JP3952548B2 - 無人走行車の制御方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば，図６に示すような，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な３つ以上の車輪Ｗ（図６ではＷ１〜Ｗ３の３つ）を有する無人走行車Ｂ０を，所定の走行経路に沿って走行させる場合，従来は，上記各車輪Ｗ１〜Ｗ３の操舵角α１〜α３及び速度Ｖ１〜Ｖ３に基づいて車体Ｂ０の位置・姿勢・進行方向を推定し，該推定値と，予め記憶されている上記所定の走行経路情報との偏差を小さくするように，各車輪Ｗ１〜Ｗ３の操舵角α１〜α３及び速度Ｖ１〜Ｖ３を制御していた。
その際，上記車体Ｂ０の位置・姿勢・進行方向の推定値は，車輪Ｗ１〜Ｗ３の軸線の交点として求められた車体の回転中心位置Ｃ，各車輪Ｗ１〜Ｗ３の速度Ｖ１〜Ｖ３，及び前回得られた車体の位置・姿勢・進行方向の値から求められていた。
また，各車輪の操舵角及び速度を制御する際には，各車輪の軸線が，車体の目標回転中心位置Ｃ′を通るように各車輪の操舵角α１〜α３が制御され，上記目標回転中心位置Ｃ′から各車輪Ｗ１〜Ｗ３までの距離に応じて各車輪の速度Ｖ１〜Ｖ３が制御されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，車体Ｂ０が進行方向を変えながら走行している場合には，車体Ｂ０は必ずある点を回転中心として走行するため，上述のように，上記各車輪Ｗ１〜Ｗ３は原則としてその軸線が一点（上記回転中心）で交差するようにそれぞれの操舵角α１〜α３が制御される。しかしながら，各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などにより，上記各車輪Ｗ１〜Ｗ３の軸線が一点で交わらない場合には（図７参照），全車輪の交点の平均位置を車体の回転中心と推定して車体の位置・姿勢・進行方向が推定される。ところが，上記各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きく，各車輪の軸線の交点のズレが大きくなると，車輪同士の進行方向が大きく干渉し，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり，車体が振動するなどの不具合が発生する場合があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車において，各車輪同士の干渉を最小限に抑えることが可能な無人走行車の制御方法及びその装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の方法は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御方法において，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出工程と，上記操舵角検出工程で検出された上記マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御工程と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出工程と，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定工程と，上記推定工程で推定された車体の走行軌跡と上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御工程とを具備し，上記スレーブ輪制御工程において，上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御方法として構成されている。
また，上記スレーブ輪制御工程は，例えば上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度と，上記交点から各車輪までの距離の比とを用いて，上記スレーブ輪の速度を制御するように構成できる。
更に，上記推定工程は，例えば上記両マスタ輪の軸線の交点より車体の回転中心位置を求め，上記回転中心位置と上記両マスタ輪との距離，及び上記両マスタ輪の速度を用いて，車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向を求め，上記車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向と，前回の制御時における車体の推定位置・姿勢・進行方向とに基づいて，現在の車体の推定位置・姿勢・進行方向を求めるように構成できる。
【０００５】
また，上記目的を達成するために本発明の装置は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御装置において，上記所定の走行経路の情報が予め記憶された地図情報記憶手段と，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御手段と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出手段と，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定手段と，上記推定手段で推定された車体の走行軌跡と上記地図情報記憶手段に記憶された上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御手段とを具備し，上記スレーブ輪制御手段が，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御装置として構成されている。
【０００６】
【作用】
