JP5105596B2 - Travel route determination map creation device and travel route determination map creation method for autonomous mobile body - Google Patents
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Description
本発明は、自律して走行する移動体の走行経路を決めるのに用いる自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置及び走行経路決定用地図作成方法に関するものである。 The present invention relates to a travel route determination map creation device and a travel route determination map creation method for an autonomous travel mobile body used to determine the travel route of a mobile body traveling autonomously.
従来、上記した自律走行移動体としては、例えば、車両の前部に配置された少なくとも三個の距離センサと、車両の後部に配置された少なくとも一個の距離センサと、走査角度を変更可能な距離センサと、車両の両サイドに配置された超音波センサと、車両の前後部に配置された少なくとも一個のカメラを備えた自律走行車両がある。
この自律走行車両では、車両の前後左右に配置された多数の距離センサや超音波センサやカメラで得た外界情報に基づいて、走行経路を決める地図を作成するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
In this autonomously traveling vehicle, a map for determining a traveling route is created based on external information obtained by a number of distance sensors, ultrasonic sensors, and cameras arranged on the front, rear, left and right sides of the vehicle (for example, patents). Reference 1).
ところが、従来にあっては、自律走行車両の走行経路決定用地図を作成するために、自律走行車両に搭載した距離センサや超音波センサやカメラなどの多数のセンサを用いなければならず、その分だけシステムが複雑になるのに加えて、コストも高くついてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、シンプルで且つ低コストであるにもかかわらず、高速の自律走行に適した走行経路決定用地図を作成することが可能である自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置及び走行経路決定用地図作成方法を提供することを目的としている。
However, in the past, in order to create a travel route determination map for an autonomous vehicle, a number of sensors such as distance sensors, ultrasonic sensors, and cameras mounted on the autonomous vehicle must be used. In addition to the complexity of the system, there is a problem that the cost is high, and it has been a conventional problem to solve this problem.
The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and it is possible to create a travel route determination map suitable for high-speed autonomous traveling despite being simple and low-cost. An object of the present invention is to provide a travel route determination map creation device and a travel route determination map creation method for an autonomous mobile body.
本発明の請求項１に係る発明は、自律して高速で走行する移動体の走行経路を決めるのに用いる地図（移動体近傍約１００ｍ四方の地図）の作成装置であって、最高速度（概ね時速５０ｋｍ／ｈ）で走行する前記移動体の少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ当該移動体の進行方向に対して直交する方向に光軸を走査する水平スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体の前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させる立体スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出するステレオカメラと、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダ並びにステレオカメラの各光軸のロール角度及びピッチ角度を計測する補正手段を具備した外界計測部と、デッドレコニングなどの手段により前記移動体の自己位置と方向を求める自己位置計測部と、前記外界計測部の水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを前記補正手段で計測した光軸のロール角度及びピッチ角度に基づいて鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理すると共に、前記ステレオカメラで得た画像内の平面領域抽出処理及び前記補正手段で計測した光軸のロール角度及びピッチ角度に基づいて鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換する平面法線補正処理を行うデータ解析部と、このデータ解析部から得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系(移動体がスタートした位置及び方向を原点とする座標系)への座標変換を行う座標変換モジュールと、この座標変換により得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データに前記自己位置計測部からの地上座標系自己位置データを加えてベース地図を作成する地図作成モジュールと、前記ベース地図に基づいて前記移動体の走行経路を決める走行経路決定モジュールを具備した地図作成部を備え、前記地図作成部の地図作成モジュールは、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる段差領域抽出データと水平及び立体の両レーザレンジファインダの未計測点に対するステレオ画像による平面領域抽出データとを反映させたベース地図を作成し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの段差領域抽出データは、過去のものは保持すると共にベース地図上の同一地点に新規の計測があった場合には最新のものに逐次更新し、前記ステレオカメラの画像処理データは常に最新のものに逐次更新するものとしてある構成としたことを特徴としており、この自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。 The invention according to claim 1 of the present invention is an apparatus for creating a map (map of approximately 100 m square in the vicinity of a moving body) used for determining a traveling route of a moving body that autonomously travels at a high speed, and has a maximum speed (generally, A horizontal scan laser range finder that scans the optical axis in a direction perpendicular to the traveling direction of the moving body on a road surface at least ahead of the position where the sudden braking can be stopped of the moving body traveling at a speed of 50 km / h) A stereoscopic scan laser range finder that scans the optical axis in front of the moving body and swings in a direction perpendicular to the scanning direction; a stereo camera that extracts a planar area from the vicinity of the moving body to the far side; and and the outside measuring unit equipped with a correction means for measuring the roll angle and the pitch angle of the optical axes of the horizontal and steric both laser range finder and a stereo camera, dead A self-position measuring unit for determining its own position and direction of the moving body by means such reckoning, the optical axis of the sensor coordinate system data obtained in both laser range finder of horizontal and steric of the external measuring unit measured by said correcting means An image obtained by the stereo camera is corrected and converted into a machine coordinate system having a vertically upward axis as one axis based on the roll angle and the pitch angle of the moving body, and the presence or absence of a step region in front of the moving body is determined. A data analysis unit for performing plane normal correction processing for correcting and converting into a plane coordinate system having an upward axis in the vertical direction as one axis based on the roll angle and pitch angle of the optical axis measured by the correction means And the ground coordinate system of the step region extraction data and the planar region extraction data obtained from this data analysis unit A coordinate conversion module that performs coordinate conversion to (system), and a base map is created by adding the ground coordinate system self-position data from the self-position measuring unit to the step region extraction data and the planar region extraction data obtained by the coordinate conversion A map creation module, and a map creation module including a travel route determination module that determines a travel route of the mobile body based on the base map, wherein the map creation module of the map creation unit includes both the horizontal and three-dimensional laser ranges. create a base map that reflects a planar region extracted data according to the stereo image for unmeasured points of both laser range finder of the stepped region extracted data and horizontal and stereoisomers due finder, both laser range finder of the stepped region of the horizontal and stereoscopic extracting data, the new measurement on the same point on the base map together with those of the past holds Sequentially updated, the image processing data of the stereo camera is always characterized in that a configuration which is as sequentially updated to the latest one, the travel route determination of the autonomous moving body to date if there The configuration of the map creating apparatus is used as a means for solving the above-described conventional problems.
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明と同じく、自律して高速で走行する移動体の走行経路を決めるのに用いる地図の作成装置であって、最高速度で走行する前記移動体の少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ当該移動体の進行方向に対して直交する方向に光軸を走査する水平スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体の前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させる立体スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出するステレオカメラと、鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系で前記水平及び立体の両レーザレンジファインダ並びにステレオカメラを水平に保つ水平保持手段を具備した外界計測部と、デッドレコニングなどの手段により前記移動体の自己位置を求める自己位置計測部と、前記外界計測部の水平保持手段により水平に保たれた水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理すると共に、前記ステレオカメラで得た画像内の平面領域抽出処理を行うデータ解析部と、このデータ解析部から得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系への座標変換を行う座標変換モジュールと、この座標変換により得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データに前記自己位置計測部からの地上座標系自己位置データを加えてベース地図を作成する地図作成モジュールと、前記ベース地図に基づいて前記移動体の走行経路を決める走行経路決定モジュールを具備した地図作成部を備え、前記地図作成部の地図作成モジュールは、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる段差領域抽出データと水平及び立体の両レーザレンジファインダの未計測点に対するステレオ画像による平面領域抽出データとを反映させたベース地図を作成し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの段差領域抽出データは、過去のものは保持すると共にベース地図上の同一地点に新規の計測があった場合には最新のものに逐次更新し、前記ステレオカメラの画像処理データは常に最新のものに逐次更新するものとしてある構成としたことを特徴としており、この自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。 The invention according to claim 2 of the present invention is a map creation device used to determine the travel route of a mobile body that autonomously travels at high speed, similar to the invention according to claim 1, and travels at the maximum speed. A horizontal scan laser range finder that scans the optical axis in a direction orthogonal to the traveling direction of the moving body at least on a road surface in front of at least the sudden braking stop position of the moving body, and light in front of the moving body A stereoscopic scan laser range finder that scans the axis and swings in a direction orthogonal to the scanning direction, a stereo camera that extracts a planar region from the vicinity of the moving body to the far side, and a vertical upward axis as one axis and the outside measurement unit in body coordinate system equipped with a horizontal holding means for keeping horizontally both laser range finder and a stereo camera of the horizontal and stereoisomers, dead reckoning, etc. A self-position measuring unit for determining the own position of the moving body by means of the sensor coordinate system data obtained in both laser range finder horizontally kept horizontal and solid by leveling means of the external measuring unit to the body coordinate system A data analysis unit that performs correction conversion to determine whether or not there is a step region in front of the moving body, and performs plane region extraction processing in an image obtained by the stereo camera, and a step region obtained from the data analysis unit A coordinate conversion module that performs coordinate conversion of the extracted data and the planar area extraction data to the ground coordinate system, and the step area extraction data and the planar area extraction data obtained by the coordinate conversion to the ground coordinate system self-position from the self-position measuring unit A map creation module for creating a base map by adding data, and a travel route determination for determining a travel route of the moving body based on the base map Includes a mapping unit provided with the module, mapping module of the mapping unit, the stereo image for unmeasured points of both laser range finder of the horizontal and stepped region extracting data from both the laser range finder of solid and horizontal and stereoscopic create a base map that reflects a planar region extracted data by, stepped region extracting data from both the laser range finder of the horizontal and solid are new measurement on the same point on the base map together with those of the past holds If there is, the stereo camera is updated to the latest one, and the stereo camera image processing data is always updated to the latest one. The configuration of the map creating apparatus is used as a means for solving the above-described conventional problems.
