半自律型無人車両の遠隔操縦システム
【課題】操縦者の意図した通りの高速走行を、安全に行うことができるようにする。
【解決手段】測距データに基づいて走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段１０ａと、走行状態を取得する走行状態取得手段１０ｂと、走行状態と走行可能エリアとに基づき、操縦限界を示す操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段１０ｃと、操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段１０ｄと、操縦限界情報に基づき制限され、かつ、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、半自律型無人車両を走行させる自律走行手段１０ｅとを半自律型無人車両に設けたこと、操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けている。
【解決手段】測距データに基づいて走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段１０ａと、走行状態を取得する走行状態取得手段１０ｂと、走行状態と走行可能エリアとに基づき、操縦限界を示す操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段１０ｃと、操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段１０ｄと、操縦限界情報に基づき制限され、かつ、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、半自律型無人車両を走行させる自律走行手段１０ｅとを半自律型無人車両に設けたこと、操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距データに基づく自律走行を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報による遠隔操縦を行う半自律型車両の遠隔操縦システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半自律型無人車両の遠隔操縦システムとして、無人車両用走行制御装置とした名称において特許文献１に記載された構成のものがある。
特許文献１に記載された無人車両用走行制御装置は、外部の送信手段から無人車両へ送信される操舵信号等を受信する受信手段と、前記無人車両の車輪を操舵する操舵手段と、前記車輪に制動をかける制動手段と、前記無人車両の速度を検出する車速検出手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、前記無人車両の走行時に前記受信手段により前記操舵信号が受信された場合は前記車速検出手段により検出された前記無人車両の速度が予め設定された所定速度を超過しているか否かを判定する車速判定機能と，前記無人車両の速度が前記所定速度を超過している場合は前記制動手段を作動して前記無人車両の速度を前記所定速度まで低下させる速度制御機能と，前記無人車両の速度が前記所定速度まで低下した後に前記操舵手段を作動して操舵を開始させる操舵制御機能とを具備した構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７‐９９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、走行速度が速すぎるとステアリングの制限があることから、ステアリング指令があると、必要な速度まで無人車が自動的に減速する構成になっている。
この構成においては、操縦者が速度等の操縦に対して意図しない動作を無人車が自動的に作り出すことから、操縦者の意図した動作と異なる動きを発生させる蓋然性が高いという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、操縦者の意図した通りの高速走行を、安全に行うことができる半自律型無人車両の遠隔操縦システムの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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測距部、その走行領域の画像を撮像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を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報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撮像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無人車両を遠隔操縦するための操縦情報を送信する遠隔操縦装置とを、電気通信回線を通じて接続可能な半自律型無人車両の遠隔操縦システムであって、測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、半自律型無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段と、電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段と、受信した操縦限界情報に基づき制限され、かつ、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して半自律型無人車両を走行させる自律走行手段とを半自律型無人車両に設けたこと、生成した操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴としている。
【０００７】
上記の構成においては、半自律型無人車両において、測距部により取得した測距データに基づいて走行可能エリアを抽出するとともに、半自律型無人車両の走行状態を取得し、取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する。
そして、電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信するとともに、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して走行する。
【０００８】
一方、遠隔操縦装置においては、生成した操縦限界情報を表示部に表示するとともに、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成し、電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操縦者の意図した通りの高速走行を、安全に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半自律型無人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。
【図２】同上の半自律型無人車両の遠隔操縦システムの一部をなす半自律型無人車両の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】同上の半自律型無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【図４】半自律型無人車両に設けた車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図である。
【図５】（Ａ）は、アクセルのアクセルの操縦角度範囲、（Ｂ）は、ステアリングの操縦角度範囲を示す説明図である。
【図６】半自律型無人車両の制御フローチャートである。
【図７】（Ａ）は、遠隔操縦装置の概略構成を示す説明図、（Ｂ）は、表示部に表示される操縦限界情報を示す説明図である。
【図８】遠隔操縦装置に設けた制御回路のブロック図である。
【図９】（Ａ）は、ステアリング加重機構を説明するための説明図、（Ｂ）は、アクセル加重機構を説明するための説明図である。
【図１０】遠隔操縦装置による遠隔操縦のメインルーチンのフローチャートである。
【図１１】遠隔操縦装置による遠隔操縦のサブルーチンのフローチャートである。
【図１２】アクセルとステアリングの操縦力の増減加重処理を示すフローチャートである。
【図１３】ステアリング角度と指令角度との入出力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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無人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、その半自律型無人車両の遠隔操縦システムの一部をなす半自律型無人車両の構成を概略的に示す説明図である。また、図３は、その半自律型無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る半自律型無人車両の遠隔操縦システムＡ１は、半自律型無人車両Ｂと、遠隔操縦装置Ｃとを電気通信回線を通じて接続可能に構成されている。
【００１３】
半自律型無人車両Ｂは、一般の乗用車両のハンドル／アクセル／ブレーキを、下記の車両制御用，走行用コンピュータ１０，３０によって操縦できるように、各種のアクチュエータを付加した構成のものであり、その詳細は次のとおりである。
