無人車両遠隔操作システム
【課題】操作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】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１０ａと、無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段１０ｂと、取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段１０ｃとを無人車両に設ける一方、生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けている。
【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１０ａと、無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段１０ｂと、取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段１０ｃとを無人車両に設ける一方、生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律して走行するロボット等の無人車両の無人車両遠隔操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の無人車両遠隔操作システムとして、無人車両用走行制御装置とした名称で特許文献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遠隔操作システムは、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、走行速度が速すぎるとステアリング操作の制限があることから、ステアリングの操作指令があると、必要な速度まで無人車が自動的に減速するシステムである。
この方法では操作者が速度等の操作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、操作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、操作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無人車両遠隔操作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と、走行のための駆動機構を搭載した無人車両と、その測距部によって取得した画像を表示する表示部を有し、その表示部に表示された画像に基づき、無人車両を遠隔操作するための遠隔操作装置とを無線通信回線を介して接続可能な無人車両遠隔操作システムにおいて、測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段とを無人車両に設けたこと、生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、操作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】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る無人車両遠隔操作システムの全体構成を示す説明図である。
【図２】同上の無人車両遠隔操作システムの一部をなす無人車両の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】同上の無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【図４】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、アクセルペダルの操作角度範囲、（Ｂ）は、ステアリングホイールの操作角度範囲を示す説明図である。
【図６】無人車両の制御フローチャートである。
【図７】（Ａ）は、遠隔操作装置の概略構成を示す説明図、（Ｂ）は、表示分に表示される操作限界情報を示す説明図である。
【図８】遠隔操作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】遠隔操作装置による遠隔操作のメインルーチンのフローチャートである。
【図１１】遠隔操作装置による遠隔操作のサブルーチンのフローチャートである。
【図１２】アクセルペダルとステアリングホイールの操作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】
【０００９】
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無人車両遠隔操作システムの全体構成を示す説明図、図２は、その無人車両遠隔操作システムの一部をなす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、その無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る無人車両遠隔操作システムＡ１は、無人車両Ｂと、遠隔操作装置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。
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によって操作できるように、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。
【００１１】
すなわち、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）。
【００１２】
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。
【００１３】
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）。
【００１４】
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。
【００１５】
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取得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。
【００１６】
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）１１を介して無線ＬＡＮ１３と撮像部である遠隔操作用カメラ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、通信手段には、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。
【００１７】
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により駆動機構Ｄを構成している。
【００１８】
バーチカルジャイロ１６は、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。
【００１９】
オドメトリ１８は、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、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、無人車両Ｂの走行速度を測定するためのものであり、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。
【００２０】
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、後述する遠隔操作装置Ｃに向けて送信する機能の他、その遠隔操作装置Ｃから送信される操作情報に基づき、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、遠隔操作装置Ｃから送信される無人車両Ｂに対する操作情報に基づいて、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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
