JPS6355608A - 画像式無人車の誘導方法 - Google Patents

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誘導方法に係り、詳しくは無人車の
走行経路を指示する走行ラインを撮像装置で躍り、その
撮像装置で躍った走行ラインの画像を画像処理して決定
した走行経路に沿って走行さける画像式無人車の誘導方
法に関するものである。

（従来技術） 本出願人はこの種の画像式無人車において撮像装置で躍
った走行経路を指示する走行ラインを画像処理し、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
的な誘導方法を先に種々出願している。

その一つの誘導方法としては撮像装置で！ａ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、その近似曲線に基づいて誘導させたり
、あるいは、その走行ライン上から複Ｆｔｕの点を選定
しその選定した点から予め用意したパターンを呼び出し
同パターンに基づいて誘導させるものを提案している。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記画像式無人車の誘導方法においては、走
行ラインにスムースにかつ確実に乗せにくく、又、近似
曲線の処理が複雑となったり誘導のためのコースをパタ
ーン化する必要があった。

この発明の目的は無人車を現在位置から走行ラインに簡
単な処理によってスムースに、かつ確実に乗せることが
できる画像式無人車の誘導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） この発明は上記目的を達成すべく、無人車に備えた画像
装置で同無人車の直近位置を含む前方の走行経路を指示
する走行ラインを画像し、その画像中の走行ラインに沿
って複数個の基準点を選定するとともに、車両と前記基
準点との変位量が前方ほど減少するように前記各基準点
に対して選定点を選定しその各選定点を通過すべくステ
アリング角を制御する画像式無人車の誘導方法をその要
旨とするものである。

（作用） 上記手段により、無人車に備えた画像装置が無人車の直
近位置を含む前方の走行経路を指示する走行ラインを画
像すると、その画像中の走行ラインに沿って複数個の基
準点を選定するとともに、車両と前記の基準点との変位
量が前方ほど減少するように前記各基準点に対して選定
点を選定しその各選定点を通過すべくステアリング角を
制御する。その結果、無人車は前方に走行するほど走行
ラインに接近する。

（実−前例） 以下、この発明の画像式無人車の誘導方法を具体化した
無人車の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
央位置には画像装置としての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の直近位置を含む前
方、すなわち車両の前輪である操舵輪１ａの直近位置及
びその前方の路面４上のエリア４ａを１最るように支持
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が躍ることになる。

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２５６Ｘ　２５６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を比った信号（以下、画素信号という
）は出力レベルが高く、反対に路面４を躍った画素信号
は出力レベルｈ（低くなっている。又、本実施例ではＣ
ＣＤカメラ３の両側下方位置に同カメラ３の画像を容易
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の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
ＣＰＵ１１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（ＲＡＭ
）よりなる作業用メモリ１３及びタイマ１４等から構成
されている。そして、ＣＰＵ１１はプログラムメモリ１
２に記憶された制御プログラムにて走行ライン５の状態
を割り出すとともに、操舵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ＣＰｔＪ１１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を走査制御す
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値に変換する際、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、メ＼／
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
「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が蹟った
画像６が２５６Ｘ２５６個の画素データとして記憶され
ることになる。

２１ｉ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１Ｇ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及び操舵機構２１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
舵殿溝２１は無人車１のステアリング角Ｏ３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Ｖで走行するように駆動モータ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に走査し、その走査が画面の
上から下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ＣＰＵＩ”ｌ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エリ
ア４ａを無人車の直近位置とその前方部分とで縮尺が異
なる画像６に頭像する（第４図及び第５図参照）。

ＣＣＤカメラ３が１最像した画像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１１
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
。

ＣＰＵ１１は作業用メモリ１３に記憶された画像データ
に基づいてこの躍像画面を射影変換、即ち、蹟像画像６
を第６図に示す実際のエリア４ａにおける画像に変換し
作業用メモリ１３に記憶させる。これは前記したように
ＣＣＤカメラ３が路面４を垂直に比瀕していないことか
ら画像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５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。

そして、この射影変換して求めた画像を無人車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Ｙ４ＩｌＩＩとし、かつ、両軸の交点
（原点）を無人車１の中心位置（ＣＣＤカメラ３の中心
位ｉ＞１−ＩＰとしたＸ、Ｙ座標で表わす。

ＣＰＵ１１は作業用メモリ１３に記憶されたデータに基
づいて走行ライン５の画像認識を行なう。

ＣＰＵＩはこの射影変換した画像６において、この画像
をＸ軸に並行でかつ等間隔１のチェックラインＬｎ　　
（第６図おいてはＬＯ〜Ｌ８　）を設定する。そして、
このチェックラインＬｎ　　（第Ｏ〜第８チェックライ
ンｌｏ〜Ｌ８　）上に一定の線幅りを有している走行ラ
イン５があるか、そして走行ライン５と判断した範囲の
中心位置がどこにあるか求める。ＣＰＵ１１はこの中心
点を基準点Ｇｎ　（第Ｏ〜８基準点Ｇｏ　−Ｇ８　）と
して作業用メモリ１３に記憶する。

