JP3317034B2

JP3317034B2 - 無人走行車

Info

Publication number: JP3317034B2
Application number: JP17587194A
Authority: JP
Inventors: 利夫三木; 進中川
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH0844428A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は土木工事等に用いて好
適な無人走行車に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８，図９は共に従来の無人走行車の構
成例を表す図である。図８において、無人走行車本体２
は、下部に取り付けてあるガイドセンサ５０で、走行ル
ート上に敷設したガイドテープ５１を読みとる。ガイド
センサ情報は、車体内部のメインコントローラ５２に入
力され、ガイドテープ５１から外れない様にステアリン
グコントローラ５３に制御指令が出力される。停止位置
にはマーク５４が貼られており、マークセンサ５５がマ
ーク５４の信号を読みとった時メインコントローラ５２
は停止命令を出し、無人走行車本体２は停止する。この
無人走行車本体２には前方および後方に障害物センサ５
が取り付けてある場合がある。この場合、障害物センサ
５が障害物を検出すると、無人走行車本体２はスピード
を落としたり、障害物までの距離によっては停止する場
合もある。

【０００３】図９において、無人走行車本体２は、ＧＰ
Ｓ（ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔ
ｅｍ）人工衛星５６からの位置情報をＧＰＳ受信アンテ
ナ５７、ＧＰＳ受信機５８によって受取り、自分の位置
を得る。自分の位置情報を得た無人走行車２は、内部に
保有したコースマップ３を用いて走行ルート５９からの
ずれを算出し、無人コントローラ４で軌道修正を行ない
ながら走行し、目標地点６０まで走行する。複数の無人
走行車２や複雑な運行管理を行なう必要性がある場合、
センタコントローラ６１が設置され、運行管理情報をセ
ンタコントローラアンテナ６２より無人走行車２のコン
トロールアンテナ６３、コントロール受信機６４に情
報、指令を与える。この無人走行車２にも前方および後
方に障害物センサ５が取り付けてある場合があり、図８
と同様の作用を行なう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の無人走行車においては次のような欠点がある。各種
誘導方式においては、走行に際し走行ルートに沿ってガ
イドテープや電磁ワイヤを敷設する必要がある。また、
ＧＰＳ測位方式においては、無人走行車の絶対位置を求
めることができるため、有効なナビゲーション方式であ
るが、汎用受信機での単独測位においては、位置測定精
度が数十ｍと悪い。測定精度向上のためのディファレン
シャルＧＰＳ測位方式等の技術があるが、その場合受信
機価格が非常に高価である。

【０００５】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、ガイドテープ、電磁ワイヤ、人工衛星などの
補助設備が不要であり、しかも、装置の価格に対して高
い測定精度が得られ、さらに不慮の障害物を自動的に回
避することができる無人走行車を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、所定
の走行路を移動する無人走行車において、発射光線を全
方位へ定速回転させながら走査し、前記発射光の発射角
度、および該発射光線の発光からその反射光の受光まで
の時間差から前記走行路の形状を検出する光学スキャナ
と、前記走行路のデータが記憶された記憶手段と、前記
光学スキャナが得たデータと前記記憶手段のデータとの
対比を行い、前記無人走行車を制御する制御装置とを具
備してなる無人走行車である。

【０００７】請求項２記載の発明は、無人走行車の傾き
を検知する角度計を有し、前記角度計のデータを前記請
求項１記載の光スキャンデータの補正に利用することを
特徴とする無人走行車である。

【０００８】

【作用】請求項１記載の構成によれば、無人走行車上の
光学スキャナは、発射光線を全方位へ定速回転させなが
ら、平面スキャンを行い、得たデータを制御装置へ送
る。制御装置は、そのスキャンデータをあらかじめ記憶
されている走行路のデータと比較しながら、無人走行車
の制御を行う。これにより、ガイドテープ等の補助設備
が無くても自己の位置情報が高い測定精度で得られ、不
慮の障害物を自動的に回避することができる。

