JP5366703B2 - 半自律型無人車両の遠隔操縦システム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された無人車両用走行制御装置は、外部の送信手段から無人車両へ送信される操舵信号等を受信する受信手段と、前記無人車両の車輪を操舵する操舵手段と、前記車輪に制動をかける制動手段と、前記無人車両の速度を検出する車速検出手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、前記無人車両の走行時に前記受信手段により前記操舵信号が受信された場合は前記車速検出手段により検出された前記無人車両の速度が予め設定された所定速度を超過しているか否かを判定する車速判定機能と,前記無人車両の速度が前記所定速度を超過している場合は前記制動手段を作動して前記無人車両の速度を前記所定速度まで低下させる速度制御機能と,前記無人車両の速度が前記所定速度まで低下した後に前記操舵手段を作動して操舵を開始させる操舵制御機能とを具備した構成になっている。
この構成においては、操縦者が速度等の操縦に対して意図しない動作を無人車が自動的に作り出すことから、操縦者の意図した動作と異なる動きを発生させる蓋然性が高いという問題がある。
本発明においては、測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、半自律型無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、 取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す走行状態が不安定になるステアリングの操縦警戒角度範囲及び半自律型無人車両の走行状態が危険になるステアリングの操縦危険角度範囲を含む操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段と、電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段と、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して半自律型無人車両を走行させる自律走行手段とを半自律型無人車両に設けたこと、生成した操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けたものである。
そして、電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信するとともに、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して走行する。
接続方式には、イーサネット(登録商標)以外にもCAN(Controller Area Network)等の車内ネットワークを用いることができる。
測距部33は、走行用カメラ14,31と、レーザーセンサ(以下、「LRF」という。)32a,32bを有して構成されている(図3参照)。
本実施形態においては、一方のLRF32aが遠距離用のものであり、他方のLRF32bが近距離用のものであり、遠近を問わず走行領域をカバーできるようにしている。
この車両制御用コンピュータ10の入力ポートには、イーサネット(登録商標)12を介して無線LAN13と遠隔操縦用カメラ19が、また、GPS(Global Positioning System)15、バーチカルジャイロ16、車速パルス17及びオドメトリ18がそれぞれシリアル回線を介して接続されている。なお、符号20は、無線LAN13に接続されているアンテナを示している。
なお、無線LAN以外にも携帯電話、PHS、衛星回線等を用いることができることは勿論である。
なお、図1に示す9…は走行輪であり、これらの走行輪9…とともに、モータドライバ21、ステアリング用アクチュエータ22、ブレーキ/アクセル用アクチュエータ23により走行機構Dを構成している。
GPS15は、半自律型無人車両Bの測位情報を取得するためのものである。
車速パルス17は、半自律型無人車両Bの走行速度を測定するためのものであり、その半自律型無人車両Bの走行速度をパルス情報として出力するものである。
すなわち、遠隔操縦装置Cから送信される半自律型無人車両Bに対する操縦情報に基づいて、ステアリング用アクチュエータ22及びブレーキ/アクセル用アクチュエータ23を駆動する機能を有している。
本実施形態においては、LRF32a,32bにより取得したレーザー光データと、走行用カメラ14,31により撮像した画像データの双方に基づき、走行領域内における走行可能エリアを抽出している。
なお、走行用カメラ14,31により撮像した画像データのみに基づき、また、LRF32により取得したレーザー光データのみに基づいて走行領域内における走行可能エリアを抽出するようにしてもよい。
本実施形態において示す「走行状態」は、半自律型無人車両Bの走行速度、操舵角及び傾き(水平面に対する)である。
これらのデータは、上記した車速パルス17、オドメトリ18及びバーチカルジャイロ16によって取得している。
安全距離:xs=xb+xdr+zc zc:追加距離(安全余裕)
安全距離は、半自律型無人車両Bから障害物までの距離のことである。
制動距離:xb=Br(v) 一般にxb∝v2
空走距離:xdr=vtd v:走行速度
空走時間:td=tds+tdc+tdt tds:センサ応答時間
tdc:コントローラ応答時間
tdt:通信遅延時間
安全性を重視した管理距離
v=vmax vmax:車両の最大速度
図5(A)は、操縦限界情報に含まれるアクセルの操縦角度範囲、(B)は、操縦限界情報に含まれるステアリングの操縦角度範囲を示す説明図である。
本実施形態においては、後述する遠隔操縦装置Cが有する遅延時間算出手段51aによって算出した遅延時間に応じた操縦限界情報α1,α2を生成している。
「操縦限界情報」は、後述するステアリングホイール56の操縦角度範囲と、アクセルペダル57の操縦角度範囲とを含んでいる。
なお、以下にはステアリングホイールを単にステアリング、また、アクセルペダルを単にアクセルという。
なお、40d,41dは、実際のアクセル,ステアリングの操縦角度に対応するインジケータである。
「操縦情報」は、少なくとも走行方向、走行速度及び半自律型無人車両Bの加減速データを含むものである。
<半自律型無人車両側の制御フローチャート>
ステップ1(図中、「S1」と略記する。以下、同様。):各部の初期化処理を行ってステップ2に進む。
