JP5666327B2 - 無人移動体及び無人移動体の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自律移動可能な無人移動体に関わり、特に、舗装道路に限らず、未舗装道路や整備されていない道路がある環境下で且つこれらの道路に関する情報が一切得られない状況下において自律移動する無人移動体及び無人移動体の制御方法に関するものである。

従来、上記したような自律移動可能な無人移動体に類するものとして、例えば、特許文献１に記載された自律走行体の走行制御方法がある。

この自律走行体の走行制御方法は、自律走行体に搭載される撮像装置によって撮像された画像を複数の領域に分割して、各分割領域ごとに、求めた分割領域内の特徴量と所定の閾値とを比較して追従対象領域を抽出し、この追従対象領域上に注視点を設定し、それに向かうための自律走行体の操舵角を算出し、その操舵角によって自律走行体を操舵制御するようになっている。

特開2002-132343号

ところが、上記した自律走行体の走行制御方法によれば、複数の領域に分割された画像の特徴量と所定の閾値とを比較することで追従対象領域を抽出するため、分岐路を認識することができず、交差点を右左折させることができないという問題があり、これら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、上記した従来の課題に着目してなされたもので、舗装道路のみならず、未舗装道路や整備されていない道路がある環境下であって、これらの道路や交差点に関する事前情報が一切得られない状況下において、曲がり道や交差点を道なりに滑らかに走行させることができ、交差点における右左折も曲折の指示を出すだけでスムーズに行わせることが可能であり、その結果、上記道路環境下における無人移動体の高速走行を実現することができる無人移動体及び無人移動体の制御方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、自律走行可能とした無人移動体であって、自律して走行させるための走行機構と、進行方向の地形の凹凸の情報を取得する外界計測部と、自己位置及び方位を取得する自己位置データ取得部と、前記外界計測部で得た進行方向の地形の凹凸の情報に基づいて、走行可能域，走行不能域及び未計測域の判定処理を行うデータ解析部と、前記データ解析部での判定結果に基づいて走行可能域，走行不能域及び未計測域を含む局所地図を作成する局所地図作成手段と、前記局所地図作成手段で作成した局所地図上において、前記自己位置データ取得部で取得した自己位置データから進行方向で且つ機軸を中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線を展開させて、走行可能域から未計測域に伸びる円弧状探索線が存在する範囲を扇状走行可能域として抽出すると共に、前記自己位置データ取得部で取得した自己位置データから進行方向に複数の直線状探索線を放射状に展開させて、直線状走行可能域を抽出して、走行可能域地図を生成する走行可能域地図生成手段と、前記走行可能域地図生成手段で生成した走行可能域地図に基づいて、道なり方向，分岐路の位置，分岐路の数，道幅及び曲率の情報を認識する道情報認識手段と、前記道情報認識手段で認識した道情報に基づいて、走行経路を生成する走行経路生成手段と、前記道情報認識手段で認識した道情報に基づいて、交差点を曲がる段階における交差点旋回経路を生成する交差点旋回経路生成手段を備え、前記走行経路生成手段で生成された走行経路と、前記交差点旋回経路生成手段で生成された交差点旋回経路と、前記自己位置データ取得部で取得した自己位置データとに基づいて前記走行機構を動作させて自律して走行する構成としたことを特徴としており、この無人移動体の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る無人移動体において、前記道情報認識手段は、前記扇状走行可能域が複数認められる交差点において、前記複数の扇状走行可能域毎に、各々の両端に位置する円弧状探索線間の中央を通過する円弧状探索線を該扇状走行可能域の代表円弧として定めた後、この代表円弧を前記走行不能域に触れるまで両側に平行移動させて、前記走行不能域にそれぞれ触れる一方の路端円弧及び他方の路端円弧の間隔を道幅とする走行路を設定し、これらの複数の走行路毎に、前記道幅の中央を走行路中央線として定めて、この走行路中央線の曲率及び指向方向を該走行路の曲率及び道なり方向として設定する構成としている。

さらに、本発明の請求項３に係る無人移動体において、前記道情報認識手段は、走行不能域に達した前記直線状探索線のうちの互いに隣接する直線状探索線の各々の障害到達点の間隔が閾値を越える場合をギャップ有りとしてこれらの障害到達点を結ぶ障害到達線を分岐路候補としてホールドし、前記無人移動体の自己位置における道幅の中央から、該道幅の中央を中心とし且つ前記走行不能域に２点以上で接する内接円を進行方向に向けて一定間隔で順次描き入れて、前記内接円の各中心を結ぶラインが前記分岐路候補である前記障害到達線を通過しない分岐路を交差点として認識し、前記障害到達点のうちの前記無人移動体の自己位置から遠い方の遠到達点に続く走行不能域の境界に基づいて分岐路の道なりラインを設定して、すべての道なりライン毎に道幅、分岐路の長さ及び分岐路の方向を算出する構成としている。

さらにまた、本発明の請求項４に係る無人移動体において、前記走行経路生成手段は、前記道情報認識手段で複数の走行路毎に設定した各々の道幅，曲率及び道なり方向に基づいて、該複数の走行路の中から現在走行中の走行路と最も連なり易い走行路を道なり走行路として抽出する構成としている。

さらにまた、本発明の請求項５に係る無人移動体において、前記交差点旋回経路生成手段は、前記交差点において前記道なり走行路と分岐する他の走行路に向かわせる新規操舵指令を得た時点で、該他の走行路の走行路中央線における前記局所地図上の端部から機軸上に垂線をおろし、前記局所地図上で該垂線及び前記機軸の双方に内接する曲率半径一定の円弧を変更路として設定する構成としている。

さらにまた、本発明の請求項６に係る無人移動体において、前記局所地図作成手段は、未舗装道路において明瞭でない道端に点在する走行不能域を互いに連なる走行不能域に近似すると共に、走行可能域内で走行不能域として誤認識される孤立した走行不能域を除去して、局所地図を作成する構成としている。

