JPH0535883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は無人車の操舵制御方法に係り、詳し
くは無人車の走行経路を指示する走行ラインを無
人車に備えた撮像装置で撮り、その撮像装置で撮
つた走行ラインの画像を画像処理して決定した走
行経路に沿つて走行させる画像式無人車における
操舵方法に関するものである。

（従来技術） 従来、この種の画像式無人車においては、例え
ば撮像装置にて撮つた走行経路を指示する白色の
走行ラインの画像が画面中心より右か左かにどれ
だけ偏位しているかによつてそのずれ方向と偏位
量の大きさに基づいて無人車の制御を行なつてい
た。すなわち、前方の走行経路の判断は画像中の
走行ラインのある場所の全体の平均位置がどちら
に偏位しているかどうかだけの判断でしかなかつ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 従つて、無人車のいる地点から撮像装置が撮え
た走行ラインまでの正確な走行経路は求めること
はできなかつた。その結果、精度の高い走行制御
は望めなかつた。

この発明の目的は前記問題点を解決すべく無人
車のいる地点から撮像装置が撮つた走行ラインま
での走行経路を正確に決定し、その走行経路に沿
つて走行させることができる画像式無人車におけ
る操舵制御方法を提供するにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成すべく、無人車に備
えた撮像装置で路面上に描かれた同無人車の走行
経路を指示する走行ラインを撮像し、その画像中
の走行ラインについてその長手方向に複数個の点
を選定し、その選定した画像中の各点を前記路面
上の実際の位置に射影変換した後、その射影変換
された各点若しくはその近接位置と無人車の路面
上の現在位置とを滑らかに通る曲線の関数を求
め、その関数を微分して姿勢角を求め、その姿勢
角に基づいてステアリング角を制御する画像式無
人車における操舵制御方法をその要旨とするもの
である。

（作用） 画像中の走行ラインから選定された複数個の点
を射影変換することにより、その複数個の点はそ
の画像上の位置関係がそれぞれ互いに実際の走行
路面上の位置関係に変換される。そして、その変
換された各点若しくはその近接位置と無人車の路
面上の現在位置とから無人車の現位置から撮像位
置が撮つた位置までの無人車の走行経路とする関
数を求める。そして、その求めた関数を微分する
ことにより走行経路のその時々の姿勢角を求め、
その姿勢角に基づいてステアリング角を制御する
ことにより、無人車は走行経路に沿つて走行す
る。

（実施例） 以下、この発明の操舵制御方法を具体化した無
人車の走行装置の一実施例を図面に従つて説明す
る。

第１図において、無人車１の前側上部中央位置
には支持フレーム２が立設さていて、そのフレー
ム２の上部中央位置には撮像装置としてのCCD
（charge coupled device）カメラ３が設けられ
ている。CCDカメラ３は無人車１の前方の路面
４上のエリア４ａを撮るように支持フレーム２に
セツトされている。そして、CCDカメラ３が撮
像した第４図に示すエリア４ａを第５図に示す画
像９で捕えている。尚、本実施例では、そのエリ
ア４ａの画像９は256×256個の画素で構成されて
いる。又、CCDカメラ３の両側下方位置に同カ
メラ３の撮像を容易にするために前記路面４を照
すように照明ランプ５が設置されているが、照明
ランプ５を使用しなくてもよい。

前記路面４には第２図に示すように無人車１の
走行経路を指示する走行ライン６が一定の線幅Ｄ
にて描かれていて、本実施例では路面４の色と異
なる白色の塗料にて描かれている。そして、この
一定の線幅Ｄを有した走行ライン６を前記CCD
カメラ３が撮ることになる。

尚、白色の走行ライン６を撮つたCCDカメラ
３からの信号（以下、画素信号という）のレベル
は高く、反対に暗い路面４を撮つたCCDカメラ
３からの画素信号のレベルは低くなる。

次に、無人車１に搭載された走行制御装置の電
気的構成を第３図に従つて説明する。

マイクロコンピユータ１０は中央処理装置（以
下、単にCPUという）１１と制御プログラムを
記憶した読み出し専用のメモリ（POM）よりな
るプログラムメモリ１２のCPU１１の演算処理
結果及び画素データ等が一時記憶される読み出し
及び書き替え可能なメモリ（RAM）よりなる作
業用メモリ１３及びタイマ１４等から構成され、
CPU１１はプログラムメモリ１２に記憶された
制御プログラムにて走行経路の軌跡を割り出すと
ともに操舵制御のための各種の演算処理動作を実
行するようになつている。

前記CPU１１は前記タイマ１４が計時する時
間に基づいて一定時間ごとに入出力インターフエ
ース１５及びＡ／Ｄ変換器１６を介して前記
CCDカメラ３を走査制御するとともに、その
CCDカメラ３の画素信号をＡ／Ｄ変換器１６、
バスコントローラ１７を介して画素データにして
作業用メモリ１３に記憶する。