【０００９】請求項２記載の構成によれば、無人走行車
が傾いた時、角度計によりその傾斜角度を検出し、光学
スキャナからの光スキャンデータを補正する。これによ
り、無人走行車が石等に乗り上げ傾いた場合でも、その
傾きに関係なく正確な位置情報を得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１ないし図７
に基づいて説明する。なお、前述した従来例と対応する
部分には同一符号を付してその説明を省略する。図１は
無人走行車装置の構成を表わす構成図である。１は路面
形状を検出する光学スキャナであり、レーザー光を発射
し、その光を路面形状の１点（以下光スキャン点と称す
る）に当てる。そして、光スキャン点から反射する光を
検出する。さらに、発射光の角度および発光から受光ま
での時間差から光スキャン点の方向と距離を算出する。

【００１１】以上の処理を、円弧を描くように発射光の
発射方向を、３６０度にわたって定速回転させながら連
続的に行なうことで光スキャン点の集合を線状にし、路
面形状のデータを作成する。この光学スキャナ１の構成
の詳細は後に説明する。なお、この例では、光学スキャ
ナ１は俯角を持たせて無人走行車２に取り付けてある。
ゆえに、発射光は３６０度全方向に向かって発射される
が、実際に路面に当たり反射するのは３６０度の内の１
８０度未満の部分である。

【００１２】図２は光学スキャナ１の構成を表わす構成
図である。６は発光部および受光部であり、レーザー光
を生成し反射光を検出するものである。７はレンズであ
り、発射光および反射光の焦点を調節するものである。
８は回転ミラーであり、回転軸９を中心に３６０度全方
向に回転する。また回転ミラー８は回転軸９に対して４
５度傾いているため発射光および反射光を回転軸に対し
て９０度偏光させる。なお、この回転ミラー８の回転軸
９に対する角度は可変とすることで発射光および反射光
の偏光角度を調節可能とすることも考えられる。１０は
モータおよびエンコーダである。モータ１０は回転ミラ
ー９を３６０度定速回転させ、エンコーダ１０は、基準
角度に対する発射光の発射角度を検出するものである。
なお、ここでは無人走行車の進行方向（０度）を基準角
度とする。１１は光スキャンデータ処理装置であり、発
射光の角度および発光から受光までの時間差を処理して
光スキャン点の方向と距離を算出し、光スキャン点の集
合として光スキャンデータを作成する

【００１３】次に、上記構成による無人走行車の動作を
説明する。初めに、図２の構成による光学スキャナの動
作を説明する。スタートスイッチを入れると発光部６が
発光する。その発射光はレンズ７を通り、回転ミラー８
に当たり９０度曲がる。この時、エンコーダ１０は基準
角度に対する回転ミラーの回転角度（発射光の発射方
向）を検出する。スキャンデータ処理装置１１は発射光
の発射時刻を記録する。発射光が光スキャン点に当たる
と反射光は、回転ミラー８で曲げられ、レンズ７を通っ
て受光部６に受光される。反射光を受光するとスキャン
データ処理装置１１は反射光の入射時刻を記録する。ス
キャンデータ処理装置１１はエンコーダ１０が検出した
発射光の発射角度より、光スキャン点がどの方向に位置
するのかその角度を計算する。また、スキャンデータ処
理装置１１はレーザ光の発光から受光までの時間差を用
いて光スキャン点までの距離を計算する。次に回転ミラ
ー８を微小角度回転させて、同様の処理で次の光スキャ
ン点の距離と角度を検出する。光学スキャナ１は、以上
の動作を基準角度より開始して３６０度を一周期として
行なうことで、光スキャン点の集合から無人走行車２の
周囲の路面形状のデータを作成する。