（１）測距部３３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により取得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により取得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。
【００２３】
（２）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、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、回転角センサ２４及びバーチカルジャイロ１６によって取得している。
【００２４】
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、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
【００２５】
（３）取得した無人車両Ｂの走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する機能。これを「操作限界情報生成手段１０ｃ」という。
図５（Ａ）は、操作限界情報に含まれるアクセルペダルの操作角度範囲、（Ｂ）は、操作限界情報に含まれるステアリングホイールの操作角度範囲を示す説明図である。
本実施形態においては、後述する遠隔操作装置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作限界情報α１，α２を生成している。
「操作限界情報」は、後述するステアリングホイール５６の操作角度範囲と、アクセルペダル５７の操作角度範囲とを含んでいる。
【００２６】
「アクセルペダルの操作角度範囲」には、無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操作可能角度範囲４０ａ、その走行状態が不安定になる操作警戒角度範囲４０ｂと、当該走行状態が危険になる操作危険角度範囲４０ｃとを含んでいる。
【００２７】
「ステアリングホイールの操作角度範囲」には、無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操作可能角度範囲４１ａ、その走行状態が不安定になる操作警戒角度範囲４１ｂ，４１ｂと、当該走行状態が危険になる操作危険角度範囲４１ｃとを含んでいる。
なお、４０ｄ，４１ｄは、実際のアクセルペダル，ステアリングホイールの操作角度に対応するインジケータである。
【００２８】
（４）電気通信回線を通じ、生成した操作限界情報を遠隔操作装置Ｃに向けて送信する機能。この機能を、「操作限界情報送信手段１０ｄ」という。
【００２９】
（５）遠隔操作装置Ｃから送出される操作情報に従い、駆動機構Ｄを介して無人車両Ｂを走行させる機能。これを「自律走行手段１０ｅ」という。
「操作情報」は、少なくとも走行方向、走行速度及び無人車両Ｂの加減速データを含むものである。
【００３０】
次に、図６を参照して、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、無人車両の制御フローチャートである。
＜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。
【００３１】
ステップ２：遠隔操作装置Ｃから送信された操作者Ｑによる操作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：半自律走行コマンドが受信されたか否かを判定し、半自律走行コマンドを受信すればステップ４に進み、そうでなければステップ１０に進む。
すなわち、半自律走行コマンドが受信されたか否かを判定する機能を有している。この機能を「コマンド判定手段」という。
【００３２】
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。
【００３３】
ステップ５：ステアリングホイール，アクセルペダルの操作情報を受信して、ステップ６に進む。
ステップ６：操作情報に含まれる角度となるようにステアリングホイール，アクセルペダルをアクチュエータで駆動する。
ステップ７：無人車両の走行状態を取得して、ステップ８に進む。
ステップ８：走行のための操作限界情報α１，α２を生成する。
ステップ９：操作限界情報α１，α２及び認識結果を重畳した画像を、遠隔操作装置Ｃに向けて送信する。
ステップ１０：終了処理を行う。
【００３４】
次に、遠隔操作装置について、図７〜１１を参照して説明する。図７（Ａ）は、遠隔操作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作限界情報を示す説明図である。また、図８は、遠隔操作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作装置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。
【００３５】
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、ステアリングホイール５６、アクセルペダル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。
【００３６】
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ホイール５６が、また、その下部にアクセルペダル５７がそれぞれ配設されている。
操作者Ｑは、基台６２に配設された椅子６４に腰掛けた状態で、ステアリングホイール５６７やアクセルペダル５７等の操作を行うようにしている。
【００３７】
ステアリングホイール５６は、無人車両Ｂの走行方向を操作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、ステアリングホイール５６の上記した操作警戒角度範囲４０ｂ，４１ｂにおいて、そのステアリングホイール５６の操作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。
【００３８】
アクセルペダル５７は、無人車両Ｂの加減速を操作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、アクセルペダル５７の操作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。
【００３９】
ディスプレイ６０には、上記した遠隔操作用カメラ１９，カメラ１４，３１によって取得した走行領域の画像、走行可能エリア、上記した操作限界情報α１，α２等が表示されるようになっている。
【００４０】
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）無人車両Ｂと遠隔操作装置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、無人車両Ｂと遠隔操作装置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、無人車両Ｂと遠隔操作装置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。
【００４１】
（７）ステアリングホイール５６の上記した操作警戒角度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ホイール５６の操作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、ステアリングホイール５６の操作角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
【００４２】
（８）アクセルペダル５７の操作警戒角度４０ｂに応じて、アクセル加重機構５５によってアクセルペダル５７の操作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、アクセルペダル５７の踏込み角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
【００４３】
