JP2014106576A - 無人移動体の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操縦が容易であり、無人移動体が事前に認識できなかった分岐路方向に無人移動体を進ませることができ、道が存在しない平原などでも適切な行動指示ができる無人移動体の制御方法を提供する。
【解決手段】無人移動体Ｂがその前方の画像を撮影する遠隔操縦用カメラ１４を有し、遠隔操縦装置Ａが遠隔操縦用カメラ１４の画像を表示する表示部４０とマーカー移動手段５０を有する。表示部４０は、無人移動体Ｂが向かう目標位置を示すマーカーＭを表示する。マーカー移動手段５０は、マーカーＭを表示部４０上で移動可能であり、マーカー移動手段５０により表示部４０上でマーカーＭを移動することにより、表示部４０上のマーカーＭの位置に相当する世界座標系における目標位置に向かって無人移動体Ｂを移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠隔操縦用カメラを搭載した無人移動体の移動を遠隔操縦する際に用いるのに好適な無人移動体の制御方法に関するものである。

従来、上述した無人移動体の制御方法としては、例えば、特許文献１に記載された方法が知られており、この無人移動体の制御方法では、ロボットに搭載されたカメラから伝送されてユーザインターフェイスの画面上に映し出されるロボット周辺の画像に対して、ポイント＆クリック操作入力することにより、ロボットが移動すべき方向を指示するようにしている。

上述した無人移動体の制御方法において、屋内を低速度で移動するような小型の無人移動ロボットの制御に適用した場合には、ポイント＆クリック操作によって数メートル先の目標を指示するだけで、無人移動ロボットを支障なく移動させることができる。しかし、屋外を３０ｋｍ／ｈ程度の高速度で移動する無人車両型ロボットの場合には、例えば、市街地のような右左折の多い場所において、適切な移動方向の指示を迅速に行うことができないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

そこで、本願発明の発明者らは、低速度で移動する無人移動体に対しては勿論のこと、例えば、右左折の多い場所を高速度で移動する無人移動体に対しても、きめ細かい移動方向の指示を迅速且つ簡単に行うことが可能であることを目的として、特許文献２として出願している。

特表２００３−５３２２１８号公報 特開２０１１−１７０８４４号公報

特許文献２の制御方法は、以下のいずれかの操作によって、無人移動体の向かうべき方向を指示するものである。
（１）遠隔操縦装置表示部上におけるポイント＆クリック操作入力により、無人移動体の旋回位置及び旋回方向を指示する。
（２）無人移動体の分岐路認識機能により分岐路と認識したＩＤをもとに、遠隔操縦装置表示部に分岐路を表示させ、そのいずれかを操縦装置で選択する。

ここで「ポイント＆クリック操作」とは、所望の位置にカーソルを移動させるのに続いて、このカーソルを移動させた位置でクリックして画像上にて指し示す一連の操作のことである。

しかし、ポイント＆クリック操作においては、ポインティングデバイスを必要とするため、片手での操縦が困難となる。特に、ポインティングデバイスとしてタッチペンなどを使用する際には片手操縦が事実上不可能であった。
また、分岐路認識に基づく選択の場合、無人移動体が事前に認識できなかった分岐路方向には進むことができない。
さらに、無人移動体の挙動が限定されるため、例えば道が存在しない平原などでは適切な行動指示ができない、という問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、操縦が容易であり、無人移動体が事前に認識できなかった分岐路方向に無人移動体を進ませることができ、道が存在しない平原などでも適切な行動指示ができる無人移動体の制御方法を提供することにある。

本発明によれば、無人移動体を遠隔操縦装置により遠隔操縦する無人移動体の制御方法であって、
無人移動体は、その前方の画像を撮影する遠隔操縦用カメラを有し、
遠隔操縦装置は、遠隔操縦用カメラの前記画像を表示する表示部と、マーカー移動手段とを有し、
前記表示部は、無人移動体が向かう目標位置を示すマーカーを表示し、
マーカー移動手段は、前記マーカーを表示部上で移動可能であり、
マーカー移動手段により表示部上でマーカーを移動することにより、表示部上のマーカーの位置に相当する世界座標系における目標位置に向かって無人移動体を移動させる、ことを特徴とする無人移動体の制御方法が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記マーカーは、前記表示部上の無人移動体の現在位置からその移動方向に離れた位置に表示され、現在位置とマーカーとの表示部上の間隔は、無人移動体の移動速度に比例する。