一方、本発明の請求項７に係る発明は、自律走行可能とした無人移動体の制御方法であって、前記無人移動体の進行方向における地形の凹凸の情報を取得すると共に、該無人移動体の自己位置データを取得し、前記進行方向の地形の凹凸の情報に基づいて、走行可能域，走行不能域及び未計測域の判定処理を行った後、この判定結果に基づいて走行可能域，走行不能域及び未計測域を含む局所地図を作成し、次いで、この局所地図上において、前記無人移動体の自己位置データから進行方向で且つ機軸を中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線を展開させて、走行可能域から未計測域に伸びる円弧状探索線が存在する範囲を扇状走行可能域として抽出すると共に、前記無人移動体の自己位置データから進行方向に複数の直線状探索線を放射状に展開させて、直線状走行可能域を抽出して走行可能域地図を生成し、続いて、前記走行可能域地図から認識される道なり方向，分岐路の位置，分岐路の数，道幅及び曲率の各道情報に基づいて、走行経路を生成すると共に、交差点を曲がる段階では交差点旋回経路を生成し、前記走行経路と、前記交差点旋回経路と、前記無人移動体の自己位置データとに基づいて該無人移動体を走行させる構成としたことを特徴としており、この無人移動体の制御方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項８に係る無人移動体の制御方法において、前記扇状走行可能域が複数認められる交差点では、前記複数の扇状走行可能域毎に、各々の両端に位置する円弧状探索線間の中央を通過する円弧状探索線を該扇状走行可能域の代表円弧として定めた後、この代表円弧を前記走行不能域に触れるまで両側に平行移動させて、前記走行不能域にそれぞれ触れる一方の路端円弧及び他方の路端円弧の間隔を道幅とする走行路を設定し、これらの複数の走行路毎に、前記道幅の中央を走行路中央線として定めて、この走行路中央線の曲率及び指向方向を該走行路の曲率及び道なり方向として設定する構成としている。

さらに、本発明の請求項９に係る無人移動体の制御方法において、前記走行不能域に達した前記直線状探索線のうちの互いに隣接する直線状探索線の各々の障害到達点の間隔が閾値を越える場合をギャップ有りとしてこれらの障害到達点を結ぶ障害到達線を分岐路候補としてホールドし、前記無人移動体の自己位置における道幅の中央から、該道幅の中央を中心とし且つ前記走行不能域に２点以上で接する内接円を進行方向に向けて一定間隔で順次描き入れて、前記内接円の各中心を結ぶラインが前記分岐路候補である前記障害到達線を通過しない分岐路を交差点として認識し、前記障害到達点のうちの前記無人移動体の自己位置から遠い方の遠到達点に続く走行不能域の境界に基づいて分岐路の道なりラインを設定して、すべての道なりライン毎に道幅、分岐路の長さ及び分岐路の方向を算出する構成としている。

さらにまた、本発明の請求項１０に係る無人移動体の制御方法において、前記複数の走行路毎に設定した各々の道幅，曲率及び指向方向に基づいて、該複数の走行路の中から前記無人移動体が走行中の走行路と最も連なり易い走行路を道なり走行路として抽出する構成としている。

さらにまた、本発明の請求項１１に係る無人移動体の制御方法は、前記交差点において前記道なり走行路と分岐する他の走行路に前記無人移動体を向かわせる新規操舵指令を得た時点で、前記無人移動体を向かわせようとする前記他の走行路の走行路中央線における前記局所地図上の端部から機軸上に垂線をおろし、前記局所地図上で該垂線及び前記無人移動体の機軸の双方に内接する曲率半径一定の円弧を変更路として設定する構成としている。

さらにまた、本発明の請求項１２に係る無人移動体の制御方法は、未舗装道路において明瞭でない道端に点在する走行不能域を互いに連なる走行不能域に近似すると共に、走行可能域内で走行不能域として誤認識される孤立した走行不能域を除去して、局所地図を作成する構成としている。

本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法は、道路がある環境下において用いるものであり、舗装道路、未舗装道路及び路肩が十分に整備されていないような道路のいずれの道路がある環境下にも適用可能である。

本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法において、無人移動体の進行方向における地形の凹凸の情報を取得する外界計測部としては、例えば、水平ラインスキャンタイプの１軸レーザレンジファインダが少なくとも一組あれば事足りるが、断面的な勾配データしか得ることができないデメリットを補うべく、ステレオカメラを使用したり、車高（約２０ｃｍ）以上の起立障害物を検出するレーザレンジファインダを使用したりすることが望ましい。
そして、走行路を作成するうえで必要な刻々変化する自己位置及び方位を求める手段としては、例えば、ＧＰＳや、ＩＭＵ（慣性計測装置）やデッドレコニングを用いることができる。

また、本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法において、走行中の無人移動体がスムーズに走行を継続し得る走行路は、無人移動体の自己位置の進行方向にある走行可能域から未計測域に至る車幅以上の幅を有する領域であるとの判断に基づいて、このような走行可能域から未計測域に至る車幅以上の幅を有する領域の探索を行う。
具体的には、局所地図上において、無人移動体の自己位置から進行方向で且つ機軸を中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線を展開させて、走行可能域から未計測域に伸びる円弧状探索線が存在する範囲を扇状走行可能域として認識する、或いは、自己位置データ取得部で取得した自己位置データから進行方向に複数の直線状探索線を放射状に展開させて、直線状走行可能域を抽出する。

ここで、走行域が扇状を成しているのは現実的でないので、扇状走行可能域を車幅以上の幅を有する走行路に変換する必要がある。
本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法において、例えば、扇状走行可能域が複数認められた場合、このエリアを交差点と見なして、複数の扇状走行可能域毎に、各々の両端に位置する円弧状探索線間の中央を通過する円弧状探索線を該扇状走行可能域の代表円弧として定め、この代表円弧を両側にそれぞれ走行不能域に触れるまで平行移動させて、走行路を設定するようにしている。つまり、走行不能域に触れた一方の路端円弧及び他方の路端円弧の間隔が走行路の道幅となる。