前記水平及び立体の両レーザレンジファインダは、移動体の近傍から遠方までの距離を正確に計測することが可能であるが、現在実用的なものは、一本〜数本のレーザ光を機械的及び光学的のうちの少なくともいずれか一方でスキャンさせることにより、計測視野を確保するようにしている。つまり、広い視野の計測を行う場合には、遠方における計測点が疎になる。
また、ステレオカメラは、アレイ状に配置された受光素子から一度に得られた二枚以上のデジタル画像に基づいて、三角測量の原理により距離を算出する。つまり、一度に広い視野の計測が可能であるものの、測距については、精度が距離の二乗に比例して悪化し、加えて、計測対象のテクスチャに大きく依存するため、水平及び立体の両レーザレンジファインダと比較して精度及び信頼性が低い。
Both the horizontal and solid laser range finders can accurately measure the distance from the vicinity of the moving object to the distant place, but currently practical ones use one to several laser beams mechanically. by及beauty light biological least scan in any one of the, thereby ensuring the measurement visual field. That is, when a wide field of view is measured, the measurement points in the distance are sparse.
Further, the stereo camera calculates the distance based on the principle of triangulation based on two or more digital images obtained at a time from the light receiving elements arranged in an array. In other words, although it is possible to measure a wide field of view at a time, the accuracy of distance measurement deteriorates in proportion to the square of the distance, and in addition , both horizontal and solid lasers depend greatly on the texture to be measured. Less accurate and reliable than range finder.
本発明に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置では、これらのセンサ類の配置及びこれらのセンサ類から得られるデータの適切な処理を行うことにより、高速自律走行に適した走行経路決定用地図をシンプル且つ低コストで作成可能としている。
本発明の請求項１に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置において、水平及び立体の両レーザレンジファインダは、移動体の車体に固定して設置する。ただし、そのままでは、両レーザレンジファインダの光軸方向が不明となり、移動体が揺れた場合には、どの方向を計測しているのかが判別できなくなるため、両レーザレンジファインダ近傍にリジッドに設置したバーチカルジャイロを用いて、両レーザレンジファインダの光軸のロール角度及びピッチ角度を計測し、座標変換によって鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系にセンサ座標系のデータを補正変換する。
In the travel route determination map creation device of the autonomous mobile body according to the present invention, the travel route suitable for high-speed autonomous travel is achieved by performing the arrangement of these sensors and appropriate processing of data obtained from these sensors. The decision map can be created simply and at low cost.
In the travel route determination map creation device for an autonomous traveling mobile body according to claim 1 of the present invention, both the horizontal and stereoscopic laser range finders are fixedly installed on the vehicle body of the mobile body. However, as it is, the optical axis direction of both laser range finders becomes unknown, and when the moving body shakes, it becomes impossible to determine which direction is measured, so it was installed rigidly near both laser range finders. Using a vertical gyroscope, the roll angle and pitch angle of the optical axes of both laser rangefinders are measured, and the data of the sensor coordinate system is corrected and converted into a body coordinate system having a vertically upward axis as one axis by coordinate conversion.
一方、本発明の請求項２に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置では、ジンバル機構等の水平保持手段により、鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系で水平及び立体の両レーザレンジファインダ並びにステレオカメラを水平に保つようにしている。
本発明に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置において、水平スキャンレーザレンジファインダは、最高速度で走行する前記移動体の少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ当該移動体の進行方向に対して直交する方向に光軸を走査するようにしているが、光軸を遠方に走査するように成せばなるほど、車体の僅かな揺れにより大きく計測位置が変化してしまう。また、バーチカルジャイロを用いていると、このジャイロの精度誤差の影響も受けやすくなるので、水平スキャンレーザレンジファインダの光軸は、車体前方の中距離（２０ｍ程度）とする。
On the other hand, in the travel route determination map creation device for an autonomous traveling mobile body according to claim 2 of the present invention, horizontal and three-dimensional images are displayed in a body coordinate system having a vertically upward axis as one axis by a horizontal holding means such as a gimbal mechanism . both laser range finder and a stereo camera is to keep horizontal.
In the travel route determination map creation device for an autonomous traveling mobile body according to the present invention, the horizontal scan laser range finder moves on the road surface at least ahead of the position where the sudden braking can be stopped of the mobile body traveling at the maximum speed. The optical axis is scanned in a direction orthogonal to the direction of travel of the body. However, the more the optical axis is scanned farther, the more the measurement position changes due to slight shaking of the vehicle body. In addition, when a vertical gyro is used, it is easy to be affected by the accuracy error of the gyro, so the optical axis of the horizontal scan laser range finder is set to a middle distance (about 20 m) in front of the vehicle body.
この水平スキャンレーザレンジファインダによれば、図５に示すように、車体Ｃの矢印方向への進行に伴って走査線Ｌも矢印方向へ前進することとなるので、光軸と前方の路面の交点付近を密に計測可能である。具体的には、スキャンレートが１００Ｈｚ、車速度が５０ｋｍ／ｈ(１３．８ｍ／ｓ)であれば、進行方向の計測密度は１３８ｍｍになるが、車体が一方向に直進する場合には、同一地点を一度しか計測することができない。 According to this horizontal scan laser range finder, as shown in FIG. 5, as the vehicle body C advances in the direction of the arrow, the scanning line L also advances in the direction of the arrow, so that the intersection of the optical axis and the front road surface. The vicinity can be measured closely. Specifically, if the scan rate is 100 Hz and the vehicle speed is 50 km / h (13.8 m / s), the measurement density in the traveling direction is 138 mm, but it is the same when the vehicle body goes straight in one direction. A point can only be measured once.
また、本発明に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置において、立体スキャンレーザレンジファインダは、車体前方を広範囲で計測するもので、光軸スキャンの解像度は一定である。つまり、空間的に、数ｍの近傍では密なデータ取得が可能であるが、遠方では非常に疎なデータとなり、この立体スキャンレーザレンジファインダによれば、同一地点を複数回計測することが可能である。 In the travel route determination map creation device for an autonomous mobile body according to the present invention, the stereoscopic scan laser range finder measures the front of the vehicle in a wide range, and the resolution of the optical axis scan is constant. In other words, it is possible to obtain dense data in the vicinity of several meters spatially, but very sparse data in the distance, and this stereoscopic scan laser range finder can measure the same spot multiple times. It is.
これらのレーザレンジファインダの各データから走行の可否を判定する場合、すなわち、走行中に両レーザレンジファインダでそれぞれ取得された距離データから、正しい前方領域の三次元データを再構成するためには、レーザレンジファインダの位置の回転及び並進の６自由度を正しく計測する必要がある。
しかし、回転方向についてはジャイロの誤差により、また、並進方向についてはオドメトリやＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）の誤差により、センサ座標系から地上座標系への正しい座標変換が困難となり、その誤差が障害物検出精度に影響を与える。
When determining whether to run from each data of these laser range finder, that is, in order to reconstruct the correct three-dimensional data of the front area from the distance data respectively acquired by both laser range finder during running, It is necessary to correctly measure the six degrees of freedom of rotation and translation of the position of the laser range finder.