（９）生成した上記操作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「操作限界情報表示手段５１ｄ」という。
本実施形態においては、図７（Ｂ）に示すように、上記の操作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。
【００４４】
（１０）操作限界情報に基づき制限された操作情報を生成する機能。この機能を「操作情報生成手段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。
（１１）電気通信回線を通じ、生成した操作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「操作情報送信手段５１ｆ」という。
【００４５】
次に、図１０，１１を参照して、遠隔操作装置による遠隔操作について説明する。図１０は、遠隔操作装置Ｃによる遠隔操作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。
【００４６】
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：無人車両Ｂから送信された車両情報（速度等）、操作限界情報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。
【００４７】
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無人車両Ｂの走行量を補正しておき、遠隔操作用カメラ１９で撮像した画像に重畳させて、操作限界情報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表示してステップ５に進む。
【００４８】
ステップ５：ディスプレイ６０に表示されている、遠隔操作用カメラ１９で撮像した画像、操作限界情報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等を参照しながら、アクセルペダル５７、ステアリングホイール５６を操作する。
【００４９】
ステップ６：操作力増減加重処理を行うとともに、操作限界情報に基づき制限された操作情報を生成する。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ホイール５６の操作力を増減加重する場合について説明するが、アクセルペダル５７の操作力についても、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、アクセルペダル５７の操作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
【００５０】
ステップ６ａ：ステアリングホイール５６の操作入力角度（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：操作入力角度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。
【００５１】
ステップ６ｃ：ステアリングホイール５６の操作力τを「０」にして、ステップ６ｆに進む。
【００５２】
ステップ６ｄ：ステアリングホイール５６の操作力τをＫ（θｉ−θａ）にして、ステップ６ｆに進む。
ステップ６ｅ：ステアリングホイール５６の操作力τをτｍａｘにして、ステップ６ｆに進む。なお、τｍａｘは予め設定した操作力である。
【００５３】
ステップ６ｆ：ステアリングホイール５６の操作力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、遠隔操作装置Ｃにおけるステアリングホイール５６の操作力を制御する一連の処理である。
【００５４】
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。
【００５５】
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：無人車両Ｂ側のステアリングホイール５６の操作情報（指令角度θ0）を出力して、ステップ６ｂに戻る。
ステップ７：アクセルぺダル５７と、ステアリングホイール５６の操作力を増減加重する。
【００５６】
次に、上述したステップ６における操作限界情報に基づき制限された操作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ホイールの操作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、操作限界情報に基づき制限された操作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、ステアリングホイール角度と指令角度との入出力特性を示すグラフである。
【００５７】
他例に係る操作力増減加重処理は、警戒角度θａ以上のステアリングホイール５６の操作を禁止するステアリング操作禁止手段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、ステアリング操作禁止手段５１ｇは、ステアリングホイール５６の危険角度範囲以上の操作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。
【００５８】
ステップ６ａ′：ステアリングホイール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。
【００５９】
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。
【００６０】
ステップ６ｅ′：ステアリングホイール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。
【００６１】
ステップ６ｆ′：ステアリングホイール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、ステアリングホイール５６に作用する加重が増加しながらも操作可能になっている。換言すると、ステアリングホイール５６の操作角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
【００６２】
ステップ６ｇ′：ステアリングホイール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′：ステアリングホイール５６のステアリング角度θ0を無人車両Ｂに向けて出力する。
【００６３】
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。
【００６４】
・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、無人車両の速度（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、無人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、無人車両の傾き（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。
【００６５】
・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二つのコンピュータにより、無人車両全体を制御するものを例として説明したが、それら二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。さらには、三つ以上のコンピュータに分担させることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ａ エリア抽出手段
１０ｂ 走行状態取得手段
１０ｃ 操作限界情報生成手段
１０ｄ 操作限界情報送信手段
１０ｅ 自律走行手段
１９ 撮像部（遠隔操作用カメラ）
３３ 測距部
４０ｂ，４１ｂ 操作警戒角度範囲
４０ｃ，４１ｃ 操作危険角度範囲
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 操作限界情報表示手段
５１ｅ 操作情報生成手段
５１ｆ 操作情報送信手段
５１ｇ ステアリング操作禁止手段
５１ｈ スイッチ状態判定手段
