JP5938336B2 - 無人移動車の走行経路計画方法 - Google Patents

Description

本発明は、環境認識手段により取得した前方の環境データから走行可能領域を判断して走行する無人移動車において、その走行経路を計画するのに使用される無人移動車の走行経路計画方法に関するものである。

従来において、無人移動車の走行経路計画方法としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の走行経路計画方法は、無人移動車に搭載した環境認識手段により前方の環境データを取得し、その環境データから走行可能領域を判断するものである。

具体的には、環境認識手段で認識可能な前方距離及び現在の上限走行速度に基づいて決定される前方距離のうちの短い方の前方距離と一定の左右幅とを有するフィッティングエリアを、走行可能領域内で最大の曲率半径と最大の左右幅とを取るように設定する。そして、上記の走行経路計画方法は、設定したフィッティングエリアの中央線を走行経路とするものとしており、これにより、走行可能領域の幅が局所的に変化するようなことがあっても、無人移動車を蛇行させずに高速走行を継続することを実現している。

特開２０１２−００３３６５号公報

しかしながら、上記した従来の無人移動車の走行経路計画方法では、例えば、道幅が急激に広くなると、環境認識手段の環境データ内に走行可能領域（道）の左右いずれかの領域端が存在しない状態になる場合がある。これにより、フィッティングエリアの設定が困難になるおそれがあり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、環境認識手段により取得した前方の環境データから走行可能領域を判断して走行する無人移動車において、走行可能領域の幅が急激に広がるようなことがあっても、フィッティングエリアを設定して、無人移動車の良好な走行を継続することができる無人移動車の走行経路計画方法を提供することを目的としている。

本発明の無人移動車の走行経路計画方法は、環境認識手段により取得した前方の環境データから走行可能領域を判断し、所定の前方距離と所定の左右幅とを有するフィッティングエリアを、走行可能領域内で最大曲率半径と最大左右幅を取るように設定して、フィッティングエリア内に走行経路を選定するものである。

そして、当該走行経路計画方法は、走行可能領域の左右の領域端に対するフィッティングエリアの左右の接触率を算出し、フィッティングの全ての試行においてフィッティングエリアの左右一方側の接触率が所定値以下である場合に、左右他方側の接触率が最大となるフィッティングエリアを選定し、そのフィッティングエリア内に走行経路を選定する構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

なお、上記構成において、フィッティングエリアは、最大の曲率半径と最大の左右幅とを取るように走行可能領域に内接するものとなり、走行可能領域が直線的に存在する場合には、最大の曲率半径に沿った前方距離はほぼ直線距離となる。

本発明の無人移動車の走行経路計画方法によれば、環境認識手段により取得した前方の環境データから走行可能領域を判断して走行する無人移動車において、走行可能領域の幅が急激に広がるようなことがあっても、フィッティングエリアを設定して、無人移動車の良好な走行を継続することができる。

本発明に係る無人移動車の走行経路計画方法の一実施形態を説明するフローチャートである。 フィッティングエリアの設定を説明する平面図である。 本発明に係る無人移動車の走行経路計画方法の他の実施形態を説明するフローチャートである。 本発明に係る無人移動車の走行経路計画方法のさらに他の実施形態を説明するフローチャートである。 無人移動車の一例を説明する斜視図である。 本発明に係る無人移動車の走行経路計画方法が適用可能な基本制御を説明するフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の無人移動車の走行経路計画方法の一実施形態を説明する。図５に示す無人移動車Ｖは、車体Ｂに、前後左右の四つの車輪Ｃを備えると共に、エンジン又はモータ等の駆動源、変速機構、ステアリング機構、及び増減速機構などを備えている。

上記の無人移動車Ｖは、前方の環境認識を行うための環境認識手段Ｓや、各種データを処理して各機構に指令を与える制御手段を備え、環境認識手段Ｓで取得した環境データから走行可能領域を判断して走行経路を計画し、その走行経路に沿って走行するものとなっている。環境認識手段としては、各種カメラやレーザレンジファインダなどを利用することができる。

