JP2011150516A - 無人車両の半自律走行システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、走行領域内の測距データを取得するための測距部を有し、この測距部により取得した測距データに基づき自律走行可能な無人車両と、この無人車両と無線通信回線を介して接続され、その無人車両の遠隔操縦を行うための遠隔操縦装置とを有する無人車両の半自律走行システムにおいて、測距部により取得した測距データに基づき、走行領域内の走行環境を評価する走行環境評価手段10cと、走行環境の評価結果に基づいて、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定する混成割合決定手段50aと、決定された混成割合の自律走行機能と遠隔操縦に従って、無人車両を走行させる混成走行手段30aとを有している。
【選択図】図5
Description
特許文献1に記載された無人車両は、予め与えられた節点を結んだ走行経路に従って自律走行する手段と、操舵角及び車速を遠隔操作する手段とを併せ持ち、自律走行モードと遠隔操縦モードとを切替可能な無人車両において、前記走行経路上の障害物を検出する手段と、検出した前記障害物を回避する複数の回避経路を生成する手段と、前記複数の回避経路と車両本体の状態とを遠隔操縦システムに提示する手段と、これらの回避経路の何れか一つを当該遠隔操縦システムで選択する手段と、前記自律走行モードで前記走行経路上に障害物を検出した場合に、前記車両本体を停止し、前記複数の回避経路を前記遠隔操縦システムに提示して当該複数の回避経路の何れか一つを選択して前記自律走行モードで前記障害物を回避するか或いは遠隔操縦モードに切り替えて操縦者の操作により回避を実行するかを選択する手段とを備えた構成のものである。
なお、図1に示す無人車両Bには、それぞれ後述する測距部31、遠隔操縦用カメラ13、ステアリング用アクチュエータ18及びブレーキ/アクセル用アクチュエータ19の各配置状態のみを示している。
測距部31は、自律走行用カメラ32と、レーザセンサ(以下、「LRF」という。)33を有して構成されている(図2参照)。
自律走行用カメラ32は、自律走行を行うときに必要な画像データを取得するためのものであり、走行方向に向けて配置されている。
遠隔操縦用カメラ13は、走行領域内の画像を取得するためのものである。
なお、図1に示す「9」は走行輪であり、これらの走行輪9…とともに、モータドライバ17、ステアリング用アクチュエータ18、ブレーキ/アクセル用アクチュエータ19により駆動機構を構成している。
GPS14は、無人車両Bの測位情報を取得するためのものである。
すなわち、遠隔操縦装置Cから送信される無人車両Bに対する複数の操縦コマンドに基づいて、ステアリング用アクチュエータ18及びブレーキ/アクセル用アクチュエータ19を駆動する機能を有している。
図3は、データベースのデータ構造を示す説明図、図4は、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との一例に係る混成割合を示す説明図である。
「走行環境条件(FE)」は、走行環境を評価する基準となるものであり、本実施形態においては、所定の高難易度から低難易度までを複数の段階に区分している。
「混成割合」は、自律走行機能と遠隔操縦とが無人車両Bの走行に貢献する度合いのことである。
自律レベル2:混成割合決定用コンピュータ50は全ての選択肢を提示し人間(操縦者)はその内の一つを選択して実行する。
自律レベル3:混成割合決定用コンピュータ50は可能な選択肢を全て人間(操縦者)に提示するとともに、その中の一つを選んで提案する。それを実行するか否かは人間(操縦者)が決定する。
自律レベル5:混成割合決定用コンピュータ50は一つの案を人間(操縦者)に提示する。人間(操縦者)が了承すればコンピュータがそれを実行する。
自律レベル6:混成割合決定用コンピュータ50は一つの案を人間(操縦者)に提示する。人間(操縦者)が一定時間以内に実行中止を指令しない限り、混成割合決定用コンピュータ50はその案を実行する。
自律レベル8:混成割合決定用コンピュータ50が全てを決定し、かつ、実行する。人間(操縦者)に問われれば、何を実行したかを人間(操縦者)に報告(告知)する。
自律レベル9:混成割合決定用コンピュータ50が全てを決定し、かつ、実行する。何を実行したかを人間(操縦者)に報告(告知)するのは、その必要性を混成割合決定用コンピュータ50が認めたときのみ。
自律レベル10:混成割合決定用コンピュータ50が全てを決定し、かつ、実行する。
(1)遠隔操縦装置Cから送信されたウェイポイント設定又は遠隔操縦による指令入力を受信する機能。この機能を「受信手段10a」という。
(2)受信したウェイポイント設定又は遠隔操縦による指令入力を入力処理する機能。この機能を「指令入力処理手段10b」という。
本実施形態においては、走行のし易さを示す走行環境条件(FE)を、次のa)〜d)に示すようにして算出している。
測距部31により取得した測距データ、すなわち、LRF33によって走行路面のプロファイルを計測することにより、自律走行のための走行環境データを収集している。そのプロファイルデータ(走行環境データ)を活用し、走行路面のラフネス(粗さ、凸凹)を判定する。評価式の例としては、例えばパワースペクトル密度を用いる方法がある。
