JP2015056123A - 移動体の環境地図生成制御装置、移動体、及び移動体の環境地図生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増加を抑えつつ、遠方の環境をいち早く認識し、さらには当該遠方の環境を正確に識別することで安全で効率的に移動体を移動させることのできる移動体の環境地図生成制御装置、移動体、及び移動体の環境地図生成方法を提供する。【解決手段】ＬＲＦデータ処理部は、ＬＲＦにより検出された計測点から障害物の有無を判定し、ＬＲＦにより検出された測距値が複数である場合には（Ｓ１４がＹｅｓ）、計測視野内の路面に穴がある可能性があると判定し（Ｓ１５）、当該判定結果を環境地図に登録すべく環境地図生成部３０に送信する（Ｓ１６）。【選択図】図７

Description

本発明は、移動体が移動する路面状況を検出し、環境地図を生成する技術に関する。

無人車両やロボット等の自律型移動体が自律走行するためには、自律型移動体の周辺の環境を認識して、進行方向にある障害物等を回避しながら移動する必要がある。また、近年は自律型移動体の他、遠隔操縦又は運転者が自ら搭乗して運転するような車両やロボット等においても当該車両等の周辺環境を検出し、それに基づき運転を支援したり、障害物との衝突回避のための警告表示や自動的にブレーキ制御したりする運転システムが開発されている。

このような各種の移動体には、当該移動体の周辺環境を検出するセンサとして、例えばレーザレンジファインダ（以下ＬＲＦという）が設けられている。ＬＲＦとしては、パルスレーザを照射し、対象物に当たり反射した光を受光素子により受光して、照射から受光までの時間差から距離を測定する方式のものがある。

このようなＬＲＦが設けられた移動体は、移動をしながら当該ＬＲＦを用いて周辺の路面や障害物等を検出し、その検出データに基づき周辺の環境地図を生成する。そして、当該移動体は生成した環境地図に基づいて障害物を回避しつつ目的地へと到達できる経路を生成する（特許文献１参照）。

特開２０１１−４８５６５号公報

ここで、ＬＲＦの設置条件は、移動体の最大速度に応じて決められるのが一般的であり、最大速度が大きくなるほど遠方の環境認識を行う必要がある。しかしながら、遠方の環境認識を行うべくＬＲＦのレーザを遠方に照射すると、当該レーザの光軸に対する路面の仰角は小さくなる。
このように仰角が小さくなると、遠方の環境を正確に認識することができないという問題がある。特に、移動体の進行方向に穴がある場合等は、移動体はいち早く減速や方向転換をする必要があるが、遠方の環境を認識するためだけに別のセンサを設けるのは、コストの増加を招き好ましくない。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コストの増加を抑えつつ、遠方の環境をいち早く認識し、さらには当該遠方の環境を正確に識別することで安全で効率的に移動体を移動させることのできる移動体の環境地図生成制御装置、移動体、及び移動体の環境地図生成方法を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の発明は、移動体の移動制御に用いる環境地図を生成する移動体の環境地図生成制御装置であって、前記移動体から路面に向けてパルスレーザを照射し、反射したレーザを受光することで測距を行う測距手段と、前記測距手段より照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴がある可能性があると判定する測距情報処理手段と、前記測距情報処理手段により判定された路面状態を登録して環境地図を生成する環境地図生成手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２の移動体の環境地図生成制御装置では、請求項１において、前記測距情報処理手段は、前記測距手段より照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴又は起伏があると判定することを特徴としている。

請求項３の移動体の環境地図生成制御装置では、請求項２において、前記測距手段より照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に第１のパルスと第２のパルスの２つのパルスの立ち上がりがある場合に、当該第２のパルスの立ち上がりに対応する第２測距値を取得する第２測距値取得手段と、前記第２のパルスの立ち上がりに対応する光軸で平坦路を測距した場合を推定した平坦時第２測距値を算出する平坦時第２測距値算出手段と、を備え、前記測距情報処理手段は、前記第２測距値取得手段により取得した前記第２測距値が、前記平坦時第２測距値算出手段により算出した前記平坦時第２測距値よりも大である場合は前記測距手段により照射した前記レーザの視野内の路面に穴があると判定し、前記第２測距値が前記平坦時第２測距値以下である場合は前記視野内の路面に起伏があると判定することを特徴としている。

請求項４の移動体の環境地図生成制御装置では、請求項３において、前記第２のパルスの立ち下がりに対応する光軸による測距値に相当する第２終端測距値を算出する第２終端測距値算出手段を備え、前記測距情報処理手段は、前記第２測距値取得手段により取得した前記第２測距値が、前記第２終端測距値算出手段により算出される前記第２終端測距値より大である場合は、前記レーザ視野内の路面に穴があると判定することを特徴としている。

請求項５の移動体では、請求項１から４のいずれか一項に記載の環境地図生成制御装置を有し、生成された環境地図に基づき移動経路を生成し、当該移動経路に沿って移動を行う移動制御手段を備えることを特徴としている。
請求項６の発明は、移動体の移動制御に用いる環境地図を生成する移動体の環境地図生成方法であって、前記移動体から路面に向けてパルスレーザを照射し、反射したレーザを受光することで測距を行う測距ステップと、前記測距ステップにて照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴がある可能性があると判定する測距情報処理ステップと、前記測距情報処理ステップにて判定された路面状態を登録して環境地図を生成する環境地図生成ステップと、を備えることを特徴としている。