そして、走行中の無人移動体がスムーズに走行を継続し得る走行路は、無人移動体が現在走行中の走行路と無理なく連続するであろうという視点に立ち、本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法では、複数の走行路毎に定めた道幅中央に位置する走行路中央線の曲率及び指向方向を該走行路の曲率及び道なり方向として設定し、各々の道幅，曲率及び道なり方向に基づいて、これらの走行路の中から、現在走行中の走行路と最も連なり易い走行路を道なり走行路として抽出して、この道なり走行路に無人移動体が向かうように制御する。

上記した扇状走行可能域抽出の時点において、無人移動体の自己位置の進行方向にＴ字路やこのＴ字路に近いＹ字路が存在している場合には、無人移動体の自己位置から展開させる複数の円弧状探索線がすべて道路の境界に到達してしまい、走行可能域地図を作成することができなくなることが起こり得る。

このような場合に備えて、本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法では、局所地図上において、進行方向に複数の直線状探索線を放射状に展開させて、直線状走行可能域を抽出した後に、交差点探索を行う。
すなわち、走行不能域に達した直線状探索線のなかで、隣接する直線状探索線の各々の障害到達点の間隔が閾値を越える場合はこれらの障害到達点を結ぶ障害物到達線を分岐路候補としてホールドし、必要に応じて未計測域に達する直線状探索線のなかで、最も両端に位置する直線状探索線の間隔が閾値を越える場合もこれらの未計測到達点を結ぶ未計測到達線を分岐路候補としてホールドする。

この際、無人移動体の自己位置における道幅の中央から、道幅の中央を中心とし且つ走行不能域に２点以上で接する内接円を進行方向に向けて一定間隔で順次フィットさせていき、内接円の各中心を結ぶラインが分岐路候補である障害到達線を通過しない分岐路を交差点として認識し、内接円が接する障害到達線がない場合は袋小路として認識する。
そして、障害到達点のうちの無人移動体から遠い遠到達点に続く走行不能域の境界に基づいて分岐路の道なりラインを設定して、すべての道なりライン毎に道幅、分岐路の長さ及び分岐路の方向を算出する。

一方、交差点において、道なり走行路に無人移動体を向かわせるのではなく、道なり走行路から分岐する他の走行路に無人移動体を向かわせる場合において、無人移動体は、オペレータからの新規操舵指令（方向指令）を得て行動する。すなわち、他の走行路の走行路中央線における局所地図上の端部から無人移動体の機軸に垂線をおろして、局所地図上で該垂線及び無人移動体の機軸の双方に内接する曲率半径一定の円弧を変更路として設定し、この変更路に沿って無人移動体は走行する。

ここで、無人移動体の走行中に複数の走行不能域を検出した時点において、まず、通常道路上には孤立した障害物はなく、例え孤立した障害物を検出したとしてもそれは葦などの背丈のある植物等であって踏み倒すことが可能な障害物であるとの判断、及び、連なる走行不能域は道路の境界である（未舗装道路の明瞭でない道端の走行不能域は点在することが多い）との判断に基づいて、本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法において、複数の走行不能域が疎に点在する場合には、これらの走行不能域を除去する処理、例えば、ハフ変換、或いは大きさに基づいて走行不能域を除去する処理を施し、一方、複数の走行不能域が比較的密に点在する場合には、これらの走行不能域を互いに連なる走行不能域に近似する処理、例えば、ハフ変換、或いは最小自乗曲線近似により、連なる走行不能域に近似する処理を施す。

本発明に係る無人移動体及び無人移動体の制御方法において、オペレータから特に指示がない場合には、それまで走行してきた走行路に継続し易い道なり走行路が、進行方向の地形の凹凸の情報に基づいて局所地図上で抽出されるので、無人移動体は滑らかに自律走行することとなる。

一方、交差点において、道なり走行路と分岐する他の走行路へ無人移動体を向かわせる場合には、交差点進入時にオペレータが新規操舵指令（方向指令）を出すと、無人移動体がこの指令に従った他の走行路への変更路を設定するので、無人移動体は道なり走行路を走行するのと同様に、変更路を介して円滑に他の走行路へ進行することとなる。

本発明の請求項１に係る無人移動体及び請求項７に係る無人移動体の制御方法では、上記した構成としているので、舗装道路や未舗装道路や整備されていない道路がある環境下で且つこれらの道路や交差点に関する事前情報が一切得られない状況下で、自律移動可能な無人移動体を遠隔操縦するに際して、曲がり道や交差点を道なりに円滑に走行させることが可能であり、交差点での右左折も曲折の指示を出すだけでスムーズに行わせることができ、したがって、上記した道路環境下における無人移動体の高速走行を実現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１に係る無人移動体及び請求項７に係る無人移動体の制御方法では、曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線を展開させて、走行可能域から未計測域に伸びる円弧状探索線が存在する範囲を扇状走行可能域として認識するようにしているので、道が曲がっている場合において、道なりのイメージを確実に認識することが可能であり、加えて、直線状走行可能域も抽出することができるという非常に優れた効果がもたらされる。

さらに、本発明の請求項２に係る無人移動体及び請求項８に係る無人移動体の制御方法では、上記した構成としているので、扇状走行可能域が複数認められる交差点において、複数の扇状走行可能域毎に、車幅以上の道幅を有する走行路を設定することができる。

さらにまた、本発明の請求項３に係る無人移動体及び請求項９に係る無人移動体の制御方法では、上記した構成としているので、Ｔ字路やこのＴ字路に近いＹ字路が存在している場合であったとしても、分岐路の位置や道幅や方向などといった情報を正しく認識することが可能である。

さらにまた、本発明の請求項４に係る無人移動体及び請求項１０に係る無人移動体の制御方法では、上記した構成としているので、現在走行中の走行路と最も連なり易い道なり走行路を抽出することができる。

さらにまた、本発明の請求項５に係る無人移動体及び請求項１１に係る無人移動体の制御方法では、上記した構成としているので、交差点において道なり走行路と分岐する他の走行路に向かわせる新規操舵指令を得た場合であったとしても、変更路を介して他の走行路に円滑に向かわせることができる。