SR(Ω)=A/(Ω2+α2)
Ω:路面周波数(単位長さ当たりの凹凸数 c/m)
A:走行路面の平坦性を示す平滑度パラメータ(cm2/(m/c))
α:発散しないために分布形状を考慮した実測より決定されるパラメータ
なお、ISO8608においては、「Ω」が1/(2π)のときのスペクトル密度の値により走行路面の状態を5等級に区分している。
走行路の道幅(w)が狭い場合と広い場合で走行のし易さ、出せる最高速度が変化する。また、傾斜(左右のヨー方向(y)と前後のピッチ方向(p))も走り易さの指標となる。
c)曲率
直線路かカーブ路か、カーブ路の場合、曲率の大きさ(r)。
d)障害物
無人車両Bの走行方向の障害物の位置と大きさにより決定される、回避経路の走行し易さa)〜c)によって決まる指標。
この場合、測距部31により取得した移動領域内の測距データに基づき、自律走行の妨げとなる障害物を検出する機能(障害物検出手段)を設ける。
FE=F(s)+F(w,y,p)+F(r)
FE:走行環境条件評価指標(ただし、障害物がある場合は回避経路に対する評価指標とする)
F(s):路面ラフネスでの評価指標
F(w,y,p):道幅、路面の車体ヨー方向傾斜、車体ピッチ方向傾斜から決定する評価指標
F(r):走行方向の道の曲率から決定される評価指標
なお、上記a)〜d)の全てを考慮して走行環境条件の指標を算出することに限らず、a)〜d)のいずれか又はそれらの組み合わせとしてもよいことは勿論である。
本実施形態においては、通信のし易さを示す通信環境条件(Fc)を、次のa)〜c)に示すようにして算出している。
a)電界強度を用いる方法(電波レベルでの検知)
無線機(無線LAN等)で通信相手側からの受信電界強度を測定し、その感度に応じて通信環境条件を複数段階に分類する。
b)パケットエラーレート(PER)を用いる方法(通信プロトコルレベルでの検知)
無線機(無線LAN等)でUDP/TCPのパケットロス率から通信状態を推定し、通信環境条件を複数段階に分類する。
無人車両Bと遠隔操縦装置Cとの間において一定周期での通信を行う。
すなわち、遠隔操縦装置C側から送信する操縦コマンドに特別なID(識別情報)を付与して無人車両Bに送信する。
無人車両Bからは受信した操縦コマンドに対しての応答として、無人車両Bの状態データ等とともに受信したID(識別情報)を返送する。
遠隔操縦装置Cでは特定のID(識別情報)を送信してから受信するまでの経過時間を計測し、通信遅延時間を算出する。その結果から通信環境条件を複数段階に分類する。
例:FC=Min(Fef,Fper,Fce)
Fc:通信環境条件評価指標
Fef:電界強度による通信環境条件
Fper:パケットエラーレートによる通信環境条件
Fce:コマンド送受信状態による通信環境条件
なお、「モード」は、上記した多段階の自律レベルと同義である。
行いたいミッション(目的)に応じて走行速度、走行経路は異なる。すなわち、指定された走行速度、走行経路で無人車両Bを走行させることを前提条件とするが、途中の走行環境条件や通信環境条件は動的に変化するので、これに応じた混成割合(自律レベル)を自動的に切り替えるようにしている。しかしながら、走行速度に関しては下記の特性がある。
走行速度: 低 高
環境条件: 難易度高 難易度低
このことにより、最高速度の条件については走行環境条件と連動して決められるものとする。例えば、走行経路として不整地の凹凸道を、高速で走行するようなミッションは指定されないことを前提とする。ただし、難易度の易しい走行経路を走行環境条件としては可能な最高速度に対して、偵察・監視のために走行速度を低下させて走行するミッションは可能である。
「走行経路」は、走行可能エリア内における無人車両Bの走行ルートであり、本実施形態においてはポテンシャル法を用いて、クロソイド曲線やスプライン曲線にあてはめて算出している。
また、上記した障害物検出手段によって、走行可能エリア内の自律走行の妨げとなる障害物を検出したときには、その障害物を回避するための移動経路を作成する。
「走行経路に応じた走行速度」は、例えば走行経路のカーブの曲率の大小に応じて安全に走行できる速度という意味であり、小さなカーブでは大きなカーブよりも走行速度を低下させるようにしている。
本実施形態において示す「混成割合変更情報」は、混成割合を変更する旨及び変更先の混成割合であるが、これに限るものではなく、例えば変更先の混成割合のみであってもよい。
「混成割合を変更する旨」には、変更先の混成割合を告知するメッセージを含むものである。
例えば、変更前における自律レベルが「1」であり、変更後の自律レベルが「3」だとすると、「自律レベル1から3に変更」等のメッセージである。
このように、自律レベルが変更になることを告知することにより、操縦者が変更後の自律レベルを認識することができ、また、その自律レベルに応じた無人車両Bの操縦を円滑に行うことができる。
(1)走行環境と通信環境の各評価結果に基づいて、無人車両Bの走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定する機能。この機能を「混成割合決定手段50a」という。