本発明に係る無人走行車の制御装置では，無人走行車の走行中，まず操舵角検出手段及び速度検出手段により，両マスタ輪の操舵角及び移動速度が検出される。そして，スレーブ輪制御手段により，上記両マスタ輪の操舵角の実測値に基づいて，スレーブ輪の操舵角が制御される。その方法としては，例えば上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角より該両マスタ輪の軸線の交点が求められ，スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角が制御される。また，スレーブ輪の移動速度は，上記両マスタ輪の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて制御される。その方法としては，例えば上記操舵角検出手段で検出された両マスタ輪の操舵角より該両マスタ輪の軸線の交点が求められ，上記速度検出手段で検出された両マスタ輪の速度と，上記交点から各車輪までの距離の比とを用いて，スレーブ輪の速度が制御される。このように，スレーブ輪の操舵角及び移動速度が，両マスタ輪の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて制御されるため，従来の制御装置のように各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなり，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止される。
【０００７】
続いて，推定手段により，上記操舵角検出手段及び速度検出手段で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，車体の走行軌跡，例えば現在の位置・姿勢・進行方向が推定される。その方法としては，例えば上記両マスタ輪の軸線の交点より車体の回転中心位置が求められ，上記回転中心位置と上記両マスタ輪との距離，及び上記両マスタ輪の速度を用いて，車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向が求められ，上記車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向と，前回の制御時における車体の推定位置・姿勢・進行方向とに基づいて，現在の車体の推定位置・姿勢・進行方向が求められる。
続いて，マスタ輪制御手段により，地図情報記憶手段に予め記憶された走行経路上での車体の位置・進行方向・姿勢と，上記推定手段で推定された車体の現在の位置・進行方向・姿勢との偏差を小さくするように両マスタ輪の速度及び操舵角が制御される。このように，２つのマスタ輪のみを用いて車体の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，上記従来の制御装置のように各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体の回転中心は必ず１点に決められ，正確な推定が行える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御装置Ａ１の概略構成を示す模式図，図２は本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御方法の概略処理手順を示すフローチャート，図３は上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図，図４は上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図，図５は無人走行車Ｂ１の推定位置の算出方法の説明図である。
本実施の形態において制御対象とする無人走行車Ｂ１は，図３に示すように，３つの車輪Ｗ１〜Ｗ３を有している。これら３つの車輪Ｗ１〜Ｗ３にはそれぞれ図示しない操舵モータと駆動モータとが接続されており，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能である。また，上記３つの車輪Ｗ１〜Ｗ３のうち，Ｗ１とＷ２をマスタ輪，Ｗ３をスレーブ輪とする。
上記無人走行車Ｂ１の走行制御を行う制御装置Ａ１は，図１に示すように，無人走行車Ｂ１のマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角検出センサ１，３と，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の移動速度検出センサ２，４と，上記各検出センサ１〜４に接続されたスレーブ輪制御部５と，上記各検出センサ１〜４に接続された推定部６と，地図情報記憶部７と，上記推定部６及び上記地図情報記憶部７に接続されたマスタ輪制御部８と，上記マスタ輪制御部８に接続されたマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵モータコントローラ９，１１，及びマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の駆動モータコントローラ１０，１２と，上記スレーブ輪制御部５に接続されたスレーブ輪Ｗ３の操舵モータコントローラ１３及び駆動モータコントローラ１４とで構成されている。
上記マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角検出センサ１，３はそれぞれマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角を検出し，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の移動速度検出センサ２，４はそれぞれマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の移動速度を検出する。
上記スレーブ輪制御部５は，上記検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，スレーブ輪Ｗ３の操舵角及び移動速度を求め，上記スレーブ輪Ｗ３の操舵モータコントローラ１３及び駆動モータコントローラ１４に操舵角及び移動速度の変更を指示する。
上記推定部６は，上記検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向を推定する。