【００１４】
すなわち、半自律型無人車両Ｂ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）等からなる車両制御用コンピュータ１０と、同じく走行用コンピュータ３０とによって制御されるようになっている（図２，３参照）。
【００１５】
車両制御用コンピュータ１０と、走行用コンピュータ３０とは、イーサネット（登録商標）１１を介して互いに接続されている。
接続方式には、イーサネット（登録商標）以外にもＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内ネットワークを用いることができる。
【００１６】
走行用コンピュータ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、これの入力ポートには、走行領域内の測距データを取得するための測距部３３が接続されている。
測距部３３は、走行用カメラ１４，３１と、レーザーセンサ（以下、「ＬＲＦ」という。）３２ａ，３２ｂを有して構成されている（図３参照）。
【００１７】
ＬＲＦ３２ａ，３２ｂは、レーザ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る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。
本実施形態においては、一方のＬＲＦ３２ａが遠距離用のものであり、他方のＬＲＦ３２ｂが近距離用のものであり、遠近を問わず走行領域をカバーできるようにしている。
【００１８】
走行用カメラ１４，３１は、自律走行を行うときに必要な画像データを撮像するためのものであり、走行方向に向け、かつ、車幅方向において左右対称に配列されている。
【００１９】
車両制御用コンピュータ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、インターフェース回路及びメモリ（いずれも図示しない）等からなるものである。
この車両制御用コンピュータ１０の入力ポートには、イーサネット（登録商標）１２を介して無線ＬＡＮ１３と遠隔操縦用カメラ１９が、また、ＧＰＳ（Global Positioning System）１５、バーチカルジャイロ１６、車速パルス１７及びオドメトリ１８がそれぞれシリアル回線を介して接続されている。なお、符号２０は、無線ＬＡＮ１３に接続されているアンテナを示している。
なお、無線ＬＡＮ以外にも携帯電話、ＰＨＳ、衛星回線等を用いることができることは勿論である。
【００２０】
また、出力ポートには、モータドライバ２１を介して、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３がそれぞれ接続されている。
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２１、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３により走行機構Ｄを構成している。
【００２１】
バーチカルジャイロ１６は、半自律型無人車両Ｂの鉛直面内における傾斜姿勢、従ってまた、後述する走行用カメラ１４，３１、及びＬＲＦ３２ａ，３２ｂの光軸姿勢（向き）情報を取得するものである。
【００２２】
オドメトリ１８は、半自律型無人車両Ｂの走行輪９…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。
ＧＰＳ１５は、半自律型無人車両Ｂの測位情報を取得するためのものである。
車速パルス１７は、半自律型無人車両Ｂの走行速度を測定するためのものであり、その半自律型無人車両Ｂの走行速度をパルス情報として出力するものである。
【００２３】
車両制御用コンピュータ１０は、イーサネット（登録商標）１１，無線ＬＡＮ１３及びアンテナ２０を通じて、ＧＰＳ１５、バーチカルジャイロ１６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、その遠隔操縦装置Ｃから送信される操縦情報に基づき、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３をモータドライバ２１を介して駆動制御する機能を有している。
すなわち、遠隔操縦装置Ｃから送信される半自律型無人車両Ｂに対する操縦情報に基づいて、ステアリング用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を駆動する機能を有している。
【００２４】
車両制御用コンピュータ１０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。図４は、半自律型無人車両に設けた車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図である。
【００２５】
（１）測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出する機能。これを「エリア抽出手段１０ａ」という。
本実施形態においては、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂにより取得したレーザー光データと、走行用カメラ１４，３１により撮像した画像データの双方に基づき、走行領域内における走行可能エリアを抽出している。
なお、走行用カメラ１４，３１により撮像した画像データのみに基づき、また、ＬＲＦ３２により取得したレーザー光データのみに基づいて走行領域内における走行可能エリアを抽出するようにしてもよい。
【００２６】
（２）半自律型無人車両Ｂの走行状態を取得する機能。これを「走行状態取得手段１０ｂ」という。
本実施形態において示す「走行状態」は、半自律型無人車両Ｂの走行速度、操舵角及び傾き（水平面に対する）である。
これらのデータは、上記した車速パルス１７、オドメトリ１８及びバーチカルジャイロ１６によって取得している。
【００２７】
走行速度の上限値は、次のようにして設定している。
安全距離：ｘｓ＝ｘｂ＋ｘｄｒ＋ｚｃ ｚｃ：追加距離（安全余裕）
安全距離は、半自律型無人車両Ｂから障害物までの距離のことである。
制動距離：ｘｂ＝Ｂｒ（ｖ） 一般にｘｂ∝ｖ２
空走距離：ｘｄｒ＝ｖｔｄ ｖ：走行速度
空走時間：ｔｄ＝ｔｄｓ＋ｔｄｃ＋ｔｄｔ ｔｄｓ：センサ応答時間
ｔｄｃ：コントローラ応答時間
ｔｄｔ：通信遅延時間
安全性を重視した管理距離
ｖ＝ｖｍａｘ ｖｍａｘ：車両の最大速度
【００２８】
（３）取得した半自律型無人車両Ｂの走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する機能。これを「操縦限界情報生成手段１０ｃ」という。
図５（Ａ）は、操縦限界情報に含まれるアクセルの操縦角度範囲、（Ｂ）は、操縦限界情報に含まれるステアリングの操縦角度範囲を示す説明図である。
本実施形態においては、後述する遠隔操縦装置Ｃが有する遅延時間算出手段５１ａによって算出した遅延時間に応じた操縦限界情報α１，α２を生成している。
「操縦限界情報」は、後述するステアリングホイール５６の操縦角度範囲と、アクセルペダル５７の操縦角度範囲とを含んでいる。
なお、以下にはステアリングホイールを単にステアリング、また、アクセルペダルを単にアクセルという。
【００２９】
「アクセルの操縦角度範囲」には、半自律型無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操縦可能角度範囲４０ａ、その走行状態が不安定になる操縦警戒角度範囲４０ｂと、当該走行状態が危険になる操縦危険角度範囲４０ｃとを含んでいる。
【００３０】
「ステアリングの操縦角度範囲」には、半自律型無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操縦可能角度範囲４１ａ、その走行状態が不安定になる操縦警戒角度範囲４１ｂ，４１ｂと、当該走行状態が危険になる操縦危険角度範囲４１ｃとを含んでいる。
なお、４０ｄ，４１ｄは、実際のアクセル，ステアリングの操縦角度に対応するインジケータである。
【００３１】
（４）電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置Ｃに向けて送信する機能。この機能を「操縦限界情報送信手段１０ｄ」という。
【００３２】
（５）遠隔操縦装置Ｃから送出された操縦情報に従い、走行機構Ｄを介して半自律型無人車両Ｂを走行させる機能。これを「自律走行手段１０ｅ」という。
「操縦情報」は、少なくとも走行方向、走行速度及び半自律型無人車両Ｂの加減速データを含むものである。
【００３３】
次に、図６を参照して、半自律型無人車両の制御フローチャートについて説明する。図６は、半自律型無人車両の制御フローチャートである。
＜半自律型無人車両側の制御フローチャート＞
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。
【００３４】
ステップ２：遠隔操縦装置Ｃから送信された操縦者Ｑによる操縦情報及びコマンドを受信して、ステップ３に進む。
ステップ３：終了コマンドを受信したか否かを判定し、終了コマンドを受信すればステップ１０に進んで、そうでなければステップ４に進む。
【００３５】
ステップ４：カメラ１４，３１とＬＲＦ３２ａ，３２ｂによって走行領域を認識するとともに、走行可能エリアを抽出して、ステップ５に進む。