However, correct rotation from the sensor coordinate system to the ground coordinate system becomes difficult due to the gyro error in the rotation direction and odometry and GPS (global positioning system) error in the translation direction. It affects the obstacle detection accuracy.
したがって、本発明の請求項３に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置では、上記問題を解決するために、両レーザレンジファインダにおいて、一回のスキャン分のデータに対してのみ解析を行うこととした。
両レーザレンジファインダのスキャンは、通常１００Ｈｚ（１０ｍｓｅｃ）程度で終了し、車体の揺動は数十°／秒であることから、車体の揺動がある場合であったとしても、一回のスキャン分のデータに含まれる相対的な距離値には車体の揺動の影響が少ないものとなる。
Therefore, in order to solve the above problem, the map generation device for determining the travel route of the autonomous mobile body according to claim 3 of the present invention analyzes only the data for one scan in both laser range finders. It was decided to do.
The scanning of both laser rangefinders is normally completed at about 100 Hz (10 msec), and the vehicle body swings at several tens of degrees / second, so even if there is a body swing, one scan The relative distance value included in the minute data is less influenced by the swinging of the vehicle body.
すなわち、本発明の請求項３に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置において、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理するデータ解析部は、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの一回のスキャン分のセンサ座標系データを機体座標系に変換し、そのデータ中に前記移動体の走破特性を考慮した相対的な高さの連続性の変化及び勾配に閾値を設定し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えた場合を障害物領域として判定処理すると共に、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えない場合を走行可能領域として判定処理し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる未計測部分を不明領域として判定処理するものとしてある構成としている。 That is, in the travel route determination map creation device for an autonomous mobile body according to claim 3 of the present invention, the sensor coordinate system data obtained by both the horizontal and solid laser range finders is set with the vertical upward axis as one axis. A data analysis unit that corrects and converts to a machine coordinate system and determines whether or not there is a stepped region in front of the moving body, the sensor coordinate system data for a single scan of both the horizontal and solid laser rangefinders Convert to a coordinate system, set a threshold value for the relative height continuity change and gradient considering the traveling characteristics of the moving object in the data, and the measured values by both the horizontal and solid laser range finder with determination processing when it exceeds the threshold value as an obstacle region, where the measured value by the two laser range finder of the horizontal and solid does not exceed the threshold Determines treated as a row area, it has a configuration that as the determination process of unmeasured portion by both laser range finder of the horizontal and solid as unknown region.
ここで、ステレオカメラから得られる画像に対しては、車体前方の路面画像中から平面領域を抽出するアルゴリズムを適用する。これにより、車体前方５０ｍ程度までの平面領域の抽出が可能であり、これも上記立体スキャンレーザレンジファインダと同様に同一地点を複数回計測可能である。
なお、ステレオカメラ画像から平面を検出するアルゴリズムについては、ブロックマッチングで距離画像に変換した後、二次元ハフ変換によって平面抽出を行ってもよいほか、ステレオカメラ画像を同次変換してそれらのマッチングを取ることにより平面領域を抽出してもよい。また、色やテクスチャなどにより、車体近傍から連続的に広がる領域を平面領域としてもよい。
Here, an algorithm for extracting a plane area from a road surface image in front of the vehicle body is applied to an image obtained from a stereo camera. As a result, it is possible to extract a planar area up to about 50 m ahead of the vehicle body, and it is possible to measure the same spot a plurality of times as in the case of the stereoscopic scan laser range finder.
As for the algorithm for detecting a plane from a stereo camera image, it may be converted into a distance image by block matching and then extracted by plane by two-dimensional Hough transform. The planar area may be extracted by taking Further, a region that continuously spreads from the vicinity of the vehicle body due to color, texture, or the like may be set as a planar region.
ステレオカメラの画像処理で抽出された平面領域は、走行可能とし、それ以外は不明とする。この際、ステレオカメラ画像を用いる手法は、一般的にレーザレンジファインダと比較して測距の精度及び信頼性が低い。
移動体の走行において、遠方の情報については、位置精度はそれほど重要ではなく、ステレカメラによるデータに基づいて、大まかに障害物の有無が認識できれば事足りるので、大まかな回避動作の準備や減速動作を行うことができる。
The plane area extracted by the image processing of the stereo camera is allowed to run, and otherwise it is unknown. At this time, the method using a stereo camera image is generally less accurate and reliable in distance measurement than a laser range finder.
In the travel of moving objects, the position accuracy is not so important for distant information, and it is sufficient to be able to roughly recognize the presence or absence of obstacles based on the data from the stereo camera. It can be carried out.
近傍の情報については、高い位置精度が必要とされるため、計測精度の良いレーザレンジファインダのデータが優先され、ステレオカメラの計測結果の誤差は除去されるので、高い精度での障害物回避が可能となる。
これらの手法は、走行する環境が静止している場合において最適化されているが、水平スキャンレーザレンジファインダは、同一地点を複数回計測することができないので、移動障害物が存在する場合において、水平スキャンレーザレンジファインダが移動障害物を検出した後に障害物が移動して、その移動後の領域が再び走行可能となったとしても、それが認識されない。これは一般的にゴーストと呼ばれる。
For the information in the vicinity, high positional accuracy is required, so data from the laser range finder with high measurement accuracy is prioritized, and errors in the measurement results of the stereo camera are removed, thus avoiding obstacles with high accuracy. It becomes possible.
These techniques are optimized when the driving environment is stationary, but the horizontal scan laser range finder cannot measure the same point multiple times, so if there are moving obstacles, Even if the obstacle is moved after the horizontal scan laser range finder detects the moving obstacle, and the area after the movement becomes able to travel again, it is not recognized. This is commonly called a ghost.
この際、ステレオカメラから得られるデータよりも、常にレーザレンジファインダのデータが優先されるため、ステレオカメラによるゴースト除去はできない。また、立体スキャンレーザレンジファインダは、同一地点を複数回計測することができるものの、遠方では計測密度が疎であることから、迅速にゴーストを除去することができない。
ただし、ゴーストが発生した領域に接近すると、計測点は密となるため、立体スキャンレーザレンジファインダであってもゴーストを除去することができるが、ゴースト領域には徐行で接近しなくてはならないため、運用効率が低下する。
At this time, since the data of the laser range finder always takes priority over the data obtained from the stereo camera, the ghost removal by the stereo camera cannot be performed. In addition, the three-dimensional scan laser range finder can measure the same spot a plurality of times, but cannot measure the ghost quickly because the measurement density is sparse at a distance.
However, since the measurement points become dense when approaching the area where the ghost occurs, the ghost can be removed even with the stereoscopic scan laser range finder, but the ghost area must be approached slowly. , Operational efficiency decreases.
そこで、水平スキャンレーザレンジファインダ及びステレオカメラからそれぞれ得られるデータに対して、一定の時間閾値より過去に計測された水平スキャンレーザレンジファインダのデータよりも、新しいステレオカメラによるデータを優先することとした。
このとき、水平スキャンレーザレンジファインダは計測精度が高く、１００ｍｍ以下の路面の縁石程度の障害物も検出可能であるが、ステレオカメラでは誤差に埋もれる恐れがある。したがって、移動障害物として想定し得る人や車輌の一般的な高さ１ｍを移動障害物の高さとして設定し、水平スキャンレーザレンジファインダにより計測された１ｍ以上の高さの障害物に対してのみ上記処理を行うこととする。
Therefore, for the data obtained from the horizontal scan laser range finder and the stereo camera, the data from the new stereo camera is given priority over the data from the horizontal scan laser range finder measured in the past from a certain time threshold. .
At this time, the horizontal scan laser range finder has high measurement accuracy and can detect an obstacle such as a curb on the road surface of 100 mm or less, but there is a possibility that the stereo camera is buried in an error. Therefore, a general height of 1 m of a person or vehicle that can be assumed as a moving obstacle is set as the height of the moving obstacle, and for an obstacle with a height of 1 m or more measured by the horizontal scan laser range finder. Only the above processing is performed.