上記マスタ輪制御部８では，上記地図情報記憶部７に予め記憶されている車体Ｂ１の走行経路情報と，上記推定部６で推定された車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向との偏差を小さくするような両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度及び操舵角を求め，上記マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵モータコントローラ９，１１及び駆動モータコントローラ１０，１２に操舵角及び移動速度の変更を指示する。
【０００９】
以下，上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御動作について，図２に示すフローチャート，及び図３，図４に示す説明図を用いて詳述する。
無人走行車Ｂ１の走行中，まず上記両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角，移動速度検出センサ１〜４により，両マスタ輪の操舵角α1 ，α2 及び移動速度Ｖ1 ，Ｖ2 が検出される（ステップＳ１）。
続いて，スレーブ輪制御部５は，上記各検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，以下のようにスレーブ輪Ｗ３の操舵角及び移動速度を求める（ステップＳ２）。
図３に示すように，車体中心を原点とする車体座標系における上記両マスタ輪の操舵角α1 ，α2 ，及び座標値（Ｘ1 ，Ｙ1 ），（Ｘ2 ，Ｙ2 ）を用いて，車体の回転中心座標（Ｘp ，Ｙp ）を上記車体座標系で表すと次のようになる。
【数１】
また，車体Ｂ１の並進速度Ｖc ，回転速度ωc ，進行方向θc-bodyを上記車体座標系に対して算出すると次のようになる。
【数２】
上記車体の回転中心座標（Ｘp ，Ｙp ）と車輪Ｗ３（座標（Ｘ3 ，Ｙ3 ））とを結んだ直線に対して，車輪Ｗ３が垂直になるように，車輪Ｗ３の操舵角α3 を次式により求める。
α3 ＝ｔａｎ-1（（Ｘ3 −Ｘp ）／（Ｙp −Ｙ3 ）） …（６）
また，車輪Ｗ３の移動速度Ｖ3 は，
Ｖc ／Ｒ0 ＝Ｖ3 ／Ｒ3 ＝ωc …（７）
の関係より，次のように求められる。
【数３】
以上のようにして車輪Ｗ３の操舵角α3 及び移動速度Ｖ3 が求められると，上記スレーブ輪制御部５は，車輪Ｗ３の操舵，駆動モータコントローラ１３，１４に対して，車輪Ｗ３の操舵角及び移動速度をそれぞれ上記α3 ，Ｖ3 とするように指示する。
このように，スレーブ輪Ｗ３は，両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて得られた車体Ｂ１の回転中心，並進速度，回転速度に合わせて操舵角及び駆動速度が制御されるため，従来の制御装置のように各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなり，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。
【００１０】
続いて，推定部６は，上記各検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，以下のように車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向を推定する。（ステップＳ３）。
車体Ｂ１は，上式（１）〜（５）に示すように，回転中心を（Ｘp ，Ｙp ）として，並進速度Ｖc ，回転速度ωc ，進行方向θc-body（全て車体座標系）で走行している。そこで，上式（１）〜（５）を用いて，経路座標系における車体Ｂ１の位置・進行方向・姿勢（Ｘn ，Ｙn ，θn ，φn ）を求める。
車体Ｂ１は回転速度ωc で回転しているから，微小単位時間ΔＴの間にはωc ΔＴだけ車体姿勢が変化する。従って，車体姿勢φn は，前回の算出結果φn-1 に変化分を加算することにより次のように求められる。
φn ＝φn-1 ＋ωc ΔＴ …（９）
進行方向θn は，車体姿勢φn に車体座標系での進行方向θc-bodyを加算することにより次のように求められる。
θn ＝θc-body＋φn …（１０）
車体の位置（Ｘn ，Ｙn ）は，微小時間内での走行軌跡を円弧と仮定し，前回の算出結果（Ｘn-1 ，Ｙn-1 ）に位置の変化分を加算することにより次のように求められる。
Ｘn ＝Ｘn-1 ＋ｄ・ｃｏｓ（θn-1 ＋Δθ／２） …（１１）
Ｙn ＝Ｙn-1 ＋ｄ・ｓｉｎ（θn-1 ＋Δθ／２） …（１２）
ここで，
Δθ≠０のとき（回転走行のとき），
Δｓ＝Ｒ0 Δθ，ｄ＝２Ｒ0 ｓｉｎ（Δθ／２）より（図５参照），
ｄ＝（ｓｉｎ（Δθ／２）／（Δθ／２））・Δｓ
Δθ＝０（直線走行のとき），
ｄ＝Δｓ
但し，Δθ＝θn −θn-1 ，
Δｓ＝（（Ｖn −Ｖn-1 ）／２）・ΔＴ
以上のように，車体Ｂ１の経路座標系における位置・進行方向・姿勢（Ｘn ，Ｙn ，θn ，φn ）が求められた。
【００１１】
続いて，マスタ輪制御部８では，地図情報記憶部７に予め記憶されている走行経路上での車体Ｂ１の位置・進行方向・姿勢（Ｘr ，Ｙr ，θr ，φr ）と，上記推定部６で推定された車体Ｂ１の現在の位置・進行方向・姿勢（Ｘn ，Ｙn ，θn ，φn ）との偏差（Ｘe ，Ｙe ，θe ，φe ）を小さくするような両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度Ｖ1 ′，Ｖ2 ′及び操舵角α1 ′，α2 ′を以下のように求める（ステップＳ４）。
まず，上記偏差（Ｘe ，Ｙe ，θe ，φe ）が小さくなるような車体Ｂ１の並進速度Ｖ0 ，回転速度ω0 ，進行方向θ0 （図４参照）を，車体座標系に対して算出する。ここで，基本的な考え方として，Ｘ方向の偏差は並進速度で，Ｙ方向の偏差は進行方向で，車体姿勢の偏差は角速度でそれぞれ補正する。
Ｖ0 ＝Ｖr ＋Ｋｘ・Ｘe …（１３）
ω0 ＝ωr ＋Ｋφ・φe …（１４）
θ0-body＝θr-body＋Ｋｙ・Ｙe …（１５）
