθαmax / Ｌ１ / Δγmax ・・・（３０） そして、変換手段９は、第１実施例で説明したように、
曲率および車速の指令値に基づき、操舵駆動輪の操舵角
指令値θαおよび駆動速度指令値ωする。この操舵駆動
輪の操舵角指令値θαおよび駆動速度指令値ωは、駆動
装置に出力され、サーボ回路により精度よく制御され、
無人車の走行として実現される。

【０１０８】この第４実施例は、（３０）式に基づいて
操舵速度の上限値を越えない最大車速を設定出来るので
操舵輪方式の無人車目標軌道に沿って精度良く走行制御
することができる。これにより、無人車を減速しすぎる
ことがなくなるため、制御精度を悪化させることなく無
人車の搬送効率を最大にすることができる。

【０１０９】また、この第４実施例は、予め設定された
３つの軌道パターンの関数とパラメータとの積の和で目
標軌道を生成するので、複雑な計算をすることなくリア
ルタイムで目標軌道が生成できる。 〔第５実施例〕上記第４実施例は、目標軌道生成装置に
於いて最大曲率変化率を算出する方式であったが、本第
５実施例は、目標軌道生成装置とは別個に曲率変化率計
算装置を付加し、最大曲率変化率を計算するものであ
る。図１４に本実施例の無人車の制御装置のシステムブ
ロック図を示す。なお、図１４の制御装置は図１３の制
御装置と略同様であるので、対応する部分には同一符号
を付して説明を省略し、相違する部分のみ説明する。

【０１１０】図１４に示すように、本第５実施例は、第
４実施例の車速設定装置２３と目標軌道生成装置８との
間に、更に曲率変化率計算装置２４が設けられている。

【０１１１】上記第４実施例は、目標軌道を表現する関
数形が曲率関数であったため、目標軌道生成装置８に於
いて最大曲率変化率Δγmax を算出することが容易であ
った。しかし、この第４実施例は曲率関数以外の他の関
数形には適用出来ず、曲率関数以外の関数の最大曲率変
化率を計算することができない。本第５実施例はこれを
解決して、曲率関数のみならず他の関数形にも適用でき
るようにしたものである。

【０１１２】前述の曲率関数以外の関数で表した目標軌
道については、始点から終点までの単位距離毎の曲率変
化率を逐次計算し、これらの曲率変化率の絶対値の最大
値から、最大曲率変化率を設定すればよい。しかし、こ
の計算手順では、計算ステップ数が膨大なものとなるた
め、計算時間が膨大となり、リアルタイムで制御するこ
とが困難になる。そこで、本実施例では、無人車の目標
軌道の性質を利用して、以下の方法により高速に最大曲
率変化率を求める。

【０１１３】無人車の使用頻度の高い走行パターンは、
直線、ターン、レーンチェンジの３つの走行パターンで
ある。

【０１１４】一般に、走行平面（ＸＹ座標系）上の２点
間を円滑かつ連続に結ぶ補間関数により、曲率の変化が
あるターンとレーンチェンジとの走行パターンの目標軌
道を生成すると、その関数の始点または終点において曲
率変化率が最大になる性質がある。したがって、目標軌
道の始点または終点に着目し、始点または終点に於ける
曲率変化率を計算し、この曲率変化率を最大曲率変化率
とすることができる。

【０１１５】始点に着目した場合は、以下の（３１）式
で最大曲率変化率Δγmax が計算出来る。

【０１１６】 Δγmax ＝ ｜γL1−γL2｜/ ΔL …( ３１) ここで、γL1は目標軌道の始点での曲率、γL2は始点か
ら単位距離ΔL 走行した目標軌道上の点における曲率で
ある。これらの曲率γL1とγL2は、目標軌道を表す関数
から容易に計算できる。

【０１１７】また、終点に着目した場合は、以下の（３
２）式で最大曲率変化率Δγmax が計算出来る。

【０１１８】 Δγmax ＝ ｜γL3−γL4｜/ ΔL …( ３２) このとき、γL4は目標軌道の終点での曲率、γL3は終点
から単位距離ΔL 手前の目標軌道上の点における曲率で
ある。これらの曲率γL3とγL4は、目標軌道を表す関数
から容易に計算できる。

【０１１９】本実施例では、上記（３１）式または（３
２）式に基づいて始点または終点における単位距離あた
りの曲率の変化率を求め、この曲率の変化率を最大曲率
変化率として使用し、第４実施例で説明したように、
（３０）式に基づいて目標車速を設定する。なお、本実
施例においても（３０）式を満足する設定車速の最大値
を設定すれば、無人車が最大車速で走行するので効果的
である。