次に、ＣＰＵ１１は第ＯチェックラインＬＯ（Ｘ軸）上
の原点ＨＰと第Ｏ基準点ＧＯとの距離、すなわち変位間
ωＯを算出する。

そして、各チェックラインｌ−ｎ上における車両と走行
コース５の基準点Ｇｎとの変位串ωが前方ほど減少する
ように前記各基準点（３ｎに対して選定点Ｐｎを選定す
る。すなわち、変位量ωｎ　（ω１〜ω８）が求められ
、各選定点ｐｎが設定される。

この変位量ωｎを本実施例では次式で定義する。

ωｎ　＋１　　＝　　ｋ　　−ωｎ　　＝　　ｋ　ｎ＋
１　−　　Ｏ０ただし、ｋ＝０．８ 上式により、第０選定点Ｐｎ　　（第６図においてはＰ
１〜Ｐ８　）が設定されるとともにこの選定点ｐｎを通
過すべくステアリング角が制御される。

よって、各選定点Ｐｎを通過し前方に行くほど等比的に
（各チェックラインｌ−ｎごとに変位量ωが０．８の比
率で減少しながら）走行コース５に近づくように走行軌
道が設定される。

これらの各選定点ｐｎを通過するための走行方法として
本実施例の場合、定常円旋回走行を採用する。この走行
は第７図及び第８図に示すようにステアリング角度Ｏ５
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
、ΔＴ秒後の車両の姿勢角Φの変化をΔΦ、走行速度を
Ｖ、無人車１のホイルベースをＤとすると以下の式が成
り立つ。

ΔΦ＝Ｖ−ｅｓ・△Ｔ／Ｄ ｋ＝Ｄ１０Ｓ この定常円旋回走行を採用するにあたり、まず第９図に
おいて、選定点Ｐｎを原点とし同選定点Ｐｎ＋、：おけ
る前記Ｙ軸との姿勢角Φ１）をなす線をｙ輔及びそのｙ
Ｉｌ！１１１に直交する線をＸ軸とするＸ。

ｙ座標を設定する。このＸ、ｙ座標において選定点Ｐｎ
＋１の位置（×座標ａ、ｙ座標ｂ）は次の関係が成立す
る。

ａ＝［（ｉ−ｉ＜＞−ｋ　−ω０−＋−Ｃｎ］−ＣＯＳ
Φｎ−ｆＪ−ｓｉｎΦｎ　・旧−（１）ｂ＝［（１−ｋ
）・ｋ　・ωＯ＋Ｃｎ］・ｓｉｎ　Φｎ＋、Ｑ−ｃｏｓ
　　Φｎ　・・・・・・　（２）ただし、ＣｎはＸｌＮ
１方向にあける選定点Ｐｎと選定点ｐｎ＋１との離間距
離（変化量）でおる。

又、この選定点Ｐｎと選定点Ｐｎ＋１とを通過しｘｆｔ
上に中心を持つ半径Ｒｎの円は（Ｘ−Ｒｎ　）十ｙ　　
＝Ｒｎ２で表され、その半径ＲｎはＲｎ＝（ａ２＋ｂ２
）／（２−ｌａｌ）・　（３）となる。ただし、ｌａｌ
はａの絶対値を示す。

ざらに、この円中心から選定点ｐｎとＰｎ＋１とで成す
角度、すなわち姿勢角Φｎの変化ΔΦ０はｓ　ｉ　ｎ”
　（ｂ／Ｒｎ　）Ｆ表わされる。よッテ、これらの関係
から次のステアリング角θＳｎ及びステアリング保持時
間ΔＴｎの関係式を得る。

ｅｓｎ＝　（２・ａ−ｆＪ　）　／　（ａ２＋ｂ２）・
・・・・・（４） ΔＴｎ　＝　（Ｒｎ／Ｖ）　・ｓ　ｉ　ｎ−１（ｂ／Ｒ
ｎ　）・・・・・・（５） このような前提のもとに、ＣＰＵ１１は基準点Ｇｎと基
準点Ｇｎ＋１とのＸ軸方向の変化量Ｃｎを求める。すな
わら、第Ｏ基準点ＧＯと第１基準点Ｇ１とのＸ＄Ｉｔ１
方向の変化量Ｃ１、第１基準点Ｇ１と第２基準点Ｇ２と
のＸ軸方向の変化ｆｆ１ｃ２　、以下同様にＣ３〜Ｃ８
を算出する。

又、ＣＰＬＪＩＩは各選定点Ｐｎにおける姿勢角Φｎを
求める。原点ＨＰにおいては、姿勢角ΦＯ＝Ｏであり、
式（１）、（２＞において変位量Ｑ）Ｏ２変化量ＣＯ１
姿勢角ΦＯ，チェックライン間隔Ｏが既知のためにａ、
ｂが求められ、ざらに、式（３〉にて半径ＲＯが算出さ
れる。又、式（３）により半径Ｒ１１が求められ、姿勢
角の変化ΔΦＯ・　　−１ （＝ｓ　＋ｎ　　（ｂ／Ｒｎ　））が求められるととも
に姿勢角の１　（＝ΦＯ＋ΔΦＯ）が算出される。

