JPS62140109A - 画像式無人車における操舵制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は無人車の操舵制御方法に係り、詳しくは無人
車の走行経路を指示する走行ラインを無人車に備えたｍ
像装置で踊り、その撮像装置で撮った走行ラインの画像
を画像処理して決定した走行経路に沿って走行させる画
像式無人車における操舵方法に関するものである。

（従来技術） 従来、この種の画像式無人車においては、例えば暗像装
置にて躍った走行経路を指示する白色の走行ラインの画
像が画面中心より右か左かにどれだけ偏位しているかに
よってそのずれ方向と曜位吊の大ぎさに基づいて無人車
の制御を行なっていた。すなわち、前方の走行経路の判
断は画像中の走行ラインのある場所の全体の平均位置が
どちらに偏位しているかどうかだけの判断でしかなかっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、無人車のいる地点から撮像装置が躍えた走行ラ
インまでの正確な走行経路は求めることはできなかった
。その結果、精度の高い走行制御は望めなかった。

この発明の目的は前記問題点を解決すべく無人車のいる
地点から撮像装置が踊った走行ラインまでの走行経路を
正確に決定し、その走行経路に治って走行させることが
できる画像式無人車における操舵制御方法を提供するに
ある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成すべく、無人車に備えた撮像
装置で撮った画像中の同無人車の走行経路を指示する走
行ラインの画像と無人車の位置より求めた関数を無人車
からＷｉ像装置が撮った位置までの無人車の走行経路と
し、その関数を微分して姿勢角を求め、その姿勢角に基
づいてステアリング角を制御する画像式無人車における
操舵制御方法をその要旨とするものである。

（作用） 画像中の走行ラインと無人車の位置とから無人車の現位
置からＲ像装置が躍った位置までの無人車の走行経路と
する関数を求める。そして、その求めた関数を微分する
ことにより走行経路のその時々の姿勢角を求まり、その
姿勢角に基づいてステアリング角が制御することにより
、無人車は走行経路に沿って走行する。

（実施例） 以下、この発明の操舵制御方法を具体化した無人車の走
行制御装置の一実施例を図面に従って説明する。

第１図において、無人車１の前側上部中央位置には支持
フレーム２が立設されていて、そのフレーム２の上部中
央位置には搬像装置としてのＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ　　
ｃｏｕｐｌｅｄ　　ｄｅｖｉｃｅ）カメラ３が設けられ
ている。ＣＣＤカメラ３は無人車１の前方の路面４上の
エリア４ａを眼るように支持フレーム２にセットされて
いる。そして、ＣＣＤカメラ３が搬像した第４図に示す
エリア４ａを第５図に示す画ｆｌｌ’９で捕えている。

尚、本実施例では、そのエリア４ａの画像９は２５６Ｘ
２５６Ｗの画素で構成されている。又、ＣＣＤカメラ３
の両側下方位置に同カメラ３の撮像を容易にするために
前、配路面４を照すように照明ランプ５が設置されてい
るが、照明ランプ５を使用しなくてもよい。

前記路面４には第２図に示すように無人車１の走行経路
を指示する走行ライン６が一定の線幅りにて描かれてい
て、本実施例では路面４の色と異なる６色の塗料にて描
かれている。そして、この一定の線幅りを有した走行ラ
イン６を前記ＣＣＤカメラ３が撮ることになる。

尚、白色の走行ライン６を撮ったＣＣＤカメラ３からの
信号（以下、画素信号という）のレベルは高く、反対に
暗い路面４を撮ったＣＣＤカメラ３からの画素信号のレ
ベルは低くなる。

次に、無人車１に搭載された走行制御装置の電気的構成
を第３図に従って説明する。

マイクロコンピュータ１０は中央処理装置（以下、単に
ＣＰＬＪという）１１と制御プログラムを記憶した読み
出し専用のメモリ（ＲＯＭ）よりなるプログラムメモリ
１２とＣＰＵ１１の演算処理結果及び画素データ等が一
時記憶される読み出し及び占き替え可能なメモリ（ＲＡ
Ｍ）よりなる作業用メモリ１３及びタイマ１４等から構
成され、ＣＰｔＪｌｌはプログラムメモリ１２に記憶さ
れた制御プログラムにて走行経路の軌跡を割り出すとと
もに操舵制御のための各種の演算処理動作を実行するよ
うになっている。