【０１２０】本第５実施例は、曲率変化率計算手段２４
に於いて、目標軌道の始点または終点の単位距離あたり
の軌道曲率の変化率を演算する、すなわち、目標軌道の
始点または終点の曲率を微分するので、任意の関数の目
標軌道の最大曲率変化率を算出できる。これにより、本
実施例を任意の関数の目標軌道に適用できる。

【０１２１】また、本第５実施例は、車速設定手段２３
に於いて、（３）式または（５）式に基づき、駆動手段
の操舵能力の上限で制御する車速を設定すれば、無人車
をできる限り速く任意の目標軌道に沿って走行制御させ
ることができる。 〔第６実施例〕 上記の無人車は、操舵輪方式の無人車に関するものであ
ったが、本第６実施例は、上記第１〜第３の実施例で説
明した駆動手段の操舵能力を超えないように目標軌道の
曲率変化率の最大値を制限する技術を差動輪方式の無人
車に適用したものである。本第６実施例は、無人車の変
換装置の部分が、上記第１〜第３実施例と異なる。以
下、相違点について述べる。

【０１２２】図１５に示すように、本実施例の無人車１
は、上記第１〜第３実施例で説明した走行制御装置と同
一構成の走行制御装置４と、上記第１〜第３実施例で説
明した駆動装置と同一構成の２つの駆動装置からなる駆
動装置７ａ，７ｂと、モータ１０ａ，１０ｂと、駆動輪
の回転数を検出するパルスカウンター１１ａ，１１ｂ
と、減速機１２ａ，１２ｂと、駆動輪１８ａ，１８ｂ
と、駆動輪と各々同軸上に配設した計測輪１９ａ，１９
ｂと、計測輪の回転数を検出するエンコーダ２０ａ，２
０ｂと、計測装置６と、キャスタ輪２１ａ，２１ｂと、
光学式距離計２２ａ，２２ｂとからなる。

【０１２３】駆動輪１８ａ，１８ｂは、車体の中心から
左右に等距離の位置において、車体に固定されたモータ
１０ａ，１０ｂにより、モータに付設された減速機１２
ａ，１２ｂの出力軸を介して各々独立に回転駆動され、
車体の前後に配設されたキャスタ輪２１ａ，２１ｂとに
よって無人車を走行平面上のあらゆる方向へ走行可能と
している。

【０１２４】走行制御装置４は、前述のように、予め設
定された無人車１の直線の走行コースに基づいて、制御
誤差がある場合に走行コース上に復帰する目標軌道を生
成し、走行コースに沿って走行するような速度指令を左
右の駆動輪１８ａ，１８ｂへ出力する。

【０１２５】このとき、目標軌道生成装置は、上記
（５）式に基づいて設定されたΔγmaxに従って、第１
〜第３実施例の手順に従って目標軌道を生成する。

【０１２６】駆動装置７ａ，７ｂは、走行制御装置４か
らの速度指令に基づいて、それぞれモータ１０ａ，１０
ｂを回転制御する。その結果、無人車１は所定の軌道を
走行して目標軌道上へ復帰する。

【０１２７】変換装置９では、車速指令値Ｖdと曲率指
令値Ｒd によって、左と右の駆動輪１８ａ，１８ｂへの
速度指令値ＶL 、ＶR を演算し、駆動装置７ａ，７ｂへ
出力する。無人車１は２輪独立駆動方式であるため、車
速および曲率の指令値ＶdおよびＲd と駆動輪トレッド
長TRとから、次式にて、左右駆動輪速度指令値ＶL、ＶR
を演算することができる。

【０１２８】 ＶR ＝−Ｖd ・（−１±0.5 ・TR・Ｒd ） ……（３３） ＶL ＝ Ｖd ・（ １±0.5 ・TR・Ｒd ） ……（３４） ただし、（３３）、（３４）式において、正負符号の上
側は、無人車１が時計回りに旋回する場合を示し、下側
は、無人車１が逆時計回りに旋回する場合を示す。 以
上のように、演算された速度指令値ＶR 、ＶL を無人車
１の走行速度として実現するために、駆動装置７ａ，７
ｂでモータ１０ａ，１０ｂをフィードバック制御する。
このフィードバック信号としては、モータ１０ａ，１０
ｂの軸に同軸に接続されているパルスカウンター１１
ａ，１１ｂを使用し、サーボ回路で構成した駆動装置７
ｂ、７ｂは、パルスカウンター１１ａ，１１ｂの出力パ
ルスにより、モータ１０ａ，１０ｂの速度を制御して、
左右駆動輪速度をＶR 、ＶLに一致させる。このモータ
１０ａ，１０ｂによる出力トルクは減速機１２ａ，１２
ｂ及び、その出力軸を介して、駆動輪１８ａ，１８ｂへ
伝達される。以上のような速度指令値ＶR 、ＶL が制御
周期毎に出力される。