請求項７の移動体の環境地図生成方法では、請求項６において、前記測距情報処理ステップにおいて、前記測距ステップにて照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴又は起伏があると判定することを特徴としている。
請求項８の移動体の環境地図生成方法では、請求項７において、前記測距ステップにて照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に第１のパルスと第２のパルスの２つのパルスの立ち上がりがある場合に、当該第２のパルスの立ち上がりに対応する第２測距値を取得する第２測距値取得ステップと、前記第２のパルスの立ち上がりに対応する光軸で平坦路を測距した場合を推定した平坦時第２測距値を算出する平坦時第２測距値算出ステップと、を備え、前記測距情報処理ステップにおいて、前記第２測距値取得ステップにて取得した前記第２測距値が、前記平坦時第２測距値算出ステップにより算出した前記平坦時第２測距値よりも大である場合は前記測距ステップにて照射した前記レーザの視野内の路面に穴があると判定し、前記第２測距値が前記平坦時第２測距値以下である場合は前記視野内の路面に起伏があると判定することを特徴としている。

請求項９の移動体の環境地図生成方法では、請求項８において、前記第２のパルスの立ち下がりに対応する光軸による測距値に相当する第２終端測距値を算出する第２終端測距値算出ステップを備え、前記測距情報処理ステップにおいて、前記第２測距値取得ステップにて取得した前記第２測距値が、前記第２終端測距値算出ステップにて算出された前記第２終端測距値より大である場合は、前記レーザ視野内の路面に穴があると判定することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明に係る移動体の環境地図生成制御装置、移動体、及び移動体の環境地図生成方法によれば、照射した１パルスのレーザに対し、２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、レーザの視野内の路面に穴がある可能性があると判定し、この判定結果に基づき環境地図を生成することとしている。
このようにレーザの視野全体の評価を行うことで、１度の走査で広範囲の領域に亘る路面状態を環境地図に登録することができる。さらに、受光したパルスの状態から、穴の可能性を環境地図に反映することができる。

さらには、照射した１パルスのレーザに対し、２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、レーザの視野内の路面に穴又は起伏があると判定してもよい。そして、第２パルスの立ち上がりに対応する第２測距値を取得するとともに、当該第２パルスの立ち上がりに対応する光軸で平坦路を測距した場合を推定した平坦時第２測距値を算出し、この実測値としての第２測距値と、推定値である平坦時第２測距値とを比較することで、第２測距値が平坦時第２測距値よりも大である場合はレーザの視野内の路面に穴があると判定することができ、第２測距値が平坦時第２測距値以下である場合はレーザの視野内の路面に起伏があると判定することができる。

これらのことにより、穴検出用のセンサ等を増加する等のコストの増加を抑えつつ、遠方の環境をいち早く判断し、さらには当該遠方の環境を正確に識別することで安全で効率的に移動体を移動させることができる。

本発明の第１実施形態に係る環境地図生成制御装置を備えた無人車両の概略構成図である。 コンピュータユニットの制御構成を示すブロック図である。 無人車両の進路上の路面が平坦路である場合のＬＲＦ受光パルス波形について示した説明図である。 無人車両の進路上の路面に起伏がある場合のＬＲＦ受光パルス波形について示した説明図である。 無人車両の進路上の路面に穴がある場合のＬＲＦ受光パルス波形について示した説明図である。 無人車両の進路上の路面に大型の穴がある場合のＬＲＦ受光パルス波形について示した説明図である。 第１実施形態におけるＬＲＦデータ処理部において実行されるＬＲＦデータ処理を示すフローチャートである。 環境地図生成部において実行される環境地図生成処理を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるＬＲＦデータ処理部において実行されるＬＲＦデータ処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る移動体の環境地図生成制御装置による環境地図生成の変遷を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る環境地図生成制御装置について説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る環境地図生成制御装置を備えた無人車両の概略構成図、図２には当該無人車両が搭載するコンピュータユニットの制御構成を示すブロック図がそれぞれ示されており、以下同図に基づき、移動体の構成について説明する。

図１に示すように、無人車両（ＵＧＶ：Unmanned Ground Vehicle）１は、図示しない遠隔操縦装置の指示に応じた走行を行う、自律型移動体である。
当該無人車両１には、自己の位置を計測するためのＧＰＳ（Global Positioning System）受信機２、自己の姿勢を計測するためのジャイロセンサ４が搭載されている。また、無人車両１には、車両の操舵を行うステアリング６、車両の駆動力を操作するアクセル８が設けられており、それぞれに操作量を調整可能なアクチュエータ６ａ、８ａが設けられている。

さらに、無人車両１には、屋根部の先端部分にＬＲＦ１０（測距手段）が固定されている。当該ＬＲＦ１０は屋根部先端から車両前方の路面に向けてレーザを照射し測距を行うことで（測距ステップ）、主に路面状態を検出するＬＲＦである。当該ＬＲＦ１０は、車両前方の路面において進行方向に並んだ４つの範囲にて車幅方向に走査する４つのレーザを備えた、４ラインＬＲＦである。なお、図１では、１ライン分のレーザ照射範囲のみを示している。