Ａ／Ｄ変換器１６はCCDカメラ３からの画素
信号をアナログ値からデジタル値に変換する際、
各画素信号が予め定めた設定値以上か否かを判別
し、設定値以上の画素信号の場合には白色の走行
ライン６の部分の画素として「１」、反対に未満
の画素信号の場合には暗い色の路面４の部分の画
素として「０」とするようにして順次入力されて
くる各画素信号を２値化し画素データとして作業
用メモリ１３に記憶する。従つて、作業用メモリ
１３にはCCDカメラ３が撮つた画像９が256×
256個の画素データとなつて記憶されることにな
る。

尚、CCDカメラ３の走査制御は横方向（Ｘ軸
方向）に走査し、その走査が画面９の上から下方
向（Ｙ軸方向）に移る走査方式を採用するがその
他の走査方式で実施してもよいことは勿論であ
る。

２値化レベルコントローラ１８は前記CPU１
１からの制御信号に基づいて前記Ａ／Ｄ変換器１
６が２値化するための設定値のデータを同Ａ／Ｄ
変換器１６に出力するようになつている。ドライ
ブコントローラ２０は図示しない走行用の走行用
モータ及び操舵機構２１を同じくCPU１１から
の制御信号に基づいて制御する。そして、操舵機
構２１はその制御信号に基づいてステアリング角
Θsを制御する。又、CPU１１は無人車１の駆動
系の回転速度を検出する速度検出器２２からの検
出信号を入力し、その時々の無人車１の走行速度
Ｖを算出するようになつている。

次に、前記CPU１１の処理動作について説明
する。

今、CPU１１からの制御信号に基づいてCCD
カメラ３が走行制御されると、CCDカメラ３は
路面４に対して垂直ではなく一定の角度傾いて撮
像されていることから第４図に示す前方のエリア
４ａを前方部分と手前部分とで縮尺が異なる第５
図に示すような画像９に撮像する。このCCDカ
メラ３が撮像した画像９は画素信号としてＡ／Ｄ
変換器１６に出力され、そのＡ／Ｄ変換器１６に
て各画素信号が走行ライン６の部分の画素信号か
路面４の部分の画素信号かが判別された画素デー
タとして作業用メモリ１３に記憶される。

CPU１１は作業用メモリ１３に記憶された画
素データに基づいて走行ライン６の画像確認を行
なう。CPL１１はこの画像９において上側から
順に走査方向（Ｘ軸方向）の各画素データを読み
出して一定の線幅Ｄを有している走行ライン６が
あるか、そして、その走査列のどの位置に位置す
るか割り出すとともに、その走行ライン６と判断
した範囲の中心位置Cnがどの位置にあるかを求
め作業用メモリ１３に記憶する。

この算出は第６図に示すように画像９を構成す
る各画素において左から数えて128番目にある縦
一列の画素列をｙ軸とし、上から数えて128番目
にある横一列の画素列をｘ軸と規定して画像９の
各画素をｘ，ｙ座標で表わすようにして、走行ラ
イン６の位置及び中心位置Cnをｘ，ｙ座標で求
めている。

そして、画像９の最下側までの各走査列の中心
位置Ｃ０〜Ｃ２５５を求める。

次に、CPU１１はその求めた中心位置Ｃ０〜
Ｃ２５５から複数個の中心位置を選定点として選
定する。本実施例では予めｙ軸方向に等間隔でか
つ上から10番目、55番目、100番目、145番目、
190番目、235番目にある６個の走査列の中心位置
Ｃ１０，Ｃ５５，Ｃ１００，Ｃ１４５，Ｃ１９
０，Ｃ２３５を第６図に示すように選定点Ｚ１〜
Ｚ６として規定している。

CPU１１はこの選定点Ｚ１〜Ｚ６を射影変換、
すなわち、画像９で求めた選定点Ｚ１〜Ｚ６が第
７図に示す実際のエリア４ａ上のどの位置（以
下、基点という）Ｑ１〜Ｑ６にあるか割り出す演
算処理を行なう。これは前記したようにCCDカ
メラ３が路面４を垂直に撮像していないことから
画像９中の走行ライン６と実際のエリア４ａにお
ける走行ライン６と相違するのを一致させる処理
てある。第７図においてHPは無人車１の中心位
置、正確にはCCDカメラ３の中心位置を示す。

尚、この射影変換処理動作は予め設定されてい
るCCDカメラ３の焦点距離及び傾き、高さ等の
設置条件に基づいて射影変換、すなわち、座標変
換が行なれる。そして、この射影変換の一般式は
以下の通りである。