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）
６５ 許否設定スイッチ
Ａ１ 無人車両遠隔操作システム
Ｂ 無人車両
Ｃ 遠隔操作装置
Ｄ 駆動機構
α１，α２ 操作限界情報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律して走行するロボット等の無人車両の無人車両遠隔操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の無人車両遠隔操作システムとして、無人車両用走行制御装置とした名称で特許文献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遠隔操作システムは、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、走行速度が速すぎるとステアリング操作の制限があることから、ステアリングの操作指令があると、必要な速度まで無人車が自動的に減速するシステムである。
この方法では操作者が速度等の操作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、操作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、操作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無人車両遠隔操作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と、走行のための駆動機構を搭載した無人車両と、その測距部によって取得した画像を表示する表示部を有し、その表示部に表示された画像に基づき、無人車両を遠隔操作するための遠隔操作装置とを無線通信回線を介して接続可能な無人車両遠隔操作システムにおいて、測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段とを無人車両に設けたこと、生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、操作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】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る無人車両遠隔操作システムの全体構成を示す説明図である。
【図２】同上の無人車両遠隔操作システムの一部をなす無人車両の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】同上の無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【図４】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、アクセルペダルの操作角度範囲、（Ｂ）は、ステアリングホイールの操作角度範囲を示す説明図である。
【図６】無人車両の制御フローチャートである。
【図７】（Ａ）は、遠隔操作装置の概略構成を示す説明図、（Ｂ）は、表示分に表示される操作限界情報を示す説明図である。
【図８】遠隔操作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】遠隔操作装置による遠隔操作のメインルーチンのフローチャートである。
【図１１】遠隔操作装置による遠隔操作のサブルーチンのフローチャートである。
【図１２】アクセルペダルとステアリングホイールの操作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】
【０００９】
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無人車両遠隔操作システムの全体構成を示す説明図、図２は、その無人車両遠隔操作システムの一部をなす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、その無人車両に設けた制御回路のブロック図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る無人車両遠隔操作システムＡ１は、無人車両Ｂと、遠隔操作装置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。
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によって操作できるように、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。
【００１１】
すなわち、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）。
【００１２】
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。
【００１３】
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）。
【００１４】
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。
【００１５】
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取得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。
【００１６】
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）１１を介して無線ＬＡＮ１３と撮像部である遠隔操作用カメラ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、通信手段には、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。
【００１７】
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により駆動機構Ｄを構成している。
【００１８】
バーチカルジャイロ１６は、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。
【００１９】
オドメトリ１８は、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、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、無人車両Ｂの走行速度を測定するためのものであり、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。
【００２０】
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、後述する遠隔操作装置Ｃに向けて送信する機能の他、その遠隔操作装置Ｃから送信される操作情報に基づき、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、遠隔操作装置Ｃから送信される無人車両Ｂに対する操作情報に基づいて、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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
（１）測距部３３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により取得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により取得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。
【００２３】
（２）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、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、回転角センサ２４及びバーチカルジャイロ１６によって取得している。
【００２４】