当該ＬＲＦ１０は、パルスレーザを照射し、対象物に当たり反射した光を半導体からなる受光素子により受光して、照射から受光までの時間差から距離を測定するものである。
そして、無人車両１には、自律走行を制御するためのコンピュータユニット２０が搭載されており、当該コンピュータユニット２０は、図示しない遠隔操縦装置の指示を受け、各種センサ等からの情報に基づき上記アクチュエータ６ａ、８ａを操作して無人車両１を走行させるものである。

図２に、当該コンピュータユニット２０内の制御構成がブロック図で示されており、以下同図に基づき、当該コンピュータユニット２０の構成について説明する。
図２に示すようにコンピュータユニット２０内では、ＬＡＮ等の通信線を介して各種制御部と接続されている。当該コンピュータユニット２０は、大別すると環境認識・自己位置計測部２２と車両制御部２４（移動制御手段）とを有している。

そして、環境認識・自己位置計測部２２は、自己位置評定部２６、ＬＲＦデータ処理部２８、及び環境地図生成部３０を有している。
自己位置評定部２６は、ＧＰＳ受信機２からの自己位置情報及びジャイロセンサ４からの自己姿勢情報に基づき自己位置を評定する機能を備えている。
また、ＬＲＦデータ処理部２８は、ＬＲＦ１０からの測距情報を処理する機能を備えている。

これら自己位置評定部２６及びＬＲＦデータ処理部２８にて処理された情報は環境地図生成部３０に送られ、当該環境地図生成部３０は、取得した情報に基づき、無人車両１の周辺における環境地図を生成する機能を有している。
一方、車両制御部２４は、経路生成部３２及び車両操作部３４を有している。
経路生成部３２は、環境認識・自己位置計測部２２の自己位置評定部２６において評定された自己位置情報及び環境地図生成部３０にて生成された環境地図情報を取得し、図示しない遠隔操縦装置の指示に応じた移動経路を生成する機能を備えている。

また、車両制御部２４は、当該経路生成部３２において生成された移動経路に沿って移動をするのに必要な操舵量や駆動力を算出する車両操作部３４を有している。当該車両操作部３４は、算出した操舵量及び駆動力に応じたステアリング操作及びアクセル操作を行うべく対応するアクチュエータ６ａ、８ａを制御する。
ここで、環境認識・自己位置計測部２２のＬＲＦデータ処理部２８においては、ＬＲＦ１０により検出された測距データから障害物の有無及び路面の起伏や穴の有無を判定し、環境地図生成部３０において、環境地図上で対応する領域に当該判定結果を反映させて環境地図を生成している。

以下、当該環境認識・自己位置計測部２２のＬＲＦデータ処理部２８及び環境地図生成部３０において実行される路面状態及び障害物の検出制御及び環境地図の生成制御について説明する（環境地図生成方法）。
ここで図３〜６を参照すると、無人車両１の進路上の路面状態に応じたＬＲＦ１０による受光パルス波形の変化についての説明図が示されており、以下これらの図に基づいて各状態における測距データについて説明する。

まず、図３には、無人車両１の進路上の路面が平坦路である場合の受光パルス波形について示されている。
図３に示すように、ＬＲＦ１０から照射されたレーザは遠方に向かうほど拡がりをもち、ある範囲の視野をもって路面に到達する。ＬＲＦ１０が備える受光素子は路面から反射したレーザを受光すると電圧値が上がり図３に示すような波形を示す。当該電圧値が所定の閾値を超えた時点を受光開始時点とし、ＬＲＦ１０からレーザを照射した時点から受光開始時点までの時間より測距値Ｒが求められる。そして、当該パルス波形のパルス幅に相当する、受光開始時点から受光パルスが閾値を下回るまでの閾値超越時間ΔＴは、視野の幅（ｘ方向の幅）に対応している。

次に、図４には、無人車両１の進路上の路面に小さな起伏がある場合の受光パルス波形について示されている。
図４に示すように、ＬＲＦ１０から照射されたレーザの視野内の路面に、当該視野内に収まる程度の小さな起伏があると、当該起伏の高さに応じて受光パルスの電圧値の立ち上がりが一部途切れることとなる。従って、この場合の受光パルス波形では、手前側の第１パルス（第１のパルス）と奥側の第２パルス（第２のパルス）の２つのパルスの立ち上がりが生じ、第１パルスのパルス幅は第１閾値超越時間ΔＴ１に相当し、第２パルスのパルス幅は第２閾値超越時間ΔＴ２に相当する。このため図４に示すように、ＬＲＦ１０では、レーザの照射から第１パルスの立ち上がり開始時点までの時間に基づく第１測距値Ｒ１と、第２パルスの立ち上がり開始時点までの時間に基づく第２測距値Ｒ２が計測されることとなる。

次に、図５には、無人車両１の進路上の路面に穴がある場合の受光パルス波形について示されている。
図５に示すように、ＬＲＦ１０から照射されたレーザの視野内の路面に、当該視野内に収まる程度の穴がある場合も上記図４と同様に、受光パルスの電圧値の立ち上がりが一部途切れることとなる。従って、この場合の受光パルス波形も、第１パルスと第２パルスの２つのパルスの立ち上がりが生じ、ＬＲＦ１０により第１測距値Ｒ１及び第２測距値Ｒ２が計測されることとなる。