【０１２９】本第６実施例の無人車は、（５）式に基づ
いて加速度上限値を超えないように、最大加速度を制約
した目標軌道を生成し、走行制御するので、差動輪方式
無人車を目標軌道に沿って精度良く走行させることがで
きる。

【０１３０】また、本第６実施例の無人車は、（５）式
に基づいて、加速度上限値にて操舵する最大曲率変化率
を設定した目標軌道を生成し、走行制御することも可能
なので、短距離で走行コース上へ復帰したり、位置決め
したりできる。

【０１３１】また、本第６実施例の無人車は、予め設定
された３つの基本パターンの関数とパラメータとの積の
和を求めることにより目標軌道を生成するので、複雑な
計算を要することなく、リアルタイムで目標軌道が生成
できる。 〔第７実施例〕 最後に、本発明の第７実施例について説明する。本実施
例は、上記第４、５の実施例で説明した駆動手段の操舵
能力を超えないように車速を制限する技術を第６実施例
で説明した差動輪方式の無人車に適用したものである。
本第７実施例は駆動手段の操舵能力を超えないように制
限する方法が第６実施例と異なる。以下、相違点につい
て述べる。

【０１３２】本実施例には、上記第４、５の実施例で説
明したように車速設定装置２３が設けられており、この
車速設定装置２３は目標軌道の曲率変化率の最大値と駆
動手段の操舵能力から以下の式に従って目標車速ｖｄを
設定する。

【０１３３】すなわち、車速設定装置２３は、左右駆動
輪の加速度上限値をΔｖmax とし、目標軌道の最大曲率
変化率をΔγmax とした場合、上記（５）式を変形した
次の（３５）式により設定車速ｖｄを設定する。

【０１３４】 ｖｄ＝√（２・Δｖmax ／ Ｗ ／ Δγmax ） ……（３５） なお、設定車速ｖｄは、上記（３５）式以下の値であっ
てもよいが、上記（３５）式のように設定すると設定車
速が最大になるので効果的である。

【０１３５】本第７実施例は（３５）式に基づいて、加
速度上限値を越えない最大車速を設定するので差動輪方
式の無人車を目標軌道に沿って精度良く走行制御するこ
とができる。これにより、無人車を減速しすぎることが
なくなるため、無人車の搬送効率が改善できる。

【０１３６】また、本第７実施例は、予め設定された３
つの基本パターン関数とパラメータとの積の和を求める
ことで目標軌道を生成するので、複雑な計算を要するこ
となく、リアルタイムで目標軌道が生成できる。

【０１３７】なお、本実施例では第５実施例において説
明したように、目標軌道生成装置とは別個に曲率変化率
計算装置を付加し、最大曲率変化率を計算することによ
り任意の関数の目標軌道に対処するようにしてもよい。

【０１３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、無人車
の操舵能力の上限を超えないように目標軌道の曲率変化
率を制限するので、無人車を精度良く走行コースに沿っ
て走行させることができる、という効果が得られる。ま
た、本発明は、予め設定された３つの基本パターンとパ
ラメータとの積の和を演算することにより目標軌道を生
成するので、複雑な計算を要することなくリアルタイム
で目標軌道を生成できる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（１）は請求項３に係る発明の概念を説明する
ためのブロック図である。 （２）は請求項４に係る発明の概念を説明するためのブ
ロック図である。 （３）は請求項５に係る発明の概念を説明するためのブ
ロック図である。

