JPS6352213A - 画像式無人車におけるコ−ス追従走行方法 - Google Patents

画像式無人車におけるコ−ス追従走行方法

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JPS6352213A
JPS6352213A JP61195855A JP19585586A JPS6352213A JP S6352213 A JPS6352213 A JP S6352213A JP 61195855 A JP61195855 A JP 61195855A JP 19585586 A JP19585586 A JP 19585586A JP S6352213 A JPS6352213 A JP S6352213A
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Akiyoshi Itou
伊藤 日芸
Kohei Nozaki
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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コース追従走行方法に係り、詳しく
は無人車の走行経路を指示する走行ラインを比象装置で
撮り、その搬像装置で囮った走行ラインの画像を画像処
理して決定した走行杆t8に沿って走行させる画像式無
人車におけるコース追従走行方法に関するものである。
(従来技術及び問題点) 本出願人はこの種の画像式無人車において搬像装置で撮
った走行経路を指示する走行ラインを画@処理し、無人
車を走行ラインに沿って走行させるための安全かつ合理
的な走行経路を決定する方法を先に種々出願している。
その一つの走行経路決定方法としては撮@装置で撮像し
た走行ラインを画像処理しその走行ライン上から複数個
の点を選定しその選定した点から当該走行ラインに近似
する曲線の関数を求め、その近似曲線を無人車の走行経
路とするものがある。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、画像式無人車においては実際の走行ラインに
正確かつ確実に沿って走行するのが望ましいが、前記し
たように走行ラインの近似曲線を走行経路としその近似
曲線の関数に基づいてステアリング制御していることか
ら走行ライン上を正確かつ確実に無人車を走行させるの
には限界があった。
この発明の目的は実際の走行ライン上を正確かつ確実に
無人車を走行させることができる画像式無人車における
コース追従走行方法を提供することにある。
発明の構成 (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成すべく、無人車に儀えたlfl像装置で
同無人車の走行経路を指示する走行ラインをateし、
その画像中の走行ラインについて同ラインに沿って複数
個の点を選定しその選定点における走行ラインの微係数
を求め、その求めた微係数を当該選定点での無人車の姿
勢角として各選定点の微係数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コース追従走行方法を
その要旨とするものである。
(作用) その画像中の走行ライン上に選定した選定点における走
行ラインの@線(傾き)はその選定点における微分値、
即ち、微係数を意味し、その微係数を無人車の姿勢角と
すれば走行ラインのその選定点において無人車はスムー
スに走行ライン上を走行することになる。その結果、各
選定点の微係数をその選定点における無人車の姿勢角と
するとともに、選定点から次の選定点まで走行させる際
、その両選定点の微係数に基づいて無人車のステアリン
グ角を制御することにより、無人車は確実に走行ライン
上を走行することになる。
(実施例) 以下、この発明の画像式無人車の走行経路決定方法を具
体化した無人車の走行制御装置の一実施例を図面に従っ
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が立設されていて、そのフレーム2の上部中
央位置には撮像装置としてのCOD(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にセットされて
いる。
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5が一定の線幅にて描かれ、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、この一定の線幅を有した走行ライン5を前
記CCDカメラ3が撮ることになる。
従って、CCDカメラ3は第4図に示すエリア4aを第
5図に示す画像6としてとらえることになり、そのエリ
ア4aの画@6を本実施例では256X256個の画素
