JPS6233607B2 - - Google Patents
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- JPS6233607B2 JPS6233607B2 JP57220755A JP22075582A JPS6233607B2 JP S6233607 B2 JPS6233607 B2 JP S6233607B2 JP 57220755 A JP57220755 A JP 57220755A JP 22075582 A JP22075582 A JP 22075582A JP S6233607 B2 JPS6233607 B2 JP S6233607B2
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- vehicle
- point
- target point
- steering angle
- angle
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
- G05D1/0272—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising means for registering the travel distance, e.g. revolutions of wheels
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、点追従方式による車両の自動誘導方
法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for automatically guiding a vehicle using a point tracking method.
一般に、自動車その他の車両を目的地点にむけ
て走行させる車両の自動誘導においては、予め定
められた直線状等のコースに沿つて車両を誘導走
行させるのが通例である。しかしながら、このよ
うなコース追従方式の走行誘導では、車両を常に
コースに沿つて走行させることを制御の前提とし
ているため、コース上にある障害物等を回避する
ための舵角制御、あるいはそれを回避してある程
度コースから外れた場合等におけるコースへの復
帰のための舵角の制御が困難である。 2. Description of the Related Art Generally, when automatically guiding an automobile or other vehicle toward a destination, it is customary to guide the vehicle along a predetermined course, such as a straight line. However, such course-following type driving guidance assumes that the vehicle always travels along the course, so it is necessary to control the steering angle to avoid obstacles on the course, or It is difficult to control the steering angle to return to the course when the vehicle deviates from the course to some extent due to avoidance.
本発明の自動誘導方法は、現在位置と目的地点
との間に適数の目標点を設定して、この目標点を
順次追従する方式によつて車両を次第に目的地点
に近づけるように自動誘導しようとするものであ
り、従つて障害物等を回避するための目標点から
ある程度離れたとしても、その目標点に向かつて
容易に復帰させることができ、極めて自由度のあ
る誘導を行うことができる。 The automatic guidance method of the present invention sets an appropriate number of target points between the current position and the destination point, and automatically guides the vehicle so that it gradually approaches the destination point by sequentially following the target points. Therefore, even if the robot moves a certain distance away from the target point for avoiding obstacles, it can easily return to the target point, and guidance can be performed with an extremely high degree of freedom. .
即ち、本発明の自動誘導方法は、現在位置及び
姿勢角を測定可能な車両上の舵角制御装置におい
て、与えられた出発地点と目的地点の間に目標点
列を設定し、各目標点については位置及びそこを
通過する車両の姿勢角を設定し、車両が現在位置
から次の目標点に向かい且つその目標点を設定さ
れた姿勢角で通過するための走行経路を３次曲線
で与えて、その走行経路を得るための舵角を計算
し、操舵装置の制御によりその舵角で単位時間だ
け車両を走行させ、その走行による到達地点を改
めて現在位置として上記舵角の計算を繰返し、車
両が最終目的地点に近づくまでは、順次、次の目
標点に向かつて上記舵角の計算による走行を繰返
して行い、それによつて車両を目的地点に向かつ
て走行させることを特徴とするものである。 That is, in the automatic guidance method of the present invention, a target point sequence is set between a given starting point and a given destination point in a steering angle control device on a vehicle that can measure the current position and attitude angle, and each target point is sets the position and attitude angle of the vehicle passing there, and gives a traveling route for the vehicle from the current position to the next target point and passing through that target point at the set attitude angle using a cubic curve. , calculate the steering angle to obtain the travel route, make the vehicle travel for a unit time at that steering angle by controlling the steering device, and repeat the above calculation of the steering angle with the point reached by that travel as the current position. The vehicle is characterized in that, until the vehicle approaches the final destination point, the vehicle is driven toward the next target point by repeating the calculation of the steering angle described above, thereby causing the vehicle to travel toward the destination point. .
以下に図面を参照して本発明の方法をさらに具
体的に説明する。 The method of the present invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.