選定点の位置座標をｘ，ｙ、基点の位置座標を
Ｘ，Ｙとし、カメラ３を高さをＨ、カメラ３の傾
きをΘ、対応位置の倍率を決める定数をＦとす
る。

Ｘ＝ｘ・secΘ／｛１＋（ｙ／Ｆ）tanΘ｝・Ｈ
／Ｆ Ｙ＝ｙ−Ｆ・tanΘ／｛１−（ｙ／Ｆ）tanΘ｝・
Ｈ／Ｆ 尚、本実施例ではCPU１１はこの基点Ｑ１〜
Ｑ６を第８図に示すように無人車１の中心位置を
原点HPとし、その時の撮像したエリア４ａ方向
をζ軸、横方向をηとするとζ，η座標の各点と
なるように座標変換する。この座標変換は無人車
１からCCDカメラ３が撮像するエリア４ａまで
の距離が予め分つていることから容易に座標変換
できるからその詳細は省略する。

この６個の基点Ｑ１〜Ｑ６に基づいてCPU１
は第８図に示すように、各基点Ｑ１〜Ｑ６及び原
点HPから同各点Ｑ１〜Ｑ６、HPを通貨、若し
くは近接位置を通る３次の近似曲線Lζの関数Ｆ
（ζ）（＝aζ³＋bζ²＋cζ）を求める。そして、
CPU１１は近似曲線Lζの関数Ｆ（ζ）を無人車の
現位置からエリア４ａまでの走行経路として決定
する。

次に、CPU１１はこの関数Ｆ（ζ）に基づいて
操舵機構２１を制御する制御処理を行なう。この
処理は現位置HPから関数Ｆ（ζ）の近似曲線Lζ
に沿つて無人車１を走行させるための処理動作で
あつて、その時々の走行位置における姿勢角Θ
（ζ）を求め、無人車１がその時々においてその
姿勢角Θ（ζ）となるようにステアリング角Θsを
決定し操舵機構２１を作動制御する処理である。

そして、第８図に示す関数Ｆ（ζ）の微分値が
姿勢角Θ（ζ）（＝F′（ζ））であつて、曲線Lζ上
の点Ａ（ζn、Ｆ（ζn））から点Ｂ（ζn−１、Ｆ（ζn
−
１）に移動する場合には姿勢角Θ（ζ）がΘ（ζn）
からΘ（ζn−１）となる条件を満足すればよいこ
とがわかる。

この条件を満足させるための走行制御方法を本
実施例では定常旋回円走行に具体化した。定常旋
回円走行は第９図に示すようにステアリング角度
Θsを一定に保持すると一定の半径Ｒで旋回する
走行であつて、ΔT秒後の姿勢角Θ（ζ）の変化
量をΔφをすると、以下の式が成りたつ。

Δφ＝Ｖ・Θs・ΔT／Ｄ Ｒ＝Ｄ／Θs Ｖは走行速度、Ｄはホイルベースである。

そして、両式から・ΔTだけ進む間にΔφだけ
姿勢角を変化させるためには、ΔT毎に半径Ｒ
（＝Ｖ・ΔT／Δφ）を計算し、その半径Ｒからス
テアリング角Θs・（＝Ｄ／Ｒ＝Ｄ・ΔΦ／Ｖ・
ΔT）を算出すればよい。

従つて、CPU１１はΔTごとにステアリング角
Θsを前記式に基づいて算出し、操舵機構２１を
作動制御すれば無人車１を前記関数Ｆ（ζ）の近
似曲線Lζに沿つて走行させることができる。す
なわち、CPU１１は無人車１を現位置HPからエ
リア４ａ上の走行ライン６に確実に乗せかつ同ラ
イン６に沿つて走行させることができる。

このように、本実施例においてはCCDカメラ
３で撮つた画像９中の走行ライン６について６個
の選定点Ｚ１〜Ｚ６を選定し、その画像９中で求
めた選定点Ｚ１〜Ｚ６を実際のエリア４ａの位置
と対応する基点Ｑ１〜Ｑ６を射影変換して求め
る。そして、その各基点Ｑ１〜Ｑ６及び原点HP
から同各点を通過、若しくは近接位置を通る３次
に近接曲線Lζの関数Ｆ（ζ）を求め、その関数Ｆ
（ζ）を無人車の現位置からエリア４ａまでの走
行経路としたので、無人車１を現位置からエリア
４ａ上の走行ライン６に確実に乗せかつ同ライン
６に沿つて走行させることができる走行経路とし
て非常に精度の高いものとなる。

しかも、この走行経路を示す関数Ｆ（ζ）を微
分して姿勢角Θ（ζ）（＝F′（ζ））を求め、その姿
勢角Θ（ζ）となるようにステアリング角Θsを決
定し操舵機構２１を作動させるようにしたので、
確実に無人車１をその走行経路に沿つて走行させ
ることができる。