さらに、無人移動車Ｖは、各種データを送受信する手段を備え、例えば環境認識手段Ｓで取得した画像に基づいて遠隔操作することが可能であると共に、遠隔操作と自律走行を組み合わせた半自律的な走行も可能である。

図６は、上記の無人移動車Ｖの走行経路計画方法が適用可能な基本制御を示す図である。この基本制御は、所定の前方距離Ｌｓと所定の左右幅Ｗとを有するフィッティングエリアＦＡを、走行可能領域Ｑ内で最大の曲率半径と最大の左右幅とを取るように設定し、このフィッティングエリアＦＡの中央線ＣＬを走行経路Ｒとするものである。

なお、図示の基本制御は、とくに、フィッティングエリアＦＡを設定する際に、所定の前方距離として、環境認識手段Ｓで認識可能な前方距離Ｌｓと、現在の上限走行速度に基づいて決定される前方距離Ｌｖのうちの短い方の前方距離を選択するようにしている。

すなわち、基本制御は、図６（ａ）に示すように、ステップＳ１において、現在の上限走行速度で決められた前方距離Ｌｖを算出する。現在の上限走行速度とは、例えば、遠隔操縦者が路面状況を見て判断した速度であり、指令信号として無人移動車Ｖに送信する。また、前方距離Ｌｖは、その上限走行速度で制動可能な距離である。

次に、ステップＳ２において、環境認識手段Ｓで認識可能な前方距離すなわち環境認識手段Ｓで認識できる最長の前方距離Ｌｓを算出する。そして、ステップＳ３において、上限走行速度による前方距離Ｌｖと環境認識による前方距離Ｌｓとを比較する。

ここで、上限走行速度による前方距離Ｌｖよりも環境認識による前方距離Ｌｓが大きい場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ４において、上限走行速度による前方距離Ｌｖを前方距離Ｌ（Ｌ＝Ｌｖ）とする。また、上限走行速度による前方距離Ｌｖよりも環境認識による前方距離Ｌｓが小さい場合（Ｎｏ）には、ステップＳ５において、環境認識による前方距離Ｌｓを前方距離Ｌ（Ｌ＝Ｌｓ）とする。つまり、上限走行速度による前方距離Ｌｖと環境認識による前方距離Ｌｓのうちの短い方を前方距離Ｌとする。

その後、ステップＳ６において、図６（ｂ）に示すように、現在までに認識できた走行可能領域Ｑ内で、無人移動車Ｖの前縁から前方距離Ｌで且つ一定の左右幅Ｗを有するフィッティングエリアＦＡを設定する。この際、ステップＳ６において、フィッティングエリアＦＡは、走行可能領域Ｑに対して最大の曲率半径に沿う前方距離Ｌと最大の左右幅Ｗを取るように、同走行可能領域Ｑに内接するものである。

なお、直線的に走行している場合には、最大の曲率半径に沿う前方距離Ｌは、図６に示す如くほぼ直線距離である。また、図６（ｂ）中で、走行可能領域Ｑは、例えば未舗装路であり、無人移動車Ｖの前方の扇形状のエリアＡｓは環境認識手段Ｓの認識範囲を示す。

さらに、ステップＳ７において、フィッティングエリアＦＡの中央線ＣＬを走行経路Ｒと規定し、ステップＳ８において、走行経路Ｒに沿って走行するように経路計画を行って処理の終了となる。これにより、無人移動車Ｖは走行経路Ｒに沿って走行する。

このようにして、環境認識手段Ｓにより取得した前方の環境データから走行可能領域Ｑを判断して走行する無人移動車Ｖにおいて、走行可能領域Ｑの幅が局所的に変化するような場合でも、無人移動車Ｖを蛇行させることなく高速走行を継続することができる。

本発明の無人移動車の走行経路計画方法は、上記の基本制御による走行中に道幅が急激に広くなり、環境認識手段Ｓの環境データ内に走行可能領域Ｑの左右いずれかの領域端が存在しない状態になった場合に実行する。具体的には、図６（ａ）に示す基本制御において、フィッティングエリアＦＡを設定するステップＳ６と、これに続いて走行経路を規定するステップＳ７との間で行う。