また、前記無人移動体又は遠隔操縦装置は、無人移動体側の世界座標系と遠隔操縦装置側の画像座標系との間でリアルタイムに座標変換する座標変換機能を有する。

また、前記無人移動体は、その現在位置と目標位置との間に障害物が存在する場合、障害物を回避して目標位置に向かって移動する障害物回避機能を有する。

また、前記無人移動体は、分岐路を認識した場合、目標位置に向かう分岐路方向を自律的に選択して移動する分岐路認識機能を有する。

また、前記マーカー移動手段は、方向を指示できるジョイスティック又はハンドルである、ことが好ましい。

上記本発明の方法によれば、マーカー移動手段により遠隔操縦装置の表示部上でマーカーを移動することにより、表示部上のマーカーの位置に相当する世界座標系における目標位置を連続的に指示し、目標位置に向かって無人移動体を移動させることができる。
マーカー移動手段の操作は、表示部上でマーカーを移動する操作のみであるため、操作量が減ることにより、操縦が容易になる。
また、無人移動体が分岐路を事前に認識できなかった場合でも、分岐路でそれを認識し目標位置のある方向に無人移動体を進ませることができる。
さらに、道が存在しない平原などでも、マーカーで無人移動体が向かうべき目標位置を示すことができ、適切な行動指示ができる。

本発明の無人移動体の制御方法を示す模式図である。 無人移動体の構成図である。 無人移動体の制御機器のブロック図である。 無人移動体の制御方法に採用される座標変換の概念図である。 無人移動体の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。 障害物回避機能と分岐路認識機能を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の無人移動体Ｂの制御方法を示す模式図である。
本発明の制御方法は、図１に示すように、無人移動体Ｂを遠隔操縦装置Ａにより遠隔操縦する無人移動体Ｂの制御方法である。

図２は、無人移動体Ｂの構成図である。
無人移動体Ｂは、自律して走行可能であり、車両制御用コンピュータ１０及びこの車両制御用コンピュータ１０とＬＡＮ１１（図３参照）を介して接続される自律移動用コンピュータ３０によって制御される。

図３は、無人移動体Ｂの制御機器のブロック図である。
無人移動体Ｂは、その前方の画像を撮影する遠隔操縦用カメラ１４を有する。
すなわち図３において、車両制御用コンピュータ１０の入力側には、アンテナ１２と接続する無線ＬＡＮ１３及び遠隔操縦用カメラ１４が入出力回路１５を介して接続されていると共に、位置情報取得用のＧＰＳ１６と、姿勢制御用のバーチカルジャイロ１７と、移動速度測定用の車速パルス１８がシリアル回線を介して接続されている。

また、車両制御用コンピュータ１０の出力側には、モータドライバ２１を介して操舵用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３が接続されており、これらのアクチュエータ２２，２３と車輪２４（図２参照）とで駆動ユニット２０を構成している。

車両制御用コンピュータ１０は、ＧＰＳ１６やバーチカルジャイロ１７で取得した各種情報をＬＡＮ１１、無線ＬＡＮ１３及びアンテナ１２を介して遠隔操縦装置Ａに送信する機能を有している。車両制御用コンピュータ１０は、さらに遠隔操縦装置Ａから送信される操作情報に基づいて、モータドライバ２１を介して操舵用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を作動、停止させる機能を有している。

一方、自律移動用コンピュータ３０の入力側には、近距離情報取得に適したレーザセンサ３１と、遠距離で且つ広角情報取得に適した自律移動用カメラ３２，３３が接続されており、この自律移動用コンピュータ３０は、取得した近距離情報及び遠距離情報に基づいて、走行可能な経路及び速度を算出し、操舵用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を作動させて無人移動体Ｂに自律走行を行わせる。