特に、第１１図に示すように走行ライン６から
外れた位置HPから走行ライン６に乗せ、以後走
行ライン６に沿つて走行させる最は非常に有効と
なる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものでは
なく、前記実施例では選定点Ｚ１〜Ｚ６を６個と
したが、その数を適宜変更して実施してもよい。
又、前記実施例では選定点Ｚ１〜Ｚ６の選定をＹ
軸方向に対して等間隔に選定したが、これを例え
ば上側ほどその間隔を狭くする等、等間隔に限定
されることなく適宜変更して選定点を選定したり
して実施してもよい。さらに、前記実施例では選
定点Ｚ１〜Ｚ６を所定の走査列方向の走行ライン
６を示す画素群の中心位置Cnとしたが、要は、
画像９中に撮像されている走行ライン６から選定
されればよく、その選定方法はどんな方法でもよ
い。さらに、前記実施例では中心位置Cnを全て
の走査列について求めた後、所定の中心位置を選
定点としたが、全ての中心位置を求めることなく
選定点となる所定の走査列の中心位置のみを求め
るだけにして実施してもよい。この場合、走行経
路決定処理時間をさらに短縮させることができ
る。

又、前記実施例では走行ライン６に近似する線
Lζを３次関数Ｆ（ζ）にて実施したが、その他、
ｎ次近似の近似曲線Lζとなるｎ次関数で実施し
たり、特殊関数として例えば各点Ｑ１〜Ｑ６、
HPを全て通過するスプライン関数等、いかなる
関数で実施してもよいことは勿論である。又、前
記実施例では原点HPの姿勢角Θ（０）について
特に限定していなかつたが、これを、例えば、第
１２図に示すようにＦ（ζ）＝ζ²（aζ＋ｂ）なる関
数のように原点HPで姿勢角Θ（０）がゼロとな
るような関数で実施してもよい。これによつて、
原点HPから無人車１をスタートする際にステア
リング角Θsはゼロであるからその時点で急激に
ステアリング角Θsを変化させる必要がなくスム
ースなステアリング走行が可能となる。

さらに、前記実施例では画像９中の走行ライン
６上に所定の選定点を選定し、その選定点を利用
して関数Ｆ（ζ）を求めたが、これを画像９中の
走行ライン６の各状態を予めパターン化し、それ
ぞれ対応する各走行経路の関数Ｆ（ζ）を予め用
意しておき、撮像装置が撮像した時、その画像中
の走行ライン６がどのパターンに属するか判断
し、該当するパターンがあつたときそのパターン
に対する関数Ｆ（ζ）を読み出し、その関数Ｆ
（ζ）に基づいて操舵制御するようにしてもよい。

又、前記実施例では撮像装置としてCCDカメ
ラを用いたが、それ以外の撮像装置を用いて実施
してもよく、又、前記CCDカメラ２の画像の画
素構成（分解能）は256×256画素であつたが、こ
れに限定されるものではなく、例えば512×512画
素、1024×1024画素等適宜変更して実施してもよ
いことは勿論である。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば無人車
のいる地点から撮像装置が撮つた走行ラインまで
の走行経路を正確に決定し、その走行経路に沿つ
て走行させることができ、画像式無人車の操舵制
御方法として優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した無人車の側面
図、第２図は同じく平面図、第３図は走行制御装
置の電気ブロツク回路図、第４図はCCDカメラ
が撮像するエリアを示す図、第５図はCCDカメ
ラが撮らえた画像を説明するための説明図、第６
図は画像の座標を説明するための図、第７図は選
定点を実際のエリアに射影変換した時の各基点を
示す図、第８図は近似曲線を示す図、第９図は定
常旋回円走行を説明するための説明図、第１０図
は姿勢角と半径との関係を示す図、第１１図は無
人車が走行ライン上にない場合の近似曲線を示す
図、第１２図は原点の姿勢角がゼロの場合の近似
曲線を示す図である。 図中、１は無人車、３はCCDカメラ、４は路
面、４ａはエリア、５は照明ランプ、６は走行ラ
イン、９は画像、１０はマイクロコンピユータ、
１１は中央処理装置（CPU）、１２はプログラム
メモリ、１３は作業用メモリ、１４はタイマ、１
６はＡ／Ｄ変換器、１８は２値化レベルコントロ
ーラ、２０はドライブコントローラ、２１は操舵
機構、２２は速度検出器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無人車に備えた撮像装置で路面上に描かれた
   同無人車の走行経路を指示する走行ラインを撮像
   し、その画像中の走行ラインについてその長手方
   向に複数個の点を選定し、その選定した画像中の
   各点を前記路面上の実際の位置に射影変換した
   後、その射影変換された各点若しくはその近接位
   置と無人車の路面上の現在位置とを滑らかに通る
   曲線の関数を求め、その関数を微分して姿勢角を
   求め、その姿勢角に基づいてステアリング角を制
   御する画像式無人車における操舵制御方法。