さらにまた、本発明の請求項６に係る無人移動体及び請求項１２に係る無人移動体の制御方法では、上記した構成としているので、例えば、道端がはっきりしない未舗装道路を走行している際に、道路上や道端に複数の走行不能域を検出した時点において、道路上の孤立する走行不能域を無視しつつ、連なる走行不能域を道路の境界として捉えて、未舗装道路を円滑に走行させることができる。

本発明の一実施例による無人移動体としての半自律走行車の概略構成説明図である。 図１における無人移動体の制御機器の接続ブロック図である。 図１における無人移動体の制御方法の動作フローチャートである。 図３の動作フローチャートにおける各ステップに対応した処理要領説明図（ａ），（ｂ）である。 図３の動作フローチャートにおける各ステップに対応した処理要領説明図（ａ），（ｂ）である。 図３の動作フローチャートにおける各ステップに対応した処理要領説明図（ａ），（ｂ）である。 図３の動作フローチャートにおける各ステップに対応した処理要領説明図（ａ），（ｂ）である。 図３の動作フローチャートにおける各ステップに対応した処理要領説明図（ａ），（ｂ）である。 図３の動作フローチャートにおける各ステップに対応した処理要領説明図（ａ），（ｂ）である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜図９は、本発明の一実施例による無人移動体及び無人移動体の制御方法を示しており、この無人移動体の制御方法は、遠隔操縦装置で、無人移動体の移動をコントロールするのに用いられるものとなっている。

この実施例において、無人移動体は、自律して走行可能な半自律走行車Ａであり、図１及び図２に示すように、車両制御用コンピュータ１０及びこの車両制御用コンピュータ１０とＬＡＮ１１を介して接続される自律走行用コンピュータ３０によって制御されるようになっている。

車両制御用コンピュータ１０の入力側には、アンテナ１２と接続する無線ＬＡＮ１３及び遠隔操縦用カメラ１４が入出力回路１５を介して接続されていると共に、自己位置データ取得部としてのＧＰＳ１６と、姿勢制御用のバーチカルジャイロ１７と、移動速度測定用の車速パルス１８がシリアル回線を介して接続されている。

また、車両制御用コンピュータ１０の出力側には、モータドライバ２１を介して操舵用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３が接続されており、モータドライバ２１とアクチュエータ２２，２３と車輪２４とで走行機構２０を構成している。

車両制御用コンピュータ１０は、ＧＰＳ１６やバーチカルジャイロ１７で取得した各種情報をＬＡＮ１１，無線ＬＡＮ１３及びアンテナ１２を介して図示しない遠隔操縦装置に送信する機能を有していると共に、この遠隔操縦装置から送信される操作情報に基づいて、モータドライバ２１を介して操舵用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を作動、停止させる機能を有している。

一方、自律走行用コンピュータ３０の入力側には、進行方向における地形の凹凸の近距離情報取得に適した外界計測部を構成するレーザセンサ（レーザレンジファインダ）３１と、遠距離で且つ広角情報取得に適した自律走行用のステレオカメラ３２と、車高（約２０ｃｍ）以上の起立した障害物を検出する障害物用レーザセンサ３３が接続されており、この自律走行用コンピュータ３０は、ＬＡＮ１１を介して、レーザセンサ３１やステレオカメラ３２や障害物用レーザセンサ３３で取得した測距データを遠隔操縦装置に送信する機能を有している。

図示しない遠隔操縦装置は、半自律走行車Ａの遠隔操縦用カメラ１４で得た画像を映し出すディスプレーと、遠隔操作部と、車両制御用コンピュータ１０及び自律走行用コンピュータ３０とＬＡＮ１１を介してデータのやり取りをする制御部を具備しており、遠隔操作部は、周囲の状況を考慮しながら半自律走行車Ａに対して走行方向や走行速度を指示するものとなっている。

この場合、半自律走行車Ａに搭載された上記車両制御用コンピュータ１０は、外界計測部であるレーザセンサ３１やステレオカメラ３２や障害物用レーザセンサ３３で取得した測距データに基づいて、走行可能域，走行不能域及び未計測域の判定処理を行うデータ解析部１０Ａと、このデータ解析部１０Ａでの判定結果に基づいて走行可能域，走行不能域及び未計測域を含む局所地図を作成する局所地図作成手段１０Ｂと、この局所地図作成手段１０Ｂで作成した局所地図に基づいて、上記ＧＰＳ１６等の自己位置データ取得部で取得した自己位置から連続する走行可能域を抽出して、走行可能域地図を作成する走行可能域地図生成手段１０Ｃと、この走行可能域地図生成手段１０Ｃで作成した走行可能域地図に基づいて、道なり方向，分岐路の位置，分岐路の数，道幅及び曲率の情報を認識する道情報認識手段１０Ｄと、この道情報認識手段１０Ｄで認識した道情報に基づいて、走行経路を作成する走行経路生成手段１０Ｅを備えており、この作成した走行可能域地図内の走行路及び走行速度に従って、走行機構であるモータドライバ２１を介して操舵用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を作動させるようになっている。

上記車両制御用コンピュータ１０において、例えば、半自律走行車Ａの走行中に、オペレータから特に指示がない場合には、上記走行可能域地図上で抽出される走行路に沿って走行させるべく制御するようになっている。

ここで、半自律走行車Ａに搭載された上記車両制御用コンピュータ１０は、道情報認識手段１０Ｄで認識した道情報に基づいて、交差点を曲がる際の交差点旋回経路を作成する交差点旋回経路生成手段１０Ｆを備えており、交差点で右左折させる指示がオペレータから出された場合には、走行可能域地図上で交差点旋回経路生成手段１０Ｆにより作成される変更路を介して他の走行路へ進行させるべく制御するようになっている。