すなわち、本発明の請求項４に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置において、前記地図作成部の地図作成モジュールは、前記外界測定部の水平スキャンレーザレンジファインダが高さ約１ｍの障害物を捕らえた場合において、前記水平スキャンレーザレンジファインダの過去の段差領域抽出データのうちの一定の時間閾値よりも過去に計測した段差領域抽出データよりも新しい前記ステレオカメラによる画像処理データを優先してベース地図を作成する構成としている。 That is, in the travel route determination map creation device for an autonomous mobile body according to claim 4 of the present invention, the map creation module of the map creation unit has a horizontal scan laser range finder of the external measurement unit having a height of about 1 m. In the case where an obstacle is caught, the image processing data by the stereo camera that is newer than the step area extraction data measured in the past than the certain time threshold of the past step area extraction data of the horizontal scan laser range finder is prioritized. The base map is created.
これにより、最新データに対して水平スキャンレーザレンジファインダの信頼性の高さが反映され、また一定の時間が経過した後には、ステレオカメラによるデータにより更新可能となるため、移動障害物のゴースト除去がより効率よく行われることとなり、移動障害物が存在する環境下においても、シンプル且つ低コストな機器構成で、性能の高い自律走行に適した走行経路決定用地図を作成し得ることとなる。 As a result, the reliability of the horizontal scan laser range finder is reflected in the latest data, and after a certain amount of time has elapsed, it can be updated with data from a stereo camera, eliminating ghosts from moving obstacles. Thus, even in an environment where a moving obstacle exists, a travel route determination map suitable for autonomous driving with high performance can be created with a simple and low-cost device configuration.
なお、上記時間閾値は、それぞれのセンサの走行可否領域検出センサとしてのＳ／Ｎデータと、実際に移動障害物の計測を行った際の障害物位置と検出結果とを取得し、全てのセンサを統合した結果の障害物可否領域検出センサとしてのＳ／Ｎが最大となるよう決定する。
一方、本発明の請求項５に係る発明は、自律して走行する移動体の走行経路を決めるのに用いる地図の作成方法であって、水平スキャンレーザレンジファインダによって、最高速度で走行する前記移動体の少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ当該移動体の進行方向に対して直交する方向に光軸を走査すると共に、立体スキャンレーザレンジファインダにより、前記移動体の前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させ、且つ、ステレオカメラで前記移動体近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理すると共に、前記ステレオカメラで得た画像内の平面領域抽出処理及びセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換する平面法線補正処理を行い、これらの処理による段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系への座標変換により得た各種データに地上座標系自己位置データを加えた後、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる段差領域抽出データと水平及び立体の両レーザレンジファインダの未計測点に対するステレオ画像による平面領域抽出データとを反映させつつ、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの段差領域抽出データは、過去のものは保持すると共にベース地図上の同一地点に新規の計測があった場合には最新のものに逐次更新し、前記ステレオカメラの画像処理データは常に最新のものに逐次更新してベース地図を作成し、このベース地図に基づいて前記移動体の走行経路を決める構成としている。
The time threshold value is obtained by acquiring S / N data as a travelable area detection sensor of each sensor and obstacle positions and detection results when actually moving obstacles are measured. Is determined so that the S / N as an obstacle availability region detection sensor as a result of integrating the two is maximized.
On the other hand, the invention according to claim 5 of the present invention is a map creation method used to determine a travel route of a mobile body that travels autonomously, and the travel that travels at a maximum speed by a horizontal scan laser range finder. The optical axis is scanned in a direction orthogonal to the traveling direction of the moving body at least on the road surface ahead of the position where the sudden braking can be stopped, and light is emitted in front of the moving body by the stereoscopic scan laser range finder. A sensor obtained by both horizontal and three-dimensional laser range finders by scanning a shaft and swinging in a direction perpendicular to the scanning direction, and extracting a planar region from the vicinity of the moving body to a distant place with a stereo camera. When the coordinate system data is corrected and converted into a body coordinate system having a vertically upward axis as one axis, and the presence / absence of a step region in front of the movable body is determined. Then, plane area extraction processing in the image obtained by the stereo camera and plane normal correction processing for correcting and converting the sensor coordinate system data into a body coordinate system with the vertical upward axis as one axis, After adding the ground coordinate system self-position data to various data obtained by the coordinate conversion of the area extraction data and the planar area extraction data to the ground coordinate system, the step area extraction data by both the horizontal and stereoscopic laser range finders and the horizontal and while reflecting a planar region extracted data according to the stereo image for unmeasured points of both laser range finder of solid, stepped region extracting data from both the laser range finder of the horizontal and solid are on the base map together with those of the past holds successively updated to the latest in the case where there is a new measurement to the same point of, image processing of the stereo camera Data are always create a base map sequentially updated to the latest one, a structure for determining a travel route of the moving body on the basis of the base map.
本発明の請求項６に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成方法は、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理するに際して、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの一回のスキャン分のセンサ座標系データを機体座標系に変換し、そのデータ中に前記移動体の走破特性を考慮した相対的な高さの連続性の変化及び勾配に閾値を設定し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えた場合を障害物領域として判定処理すると共に、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えない場合を走行可能領域として判定処理し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる未計測部分を不明領域として判定処理する構成としている。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for creating a map for determining a travel route of an autonomous traveling mobile body, wherein the sensor coordinate system data obtained by both the horizontal and three-dimensional laser range finders is a machine coordinate having a vertically upward axis as one axis. When performing the correction conversion to the system and determining the presence or absence of the step region in front of the moving body, the sensor coordinate system data for one scan of both the horizontal and stereoscopic laser range finder is converted into the body coordinate system. In the data, a threshold is set for the change in the continuity of the relative height and the gradient in consideration of the running characteristics of the moving body, and the measured values by both the horizontal and solid laser range finders exceed the threshold. while the determination process as an obstacle region where, determines if the measurement value measured by both laser range finder of the horizontal and solid does not exceed the threshold value as a travelable area And management, are configured to determine processing unmeasured portion by both laser range finder of the horizontal and solid as unknown region.
本発明の請求項７に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成方法は、前記水平スキャンレーザレンジファインダが高さ約１ｍの障害物を捕らえた場合において、前記水平スキャンレーザレンジファインダの過去の段差領域抽出データのうちの一定の時間閾値よりも過去に計測した段差領域抽出データよりも新しい前記ステレオカメラによる画像処理データを優先してベース地図を作成する構成としている。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for creating a map for determining a traveling route of an autonomous traveling moving body, wherein the horizontal scanning laser range finder captures an obstacle having a height of about 1 m and the past of the horizontal scanning laser range finder. The base map is created by giving priority to the image processing data by the stereo camera that is newer than the step area extraction data measured in the past than the predetermined time threshold of the step area extraction data.
本発明の請求項１，２に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置及び請求項５に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成方法では、それぞれ上記した構成としたから、シンプルで且つ低コストを実現したうえで、高速の自律走行に適した走行経路決定用地図を作成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項３に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置及び請求項６に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成方法では、それぞれ上記した構成としているので、ジャイロの誤差やＧＰＳの誤差にかかわらず高い精度で障害物を検出することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
In the autonomous route moving body map generation device for autonomous route moving body according to claims 1 and 2 of the present invention and the route generation map determination method for autonomous route moving body according to claim 5 respectively have the above-described configuration. In addition to realizing a simple and low cost, it is possible to produce an extremely excellent effect that it is possible to create a travel route determination map suitable for high-speed autonomous travel.
In addition, since the travel route determination map creation device of the autonomous traveling mobile body according to claim 3 of the present invention and the travel route determination map creation method of the autonomous travel mobile body according to claim 6 have the above-described configurations, An excellent effect is obtained that it is possible to detect an obstacle with high accuracy regardless of a gyro error or a GPS error.
さらに、本発明の請求項４に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置及び請求項７に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成方法では、それぞれ上記した構成としているので、移動障害物が存在する環境下においても、シンプル且つ低コストな機器構成で、性能の高い自律走行に適した走行経路決定用地図を作成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 Furthermore, in the autonomous route moving body travel route determination map creation device according to claim 4 of the present invention and the autonomous route travel body travel route determination map creation method according to claim 7 respectively have the above-described configuration, Even in an environment where there are moving obstacles, it is possible to create a travel route determination map suitable for autonomous driving with high performance with a simple and low-cost device configuration. .