【図２】本発明の実施例の操舵輪方式の無人車の概略図
である。

【図３】本発明の実施例の無人車の制御装置のブロック
図である。

【図４】目標軌道の求め方を説明する線図である。

【図５】軌道パターンと相似変換した軌道パターンとを
示す線図である。

【図６】軌道パターンと近似変換した軌道パターンとを
示す線図である。

【図７】（１）は位置誤差を補償する軌道パターンの関
数形を示す線図である。 （２）はこの軌道パターンに従ったときの走行軌跡を示
す線図である。

【図８】（１）は主に方位角誤差を補償する軌道パター
ンの関数形を示す線図である。 （２）はこの軌道パターンに従ったときの走行軌跡を示
す線図である。

【図９】（１）主には曲率誤差を補償する軌道パターン
の関数形を示す線図である。 （２）はこの軌道パターンに従ったときの走行軌跡を示
す線図である。

【図１０】（１）は位置誤差のみを補償する軌道パター
ンの関数形を示す線図である。 （２）はこの軌道パターンに従ったときの走行軌跡を示
す線図である。

【図１１】（１）は方位角誤差のみを補償する軌道パタ
ーンの関数形を示す線図である。 （２）はこの軌道パターンに従ったときの走行軌跡を示
す線図である。

【図１２】（１）は曲率誤差のみを補償する軌道パター
ンの関数形を示す線図である。 （２）はこの軌道パターンに従ったときの走行軌跡を示
す線図である。

【図１３】本発明の実施例の無人車の制御装置の他の例
を示すブロック図である。

【図１４】本発明の実施例の無人車の制御装置の更に他
の例を示すブロック図である。

【図１５】本発明の実施例の差動輪方式の無人車の概略
図である。

【符号の説明】

１・・・無人車 ２・・・操舵駆動輪 ２ａ、２ｂ・・・従動輪 ３ａ、３ｂ・・・計測輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本郷 武朗 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 二宮 芳樹 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 吉川 和利 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 滝波 栄作 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 山田 慎吾 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (56)参考文献 特開 平３−268110（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−24606（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 1/00 - 1/12

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行コースに対する位置誤差、方位角誤
   差、曲率誤差を評価する走行誤差評価手段と、 前記位置誤差、前記方位角誤差、前記曲率誤差に基づい
   て、位置誤差補償軌道パターン、方位角誤差補償軌道パ
   ターン、曲率誤差補償軌道パターンのそれぞれの重み付
   け係数を算出する重み付け係数算出手段と、 前記位置誤差補償軌道パターン、前記方位角誤差補償軌
   道パターン、前記曲率誤差補償軌道パターンと、それぞ
   れの重み付け係数との積の和を演算することで目標軌道
   を生成する目標軌道生成手段と、 前記目標軌道に基づいて無人車を操舵および駆動するた
   めの駆動指令を演算する変換手段と、 前記駆動指令に基づいて無人車を操舵および駆動する駆
   動手段と、 を含む無人車の制御装置。
2. 【請求項２】 重み付け係数算出手段は、前記位置誤
   差、前記方位角誤差、前記曲率誤差に基づいて、位置誤
   差のみを補償する位置誤差補償軌道パターン、方位角誤
   差のみを補償する方位角誤差補償軌道パターン、曲率誤
   差のみを補償する曲率誤差補償軌道パターンのそれぞれ
   の重み付け係数を算出することを特徴とする請求項１記
   載の無人車の制御装置。
3. 【請求項３】 前記評価手段で計測された位置誤差、方
   位角誤差及び曲率誤差に基づいて操舵能力を超えないよ
   うに車速に応じた目標軌道の曲率変化率の最大値を設定
   する最大値設定手段を更に含み、 前記重み付け係数算出手段は、前記最大値設定手段で設
   定された曲率変化率の最大値を超えないように、位置誤
   差補償軌道パターン、方位角誤差補償軌道パターン、曲
   率誤差補償軌道パターンのそれぞれの重み付け係数を算
   出することを特徴とする請求項１または２記載の無人車
   の制御装置。
4. 【請求項４】 前記最大値設定手段で設定された曲率変
   化率の最大値に応じた最大車速を設定する車速設定手段
   を更に含み、 前記変換手段は、前記車速設定手段で設定された車速を
   超えないように無人車を駆動するための駆動指令を演算
   すること を特徴とする請求項３記載の無人車の制御装
   置。
5. 【請求項５】 前記目標軌道生成手段で生成された目標
   軌道の始点又は終点における曲率変化率を計算する計算
   手段と、 前記駆動手段の操舵能力を超えないように前記計算手段
   で計算された始点又は終点における曲率変化率に応じた
   車速を設定する車速設定手段とを更に含み、 前記変換手段は、前記車速設定手段で設定された車速を
   超えないように無人車を駆動するための駆動指令を演算
   することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記
   載の無人車の制御装置。