そこで、上記車両制御用コンピュータ１０による制御要領を具体的に説明する。図３に示すように、ステップＳ１，Ｓ２において半自律走行車Ａの走行中にレーザセンサ３１等の外界計測部で取得した地形データ（測距データ）に基づいて作成された局所地図内に、複数の走行不能域ＮＧが存在する場合、まず、通常道路上には孤立した障害物はなく、例え孤立した障害物を検出したとしてもそれは葦などの背丈のある植物等であって踏み倒すことが可能な障害物であるとの観点、及び、連なる走行不能域ＮＧは道路の境界であるとの観点から、ステップＳ３において上記複数の走行不能域ＮＧを除去する処理、例えば、ハフ変換、或いは大きさに基づいて走行不能域を除去する処理を施して、図４（ａ）に示す疎に点在する走行不能域ＮＧ１，ＮＧ２は除去し、連なる走行不能域ＮＧのみを残す。

次いで、走行中の半自律走行車Ａがスムーズに走行を継続し得る走行路は、半自律走行車Ａの自己位置の進行方向にある走行可能域Ｇから未計測域ＮＭに至る車幅以上の幅を有する領域であるとの観点から、ステップＳ４，Ｓ５において走行可能域地図生成手段１０Ｃにより走行可能域Ｇから未計測域ＮＭに至る車幅以上の幅を有する領域の探索を行うようにしている。
具体的には、図４（ｂ）に示すように、局所地図作成手段１０Ｂで作成した局所地図上において、上記ＧＰＳ１６等の自己位置データ取得部で取得した（ステップＳ５）半自律走行車Ａの自己位置から進行方向で且つ機軸Ｌを中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線ａｒｃを展開させて、走行可能域Ｇから未計測域ＮＭに伸びる円弧状探索線ａｒｃが存在する範囲を扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３として認識して走行可能域地図を作成する（ステップＳ４）。

この際、半自律走行車Ａの自己位置から連なる走行不能域ＮＧまでは、円弧状探索線ａｒｃを展開し得ないので走行可能域として認識されることがなく、無駄な空白域Ｚが生じることになる。
そこで、上記のように扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３を認識するのに続いて、図５（ａ）に示すように、ステップＳ６において半自律走行車Ａの自己位置よりも進行方向に所定距離（例えば障害物用レーザセンサ３３における障害物検出レンジの半分程度）だけずらせた位置Ａ’から再度進行方向で且つ機軸Ｌを中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線ａｒｃを展開させ、走行可能域Ｇから未計測域ＮＭに伸びる円弧状探索線ａｒｃが存在する範囲を扇状走行可能域ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’として認識し直すことで、上記空白域Ｚを減らして走行域を拡大する。

ここで、走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’が扇状を成しているのは現実的でないので、これらの扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’を車幅以上の幅を有する走行路に変換する必要がある。
上記したように、扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’が複数認められた場合、図５（ｂ）に示すように、ステップＳ７において道情報認識手段１０Ｄによってこのエリアを交差点Ｃと見なすのにつづいて、ステップＳ８において複数の扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’（図５（ｂ）では扇状走行可能域ＳＧ２’のみ示す）毎に、各々の両端に位置する円弧状探索線ａｒｃ間の中央を通過する円弧状探索線ａｒｃを該扇状走行可能域ＳＧ２’の代表円弧Ａｒｃとして定める。

次に、図６（ａ）に示すように、ステップＳ９において道情報認識手段１０Ｄによって代表円弧Ａｒｃを両側にそれぞれ走行不能域ＮＧに触れるまで平行移動させて、走行路Ｒｏを設定する。つまり、走行不能域ＮＧに触れた一方の路端円弧Ｒａｒｃ及び他方の路端円弧Ｌａｒｃの間隔が走行路Ｒｏの道幅ｄとなり、代表円弧Ａｒｃの曲率及び指向方向が走行路Ｒｏの曲率及び道なり方向となる。

このとき、ステップＳ１０において複数の扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’毎に求めた道幅ｄ，曲率及び道なり方向が互いに一致するとみなせる場合には、同一の走行路であるとみなす。

そして、走行中の半自律走行車Ａがスムーズに走行を継続し得る走行路Ｒｏは、半自律走行車Ａが現在走行中の走行路と無理なく連続するであろうという視点に立ち、走行経路生成手段１０Ｅでは、複数の走行路Ｒｏ毎に定めた道幅中央に位置する走行路中央線ＣＬの曲率及び指向方向を該走行路Ｒｏの曲率及び道なり方向として設定し、ステップＳ１１において各々の道幅，曲率及び道なり方向に基づいて、これらの走行路Ｒｏの中から、現在走行中の走行路と最も連なり易い道なり方向Ｐの走行路Ｒｏを道なり走行路Ｒとして生成して、この道なり走行路Ｒに半自律走行車Ａが向かうように制御する。

一方、交差点Ｃにおいて、道なり走行路Ｒに半自律走行車Ａを向かわせるのではなく、道なり走行路Ｒと分岐する他の走行路に半自律走行車Ａを向かわせる場合には、半自律走行車Ａの車両制御用コンピュータ１０に対してオペレータが新規操舵指令（方向指令）を出力する。

上記車両制御用コンピュータ１０の交差点旋回経路生成手段１０Ｆでは、図６（ｂ）に示すように、ステップＳ１２において道なり走行路Ｒと分岐する他の走行路Ｒｌの走行路中央線ＣＬ’における局所地図上の端部から半自律走行車Ａの機軸Ｌに重なっている走行路中央線ＣＬ上に垂線ＶＬをおろし、局所地図上で該垂線ＶＬ及び走行路中央線ＣＬの双方に内接する曲率半径一定の円弧、及び、この円弧の走行路中央線ＣＬへの接点Ｄと半自律走行車Ａと繋ぐ直線を変更路Ｒｃとして設定して、半自律走行車Ａがこの変更路Ｒｃに沿って走行するように制御する。