【００１４】次に、図１の構成による無人走行車の動作
を説明する。動作説明に先立って、無人走行車の周囲の
路面形状を図３のように仮定する。１２は走行路面であ
り、無人走行車が走行可能となるように掘り下げ、整地
してある。１３は未整地面であり、走行路面より一段高
くなっているとする。１４は走行路壁面であり、１５は
障害物である。光学スキャナ１は未整地面１３より低い
位置にある場合を考える。装置の起動スイッチが入る
と、光学スキャナ１は前述した動作を行い、発射光の発
射角度および発光から受光までの時間差より、１周分の
路面形状のスキャンデータを作成する。

【００１５】図４（ａ）に、無人走行車が走行路面１２
の中央に位置し前方に障害物１５のない状態（以下、正
常状態と称する）の走行路光スキャンデータ１６を示
す。初めに仮定したように、光学スキャナ１は未整地面
１３より低い位置にあるので、発射光は未整地面１３の
高さまで届くことはない。そこで、走行路光スキャンデ
ータ１６は無人走行車の前方に円弧を描く形となる。一
方、走行路面１２の幅方向中心線に対し無人走行車２が
ずれている場合、走行路光スキャンデータ１６は図４
（ｂ）のようになる。また、無人走行車２の前方に障害
物１５が存在する場合、発射光は障害物１５に当たり、
図４（ｃ）に示すように円弧の一部が途切れてしまう。

【００１６】１周分のスキャンデータを作成すると、光
学スキャナ１はそれを無人走行車コントローラ４に送
る。引き続き、光学スキャナ１は次の１周のスキャンデ
ータ作成にはいる。コースマップ３には、走行ルートの
各地点に対し、その路面形状が、走行路面幅および壁面
部高さとして記憶されている。無人走行車コントローラ
４は、光学スキャナ１よりスキャンデータが送られてく
ると、コースマップ３に記憶されている路面形状と比較
をし、送られてきたスキャンデータのうち走行路面スキ
ャンデータ１６のみを抽出する。これにより、無人走行
車コントローラ４は、走行路面上の無人走行車２の位置
と、その前方にある障害物１５を検出することができ
る。無人走行車コントローラ４は、無人走行車２の位置
が常に走行路面１２の壁面から所定の距離（例えば中
央）にくるように、また無人走行車２の前方にある障害
物１５を回避するように、無人走行車２の軌道修正を行
なう。なお、光学スキャナが未整地面１３より高い位置
にある場合、発射光は未整地面１３もスキャンするの
で、作成されるスキャンデータは図４（ｄ）のようにな
る。光スキャナが未整地面より低い位置にある場合と比
較すると、新たに未整地面光スキャンデータ１７が追加
される。しかし、無人走行車２の軌道修正に必要な走行
路面光スキャンデータ１６には影響はない。

【００１７】次に、上述した実施例の変形例として、無
人走行車にヨー角、ロール角、ピッチ角を検出する角度
計を装着した実施例の動作を図５ないし図７に基づいて
説明する。図５は、角度計を装着した無人走行車の構成
図である。図１と比較して１８の角度計が新たに追加さ
れている。無人走行車２が、ヨー軸、ロール軸、ピッチ
軸回りに回転すると、正常状態にある場合でも光スキャ
ンデータに歪みが生じる為、光スキャンデータの補正が
必要となる。そこで、角度計１８は、無人走行車２のヨ
ー角、ロール角、ピッチ角を検出し、その角度データを
無人走行車コントローラ４に送る。なお、角度計１８と
しては、機械式ジャイロ、ＯＦＧ（光ファイバジャイ
ロ）、振動ジャイロ、傾斜角計等が用いられる。