本発明による車両の自動誘導においては、第１
図に示すような舵角制御装置が車両上に搭載され
る。 In the automatic vehicle guidance according to the present invention, the first
A steering angle control device as shown in the figure is mounted on a vehicle.
この舵角制御装置は、車両の位置及び姿勢角を
測定する位置方位測定装置と、車両の経路を決定
する経路決定装置と、上記位置方位測定装置及び
経路決定装置の出力に基づいて舵角を決定する舵
角決定装置とを備えたものである。上記位置方位
測定装置は、左右の車輪の回転量の差、あるいは
車両に搭載したジヤイロによつて車両の姿勢角を
測定し、また両車輪の回転数によつて車両の走行
距離を測定して、常に車両の位置及び方位につい
てのデータを出力するものであり、また上記経路
決定装置は出発地点及び目的地点の座標を外部か
ら設定可能とし、それらの座標に基づいて目標点
列を設定して、現在位置及び次の目標点を舵角決
定装置に出力するものである。さらに、上記舵角
決定装置は、位置方位測定装置及び経路決定装置
の出力に基づき、後述する実舵角αを計算して、
車両の操舵装置に操舵制御の信号を送るものであ
る。 This steering angle control device includes a position/azimuth measuring device that measures the position and attitude angle of the vehicle, a route determining device that determines the route of the vehicle, and a steering angle based on the outputs of the position/azimuth measuring device and the route determining device. and a steering angle determining device for determining the steering angle. The above-mentioned position/azimuth measuring device measures the attitude angle of the vehicle using the difference in the amount of rotation between the left and right wheels or a gyro mounted on the vehicle, and also measures the travel distance of the vehicle based on the number of rotations of both wheels. The route determining device always outputs data regarding the position and direction of the vehicle, and the route determining device allows the coordinates of the departure point and destination point to be set from the outside, and sets a target point sequence based on those coordinates. , the current position and the next target point are output to the steering angle determining device. Further, the rudder angle determining device calculates an actual rudder angle α, which will be described later, based on the outputs of the position and orientation measuring device and the route determining device.
It sends steering control signals to the vehicle's steering system.
このような装置によつて車両を出発地点から目
的地点まで自動誘導するが、本発明においては地
上設備を用いないことを前提とし、上記経路決定
装置において出発地点と目的地点を結ぶ経路上に
所要の配列で目標点列が設定される。この目標点
列は、例えばコースに沿つて目標点を一定距離ご
とに配置したり、交差点その他の曲がり角等の主
要点に配置し、これによつて車両を誘導すべき基
本的コースの設定を行うものである。この場合
に、上記目標点列は、それらの点列を順次車両が
通過するように車両の誘導を行うことから、車両
を走行させたい経路に沿つて、経路が直線的であ
る場合においてはその両端、曲線状の経路におい
てはその曲線を折線で近似した場合の各折曲部
分、その他交差点、曲り角に設定することが最少
限必要であり、さらに、必要に応じて、それらの
目標点列に加えて、二つの目標点の中間に適宜目
標点を追加し、目標点を高密度に設定することが
できる。経路決定装置に予め与えられる地図は、
このような目標点と、どの目標点間は通行可能で
あるかという情報であり、出発地点と目標地点が
与えられたとき、走行する経路の目標点列を求め
て舵角決定装置に出力される。 Although such a device automatically guides a vehicle from a starting point to a destination point, the present invention is based on the premise that no ground equipment is used. The target point sequence is set in the array. This target point array is used to set the basic course on which the vehicle should be guided, for example by arranging target points at fixed distances along the course or at key points such as intersections and other turning points. It is something. In this case, the target point sequence is used to guide the vehicle so that it passes through these point sequences sequentially, so if the route is a straight line, the vehicle is guided along the desired route. In the case of a curved route, it is minimum necessary to set it at each bend, other intersections, and bends when the curve is approximated by a broken line. In addition, a target point can be added as appropriate between two target points, and the target points can be set at a high density. The map given in advance to the route determining device is
Information about these target points and which target points are passable between them, and when a starting point and a target point are given, a sequence of target points for the route to be traveled is determined and output to the steering angle determination device. Ru.