すなわち、測距部３３により取得した測距データに基づいて、環境地図を作成する機能（この機能を「地図作成手段」という。）を有しており、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂにより取得したレーザー光データに基づいて環境地図を作成し、その環境地図に基づいて走行領域を認識するとともに、走行可能エリアを抽出している。
なお、作成した環境地図は、自律走行制御コンピュータ１０内のメモリ（図示しない）に順次記憶されていくようになっている。
【００３６】
ステップ５：ステアリング，アクセルの操縦情報を受信して、ステップ６に進む。
ステップ６：操縦情報に含まれる角度となるようにステアリング，アクセルをアクチュエータで駆動する。
ステップ７：半自律型無人車両Ｂの走行状態を取得して、ステップ８に進む。
ステップ８：走行のための操縦限界情報α１，α２を生成する。
ステップ９：操縦限界情報α１，α２及び認識結果を重畳した画像を、遠隔操縦装置Ｃに向けて送信する。
ステップ１０：終了処理を行う。
【００３７】
次に、遠隔操縦装置について、図７〜１１を参照して説明する。図７（Ａ）は、遠隔操縦装置の概略構成を示す説明図、（Ｂ）は、表示部に表示される操縦限界情報を示す説明図である。また、図８は、遠隔操縦装置に設けた制御回路のブロック図、図９（Ａ）は、ステアリング加重機構を説明するための説明図、（Ｂ）は、アクセル加重機構を説明するための説明図である。
本実施形態において示す遠隔操縦装置Ｃは、装置本体５０上にディスプレイ６０を配設した外観構成になっている。
【００３８】
装置本体５０内には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路（いずれも図示しない）等からなる入出力ポートに、無線ＬＡＮ５２、回転角センサ５３、ステアリング加重機構５４、アクセル加重機構５５、ディスプレイ６０、ステアリング５６、アクセル５７を接続した制御装置５１が配設されている。なお、符号５８で示すものはアンテナである。
【００３９】
装置本体５０は、図７（Ａ）に示すように、基台６２の一端部に操作盤６３が起立して配設されており、その操作盤６３の上部にステアリング５６が、また、その下部にアクセル５７がそれぞれ配設されている。
操縦者Ｑは、基台６２に配設された椅子６４に腰掛けた状態で、ステアリング５６とアクセル５７の操縦を行えるようにしている。
【００４０】
ステアリング５６は、半自律型無人車両Ｂの走行方向を操縦するためのものであり、これには、図７（Ａ），図９に示すステアリング加重機構５４と回転角センサ５３とが取り付けられている。
本実施形態において示すステアリング加重機構５４は、ステアリング５６の上記した操縦警戒角度範囲４０ｂ，４１ｂにおいて、そのステアリング５６の操縦力を増減加重するものであり、本実施形態においては、アクチュエータ５４ａを有する構成になっている。
【００４１】
アクセル５７は、半自律型無人車両Ｂの加減速を操縦するためのものであり、これには、上記したアクセル加重機構５５が取り付けられている。
アクセル加重機構５５は、アクセル５７の操縦力を加重するものであり、図９に示す仮想バネの挙動を示すようにしている。
【００４２】
ディスプレイ６０には、上記したカメラ１４，３１によって撮像した走行領域の画像、走行可能エリア、上記した操縦限界情報α１，α２等が表示されるようになっている。
【００４３】
制御装置５１は、所要のプログラムの実行により次の各機能を発揮する。
（６）半自律型無人車両Ｂと遠隔操縦装置Ｃとの間における通信遅延時間を算出する機能。この機能を「遅延時間算出手段５１ａ」という。
本実施形態においては、半自律型無人車両Ｂと遠隔操縦装置Ｃの間において、ｐｉｎｇの要領でデータの往復時間を推定している。
また、半自律型無人車両Ｂと遠隔操縦装置Ｃ双方にＧＰＳを搭載しておき、そのＧＰＳを用いて双方のコンピュータによって精度の高い時刻同期を行い、受信したデータのタイムスタンプに基づいて遅延時間を推定するようにしてもよい。
【００４４】
（７）ステアリング５６の上記した操縦警戒角度４１ｂに応じて、ステアリング加重機構５４によってステアリング５６の操縦力を増減加重する機能。この機能を「ステアリング増減加重手段５１ｂ」という。
具体的には、ステアリング５６の操縦角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
【００４５】
（８）アクセル５７の操縦警戒角度４０ｂに応じて、アクセル加重機構５５によってアクセル５７の操縦力を増減加重する機能。この機能を「アクセル増減加重手段５１ｃ」という。
具体的には、アクセル５７の踏込み角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
【００４６】
（９）生成した上記操縦限界情報をディスプレイ６０に表示させる機能。この機能を「操縦限界情報表示手段５１ｄ」という。
本実施形態においては、図７（Ｂ）に示すように、上記の操縦限界情報を走行可能エリア（図示しない）等に透過重畳表示させているが、これに限るものではなく、走行可能エリア等の側方に表示させるようにしてもよい。
【００４７】
（１０）操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する機能。この機能を「操縦情報生成手段５１ｅ」という。
この機能については、以下の図１１において詳細に説明する。
【００４８】
（１１）電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両Ｂに向けて送信する機能。この機能を「操縦情報送信手段５１ｆ」という。
【００４９】
次に、図１０，１１を参照して、遠隔操縦装置による遠隔操縦について説明する。図１０は、遠隔操縦装置Ｃによる遠隔操縦のメインルーチンのフローチャート、図１１は、サブルーチンのフローチャートである。
【００５０】
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。
ステップ２：半自律型無人車両Ｂから送信された車両情報（速度等）、操縦限界情報α１，α２及びコマンドを受信して、ステップ３に進む。
ステップ３：通信遅延時間を算出して、ステップ４に進む。
【００５１】
ステップ４：カメラ１４，３１で撮像した画像に、算出した通信遅延時間による半自律型無人車両Ｂの走行量を補正した上で、遠隔操縦用カメラ１９で撮像した画像に操縦限界情報α１，α２、受信した走行可能エリアの認識結果、及び受信した車両情報を重畳表示してステップ５に進む。
【００５２】
ステップ５：ディスプレイ６０に表示されている、カメラ１４，３１で撮像した画像に操縦限界情報α１，α２、受信した走行可能エリアの認識結果、及び受信した車両情報を参照しながら、アクセル５７、ステアリング５６を操縦する。
【００５３】
ステップ６：操縦力増減加重処理を行うとともに、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する。具体的には、次のとおりである。
なお、以下にはステアリング５６の操縦力を増減加重する場合について説明するが、アクセル５７の操縦力についても、同様にして増減加重するようにしているので、本実施形態においては、アクセル５７の操縦力の増減加重についての説明を省略する。
τ＝０ θｉ＜θａ
τ＝Ｋ（θ−θａ） θａ＜θｉ＜θｄ
τ＝τｍａｘ θｉ＜θｄ
ｋ：回転バネ定数
θｉ：ステアリング角度
θａ：警戒角度
（走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる（加速する）と半自律型無人車両Ｂが不安定になるステアリング角度・加速度）
θｄ：危険角度
（走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる（加速する）と半自律型無人車両Ｂが危険になるステアリング角度・加速度）
θ0：指令角度
【００５４】
ステップ６ａ：ステアリング５６の操縦入力角度θｉを入力して、ステップ６ｂに進む。
ステップ６ｂ：操縦入力角度θｉと指令角度θ0とを比較して、θｉ＜θａの場合にはステップ６ｃに、θａ＜θｉ＜θｄの場合にはステップ６ｄに、また、θｉ＜θｄの場合にはステップ６ｅに進む。
【００５５】
ステップ６ｃ：ステアリング５６の操縦力τを「０」にして、ステップ６ｆに進む。
【００５６】
ステップ６ｄ：ステアリング５６の操縦力τをＫ（θｉ−θａ）にして、ステップ６ｆに進む。
ステップ６ｅ：ステアリング５６の操縦力τをτｍａｘにして、ステップ６ｆに進む。なお、τｍａｘは予め設定した操縦力である。
【００５７】
ステップ６ｆ：ステアリング５６の操縦力τが、上記ステップ６ｃ，６ｄ，６ｅで設定した値になるとなるように、ステアリング用アクチュエータ２２のトルク制御を行う。
上記したステップ６ｂ〜６ｆの制御は、遠隔操縦装置Ｃにおけるステアリング５６の操縦力を制御する一連の処理である。
【００５８】
ステップ６ｇ：ステアリング角度θｉと危険角度θｄとを比較して、ステアリング角度θｉ＞θｄであればステップ６ｉに進み、そうでなければステップ６ｈに進む。
ステップ６ｈ：指令角度θ0をステアリング角度θｉとしてステップ６ｊに進む。
【００５９】
ステップ６ｉ：指令角度θ0を危険角度θｄとしてステップ６ｊに進む。
ステップ６ｊ：半自律型無人車両Ｂ側のステアリング２５の操縦情報（指令角度θ0）を出力して、ステップ６ｂに戻る。
【００６０】
ステップ７：アクセル５７と、ステアリング５６の操縦力を増減加重する。その詳細を図１１に示す。
【００６１】