当該図５に示すようにレーザ視野内の路面に穴がある場合は穴の中にレーザが入り込むため、上記図４で示すようにレーザ視野内の路面に起伏がある場合に比べて、第２測距値Ｒ２が延びる点で差異がある。
詳しくは、ここで、ＬＲＦ１０から照射されるレーザにおいて、無人車両１に対し手前側の視野始端に到達し第１測距値Ｒ１を得る光軸を第１測距光軸とし、この第１測距光軸の鉛直方向に対する角度を第１光軸角度θとする。また、ＬＲＦ１０から照射されるレーザの視野角度をＬＲＦ視野角度Δθとし、ＬＲＦ１０の設置高さをＬＲＦ高さＨとする。これら第１光軸角度θ、ＬＲＦ視野角度Δθ、ＬＲＦ高さＨはＬＲＦ１０の仕様や設定等から既知の値である。

一方、ＬＲＦ１０から照射されるレーザにおいて、無人車両１に対して奥側の視野終端に到達する光軸、即ち第２パルスの立ち下がりに対応する光軸を視野終端光軸とすると、当該視野終端光軸の長さである視野終端測距値Ｒｔｈ（第２終端測距値）はこれら既知の値から算出することができる。具体的には、ＬＲＦ高さＨ＝第１測距値Ｒ１×ｃｏｓθの関係と、視野終端測距値Ｒｔｈ＝Ｈ／ｃｏｓ（θ＋Δθ）の関係との連立方程式から、推定した視野終端測距値Ｒｔｈを算出できる。

また、第２パルスの立ち上がりまでの時間から計測される第２測距値Ｒ２は、ＬＲＦ１０から穴の奥側の側面まで延びる第２測距光軸の長さに相当する。この第２測距光軸において、平坦路を測距した場合の平坦時第２測距値Ｒｔｈ’も既知の値から算出することができる。これは、まず第１パルスの視野角度（第１パルス視野角度）Δθ’が、既知の値であるＬＲＦ視野角度Δθ、第１パルスの閾値超越時間ΔＴ１、視野全体の幅長さＴｆｏｖの比から求まる。具体的には第１パルス視野角度Δθ’＝Δθ×（ΔＴ１／Ｔｆｏｖ）から求まる。

これにより、第２測距光軸の鉛直方向に対する角度は第１光軸角度θと第１パルス視野角度Δθ’とを加算した角度θ＋Δθ’となることから、三角関数に基づき平坦時第２測距値Ｒｔｈ’＝Ｈ／ｃｏｓ（θ＋Δθ’）となる。
従って、図５に示すようにレーザ視野内の路面に穴がある場合は、図４に示すようにレーザ視野内の路面に起伏がある場合と異なり、第２測距値Ｒ２は平坦時第２測距値Ｒｔｈ’より大になる。

また、図６には無人車両１の進路上の路面に比較的大きな大型穴がある場合の受光パルス波形について示されている。
図６に示すように、無人車両１の進路上の路面にレーザの視野に収まる範囲での大型穴がある場合は、第１パルス及び第２パルスのパルス幅がいずれも短くなる。そして、第２測距値Ｒ２は、上述した視野終端測距値Ｒｔｈを超えることとなる。

（ＬＲＦデータ処理）
ここで、第１実施形態における環境認識・自己位置計測部２２は、ＬＲＦデータ処理部２８において、測距値に基づく障害物の判定に加えて、以上のようなＬＲＦ１０からのレーザの視野と路面状態の関係に基づき遠方の穴の存在可能性についての判定を行う。
穴の存在可能性についての判定では、上記図５、６で示したように、照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に少なくとも２つのパルスの立ち上がりがある場合には、穴がある可能性があると判定する（測距情報処理手段、測距情報処理ステップ）。

具体的には、図７にＬＲＦデータ処理部において実行される第１実施形態におけるＬＲＦデータ処理を示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに基づき第１実施形態におけるＬＲＦデータ処理について説明する。なお、図７では、ＬＲＦ１０から照射した１パルス分のレーザにより得られる測距データについて行う処理を示しており、ＬＲＦデータ処理部２８は同処理を、得られた測距データ毎に繰り返し行うものである。

まず、図７のステップＳ１０として、ＬＲＦデータ処理部２８は、ＬＲＦ１０により測距された計測点における測距データを、ジャイロセンサ４により検出される無人車両１の姿勢角に基づき環境地図の生成に合わせた座標情報へ座標変換する。例えば、ＬＲＦ１０により測距される計測点の測距データは距離と角度を有しており、当該測距データをｘ、ｙ、ｚの直交３軸からなるデカルト座標系に座標変換する。なお、上記図４に基づき説明したように、測距値が２つ得られた場合には、第１測距値Ｒ１を座標変換する。

続くステップＳ１１において、ＬＲＦデータ処理部２８は、隣接する計測点間の高さ（ｚ成分）の差分を算出して、当該差分が予め定めた所定の差分より大であるか否かを判別することで、障害物の有無を判定する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち隣接点との差分がない又は差分が小さい場合は、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２において、ＬＲＦデータ処理部２８は、当該計測点は障害物を検出するものではなく走行可能であると判断し、計測点評価結果値Ａとして、走行可能であることを示す値１を入力する（Ａ＝１）。

一方、上記ステップＳ１１の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち隣接点との差分が大きく変化しているような場合は、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３においてＬＲＦデータ処理部２８は、当該計測点はなんらかの障害物を検出していると判断し、計測点評価結果値Ａとして、障害物があることを示す値２を入力する（Ａ＝２）。
ＬＲＦデータ処理部２８はここまでの上記ステップＳ１０〜Ｓ１３において計測点の評価を行っており、ここまでの処理を計測点評価処理という。そして、以下のステップＳ１４からは計測した視野についての評価を行うものであり、以下の処理を計測視野評価処理という。