以下、本発明に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置及び走行経路決定用地図作成方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図８は、本発明に係る自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置の一実施形態を示しており、この実施形態では、自律走行移動体が自律走行車である場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, a travel route determination map creation device and a travel route determination map creation method for an autonomous mobile body according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1-8 has shown one Embodiment of the map preparation apparatus for the travel route determination of the autonomous mobile body which concerns on this invention, In this embodiment, the case where an autonomous mobile body is an autonomous vehicle is shown as an example. Will be described.
図１及び図２に示すように、この走行経路決定用地図作成装置１は、最高速度（概ね時速５０ｋｍ／ｈ）で走行する自律走行車Ｃの少なくとも急制動停止可能位置よりも前方（自律走行車Ｃの前方２０ｍ付近）で且つこの自律走行車Ｃの進行方向に対して直交する方向に光軸を走査する水平スキャンレーザレンジファインダ１１，自律走行車Ｃの前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させる立体スキャンレーザレンジファインダ１２及び自律走行車Ｃ近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出するステレオカメラ１３を具備した外界計測部１０と、デッドレコニング用のホイルオドメータ２１，ヨーレートセンサ２２及びＧＰＳ２３を具備して自律走行車Ｃの自己位置と方向を求める自己位置計測部２０と、外界計測部１０で得たセンサ座標系外界データ及び自己位置計測部２０で得た地上座標系(自律走行車Ｃがスタートした位置及び方向を原点とする座標系) 自己位置データが入出力回路２を介して入力されるデータ解析部３０と、このデータ解析部３０とＬＡＮ３を介して接続する地図作成部４０を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the travel route determination map creation device 1 is at least ahead of the position where a sudden braking can be stopped (autonomous traveling) of the autonomous traveling vehicle C traveling at the maximum speed (approximately 50 km / h). A horizontal scan laser range finder 11 that scans the optical axis in a direction orthogonal to the traveling direction of the autonomous traveling vehicle C, and the optical axis is scanned in front of the autonomous traveling vehicle C. A three-dimensional scanning laser range finder 12 that swings in a direction orthogonal to the scanning direction and an external measurement unit 10 that includes a stereo camera 13 that extracts a planar region from the vicinity of the autonomous vehicle C to a distance, and a foil odometer for dead reckoning 21, a self-position measurement unit 20 that includes a yaw rate sensor 22 and a GPS 23 to determine the self-position and direction of the autonomous vehicle C, and an external measurement unit The sensor coordinate system external data obtained at 0 and the ground coordinate system obtained by the self-position measuring unit 20 (the coordinate system having the origin and the position and direction where the autonomous vehicle C started) The self-position data is input via the input / output circuit 2. An input data analysis unit 30 and a map creation unit 40 connected to the data analysis unit 30 via the LAN 3 are provided.
この場合、外界計測部１０は自律走行車Ｃの前端部（図２左端部）に搭載され、一方、自己位置計測部２０はデータ解析部３０，地図作成部４０及び後述する車体制御部６０とともに自律走行車Ｃの後端部（図２右端部）に搭載されており、この自律走行車Ｃの後端部にはＧＰＳ２３用のアンテナ２４が配置してある。
そして、自律走行車Ｃにおける車体駆動部５０の操舵手段５１は、ドライバ５２及び入出力回路４を介して車体制御部６０と接続していると共に、車体駆動部５０の車速制御手段５３は、コンバータ５４及び入出力回路４を介して車体制御部６０と接続しており、この車体制御部６０には、地図作成部４０からの制御信号がＬＡＮ３を介して入力されるようになっている。
In this case, the external measurement unit 10 is mounted on the front end (the left end in FIG. 2) of the autonomous vehicle C, while the self-position measurement unit 20 together with the data analysis unit 30, the map creation unit 40, and a vehicle body control unit 60 described later. It is mounted at the rear end portion (right end portion in FIG. 2) of the autonomous traveling vehicle C, and an antenna 24 for the GPS 23 is disposed at the rear end portion of the autonomous traveling vehicle C.
The steering means 51 of the vehicle body drive unit 50 in the autonomous vehicle C is connected to the vehicle body control unit 60 via the driver 52 and the input / output circuit 4, and the vehicle speed control means 53 of the vehicle body drive unit 50 is a converter. 54 and the input / output circuit 4 are connected to the vehicle body control unit 60, and a control signal from the map creation unit 40 is input to the vehicle body control unit 60 via the LAN 3.
また、外界計測部１０のレーザレンジファインダ１１，１２及びステレオカメラ１３は、図４に示すように、レーザレンジファインダ１１，１２の各光軸のロール角度及びピッチ角度を計測するバーチカルジャイロ（補正手段）１４とともにベース１５上に固定してある。
上記データ解析部３０は、図３に示すように、外界計測部１０のレーザレンジファインダ１１，１２で得たセンサ座標系データをバーチカルジャイロ１４で計測した光軸のロール角度及びピッチ角度に基づいて鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換する座標変換モジュール３１と、この座標変換モジュール３１で得た機体座標系データから自律走行車Ｃの前方における段差領域の有無を判定処理する段差抽出モジュール３２と、ステレオカメラ１３で得た画像内の平面領域抽出処理モジュール３３及びセンサ座標系データをバーチカルジャイロ１４で計測した光軸のロール角度及びピッチ角度に基づいて鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換する平面法線補正処理モジュール３４を有している。
Further, as shown in FIG. 4, the laser range finders 11 and 12 and the stereo camera 13 of the external measurement unit 10 are vertical gyros (correcting means) that measure the roll angle and the pitch angle of each optical axis of the laser range finders 11 and 12, respectively. ) 14 and the base 15 are fixed.
As shown in FIG. 3, the data analysis unit 30 is based on the roll angle and pitch angle of the optical axis obtained by measuring the sensor coordinate system data obtained by the laser range finders 11 and 12 of the external measurement unit 10 with the vertical gyroscope 14. A coordinate conversion module 31 that corrects and converts to a machine coordinate system having a vertically upward axis as one axis, and the presence or absence of a step region in front of the autonomous vehicle C is determined from the machine coordinate system data obtained by the coordinate conversion module 31. The step-up extraction module 32, the planar area extraction processing module 33 in the image obtained by the stereo camera 13 and the sensor coordinate system data are measured with the vertical angle based on the roll angle and pitch angle of the optical axis measured by the vertical gyroscope 14. It has a plane normal correction processing module 34 for correcting and converting into a body coordinate system having one axis.
また、この走行経路決定用地図作成装置１において、図６及び図７に示すように、レーザレンジファインダ１１，１２で得たセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、自律走行車Ｃの前方における段差領域の有無を判定処理するデータ解析部３０は、レーザレンジファインダ１１，１２の一回のスキャン分のセンサ座標系データを機体座標系に変換し、そのデータ中に自律走行車Ｃの走破特性を考慮した相対的な高さの連続性の変化及び勾配に閾値を設定し、レーザレンジファインダ１１，１２による計測値が閾値を越えた場合を障害物領域（図７黒部分）として判定処理すると共に、レーザレンジファインダ１１，１２による計測値が閾値を越えない場合を走行可能領域（図７白部分）として判定処理し、レーザレンジファインダ１１，１２による未計測部分を不明領域（図７グレー部分）として判定処理するものとしてある。 Further, in this travel route determination map creation device 1, as shown in FIGS. 6 and 7, the sensor coordinate system data obtained by the laser range finders 11 and 12 is converted into a body coordinate system with the vertically upward axis as one axis. The data analysis unit 30 that performs correction conversion to determine whether or not there is a step region in front of the autonomous vehicle C converts the sensor coordinate system data for one scan of the laser range finders 11 and 12 into the body coordinate system. In the data, a threshold value is set for the change and slope of relative height continuity considering the running characteristics of the autonomous vehicle C, and it is an obstacle if the measured values by the laser range finders 11 and 12 exceed the threshold value. Judgment processing is performed as an object region (black portion in FIG. 7), and a case where the measured values by the laser range finders 11 and 12 do not exceed the threshold is determined as a travelable region (white portion in FIG. 7). And sense, there as to determine processing unmeasured portion by the laser range finder 11 and 12 as an unknown region (Fig. 7 gray area).