今、出発地点においてその出発地点及び目的地
点の座標が経路決定装置に与えられ、位置方位測
定装置によつてその後の走行距離及び方位の変化
が計測されると、舵角決定装置においては常に車
両の現在位置を知ることができる。このようにし
て現在位置とこれから向かおうとする目標点の位
置が与えられていると、目標点列における各目標
点に順次向かうための舵角は、次のようにして決
定される。 Now, when the coordinates of the starting point and the destination point are given to the route determining device at the starting point, and the subsequent travel distance and changes in direction are measured by the position/azimuth measuring device, the steering angle determining device always You can know the current location of. When the current position and the position of the target point to which the vehicle is heading are given in this way, the steering angle for sequentially heading to each target point in the target point sequence is determined as follows.
車両の動きに幾何学的な性質が保存されるもの
と仮定すると、第２図に示すような座標系におい
て、車両の運動は、次のような方程式によつて与
えられる。 Assuming that the geometric properties of the vehicle's motion are preserved, the vehicle's motion in the coordinate system shown in FIG. 2 is given by the following equation.
ここで、ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔは車両のｘ方向及び
ｙ方向の
位置変化の時間微分、θは車両の姿勢角即ち車両
の進行方向がｘ軸となす角度、ｖは車速、ｌは軸
距、αは実舵角である。 Here, dx/dt, dy/dt are the time differentials of position changes in the x and y directions of the vehicle, θ is the attitude angle of the vehicle, that is, the angle that the direction of travel of the vehicle makes with the x-axis, v is the vehicle speed, and l is the axis The distance and α are the actual steering angles.
現在位置における車両位置及び姿勢角がP0
（x0，y0，θ０）であり、次の目標点の位置及び
そこを通過する車両の姿勢角がP1（x1，y1，θ
１）として与えられる場合、まず、座標を第３図
に示すように、x0＝０，y0＝０，θ０＝０になる
ように、即ち現在位置を座標の原点Ｏにとり、進
行方向がｘ軸に沿うように設定する。これは、座
標軸を平行移動または回転することによつて容易
に行うことができる。 The vehicle position and attitude angle at the current position are P 0
(x 0 , y 0 , θ 0 ), and the position of the next target point and the attitude angle of the vehicle passing there are P 1 (x 1 , y 1 , θ
1 ), first set the coordinates so that x 0 = 0, y 0 = 0, θ 0 = 0 as shown in Figure 3, that is, set the current position at the origin O of the coordinates, and set the traveling direction. is set along the x-axis. This can be easily done by translating or rotating the coordinate axes.
ここで、車両が目標点P1に向かい且つその目標
点を設定された姿勢角で通路するための走行経路
は、時間軸を考慮しないｘ―ｙ座標系（第３図参
照）において一意に決まり、それは３次曲線で与
えられる。また、車両の動特性から考察すると、
車両の姿勢角θ及び舵角αが小さく、cosθが
１、sinθがθ、tanαがαによつてそれぞれ近似
され、且つ舵角αが時間と共に比例的に変化する
値として与えられる場合には、αとθが１回積分
の関係にあり、さらにθと位置とが１回積分の関
係にあるので、車両の走行経路は２回積分による
３次曲線で与えられる。 Here, the travel route for the vehicle to head toward the target point P1 and pass through the target point at a set attitude angle is uniquely determined in the x-y coordinate system (see Figure 3) without considering the time axis. , which is given by a cubic curve. Also, considering the dynamic characteristics of the vehicle,
When the attitude angle θ and steering angle α of the vehicle are small, cos θ is approximated by 1, sin θ is approximated by θ, and tan α is approximated by α, and the steering angle α is given as a value that changes proportionally with time, Since α and θ have a relationship of one-time integration, and θ and position have a relationship of one-time integration, the travel route of the vehicle is given by a cubic curve obtained by two-time integration.
