JP5366711B2 - 半自律型車両の遠隔操縦システム - Google Patents

Description

本発明は、走行領域内の測距データに基づいて自律走行するとともに、遠隔操縦装置から送信される操縦コマンドにより遠隔操縦可能な半自律型車両の遠隔操縦システムに関する。

従来、この種の遠隔操縦システムとして、特許文献１に「無人車両」とした名称において開示されたものがある。
特許文献１に開示されている無人車両は、遠隔操縦装置からの指令に従って走行の制御を行う遠隔操縦モードと、予め定義された走行ルートに沿って進行するように自律走行する自律走行モードとを併有する構成になっており、車両の位置、操舵角、車速および傾斜角を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された車両の車速および傾斜角に基づいて操舵角に関する規制値を演算するとともに、前記検出された車両の操舵角に基づいて車速に関する規制値を演算し、自律走行モードにおいては、前記走行ルートと前記検出手段によって検出された車両の位置とのずれに基づいて車速および操舵角の目標操縦量を演算し、この目標操縦量を前記規制値によって規制することにより車速および操舵角の命令操縦量を決定し、この命令操縦量に従って車速および操舵角を制御し、遠隔操縦モードにおいては、前記遠隔操縦装置から与えられる車速および操舵角の命令操縦量を前記規制値によって規制し、この規制のなされた車速および操舵角の命令操縦量に従って車速および操舵角を制御する制御手段とを具備したものである。

特開２００７−３１０６９８号

しかしながら、特許文献１に開示されている構成においては、例えば通信が中断する等の事象が生じている間にも、無人車両は自律走行するために、操縦者が意図した経路から外れて進行し、所期の走行経路に復帰できないという欠点がある。

そこで本発明は、所期の走行経路から外れて走行したときにも、所期の走行経路に容易に復帰することができる半自律型車両の遠隔操縦システムの提供を目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、走行領域内の測距データを取得するための走行用測距部、その走行領域の画像を取得するための撮像部及び走行するための走行機構を有し、取得した測距データに基づく自律走行とともに、遠隔操縦装置から送信される操縦コマンドにより遠隔操縦可能な半自律型車両と、上記撮像部によって取得した画像を表示する表示部、及びその表示部に表示された画像に基づいて半自律型車両を遠隔操縦するための操縦コマンドを送出する遠隔操縦装置とを有する半自律型車両の遠隔操縦システムであって、遠隔操縦をしているときに、遠隔操縦装置から送信される操縦コマンドの受信が中断したか否かを判定するコマンド受信中断判定手段と、当該操縦コマンドの受信が中断したと判定されたときには、当該中断したときの自己の位置情報である受信中断位置情報を取得する中断位置情報取得手段と、受信中断位置情報を取得した後、測距部により取得した測距データに基づき、走行機構を介した自律走行を行う自律走行手段と、自律走行をしているとき、遠隔操縦装置から送信される操縦コマンドの受信が再開したか否かを判定するコマンド受信再開判定手段と、操縦コマンドの受信が再開したと判定されたときには、当該再開したときの自己の位置情報である受信再開位置情報を取得する再開位置情報取得手段と、受信再開位置から受信中断位置に向けて復帰走行させる復帰手段とを半自律型車両に設けている。

本発明によれば、所期の走行経路から外れて走行したときにも、その所期の走行経路に容易に復帰することができる。

本発明の一実施形態に係る半自律型車両の遠隔操縦システムの全体構成を示す説明図である。 同上の半自律型車両の概略構成を示す説明図である。 同上の半自律型車両に設けた制御回路のブロック図である。 同上の半自律型車両の自律走行制御コンピュータが有する機能を示すブロック図である。 同上の自律型車両の遠隔操縦システムの一部をなす遠隔操縦装置の外観構成を示す説明図である。 同上の遠隔操縦装置に設けた制御回路のブロック図である。 同上の遠隔操縦装置の制御フローチャートである。 （Ａ）〜（Ｄ）は、半自律型車両の車両位置と経路との関係を示す模式図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半自律型車両の遠隔操縦システムの全体構成を示す説明図、図２は、その半自律型車両の概略構成を示す説明図である。また、図３は、その半自律型車両に設けた制御回路のブロック図である。