ステップ3:終了コマンドを受信したか否かを判定し、終了コマンドを受信すればステップ10に進んで、そうでなければステップ4に進む。
すなわち、測距部33により取得した測距データに基づいて、環境地図を作成する機能(この機能を「地図作成手段」という。)を有しており、LRF32a,32bにより取得したレーザー光データに基づいて環境地図を作成し、その環境地図に基づいて走行領域を認識するとともに、走行可能エリアを抽出している。
なお、作成した環境地図は、自律走行制御コンピュータ10内のメモリ(図示しない)に順次記憶されていくようになっている。
ステップ6:操縦情報に含まれる角度となるようにステアリング,アクセルをアクチュエータで駆動する。
ステップ7:半自律型無人車両Bの走行状態を取得して、ステップ8に進む。
ステップ8:走行のための操縦限界情報α1,α2を生成する。
ステップ9:操縦限界情報α1,α2及び認識結果を重畳した画像を、遠隔操縦装置Cに向けて送信する。
ステップ10:終了処理を行う。
本実施形態において示す遠隔操縦装置Cは、装置本体50上にディスプレイ60を配設した外観構成になっている。
操縦者Qは、基台62に配設された椅子64に腰掛けた状態で、ステアリング56とアクセル57の操縦を行えるようにしている。
本実施形態において示すステアリング加重機構54は、ステアリング56の上記した操縦警戒角度範囲40b,41bにおいて、そのステアリング56の操縦力を増減加重するものであり、本実施形態においては、アクチュエータ54aを有する構成になっている。
アクセル加重機構55は、アクセル57の操縦力を加重するものであり、図9に示す仮想バネの挙動を示すようにしている。
(6)半自律型無人車両Bと遠隔操縦装置Cとの間における通信遅延時間を算出する機能。この機能を「遅延時間算出手段51a」という。
本実施形態においては、半自律型無人車両Bと遠隔操縦装置Cの間において、pingの要領でデータの往復時間を推定している。
また、半自律型無人車両Bと遠隔操縦装置C双方にGPSを搭載しておき、そのGPSを用いて双方のコンピュータによって精度の高い時刻同期を行い、受信したデータのタイムスタンプに基づいて遅延時間を推定するようにしてもよい。
具体的には、ステアリング56の操縦角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
具体的には、アクセル57の踏込み角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
本実施形態においては、図7(B)に示すように、上記の操縦限界情報を走行可能エリア(図示しない)等に透過重畳表示させているが、これに限るものではなく、走行可能エリア等の側方に表示させるようにしてもよい。
この機能については、以下の図11において詳細に説明する。
ステップ2:半自律型無人車両Bから送信された車両情報(速度等)、操縦限界情報α1,α2及びコマンドを受信して、ステップ3に進む。
ステップ3:通信遅延時間を算出して、ステップ4に進む。
なお、以下にはステアリング56の操縦力を増減加重する場合について説明するが、アクセル57の操縦力についても、同様にして増減加重するようにしているので、本実施形態においては、アクセル57の操縦力の増減加重についての説明を省略する。
τ=0 θi<θa
τ=K(θ−θa) θa<θi<θd
τ=τmax θi<θd
k:回転バネ定数
θi:ステアリング角度
θa:警戒角度
(走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる(加速する)と半自律型無人車両Bが不安定になるステアリング角度・加速度)
θd:危険角度
(走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる(加速する)と半自律型無人車両Bが危険になるステアリング角度・加速度)
θ0:指令角度
ステップ6b:操縦入力角度θiと指令角度θ0とを比較して、θi<θaの場合にはステップ6cに、θa<θi<θdの場合にはステップ6dに、また、θi<θdの場合にはステップ6eに進む。
ステップ6e:ステアリング56の操縦力τをτmaxにして、ステップ6fに進む。なお、τmaxは予め設定した操縦力である。
上記したステップ6b〜6fの制御は、遠隔操縦装置Cにおけるステアリング56の操縦力を制御する一連の処理である。
ステップ6h:指令角度θ0をステアリング角度θiとしてステップ6jに進む。
ステップ6j:半自律型無人車両B側のステアリング25の操縦情報(指令角度θ0)を出力して、ステップ6bに戻る。
本実施形態においては、操作盤63に許否設定スイッチ65(図8参照)を配設するとともに、その許否設定スイッチ65のオン/オフを判定するスイッチ状態判定手段51fと、当該許否設定スイッチ65がオンであると判定したときには、ステアリング操縦禁止手段51gが、ステアリング56の危険角度範囲以上の操縦を禁止するようにしている。
具体的には、次のとおりである。
ステップ6b′:ステアリング角度θiと警戒角度θaとを比較して、θi>θaの場合にはステップ6d′に進み、θi<θaの場合にはステップ6c′に進む。
ステップ6d′:許否設定スイッチ65のオン/オフを判定し、その許否設定スイッチ65がオンであると判定されればステップ6f′に進み、そうでなければステップ6e′に進む。
すなわち、図13に示すように、許否設定スイッチ65がオフのときには、(ア)で示すように警戒角度θaに出力が制限されるのである。
ステアリング角度θiが危険角度θdに達しないときには、ステアリング56に作用する加重が増加しながらも操縦可能になっている。換言すると、ステアリング56の操縦角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
すなわち、図13に示すように、許否設定スイッチ65がオンのときには、(イ)で示すように危険角度θdに出力が制限されるのである。
ステップ6h′:ステアリング56のステアリング角度θ0を半自律型無人車両Bに向けて出力する。
・上述した実施形態においては、ステアリング角度θiを、θi<θa、θa<θi<θd、及びθi<θd等に区分して、それぞれ対応する加重を加える例についてしたが、これに限るものではなく、例えば一定の角度毎に、これ対応する加重を加えるようにしてもよい。
車速パルスの補完として、車両の速度(積分して)/車両の傾き(重力を検出して)を測定するための加速度センサ、車両の速度を算出するためのタコメータを設けた構成にしてもよい。
・バーチカルジャイロの補完として、車両の傾き(水平面に対する)を検出するための傾斜角センサを配設してもよい。