そこで、走行経路を、
ｙ＝ax3＋bx2＋cx＋ｄ …(2)
の３次曲線によつて与え、右辺のａ〜ｄの各定数
の値を求めると、現在位置P0及び目標点P1におけ
る車両の位置はそれぞれ（０，０），（x1，y1）で
あり、車両の姿勢角θ０，θ１は、第３図からわ
かるように、車両の走行曲線に対する点P0，P1に
おける接線の勾配であるため、ｘ＝０のとき、
y′＝tanθ＝０、ｘ＝x1のとき、y′＝tanθ１とな
り、従つて、ｃ＝０，ｄ＝０であると同時に、
の関係が成立し、この(3)式の連立方程式を解くこ
とによつてａ及びｂが求められるため、上記(2)式
の３次曲線がきまることになる。 Therefore, if the traveling route is given by a cubic curve of y=ax 3 +bx 2 +cx+d (2) and the values of the constants a to d on the right side are found, then at the current position P 0 and the target point P 1 The positions of the vehicle are (0, 0) and (x 1 , y 1 ), respectively, and the attitude angles θ 0 and θ 1 of the vehicle are, as can be seen from FIG. 3, points P 0 and P with respect to the vehicle travel curve. Since it is the slope of the tangent at 1 , when x=0,
When y'=tanθ=0 and x=x 1 , y'= tanθ1 , and therefore, c=0, d=0 and at the same time, Since the following relationship holds true and a and b are obtained by solving the simultaneous equations of equation (3), the cubic curve of equation (2) above is determined.
この３次曲線は、現時点で決定した次の目標点
に達するまでの走行経路を示す曲線であり、舵角
決定装置においてはこの走行経路を得るための現
在位置での舵角αを求める必要がある。 This cubic curve is a curve that shows the travel route until reaching the next target point determined at the present moment, and the rudder angle determining device needs to find the rudder angle α at the current position to obtain this travel route. be.
この舵角は、次のようにして求めることができ
る。即ち、θ＝tan-1y′であるから、
ｄθ／ｄｔ＝ｄθ／ｄｙ′・ｄｙ′／ｄｘ・ｄｘ／ｄ
ｔ
＝１／１＋（ｙ′）２・y″・ｖ cosθ
の関係が成立し、ここで、y″は、
y″＝6ax＋2b
によつて与えられ、従つて、現在位置P0において
は、
ｄθ／ｄｔ｜x=0＝2b・ｖ cosθ＝2bv
の関係が成立し、前記(1)式を用いると、
ｖ／ｌtanα＝2bv
∴α＝tan-12bl …(4)
となる。なお、この(4)式におけるｂの値は、前記
(3)式から、
ｂ＝３ｙ１−ｘ１ｔａｎθ１／Ｘ１ ２
として与えられるものである。 This steering angle can be determined as follows. That is, since θ=tan -1 y', dθ/dt=dθ/dy'・dy'/dx・dx/d
The relationship t = 1/1 + (y') 2・y''・v cosθ holds true, where y'' is given by y''=6ax+2b. Therefore, at the current position P 0 , dθ / dt | The value of b in equation (4) is
From equation (3), it is given as b=3y 1 −x 1 tanθ 1 /X 1 2 .
従つて、前記舵角決定装置においては、上記(4)
式による舵角αの計算を行つて車両の操舵装置を
制御することになる。 Therefore, in the rudder angle determination device, the above (4)
The steering system of the vehicle is controlled by calculating the steering angle α using the formula.
次に、その制御による車両の誘導方法について
説明する。 Next, a method of guiding the vehicle through this control will be explained.