本発明の一実施形態に係る半自律型車両の遠隔操縦システムＡは、図１に示すように、一例に係る半自律型車両Ｂと、同じく一例に係る遠隔操縦装置Ｃとを電気通信回線を介して接続してなるものである。

半自律型車両Ｂは、一般の乗用車両のハンドル／アクセル／ブレーキを駆動するための各種のアクチュエータを付加するとともに、図３に示すように、自律走行制御コンピュータ１０、制御統括コンピュータ２０及び行動制御コンピュータ３０を有している。
なお、図３においては、自律走行制御コンピュータ１０、制御統括コンピュータ２０及び行動制御コンピュータ３０を、自律走行制御ＰＣ１０、制御統括ＰＣ２０及び行動制御ＰＣ３０と表記している。

すなわち、半自律型車両Ｂは、自律走行制御コンピュータ１０、制御統括コンピュータ２０及び行動制御コンピュータ３０によって各部が制御されるようになっており、それら各コンピュータ１０，２０，３０は、互いにイーサネット（登録商標）９を介して接続されている（図３参照）。

自律走行制御コンピュータ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路（いずれも図示しない）等からなるものであり、これの入力ポートには、走行用測距部１１、復帰用測距部１２、遠隔操縦用カメラ１３、バーチカルジャイロ１４、オドメトリ１５及びＧＰＳ（Global Positioning System）１６がそれぞれ接続されている。

走行用測距部１１は、走行領域内の測距データを取得するためのレーザー光センサ（以下、「ＬＲＦ」という。）であり、図２に示すように、車体Ｂａの前方に配設して構成されている。
復帰用測距部１２は、復帰領域の測距データを取得するためのレーザー光センサ（以下、「ＬＲＦ」という。）であり、車体Ｂａの後方に向けて配設されている。

ＬＲＦ１１，１２は、レーザー光の投光から受光までの時間を計測するタイムオブフライト方式により測距を行うものであり、本実施形態において示すものは、１つのレーザー光源を用い、光軸を光学的又は機械的に掃引することにより、物体の３次元的な形状を取得するスキャンタイプのものである。

遠隔操縦用カメラ１３は、後述する遠隔操縦装置Ｃによって遠隔操縦を行うときに必要な画像を取得するためのものである。
本実施形態においては、上記の遠隔操縦用カメラ１３が、走行領域の画像を取得する撮像部である。
なお、遠隔操縦用カメラ１３と同等の遠隔操縦用カメラを、車体Ｂａの後方に向けて配設してもよい。この場合、復帰領域の画像を取得参照することができるので、復帰走行時における障害物等の監視を容易に行うことができる。

バーチカルジャイロ１４は、半自律型車両Ｂの鉛直面内における傾斜姿勢情報を取得するとともに、ヨー角速度、及びＸ，Ｙ，Ｚ３軸の加速度等を出力するようになっている。
オドメトリ１５は、半自律型車両Ｂの走行輪８…の各回転量に基づいて、自己の位置情報を取得するためのセンサである。
ＧＰＳ１６は、半自律型車両Ｂの測位情報を取得するためのものである。

自律走行制御コンピュータ１０は、イーサネット（登録商標）９，無線通信機１７を通じて、ＧＰＳ１６、バーチカルジャイロ１４等で取得した各種の情報を、後述する遠隔操縦装置Ｃに向けて送信する機能の他、図示しないメモリに記憶されている所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。図４は、同上の半自律型車両の自律走行制御コンピュータが有する機能を示すブロック図である。

・遠隔操縦をしているときに、遠隔操縦装置Ｃから送信される操縦コマンドの受信が中断したか否かを判定する機能。この機能を「コマンド受信中断判定手段１０ａ」という。
具体的には、予め設定した所要の時間内に、操縦コマンドの受信があったか否かによって判定する。