すなわち、走行経路計画方法は、走行可能領域Ｑの左右の領域端に対するフィッティングエリアＦＡの左右の接触率を算出し、フィッティングの全ての試行においてフィッティングエリアＦＡの左右一方側の接触率が所定値以下である場合に、左右他方側の接触率が最大となるフィッティングエリアＦＡを選定し、そのフィッティングエリアＦＡ内に走行経路Ｒを選定する。また、走行可能領域Ｑの左右の領域端に対するフィッティングエリアＦＡの左右両方側の接触率が所定値以下である場合に、現状の走行経路Ｒを維持する。

すなわち、図１に示すように、ステップＳ１１において、図６に示す基本制御のステップＳ６で取得したフィッティングエリアＦＡと、走行可能領域Ｑの領域端との距離が、設定値Ｘｒ以下である長さの積算値ΔＬを求める。

このとき、先述したように、フィッティングエリアＦＡは、走行可能領域Ｑに内接するものであるから、フィッティングエリアＦＡの左右の側線と、走行可能領域Ｑの左右の領域端とは必ずしも一致しない。そこで、図２に示すように、フィッティングエリアＦＡの幅方向に所定幅の設定値Ｘｒを設定し、フィッティングエリアＦＡと走行可能領域Ｑの領域端との距離が設定値Ｘｒ以下の部分（斜線で示す部分）については、フィッティングエリアＦＡと走行可能領域Ｑの領域端とが実質的に接触しているものとみなして、設定値Ｘｒ以下である長さの積算値ΔＬを求める。

そして、ステップＳ１２において、フィッティングエリアＦＡと走行可能領域Ｑの領域端との左右の接触率Ｒｔ（ΔＬ／Ｌ）を求める。なお、Ｌは、フィッティングエリアＦＡの前後方向の長さである。

次に、ステップＳ１３において、フィッティングの全ての試行においてフィッティングエリアＦＡの左右のいずれかの接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下であるか否かを判定し、左右一方側の接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１７において、所定値Ｒｔｒ以下である領域端の反対側の領域端との接触率（左右他方側の接触率）が最大となる長さＬのフィッティングエリアＦＡを選定し、そのフィッティングエリアＦＡ内に走行経路Ｒを選定する。

より具体的には、図２に示すように、無人移動車量Ｖの進行方向に対して、道幅が右方向に急激に広くなると、環境認識手段Ｓにより検出した走行可能領域Ｑには、左側の領域端だけが存在し、右側の領域端は存在しない。このため、フィッティングエリアＦＡは、左側に関しては走行可能領域Ｑに内接するが、右側に関しては、環境認識手段Ｓの認識エリアＡｓの右端限まで拡大する。

そして、図示例の場合には、ステップＳ１３において、フィッティングエリアＦＡの左右のいずれかの接触率Ｒｔを判定すると、領域端の無い右側の接触率が所定値Ｒｔｒ以下になる（Ｙｅｓ）ので、ステップＳ１７において、その反対側すなわち左側の領域端との接触率が最大となる長さＬのフィッティングエリアＦＡを選定し、その範囲内に走行経路Ｒを選定する。例えば、フィッティングエリアＦＡの中央ラインを走行経路Ｒとする。

また、先のステップＳ１３において、左右いずれかの接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１４において、左右両方の接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下であるか否かを判定し、左右両方の接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１５に移行して現状の走行経路Ｒを維持する。さらに、ステップＳ１４において、左右両方の接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下ではない場合（Ｎｏ）は、左右両側に走行可能領域Ｑの領域端が存在するので、ステップＳ１６において、図６に示す基本制御に移行する。