ステップＳ１４において、ＬＲＦデータ処理部２８は、照射したレーザ１パルスに対し、受光して得られた測距値が複数あるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち、レーザ１パルスに対し、受光パルスの立ち上がりが２つ以上あるような場合には、次のステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５において、ＬＲＦデータ処理部２８は、図５、６に示したように計測視野内の路面に穴がある可能性があると判断し、計測視野評価結果値Ｂとして穴がある可能性があることを示す値１を入力し（Ｂ＝１）、ステップＳ１６に進む。

一方、上記ステップＳ１４において、ＬＲＦ１０より取得した測距値が１つであり当該判別結果が偽（Ｎｏ）であった場合には、視野評価結果値Ｂを入力することなく計測視野評価処理を終了し、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６において、ＬＲＦデータ処理部２８は、上記計測点評価結果値Ａ及び視野評価結果値Ｂからなる評価結果データを環境地図生成部３０へと送信し当該処理をリターンする。

（環境地図生成処理）
次に、環境地図生成部３０が上記ＬＲＦデータ処理部２８から受信した評価結果データに基づき環境地図を生成する（環境地図生成手段、環境地図生成ステップ）。以下、当該環境地図生成部３０において実行される環境地図の生成制御について説明する。
ここで、図８を参照すると、環境地図生成部３０において実行される環境地図生成処理の流れについてのフローチャートが示されており、以下このフローチャートに沿って説明する。

まず、ステップＳ２０において、環境地図生成部３０は上記ＬＲＦデータ処理部２８から受信した計測点評価結果値Ａが走行可能状態を示す値１であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち計測点評価結果値Ａが障害物であることを示す値２である場合は、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１において、環境地図生成部３０は、環境地図上において計測点に対応する位置（グリッド）のみに計測点評価結果値Ａの結果を登録する。具体的には、計測点に対応した１つのグリッドについて障害物があり、走行不可能であることを登録する。

一方、計測点評価結果値Ａが走行可能状態を示す値１であり、上記ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２において、環境地図生成部３０は、上記ＬＲＦデータ処理部２８から受信した計測視野評価結果値Ｂがレーザ視野内の路面に穴がある可能性があることを示す値１であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち計測視野評価結果値Ｂがない場合にはステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、環境地図生成部３０は、計測視野の範囲におけるグリッドを走行可能領域として登録する。
一方、上記ステップＳ２２の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち計測視野評価結果値Ｂがレーザ視野内の路面に穴がある可能性があることを示す値１である場合には、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４において、環境地図生成部３０は、当該計測視野内のグリッドを走行不可能な領域として登録する。

環境地図生成部３０は、上記ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２４において対応するグリッドに走行可能又は走行不可能の登録をした後当該処理をリターンする。このように、環境地図生成部３０は、無人車両１の走行に伴い以上の処理を繰り返していくことで、環境地図を生成する。
このように第１実施形態における環境認識・自己位置計測部２２は、ＬＲＦデータ処理部２８におけるＬＲＦデータ処理として、まず計測点の評価を行い、障害物の有無を判定する。そして、ＬＲＦデータ処理部２８は、計測点の評価に加えて計測視野全体の評価も行っており、１度の走査で広範囲のグリッドについて、走行可能の可否（路面状態）を登録することができる。このため、たとえ無人車両１に揺動等が生じても、未計測なグリッドが生じるのを防ぐことができる。

そして、当該計測視野内の評価において測距値が複数得られた場合には、計測点よりも前方に穴がある可能性があることを、いち早く検出することができる。なお、測距値が複数得られる状況としては、鏡や水たまりのようなレーザを反射する物が路面にある場合があり、このような場合も穴がある可能性があると判定する。そして、視野内の路面に穴がある可能性があると判定された場合には当該視野を走行不可能な領域として登録することで、早期に減速や方向転換を行うことができ、走行安全性を確保することができる。

このように、ＬＲＦ１０のレーザの視野と受光パルスとの関係を利用することで、穴検出用のセンサを増加する等のコスト増加を抑えることができ、遠方の環境をいち早く判断し安全な自律走行を実現することができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態に係る環境地図生成制御装置について説明する。
第２実施形態では、環境地図生成制御装置を備えた無人車両の構成及びそのコンピュータユニットの構成は、上記第１実施形態と同一であり、制御も一部同一であることから、同じ構成及び同じ制御については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

（ＬＲＦデータ処理）
第２実施形態では、主に環境認識・自己位置計測部２２のＬＲＦデータ処理部２８において行われる判定が第１実施形態と異なっている。第１実施形態ではＬＲＦデータ処理部２８において、穴の存在可能性があるか否かについての判定を行っているのに対し、第２実施形態では、さらに穴と起伏の判定及び識別を行うこととしている。
具体的には、第２実施形態のＬＲＦデータ処理部２８は、測距値に基づく障害物の判定に加えて、上記図３〜６で示したようなＬＲＦ１０からのレーザの視野と路面状態の関係に基づき計測視野内の路面の穴及び起伏の判定を行う。