次に、上述したステップ６における操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する処理の他例について図１２を、また、合わせてステアリングの操縦力の増減加重の例について図１３をそれぞれ参照して説明する。図１２は、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する処理の他例を示すフローチャート、図１３は、ステアリング角度と指令角度との入出力特性を示すグラフである。
【００６２】
本例においては、警戒角度θａ以上のステアリング５６の操縦を禁止するステアリング操縦禁止手段５１ｇ（図８参照）を設けた構成のものである。
本実施形態においては、操作盤６３に許否設定スイッチ６５（図８参照）を配設するとともに、その許否設定スイッチ６５のオン／オフを判定するスイッチ状態判定手段５１ｆと、当該許否設定スイッチ６５がオンであると判定したときには、ステアリング操縦禁止手段５１ｇが、ステアリング５６の危険角度範囲以上の操縦を禁止するようにしている。
具体的には、次のとおりである。
【００６３】
ステップ６ａ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉを入力して、ステップ６ｂ′に進む。
ステップ６ｂ′：ステアリング角度θｉと警戒角度θａとを比較して、θｉ＞θａの場合にはステップ６ｄ′に進み、θｉ＜θａの場合にはステップ６ｃ′に進む。
【００６４】
ステップ６ｃ′：指令角度θ0をステアリング角度θｉにして、ステップ６ｈ′に進む。
ステップ６ｄ′：許否設定スイッチ６５のオン／オフを判定し、その許否設定スイッチ６５がオンであると判定されればステップ６ｆ′に進み、そうでなければステップ６ｅ′に進む。
【００６５】
ステップ６ｅ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉを警戒角度θａにして、ステップ６ｈ′に進む。
すなわち、図１３に示すように、許否設定スイッチ６５がオフのときには、（ア）で示すように警戒角度θａに出力が制限されるのである。
【００６６】
ステップ６ｆ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉが危険角度θｄ以上であるか否かを判定し、そのステアリング角度θｉが危険角度θｄ以上であると判定したときにはステップ６ｇ′に進み、そうでなければステップ６ｈ′に進む。
ステアリング角度θｉが危険角度θｄに達しないときには、ステアリング５６に作用する加重が増加しながらも操縦可能になっている。換言すると、ステアリング５６の操縦角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
【００６７】
ステップ６ｇ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉを危険角度θｄにしてステップ６ｈ′に進む。
すなわち、図１３に示すように、許否設定スイッチ６５がオンのときには、（イ）で示すように危険角度θｄに出力が制限されるのである。
ステップ６ｈ′：ステアリング５６のステアリング角度θ0を半自律型無人車両Ｂに向けて出力する。
【００６８】
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。
・上述した実施形態においては、ステアリング角度θｉを、θｉ＜θａ、θａ＜θｉ＜θｄ、及びθｉ＜θｄ等に区分して、それぞれ対応する加重を加える例についてしたが、これに限るものではなく、例えば一定の角度毎に、これ対応する加重を加えるようにしてもよい。
【００６９】
・精度を補完する機能を付加する場合、次のようにすることができる。
車速パルスの補完として、車両の速度（積分して）/車両の傾き（重力を検出して）を測定するための加速度センサ、車両の速度を算出するためのタコメータを設けた構成にしてもよい。
・バーチカルジャイロの補完として、車両の傾き（水平面に対する）を検出するための傾斜角センサを配設してもよい。
【００７０】
・上述した実施形態においては、車両制御用コンピュータと、走行用コンピュータの２つのコンピュータにより、半自律型無人車両全体を制御するものを例として説明したが、それら２つのコンピュータに分担させることなく、単一のコンピュータで制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０ａ エリア抽出手段
１０ｂ 走行状態取得手段
３３ 測距部
４０ｃ，４１ｃ 操縦危険角度範囲
５１ａ 遅延時間算出手段
５１ｂ ステアリング増減加重手段
５１ｃ アクセル増減加重手段
５１ｄ 操縦限界情報表示手段
５１ｅ 操縦情報生成手段
５１ｆ 操縦情報送信手段
５１ｇ ステアリング操縦禁止手段
５４ ステアリング加重機構
５５ アクセル加重機構
５６ ステアリングホイール
５７ アクセルペダル
６０ 表示部（ディスプレイ）
Ｂ 半自律型無人車両
Ｃ 遠隔操縦装置
Ｄ 走行機構
α１，α２ 操縦限界情報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距データに基づく自律走行を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報による遠隔操縦を行う半自律型車両の遠隔操縦システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半自律型無人車両の遠隔操縦システムとして、無人車両用走行制御装置とした名称において特許文献１に記載された構成のものがある。
特許文献１に記載された無人車両用走行制御装置は、外部の送信手段から無人車両へ送信される操舵信号等を受信する受信手段と、前記無人車両の車輪を操舵する操舵手段と、前記車輪に制動をかける制動手段と、前記無人車両の速度を検出する車速検出手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、前記無人車両の走行時に前記受信手段により前記操舵信号が受信された場合は前記車速検出手段により検出された前記無人車両の速度が予め設定された所定速度を超過しているか否かを判定する車速判定機能と，前記無人車両の速度が前記所定速度を超過している場合は前記制動手段を作動して前記無人車両の速度を前記所定速度まで低下させる速度制御機能と，前記無人車両の速度が前記所定速度まで低下した後に前記操舵手段を作動して操舵を開始させる操舵制御機能とを具備した構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７‐９９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、走行速度が速すぎるとステアリングの制限があることから、ステアリング指令があると、必要な速度まで無人車が自動的に減速する構成になっている。
この構成においては、操縦者が速度等の操縦に対して意図しない動作を無人車が自動的に作り出すことから、操縦者の意図した動作と異なる動きを発生させる蓋然性が高いという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、操縦者の意図した通りの高速走行を、安全に行うことができる半自律型無人車両の遠隔操縦システムの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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測距部、その走行領域の画像を撮像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を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報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撮像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無人車両を遠隔操縦するための操縦情報を送信する遠隔操縦装置とを、電気通信回線を通じて接続可能な半自律型無人車両の遠隔操縦システムであって、測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、半自律型無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段と、電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段と、受信した操縦限界情報に基づき制限され、かつ、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して半自律型無人車両を走行させる自律走行手段とを半自律型無人車両に設けたこと、生成した操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴としている。
【０００７】
上記の構成においては、半自律型無人車両において、測距部により取得した測距データに基づいて走行可能エリアを抽出するとともに、半自律型無人車両の走行状態を取得し、取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する。
そして、電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信するとともに、遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して走行する。
【０００８】