このように、無人移動車Ｖの走行経路計画方法では、フィッティングの全ての試行においてフィッティングエリアＦＡの左右一方側の接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下である場合に、左右他方側の接触率Ｒｔが最大となるフィッティングエリアＦＡを選定するので、走行可能領域Ｑの幅（道幅）が急激に広がるようなことがあっても、フィッティングエリアＦＡを設定して、無人移動車Ｖの良好な走行を継続することができる。

また、上記の走行経路計画方法では、走行可能領域Ｑの左右の領域端に対するフィッティングエリアＦＡの左右両方側の接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下である場合に、現状の走行経路Ｒを維持するので、例えば、広大な平地に進行して、環境認識手段Ｓによる環境データの全てが走行可能領域Ｑとなった場合（領域端が存在しない場合）でも、そのまま走行を継続することができる。

図３及び図４は、本発明に係る無人移動車の走行経路計画方法の他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図３に示す走行経路計画方法は、図１に示す先の実施形態の走行経路計画方法に加えて、選定したフィッティングエリアにおいて、走行可能領域の領域端から所定距離だけ離間した平行曲線を走行経路とするものである。なお、ステップＳ２１〜Ｓ２６は、先の実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１６と同じである。

すなわち、走行経路計画方法は、ステップＳ２３において、左右一方側の接触率Ｒｔが所定値Ｒｔｒ以下である場合（Ｙｅｓ）に、ステップＳ２７において、所定値Ｒｔｒ以下である領域端の反対側の領域端との接触率（左右他方側の接触率）が最大となる長さＬのフィッティングエリアＦＡを選定する。

そして、ステップＳ２８において、図２に示すように、走行可能領域Ｑの左の領域端から所定距離Ｌｑだけ離間した平行曲線を走行経路Ｒとするものである。なお、図２では、ほぼ直線的に走行している場合を示しているので、最大の曲率半径で走行可能領域Ｑに内接するフィッティングエリアＦＡの左右の側線はほぼ直線となる。よって、走行可能領域Ｑの領域端から離間した平行曲線及び走行経路Ｒは、いずれもほぼ直線である。

上記の無人移動車の走行経路計画方法によれば、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、例えば、分岐路に遭遇した場合でも、走行経路Ｒを設定して道なり走行を継続することが可能である。つまり、基本制御だけでは、分岐路に遭遇した場合、先にフィッティングできた経路を選ぶので、道なり走行が困難になるおそれがある。これに対して、上記の走行経路計画方法では、走行可能領域Ｑの片側の領域端に基づいてフィティングエリアＦＡを選定するので、道なり走行を継続することができる。

なお、上記実施形態では、走行可能領域Ｑの領域端から所定距離Ｌｑだけ離間した平行曲線を走行経路Ｒとするものとしたが、フィッティングエリアＦＡの側線から所定距離Ｌｑだけ離間した平行曲線を走行経路Ｒとすることも実質的に同一である。

図４に示す走行経路計画方法は、図１に示す走行経路計画方法のステップＳ１３に対応するステップＳ３３において、フィッティングエリアＦＡの左右一方側の接触率が所定値以下である場合（Ｙｅｓ）に、フィッティングエリアＦＡの前方距離に所定の後方距離を加えて成る前後距離について、走行可能領域Ｑの左右の領域端に対する左右の接触率を算出し、フィッティングの全ての試行において左右一方側の接触率が所定値以下である場合に、左右他方側の接触率が最大となる前後拡大フィッティングエリアを選定する。

そして、走行経路計画方法は、選定した前後拡大フィッティングエリアにおいて、走行可能領域の領域端から所定距離だけ離間した平行曲線を走行経路とする。なお、ステップＳ３１〜Ｓ３６は、先の実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１６と同じである。

すなわち、走行経路計画方法は、ステップＳ４１において、図２に示すように、フィッティングエリアＦＡの前方距離Ｌに所定の後方距離Ｌｂを加えて成る前後距離Ｌｗを設定し、ステップＳ４２において、前後距離Ｌｗについて、走行可能領域Ｑの領域端との距離が、設定値Ｘｒ以下である長さの積算値ΔＬｗを求め、ステップＳ４３において、走行可能領域Ｑの領域端との左右の接触率Ｒｔｗ（ΔＬｗ／Ｌｗ）を求める。これらの処理は、前方距離Ｌについての接触率Ｒｔを求めるステップＳ３１，３２に対して、前後距離Ｌｗについての接触率Ｒｔｗを求めるものである。