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、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
【００２５】
（３）取得した無人車両Ｂの走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する機能。これを「操作限界情報生成手段１０ｃ」という。
図５（Ａ）は、操作限界情報に含まれるアクセルペダルの操作角度範囲、（Ｂ）は、操作限界情報に含まれるステアリングホイールの操作角度範囲を示す説明図である。
本実施形態においては、後述する遠隔操作装置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作限界情報α１，α２を生成している。
「操作限界情報」は、後述するステアリングホイール５６の操作角度範囲と、アクセルペダル５７の操作角度範囲とを含んでいる。
【００２６】
「アクセルペダルの操作角度範囲」には、無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操作可能角度範囲４０ａ、その走行状態が不安定になる操作警戒角度範囲４０ｂと、当該走行状態が危険になる操作危険角度範囲４０ｃとを含んでいる。
【００２７】
「ステアリングホイールの操作角度範囲」には、無人車両Ｂを安全な走行状態に保持できる操作可能角度範囲４１ａ、その走行状態が不安定になる操作警戒角度範囲４１ｂ，４１ｂと、当該走行状態が危険になる操作危険角度範囲４１ｃとを含んでいる。
なお、４０ｄ，４１ｄは、実際のアクセルペダル，ステアリングホイールの操作角度に対応するインジケータである。
【００２８】
（４）電気通信回線を通じ、生成した操作限界情報を遠隔操作装置Ｃに向けて送信する機能。この機能を、「操作限界情報送信手段１０ｄ」という。
【００２９】
（５）遠隔操作装置Ｃから送出される操作情報に従い、駆動機構Ｄを介して無人車両Ｂを走行させる機能。これを「自律走行手段１０ｅ」という。
「操作情報」は、少なくとも走行方向、走行速度及び無人車両Ｂの加減速データを含むものである。
【００３０】
次に、図６を参照して、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、無人車両の制御フローチャートである。
＜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。
【００３１】
ステップ２：遠隔操作装置Ｃから送信された操作者Ｑによる操作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：半自律走行コマンドが受信されたか否かを判定し、半自律走行コマンドを受信すればステップ４に進み、そうでなければステップ１０に進む。
すなわち、半自律走行コマンドが受信されたか否かを判定する機能を有している。この機能を「コマンド判定手段」という。
【００３２】
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。
【００３３】
ステップ５：ステアリングホイール，アクセルペダルの操作情報を受信して、ステップ６に進む。
ステップ６：操作情報に含まれる角度となるようにステアリングホイール，アクセルペダルをアクチュエータで駆動する。
ステップ７：無人車両の走行状態を取得して、ステップ８に進む。
ステップ８：走行のための操作限界情報α１，α２を生成する。
ステップ９：操作限界情報α１，α２及び認識結果を重畳した画像を、遠隔操作装置Ｃに向けて送信する。
ステップ１０：終了処理を行う。
【００３４】
次に、遠隔操作装置について、図７〜１１を参照して説明する。図７（Ａ）は、遠隔操作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作限界情報を示す説明図である。また、図８は、遠隔操作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作装置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。
【００３５】
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、ステアリングホイール５６、アクセルペダル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。
【００３６】
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ホイール５６が、また、その下部にアクセルペダル５７がそれぞれ配設されている。
操作者Ｑは、基台６２に配設された椅子６４に腰掛けた状態で、ステアリングホイール５６７やアクセルペダル５７等の操作を行うようにしている。
【００３７】
ステアリングホイール５６は、無人車両Ｂの走行方向を操作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、ステアリングホイール５６の上記した操作警戒角度範囲４０ｂ，４１ｂにおいて、そのステアリングホイール５６の操作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。
【００３８】
アクセルペダル５７は、無人車両Ｂの加減速を操作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、アクセルペダル５７の操作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。
【００３９】
ディスプレイ６０には、上記した遠隔操作用カメラ１９，カメラ１４，３１によって取得した走行領域の画像、走行可能エリア、上記した操作限界情報α１，α２等が表示されるようになっている。
【００４０】
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）無人車両Ｂと遠隔操作装置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、無人車両Ｂと遠隔操作装置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、無人車両Ｂと遠隔操作装置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。
【００４１】
（７）ステアリングホイール５６の上記した操作警戒角度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ホイール５６の操作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、ステアリングホイール５６の操作角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
【００４２】
（８）アクセルペダル５７の操作警戒角度４０ｂに応じて、アクセル加重機構５５によってアクセルペダル５７の操作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、アクセルペダル５７の踏込み角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
【００４３】
（９）生成した上記操作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「操作限界情報表示手段５１ｄ」という。
本実施形態においては、図７（Ｂ）に示すように、上記の操作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。
【００４４】
（１０）操作限界情報に基づき制限された操作情報を生成する機能。この機能を「操作情報生成手段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。
（１１）電気通信回線を通じ、生成した操作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「操作情報送信手段５１ｆ」という。
【００４５】