一方、遠隔操縦装置においては、生成した操縦限界情報を表示部に表示するとともに、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成し、電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操縦者の意図した通りの高速走行を、安全に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半自律型無人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。
【図２】同上の半自律型無人車両の遠隔操縦システムの一部をなす半自律型無人車両の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】同上の半自律型無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【図４】半自律型無人車両に設けた車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図である。
【図５】（Ａ）は、アクセルのアクセルの操縦角度範囲、（Ｂ）は、ステアリングの操縦角度範囲を示す説明図である。
【図６】半自律型無人車両の制御フローチャートである。
【図７】（Ａ）は、遠隔操縦装置の概略構成を示す説明図、（Ｂ）は、表示部に表示される操縦限界情報を示す説明図である。
【図８】遠隔操縦装置に設けた制御回路のブロック図である。
【図９】（Ａ）は、ステアリング加重機構を説明するための説明図、（Ｂ）は、アクセル加重機構を説明するための説明図である。
【図１０】遠隔操縦装置による遠隔操縦のメインルーチンのフローチャートである。
【図１１】遠隔操縦装置による遠隔操縦のサブルーチンのフローチャートである。
【図１２】アクセルとステアリングの操縦力の増減加重処理を示すフローチャートである。
【図１３】ステアリング角度と指令角度との入出力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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無人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、その半自律型無人車両の遠隔操縦システムの一部をなす半自律型無人車両の構成を概略的に示す説明図である。また、図３は、その半自律型無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る半自律型無人車両の遠隔操縦システムＡ１は、半自律型無人車両Ｂと、遠隔操縦装置Ｃとを電気通信回線を通じて接続可能に構成されている。
【００１３】
半自律型無人車両Ｂは、一般の乗用車両のハンドル／アクセル／ブレーキを、下記の車両制御用，走行用コンピュータ１０，３０によって操縦できるように、各種のアクチュエータを付加した構成のものであり、その詳細は次のとおりである。
【００１４】
すなわち、半自律型無人車両Ｂ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）等からなる車両制御用コンピュータ１０と、同じく走行用コンピュータ３０とによって制御されるようになっている（図２，３参照）。
【００１５】
車両制御用コンピュータ１０と、走行用コンピュータ３０とは、イーサネット（登録商標）１１を介して互いに接続されている。
接続方式には、イーサネット（登録商標）以外にもＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内ネットワークを用いることができる。
【００１６】
走行用コンピュータ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、これの入力ポートには、走行領域内の測距データを取得するための測距部３３が接続されている。
測距部３３は、走行用カメラ１４，３１と、レーザーセンサ（以下、「ＬＲＦ」という。）３２ａ，３２ｂを有して構成されている（図３参照）。
【００１７】
ＬＲＦ３２ａ，３２ｂは、レーザ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る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。
本実施形態においては、一方のＬＲＦ３２ａが遠距離用のものであり、他方のＬＲＦ３２ｂが近距離用のものであり、遠近を問わず走行領域をカバーできるようにしている。
【００１８】
走行用カメラ１４，３１は、自律走行を行うときに必要な画像データを撮像するためのものであり、走行方向に向け、かつ、車幅方向において左右対称に配列されている。
【００１９】
車両制御用コンピュータ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、インターフェース回路及びメモリ（いずれも図示しない）等からなるものである。
この車両制御用コンピュータ１０の入力ポートには、イーサネット（登録商標）１２を介して無線ＬＡＮ１３と遠隔操縦用カメラ１９が、また、ＧＰＳ（Global Positioning System）１５、バーチカルジャイロ１６、車速パルス１７及びオドメトリ１８がそれぞれシリアル回線を介して接続されている。なお、符号２０は、無線ＬＡＮ１３に接続されているアンテナを示している。
なお、無線ＬＡＮ以外にも携帯電話、ＰＨＳ、衛星回線等を用いることができることは勿論である。
【００２０】
また、出力ポートには、モータドライバ２１を介して、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３がそれぞれ接続されている。
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２１、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３により走行機構Ｄを構成している。
【００２１】
バーチカルジャイロ１６は、半自律型無人車両Ｂの鉛直面内における傾斜姿勢、従ってまた、後述する走行用カメラ１４，３１、及びＬＲＦ３２ａ，３２ｂの光軸姿勢（向き）情報を取得するものである。
【００２２】
オドメトリ１８は、半自律型無人車両Ｂの走行輪９…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。
ＧＰＳ１５は、半自律型無人車両Ｂの測位情報を取得するためのものである。
車速パルス１７は、半自律型無人車両Ｂの走行速度を測定するためのものであり、その半自律型無人車両Ｂの走行速度をパルス情報として出力するものである。
【００２３】
車両制御用コンピュータ１０は、イーサネット（登録商標）１１，無線ＬＡＮ１３及びアンテナ２０を通じて、ＧＰＳ１５、バーチカルジャイロ１６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、その遠隔操縦装置Ｃから送信される操縦情報に基づき、ステアリング用アクチュエータ２２、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３をモータドライバ２１を介して駆動制御する機能を有している。
すなわち、遠隔操縦装置Ｃから送信される半自律型無人車両Ｂに対する操縦情報に基づいて、ステアリング用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を駆動する機能を有している。
【００２４】
車両制御用コンピュータ１０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。図４は、半自律型無人車両に設けた車両制御用コンピュータが有する機能を示すブロック図である。
【００２５】
（１）測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出する機能。これを「エリア抽出手段１０ａ」という。
本実施形態においては、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂにより取得したレーザー光データと、走行用カメラ１４，３１により撮像した画像データの双方に基づき、走行領域内における走行可能エリアを抽出している。
なお、走行用カメラ１４，３１により撮像した画像データのみに基づき、また、ＬＲＦ３２により取得したレーザー光データのみに基づいて走行領域内における走行可能エリアを抽出するようにしてもよい。
【００２６】
（２）半自律型無人車両Ｂの走行状態を取得する機能。これを「走行状態取得手段１０ｂ」という。
本実施形態において示す「走行状態」は、半自律型無人車両Ｂの走行速度、操舵角及び傾き（水平面に対する）である。
これらのデータは、上記した車速パルス１７、オドメトリ１８及びバーチカルジャイロ１６によって取得している。
【００２７】
走行速度の上限値は、次のようにして設定している。
安全距離：ｘｓ＝ｘｂ＋ｘｄｒ＋ｚｃ ｚｃ：追加距離（安全余裕）
安全距離は、半自律型無人車両Ｂから障害物までの距離のことである。
制動距離：ｘｂ＝Ｂｒ（ｖ） 一般にｘｂ∝ｖ２
空走距離：ｘｄｒ＝ｖｔｄ ｖ：走行速度
空走時間：ｔｄ＝ｔｄｓ＋ｔｄｃ＋ｔｄｔ ｔｄｓ：センサ応答時間
ｔｄｃ：コントローラ応答時間
ｔｄｔ：通信遅延時間
安全性を重視した管理距離
ｖ＝ｖｍａｘ ｖｍａｘ：車両の最大速度
【００２８】