で構成している。そして、CCDカメラ3において白色
の走行ライン5を撮った信号(以下、画素信号という)
は出力レベルが高く、反対に路面4を撮った画素信号は
出力レベルが低くなっている。又、本実施例では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を照す照明ランプ7が設置されてい
るが、照明ランプ7を使用しないで実施してもよい。
次に、無人車1に搭載した走行制御装置の電気的構成を
第3図に従って説明する。
マイクロコンピュータ10は中央処理装置(以下、CP
U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(ROM )よりなるプログラムメモリ12
とCPtJllの画素データ及びその他演算処理結果等
を一時記憶する読み出し及び書き替え可能なメモリ(R
AM)よりなる作業用メモリ13及びタイマ14等から
構成されている。そして、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ライ4ンの
状態を割り出すとともに、ステアリング制御等の走行の
ための各種の演算処理動作を実行するようになっている
前記cpui1はタイマ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ェイス15及びA/D
変換器16を介して前記CCDカメラ3を走査制(財)
するとともに、そのCCDカメラ3からの画素信号を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に記憶させる。
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暗に変換する際、各画素信号が予
め定めた設定値以上かどうか判断する。そして、A/D
変換器16は設定値以上の画素信号の場合には白色の走
行ライン5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r
OJ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バスコントローラ17を介し
て作業用メモリ13に記憶する。
従って、作業用メモリ13にはCCDカメラ3が撮った
画像6が256x 25611Nの画素データとして記
憶されることになる。
2値化レベルコントローラ18は前記CPU11からの
制御信号に基づいて前記A/D変換器16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
ようになっている。ドライブコントローラ19は無人車
1の走行用の駆動モータ20及び操舵IM421を同じ
<CPU11からの制御信号に基づいて制御する。そし
て、駆動モータ20は無人車1の走行速度■を決定し、
操舵機構21は無人車1のステアリング角eを決定する
尚、本実施例では無人車1は常に予め設定した一定の走
行速度■で走行するようにモータ20を制御している。
又、本実施例では説明の便宜上、CCDカメラ3の走査
制御は画面に対して横方向(y軸方向)に走査し、その
走査が画面の上から下方向くX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。
次に、上記のように構成したCPtJllの処理動作に
ついて説明する。
今、CPLlllからの制御信号に基づいてCCDカメ
ラ3が走査制御されると、同カメラ3は路面4に対して
垂直ではなく一定の角度傾いて搬像していることから第
6図に示す前方のエリア4aを第7図に示すような画像
6に搬像する。CCDカメラ3が撮像した画像6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5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画素データと
してバスコントローラ17を介して作業用メモリ13に
転送される。
作業用メモリ13に画素データが転送されると、CPU
11はその画素データに基づいて走行ライン5上の無人
車1に近い地点における傾き、即ち、走行ライン5をあ
る曲線であられした場合におけるその地点の微係数(微
分値)、即ち、無人車1の姿勢角Φを求める処理動作を
実行する。
まず、第7図に示すように画像6の最下側のチェックラ
インL Oa、 L Obと対応する横一列の画素列の
画素データを読み出しその各ラインloa、lob上に
おける走行ライン5の画素データと路面4の画素データ
を判別し、ラインloaを交差する走行ライン5の中心
位置COaを求めた模、チェックラインLOb上にある
走行ライン5の画素データ群から同様にチェックライン
LObを交差する走行ライン5の中心位置CObを求め
る。