前述したように、車両の経路決定装置には、出
発地点と目的地点の座標が与えられ、それに基づ
いて目標点列が設定されて、出発地点と次の目標
点の座標及び姿勢角が舵角決定装置に送られる。
なお、隣接する目標点間の姿勢角の変化は原則と
して90゜未満とする。一方、位置方位測定装置に
おいては、走行距離と方位の計測を行つているた
め、車両が走行している状態において常に現在位
置の座標がわかることになる。 As mentioned above, the vehicle's route determination device is given the coordinates of the starting point and the destination point, sets a target point sequence based on them, and determines the coordinates and attitude angle of the starting point and the next target point based on the steering angle. sent to the decision device.
As a general rule, the change in attitude angle between adjacent target points should be less than 90°. On the other hand, since the position/azimuth measurement device measures travel distance and direction, the coordinates of the current position of the vehicle can always be known while the vehicle is running.
舵角測定装置においては、このようにして求め
た現在位置の座標及び姿勢角P0（x0，y0，θ０）
と、次の目標点の座標及び姿勢角P1（x1，y1，θ
１）を用いて、前記(4)式による舵角αの計算を行
い、操舵装置を作動させてその舵角により単位時
間だけ走行させる。単位時間の走行距離は位置方
位測定装置によつて計測され、車両の現在位置か
ら目標点P1までの距離が比較的大きい場合には、
その到達地点を改めて現在位置P0として上記(4)式
の計算を繰返し、また車両が目標点P1に十分近づ
いている場合、その目標点P1が最終目的地点でな
ければ、経路決定装置から次の目標点の座標を受
取り、その新たな目標点に向つて上記(4)式による
舵角の計算を行い、単位時間だけその舵角によつ
て車両を走行させる。車両が目標点に十分に近づ
き、その目標点が最終目的地点である場合には、
その地点への到達によつて誘導を終る。 In the steering angle measurement device, the coordinates of the current position and the attitude angle P 0 (x 0 , y 0 , θ 0 ) obtained in this way
and the coordinates and attitude angle of the next target point P 1 (x 1 , y 1 , θ
1 ), calculate the rudder angle α according to equation (4) above, operate the steering device, and run the vehicle for a unit time using the rudder angle. The distance traveled per unit time is measured by a position/direction measuring device, and if the distance from the vehicle's current position to the target point P1 is relatively large,
The calculation of equation (4) above is repeated with the arrival point set as the current position P 0 , and if the vehicle is sufficiently close to the target point P 1 , and if the target point P 1 is not the final destination, the route determining device It receives the coordinates of the next target point from , calculates the steering angle according to the above equation (4) toward the new target point, and runs the vehicle using that steering angle for a unit time. If the vehicle is close enough to the target point and that target point is the final destination,
The guidance ends upon reaching that point.
第４図Ａ，Ｂは、上述した誘導方法のコンピユ
ータによるシミユレーシヨンの結果を示すもの
で、図中、P1，P2，…は目標点を示し、また各目
標点に付した直線はその目標点について設定した
車両の姿勢を示している。同図Ａの場合、目標点
列の座標と姿勢角の関係から各目標点ごとに切り
返しを行う必要が生じているが、同図Ｂの場合に
はその必要がない。この切り返しは、第５図に示
すような目標点P1（x1，y1，θ１），P2（x0，
y2，θ２）について、それらを、
ｙ２−ｙ１／ｘ２−ｘ１≧１／３tanθ２
の関係をもつように設定することにより、その必
要をなくすことができる。 Figures 4A and 4B show the results of a computer simulation of the above-mentioned guidance method. In the figures, P 1 , P 2 , ... indicate target points, and the straight line attached to each target point indicates the target point. It shows the attitude of the vehicle set for the point. In the case of A in the same figure, it is necessary to perform a turnback for each target point due to the relationship between the coordinates of the target point sequence and the attitude angle, but in the case of B in the same figure, this is not necessary. This reversal is carried out at the target points P 1 (x 1 , y 1 , θ 1 ), P 2 (x 0 ,
y 2 , θ 2 ), this need can be eliminated by setting them to have the relationship y 2 −y 1 /x 2 −x 1 ≧1/3 tan θ 2 .