計測視野内の穴及び起伏の判定では、上記図３〜６で示したように、照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つのパルスの立ち上がりがある場合に、ＬＲＦ１０により第２測距値Ｒ２を取得するとともに（第２測距値取得手段、第２測距値取得ステップ）、平坦時第２測距値Ｒｔｈ’を算出し（平坦時第２測距値算出手段、平坦時第２測距値算出ステップ）、当該第２測距値Ｒ２と平坦時第２測距値Ｒｔｈ’とを比較することで穴と起伏との識別を行う（測距情報処理手段、測距情報処理ステップ）。なお、受光したレーザのパルス波形に３つ以上のパルスの立ち上がりがある場合においても、そのうちの２つのパルスを第１パルス及び第２パルスとすればよい。

ここで、図９に第２実施形態におけるＬＲＦデータ処理部２８において実行されるＬＲＦデータ処理を示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに基づきＬＲＦデータ処理について説明する。なお、図９においても図７と同様に、ＬＲＦ１０から照射した１パルス分のレーザにより得られる測距データについて行う処理を示しており、ＬＲＦデータ処理部２８は同処理を、得られた測距データ毎に繰り返し行うものである。

まず、図９のステップＳ３０として、上記第１実施形態と同様の計測点評価処理を行う。つまり、ＬＲＦデータ処理部２８は、上述した図７のステップＳ１０〜Ｓ１３と同様に、ＬＲＦ１０により測距された計測点における測距データを座標変換し、障害物の有無を判定する。計測点が走行可能であると判断した場合は、計測点評価結果値Ａとして走行可能であることを示す値１を入力し（Ａ＝１）、計測点が障害物を検出していると判断した場合は、計測点評価結果値Ａとして障害物があることを示す値２を入力する（Ａ＝２）。

そして、第２実施形態におけるＬＲＦデータ処理部２８は、以下のように計測視野評価処理を行う。
まず、当該ＬＲＦデータ処理部２８は、ステップＳ３１において、照射したレーザ１パルスに対し、受光して得られた測距値が複数あるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち、レーザ１パルスに対し、受光パルスの立ち上がりが２つあるような場合には、次のステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２において、ＬＲＦデータ処理部２８は、受光した第１パルス及び第２パルスそれぞれのパルス幅に相当する第１閾値超越時間ΔＴ１及び第２閾値超越時間ΔＴ２を取得する。
そして、次のステップＳ３３において、取得した第１閾値超越時間ΔＴ１が予め定められた第１所定時間Ｔ１より小であり、且つ、第２閾値超越時間ΔＴ２が予め定められた第２所定時間Ｔ２より小であるか否かを判別する。当該第１所定時間Ｔ１及び第２所定時間Ｔ２は、上記図６に示したような大型穴を識別するための閾値であり、視野の大きさに応じて設定される値である。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち図６のように、第１閾値超越時間ΔＴ１、第２閾値超越時間ΔＴ２のいずれもが十分短い場合には、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４において、ＬＲＦデータ処理部２８は、図５に基づき説明した視野終端測距値Ｒｔｈを算出する（第２終端測距値算出手段、第２終端測距値算出ステップ）。
続くステップＳ３５において、ＬＲＦデータ処理部２８は、第２測距値Ｒ２が視野終端測距値Ｒｔｈより大であるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６において、ＬＲＦデータ処理部２８は、図６に示したように計測視野内の路面に第２測距値Ｒ２が視野終端測距値Ｒｔｈを超えるような大型穴があると判断し、計測視野評価結果値Ｂとして穴があることを示す値１を入力する（Ｂ＝１）。
一方、上記ステップＳ３３において、第１閾値超越時間ΔＴ１又は第２閾値超越時間ΔＴ２が対応する所定時間Ｔ１、Ｔ２より長く、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合はステップＳ３７に進む。また、上記ステップＳ３５において、第２測距値Ｒ２が視野終端測距値Ｒｔｈ以下であり、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合も、ステップＳ３７に進む。

ステップＳ３７において、ＬＲＦデータ処理部２８は、図５に基づき説明した平坦時第２測距値Ｒｔｈ’を算出する。
続くステップＳ３８において、ＬＲＦデータ処理部２８は、第２測距値Ｒ２が平坦時第２測距値Ｒｔｈ’より大であるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、図５に示したように計測視野内の路面に穴があると判断し、上述したステップＳ３６に進む。そして、ステップＳ３６において、ＬＲＦデータ処理部２８は、視野評価結果値Ｂとして穴があることを示す値１を入力する。

一方、ステップＳ３８の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち第２測距値Ｒ２が平坦時第２測距値Ｒｔｈ’以下である場合には、ステップＳ３９に進む。
ステップＳ３９において、ＬＲＦデータ処理部２８は、図４に示したように計測視野内の路面に起伏があると判断して、視野評価結果値Ｂとして起伏があることを示す値２を入力する。
上記ステップＳ３６又はステップＳ３９において計測視野内の路面の穴と起伏との識別を行うことで計測視野評価処理を終了し、ステップＳ４０に進む。なお、上記ステップＳ３１において、ＬＲＦ１０より取得した測距値が１つであり当該判別結果が偽（Ｎｏ）であった場合には、視野評価結果値Ｂを入力することなく計測視野評価処理を終了し、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において、ＬＲＦデータ処理部２８は、上記計測点評価結果値Ａ及び視野評価結果値Ｂからなる評価結果データを環境地図生成部３０へと送信し当該処理をリターンする。