次に、図１０，１１を参照して、遠隔操作装置による遠隔操作について説明する。図１０は、遠隔操作装置Ｃによる遠隔操作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。
【００４６】
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：無人車両Ｂから送信された車両情報（速度等）、操作限界情報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。
【００４７】
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無人車両Ｂの走行量を補正しておき、遠隔操作用カメラ１９で撮像した画像に重畳させて、操作限界情報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表示してステップ５に進む。
【００４８】
ステップ５：ディスプレイ６０に表示されている、遠隔操作用カメラ１９で撮像した画像、操作限界情報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等を参照しながら、アクセルペダル５７、ステアリングホイール５６を操作する。
【００４９】
ステップ６：操作力増減加重処理を行うとともに、操作限界情報に基づき制限された操作情報を生成する。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ホイール５６の操作力を増減加重する場合について説明するが、アクセルペダル５７の操作力についても、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、アクセルペダル５７の操作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
【００５０】
ステップ６ａ：ステアリングホイール５６の操作入力角度（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：操作入力角度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。
【００５１】
ステップ６ｃ：ステアリングホイール５６の操作力τを「０」にして、ステップ６ｆに進む。
【００５２】
ステップ６ｄ：ステアリングホイール５６の操作力τをＫ（θｉ−θａ）にして、ステップ６ｆに進む。
ステップ６ｅ：ステアリングホイール５６の操作力τをτｍａｘにして、ステップ６ｆに進む。なお、τｍａｘは予め設定した操作力である。
【００５３】
ステップ６ｆ：ステアリングホイール５６の操作力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、遠隔操作装置Ｃにおけるステアリングホイール５６の操作力を制御する一連の処理である。
【００５４】
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。
【００５５】
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：無人車両Ｂ側のステアリングホイール５６の操作情報（指令角度θ0）を出力して、ステップ６ｂに戻る。
ステップ７：アクセルぺダル５７と、ステアリングホイール５６の操作力を増減加重する。
【００５６】
次に、上述したステップ６における操作限界情報に基づき制限された操作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ホイールの操作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、操作限界情報に基づき制限された操作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、ステアリングホイール角度と指令角度との入出力特性を示すグラフである。
【００５７】
他例に係る操作力増減加重処理は、警戒角度θａ以上のステアリングホイール５６の操作を禁止するステアリング操作禁止手段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、ステアリング操作禁止手段５１ｇは、ステアリングホイール５６の危険角度範囲以上の操作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。
【００５８】
ステップ６ａ′：ステアリングホイール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。
【００５９】
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。
【００６０】
ステップ６ｅ′：ステアリングホイール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。
【００６１】
ステップ６ｆ′：ステアリングホイール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、ステアリングホイール５６に作用する加重が増加しながらも操作可能になっている。換言すると、ステアリングホイール５６の操作角度が大きくなるに従って大きな操作力が必要となるようにしている。
【００６２】
ステップ６ｇ′：ステアリングホイール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′：ステアリングホイール５６のステアリング角度θ0を無人車両Ｂに向けて出力する。
【００６３】
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。
【００６４】
・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、無人車両の速度（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、無人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、無人車両の傾き（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。
【００６５】
・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二つのコンピュータにより、無人車両全体を制御するものを例として説明したが、それら二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。さらには、三つ以上のコンピュータに分担させることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ａ エリア抽出手段
１０ｂ 走行状態取得手段
１０ｃ 操作限界情報生成手段
１０ｄ 操作限界情報送信手段
１０ｅ 自律走行手段
１９ 撮像部（遠隔操作用カメラ）
３３ 測距部
４０ｂ，４１ｂ 操作警戒角度範囲
４０ｃ，４１ｃ 操作危険角度範囲
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 操作限界情報表示手段
５１ｅ 操作情報生成手段
５１ｆ 操作情報送信手段
５１ｇ ステアリング操作禁止手段
５１ｈ スイッチ状態判定手段
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）
６５ 許否設定スイッチ
Ａ１ 無人車両遠隔操作システム
Ｂ 無人車両
Ｃ 遠隔操作装置
Ｄ 駆動機構
α１，α２ 操作限界情報
【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と、走行のための駆動機構を搭載した無人車両と、その測距部によって取得した画像を表示する表示部を有し、その表示部に表示された画像に基づき、無人車両を遠隔操作するための遠隔操作装置とを無線通信回線を介して接続可能な無人車両遠隔操作システムにおいて、
測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、
無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段とを無人車両に設けたこと、