前記ＣＰＵ１１は前記タイマ１４が計時する時間に基づ
いて一定時間ごとに入出力インターフェイス１５及びＡ
／Ｄ変換器１６を介して前記ＣＣＤカメラ３を走査制御
するとともに、そのＣＣＤカメラ３の画素信号をＡ／Ｄ
変換器１６、バスコントローラ１７を介して画素データ
にして作業用メモリ１３に記憶する。

Ａ／Ｄ変換器１６はＣＣＤカメラ３がらの画素信号をア
ナログ値からデジタル値に変換する際、各画素信号が予
め定めた設定置以上か否か判別し、設定値以上の画素信
号の場合には白色の走行ライン６の部分の画素として「
１」、反対に未満の画素信号の場合には暗い色の路面４
の部分の画素としてｒＯＪとするようにして順次入力さ
れてくる各画素信号を２値化し画素データとして作業用
メモリ１３に記憶する。従って、作業用メモリ１３には
ＣＣＤカメラ３が踊った画像９が２５６Ｘ２５６個の画
素データとなって記憶されることになる。

尚、ＣＣＤカメラ３の走査制御は横方向（Ｘ軸方向）に
走査し、その走査が画面９の上から下方向（ｙ軸方向）
に移る走査方式を採用するがその他の走査方式で実施し
てもよいことは勿論である。

２値化レベルコントローラ１８は前記ＣＰＵ　１１から
の制御信号に基づいて前記Ａ／Ｄ変換器１６が２値化す
るための設定値のデータを同Ａ／Ｄ変換器１６に出力す
るようになっている。ドライブコントローラ２０は図示
しない走行用の走行用モータ及び操舵機構２１を同じく
ＣＰＵ１１からの制御信号に基づいて制御する。そして
、操舵機構２１はその制御信号に基づいてステアリング
角ｅｓを制御する。又、ＣＰＵ１１は無人車１の駆動系
の回転速度を検出する速度検出器２２からの検出信号を
入力し、その時々の無人車１の走行速９■を口出するよ
うになっている。

次に、前記ＣＰＵ１１の処理動作について説明する。

今、ｃｐｕｌｉからの制御信号に基づいてＣＣＤカメラ
３が走査制御されると、ＣＣＤカメラ３は路面４に対し
て垂直ではなく一定の角度傾いて画像されていることか
ら第４図に示す前方のエリア４ａを前方部分と手前部分
とで縮尺が異なる第５図に示すような画像９に搬像する
。このＣＣＤカメラ３が撮像した画＠９は画素信号とし
てＡ／Ｄ変換器１６に出力され、そのＡ／Ｄ変換器１６
にて各画素信号が走行ライン６の部分の画素信号か路面
４の部分の画素信号かが判別された画素データとして作
業用メモリ１３に記憶される。

ＣＰＵ１１は作業用メモリ１３に記憶された画素データ
に基づいて走行ライン６の画像認識を行なう。ＣＰＵ１
１はこの画像９において上側から順に走査方向（Ｘ軸方
向）の各画素データを読み出して一定の線幅りを有して
いる走行ライン６があるか、そして、その走査列のどの
位置に位置するか割り出すとともに、その走行ライン６
と判断した範囲の中心位置ｃｎがどの位置にあるかを求
め作業用メモリ１３に記憶する。

この算出は第６図に示すように画像９を構成する各画素
において左から数えて１２８番目にある縦一列の画素列
をｙ軸とし、上から数えて１２８番目にある横一列の画
素列をＸ軸と規定して画像９の各画素をＸ、ｙ座標で表
わすようにして、走行ライン６の位置及び中心位？ＩＣ
ｎをＸ、ｙ座標で求めている。