・操縦コマンドの受信が中断したと判定されたときには、当該中断したときの自己の位置情報である受信中断位置情報を取得する機能。この機能を「中断位置情報取得手段１０ｂ」という。

・受信中断位置情報を取得した後、走行用測距部１１により取得した測距データに基づき、走行機構Ｄを介した自律走行を行わせる機能。この機能を「自律走行手段１０ｃ」という。
具体的には、走行用測距部１１により取得した測距データに基づいて環境地図を作成し、その作成した環境地図に基づいて走行可能エリアを抽出し、また、その抽出した走行可能エリアにおいて走行経路を生成している。
「走行経路」は、走行可能エリア内における半自律型車両Ｂの走行ルートであり、所謂ポテンシャル法によるものである。
なお、本実施形態においては、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走行経路を生成している。

・自律走行をしているとき、遠隔操縦装置Ｃから送信される操縦コマンドの受信が再開したか否かを判定する機能。この機能を「コマンド受信再開判定手段１０ｄ」という。
・操縦コマンドの受信が再開したと判定されたときには、当該再開したときの自己の位置情報である受信再開位置情報を取得する機能。この機能を「再開位置情報取得手段１０ｅ」という。

・半自律型車両Ｂを受信中断位置に向けて復帰走行させるための復帰コマンドの受信があるか否かを判定する機能。この機能を「復帰コマンド受信判定手段１０ｆ」という。
・復帰コマンドの受信があると判定したときには、受信再開位置から受信中断位置に向けて復帰走行させる機能。この機能を「復帰手段１０ｇ」という。
具体的には、復帰用測距部１２により取得した測距データに基づいて復帰領域の環境地図を作成し、その作成した環境地図に基づいて走行可能エリアを抽出し、この抽出した走行可能エリアにおいて復帰するための走行経路を生成している。
そして、走行機構Ｄを介し、生成した復帰するための走行経路に沿って走行させることにより、半自律型車両Ｂを受信中断位置に復帰させるようにしている。

なお、復帰領域の可視画像を取得するためのカメラを、半自律型車両Ｂの後部に配設しておき、その復帰領域の可視画像を表示部で視認しながら、遠隔操縦によって復帰走行をさせることもできる。

制御統括コンピュータ２０は、図示しないメモリに記憶されている所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
・後述する遠隔操縦装置Ｃから送信される操縦コマンドに基づき、走行機構Ｄを介して走行させる機能。この機能を「遠隔操縦手段２０ａ」という。

具体的には、次のとおりである。
・操縦コマンドを受信したとき、ハンドル／アクセルブレーキの各制御値を行動制御コンピュータ３０に送信する機能。
・操縦コマンドの受信が中断したと判定されたとき、自律走行制御コンピュータ１０からの当該制御値を行動制御コンピュータ３０に送信する機能。
・復帰走行を行うときには、自律走行制御コンピュータ１０に復帰コマンド、また、当該制御値を行動制御コンピュータ３０に送信する機能。

なお、本実施形態においては、制御統括コンピュータ２０を設けることによって、遠隔操縦機能と自律走行機能とを分離分担させ、たとえ遠隔操縦機能が何らかの原因によって機能しない場合にも、自律走行を行うことができるようにしているが、当該機能を自律走行制御コンピュータ１０に担わせることにより、必ずしも制御統括コンピュータ２０を設ける必要はない。

行動制御用コンピュータ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路（いずれも図示しない）等からなるものであり、この行動制御用コンピュータ３０により、一般の乗用車両のハンドル，アクセルやブレーキ等を操作して走行できるように、各種のアクチュエータを出力側のインターフェースを介して接続した構成のものであり、その詳細は次のとおりである。

すなわち、行動制御用コンピュータ３０には、モータドライバ３１を介して、ステアリング用アクチュエータ３２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ３３等の走行機構Ｄ（図３参照）が接続されており、所要のプログラムの実行により、自律走行制御コンピュータ１０や制御統括コンピュータ２０から送信された各種の制御値に従い、その走行機構Ｄを駆動する機能を有している。