（環境地図生成処理）
次に、第２実施形態における環境地図生成部３０が上記ＬＲＦデータ処理部２８から受信した評価結果データに基づき環境地図を生成する（環境地図生成手段、環境地図生成ステップ）。当該第２実施形態の環境地図生成部３０において実行される環境地図の生成制御は、環境地図生成処理の流れについて、上記第１実施形態と同様に図８のフローチャートにより示される。以下図８のフローチャートに沿って第２実施形態における環境地図生成処理について説明する。

まず、第２実施形態における環境地図生成部３０は、ステップＳ２０において、上記ＬＲＦデータ処理部２８から受信した計測点評価結果値Ａが走行可能状態を示す値１であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち計測点評価結果値Ａが障害物であることを示す値２である場合は、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１において、環境地図生成部３０は、環境地図上において計測点に対応する位置（グリッド）のみに計測点評価結果値Ａの結果を登録する。具体的には、計測点に対応した１つのグリッドについて障害物があり、走行不可能であることを登録する。

一方、計測点評価結果値Ａが走行可能状態を示す値１であり、上記ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２において、環境地図生成部３０は、上記ＬＲＦデータ処理部２８から受信した計測視野評価結果値Ｂが穴であることを示す値１であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち計測視野評価結果値Ｂがない場合又は起伏があることを示す値２である場合にはステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、環境地図生成部３０は、計測視野の範囲におけるグリッドは平坦路又は小さな起伏と判断し、走行可能領域として登録する。
一方、上記ステップＳ２２の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち計測視野評価結果値Ｂが穴であることを示す値１である場合には、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４において、環境地図生成部３０は、当該計測視野内のグリッドを走行不可能な領域として登録する。

環境地図生成部３０は、上記ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２４において対応するグリッドに走行可能又は走行不可能の登録をした後当該処理をリターンする。このように、環境地図生成部３０は、無人車両１の走行に伴い以上の処理を繰り返していくことで、環境地図を生成する。
ここで、図１０を参照すると、第２実施形態の環境地図生成制御装置のように計測視野内において穴と起伏の判定を行った場合の環境地図生成の変遷が示されている。以下同図に基づき本実施形態に係る移動体の環境地図生成制御装置の作用効果について説明する。なお、図１０に示す環境地図はｘ、ｙ方向に等間隔にグリッドが区画されており、破線で示す領域が４ラインＬＲＦ１０のうち最も手前側の１ライン分のレーザ１パルスに対応する平坦視野幅を示しており、ハッチングされた領域が走行可能と登録された領域、塗りつぶされた領域が走行不可能と登録された領域をそれぞれ示している。ＬＲＦ１０は無人車両１の走行に伴い車幅方向（ｙ方向）に走査を行うものである。

図１０（ａ）に示すように、計測点の評価においては、第１測距値Ｒ１が得られる計測視野の最も手前のグリッドのみ（１行分）について走行可能の可否を登録することとなる。そして、障害物があると判定した場合には対応するグリッドを走行不可能な領域として登録する。
また、本実施形態では、計測点の評価に加えて計測視野全体の評価も行っていることで、１度の走査で広範囲（ｘ方向に４行分）のグリッドについて、走行可能の可否（路面状態）を登録することができる。そして、図１０（ｂ）に示すように、無人車両１の走行に伴い前回評価した領域と一部重複しながら、前方へと走行可能の可否を更新していくこととなる。このため、たとえ無人車両１に揺動等が生じても、未計測なグリッドが生じるのを防ぐことができる。

また、第２実施形態の環境地図生成制御装置では、計測視野の評価を行うことで図１０（ｃ）に示すように、計測点よりも前方に穴や起伏があることを、いち早く検出することができる。そして、視野内の路面に穴があると判定された場合には当該視野を走行不可能な領域として登録することで、走行安全性を確保することができる。
一方で、視野内に収まる程度の小さな起伏があるグリッドは、走行可能な領域として登録することで、無人車両１の走行可能範囲を不要に狭めることを抑制することができる。

このように、第２実施形態の環境地図生成制御装置においても、ＬＲＦ１０のレーザの視野と受光パルスとの関係を利用することで、穴検出用のセンサを増加する等のコスト増加を抑えることができる。そして当該第２実施形態の環境地図生成制御装置では、穴と起伏との識別をすることでより正確な環境地図を生成することができ、安全且つより効率的な自律走行を実現することができる。
以上で本発明に係る実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、移動体を無人車両としているが、移動体は車両に限られるものではなく、例えば自律歩行をするロボット等でも構わない。
また、移動体は自律型移動体に限られるものではなく、遠隔操縦又は運転者が自ら搭乗して運転するような車両やロボット等にも本発明を適用することができる。例えば、運転者が搭乗する自動車において、本発明により生成した環境地図を用いて周辺環境を認識し、当該周辺環境に応じて運転支援したり、衝突回避のために警告表示や自動的にブレーキ制御したりしてもよい。