ここで、上記ステップＳ４の扇状走行可能域抽出の時点において、半自律走行車Ａの自己位置の進行方向にＴ字路やこのＴ字路に近いＹ字路が存在している場合には、半自律走行車Ａの自己位置から展開させる複数の円弧状探索線ａｒｃがすべて道路の境界に到達してしまい、走行可能域地図を作成することができなくなることが起こり得る。

このような場合に備えて、上記車両制御用コンピュータ１０では、上記ステップＳ３からステップＳ１３に進み、局所地図作成手段１０Ｂで作成した局所地図上において、図７（ａ）に示すように、走行可能域地図生成手段１０Ｃにより進行方向に複数の直線状探索線Ｓｔｒを放射状に展開させて、直線状走行可能域Ｔを抽出した後、ステップＳ１４において交差点探索を行う。

具体的には、図７（ｂ）に示すように、走行不能域ＮＧに達した直線状探索線Ｓｔｒのうちの互いに隣接する直線状探索線Ｓｔｒの各々の障害到達点ｈ，ｈの間隔ｉが閾値を越える場合をギャップ有りとしてこの障害到達点ｈ，ｈ間を分岐路候補としてホールドし、一方、未計測域ＮＭに達する直線状探索線Ｓｔｒのうちの最も両端に位置する直線状探索線Ｓｔｒの間隔ｊが閾値を越える場合もこれらの未計測到達点ｋ，ｋをホールドする。つまり、ステップＳ１４では、道情報認識手段１０Ｄによって、上記のようにホールドされる分岐路候補としての障害到達点ｈ，ｈ間や未計測到達点ｋ，ｋが複数ある場合を交差点であると認識し、ホールドされる障害到達点ｈ，ｈや未計測到達点ｋ，ｋがない場合を袋小路として認識する。

この際、図８（ａ）に示すように、ホールドされる障害到達点ｈ，ｈのうちの半自律走行車Ａの自己位置に近い走行不能域ＮＧに位置する障害到達点ｈを近到達点ｈｎとし、半自律走行車Ａの自己位置に遠い走行不能域ＮＧに位置する障害到達点ｈをその走行不能域ＮＧ上において上記近到達点ｈｎに最も接近させ得る地点を遠到達点ｈｆとする。また、未計測域ＮＭに到達する直線状探索線Ｓｔｒのうちの最も両端に位置する直線状探索線Ｓｔｒがそれぞれ隣接する走行不能域ＮＧ上の端点ｍ，ｍをホールドする。

次に、ステップＳ１５において、半自律走行車Ａの自己位置から、図８（ｂ）に示すように、それまで進んできた道なりのライン（道路のほぼ中央の二点鎖線）に直交する線分Ｂを描き、この線分Ｂ上の一点を中心Ｏとし且つ走行不能域ＮＧに２点以上で接する内接円Ｑを求め、この内接円Ｑの中心から進行方向に向けて一定間隔で且つ内接円Ｑの直径が最も大きくなるように半径を変化させつつ内接円Ｑを走行不能域ＮＧに順次フィットさせ、このようにして走行不能域ＮＧに順次フィットさせた内接円Ｑの中心Ｏを結んで道なりラインＰａ（図８（ｂ）に一点鎖線で示す）とする。そして、内接円Ｑが走行可能域の最も遠方の部位に達するまで、内接円Ｑのフィットを繰り返す。

次いで、ステップＳ１６において、障害到達点ｈｎ，ｈｆを結ぶ障害到達線Ｈや、端点ｍ，ｍを結ぶ未計測到達線Ｍを内接円Ｑの各中心を結ぶ道なりラインＰｓが通過しない場合は、この分岐路を交差点である（Ｙｅｓ）と判定してステップＳ１７に進んで分岐路の道なりを探索する。

ここで、障害到達点ｈｎ，ｈｆのうちの半自律走行車Ａの自己位置に近い近到達点ｈｎに続く走行不能域ＮＧの境界は、半自律走行車Ａのレーザセンサ３１等の外界計測部では計測し得ないことが多く、一方、障害到達点ｈｎ，ｈｆのうちの半自律走行車Ａの自己位置から遠い遠到達点ｈｆに続く走行不能域ＮＧの境界は、外界計測部により道のやや奥まった部位まで計測し得ることから、ステップＳ１７において、図９（ａ）に示すように、遠到達点ｈｆに続く走行不能域ＮＧの境界から障害到達線Ｈの半分の位置に探索点ｘを設定し、この探索点ｘを該境界に沿って未計測域ＮＭに至るまで複数設定し、これらの探索点ｘを結んで分岐路の道なりラインＰｂ（図９（ａ）に一点鎖線で示す）とする。

そして、上記ステップＳ９において、図９（ｂ）に示すように、ステップＳ１５で求めた道なりラインＰａ（ステップＳ１６において交差点でない（Ｎｏ）と判定された場合の道なりライン）及びステップＳ１７で求めた分岐路の道なりラインＰｂを含むすべての道なりラインに対して、道情報認識手段１０Ｄによって、道幅ｄｎ、分岐路の長さＵｎ及び分岐路の方向θｎが算出される（ｎは道なりラインの本数、図９（ｂ）では３本）。

このように、上記した実施例では、オペレータから特に指示がない場合において、それまで走行してきた走行路に継続し易い道なり走行路Ｒが、測距データに基づいて局所地図上で抽出されるので、舗装道路や未舗装道路や整備されていない道路がある環境下で且つこれらの道路や交差点に関する事前情報が一切得られない状況下でも、半自律走行車Ａは道なり走行路Ｒに沿って滑らかに自律走行することとなる。

加えて、上記した実施例では、交差点Ｃで道なり走行路Ｒと分岐する他の走行路Ｒｌへ半自律走行車Ａを向かわせる場合において、オペレータからの新規操舵指令（方向指令）に従って他の走行路Ｒｌへの変更路Ｒｃを設定するので、交差点Ｃへの進入時にオペレータが新規操舵指令を出すだけで、半自律走行車Ａは、道なり走行路Ｒを走行するのと同様に、変更路Ｒｃを介して円滑に他の走行路Ｒｌへ進行することとなる。