但し，Ｖr ：目標速度
ωr ：目標各速度
θr-body：車体座標系における目標進行方向（＝θr −φr ）
Ｋｘ：Ｘ方向偏差の補正ゲイン（正の定数）
Ｋｙ：Ｙ方向偏差の補正ゲイン（正の定数）
Ｋφ：車体姿勢偏差の補正ゲイン（正の定数）
【００１２】
次に，上記（１３）〜（１５）式を用いて，次のようにマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度Ｖ1 ′，Ｖ2 ′，及び操舵角α1 ′，α2 ′を求める（図４参照）。
まず，車体Ｂ１の回転半径Ｒ0 ′は，
Ｒ0 ′＝Ｖ0 ／ω0 …（１６）
であるため，車体Ｂ１の回転中心座標（Ｘp ′，Ｙp ′）は次式で表せる。
Ｘp ′＝−Ｒ0 ′・ｓｉｎθ0-body …（１７）
Ｙp ′＝Ｒ0 ′・ｃｏｓθ0-body …（１８）
そこで，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度Ｖ1 ′，Ｖ2 ′，及び操舵角α1 ′，α2 ′は次式により求められる。
【数４】
以上のようにして，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度及び操舵角が求められると，上記マスタ輪制御部８は，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵，駆動モータコントローラ９〜１２に対して，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角及び駆動速度をそれぞれ上記Ｖ1 ′，Ｖ2 ′，α1 ′，α2 ′とするように指示する。
上記ステップＳ４が終了すると，上記ステップＳ１へ戻り，制御後の両マスタ輪の操舵角及び移動速度が検出され，ステップＳ２において上記検出値に基づいてスレーブ輪Ｗ３の制御が行われる。
【００１３】
以上のように，推定部６では，２つのマスタ輪Ｗ１，Ｗ２のみを用いて車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，上記従来の制御装置のように各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体Ｂ１の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定が行える。
以上説明したように，本実施の形態に係る制御装置Ａ１では，スレーブ輪Ｗ３の操舵角及び移動速度が，両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて制御されるため，従来の制御装置のように各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなり，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。また，２つのマスタ輪Ｗ１，Ｗ２のみを用いて車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，上記従来の制御装置のように各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体Ｂ１の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定を行うことができる。
【００１４】
【実施例】
上記実施の形態では，スレーブ輪が１つの場合を取り上げたが，スレーブ輪が２つ以上の場合も全く同様に適用できる。その場合，各スレーブ輪の操舵角及び移動速度は，上記（６），（８）式内の座標値（Ｘ3 ，Ｙ3 ）を各スレーブ輪の座標値に入れ替えることにより求められる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明に係る無人走行車の制御方法は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御方法において，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出工程と，上記操舵角検出工程で検出された上記マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御工程と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出工程と，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定工程と，上記推定工程で推定された車体の走行軌跡と上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御工程とを具備し，上記スレーブ輪制御工程において，上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御方法として構成されているため，スレーブ輪の操舵角が両マスタ輪の操舵角の実測値に基づいて制御され，各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなっても，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。また，２つのマスタ輪のみを用いて車体の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定を行うことができる。
【００１６】