（３）取得した半自律型無人車両Ｂの走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する機能。これを「操縦限界情報生成手段１０ｃ」という。
図５（Ａ）は、操縦限界情報に含まれるアクセルの操縦角度範囲、（Ｂ）は、操縦限界情報に含まれるステアリングの操縦角度範囲を示す説明図である。
本実施形態においては、後述する遠隔操縦装置Ｃが有する遅延時間算出手段５１ａによって算出した遅延時間に応じた操縦限界情報α１，α２を生成している。
「操縦限界情報」は、後述するステアリングホイール５６の操縦角度範囲と、アクセルペダル５７の操縦角度範囲とを含んでいる。
なお、以下にはステアリングホイールを単にステアリング、また、アクセルペダルを単にアクセルという。
【００２９】
「アクセルの操縦角度範囲」には、半自律型無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操縦可能角度範囲４０ａ、その走行状態が不安定になる操縦警戒角度範囲４０ｂと、当該走行状態が危険になる操縦危険角度範囲４０ｃとを含んでいる。
【００３０】
「ステアリングの操縦角度範囲」には、半自律型無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操縦可能角度範囲４１ａ、その走行状態が不安定になる操縦警戒角度範囲４１ｂ，４１ｂと、当該走行状態が危険になる操縦危険角度範囲４１ｃとを含んでいる。
なお、４０ｄ，４１ｄは、実際のアクセル，ステアリングの操縦角度に対応するインジケータである。
【００３１】
（４）電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置Ｃに向けて送信する機能。この機能を「操縦限界情報送信手段１０ｄ」という。
【００３２】
（５）遠隔操縦装置Ｃから送出された操縦情報に従い、走行機構Ｄを介して半自律型無人車両Ｂを走行させる機能。これを「自律走行手段１０ｅ」という。
「操縦情報」は、少なくとも走行方向、走行速度及び半自律型無人車両Ｂの加減速データを含むものである。
【００３３】
次に、図６を参照して、半自律型無人車両の制御フローチャートについて説明する。図６は、半自律型無人車両の制御フローチャートである。
＜半自律型無人車両側の制御フローチャート＞
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。
【００３４】
ステップ２：遠隔操縦装置Ｃから送信された操縦者Ｑによる操縦情報及びコマンドを受信して、ステップ３に進む。
ステップ３：終了コマンドを受信したか否かを判定し、終了コマンドを受信すればステップ１０に進んで、そうでなければステップ４に進む。
【００３５】
ステップ４：カメラ１４，３１とＬＲＦ３２ａ，３２ｂによって走行領域を認識するとともに、走行可能エリアを抽出して、ステップ５に進む。
すなわち、測距部３３により取得した測距データに基づいて、環境地図を作成する機能（この機能を「地図作成手段」という。）を有しており、ＬＲＦ３２ａ，３２ｂにより取得したレーザー光データに基づいて環境地図を作成し、その環境地図に基づいて走行領域を認識するとともに、走行可能エリアを抽出している。
なお、作成した環境地図は、自律走行制御コンピュータ１０内のメモリ（図示しない）に順次記憶されていくようになっている。
【００３６】
ステップ５：ステアリング，アクセルの操縦情報を受信して、ステップ６に進む。
ステップ６：操縦情報に含まれる角度となるようにステアリング，アクセルをアクチュエータで駆動する。
ステップ７：半自律型無人車両Ｂの走行状態を取得して、ステップ８に進む。
ステップ８：走行のための操縦限界情報α１，α２を生成する。
ステップ９：操縦限界情報α１，α２及び認識結果を重畳した画像を、遠隔操縦装置Ｃに向けて送信する。
ステップ１０：終了処理を行う。
【００３７】
次に、遠隔操縦装置について、図７〜１１を参照して説明する。図７（Ａ）は、遠隔操縦装置の概略構成を示す説明図、（Ｂ）は、表示部に表示される操縦限界情報を示す説明図である。また、図８は、遠隔操縦装置に設けた制御回路のブロック図、図９（Ａ）は、ステアリング加重機構を説明するための説明図、（Ｂ）は、アクセル加重機構を説明するための説明図である。
本実施形態において示す遠隔操縦装置Ｃは、装置本体５０上にディスプレイ６０を配設した外観構成になっている。
【００３８】
装置本体５０内には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路（いずれも図示しない）等からなる入出力ポートに、無線ＬＡＮ５２、回転角センサ５３、ステアリング加重機構５４、アクセル加重機構５５、ディスプレイ６０、ステアリング５６、アクセル５７を接続した制御装置５１が配設されている。なお、符号５８で示すものはアンテナである。
【００３９】
装置本体５０は、図７（Ａ）に示すように、基台６２の一端部に操作盤６３が起立して配設されており、その操作盤６３の上部にステアリング５６が、また、その下部にアクセル５７がそれぞれ配設されている。
操縦者Ｑは、基台６２に配設された椅子６４に腰掛けた状態で、ステアリング５６とアクセル５７の操縦を行えるようにしている。
【００４０】
ステアリング５６は、半自律型無人車両Ｂの走行方向を操縦するためのものであり、これには、図７（Ａ），図９に示すステアリング加重機構５４と回転角センサ５３とが取り付けられている。
本実施形態において示すステアリング加重機構５４は、ステアリング５６の上記した操縦警戒角度範囲４０ｂ，４１ｂにおいて、そのステアリング５６の操縦力を増減加重するものであり、本実施形態においては、アクチュエータ５４ａを有する構成になっている。
【００４１】
アクセル５７は、半自律型無人車両Ｂの加減速を操縦するためのものであり、これには、上記したアクセル加重機構５５が取り付けられている。
アクセル加重機構５５は、アクセル５７の操縦力を加重するものであり、図９に示す仮想バネの挙動を示すようにしている。
【００４２】
ディスプレイ６０には、上記したカメラ１４，３１によって撮像した走行領域の画像、走行可能エリア、上記した操縦限界情報α１，α２等が表示されるようになっている。
【００４３】
制御装置５１は、所要のプログラムの実行により次の各機能を発揮する。
（６）半自律型無人車両Ｂと遠隔操縦装置Ｃとの間における通信遅延時間を算出する機能。この機能を「遅延時間算出手段５１ａ」という。
本実施形態においては、半自律型無人車両Ｂと遠隔操縦装置Ｃの間において、ｐｉｎｇの要領でデータの往復時間を推定している。
また、半自律型無人車両Ｂと遠隔操縦装置Ｃ双方にＧＰＳを搭載しておき、そのＧＰＳを用いて双方のコンピュータによって精度の高い時刻同期を行い、受信したデータのタイムスタンプに基づいて遅延時間を推定するようにしてもよい。
【００４４】
（７）ステアリング５６の上記した操縦警戒角度４１ｂに応じて、ステアリング加重機構５４によってステアリング５６の操縦力を増減加重する機能。この機能を「ステアリング増減加重手段５１ｂ」という。
具体的には、ステアリング５６の操縦角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
【００４５】
（８）アクセル５７の操縦警戒角度４０ｂに応じて、アクセル加重機構５５によってアクセル５７の操縦力を増減加重する機能。この機能を「アクセル増減加重手段５１ｃ」という。
具体的には、アクセル５７の踏込み角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
【００４６】
（９）生成した上記操縦限界情報をディスプレイ６０に表示させる機能。この機能を「操縦限界情報表示手段５１ｄ」という。
本実施形態においては、図７（Ｂ）に示すように、上記の操縦限界情報を走行可能エリア（図示しない）等に透過重畳表示させているが、これに限るものではなく、走行可能エリア等の側方に表示させるようにしてもよい。
【００４７】
（１０）操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する機能。この機能を「操縦情報生成手段５１ｅ」という。
この機能については、以下の図１１において詳細に説明する。
【００４８】
（１１）電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両Ｂに向けて送信する機能。この機能を「操縦情報送信手段５１ｆ」という。
【００４９】
次に、図１０，１１を参照して、遠隔操縦装置による遠隔操縦について説明する。図１０は、遠隔操縦装置Ｃによる遠隔操縦のメインルーチンのフローチャート、図１１は、サブルーチンのフローチャートである。
【００５０】
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：各部の初期化処理を行ってステップ２に進む。
ステップ２：半自律型無人車両Ｂから送信された車両情報（速度等）、操縦限界情報α１，α２及びコマンドを受信して、ステップ３に進む。
ステップ３：通信遅延時間を算出して、ステップ４に進む。
【００５１】
ステップ４：カメラ１４，３１で撮像した画像に、算出した通信遅延時間による半自律型無人車両Ｂの走行量を補正した上で、遠隔操縦用カメラ１９で撮像した画像に操縦限界情報α１，α２、受信した走行可能エリアの認識結果、及び受信した車両情報を重畳表示してステップ５に進む。
【００５２】
ステップ５：ディスプレイ６０に表示されている、カメラ１４，３１で撮像した画像に操縦限界情報α１，α２、受信した走行可能エリアの認識結果、及び受信した車両情報を参照しながら、アクセル５７、ステアリング５６を操縦する。