本実施形態においては、走行環境条件と通信環境条件の各算出結果に基づいて、無人車両Bの走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定している。
具体的には、上述したデータベース51に記憶されている走行環境条件と通信環境条件に対応づけた混成割合を参照して、無人車両Bの走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定している。
本実施形態においては、混成割合が異なる自律レベルに移行するか否かを判定基準としている。
(1)無人車両Bの走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合に応じて、無人車両Bを走行させる機能。この機能を「混成走行手段30a」という。
以下には、混成割合のうち、図4に示すレベル1,2及びレベル10の具体例を示す。
<レベル1>
ステアリングホイール及びアクセルの遠隔操縦の手動入力処理を行い、遠隔操縦装置Cから送信される指令入力に従って、無人車両Bを走行させる。
自律走行用コンピュータ30により環境認識、走行経路計画を行い、走行経路の選択肢を遠隔操縦装置Cのカメラ画像上に矢印を重畳表示したり、算出した経路を走行できるようにステアリングホイール(ハンドル)旋回量の目標の表示を行う。
また、ステアリングホイール(ハンドル)、アクセルの遠隔操縦の手動入力処理を行うとともに、遠隔操縦装置Cから送信される指令入力に従って、無人車両Bを走行させる。
自律走行用コンピュータ30により環境認識、走行経路の計画を行い、無人車両Bのステアリングホイール(ハンドル)、アクセルの制御量を算出するとともに、遠隔操縦装置Cから送信される指令入力に従って、無人車両Bを走行させる。
装置本体70は、遠隔操縦用コンピュータ72に、無線LAN73、表示部(以下、「ディスプレイ」という。)74、アクセル/ブレーキレバー75、ジョイスティック76を備えた操縦部77を接続した構成のものである。
操縦部77からは、アクセル/ブレーキレバー75やジョイスティック76の操縦操作に従った操縦コマンドが出力されるようになっており、その詳細は次のとおりである。
(1)無人車両Bから送信された混成割合変更情報を受信する機能。この機能を「受信手段72a」という。
「混成割合変更情報」については、上述したとおりである。
(2)受信した混成割合変更情報を画像80に重畳表示する機能。この機能を「重畳表示手段72b」という。
具体的には、二以上の走行経路候補等を画像80に重畳表示している。
本実施形態においては、ジョイスティック76の傾動操作によって選択できるようにしている。
具体的には、アクセル/ブレーキレバー75の倒れ角度に従った車速とする内容の車速指令情報を生成している。
上記車速指令情報によって、無人車両Bに配設したブレーキ/アクセル用アクチュエータ19が駆動制御される。
ステップ2:走行環境を評価する。すなわち、上述したようにして走行環境条件(FE)を算出する。
ステップ3:通信環境を評価する。すなわち、上述したようにして通信環境条件(FC)を算出する。
ステップ4:自律レベルのデータベース51を参照する。
ステップ5:モード(自律レベル)を切り替えるか否かを判定し、モードを切り替えると判定されればステップ6に進み、そうでなければステップ1に戻る。
ステップ6:モード切り替えとなる旨及び切り替え先のモードを遠隔操縦装置Cのディスプレイ74に表示して、図示しない操縦者に告知する。
ステップ7:切り替えられたモード先の処理系統に分岐させる。
ステップ8:無人車両Bのハンドル、アクセルを遠隔操縦装置Cによって手動により遠隔操縦する。
ステップ9:指令入力により、無人車両Bのハンドル・アクセルを制御して走行する。
ステップ10:自律走行用コンピュータ30により走行環境の認識とともに走行経路を計画し、走行経路の選択肢を遠隔操縦装置Cのカメラ画像上に矢印を重畳表示したり、選択された走行経路を走行できるようにハンドル旋回量の目標をディスプレイ74に表示させたりする。
ステップ11:無人車両Bのハンドル、アクセルを遠隔操縦装置Cによって手動により遠隔操縦する。
ステップ12:指令入力により無人車両Bのハンドル・アクセルを制御して走行する。
ステップ13:自律走行用コンピュータ30により環境認識、走行経路計画を行い車両のハンドル、アクセルの制御量を算出する。
ステップ14:指令入力により無人車両Bのハンドル・アクセルを制御して走行する。
(1)上述した実施形態においては、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を走行環境と通信環境の各評価に対応づけたデータベースを有しており、混成割合決定手段が、データベースに記憶されている走行環境と通信環境の各評価を参照して、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定する例について説明したが、次のようにしてもよい。
a)無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を走行環境の評価に対応づけたデータベースを有しており、混成割合決定手段が、データベースに記憶されている走行環境の評価を参照して、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定する。