さらに、上記地図作成部４０は、データ解析部３０から得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系への座標変換を行う座標変換モジュール４１と、この座標変換により得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データに自己位置計測部２０からの地上座標系自己位置データを加えてベース地図を作成する地図作成モジュール４２と、このベース地図に基づいて自律走行車Ｃの走行経路を決める走行経路決定モジュール４３を具備している。 Further, the map creation unit 40 includes a coordinate transformation module 41 that performs coordinate transformation of the step region extraction data and the planar region extraction data obtained from the data analysis unit 30 to the ground coordinate system, and a step region extraction obtained by the coordinate transformation. A map creation module 42 for creating a base map by adding the ground coordinate system self-position data from the self-position measuring unit 20 to the data and the plane area extraction data, and a travel for determining the travel route of the autonomous vehicle C based on the base map A route determination module 43 is provided.
この実施形態において、地図作成部４０の地図作成モジュール４２は、レーザレンジファインダ１１，１２による段差領域抽出データ及びレーザレンジファインダ１１，１２の未計測点に対するステレオカメラ１３の画像による平面領域抽出データを反映させたベース地図を作成し、レーザレンジファインダ１１の過去の段差領域抽出データは保持すると共に、レーザレンジファインダ１２の段差領域抽出データはベース地図上の同一地点に新規の計測があった場合に最新のものに逐次更し、ステレオカメラ１３の画像処理データは常に最新のものに逐次更新するものとしてある。 In this embodiment, the map creation module 42 of the map creation unit 40 outputs step area extraction data by the laser range finders 11 and 12 and plane area extraction data by an image of the stereo camera 13 with respect to unmeasured points of the laser range finders 11 and 12. The reflected base map is created, the past step region extraction data of the laser range finder 11 is retained, and the step region extraction data of the laser range finder 12 is used when there is a new measurement at the same point on the base map. The image processing data of the stereo camera 13 is always updated to the latest one sequentially.
さらにまた、この走行経路決定用地図作成装置１において、地図作成部４０の地図作成モジュール４２は、図８に示すように、ステップＳ１で外界測定部１０の水平スキャンレーザレンジファインダ１１が高さ約１ｍの障害物を捕らえた場合に、ステップＳ２において一定の時間閾値（ｔ秒）よりも過去に計測した水平スキャンレーザレンジファインダ１１の段差領域抽出データよりも新しいステレオカメラ１３から出力された障害物なしの画像処理データを優先し、ステップＳ３においてｔ秒間のうちに水平スキャンレーザレンジファインダ１１が障害物を認識しないときは、ステップＳ４に進んでその領域は移動障害物の通過後の領域と判断して走行可能領域とし、ステップＳ３においてｔ秒間のうちに水平スキャンレーザレンジファインダ１１が障害物を認識したときは、ステップＳ５においてこの水平スキャンレーザレンジファインダ１１の処理データを優先してベース地図を作成するようにしている。 Furthermore, in this travel route determination map creating apparatus 1, as shown in FIG. 8, the map creating module 42 of the map creating unit 40 is configured such that the horizontal scan laser range finder 11 of the external measurement unit 10 is approximately the height in step S1. When a 1 m obstacle is captured, the obstacle output from the stereo camera 13 that is newer than the step area extraction data of the horizontal scan laser range finder 11 measured in the past in step S2 beyond a certain time threshold (t seconds) If the horizontal scan laser range finder 11 does not recognize an obstacle within t seconds in step S3 with priority given to the image processing data without, the process proceeds to step S4 and the area is determined as the area after the moving obstacle passes. And set the horizontal scan laser range filter within t seconds in step S3. When Da 11 recognizes the obstacle, so that to create a base map with priority processing data of the horizontal scanning laser range finder 11 in step S5.
次に、上記した自律走行車Ｃの走行経路決定用地図の作成要領を説明する。
まず、自律走行車Ｃの停止時に、立体スキャンレーザレンジファインダ１２とステレオカメラ１３で前方の計測を行い、走行可能領域を検出する。
次いで、自律走行車Ｃの走行を開始すると、外界計測部１０の水平スキャンレーザレンジファインダ１１によって、最高速度で走行する自律走行車Ｃの少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ自律走行車Ｃの進行方向に対して直交する方向に光軸を走査すると共に、立体スキャンレーザレンジファインダ１２により、自律走行車Ｃの前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させ、且つ、ステレオカメラ１３で自律走行車Ｃ近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出する。
Next, a procedure for creating the travel route determination map of the autonomous vehicle C described above will be described.
First, when the autonomous traveling vehicle C stops, the forward scanning is performed by the stereoscopic scan laser range finder 12 and the stereo camera 13 to detect a travelable region.
Next, when traveling of the autonomous vehicle C is started, the horizontal scan laser range finder 11 of the external measurement unit 10 is autonomous on the road surface ahead of the autonomous traveling vehicle C traveling at the highest speed and at least ahead of the sudden braking stop position. The optical axis is scanned in a direction orthogonal to the traveling direction of the traveling vehicle C, and the stereoscopic scan laser range finder 12 scans the optical axis in front of the autonomous traveling vehicle C and swings in the direction orthogonal to the scanning direction. In addition, the stereo camera 13 extracts a planar area from the vicinity of the autonomous vehicle C to the distance.
このとき、遠方については、ステレオカメラ１３により大まかな計測が可能であるため、走行可能領域を優先的に選択し、また不明領域が広がる場合には、あらかじめ車速を落として水平スキャンレーザレンジファインダ１１による計測に委ねる。
走行中、データ解析部３０では、レーザレンジファインダ１１，１２で得たセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、自律走行車Ｃの前方における段差領域の有無を判定処理すると共に、ステレオカメラ１３で得た画像内の平面領域抽出処理及びセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換する平面法線補正処理を行う。
At this time, since it is possible to roughly measure the distance with the stereo camera 13, the travelable area is preferentially selected, and when the unknown area widens, the vehicle speed is lowered in advance and the horizontal scan laser range finder 11 is selected. Entrust measurement to
During traveling, the data analysis unit 30 corrects and converts the sensor coordinate system data obtained by the laser range finders 11 and 12 into a body coordinate system having a vertically upward axis as one axis, and a step area in front of the autonomous traveling vehicle C. And a plane normal correction process for correcting and converting the plane area extraction process in the image obtained by the stereo camera 13 and the sensor coordinate system data into the body coordinate system with the vertical upward axis as one axis. .
このとき、データ解析部３０は、レーザレンジファインダ１１，１２の一回のスキャン分のセンサ座標系データを機体座標系に変換し、そのデータ中に自律走行車Ｃの走破特性を考慮した相対的な高さの連続性の変化及び勾配に閾値を設定し、レーザレンジファインダ１１，１２による計測値が閾値を越えた場合を障害物領域（図７黒部分）として判定処理すると共に、レーザレンジファインダ１１，１２による計測値が閾値を越えない場合を走行可能領域（図７白部分）として判定処理し、レーザレンジファインダ１１，１２による未計測部分を不明領域（図７グレー部分）として判定処理する。 At this time, the data analysis unit 30 converts the sensor coordinate system data for one scan of the laser range finders 11 and 12 into the body coordinate system, and the relative characteristics considering the running characteristics of the autonomous vehicle C in the data. A threshold is set for the change and gradient of the continuity of the height, and the case where the measured value by the laser range finders 11 and 12 exceeds the threshold is determined as an obstacle region (black portion in FIG. 7), and the laser range finder is determined. A case where the measured values of 11 and 12 do not exceed the threshold value is determined as a travelable region (white portion in FIG. 7), and an unmeasured portion by the laser rangefinders 11 and 12 is determined as an unknown region (grey portion in FIG. 7). .
