JP5568385B2 - 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、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に記載されているように、無人移動車に搭載した撮像装置により前方の走行可能領域を抽出し、その領域を進行方向に分割し、各分割領域の重心を近似曲線で結んでこれを走行経路とするものがあった。そして、無人移動車は、その走行経路に沿って走行するようにステアリングや速度の制御が成されることとなる。

特開２００２−１３２３４３号公報

しかしながら、上記したような従来の無人移動車の走行経路計画方法にあっては、駐車車両などにより道幅が局所的に変化していると、これに伴って走行可能領域の幅も変化して、走行経路が大きく屈曲することとなる。その結果、無人移動車が蛇行してしまうことから、走行速度を上げることができないという問題点があり、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ることなく高速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て走行する無人移動車において走行経路を計画するに際し、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走行方向に沿って一定の左右幅とを有するフィッティングエリアを、走行可能領域内に対して、最大の曲率半径に沿った前方距離と最大の左右幅とを有し且つ前記走行可能領域に内接するように設定し、このフィッティングエリアの中央線を走行経路と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、最大の曲率半径に沿った前方距離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は、より好ましい実施形態として、フィッティングエリアの左右幅が減少したときのモードであって、フィッティングエリア内の左右に安全距離を設定し、安全距離を確保して走行可能である場合には、フィッティングエリアの中央線を現在の走行経路に対応する位置にシフトさせて、そのシフトラインを走行経路とし、安全距離が確保できない場合には、フィッティングエリアの中央線を走行経路とすることを特徴としている。

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の一実施形態を説明するフローチャート（ａ）及びフィッティングエリアの設定を説明する平面図（ｂ）である。 無人移動車の一例を説明する斜視図である。 走行可能領域の幅が局所的に増大している場合における無人移動車の走行状態を順次説明する各々平面図（ａ）〜（ｅ）である。 走行可能領域の幅が局所的に減少している場合における無人移動車の走行状態を順次説明する各々平面図（ａ）〜（ｃ）である。 走行可能領域がカーブしている場合における無人移動車の走行状態を順次説明する各々平面図（ａ）（ｂ）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２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。

また、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。

上記の無人移動車Ｖの走行経路計画方法は、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走行方向に沿って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し、より正しくは、前記フィッティングエリアを、走行可能領域内に対して、最大の曲率半径に沿った前方距離と最大の左右幅とを有し且つ前記走行可能領域に内接するように設定し、このフィッティングエリアの中央線を走行経路とするものである。

より具体的には、図１（ａ）のフローチャートに示すように、処理を開始すると、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１（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。前記フィッティングエリアＦＡの左右幅Ｗは、図１（ｂ）から明らかなように、図中で上方向となる走行方向に沿って一定（同一）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１に示す如くほぼ直線距離である。また、図１（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、上記の無人移動車Ｖの走行経路計画方法によれば、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ことがあっても、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。

すなわち、図３に示すように、走行可能領域（未舗装路）Ｑの途中に、部分的に外側に広がる拡大エリアＱａがある場合、従来のように、走行可能領域を進行方向に分割して各分割領域の重心を近似曲線で結んでこれを走行経路曲線とする方法では、拡大エリアＱａを含めて分割領域を設定するので、拡大エリアＱａの部分で走行経路曲線が一旦外側に屈曲することとなる。このため、無人移動車Ｖが走行経路曲線の屈曲部分で蛇行するので、高速走行が困難であり、必然的に走行速度を下げなければならない。

これに対して、本発明の走行経路計画方法では、先述したように最大の曲率半径に沿った前方距離Ｌと最大の左右幅Ｗとを有し且つ走行可能領域Ｑに内接するフィッティングエリアＦＡを設定するので、走行可能領域Ｑの途中に拡大エリアＱａが存在しても、拡大エリアＱａを含まずにフィッティングエリアＦＡが設定される。これにより、拡大エリアＱａの部分で走行経路Ｒが屈曲しないので、無人移動車Ｖを蛇行させずに高速走行させることができる。

また、本発明の無人移動車Ｖの走行経路計画方法は、例えば駐車車両などにより、走行可能領域の幅が減少した場合にも、上記の処理により走行することが可能であるが、より好ましい実施形態として、フィッティングエリアの左右幅が減少したときに対処するモードを備えたものとすることができる。

上記モードの走行経路計画方法は、フィッティングエリアＦＡ内の左右に安全距離を設定し、安全距離を確保して走行可能である場合には、フィッティングエリアの中央線を現在の走行経路に対応する位置にシフトさせて、そのシフトラインを走行経路とし、安全距離が確保できない場合には、フィッティングエリアの中央線を走行経路とする。