そして、画像９の最下側までの各走査列の中心位置Ｃｏ
〜Ｃ２５５を求める。

次に、ＣＰＵ１１はその求めた中心位置ＣＯ〜Ｃ２５５
から複数個の中心位置を選定点として選定する。本実施
例では予めｙ軸方向に等開隔でかつ上から１０番目、５
５番目、１００番目、１４５番目、１９０番目、２３５
番目にある６個の走査列の中心位置Ｃ１０、Ｃ５５，Ｃ
１００，（：、　１４５．　Ｃ１９０、Ｃ２３５を第６
図に示すように選定点７１〜Ｚ６として規定している。

ＣＰＵ１１はこの選定点Ｚ１〜Ｚ６をＯＡ彰変換、すな
わち、画像９で求めた選定点７１〜Ｚ６が第７図に示す
実際のエリア４ａ上のどの位置く以下、基点という）０
１〜Ｑ６にあるか割り出す演算処理を行なう。これは前
記したようにＣＣＤカメラ３が路面４を垂直に搬像して
いないことから画像９中の走行ライン６と実際のエリア
４ａにおける走行ライン６と相違するのを一致させる処
理である。第７図においてＰ）−１は無人車１の中心位
置、正確にはＣＣＤカメラ３の中心位置を示す。

尚、この射影変換処理動作は予め設定されているＣＣＤ
カメラ３の焦点距離及び傾き、高さ等の設冒条件に基づ
いてＱＪ影変換、すなわち、座標変換が行なわれる。そ
して、この射影変換の一般式は以下の通りである。

選定点の位置座標をｘ、ｙ、基点の位置座標をＸ、Ｙと
し、カメラ３の高さを１」、カメラ３の傾きをθ、対応
位置の倍率を決める定数をＦとする。

ｘ　Ｉ　ＳｅＣθ　　　　　　　　　ＨＸ＝□・□ （１＋　　（ｙ／Ｆ）ｊａｎｅ）　　　　　Ｆｙ−Ｆ−
ｊａｎｅ　　　　　　　　　ＨＹ−□　・□ （１＋　　（ｙ／Ｆ）ｊａｎｅ）　　　　　Ｆ尚、本実
施例ではＣＰＵ１１はこの基点０１〜Ｑ６を第８図に示
すように無人車１の中心位置を原点Ｐ　ｌ−１とし、そ
の時のｒｉｍｔ、たエリア４ａ方向をζ軸、横方向をη
軸とするζ、η座標の各点となるように座標変換する。

この座標変換は無人車１からＣＣＤカメラ３が層像する
エリア４ａまでの距離が予め分っていることから容易に
座標変換できるからその詳細は省略する。

この６個の基点０１〜Ｑ６に基づいてｃｐｕ　ｉｌは第
８図に示すように、各基点Ｑ１〜Ｑ６及び原点ＰＨから
同各点Ｑ１〜Ｑ６．ＰＨを通過、若しくは近接位置を通
る３次の近似曲線りこの関数Ｆ（ζ）（＝ａζ十ｂζ２
＋ｃζ）を求める。そして、ＣＰｔＪｌｌはこの近似曲
線りこの関数Ｆ（ζ）を無人車の現位置からエリア４ａ
までの走行経路どして決定する。

次に、ＣＰｔＪｌｌはこの関数Ｆ（ζ）に基づいて操舵
殿構２１を制御する制御処理を行なう。この処理は現位
置ＰＩ−１から関数Ｆ（ζ）の近似曲線Ｌζに沿って無
人１１を走行させるための処理動作であって、その時々
の走行位置におｔノる姿勢角Φ（ζ）を求め、無人車１
がその時々おいてその姿勢角の（ζ）となるようにステ
アリング角ｅｓを決定し操舵機構２１を作動制御する処
理である。

そして、第８図に示す関数Ｆ（ζ）の微分値が姿勢角Φ
（ζ）（＝Ｆ”　（ζ））であって、°曲線しζ上の点
Ａ（ζｎ、Ｆ（ζｎ））から点Ｂ（ζｎ−１、Ｆ　（ζ
叶１）に移動する場合には姿勢角Φ（ζ）がのくζ０）
からΦ（ζｎ−１）となる条件を満足すればよいことが
わかる。