次に、遠隔操縦装置について、図５，６を参照して説明する。図５は、遠隔操縦装置の外観構成を示す説明図、図６は、その遠隔操縦装置に設けた制御回路のブロック図である。
遠隔操縦装置Ｃは、装置本体４０と、これと別体にした無線通信用アンテナ５０とを有している。

装置本体４０には、図５に示すような表示部（以下、「ディスプレイ」という。）４１及び操縦部４２を配設しているとともに、これには無線ＬＡＮを介して上記した無線通信用アンテナ５０が接続されている。

操縦部４２は、アクセル／ブレーキレバー４４、ジョイスティック４５及び復帰用スイッチ４６とを有して構成されている。
アクセル／ブレーキレバー４４は、図に示すように、起立したステー４４ａの上部に横長の握り４４ｂを形成した略Ｔ時形に形成されており、その握り４４ｂの内外端部のうちの内端部に、コマンドイネーブルスイッチ４７が配設されている。
コマンドイネーブルスイッチ４７は、これをオン操作することにより、操縦コマンドの送信を有効化するためのものである。

アクセル／ブレーキレバー４４は、半自律型車両Ｂの走行速度を増減するためのものであり、そのアクセル／ブレーキレバー４４を前方に傾動操作することにより、半自律型車両Ｂの走行速度が増加し、また、後方に傾動操作することにより当該半自律型車両Ｂの走行速度が減少するように設定している。

ジョイスティック４５は、半自律型車両Ｂを左右に旋回操作するためのものであり、そのジョイスティック４５を左方に傾動操作することにより半自律型車両Ｂを左方向に旋回させ、また、右方に傾動操作することにより右方向に旋回させられるようにしている。

復帰用スイッチ４６は、半自律型車両Ｂの復帰走行を開始させるためのものであり、ディスプレイ４１に表示されている半自律型車両Ｂが、所期の位置にはないと判断したときにオン操作することにより、復帰コマンドを半自律型車両Ｂに向けて送信するようになっている。

遠隔操縦装置Ｃは、上記した操縦部４２の操縦操作に従った操縦コマンドが半自律型車両Ｂに向けて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。

装置本体４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路等からなるものであり、所要のプログラムの実行により次の各機能を発揮する。
・半自律型車両Ｂの走行用撮像部１１、復帰用撮像部１２で取得した画像を、ディスプレイ４１に表示する機能。この機能を「表示手段４０ａ」という。

・コマンドイネーブルスイッチ４７がオン操作されており、かつ、復帰用スイッチ４６のオン操作があったときに、復帰コマンドを半自律型車両Ｂに向けて送信する機能。この機能を「復帰コマンド送信手段４０ｂ」という。

次に、図７，８を参照して、制御フローチャートについて説明する。図７は、遠隔操縦装置の制御フローチャート、図８（Ａ）〜（Ｄ）は、半自律型車両の車両位置と経路との関係を示す模式図である。

ステップ１：遠隔操縦装置Ｃによる半自律型車両Ｂの操縦を開始して、ステップ２に進む。この様子を図８（Ａ）に示している。
なお、図７においてはステップ１を「Ｓｔ１」と略記し、以下の各ステップについても同様に表記する。
ステップ２：遠隔操縦装置Ｃから遠隔操縦に対応した操縦コマンドを送信することにより、操縦者の意図する目的地への走行を行う。

ステップ３：遠隔操縦装置Ｃから送信される操縦コマンドの受信が中断したか否かを判定する。この様子を図８（Ｂ）に示している。
換言すると、通信が中断したか否かを判定し、通信が中断していると判定した場合にはステップ４に進み、通信が中断していないと判定したときにはステップ２に戻る。
すなわち、通信が中断した場合には、半自律型車両Ｂ側から見た場合にコマンドイネーブルスイッチ４７がオフの状態と同じとなるものとする。また、操縦者が操縦以外の作業を行う場合や通信中断等、コマンドイネーブルスイッチ４７がオフとなる状態により、コマンドの中断発生の判定を行う。