【００１８】実施例の動作を図６ないし図７に基づいて
説明する。図６（ａ）は無人走行車２がロール軸廻りに
回転した場合である。無人走行車２がロール軸回りに回
転すると、無人走行車に装着された角度計１８はロール
角を検出する。光学スキャナ１は図１と同じ動作を行な
い光スキャンデータを作成する。この時、図６（ｂ）の
様に、走行路面光スキャンデータ１６はロールしている
（下がっている）方向に延びるため、正常状態にある場
合でも光スキャンデータ１６に歪みが生じる。そこで、
角度計１８はロール角を検出すると、その角度情報を無
人走行車コントローラ４に転送する。角度情報を受け取
ると、無人走行車コントローラ４はそれを用いて光スキ
ャンデータを補正する。光スキャンデータ補正後の処理
は、図１に示す場合と同じである。

【００１９】図７は無人走行車２が、ヨー軸廻りに回転
した場合である。この場合も無人走行車２が正常状態に
あっても走行路面光スキャンデータ１６は歪むので、ロ
ール軸廻りに回転した場合と同様に、無人走行車コント
ローラ４は角度計１８からの情報を基に、光スキャンデ
ータを補正してから自己の位置を検出する。同様に、無
人走行車２がピッチ軸廻りに回転した場合も、無人走行
車コントローラ４は角度計１８からの情報を基に、走行
路面光スキャンデータ１６を補正してから自己の位置を
検出する。以上、この発明の実施例を図面を参照して詳
述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるも
のではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の
変更等があってもこの発明に含まれる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、発射光線
を全方位へ定速回転させながら走査し、その発射角度、
および該発射光線の発光からその反射光の受光までの時
間差から路面形状を検出する光学スキャナを用いて路面
形状のデータを得るようにしたので、ガイドテープ等の
補助設備が無くても自己の位置情報を高い測定精度で得
られ、不慮の障害物を自立的に回避することができると
いう効果が得られる。また、請求項２記載の発明によれ
ば、無人走行車の傾きを検知する角度計を有し、前記角
度計のデータを前記請求項１記載の光スキャンデータの
補正に利用するようにしたので、無人走行車を傾斜地で
使用する場合でも、その傾きに関係なく正確な自己の位
置情報を得ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による無人走行車の構成を
表す構成図である。

【図２】同無人走行車に搭載する光学スキャナの構成例
を示す構成図である。

【図３】走行時の路面形状の例を示す説明図である。

【図４】光スキャンデータの形状を表す説明図である。

【図５】この発明の他の実施例による無人走行車の構成
を表す構成図である。

【図６】同無人走行車がロール軸廻りに回転した場合の
説明図である。

【図７】同無人走行車がヨー軸廻りに回転した場合の説
明図である。

【図８】従来の電磁誘導方式の無人走行車の構成例を表
す説明図である。

【図９】従来のＧＰＳ測位方式の無人走行車の構成例を
表す説明図である。

【符号の説明】

１……光学スキャナ、２……無人走行車、３……コース
マップ、４……無人車コントローラ、５……障害物セン
サ、６……発光部及び受光部、７……レンズ、８……回
転ミラー、９……回転軸、１０……モータ及びエンコー
ダ、１１……光スキャンデータ処理装置、１２……走行
路面、１３……未整地面、１４……走行路壁面、１５…
…障害物、１６……走行路面光スキャンデータ、１７…
…未整地面光スキャンデータ、１８……角度計

フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−136813（ＪＰ，Ａ) 特開平５−282430（ＪＰ，Ａ) 特開平６−83442（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−62917（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−213005（ＪＰ，Ａ) 特開平３−63516（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の走行路を移動する無人走行車にお
いて、発射光線を全方位へ定速回転させながら放射し、前記発
射光線の発射角度、および該発射光線の発光からその反
射光の受光までの時間差から前記走行路の形状を検出す
る光学スキャナと、前記走行路のデータが記憶された記憶手段と、前記光学スキャナが得たデータと前記記憶手段のデータ
との対比を行い、前記無人走行車の走行を制御する制御
装置とを具備してなる無人走行車。
【請求項２】前記無人走行車の傾きを検出する角度計
を有し、前記角度計のデータによって前記光学スキャナ
が得たデータを補正することを特徴とする請求項１記載
の無人走行車。