この例において、遠隔操縦用カメラ１４から取得した画像データは、入出力回路１５を介して車両制御用コンピュータ１０に入力されてデータ圧縮処理された後に、無線ＬＡＮ１３及びアンテナ１２を介して遠隔操縦装置Ａに送信される。
なお、画像データを、車両制御用コンピュータ１０を介さずに遠隔操縦用カメラ１４から直接送信するようにしてもよい。

図１において、遠隔操縦装置Ａは、遠隔操縦用カメラ１４の画像を表示する表示部４０とマーカー移動手段５０とを有する。

遠隔操縦装置Ａは、さらに、車両制御用コンピュータ１０及び自律移動用コンピュータ３０とＬＡＮ１１を介してデータのやり取りをする制御部６０を具備している。また、表示部４０は、図示しないＣＰＵやキーボード６１やアンテナ６２と共に制御部６０に組み込まれている。

マーカー移動手段５０は、片手で方向を指示できる手動操作装置であり、例えばジョイスティックやハンドルである。
マーカー移動手段５０は、操作しない状態では、中立位置に復帰し、直進方向を保持するようになっているのがよい。なお、マーカー移動手段５０は、これに限定されず、操作しない状態で、その直前の方向を保持してもよい。
この例で、マーカー移動手段５０は、制御部６０にキーボード６１と共に組み込まれている。なお、マーカー移動手段５０を制御部６０から分離し、制御部６０との間で各種情報の送受信を行うように構成してもよい。

表示部４０は、無人移動体Ｂに搭載された遠隔操縦用カメラ１４の画像を表示すると共に、無人移動体Ｂが向かうべき目標位置を示すマーカーＭを表示する。
マーカーＭは、表示部４０上の無人移動体Ｂの現在位置Ｓからその移動方向に離れた位置に表示される。好ましくは、現在位置ＳとマーカーＭとの表示部４０上の間隔Ｌは、無人移動体Ｂの移動速度に比例する。なお、間隔Ｌを固定してもよい。

マーカー移動手段５０は、マーカーＭを表示部４０上で移動可能である。
具体的には、図１において、マーカー移動手段５０がジョイスティックである場合、ジョイスティックを左右に傾けることのより、現在位置ＳとマーカーＭの間隔Ｌを保持したまま、マーカーＭを左右に移動させることができる。現在位置ＳからマーカーＭに向かう方向が、無人移動体Ｂが向かうべき移動方向である。
同様に、マーカー移動手段５０がハンドルである場合、ハンドルを左右に回転することにより、現在位置ＳとマーカーＭの間隔Ｌを保持したまま、マーカーＭを左右に移動させることができる。

無人移動体Ｂ又は遠隔操縦装置Ａは、無人移動体Ｂ側の世界座標系と遠隔操縦装置Ａ側の画像座標系との間でリアルタイムに座標変換する座標変換機能Ｆ１を有する。
この例で、遠隔操縦装置Ａは、座標変換機能Ｆ１により、表示部４０上のマーカーＭの位置を、遠隔操縦装置Ａの画像座標系から無人移動体Ｂの世界座標系に変換し、変換後の位置座標を無人移動体Ｂが向かうべき目標位置として所定の周期で無人移動体Ｂの車両制御用コンピュータ１０に送信する。所定の周期は、例えば制御サイクルであり、実質的にリアルタイムであることが好ましい。

この例において同様に、無人移動体Ｂに搭載された車両制御用コンピュータ１０も、座標変換機能Ｆ１を有しており、遠隔操縦装置Ａの表示部４０の画像上で指示した画像座標系によるマーカーＭの位置を世界座標系に変換し、この変換後の世界座標系による位置座標に基づいて、モータドライバ２１を介して操舵用アクチュエータ２２及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ２３を作動させ、世界座標系に変換された目標位置に向かって無人移動体Ｂを走行させるようになっている。

さらに、車両制御用コンピュータ１０は、座標変換機能Ｆ１により、無人移動体Ｂ側のレーザセンサ３１及び自律移動用カメラ３２，３３で得た世界座標系における位置情報を遠隔操縦装置Ａの表示部４０の画像座標系に変換して、遠隔操縦装置Ａに時々刻々伝えるようになっている。