10d 通信環境評価手段
10e 走行経路生成手段
10f 走行速度計画手段
10g 送信手段
30a 混成走行手段
31 測距部
50a 混成割合決定手段
50b 混成割合変更判定手段
51 データベース
72b 表示手段
72c 走行経路選択手段
74 ディスプレイ
B 無人車両
C 遠隔操縦装置
Claims (8)
- 走行領域内の測距データを取得するための測距部を有し、この測距部により取得した測距データに基づき自律走行可能な無人車両と、この無人車両と無線通信回線を介して接続され、その無人車両の遠隔操縦を行うための遠隔操縦装置とを有する無人車両の半自律走行システムにおいて、
測距部により取得した測距データに基づき、走行領域内の走行環境を評価する走行環境評価手段と、
走行環境の評価結果に基づいて、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定する混成割合決定手段と、
決定された混成割合の自律走行機能と遠隔操縦に従って、無人車両を走行させる混成走行手段とを有していることを特徴とする無人車両の半自律走行システム。 - 走行領域内の測距データを取得するための測距部を有し、この測距部により取得した測距データに基づき自律走行可能な無人車両と、この無人車両と無線通信回線を介して接続され、その無人車両の遠隔操縦を行うための遠隔操縦装置とを有する無人車両の半自律走行システムにおいて、
無人車両と遠隔操縦装置とを接続する無線通信回線の通信環境を評価する通信環境評価手段と、
通信環境の評価結果に基づいて、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定する混成割合決定手段と、
決定された混成割合の自律走行機能と遠隔操縦に従って、無人車両を走行させる混成走行手段とを有していることを特徴とする無人車両の半自律走行システム。 - 走行領域内の測距データを取得するための測距部を有し、この測距部により取得した測距データに基づき自律走行可能な無人車両と、この無人車両と電気通信回線を介して接続され、その無人車両の遠隔操縦を行うための遠隔操縦装置とを有する無人車両の半自律走行システムにおいて、
測距部により取得した測距データに基づき、走行領域内の走行環境を評価する走行環境評価手段と、
無人車両と遠隔操縦装置とを接続する無線通信回線の通信環境を評価する通信環境評価手段と、
走行環境と通信環境の各評価結果に基づいて、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定する混成割合決定手段と、
決定された混成割合の自律走行機能と遠隔操縦に従って、無人車両を走行させる混成走行手段とを有していることを特徴とする無人車両の半自律走行システム。 - 無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を走行環境と通信環境の各評価に対応づけたデータベースを有しており、
混成割合決定手段は、データベースに記憶されている走行環境と通信環境の各評価を参照して、無人車両の走行を担う自律走行機能と遠隔操縦との混成割合を決定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の無人車両の半自律走行システム。 - 混成割合を変更するか否かを判定する混成割合変更判定手段が設けられており、
混成割合を変更すると判定したときには、変更先の混成割合を含む混成割合変更情報を遠隔操縦装置に向けて送信する送信手段を無人車両に設ける一方、その無人車両から送信された混成割合変更情報を受信する受信手段と、受信した混成割合変更情報をディスプレイに表示する表示手段とを遠隔操縦装置に配設していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の無人車両の半自律走行システム。 - 混成割合変更情報は、混成割合を変更する旨のメッセージを含むことを特徴とする請求項5に記載の無人車両の半自律走行システム。
- 無人車両に、走行領域内における自律走行のための一又は二以上の走行経路を生成する走行経路生成手段と、生成した各走行経路に応じた走行速度を計画する走行速度計画手段とを設けるとともに、送信手段が、生成された一又は二以上の上記走行経路候補を遠隔操縦装置に向けて送信する一方、
遠隔操縦装置においては、受信手段が、無人車両から送信された一又は二以上の走行経路候補を受信し、かつ、表示手段が、受信した一又は二以上の走行経路候補をディスプレイに選択可能に表示するとともに、ディスプレイに表示された二以上の走行経路候補の中から、一の走行経路を選択する走行経路選択手段を設けたことを特徴とする特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の無人車両の半自律走行システム。 - 表示手段は、選択された走行経路に沿って走行させるためのハンドル旋回量の目標をディスプレイに表示することを特徴とする請求項7に記載の無人車両の半自律走行システム。
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