また，上記制御方法を適用可能な制御装置として，本発明の装置は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御装置において，上記所定の走行経路の情報が予め記憶された地図情報記憶手段と，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御手段と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出手段と，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定手段と，上記推定手段で推定された車体の走行軌跡と上記地図情報記憶手段に記憶された上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御手段とを具備し，上記スレーブ輪制御手段が，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御装置として構成されているため，スレーブ輪の操舵角が両マスタ輪の操舵角の実測値に基づいて制御され，各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなっても，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。更に，２つのマスタ輪のみを用いて車体の走行軌跡が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御装置Ａ１の概略構成を示す模式図。
【図２】 本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御方法の概略処理手順を示すフローチャート。
【図３】 上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図。
【図４】 上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図。
【図５】 無人走行車Ｂ１の推定位置の算出方法の説明図。
【図６】 従来の無人走行車Ｂ０の走行制御方法の説明図。
【図７】 従来の無人走行車Ｂ０の走行制御方法の説明図。
【符号の説明】
１…車輪Ｗ１の操舵角検出センサ
２…車輪Ｗ１の移動速度検出センサ
３…車輪Ｗ２の操舵角検出センサ
４…車輪Ｗ２の移動速度検出センサ
５…スレーブ輪制御部
６…推定部
７…地図情報記憶部
８…マスタ輪制御部
９…車輪Ｗ１の操舵モータコントローラ
１０…車輪Ｗ１の駆動モータコントローラ
１１…車輪Ｗ２の操舵モータコントローラ
１２…車輪Ｗ２の駆動モータコントローラ
１３…車輪Ｗ３の操舵モータコントローラ
１４…車輪Ｗ３の駆動モータコントローラ
Ｂ１…無人走行車
Ｗ１，Ｗ２…マスタ輪
Ｗ３…スレーブ輪
【発明の属する技術分野】
本発明は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば，図６に示すような，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な３つ以上の車輪Ｗ（図６ではＷ１〜Ｗ３の３つ）を有する無人走行車Ｂ０を，所定の走行経路に沿って走行させる場合，従来は，上記各車輪Ｗ１〜Ｗ３の操舵角α１〜α３及び速度Ｖ１〜Ｖ３に基づいて車体Ｂ０の位置・姿勢・進行方向を推定し，該推定値と，予め記憶されている上記所定の走行経路情報との偏差を小さくするように，各車輪Ｗ１〜Ｗ３の操舵角α１〜α３及び速度Ｖ１〜Ｖ３を制御していた。
その際，上記車体Ｂ０の位置・姿勢・進行方向の推定値は，車輪Ｗ１〜Ｗ３の軸線の交点として求められた車体の回転中心位置Ｃ，各車輪Ｗ１〜Ｗ３の速度Ｖ１〜Ｖ３，及び前回得られた車体の位置・姿勢・進行方向の値から求められていた。
また，各車輪の操舵角及び速度を制御する際には，各車輪の軸線が，車体の目標回転中心位置Ｃ′を通るように各車輪の操舵角α１〜α３が制御され，上記目標回転中心位置Ｃ′から各車輪Ｗ１〜Ｗ３までの距離に応じて各車輪の速度Ｖ１〜Ｖ３が制御されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，車体Ｂ０が進行方向を変えながら走行している場合には，車体Ｂ０は必ずある点を回転中心として走行するため，上述のように，上記各車輪Ｗ１〜Ｗ３は原則としてその軸線が一点（上記回転中心）で交差するようにそれぞれの操舵角α１〜α３が制御される。しかしながら，各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などにより，上記各車輪Ｗ１〜Ｗ３の軸線が一点で交わらない場合には（図７参照），全車輪の交点の平均位置を車体の回転中心と推定して車体の位置・姿勢・進行方向が推定される。ところが，上記各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きく，各車輪の軸線の交点のズレが大きくなると，車輪同士の進行方向が大きく干渉し，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり，車体が振動するなどの不具合が発生する場合があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車において，各車輪同士の干渉を最小限に抑えることが可能な無人走行車の制御方法及びその装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の方法は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御方法において，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出工程と，上記操舵角検出工程で検出された上記マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御工程と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出工程と，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定工程と，上記推定工程で推定された車体の走行軌跡と上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御工程とを具備し，上記スレーブ輪制御工程において，上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御方法として構成されている。