地図作成部４０では、これらの処理による段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系への座標変換により得た各種データに地上座標系自己位置データを加えた後、レーザレンジファインダ１１，１２による段差領域抽出データ及びレーザレンジファインダ１１，１２の未計測点に対するステレオカメラ１３の画像による平面領域抽出データを反映させつつ、水平スキャンレーザレンジファインダ１１の過去の段差領域抽出データを保持すると共に、立体スキャンレーザレンジファインダ１２の段差領域抽出データ及びステレオカメラ１３の画像処理データをいずれも最新のものに逐次更新してベース地図を作成し、このベース地図に基づいて前記移動体の走行経路を決めると、自律走行車Ｃの走行経路Ｒに沿った自律走行が成されることとなる。 The map creation unit 40 adds the ground coordinate system self-position data to various data obtained by coordinate conversion of the step area extraction data and the planar area extraction data into the ground coordinate system by these processes, and then the laser range finders 11 and 12. While reflecting the step area extraction data of the horizontal scan laser range finder 11 and the planar area extraction data of the image of the stereo camera 13 with respect to the unmeasured points of the laser range finders 11 and 12, The step map extraction data of the stereoscopic scan laser range finder 12 and the image processing data of the stereo camera 13 are both updated to the latest one to create a base map, and the travel route of the moving body is determined based on this base map. Autonomous travel along the travel route R of the autonomous vehicle C It is the thing.
ここで、地図作成部４０において、図８に示すように、ステップＳ１で外界測定部１０の水平スキャンレーザレンジファインダ１１が高さ約１ｍの障害物を捕らえた場合には、ステップＳ２において一定の時間閾値（ｔ秒）よりも過去に計測した水平スキャンレーザレンジファインダ１１の段差領域抽出データよりも新しいステレオカメラ１３から出力された障害物なしの画像処理データを優先し、ステップＳ３においてｔ秒間のうちに水平スキャンレーザレンジファインダ１１が障害物を認識しないときは、ステップＳ４に進んでその領域は移動障害物の通過後の領域と判断して走行可能領域とし、ステップＳ３においてｔ秒間のうちに水平スキャンレーザレンジファインダ１１が障害物を認識したときは、ステップＳ５においてこの水平スキャンレーザレンジファインダ１１の処理データを優先してベース地図を作成する。 Here, in the map creation unit 40, as shown in FIG. 8, when the horizontal scan laser range finder 11 of the external measurement unit 10 catches an obstacle having a height of about 1 m in step S1, a constant value is obtained in step S2. Prior to the time threshold value (t seconds), the image processing data without obstacles output from the new stereo camera 13 is prioritized over the step area extraction data of the horizontal scan laser range finder 11 measured in the past. If the horizontal scanning laser range finder 11 does not recognize an obstacle, the process proceeds to step S4, where the area is determined as an area after the moving obstacle has passed, and is set as a travelable area. When the horizontal scanning laser range finder 11 recognizes an obstacle, the horizontal scanning laser range finder 11 recognizes this horizontal in step S5. Preferentially processing data of the can the laser range finder 11 to create a base map.
上記した一実施形態では、自律走行移動体が自律走行車である場合を示したが、これに限定されるものではない。 In the above-described embodiment, the case where the autonomous mobile body is an autonomous vehicle is shown, but the present invention is not limited to this.
１ 自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置
１０ 外界計測部
１１ 水平スキャンレーザレンジファインダ
１２ 立体スキャンレーザレンジファインダ
１３ ステレオカメラ
１４ バーチカルジャイロ（補正手段）
２０ 自己位置計測部
３０ データ解析部
４０ 地図作成部
４１ 座標変換モジュール
４２ 地図作成モジュール
４３ 走行経路決定モジュール
Ｃ 自律走行車（自律走行移動体）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Map generation apparatus 10 for determination of driving route of autonomous mobile body External measurement unit 11 Horizontal scan laser range finder 12 Stereo scan laser range finder 13 Stereo camera 14 Vertical gyro (correction means)
20 Self-position measurement unit 30 Data analysis unit 40 Map creation unit 41 Coordinate conversion module 42 Map creation module 43 Travel route determination module C Autonomous vehicle (autonomous vehicle)
Claims (7)
最高速度で走行する前記移動体の少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ当該移動体の進行方向に対して直交する方向に光軸を走査する水平スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体の前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させる立体スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出するステレオカメラと、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダ並びにステレオカメラの各光軸のロール角度及びピッチ角度を計測する補正手段を具備した外界計測部と、
デッドレコニングなどの手段により前記移動体の自己位置と方向を求める自己位置計測部と、
前記外界計測部の水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを前記補正手段で計測した光軸のロール角度及びピッチ角度に基づいて鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理すると共に、前記ステレオカメラで得た画像内の平面領域抽出処理及び前記補正手段で計測した光軸のロール角度及びピッチ角度に基づいて鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換する平面法線補正処理を行うデータ解析部と、
このデータ解析部から得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系への座標変換を行う座標変換モジュールと、この座標変換により得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データに前記自己位置計測部からの地上座標系自己位置データを加えてベース地図を作成する地図作成モジュールと、前記ベース地図に基づいて前記移動体の走行経路を決める走行経路決定モジュールを具備した地図作成部を備え、
前記地図作成部の地図作成モジュールは、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる段差領域抽出データと水平及び立体の両レーザレンジファインダの未計測点に対するステレオ画像による平面領域抽出データとを反映させたベース地図を作成し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの段差領域抽出データは、過去のものは保持すると共にベース地図上の同一地点に新規の計測があった場合には最新のものに逐次更新し、前記ステレオカメラの画像処理データは常に最新のものに逐次更新するものとしてあることを特徴とする自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置。 A map creation device used to determine the travel route of a mobile object that travels autonomously,
A horizontal scan laser range finder that scans the optical axis in a direction perpendicular to the traveling direction of the moving body on a road surface at least ahead of a position where the sudden braking can be stopped of the moving body that travels at the maximum speed, and the movement A three-dimensional scan laser range finder that scans the optical axis in front of the body and swings in a direction perpendicular to the scanning direction; a stereo camera that extracts a planar region from the vicinity of the moving body to the far side; and the horizontal and three-dimensional images and the outside measurement unit that roll angle and pitch angle of the optical axes of both laser range finder and a stereo camera equipped with a correcting unit for measuring the,
A self-position measuring unit for obtaining the self-position and direction of the moving body by means such as dead reckoning;
An airframe coordinate system having a vertically upward axis as one axis based on the roll angle and the pitch angle of the optical axis measured by the correction means based on the sensor coordinate system data obtained by both the horizontal and solid laser range finder of the external measurement unit. To determine whether or not there is a step region in front of the moving body, and to extract a planar region in the image obtained by the stereo camera and roll angle and pitch angle of the optical axis measured by the correcting means A data analysis unit for performing a plane normal correction process for correcting and converting into a body coordinate system having a vertically upward axis as one axis based on
A coordinate conversion module that performs coordinate conversion of the step region extraction data and the planar region extraction data obtained from the data analysis unit to the ground coordinate system, and the self-location in the step region extraction data and the planar region extraction data obtained by the coordinate conversion. A map creation module that includes a map creation module that adds a ground coordinate system self-position data from a measurement unit to create a base map, and a travel route determination module that determines a travel route of the moving body based on the base map,
Mapping module of the mapping unit, reflecting a planar region extracted data according to the stereo image for unmeasured points of both laser range finder of the horizontal and stepped region extracting data from both the laser range finder of solid and horizontal and stereoscopic create a base map, step region extracting data of the horizontal and steric both laser range finder is sequential to the latest ones if a new measurement on the same point on the base map together with those of the past holds A map generation device for determining a travel route of an autonomous mobile body, wherein the map is updated and the image processing data of the stereo camera is constantly updated to the latest one.