ステップ４：操縦コマンドの受信が中断したときの自己の位置情報である受信中断位置情報を取得する。
具体的には、操縦コマンドの中断が発生した時点での、半自律型車両Ｂの位置と方向を記録する。
ステップ５：操縦コマンドが中断している間、半自律型車両Ｂに搭載されたＬＲＦ１１により障害物を検出し、それらを避けながら半自律型車両Ｂの走行を自律的に継続させる。

この自律走行機能は、最終目的地まで自律的に到達するようなの性能は不要であり、障害物を回避しながら前方へ進む程度の性能でよい。また、分岐路等があったとしても、最も走行が容易な方向へ進行する程度の性能でよい。
さらに、袋小路に至る等、自律走行が不可能となった場合はその場で停止する。このような自律走行は、下記のステップ６の操縦コマンドの受信が再開されたと判定されるまで継続する。

ステップ６：操縦コマンドの受信が再開されたか否かを判定し、受信が再開されたと判定したきにはステップ７に進み、受信が再開されていないと判定したときにはステップ５に戻る。
同時に、操縦コマンドの受信が再開したと判定されたときには、当該再開したときの自己の位置情報である受信再開位置情報を取得する。
換言すると、コマンドイネーブルスイッチ４７のオン操作や通信の復旧により、遠隔操縦を再開する際、遠隔操縦者はまず半自律型車両Ｂの位置を確認する。

そして、操縦コマンドが中断した地点からは自律走行により移動しているので、遠隔操縦者は、再開時点の半自律型車両Ｂの位置が、当初走行予定であった位置かどうかを確認する。
本実施形態においては、ディスプレイ４１に表示されている画像を視認することにより確認している。

ステップ７：復帰コマンドの受信があったか否かを判定し、復帰コマンドの受信があったと判定したときにはステップ８に進み、そうでなければステップ２に戻る。
すなわち、ディスプレイ４１に表示されている半自律型車両Ｂの位置と、操縦者の意図した位置とに差異がある場合、操縦者は復帰用スイッチ４６をオン操作して、復帰コマンドを半自律型車両Ｂに送信する。
なお、自律走行の結果と、操縦者の意図していた経路が同一であった場合には、その場所から遠隔操縦を再開してよい。

ステップ８：半自律型車両Ｂは、中断が発生した位置に向けて自律的に走行し、復帰を行う。この様子を図８（Ｃ）に示している。
本実施形態においては、ＬＲＦ１２により取得した測距データに基づき、走行機構Ｄを介した自律走行を行っている。これにより、たとえ短期間で環境に変化が発生する可能性がある場合にも、その変化に対応した自律復帰走行を行うことができる。

ステップ９：中断発生位置に復帰したか又は操縦者による割り込みがあるか否かを判定し、中断発生位置に復帰したか又は操縦者による割り込みがあると判定したときには、ステップ２に戻り、そうでなければステップ８に戻る。
図８（Ｄ）は、元の位置に復帰した半自律型車両Ｂを、遠隔操縦による走行を再開する様子を示している。

遠隔操縦者の操縦の割り込み（すなわち自動復帰の中止）を許可するときには、操縦者の意図と自律走行した結果の差異が発生した任意の位置から、遠隔操縦による走行を再開することができる。
この際には、走行経路に沿って逆走するのみでよいため、ステップ５における自律走行の際に作成した外界計測結果を保存しておき、その情報を基に走行してもよい。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・本実施形態においては、ＬＲＦ１２により取得した測距データに基づき、走行機構Ｄを介した自律走行を行うものについて説明したが、走行経路を記憶可能な記憶部を設けておくとともに、少なくとも操縦コマンドの受信が中断したと判定したときから、その操縦コマンドの受信が再開したと判定されたときまでの部分移動経路を記憶部に記憶しておき、復帰手段によって、記憶されている部分移動経路に沿って復帰走行させるようにしてもよい。
なお、上記した走行経路を記憶可能な記憶部を設けておくとともに、少なくとも操縦コマンドの受信が中断したと判定したときから、その操縦コマンドの受信が再開したと判定されたときまでの部分移動経路を記憶部に記憶する機能を「走行経路記憶手段」という。