そして、走行経路計画方法は、ステップＳ４４において、フィッティングの全ての試行において左右一方側の接触率Ｒｔｗが所定値Ｒｔｒ以下である場合に、左右他方側の接触率Ｒｔｗが最大となる前後拡大フィッティングエリアＦｗを選定する。つまり、図２においては、フィッティングの全ての試行において右側（左右一方側）の接触率Ｒｔｗが所定値Ｒｔｒ以下となるので、左側（左右他方側）の接触率Ｒｔｗが最大となる前後拡大フィッティングエリアＦｗを選定する。

なお、前後拡大フィッティングエリアＦｗは、無人移動車Ｖの前方に選定したフィッティングエリアＦＡに、同じ幅で後方距離Ｆｂ分だけ延長した後方フィッティングエリアＦｂを加えたものである。

その後、走行経路計画方法は、ステップＳ４５において、図２に示すように、選定した前後拡大フィッティングエリアＦｗにおいて、走行可能領域Ｑの左側の領域端から所定距離Ｌｑだけ離間した平行曲線を走行経路Ｒとする。

上記実施形態の走行経路計画方法によれば、環境認識手段Ｓで検出した前方の走行可能領域Ｑと、通過した後方の領域を含む前後拡大フィッティングエリアＦｗを用いるので、走行経路Ｒの選定がより高精度になる。その上で、走行可能領域Ｑの幅（道幅）が急激に広がった場合や、分岐路に遭遇した場合でも、走行経路Ｒを設定して道なり走行を継続することでき、無人移動車の走行性能のさらなる向上を実現することができる。

本発明の無人移動車の走行経路計画方法は、その構成が上記の各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。

ＦＡ フィッティングエリア
Ｆｗ 前後拡大フィッティングエリア
Ｌ 前方距離
Ｌｂ 後方距離
Ｑ 走行可能領域
Ｒ 走行経路
Ｓ 環境認識手段
Ｖ 無人移動車

Claims (4)

1. 環境認識手段により取得した前方の環境データから走行可能領域を判断し、所定の前方距離と所定の左右幅とを有するフィッティングエリアを、走行可能領域内で最大曲率半径と最大左右幅を取るように設定して、フィッティングエリア内に走行経路を決定する無人移動車の走行経路計画方法であって、
   走行可能領域の左右の領域端に対するフィッティングエリアの左右の接触率を算出し、
   フィッティングの全ての試行においてフィッティングエリアの左右一方側の接触率が所定値以下である場合に、左右他方側の接触率が最大となるフィッティングエリアを選定し、そのフィッティングエリア内に走行経路を選定することを特徴とする無人移動車の走行経路計画方法。
2. 走行可能領域の左右の領域端に対するフィッティングエリアの左右両方側の接触率が所定値以下である場合に、
   現状の走行経路を維持することを特徴とする請求項１に記載の無人移動車の走行経路計画方法。
3. 選定したフィッティングエリアにおいて、走行可能領域の領域端から所定距離だけ離間した平行曲線を走行経路とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人移動車の走行経路計画方法。
4. フィッティングの全ての試行においてフィッティングエリアの左右一方側の接触率が所定値以下である場合に、
   フィッティングエリアの前方距離に所定の後方距離を加えて成る前後距離について、走行可能領域の左右の領域端に対する左右の接触率を算出し、
   フィッティングの全ての試行において左右一方側の接触率が所定値以下である場合に、左右他方側の接触率が最大となる前後拡大フィッティングエリアを選定し、
   選定した前後拡大フィッティングエリアにおいて、走行可能領域の領域端から所定距離だけ離間した平行曲線を走行経路とすることを特徴とする請求項１に記載の無人移動車の走行経路計画方法。

Images