【００５３】
ステップ６：操縦力増減加重処理を行うとともに、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する。具体的には、次のとおりである。
なお、以下にはステアリング５６の操縦力を増減加重する場合について説明するが、アクセル５７の操縦力についても、同様にして増減加重するようにしているので、本実施形態においては、アクセル５７の操縦力の増減加重についての説明を省略する。
τ＝０ θｉ＜θａ
τ＝Ｋ（θ−θａ） θａ＜θｉ＜θｄ
τ＝τｍａｘ θｉ＜θｄ
ｋ：回転バネ定数
θｉ：ステアリング角度
θａ：警戒角度
（走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる（加速する）と半自律型無人車両Ｂが不安定になるステアリング角度・加速度）
θｄ：危険角度
（走行速度・外部環境から計算される、これ以上きる（加速する）と半自律型無人車両Ｂが危険になるステアリング角度・加速度）
θ0：指令角度
【００５４】
ステップ６ａ：ステアリング５６の操縦入力角度θｉを入力して、ステップ６ｂに進む。
ステップ６ｂ：操縦入力角度θｉと指令角度θ0とを比較して、θｉ＜θａの場合にはステップ６ｃに、θａ＜θｉ＜θｄの場合にはステップ６ｄに、また、θｉ＜θｄの場合にはステップ６ｅに進む。
【００５５】
ステップ６ｃ：ステアリング５６の操縦力τを「０」にして、ステップ６ｆに進む。
【００５６】
ステップ６ｄ：ステアリング５６の操縦力τをＫ（θｉ−θａ）にして、ステップ６ｆに進む。
ステップ６ｅ：ステアリング５６の操縦力τをτｍａｘにして、ステップ６ｆに進む。なお、τｍａｘは予め設定した操縦力である。
【００５７】
ステップ６ｆ：ステアリング５６の操縦力τが、上記ステップ６ｃ，６ｄ，６ｅで設定した値になるとなるように、ステアリング用アクチュエータ２２のトルク制御を行う。
上記したステップ６ｂ〜６ｆの制御は、遠隔操縦装置Ｃにおけるステアリング５６の操縦力を制御する一連の処理である。
【００５８】
ステップ６ｇ：ステアリング角度θｉと危険角度θｄとを比較して、ステアリング角度θｉ＞θｄであればステップ６ｉに進み、そうでなければステップ６ｈに進む。
ステップ６ｈ：指令角度θ0をステアリング角度θｉとしてステップ６ｊに進む。
【００５９】
ステップ６ｉ：指令角度θ0を危険角度θｄとしてステップ６ｊに進む。
ステップ６ｊ：半自律型無人車両Ｂ側のステアリング２５の操縦情報（指令角度θ0）を出力して、ステップ６ｂに戻る。
【００６０】
ステップ７：アクセル５７と、ステアリング５６の操縦力を増減加重する。その詳細を図１１に示す。
【００６１】
次に、上述したステップ６における操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する処理の他例について図１２を、また、合わせてステアリングの操縦力の増減加重の例について図１３をそれぞれ参照して説明する。図１２は、操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する処理の他例を示すフローチャート、図１３は、ステアリング角度と指令角度との入出力特性を示すグラフである。
【００６２】
本例においては、警戒角度θａ以上のステアリング５６の操縦を禁止するステアリング操縦禁止手段５１ｇ（図８参照）を設けた構成のものである。
本実施形態においては、操作盤６３に許否設定スイッチ６５（図８参照）を配設するとともに、その許否設定スイッチ６５のオン／オフを判定するスイッチ状態判定手段５１ｆと、当該許否設定スイッチ６５がオンであると判定したときには、ステアリング操縦禁止手段５１ｇが、ステアリング５６の危険角度範囲以上の操縦を禁止するようにしている。
具体的には、次のとおりである。
【００６３】
ステップ６ａ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉを入力して、ステップ６ｂ′に進む。
ステップ６ｂ′：ステアリング角度θｉと警戒角度θａとを比較して、θｉ＞θａの場合にはステップ６ｄ′に進み、θｉ＜θａの場合にはステップ６ｃ′に進む。
【００６４】
ステップ６ｃ′：指令角度θ0をステアリング角度θｉにして、ステップ６ｈ′に進む。
ステップ６ｄ′：許否設定スイッチ６５のオン／オフを判定し、その許否設定スイッチ６５がオンであると判定されればステップ６ｆ′に進み、そうでなければステップ６ｅ′に進む。
【００６５】
ステップ６ｅ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉを警戒角度θａにして、ステップ６ｈ′に進む。
すなわち、図１３に示すように、許否設定スイッチ６５がオフのときには、（ア）で示すように警戒角度θａに出力が制限されるのである。
【００６６】
ステップ６ｆ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉが危険角度θｄ以上であるか否かを判定し、そのステアリング角度θｉが危険角度θｄ以上であると判定したときにはステップ６ｇ′に進み、そうでなければステップ６ｈ′に進む。
ステアリング角度θｉが危険角度θｄに達しないときには、ステアリング５６に作用する加重が増加しながらも操縦可能になっている。換言すると、ステアリング５６の操縦角度が大きくなるに従って大きな力が必要となるようにしている。
【００６７】
ステップ６ｇ′：ステアリング５６のステアリング角度θｉを危険角度θｄにしてステップ６ｈ′に進む。
すなわち、図１３に示すように、許否設定スイッチ６５がオンのときには、（イ）で示すように危険角度θｄに出力が制限されるのである。
ステップ６ｈ′：ステアリング５６のステアリング角度θ0を半自律型無人車両Ｂに向けて出力する。
【００６８】
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。
・上述した実施形態においては、ステアリング角度θｉを、θｉ＜θａ、θａ＜θｉ＜θｄ、及びθｉ＜θｄ等に区分して、それぞれ対応する加重を加える例についてしたが、これに限るものではなく、例えば一定の角度毎に、これ対応する加重を加えるようにしてもよい。
【００６９】
・精度を補完する機能を付加する場合、次のようにすることができる。
車速パルスの補完として、車両の速度（積分して）/車両の傾き（重力を検出して）を測定するための加速度センサ、車両の速度を算出するためのタコメータを設けた構成にしてもよい。
・バーチカルジャイロの補完として、車両の傾き（水平面に対する）を検出するための傾斜角センサを配設してもよい。
【００７０】
・上述した実施形態においては、車両制御用コンピュータと、走行用コンピュータの２つのコンピュータにより、半自律型無人車両全体を制御するものを例として説明したが、それら２つのコンピュータに分担させることなく、単一のコンピュータで制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０ａ エリア抽出手段
１０ｂ 走行状態取得手段
３３ 測距部
４０ｃ，４１ｃ 操縦危険角度範囲
５１ａ 遅延時間算出手段
５１ｂ ステアリング増減加重手段
５１ｃ アクセル増減加重手段
５１ｄ 操縦限界情報表示手段
５１ｅ 操縦情報生成手段
５１ｆ 操縦情報送信手段
５１ｇ ステアリング操縦禁止手段
５４ ステアリング加重機構
５５ アクセル加重機構
５６ ステアリングホイール
５７ アクセルペダル
６０ 表示部（ディスプレイ）
Ｂ 半自律型無人車両
Ｃ 遠隔操縦装置
Ｄ 走行機構
α１，α２ 操縦限界情報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行領域内の測距データを取得するための測距部、その走行領域の画像を撮像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を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報による遠隔操縦を行う半自律型車両と、上記撮像部によって撮像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無人車両を遠隔操縦するための操縦情報を送信する遠隔操縦装置とを、電気通信回線を通じて接続可能な半自律型無人車両の遠隔操縦システムであって、
測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、
半自律型無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段と、
遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して半自律型無人車両を走行させる自律走行手段とを半自律型無人車両に設けたこと、
生成した操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、
操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴とする半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項２】
遠隔操縦装置には、半自律型無人車両を操縦するためのステアリングが配設されており、
操縦限界情報は、ステアリングの操縦角度範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項３】