この両中心位置COa、 CObは画像6を構成する各
画素において左から数えて128番目のある縦一列の画
素列をX軸、上から数えて128番目にある横一列の画
素列をy軸としたX、y座標で求めている。
CPtJllは両中心位置COa、 CObを射影変換
、即ち、画1116で求めた中心位置COa、 COb
が実際のエリア4a上のどの位置Q Oa、 Q Ob
にあるがを割り出す。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がら画@6中
の走行ライン5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である。
そして、その変換方法は本出願人が先に出願した例えば
特願昭60−283852号を参照すれば容易に理解さ
れる。
尚、この射影変換して求めた中心位置QOa、 QOb
は無人車1の中心を通る進行方向に直交する方向をX軸
、エリア4aを左右に2分する線をY軸とし、かつ、両
輪の交点(原点)を無人車1の現在地置く正確にはCC
Dカメラ3の位iり)−IPとしたX、Y座標で求めて
いる。
CPLlllは中心位1i Q Oa、 Q Obがら
チェックライン1−Oa、lOb間を通る走行ライン5
の傾き(走行ライン5の微係数)Φ0を算出し、その傾
きΦ0を作業用メモリ13に記憶する。
即ち、中心位置QOa、 QObの座標位置をそれぞれ
(XOa、 YOa) 、  (XOb、 YOb)と
すると、傾きΦOは以下の通り求めることができる。
ΔX=XOa−XOb ΔY = Y Oa−Y Ob Φ0 = t a n−′(ΔY/ΔX)次に、CPU
11は無人車1の現在位置HPと走行ライン5上の中心
位置QObを通り、かっ、中心位置QObで微係数F=
(XOb)がΔY/ΔX(=tanΦO)となる3次曲
線りの関数F(x)=aXj   +bx”    十
〇X+dを求める。
尚、この算出において本実施例では現在位[HPにおい
て微係数F”(0)=Oとなるようにしている。上記の
条件に基づいて3次曲線りの関数F(x)が求まると、
CPU11はこの間数F(X)を無人車1の現在位置H
Pからエリア4a内の走行ライン5上の中心位置QOb
までの走行経路として決定する。
走行経路が決定すると、CPU11は駆動モータ20を
駆動させて無人車1を予め定めた一定速度■で走行させ
るとともに、この間数F(X)に基づいて操舵機構21
を制御する制御処理を行なう。
この処理は現在位置HPから間数F(X)の3次曲線り
に沿って無人車1を走行ライン5の中心位置QObまで
走行させるための処理動作であって、その時々の走行位
置における姿勢角Φを前記関数F(X)から求め、無人
車1がその時々においてその姿勢角Φとなるようにステ
アリング角eを決定し操舵機構21を作動制御する処理
動作である。
本実施例の場合、このステアリング制御を行なうのに定
常旋回走行を採用し、この走行は第8図及び第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で旋回する走行をいい、61秒後の姿勢角Φの
変化をΔΦ、走行速度をV1無人車1のホイルベースを
Dとすると以下の式が成りたつ。
ΔΦ−V・θS・ΔT/D R=D10S そして、両式から■・6丁だけ進む間にΔΦだけ姿勢角
Φを変化させるためには、6丁毎に半径R(=V・ΔT
/ΔΦ)を計算し、その半径Rからステアリング角es
 (=D/R=D・ΔΦ/V・ΔT)を算出すればよい
。従って、CPU11はΔT毎にステアリング角esを
前記式に基づいて算出し、操舵機構21を作動制(財)
すれば無人車1を前記3次曲線りに沿って走行させるこ
とができる。
尚、この詳細は本出願人が先に出願した例えば特願昭6
0−283851号、特願昭60−281399号に記
載された内容を参照すれば容易に理解されよう。
無人車1が走行を開始すると、続いてcpuilは画像
6の画素データに基づいて擾会された走行ライン5上の
複数の選定点の傾き、即ち、走行ライン5をある曲線で
あられした場合におけるその各地点の微係数(微分値)
を求める処理動作を実行する。
CPU11は前記画@6の最下側のチェックラインL 
Oa、 L Obで求めた処理と同様に、同チェックラ
インLOa、LObと隣接する所定の間隔位置に第1チ
ェックライン1−1a、Libを設定しその対応する横
一列の画素列の画素データを読み出しその各ライン上1
a、1−1b上における走行ライン5の画素データと路
面4の画素データを判別し、ラインLlaを交差する走
行ライン5の中心位置C1aを求めた後、チェックライ
ンL1b上にある走行ライン5の画素データ群から同様
にチェックラインLlbを交差する走行ライン5の中心
位置C1bを求める。
CPtJllは画像6で求めた中心位置C1a、C1b