生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けたことを特徴とする無人車両遠隔操作システム。
【請求項２】
遠隔操作装置には、無人車両を操作するためのステアリングが配設されており、
操作限界情報は、ステアリングの操作角度範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項３】
ステアリングの操作角度範囲は、無人車両の走行状態が不安定になるステアリングの操作警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項４】
ステアリングの操作角度範囲は、無人車両の走行状態が危険になるステアリングの操作危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項５】
ステアリングの操作警戒角度範囲において、ステアリングの操作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項に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項６】
ステアリングの操作警戒角度に応じ、ステアリング加重機構によってステアリングの操作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に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項７】
遠隔操作装置には、無人車両を操作するためのアクセルペダルが配設されており、
操作限界情報は、アクセルペダルの操作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項に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項８】
操作限界情報は、無人車両の走行状態が不安定になるアクセルペダルの操作警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項７に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項９】
操作限界情報は、無人車両の走行状態が危険になるアクセルペダルの操作危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項１０】
アクセルペダルの操作警戒角度範囲において、アクセルペダルの操作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に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項１１】
アクセルペダルの操作警戒角度に応じて、アクセル加重機構によってアクセルペダルの操作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に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項１２】
無人車両と遠隔操作装置との間における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、
操作限界情報生成手段は、算出した遅延時間に応じた操作限界情報を生成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の無人車両遠隔操作システム。
【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と、走行のための駆動機構を搭載した無人車両と、その測距部によって取得した画像を表示する表示部を有し、その表示部に表示された画像に基づき、無人車両を遠隔操作するための遠隔操作装置とを無線通信回線を介して接続可能な無人車両遠隔操作システムにおいて、
測距部により取得した測距データに基づいて、走行可能エリアを抽出するエリア抽出手段と、
無人車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
取得した無人車両の走行状態と、抽出した走行可能エリアとに基づいて、走行のための操作限界を示す操作限界情報を生成する操作限界情報生成手段とを無人車両に設けたこと、
生成した操作限界情報を表示部に表示させる操作限界情報表示手段を遠隔操作装置に設けたことを特徴とする無人車両遠隔操作システム。
【請求項２】
遠隔操作装置には、無人車両を操作するためのステアリングが配設されており、
操作限界情報は、ステアリングの操作角度範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項３】
ステアリングの操作角度範囲は、無人車両の走行状態が不安定になるステアリングの操作警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項４】
ステアリングの操作角度範囲は、無人車両の走行状態が危険になるステアリングの操作危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項５】
ステアリングの操作警戒角度範囲において、ステアリングの操作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項に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項６】
ステアリングの操作警戒角度に応じ、ステアリング加重機構によってステアリングの操作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に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項７】
遠隔操作装置には、無人車両を操作するためのアクセルペダルが配設されており、
操作限界情報は、アクセルペダルの操作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項に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項８】
操作限界情報は、無人車両の走行状態が不安定になるアクセルペダルの操作警戒角度範囲を含むことを特徴とする請求項７に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項９】
操作限界情報は、無人車両の走行状態が危険になるアクセルペダルの操作危険角度範囲を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項１０】
アクセルペダルの操作警戒角度範囲において、アクセルペダルの操作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に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項１１】
アクセルペダルの操作警戒角度に応じて、アクセル加重機構によってアクセルペダルの操作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に記載の無人車両遠隔操作システム。
【請求項１２】
無人車両と遠隔操作装置との間における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、
操作限界情報生成手段は、算出した遅延時間に応じた操作限界情報を生成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の無人車両遠隔操作システム。
【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２０１１−４３８８３（Ｐ２０１１−４３８８３Ａ）
【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２００９−１８９９７５（Ｐ２００９−１８９９７５）
【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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