さらに、上記した実施例では、走行可能域Ｇから未計測域ＮＭに至る扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３を認識したのち、半自律走行車Ａの自己位置よりも進行方向に所定距離（例えば障害物用レーザセンサ３３における障害物検出レンジの半分程度）だけずらせた位置Ａ’から再度進行方向で且つ機軸Ｌを中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線ａｒｃを展開させることで、走行可能域Ｇから未計測域ＮＭに至る範囲を扇状走行可能域ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’として認識し、扇状走行可能域ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３から交差点Ｃを認識し直すようにしているので、交差点Ｃの見直し機会を減らすことができ、その結果、交差点Ｃにおける走行可能域Ｇを拡大し得ることとなる。

さらにまた、上記した実施例では、局所地図上において、半自律走行車Ａの自己位置から、進行方向に複数の直線状探索線Ｓｔｒを放射状に展開させて、直線状走行可能域Ｔを抽出した後に、交差点探索を行うようにしているので、例えば、図７（ａ）に破線で示すように、未計測域ＮＭに至る部分が閉塞されたＴ字路やＹ字路であったとしても、分岐路の位置や道幅や方向などといった情報を正しく認識し得ることとなる。

したがって、上記した実施例では、半自律走行車Ａに予め入力しておく道路情報がラフであったとしても、道なりを正確に認識し得ることから、様々な道路環境下において、半自律走行車Ａを高速で且つ滑らかに走行させ得ることとなるのに加えて、半自律走行車Ａを操るオペレータの負担の軽減が図られることとなる。

また、上記した実施例では、無人移動体が半自律走行車Ａである場合を示したが、これに限定されるものではなく、無人移動体が自律歩行するロボットであったり、自律飛行する航空機であったりしてもよい。

１０ 車両制御用コンピュータ
１０Ａ データ解析部（車両制御用コンピュータ）
１０Ｂ 局所地図作成手段（車両制御用コンピュータ）
１０Ｃ 走行可能域地図生成手段（車両制御用コンピュータ）
１０Ｄ 道情報認識手段（車両制御用コンピュータ）
１０Ｅ 走行経路生成手段（車両制御用コンピュータ）
１０Ｆ 交差点旋回経路生成手段（車両制御用コンピュータ）
１６ ＧＰＳ（自己位置データ取得部）
１７ バーチカルジャイロ（自己位置データ取得部）
１８ 車速パルス（自己位置データ取得部）
２１ モータドライバ（走行機構）
２２ 操舵用アクチュエータ（走行機構）
２３ ブレーキ／アクセル用アクチュエータ（走行機構）
２４ 車輪（走行機構）
３１ 自律走行用レーザセンサ（外界計測部）
３２ ステレオカメラ（外界計測部）
３３ 障害物用レーザセンサ（外界計測部）
Ａ 半自律走行車（無人移動体）
Ａｒｃ 代表円弧
ａｒｃ 円弧状探索線
Ｃ 交差点
ＣＬ 走行路中央線
ｄ 道幅
Ｇ 走行可能域
Ｈ 障害到達線
ｈｆ（ｈ） 遠到達点（障害到達点）
ｉ 障害到達点の間隔
Ｌ 半自律走行車の機軸
Ｌａｒｃ 他方の路端円弧
ＮＧ 走行不能域
Ｏ 内接円の中心
Ｐ 道なり方向
Ｐａ 内接円の中心を結んだ道なりライン
Ｐｂ 分岐路の道なりライン
Ｑ 内接円
Ｒ 道なり走行路
Ｒａｒｃ 一方の路端円弧
Ｒｃ 変更路
Ｒｌ 他の走行路
Ｒｏ 走行路
ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’ 扇状走行可能域
Ｓｔｒ 直線状探索線
Ｔ 直線状走行可能域
ＶＬ 垂線

Claims (12)