が実際のエリア4a上のどの位置Q Ia、 Q Ib
にあるか前記と同様に射影変換する。そして、CPU1
1は中心位置Q1a、 Qlbからチェックライン11
a、jib間を通る走行ライン5の傾き(走行ライン5
の微係数)Φ1を算出し、その傾きの1を作業用メモリ
13に記憶する。
即ち、第10図に示すように前記と同様に中心位75 
Q la、 Q lbの座標位置をそれぞれ(X1a、
Yla) 、  (X1b、 Ylb)とすると、前記
と同様ニソの傾きΦ1は以下の通り求めることができる
ΔX −X 1a−X 1b ΔY=Y1a−Y1b Φ1 = t a n”’    (ΔY/ΔX)第1
のチェックラインlla、11bにおける走行ライン5
の傾きΦ1が求まると、CPU11は以後同様な方法で
一定の間隔をおいて第8のチェックライン18a、1−
8bまで各チェックラインにおける位置C2a、 C2
b−C8a、 C8b、 Q2a、 C2b−Q8a、
 C8b、及び、傾き(微係数)02〜Φ8を求め順次
作業用メモリ13に記!−する。
この微係数Φ1.Φ2〜Φ8の一群はエリア4a内の走
行ライン5上を移動する際の各位置Q Ib。
C2b−C8bにおける姿勢角Φを示すことになる。
従って、エリア4a内の走行ライン5の各位置Qlb、
 C2b〜C8bにおいて無人車1の姿勢角ΦがΦ1、
Φ2〜Φ8となるように操舵機構21を介してステアリ
ング角eを制御することによって、無人車1を同走行ラ
イン5に沿って移動させることが可能となる。
尚、この第8のチェックライン1−8a、 18bまで
傾きΦ8の算出についてCPtJllは少なくとも無人
車1が前記3次曲線り上を走行し前記走行ライン5上の
中心位置QObまでに終了するようにしている。
無人車1が走行ライン5上の中心位1QObに到達する
と、無人車1の姿勢角Φは前記Φ0に制御されることか
ら、CPU11はそのままスムースに走行ライン5に乗
り前記した走行ライン5上の位fiQ1bに向って移動
することになる。この時、CPU11は作業用メモリ1
3に記憶した位置Q1bの微係数Φ1を読み出し、この
Φ1、前記ΦO1無人車1の走行速度V、位置Q1bに
到達するまでの時間ΔT及び無人車1のホイールベース
の長さDに基づいてその時々のステアリング角θ(=D
・ΔΦ/V・ΔT;尚、ΔΦ=Φ1−Φ0)を制御して
操舵機構21を駆動制御する。その結果、無人車1は位
置Qlbに走行ライン5上に乗ってスムースに到達する
ことになる。
無人車1が位置Q1bに到達すると、CPU11は次に
移動すべき位置Q2bの微係数02を作業用メモリ13
から読み出し、このΦ2、前記Φ1、無人車1の速度V
、位置Q2bに到達するまでの時間ΔT及び無人車1の
ホイールベースの長さDに基づいて前記と同様にその時
々のステアリング角eを制御して操舵機構21を駆動制
御する。以後、同様な動作を繰り返すことによって、C
PUIIは無人車1が各位置Q3b−Q8bをスムース
に通るように走行させることができる。
このように本実施例では現在位置からCCDカメラ3が
撮らえた走行ライン5に乗せるための3次曲線りの関数
F(X)を求めるとき、走行ライン5に乗る位置QOb
における走行ライン5の微係数Φ0を関数F(X)の要
素として求めたので、3次曲線しに沿って走行する無人
車1が位置QObに確実に乗りかつ同位置QObに到達
した時、無人車1の姿勢角Φは微係数00と一致するこ
とになり、スムースに走行ライン5に乗ることになる。
従って、走行ライン5に乗った後におけるCCDカメラ
3にて@象した走行ライン5の画素データに基づいて決
定した走行経路に誤差なく移行することができる。
又、本実施例では現在位置HPで姿勢角Φがゼロとなる
3次曲@Lとしたので、無人車1をスタートさせる際に
ステアリング角eはゼロであるから急激にステアリング
角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。
又、本実施例では無人車1が位置QObに到達した後の
走行経路はCCDカメラ3にて撮像した走行ライン5の
画素データに基づいて走行ライン5上の位置Q1b〜Q
8bについて微係数Φ1〜Φ8を求め、この位置Q1b
〜Q8bの微係数Φ1〜Φ8、即ち、無人車1の姿勢角
Φに基づいてステアリング角θを制御するようにしたの
で、無人車1は走行ライン5そのものを走行軌跡として
走行させることができる。
又、この場合エリア4a内の走行エリア5についである
関数を求め、その関数に基づく曲線を走行経路とする演
算処理はなくなるとともに、各位置Q1b〜Q8bにお
ける微係数の1〜Φ8を作業用メモリ13に記憶するだ
けなので、作業用メモリ13の記憶容量が非常に小さく
て済むことになる。
尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば前記実施例では現在位置から位置Qlbまでの関