以下同様に、姿勢角０２〜の８　（第２選定点Ｐ２にお
ける姿勢角の２、第３選定点Ｐ３における姿勢角の３等
）が算出される。

そして、ＣＰＵ１１はこれらの値から式（４）。

（５）からステアリング角ｅｓｎ、ステアリング保持時
間へＴｎを求める。すなわち、原点ＨＰから第１選定点
Ｐ１におけるステアリング角θＳ１．ステアリング保持
時間ΔＴ１、第１選定点Ｐ１から第２選定点Ｐ２におけ
るステアリング角○ｓ２．ステアリング保持時間ΔＴ２
　、以下同様に、ステアリング角θｓ８．ステアリング
保持時間ΔＴ８まで求められるとともに各値θＳ１〜θ
ｓ８．Δ丁１〜ΔＴ８が作業用メモリ１３に記憶される
。

ＣＰｔＪｌｌはこのステアリング角θＳｎ、ステアリン
グ保持時間Δ７−ｎに基づいてその時々のステ７リング
角ｅｓを制御して操舵機構２１を駆動制１ｆｆｌｌ　ｖ
る。以１灸、同様な動作を繰り返すことによって、ＣＰ
Ｕ１１は無人車１を各選定点ｐｎをスムースに通るＪ：
うに走行させることができる。よって、走行コース５に
対しては等比的に選定点通過時に変位量を減少すべく走
行制御される。

このように本実施例においては、無人車１が走れば走る
ほど走行コース５に乗り滑かなコース追従性を有する。

又、無人車１の直近位置を含む前方の走行ライン５を搬
像し誘導することができるので直近位置を含む範囲で走
行コース５を確実に認識し誘導させることができる。

又、ＣＣＤカメラ３にて１最像１多、最も車両に近いチ
ェックラインＬＯでの変位量ωＯ１各選定点Ｐｎとｐｎ
＋１における変化ｆｆ１ｃｎ、及び各姿勢角Φｎを求め
ステアリング角ｅｓｎ、ステアリング保持時間ΔＴｎを
算出するだけで、無人車１を誘導することができる。従
って、走行ライン上の複数個の点から当該走行ラインに
近似する曲線の関数を求めるとともに、その近似曲線に
基づいて誘導する従来の誘導方法に比べ、単純な同一処
理の繰り返しにより誘導できその為の処理動作も簡単な
ものとすることができる。又、誘導のための走行コース
をパターン化したデータを予め用意していた従来の誘導
方法に比べそのパターンを不要とすることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されることなく、例
えば、前記実施例では第Ｏ〜第８ヂエツクラインＬＯ〜
Ｌ８を設定し基準点Ｑｎを８つ（Ｇｌ〜Ｇ８）選定した
が、そのライン数及び基準点数は適宜変更して実施して
もよく、又、基準点に対する変位量ωは０．８　（＝ｋ
）の割合で等比的に減少すべく選定点Ｐｎｅ選定したが
、ｋ値を０＜ｋ＜１の範囲で適宜設定してもよい。

さらに、この変位量ωは等比的に（ωｎ＋１＝ｋ・Ｑｎ
）に減少させたが、−枚の入力画での出力回数ｎに応じ
て ωｍ　＝　（−Ｇｏ　４ｍ／ｎ）　＋ω０＝ωＯ・（１
−ｍ／ｎ＞ と等着面に減少ざＵでもよい。ただし、上式においてｍ
、ｎは自然数であり、ｍ≦ｎでおる。

発明の効果 以上詳）ホしたように、この発明によ炒ば無人車を走行
ラインに簡単な処理でスムースにかつ確実に乗けるべく
誘導することができる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ＣＯＤカメラが搬像す
るエリアを示す図、第５図はＣＯＤカメラが比らえた画
像を説明するための説明図、第６図は座橢変換された画
像を示す図、第７図は定常円旋回走行を説明するための
説明図、第８図は姿勢角と半径との関係を示す図、第９
図は定常円旋回走行を説明するための説明図である。 図中、１は無人車、３は層像装置としてのＣＯＤ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、Ｇｏ　−Ｏ８、Ｑｎは基準点、ｐｌ　〜ｐ
８　、ｐｎは選定点、Φは姿勢角、Ｏ３はステアリング
角、ωは変位量である。 特許出願人　　株式会社　豊田自動織機製作所代　理　
人　　弁理士　　恩１）博宣 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無人車に備えた撮像装置で同無人車の直近位置を含
   む前方の走行経路を指示する走行ラインを頭像し、その
   画像中の走行ラインに沿つて複数個の基準点を選定する
   とともに、車両と前記基準点との変位量が前方ほど減少
   するように前記各基準点に対して選定点を選定しその各
   選定点を通過すべくステアリング角を制御する画像式無
   人車の誘導方法。 ２、無人車は定常円旋回走行するものであり、各選定点
   を同定常円旋回走行にて通過すべく走行するものである
   特許請求の範囲第１項に記載の画像式無人車の誘導方法
   。