図４は、無人移動体Ｂの制御方法に採用される座標変換の概念図である。
図４に示すように、無人移動体Ｂの向きを軸とした座標系（Ｘ：進行方向，Ｙ：左，Ｚ：上）の点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、若しくは鳥瞰地図（Ｘ，Ｙ，０）上で観測されたデータが、表示部４０の画像上のどの画素（ｘ，ｙ）に相当するかは、特許文献２に開示された対応画素計算式で求めることができる。

上述した本発明の方法によれば、図１に示すように、マーカー移動手段５０により遠隔操縦装置Ａの表示部４０上でマーカーＭを移動することにより、表示部４０上のマーカーＭの位置に相当する世界座標系における目標位置に向かって無人移動体Ｂを移動させることができる。
マーカー移動手段５０は、表示部４０上でマーカーＭを移動する操作のみであるため、操作量が減ることにより、操縦が容易になる。
また、マーカー移動手段５０を操作しない場合には、直進方向（又はその直前の方向）を保持し、マーカーＭを連続的に表示して同一の方向に継続して移動させることができる。

図５は、無人移動体Ｂの車両制御用コンピュータ１０が有する機能を示すブロック図である。
車両制御用コンピュータ１０は、図５に示すように、上述した座標変換機能Ｆ１に加えて、自律移動機能Ｆ２、エリア抽出機能Ｆ３、障害物回避機能Ｆ４、及び分岐路認識機能Ｆ５を有している。

自律移動機能Ｆ２は、表示部４０上のマーカーＭの位置に相当する世界座標系における目標位置に向かって無人移動体Ｂを自律的に移動させる機能である。
エリア抽出機能Ｆ３は、レーザセンサ３１及び自律移動用カメラ３２，３３で取得した測距データから移動領域内の移動可能エリアを抽出する機能である。
障害物回避機能Ｆ４は、無人移動体Ｂの現在位置Ｓと目標位置との間に、障害物が存在する場合、障害物を回避して目標位置に向かって移動する機能である。
分岐路認識機能Ｆ５は、エリア抽出機能Ｆ３と障害物回避機能Ｆ４により、分岐路を認識し、分岐路を認識した場合、目標位置に向かう分岐路方向を自律的に選択して移動する機能である。

なおその他に、経路計画機能、速度計画機能、及び接近距離判定機能を備えることが好ましい。

図６は、障害物回避機能Ｆ４と分岐路認識機能Ｆ５を示す説明図である。この図において、（Ａ）は、無人移動体Ｂを直進させる場合、（Ｂ）は無人移動体Ｂを障害物方向、或いは分岐路方向に移動させる場合を示している。

本発明の制御方法は、世界座標系において無人移動体Ｂの現在位置Ｓと目標位置との間に、図６（Ｂ）に示すように、障害物（この場合、建物の外壁）が存在する場合、無人移動体Ｂの障害物回避機能Ｆ４により障害物を回避して目標位置に向かって無人移動体Ｂが移動するようになっている。
この制御方法により、表示部４０上のマーカーＭの位置を誤って障害物と干渉する位置に操作しても、障害物回避機能Ｆ４により障害物を回避して無人移動体Ｂを移動させることができる。

また、エリア抽出機能Ｆ３と障害物回避機能Ｆ４とを併せて有することにより、分岐路を認識する機能（分岐路認識機能Ｆ５）を有することになる。具体的には、移動領域内の、例えば、道路に引かれた白線や停止線等の特徴物、及び、道路内外の障害物の情報をレーザセンサ３１及び自律移動用カメラ３２，３３によって取得し、エリア抽出機能Ｆ３及び障害物回避機能Ｆ４の両機能によって、通行可能な部分とそれ以外の部分とを分別処理することで、分岐路を認識し得ることとなる。
なお、地図情報が利用可能な場合には、ＧＰＳ１６より得られた自己位置情報と地図情報を照合することでも、分岐路を認識し得る。