ステアリングの操縦角度範囲は、半自律型無人車両の走行状態が不安定になるステアリングの操縦警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項４】
ステアリングの操縦角度範囲は、半自律型無人車両の走行状態が危険になるステアリングの操縦危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項５】
ステアリングの操縦警戒角度範囲において、ステアリングの操縦力を加重するステアリング加重機構を設けていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項６】
ステアリングの操縦警戒角度に応じ、ステアリング加重機構によってステアリングの操縦力を増減加重するステアリング増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項５に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項７】
遠隔操縦装置には、半自律型無人車両を操縦するためのアクセルが配設されており、
操縦限界情報は、アクセルの操縦角度範囲を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項８】
操縦限界情報は、半自律型無人車両の走行状態が不安定になるアクセルの操縦警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項７に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項９】
操縦限界情報は、半自律型無人車両の走行状態が危険になるアクセルの操縦危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１０】
アクセルの操縦警戒角度範囲において、アクセルの操縦力を加重するアクセル加重機構を設けていることを特徴とする請求項８又は９に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１１】
アクセルの操縦警戒角度に応じて、アクセル加重機構によってアクセルの操縦力を増減加重するアクセル増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項１０に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１２】
許否設定スイッチと、
許否設定スイッチのオン／オフを判定するスイッチ状態判定手段と、
その許否設定スイッチがオンであると判定したときには、ステアリングの危険角度範囲以上の操縦を禁止するステアリング操縦禁止手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１３】
電気通信回線を通じた半自律型無人車両と遠隔操縦装置との通信遅延時間を算出する遅延時間算出手段が設けられており、
操縦限界情報生成手段は、算出した遅延時間に応じた操縦限界情報を生成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１】
走行領域内の測距データを取得するための測距部、その走行領域の画像を撮像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を行うとともに、遠隔操縦装置から送信された操縦情報による遠隔操縦を行う半自律型車両と、上記撮像部によって撮像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無人車両を遠隔操縦するための操縦情報を送信する遠隔操縦装置とを、電気通信回線を通じて接続可能な半自律型無人車両の遠隔操縦システムであって、
測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、
半自律型無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
取得した半自律型無人車両の上記走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操縦限界を示す操縦限界情報を生成する操縦限界情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦限界情報を遠隔操縦装置に向けて送信する操縦限界情報送信手段と、
遠隔操縦装置から送出された操縦情報に従い、走行機構を介して半自律型無人車両を走行させる自律走行手段とを半自律型無人車両に設けたこと、
生成した操縦限界情報を表示部に表示させる操縦限界情報表示手段と、
操縦限界情報に基づき制限された操縦情報を生成する操縦情報生成手段と、
電気通信回線を通じ、生成した操縦情報を半自律型無人車両に向けて送信する操縦情報送信手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴とする半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項２】
遠隔操縦装置には、半自律型無人車両を操縦するためのステアリングが配設されており、
操縦限界情報は、ステアリングの操縦角度範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項３】
ステアリングの操縦角度範囲は、半自律型無人車両の走行状態が不安定になるステアリングの操縦警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項４】
ステアリングの操縦角度範囲は、半自律型無人車両の走行状態が危険になるステアリングの操縦危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項５】
ステアリングの操縦警戒角度範囲において、ステアリングの操縦力を加重するステアリング加重機構を設けていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項６】
ステアリングの操縦警戒角度に応じ、ステアリング加重機構によってステアリングの操縦力を増減加重するステアリング増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項５に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項７】
遠隔操縦装置には、半自律型無人車両を操縦するためのアクセルが配設されており、
操縦限界情報は、アクセルの操縦角度範囲を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項８】
操縦限界情報は、半自律型無人車両の走行状態が不安定になるアクセルの操縦警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項７に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項９】
操縦限界情報は、半自律型無人車両の走行状態が危険になるアクセルの操縦危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１０】
アクセルの操縦警戒角度範囲において、アクセルの操縦力を加重するアクセル加重機構を設けていることを特徴とする請求項８又は９に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１１】
アクセルの操縦警戒角度に応じて、アクセル加重機構によってアクセルの操縦力を増減加重するアクセル増減加重手段を設けていることを特徴とする請求項１０に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１２】
許否設定スイッチと、
許否設定スイッチのオン／オフを判定するスイッチ状態判定手段と、
その許否設定スイッチがオンであると判定したときには、ステアリングの危険角度範囲以上の操縦を禁止するステアリング操縦禁止手段とを遠隔操縦装置に設けたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【請求項１３】
電気通信回線を通じた半自律型無人車両と遠隔操縦装置との通信遅延時間を算出する遅延時間算出手段が設けられており、
操縦限界情報生成手段は、算出した遅延時間に応じた操縦限界情報を生成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半自律型無人車両の遠隔操縦システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−４３８８４（Ｐ２０１１−４３８８４Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８９９８０（Ｐ２００９−１８９９８０）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社ＩＨＩエアロスペース (298)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社ＩＨＩエアロスペース (298)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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