以上に詳述したところから明らかなように、本
発明の方法によれば、障害物の回避やノイズ等に
よつて車両が目標点から離れるようなことがあつ
ても、車両において常に現在位置及び姿勢角を計
測して、現在位置から次の目標点に向かい、且つ
その目標点を設定された姿勢角で通過するための
舵角を計算し、走行誘導を行うので、車両を容易
にその目標点に向う方向に復帰させることがで
き、しかも地上設備をもたない自立型であるた
め、設備費を著しく軽減できる点で有効である。 As is clear from the detailed explanation above, according to the method of the present invention, even if the vehicle moves away from the target point due to obstacle avoidance, noise, etc. It measures the attitude angle, calculates the steering angle to go from the current position to the next target point, and passes that target point at the set attitude angle, and guides the vehicle, making it easy to move the vehicle to the target point. Since it can be returned in the direction toward the point and is an independent type without ground equipment, it is effective in that it can significantly reduce equipment costs.
第１図は本発明の実施に用いる舵角制御装置の
構成図、第２図及び第３図は本発明についての説
明図、第４図Ａ，Ｂは本発明についてのコンピユ
ータによるシミユレーシヨンの結果を示す線図、
第５図は切り返しが不要な場合についての説明図
である。
FIG. 1 is a block diagram of a steering angle control device used to implement the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams of the present invention, and FIGS. 4A and B show the results of a computer simulation of the present invention. diagram showing,
FIG. 5 is an explanatory diagram of a case where no switchback is necessary.
Claims (1)
角制御装置において、与えられた出発地点と目的
地点の間に目標点列を設定し、各目標点について
は位置及びそこを通過する車両の姿勢角を設定
し、車両が現在位置から次の目標点に向かい且つ
その目標点を設定された姿勢角で通過するための
走行経路を３次曲線で与えて、その走行経路を得
るための舵角を計算し、操舵装置の制御によりそ
の舵角で単位時間だけ車両を走行させ、その走行
による到達地点を改めて現在位置として上記舵角
の計算を繰返し、車両が最終目的地点に近づくま
では、順次、次の目標点に向かつて上記舵角の計
算による走行を繰返して行い、それによつて車両
を目的地点に向かつて走行させることを特徴とす
る点追従方式による車両の自動誘導方法。1. In a steering angle control device on a vehicle that can measure the current position and attitude angle, a series of target points is set between a given starting point and a destination point, and for each target point, the position and position of the vehicle passing there are determined. A steering wheel for setting the attitude angle, giving a traveling route for the vehicle to move from the current position to the next target point and passing through that target point at the set attitude angle using a cubic curve, and obtaining that traveling route. The steering angle is calculated, the steering device is controlled to drive the vehicle at that steering angle for a unit time, and the point reached by that traveling is set as the current position and the calculation of the steering angle is repeated until the vehicle approaches the final destination point. A method for automatically guiding a vehicle using a point following method, characterized in that the vehicle is sequentially driven toward the next target point by repeatedly running based on the calculation of the steering angle as described above, thereby causing the vehicle to travel toward the destination point.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57220755A JPS59111508A (en) | 1982-12-16 | 1982-12-16 | Automatic car guiding method using point follow-up system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57220755A JPS59111508A (en) | 1982-12-16 | 1982-12-16 | Automatic car guiding method using point follow-up system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59111508A JPS59111508A (en) | 1984-06-27 |
| JPS6233607B2 true JPS6233607B2 (en) | 1987-07-22 |
Family
ID=16756028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57220755A Granted JPS59111508A (en) | 1982-12-16 | 1982-12-16 | Automatic car guiding method using point follow-up system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59111508A (en) |
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1982
- 1982-12-16 JP JP57220755A patent/JPS59111508A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59111508A (en) | 1984-06-27 |
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