数F (X>を3次曲線りどなるようにしたが、要は位
置QObにおいてその走行ライン5の微係数00と一致
する微係数となる関数であるならばどんな関数(例えば
0次関数)であってもよい。
さらに、前記実施例では各チェックラインの間隔、例え
ば第1のチェックラインlla、llbの間隔は特に限
定しなかったが、要はその位置における微係数が算出で
きる間隔であれば適宜変更して実施してもよい。
又、前記実施例では射影変換した後、各位置Q1b〜Q
8bの微係数Φ1〜Φ8を求めたが、これを画像6中の
各位置C1b−C8bにおける微係数を求めその求めた
微係数を射影変換してエリア4a内における各位置Q1
b〜Q8bの微係数01〜Φ8を求めるようにしてもよ
い。
又、前記実施例では第1〜第8のチェックラインを設定
したが、その数を適宜変更して実施してもよいことは勿
論である。この場合、数を多くすればその分より精度の
高い走行が可能となる。
又、前記実施例では走行ライン5に乗せるための走行経
路(3次曲線)を関数F(x)=aX+bx    +
cX+dとして求めたが、これを求められた位1QOb
における各微係数Φ0に対応した各3次曲線りの関数F
(X)をテーブル化してプログラムメモリー2に記憶さ
せてなる走行制御装置に応用してもよい。例えば、本実
施例の場合、画像6が256X256であることがら位
置QObは256通りある。そして、微係数ΦOを5度
きざみに設定すると、 (180”15°−1’)−256=8960となり、
8960種類の3次曲線りを予め用意、即ち、テーブル
化しておけば良いことになる。従って、演算処理時間が
短縮されることになる。
又、前記実施例において、各位@Q1b−Qnbの微係
数Φ1〜Φ8を読み出し、この01〜Φ8、走行速度■
、時間6丁及びホイールベースの長さDに基づいてその
時々のステアリング角e (=D・ΔΦ/V・ΔT)を
求め操舵機構21を駆動開運するようにしたが、予め走
行速度V1時間ΔT及びホイールベースの長ざDが分っ
ていることがら、この各微係数Φ1〜Φ8から求めた各
Δの=Φm−Φm−1に対応した各ステアリング角eを
テーブル化してプログラムメモリ12に記憶させて実施
してもよい。この場合、演算処理時間が短縮されること
になる。又、前記実施例で走行速度Vは一定という前提
で行なったが、これを車速センサでその時々の走行速度
Vを求め、その求めた走行速度Vで前記各演算処理を行
なっ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を実際の
走行ライン上を正確かつ確実に走行させることができる
潰れた効果を有する。
【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図は無人車に搭載された制御装置
の電気ブロック回路図、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カメラが搬らえた画
像を説明するための説明図、第6図はエリア内の各チェ
ックラインにおける走行ラインの微係数を説明するため
の図、第7図は画像中の各チェックラインにおける走行
ラインを説明するための図、第8図は定常旋回走行を説
明するための説明図、第9図は姿勢角と半径との関係を
示す図、第10図は微係数を求めるための説明図である
。 図中、1は無人車、3は搬像装置としてのCCDカメラ
、5は走行ライン、6は画像、10はマイクロコンピュ
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、16はA/D変換器、
19はドライブコントローラ、20は駆動モータ、21
は操舵機構、L Oa、 l、 ob −L 8a、 
L 8bはチェックライン、Φ0〜Φ8は微係数、Φは
姿勢角、Q Oa、 Q Ob 〜Q 8a。 Q8bは位置である。 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、無人車に備えた撮像装置で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
    ついてラインに沿って複数個の点を選定しその選定点に
    おける走行ラインの微係数を求め、その求めた微係数を
    当該選定点での無人車の姿勢角として各選定点の微係数
    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
    けるコース追従走行方法。
JP61195855A 1986-08-21 1986-08-21 画像式無人車におけるコ−ス追従走行方法 Granted JPS6352213A (ja)

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