最高速度で走行する前記移動体の少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ当該移動体の進行方向に対して直交する方向に光軸を走査する水平スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体の前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させる立体スキャンレーザレンジファインダと、前記移動体近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出するステレオカメラと、鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系で前記水平及び立体の両レーザレンジファインダ並びにステレオカメラを水平に保つ水平保持手段を具備した外界計測部と、
デッドレコニングなどの手段により前記移動体の自己位置を求める自己位置計測部と、
前記外界計測部の水平保持手段により水平に保たれた水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理すると共に、前記ステレオカメラで得た画像内の平面領域抽出処理を行うデータ解析部と、
このデータ解析部から得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系への座標変換を行う座標変換モジュールと、この座標変換により得た段差領域抽出データ及び平面領域抽出データに前記自己位置計測部からの地上座標系自己位置データを加えてベース地図を作成する地図作成モジュールと、前記ベース地図に基づいて前記移動体の走行経路を決める走行経路決定モジュールを具備した地図作成部を備え、
前記地図作成部の地図作成モジュールは、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる段差領域抽出データと水平及び立体の両レーザレンジファインダの未計測点に対するステレオ画像による平面領域抽出データとを反映させたベース地図を作成し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの段差領域抽出データは、過去のものは保持すると共にベース地図上の同一地点に新規の計測があった場合には最新のものに逐次更新し、前記ステレオカメラの画像処理データは常に最新のものに逐次更新するものとしてあることを特徴とする自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置。 A map creation device used to determine the travel route of a mobile object that travels autonomously,
A horizontal scan laser range finder that scans the optical axis in a direction perpendicular to the traveling direction of the moving body on a road surface at least ahead of a position where the sudden braking can be stopped of the moving body that travels at the maximum speed, and the movement A stereoscopic scan laser range finder that scans the optical axis in front of the body and swings in a direction orthogonal to the scanning direction, a stereo camera that extracts a planar region from the vicinity of the moving body to a distance, and a vertically upward and the outside measurement unit provided with the above horizontal and the horizontal holding means for keeping horizontally both laser range finder and a stereo camera of the three-dimensional in body coordinate system to the axis uniaxial,
A self-position measuring unit for obtaining the self-position of the moving body by means such as dead reckoning;
The sensor coordinate system data obtained by both the horizontal and solid laser range finder held horizontally by the horizontal holding means of the external measurement unit is corrected and converted into the machine coordinate system, and the presence or absence of a step region in front of the moving body is determined. A data analysis unit that performs a determination process and performs a planar region extraction process in an image obtained by the stereo camera;
A coordinate conversion module that performs coordinate conversion of the step region extraction data and the planar region extraction data obtained from the data analysis unit to the ground coordinate system, and the self-location in the step region extraction data and the planar region extraction data obtained by the coordinate conversion. A map creation module that includes a map creation module that adds a ground coordinate system self-position data from a measurement unit to create a base map, and a travel route determination module that determines a travel route of the moving body based on the base map,
Mapping module of the mapping unit, reflecting a planar region extracted data according to the stereo image for unmeasured points of both laser range finder of the horizontal and stepped region extracting data from both the laser range finder of solid and horizontal and stereoscopic create a base map, step region extracting data of the horizontal and steric both laser range finder is sequential to the latest ones if a new measurement on the same point on the base map together with those of the past holds A map generation device for determining a travel route of an autonomous mobile body, wherein the map is updated and the image processing data of the stereo camera is constantly updated to the latest one.
前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの一回のスキャン分のセンサ座標系データを機体座標系に変換し、そのデータ中に前記移動体の走破特性を考慮した相対的な高さの連続性の変化及び勾配に閾値を設定し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えた場合を障害物領域として判定処理すると共に、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えない場合を走行可能領域として判定処理し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる未計測部分を不明領域として判定処理するものとしてある請求項１又は２に記載の自律走行移動体の走行経路決定用地図作成装置。 Data for determining whether or not there is a step region in front of the moving body by correcting and converting the sensor coordinate system data obtained by both the horizontal and solid laser range finders into a body coordinate system having a vertically upward axis as one axis. The analysis section
The sensor coordinate system data for one scan of both the horizontal and stereoscopic laser range finders is converted into the machine coordinate system, and the relative height continuity considering the traveling characteristics of the moving object is included in the data. A threshold value is set for the change and the gradient, and when the measurement value by both the horizontal and three-dimensional laser range finders exceeds the threshold value, determination processing is performed as an obstacle region, and the measurement value by both the horizontal and three-dimensional laser range finders The autonomous traveling movement according to claim 1 or 2, wherein a case where the threshold value does not exceed the threshold is determined as a travelable region, and an unmeasured portion by both the horizontal and solid laser rangefinders is determined as an unknown region. Map creation device for body travel route determination.
水平スキャンレーザレンジファインダによって、最高速度で走行する前記移動体の少なくとも急制動停止可能位置よりも前方の路面上で且つ当該移動体の進行方向に対して直交する方向に光軸を走査すると共に、立体スキャンレーザレンジファインダにより、前記移動体の前方に光軸を走査しつつその走査方向と直交する方向に揺動させ、且つ、ステレオカメラで前記移動体近傍から遠方にかけての平面の領域を抽出し、
前記水平及び立体の両レーザレンジファインダで得たセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換して、前記移動体の前方における段差領域の有無を判定処理すると共に、前記ステレオカメラで得た画像内の平面領域抽出処理及びセンサ座標系データを鉛直方向上向きの軸を一軸とする機体座標系に補正変換する平面法線補正処理を行い、
これらの処理による段差領域抽出データ及び平面領域抽出データの地上座標系への座標変換により得た各種データに地上座標系自己位置データを加えた後、
前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる段差領域抽出データと水平及び立体の両レーザレンジファインダの未計測点に対するステレオ画像による平面領域抽出データとを反映させつつ、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダ段差領域抽出データは、過去のものは保持すると共にベース地図上の同一地点に新規の計測があった場合には最新のものに逐次更新し、前記ステレオカメラの画像処理データを常に最新のものに逐次更新してベース地図を作成し、
このベース地図に基づいて前記移動体の走行経路を決めることを特徴とする自律走行移動体の走行経路決定用地図作成方法。 A method of creating a map used to determine the travel route of a mobile object that travels autonomously,
The horizontal scan laser range finder scans the optical axis in a direction perpendicular to the traveling direction of the moving body on the road surface ahead of at least the sudden braking stop position of the moving body traveling at the maximum speed, A stereoscopic scan laser range finder scans the optical axis in front of the moving body, swings it in a direction perpendicular to the scanning direction, and extracts a planar area from the vicinity of the moving body to the far side with a stereo camera. ,
The sensor coordinate system data obtained by both the horizontal and solid laser range finders is corrected and converted into a body coordinate system having a vertically upward axis as one axis, and the presence / absence of a step region in front of the movable body is determined. , Plane area extraction processing in the image obtained by the stereo camera, and plane normal correction processing for correcting and converting the sensor coordinate system data to a body coordinate system with the vertical upward axis as one axis,
After adding ground coordinate system self-position data to various data obtained by coordinate conversion of step area extraction data and plane area extraction data to ground coordinate system by these processes,
While reflecting a planar region extracted data according to the stereo image for unmeasured points of both laser range finder of the horizontal and stepped region extracting data from both the laser range finder of solid and horizontal and stereoisomers, both laser range finder of the horizontal and stereoscopic The step area extraction data keeps the past, and if there is a new measurement at the same point on the base map, it is sequentially updated to the latest one, and the image processing data of the stereo camera is always the latest. Create a base map with successive updates,
A map generation method for determining a travel route of an autonomous mobile body, wherein the travel route of the mobile body is determined based on the base map.
前記水平及び立体の両レーザレンジファインダの一回のスキャン分のセンサ座標系データを機体座標系に変換し、そのデータ中に前記移動体の走破特性を考慮した相対的な高さの連続性の変化及び勾配に閾値を設定し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えた場合を障害物領域として判定処理すると共に、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる計測値が前記閾値を越えない場合を走行可能領域として判定処理し、前記水平及び立体の両レーザレンジファインダによる未計測部分を不明領域として判定処理する請求項５に記載の自律走行移動体の走行経路決定用地図作成方法。 When the sensor coordinate system data obtained by both the horizontal and solid laser range finders is corrected and converted into a machine coordinate system having a vertically upward axis as one axis, and the presence / absence of a step region in front of the moving body is determined. ,
The sensor coordinate system data for one scan of both the horizontal and stereoscopic laser range finders is converted into the machine coordinate system, and the relative height continuity considering the traveling characteristics of the moving object is included in the data. A threshold value is set for the change and the gradient, and when the measurement value by both the horizontal and three-dimensional laser range finders exceeds the threshold value, determination processing is performed as an obstacle region, and the measurement value by both the horizontal and three-dimensional laser range finders 6. The autonomous route moving body travel route determination according to claim 5, wherein a determination is made as a travelable region when the threshold value does not exceed the threshold value, and an unmeasured portion by both the horizontal and stereoscopic laser range finders is determined as an unknown region. Map creation method.
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