また、上記第２実施形態では、穴の大きさに関わらず図９のステップＳ３５において視野評価結果値Ｂとして穴があることを示す値１を入力しているが、大型穴とそれ以外の比較的小さな穴とを区別した視野評価結果としても構わない。例えば、車両の車輪よりも十分に小さな穴である場合には環境地図の生成の際に走行可能な領域として登録するような視野評価結果を作っても構わない。
また、上記実施形態の環境地図生成部３０は、各グリッドに走行可能又は走行不可能な領域であることを登録することで環境地図を生成しているが（図８のステップＳ２１、２３、２４）、環境地図を生成する方法はこれに限られるものではない。例えば、走行可能、走行不可能の他に、路面状態に応じて、減速する領域、再計測する領域等、他の制御を行う領域を登録してもよい。

１ 無人車両（移動体）
２ ＧＰＳ受信機
４ ジャイロセンサ
６ ステアリング
６ａ、８ａ アクチュエータ
８ アクセル
１０ ＬＲＦ（測距手段）
２０ コンピュータユニット
２２ 環境認識・自己位置計測部
２４ 車両制御部
２６ 自己位置評定部
２８ ＬＲＦデータ処理部（第２測距値取得手段、平坦時第２測距値算出手段、測距情報処理手段、第２終端測距値算出手段）
３０ 環境地図生成部（環境地図生成手段）
３２ 経路生成部
３４ 車両操作部

Claims (9)

1. 移動体の移動制御に用いる環境地図を生成する移動体の環境地図生成制御装置であって、
   前記移動体から路面に向けてパルスレーザを照射し、反射したレーザを受光することで測距を行う測距手段と、
   前記測距手段より照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴がある可能性があると判定する測距情報処理手段と、
   前記測距情報処理手段により判定された路面状態を登録して環境地図を生成する環境地図生成手段と、
   を備えることを特徴とする移動体の環境地図生成制御装置。
2. 前記測距情報処理手段は、前記測距手段より照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴又は起伏があると判定することを特徴とする請求項１記載の移動体の環境地図生成制御装置。
3. 前記測距手段より照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に第１のパルスと第２のパルスの２つのパルスの立ち上がりがある場合に、当該第２のパルスの立ち上がりに対応する第２測距値を取得する第２測距値取得手段と、
   前記第２のパルスの立ち上がりに対応する光軸で平坦路を測距した場合を推定した平坦時第２測距値を算出する平坦時第２測距値算出手段と、を備え、
   前記測距情報処理手段は、前記第２測距値取得手段により取得した前記第２測距値が、前記平坦時第２測距値算出手段により算出した前記平坦時第２測距値よりも大である場合は前記測距手段により照射した前記レーザの視野内の路面に穴があると判定し、前記第２測距値が前記平坦時第２測距値以下である場合は前記視野内の路面に起伏があると判定することを特徴とする請求項２記載の移動体の環境地図生成制御装置。
4. 前記第２のパルスの立ち下がりに対応する光軸による測距値に相当する第２終端測距値を算出する第２終端測距値算出手段を備え、
   前記測距情報処理手段は、前記第２測距値取得手段により取得した前記第２測距値が、前記第２終端測距値算出手段により算出される前記第２終端測距値より大である場合は、前記レーザの視野内の路面に穴があると判定することを特徴とする請求項３記載の移動体の環境地図生成制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の環境地図生成制御装置を有し、
   生成された環境地図に基づき移動経路を生成し、当該移動経路に沿って移動を行う移動制御手段を備えることを特徴とする移動体。
6. 移動体の移動制御に用いる環境地図を生成する移動体の環境地図生成方法であって、
   前記移動体から路面に向けてパルスレーザを照射し、反射したレーザを受光することで測距を行う測距ステップと、
   前記測距ステップにて照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴がある可能性があると判定する測距情報処理ステップと、
   前記測距情報処理ステップにて判定された路面状態を登録して環境地図を生成する環境地図生成ステップと、
   を備えることを特徴とする移動体の環境地図生成方法。
7. 前記測距情報処理ステップにおいて、前記測距ステップにて照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に２つ以上のパルスの立ち上がりがある場合には、照射した前記レーザの視野内の路面に穴又は起伏があると判定することを特徴とする請求項６記載の移動体の環境地図生成方法。
8. 前記測距ステップにて照射した１パルスのレーザに対し、受光したレーザのパルス波形に第１のパルスと第２のパルスの２つのパルスの立ち上がりがある場合に、当該第２のパルスの立ち上がりに対応する第２測距値を取得する第２測距値取得ステップと、
   前記第２のパルスの立ち上がりに対応する光軸で平坦路を測距した場合を推定した平坦時第２測距値を算出する平坦時第２測距値算出ステップと、を備え、
   前記測距情報処理ステップにおいて、前記第２測距値取得ステップにて取得した前記第２測距値が、前記平坦時第２測距値算出ステップにより算出した前記平坦時第２測距値よりも大である場合は前記測距ステップにて照射した前記レーザの視野内の路面に穴があると判定し、前記第２測距値が前記平坦時第２測距値以下である場合は前記視野内の路面に起伏があると判定することを特徴とする請求項７記載の移動体の環境地図生成方法。
9. 前記第２のパルスの立ち下がりに対応する光軸による測距値に相当する第２終端測距値を算出する第２終端測距値算出ステップを備え、
   前記測距情報処理ステップにおいて、前記第２測距値取得ステップにて取得した前記第２測距値が、前記第２終端測距値算出ステップにて算出された前記第２終端測距値より大である場合は、前記レーザの視野内の路面に穴があると判定することを特徴とする請求項８記載の移動体の環境地図生成方法。

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