1. 自律走行可能とした無人移動体であって、
   自律して走行させるための走行機構と、
   進行方向の地形の凹凸の情報を取得する外界計測部と、
   自己位置及び方位を取得する自己位置データ取得部と、
   前記外界計測部で得た進行方向における地形の凹凸の情報に基づいて、走行可能域，走行不能域及び未計測域の判定処理を行うデータ解析部と、
   前記データ解析部での判定結果に基づいて走行可能域，走行不能域及び未計測域を含む局所地図を作成する局所地図作成手段と、
   前記局所地図作成手段で作成した局所地図上において、前記自己位置データ取得部で取得した自己位置データから進行方向で且つ機軸を中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線を展開させて、走行可能域から未計測域に伸びる円弧状探索線が存在する範囲を扇状走行可能域として抽出すると共に、前記自己位置データ取得部で取得した自己位置データから進行方向に複数の直線状探索線を放射状に展開させて、直線状走行可能域を抽出して、走行可能域地図を生成する走行可能域地図生成手段と、
   前記走行可能域地図生成手段で生成した走行可能域地図に基づいて、道なり方向，分岐路の位置，分岐路の数，道幅及び曲率の情報を認識する道情報認識手段と、
   前記道情報認識手段で認識した道情報に基づいて、走行経路を生成する走行経路生成手段と、
   前記道情報認識手段で認識した道情報に基づいて、交差点を曲がる段階における交差点旋回経路を生成する交差点旋回経路生成手段を備え、
   前記走行経路生成手段で生成された走行経路と、前記交差点旋回経路生成手段で生成された交差点旋回経路と、前記自己位置データ取得部で取得した自己位置データとに基づいて前記走行機構を動作させて自律して走行する
   ことを特徴とする無人移動体。
2. 前記道情報認識手段は、前記扇状走行可能域が複数認められる交差点において、前記複数の扇状走行可能域毎に、各々の両端に位置する円弧状探索線間の中央を通過する円弧状探索線を該扇状走行可能域の代表円弧として定めた後、この代表円弧を前記走行不能域に触れるまで両側に平行移動させて、前記走行不能域にそれぞれ触れる一方の路端円弧及び他方の路端円弧の間隔を道幅とする走行路を設定し、これらの複数の走行路毎に、前記道幅の中央を走行路中央線として定めて、この走行路中央線の曲率及び指向方向を該走行路の曲率及び道なり方向として設定する請求項１に記載の無人移動体。
3. 前記道情報認識手段は、走行不能域に達した前記直線状探索線のうちの互いに隣接する直線状探索線の各々の障害到達点の間隔が閾値を越える場合をギャップ有りとしてこれらの障害到達点を結ぶ障害到達線を分岐路候補としてホールドし、前記無人移動体の自己位置における道幅の中央から、該道幅の中央を中心とし且つ前記走行不能域に２点以上で接する内接円を進行方向に向けて一定間隔で順次描き入れて、前記内接円の各中心を結ぶラインが前記分岐路候補である前記障害到達線を通過しない分岐路を交差点として認識し、前記障害到達点のうちの前記無人移動体の自己位置から遠い方の遠到達点に続く走行不能域の境界に基づいて分岐路の道なりラインを設定して、すべての道なりライン毎に道幅、分岐路の長さ及び分岐路の方向を算出する請求項１又は２に記載の無人移動体。
4. 前記走行経路生成手段は、前記道情報認識手段で複数の走行路毎に設定した各々の道幅，曲率及び指向方向に基づいて、該複数の走行路の中から現在走行中の走行路と最も連なり易い走行路を道なり走行路として抽出する請求項２又は３に記載の無人移動体。
5. 前記交差点旋回経路生成手段は、前記交差点において前記道なり走行路と分岐する他の走行路に向かわせる新規操舵指令を得た時点で、該他の走行路の走行路中央線における前記局所地図上の端部から機軸上に垂線をおろし、前記局所地図上で該垂線及び前記機軸の双方に内接する曲率半径一定の円弧を変更路として設定する請求項４に記載の無人移動体。
6. 前記局所地図作成手段は、未舗装道路において明瞭でない道端に点在する走行不能域を互いに連なる走行不能域に近似すると共に、走行可能域内で走行不能域として誤認識される孤立した走行不能域を除去して、局所地図を作成する請求項１に記載の無人移動体。
7. 自律走行可能とした無人移動体の制御方法であって、
   前記無人移動体の進行方向における地形の凹凸の情報を取得すると共に、該無人移動体の自己位置データを取得し、
   前記進行方向の地形の凹凸の情報に基づいて、走行可能域，走行不能域及び未計測域の判定処理を行った後、この判定結果に基づいて走行可能域，走行不能域及び未計測域を含む局所地図を作成し、
   次いで、この局所地図上において、前記無人移動体の自己位置データから進行方向で且つ機軸を中心にしてその両側に曲率半径が漸次小さくなる複数の円弧状探索線を展開させて、走行可能域から未計測域に伸びる円弧状探索線が存在する範囲を扇状走行可能域として抽出すると共に、前記無人移動体の自己位置データから進行方向に複数の直線状探索線を放射状に展開させて、直線状走行可能域を抽出して走行可能域地図を生成し、
   続いて、前記走行可能域地図から認識される道なり方向，分岐路の位置，分岐路の数，道幅及び曲率の各道情報に基づいて、走行経路を生成すると共に、交差点を曲がる段階では交差点旋回経路を生成し、
   前記走行経路と、前記交差点旋回経路と、前記無人移動体の自己位置データとに基づいて該無人移動体を走行させる
   ことを特徴とする無人移動体の制御方法。
8. 前記扇状走行可能域が複数認められる交差点では、前記複数の扇状走行可能域毎に、各々の両端に位置する円弧状探索線間の中央を通過する円弧状探索線を該扇状走行可能域の代表円弧として定めた後、この代表円弧を前記走行不能域に触れるまで両側に平行移動させて、前記走行不能域にそれぞれ触れる一方の路端円弧及び他方の路端円弧の間隔を道幅とする走行路を設定し、これらの複数の走行路毎に、前記道幅の中央を走行路中央線として定めて、この走行路中央線の曲率及び指向方向を該走行路の曲率及び道なり方向として設定する請求項７に記載の無人移動体の制御方法。
9. 前記走行不能域に達した前記直線状探索線のうちの互いに隣接する直線状探索線の各々の障害到達点の間隔が閾値を越える場合をギャップ有りとしてこれらの障害到達点を結ぶ障害到達線を分岐路候補としてホールドし、前記無人移動体の自己位置における道幅の中央から、該道幅の中央を中心とし且つ前記走行不能域に２点以上で接する内接円を進行方向に向けて一定間隔で順次描き入れて、前記内接円の各中心を結ぶラインが前記分岐路候補である前記障害到達線を通過しない分岐路を交差点として認識し、前記障害到達点のうちの前記無人移動体の自己位置から遠い方の遠到達点に続く走行不能域の境界に基づいて分岐路の道なりラインを設定して、すべての道なりライン毎に道幅、分岐路の長さ及び分岐路の方向を算出する請求項７又は８に記載の無人移動体の制御方法。
10. 前記複数の走行路毎に設定した各々の道幅，曲率及び道なり方向に基づいて、該複数の走行路の中から前記無人移動体が走行中の走行路と最も連なり易い走行路を道なり走行路として抽出する請求項８又は９に記載の無人移動体の制御方法。
11. 前記交差点において前記道なり走行路と分岐する他の走行路に前記無人移動体を向かわせる新規操舵指令を得た時点で、前記無人移動体を向かわせようとする前記他の走行路の走行路中央線における前記局所地図上の端部から機軸上に垂線をおろし、前記局所地図上で該垂線及び前記無人移動体の機軸の双方に内接する曲率半径一定の円弧を変更路として設定する請求項１０に記載の無人移動体の制御方法。
12. 未舗装道路において明瞭でない道端に点在する走行不能域を互いに連なる走行不能域に近似すると共に、走行可能域内で走行不能域として誤認識される孤立した走行不能域を除去して、局所地図を作成する請求項７に記載の無人移動体の制御方法。

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