・上記した実施形態においては、遠隔操縦装置から送信される復帰コマンドの受信があったときに、復帰走行を行わせるようにしていたが、受信中断位置と、受信再開位置とが相違するか否かを判定する位置相違判定手段を設けるとともに、受信中断位置と受信再開位置とが相違すると判定したときには、復帰手段によって、受信再開位置から受信中断位置に向けて復帰走行させるようにしてもよい。

１０ａ コマンド受信中断判定手段
１０ｂ 中断位置情報取得手段
１０ｃ 自律走行手段
１０ｄ コマンド受信再開判定手段
１０ｅ 再開位置情報取得手段
１０ｇ 復帰手段
１１ 走行用測距部
１２ 復帰用測距部
１３ 撮像部
４０ｂ 復帰コマンド送信手段
４１ 表示部
４６ 復帰用スイッチ
Ｂ 半自律型車両
Ｃ 遠隔操縦装置
Ｄ 走行機構

Claims (5)

1. 走行領域内の測距データを取得するための走行用測距部、その走行領域の画像を取得するための撮像部及び走行するための走行機構を有し、取得した測距データに基づく自律走行とともに、遠隔操縦装置から送信される操縦コマンドにより遠隔操縦可能な半自律型車両と、上記撮像部によって取得した画像を表示する表示部、及びその表示部に表示された画像に基づいて半自律型車両を遠隔操縦するための操縦コマンドを送出する遠隔操縦装置とを有する半自律型車両の遠隔操縦システムであって、
   遠隔操縦をしているときに、遠隔操縦装置から送信される操縦コマンドの受信が中断したか否かを判定するコマンド受信中断判定手段と、
   当該操縦コマンドの受信が中断したと判定されたときには、当該中断したときの自己の位置情報である受信中断位置情報を取得する中断位置情報取得手段と、
   受信中断位置情報を取得した後、測距部により取得した測距データに基づき、走行機構を介した自律走行を行う自律走行手段と、
   自律走行をしているとき、遠隔操縦装置から送信される操縦コマンドの受信が再開したか否かを判定するコマンド受信再開判定手段と、
   操縦コマンドの受信が再開したと判定されたときには、当該再開したときの自己の位置情報である受信再開位置情報を取得する再開位置情報取得手段と、
   受信再開位置から受信中断位置に向けて復帰走行させる復帰手段とを半自律型車両に設けたことを特徴とする半自律型車両の遠隔操縦システム。
2. 半自律型車両を受信中断位置に向けて復帰走行させるための復帰コマンドを送信する復帰コマンド送信手段を遠隔操縦装置に設ける一方、上記復帰コマンドの受信があるか否かを判定する復帰コマンド受信判定手段を半自律走行車両に設けるとともに、
   復帰コマンドの受信があると判定したときには、復帰手段は、受信した復帰コマンドに基づいて、走行機構を介して受信中断位置に向けて復帰走行させることを特徴とする請求項１に記載の半自律型車両の遠隔操縦システム。
3. 遠隔操縦装置には、半自律型車両の復帰走行を開始させるための復帰用スイッチが配設されており、
   その復帰用スイッチの操作があったときに、復帰コマンドを半自律型車両に向けて送信する復帰コマンド送信手段を設けていることを特徴とする請求項２に記載の半自律型車両の遠隔操縦システム。
4. 半自律型車両には、当該車両の後方に向けて、復帰領域の測距データを取得するための復帰用測距部が配設されており、
   復帰手段は、復帰用測距部により取得した測距データに基づき、走行機構を介した自律走行を行わせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半自律型車両の遠隔操縦システム。
5. 走行経路を記憶可能な記憶部を有しており、
   少なくとも操縦コマンドの受信が中断したと判定したときから、その操縦コマンドの受信が再開したと判定されたときまでの部分移動経路を記憶部に記憶する走行経路記憶手段を有し、
   復帰手段は、記憶されている部分移動経路に沿って復帰走行させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半自律型車両の遠隔操縦システム。

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