この条件を満足させるための走行制御方法を本実施例で
は定常旋回円走行に具体化した。定常旋回円走行は第９
図に示すようにステアリング角度θＳを一定に保持する
と一定の半径Ｒで旋回する走行であって、６１秒後の姿
勢角Φ（ζ）の変化１をΔΦとすると、以下の式が成り
たつ。

ΔΦ−Ｖ・Ｏ５・ΔＴ／Ｄ Ｒ＝　Ｄ　／’　ｅ　ｓ ■は走行速度、Ｄはホイルベースである。

そして、両式からＶ・ΔＴだけ進む間にΔΦだけ姿勢角
を変化させるためには、ΔＴ毎に半径Ｒ（＝Ｖ・△Ｔ／
ΔΦ）を針筒し、その半径Ｒからステアリング角θｓ　
（＝Ｄ／Ｒ＝Ｄ・ΔΦ／■・ΔＴ）を咋出すればよい。

従って、ＣＰｔ、１１１は６丁ごとにステアリング角θ
Ｓを前記式に基づいて締出し、操舵機構２１を作動制御
すれば無人車１を前記関数Ｆ（ζ）の近似曲線Ｌζに沿
って走行させることができる。

すなわち、ＣＰＵ１１は無人車１を現位置ＰＨからエリ
ア４ａ上の走行ライン６に確実に乗せかつ同ライン６に
沿って走行させることができる。

このように、本実施例においてはＣＣＤカメラ３で踊っ
た画像９中の走行ライン６について６個の選定点７１〜
Ｚ６を選定し、その画像９中で求めた選定点７１〜ｚ６
を実際のエリア４ａの位置と対応する基点０１〜Ｑ６を
射影変換して求める。

そして、その各基点Ｑ１〜Ｑ６及び原点Ｐ　Ｈがら同各
点を通過、若しくは近接位置を通る３次の近似曲線［こ
の関数Ｆ〈ζ）を求め、その関数Ｆ（ζ）を無人車の現
位置からエリア４ａまでの走行経路としたので、無人車
１を現位置からエリア４ａ上の走行ライン６に確実に乗
せかつ同ライン６に沿って走行させることができる走行
経路として非常に１度の高いものとなる。

しかも、この走行経路を示す関数Ｆ（ζ）を微分して姿
勢角の（ζ）（＝Ｆ＝　（ζ））を求め、その姿勢角Φ
（ζ）となるようにステアリング角ｅｓを決定し操舵機
構２１を作動させるようにしたので、確実に無人車１を
その走行経路に沿って走行させることができる。

特に、第１１図に示すように走行ライン６から外れた位
置ＰＨから走行ライン６に乗せ、以後走行ライン６に沿
って走行させる際は非常に有効となる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、前
記実施例では選定点７１〜Ｚ６を６個としたが、その数
を適宜変更して実施してもよい。

又、前記実施例では選定点７１〜Ｚ６の選定をＹ軸方向
に対して等間隔に選定したが、これを例えば上側はどそ
の間隔を狭くする等、等間隔に限定されることなく適宜
変更して選定点を選定したりして実施してもよい。さら
に、前記実施例では選定点７１〜Ｚ６を所定の走査列方
向の走行ライン６を示す画素８Ｙの中心位置ｃｎとした
が、要は、両像９中に搬像されている走行ライン６から
選定されればよく、その選定方法はどんな方法でもよい
。さらに、前記実施例では中心位置Ｃｎを全ての走査列
について求めた後、所定の中心位置を選定点としたが、
全ての中心位置を求めることな（選定点となる所定の走
査列の中心位置のみを求めるだ【プにして実施してもよ
い。この場合、走行経路決定処理時間をざらに短縮させ
ることができる。