より具体的には、図４（ａ）に示すように、走行可能領域（未舗装路）Ｑの途中に、部分的に内側に突出する障害エリアＱｂがあり、これにより走行可能領域Ｑの幅が局所的に減少している場合には、フィッティングエリアＦＡ内の左右に安全距離Ｌａを設定する。

フィッティングエリアＦＡは、先述の如く最大の曲率半径に沿った前方距離Ｌと最大の左右幅Ｗとを有し且つ走行可能領域Ｑに内接するものであるから、障害エリアＱｂの部分では、図４（ｂ）に示すように、フィッティングエリアＦＡの左右幅Ｗも小さくなる。

このとき、走行経路計画方法では、障害エリアＱｂとの間に安全距離Ｌａを確保して走行可能である場合、つまり、安全距離Ｌａの幅を有する安全帯（図４中の斜線部分ＳＡ）に入らずに走行可能である場合には、図４（ｂ）に示すように、フィッティングエリアＦＡの中央線ＣＬを現在の走行経路Ｒに対応する位置にシフトさせ、そのシフトラインを走行経路Ｒとする。なお、現在の走行経路Ｒに対応する位置とは、フィッティングエリアＦＡが障害エリアＱｂに到達する以前の走行経路Ｒ（図４（ａ）に示す走行経路Ｒ）の位置である。これにより、走行経路計画方法では、障害エリアＱｂの部分で走行経路Ｒがほとんど屈曲しないので、無人移動車Ｖを蛇行させずに高速走行させることができる。

また、図４（ｃ）に示すように、無人移動車Ｖが障害エリアＱｂを通過しつつある状態において、走行可能領域Ｑに内接するフィッティングエリアＦＡの左右幅Ｗに大きな変化が無い場合にも、フィッティングエリアＦＡの中央線ＣＬを現在の走行経路Ｒ（図４（ｂ）に示す走行経路Ｒ）に対応する位置にシフトさせ、そのシフトラインを走行経路Ｒとする。これにより、無人移動車Ｖは、蛇行することなく高速走行を継続することができる。

さらに、当該走路計画方法では、無人移動車Ｖが障害エリアＱｂを通過し、フィッティングエリアＦＡの左右幅Ｗが図４（ａ）に示す程度に増大した場合には、上記のモードを解除すると、それ以前にシフトしていた走行経路Ｒと新規の走行経路Ｒの位置が殆ど変わらないので、この場合にも、無人移動車Ｖを蛇行させずに高速走行させることができる。

なお、当該走路計画方法では、障害エリアＱｂとの間に安全距離Ｌａを確保できない場合、つまり、安全距離Ｌａの幅を有する安全帯（図４中の斜線部分ＳＡ）に入ってしまう場合には、図１に示す処理と同様に、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。

上記の各実施形態では、フィッティングエリアＦＡが走行方向に直線的に設定される場合を例示した。このフィッティングエリアＦＡは、走行可能領域Ｑ内で最大の曲率半径に沿った前方距離Ｌと最大の左右幅とを取るように設定されるので、図５（ａ）（ｂ）に示すように、走行可能領域Ｑがカーブしている場合には、最大の曲率半径に沿った曲線的なものとなり、これにより走行経路Ｒも曲線状となる。

本発明の無人移動車の走行経路計画方法では、上述したように、環境認識手段Ｓで認識可能な前方距離Ｌｓ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Ｌｖのうちの短い方の前方距離を採用することにより、現在の運転状況に一層適応したフィッティングエリアＦＡを決定することができる。なお、走行経路計画方法としては、環境認識手段Ｓによる前方距離Ｌｓ及び上限走行速度による前方距離Ｌｖのうちのいずれか一方を選択して、フィッティングエリアＦＡを決定することも可能であり、この場合には処理の簡略化などを図ることができる。

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、Ｌ…前方距離、Ｌａ…安全距離、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、Ｗ…左右幅。

Claims (2)

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て走行する無人移動車において走行経路を計画するに際し、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走行方向に沿って一定の左右幅とを有するフィッティングエリアを、走行可能領域内に対して、最大の曲率半径に沿った前方距離と最大の左右幅とを有し且つ前記走行可能領域に内接するように設定し、このフィッティングエリアの中央線を走行経路と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. フィッティングエリアの左右幅が減少したときのモードであって、フィッティングエリア内の左右に安全距離を設定し、安全距離を確保して走行可能である場合には、フィッティングエリアの中央線を現在の走行経路に対応する位置にシフトさせて、そのシフトラインを走行経路とし、安全距離が確保できない場合には、フィッティングエリアの中央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。

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