本発明の制御方法は、図６（Ｂ）に示すように、表示部４０上のマーカーＭの位置を分岐路方向に移動することにより、無人移動体Ｂが分岐路を事前に認識していない場合でも、無人移動体Ｂは障害物回避機能Ｆ４により障害物を回避して目標位置に向かって移動し、さらに世界座標系において無人移動体Ｂの分岐路認識機能Ｆ５により分岐路を認識した場合、目標位置に向かう分岐路方向を自律的に選択して移動するようになっている。

この制御方法により、無人移動体Ｂが分岐路を事前に認識できなかった場合でも、分岐路でそれを認識し目標位置のある方向に無人移動体Ｂを進ませることができる。

上述した本発明の方法によれば、マーカー移動手段５０により遠隔操縦装置Ａの表示部４０上でマーカーＭを移動することにより、表示部４０上のマーカーＭの位置に相当する世界座標系における目標位置を連続的に指示し、目標位置に向かって無人移動体Ｂを移動させることができる。
マーカー移動手段５０（例えばジョイスティック）の操作は、表示部４０上でマーカーＭを移動する操作のみであるため、操作量が減ることにより、操縦が容易になる。
また、無人移動体Ｂが分岐路を事前に認識できなかった場合でも、分岐路でそれを認識し目標位置のある方向に無人移動体Ｂを進ませることができる。
さらに、道が存在しない平原などでも、マーカーＭで無人移動体Ｂが向かうべき目標位置を示すことができ、適切な行動指示ができる。

なお、上述した無人移動体Ｂは、自律歩行するロボット、自律飛行する航空機、遠隔操縦するロボットや航空機であってもよい。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

Ａ 遠隔操縦装置、Ｂ 無人移動体、
Ｓ 現在位置、Ｍ マーカー、
１０ 車両制御用コンピュータ、
１１ ＬＡＮ、１２ アンテナ、１３ 無線ＬＡＮ、
１４ 遠隔操縦用カメラ、１５ 入出力回路、１６ ＧＰＳ、
１７ バーチカルジャイロ、１８ 車速パルス、
２０ 駆動ユニット、
２１ モータドライバ、２２ 操舵用アクチュエータ、
２３ ブレーキ／アクセル用アクチュエータ、２４ 車輪、
３０ 自律移動用コンピュータ、
３１ レーザセンサ、３２，３３ 自律移動用カメラ、
４０ 表示部、
５０ マーカー移動手段（ジョイスティック、ハンドル）、
６０ 制御部、６１ キーボード、６２ アンテナ

Claims (6)

1. 無人移動体を遠隔操縦装置により遠隔操縦する無人移動体の制御方法であって、
   無人移動体は、その前方の画像を撮影する遠隔操縦用カメラを有し、
   遠隔操縦装置は、遠隔操縦用カメラの前記画像を表示する表示部と、マーカー移動手段とを有し、
   前記表示部は、無人移動体が向かう目標位置を示すマーカーを表示し、
   マーカー移動手段は、前記マーカーを表示部上で移動可能であり、
   マーカー移動手段により表示部上でマーカーを移動することにより、表示部上のマーカーの位置に相当する世界座標系における目標位置に向かって無人移動体を移動させる、ことを特徴とする無人移動体の制御方法。
2. 前記マーカーは、前記表示部上の無人移動体の現在位置からその移動方向に離れた位置に表示され、現在位置とマーカーとの表示部上の間隔は、無人移動体の移動速度に比例する、ことを特徴とする請求項１に記載の無人移動体の制御方法。
3. 前記無人移動体又は遠隔操縦装置は、無人移動体側の世界座標系と遠隔操縦装置側の画像座標系との間でリアルタイムに座標変換する座標変換機能を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の無人移動体の制御方法。
4. 前記無人移動体は、その現在位置と目標位置との間に障害物が存在する場合、障害物を回避して目標位置に向かって移動する障害物回避機能を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の無人移動体の制御方法。
5. 前記無人移動体は、分岐路を認識した場合、目標位置に向かう分岐路方向を自律的に選択して移動する分岐路認識機能を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の無人移動体の制御方法。
6. 前記マーカー移動手段は、方向を指示できるジョイスティック又はハンドルである、ことを特徴とする請求項１に記載の無人移動体の制御方法。
   

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