又、前記実施例では走行ライン６に近似する線Ｌζを３
次関数Ｆ（ζ）にて実施したが、その他、ｎ次近似の近
似曲線りことなる０次関数で実施したり、特殊関数とし
て例えば各点Ｑ１〜Ｑ６．ＰＨを全て通過するスプライ
ン関数等、いかなる関数で実施してもよいことは勿論で
ある。又、前記実施例では原点ＰＨの姿勢角Φ（０）に
ついて？）に限定していなかったが、これを、例えば、
第１２図に示すようにＦ（ζ）−ζ２（ζ十ａ）なる関
数のように原点ＰＨで姿勢角Φ（０）がＵ口となるよう
な関数で実施してもよい。これによって、原点Ｐト１か
ら無人車１をスタートする際にステアリング角ｅｓはゼ
ロであるからその時点で急激にステアリング角θＳを変
化させる必要がなく°スムースなステアリング走行が可
能となる。

さらに、前記実施例では画＠９中の走行ライン６上に所
定の選定点を選定し、その選定点を利用して関数Ｆ（ζ
）を求めたが、これを画像９中の走行ライン６の各状態
を予めパターン化し、それぞれ対応する各走行経路の関
数Ｆ（ζ）を予め用意しておき、踊１１装置が搬像した
時、その画像中の走行ライン６がどのパターンに属する
か判断し、該当するパターンがあったときそのパータン
に対する関数Ｆ（ζ）を読み出し、その関数Ｆ（ζ）に
填づいて操舵制御するようにしてもよい。

又、前記実施例ではＲ像装置としてＣＣＤカメラを用い
たが、それ以外の１１１１装置を用いて実施してもよく
、又、前記ＣＣＤカメラ２の画素の画素構成（分解能）
は２５６Ｘ２５６画素であったが、これに限定されるも
のではなく、例えば５１２Ｘ５１２画素、１０２４Ｘ１
０２４画素等適宜変更して実施してもよいことは勿論で
ある。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば無人車のいる地
点から搬像装置が躍った走行ラインまでの走行経路を正
確に決定し、その走行経路に沿って走行させることがで
き、画素式無人車の操舵制御方法として優れた効果を右
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した無人車の側面図、第２図
は同じく平面図、第３図は走行制御装置の電気ブロック
回路図、第４図はＣＣＤカメラが暗像するエリアを示す
図、第５図はＣＣＤカメラが撤らえた画像を説明するた
めの説明図、第６図は画像の座標を説明するための図、
第７図は選定点を実際のエリアに射影変換した時の各基
点を示す図、第８図は近似曲線を示す図、第９図は定常
旋回円走行を説明するための説明図、第１０図は姿勢角
と半径との関係を示す図、第１１図は無人車が走行ライ
ン上にない場合の近似曲線を示す図、第１２図は原点の
姿勢角がゼロの場合の近似曲線を示す図である。 図中、１は無人車、３はＣＣＤカメラ、４は路面、４ａ
はエリア、５は照明ランプ、６は走行ライン、９は画像
、１０はマイクロコンピュータ、１１は中央処理装置（
ＣＰＵ）、１２はプログラムメモリ、１３は作業用メモ
リ、１４はタイマ、１６はＡ／Ｄ変換器、１８は２圃化
レベルコン１−ローラ、２０はドライブコントローラ、
２１は操舵機構、２２は速度検出器である。 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無人車に備えた撮像装置で撮った画像中の同無人車
   の走行経路を指示する走行ラインの画像と無人車の位置
   より求めた関数を無人車から撮像装置が撮った位置まで
   の無人車の走行経路とし、その関数を微分して姿勢角を
   求め、その姿勢角に基づいてステアリング角を制御する
   画像式無人車における操舵制御方法。 ２、走行ラインの画像と無人車の位置より求めた関数は
   画像中の走行ラインについてその長手方向に複数個の点
   を選定し、その選定した画像中の複数個の点を実際の位
   置に射影変換し、その射影変換された各点と無人車の位
   置より求めた関数である特許請求の範囲第１項記載の画
   像式無人車における操舵制御方法。