10b 走行状態取得手段
33 測距部
40c,41c 操縦危険角度範囲
51a 遅延時間算出手段
51b ステアリング増減加重手段
51c アクセル増減加重手段
51d 操縦限界情報表示手段
51e 操縦情報生成手段
51f 操縦情報送信手段
51g ステアリング操縦禁止手段
54 ステアリング加重機構
55 アクセル加重機構
56 ステアリングホイール
57 アクセルペダル
60 表示部(ディスプレイ)
B 半自律型無人車両
C 遠隔操縦装置
D 走行機構
α1,α2 操縦限界情報
Claims (9)
- 走行領域内の測距データを取得するための測距部、その走行領域の画像を撮像するための撮像部及び走行するための走行機構を有し、取得した測距データに基づく自律走行を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報による遠隔操縦を行う半自律型車両と、上記撮像部によって撮像した画像を表示する表示部、及びその表示部に表示された画像に基づいて半自律型無人車両を遠隔操縦するための操縦情報を送信し、かつ、半自律型無人車両を遠隔操縦するためのステアリングを備えた遠隔操縦装置とを、電気通信回線を通じて接続可能な半自律型無人車両の遠隔操縦システムであって、
測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、
半自律型無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す走行状態が不安定になるステアリングの操縦警戒角度範囲及び半自律型無人車両の走行状態が危険になるステアリングの操縦危険角度範囲を含む操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段と、
遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して半自律型無人車両を走行させる自律走行手段とを半自律型無人車両に設けたこと、
生成した操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、
操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴とする半自律型無人車両の遠隔操縦システム。 - ステアリングの操縦警戒角度範囲において、ステアリングの操縦力を加重するステアリング加重機構を設けていることを特徴とする請求項1に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
- ステアリングの操縦警戒角度に応じ、ステアリング加重機構によってステアリングの操縦力を増減加重するステアリング増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項2に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
- 遠隔操縦装置には、半自律型無人車両を操縦するためのアクセルが配設されており、
操縦限界情報は、走行のための操縦限界を示す走行状態が不安定になるアクセルの操縦警戒角度範囲及び半自律型無人車両の走行状態が危険になるアクセルの操縦危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。 - 走行領域内の測距データを取得するための測距部、その走行領域の画像を撮像するための撮像部及び走行するための走行機構を有し、取得した測距データに基づく自律走行を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報による遠隔操縦を行う半自律型車両と、上記撮像部によって撮像した画像を表示する表示部、及びその表示部に表示された画像に基づいて半自律型無人車両を遠隔操縦するための操縦情報を送信し、かつ、半自律型無人車両を遠隔操縦するためのアクセルを備えた遠隔操縦装置とを、電気通信回線を通じて接続可能な半自律型無人車両の遠隔操縦システムであって、
測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、
半自律型無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す走行状態が不安定になるアクセルの操縦警戒角度範囲及び半自律型無人車両の走行状態が危険になるアクセルの操縦危険角度範囲を含む操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段と、
遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して半自律型無人車両を走行させる自律走行手段とを半自律型無人車両に設けたこと、
生成した操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、
操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴とする半自律型無人車両の遠隔操縦システム。 - アクセルの操縦警戒角度範囲において、アクセルの操縦力を加重するアクセル加重機構を設けていることを特徴とする請求項5に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
- アクセルの操縦警戒角度に応じて、アクセル加重機構によってアクセルの操縦力を増減加重するアクセル増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項6に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
- 許否設定スイッチと、
許否設定スイッチのオン/オフを判定するスイッチ状態判定手段と、
その許否設定スイッチがオンであると判定したときには、ステアリングの危険角度範囲以上の操縦を禁止するステアリング操縦禁止手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。 - 電気通信回線を通じた半自律型無人車両と遠隔操縦装置との通信遅延時間を算出する遅延時間算出手段が設けられており、
操縦限界情報生成手段は、算出した遅延時間に応じた操縦限界情報を生成することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
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