また，上記スレーブ輪制御工程は，例えば上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度と，上記交点から各車輪までの距離の比とを用いて，上記スレーブ輪の速度を制御するように構成できる。
更に，上記推定工程は，例えば上記両マスタ輪の軸線の交点より車体の回転中心位置を求め，上記回転中心位置と上記両マスタ輪との距離，及び上記両マスタ輪の速度を用いて，車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向を求め，上記車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向と，前回の制御時における車体の推定位置・姿勢・進行方向とに基づいて，現在の車体の推定位置・姿勢・進行方向を求めるように構成できる。
【０００５】
また，上記目的を達成するために本発明の装置は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御装置において，上記所定の走行経路の情報が予め記憶された地図情報記憶手段と，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御手段と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出手段と，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定手段と，上記推定手段で推定された車体の走行軌跡と上記地図情報記憶手段に記憶された上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御手段とを具備し，上記スレーブ輪制御手段が，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御装置として構成されている。
【０００６】
【作用】
本発明に係る無人走行車の制御装置では，無人走行車の走行中，まず操舵角検出手段及び速度検出手段により，両マスタ輪の操舵角及び移動速度が検出される。そして，スレーブ輪制御手段により，上記両マスタ輪の操舵角の実測値に基づいて，スレーブ輪の操舵角が制御される。その方法としては，例えば上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角より該両マスタ輪の軸線の交点が求められ，スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角が制御される。また，スレーブ輪の移動速度は，上記両マスタ輪の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて制御される。その方法としては，例えば上記操舵角検出手段で検出された両マスタ輪の操舵角より該両マスタ輪の軸線の交点が求められ，上記速度検出手段で検出された両マスタ輪の速度と，上記交点から各車輪までの距離の比とを用いて，スレーブ輪の速度が制御される。このように，スレーブ輪の操舵角及び移動速度が，両マスタ輪の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて制御されるため，従来の制御装置のように各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなり，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止される。
【０００７】
続いて，推定手段により，上記操舵角検出手段及び速度検出手段で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，車体の走行軌跡，例えば現在の位置・姿勢・進行方向が推定される。その方法としては，例えば上記両マスタ輪の軸線の交点より車体の回転中心位置が求められ，上記回転中心位置と上記両マスタ輪との距離，及び上記両マスタ輪の速度を用いて，車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向が求められ，上記車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向と，前回の制御時における車体の推定位置・姿勢・進行方向とに基づいて，現在の車体の推定位置・姿勢・進行方向が求められる。
続いて，マスタ輪制御手段により，地図情報記憶手段に予め記憶された走行経路上での車体の位置・進行方向・姿勢と，上記推定手段で推定された車体の現在の位置・進行方向・姿勢との偏差を小さくするように両マスタ輪の速度及び操舵角が制御される。このように，２つのマスタ輪のみを用いて車体の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，上記従来の制御装置のように各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体の回転中心は必ず１点に決められ，正確な推定が行える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御装置Ａ１の概略構成を示す模式図，図２は本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御方法の概略処理手順を示すフローチャート，図３は上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図，図４は上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図，図５は無人走行車Ｂ１の推定位置の算出方法の説明図である。
本実施の形態において制御対象とする無人走行車Ｂ１は，図３に示すように，３つの車輪Ｗ１〜Ｗ３を有している。これら３つの車輪Ｗ１〜Ｗ３にはそれぞれ図示しない操舵モータと駆動モータとが接続されており，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能である。また，上記３つの車輪Ｗ１〜Ｗ３のうち，Ｗ１とＷ２をマスタ輪，Ｗ３をスレーブ輪とする。
上記無人走行車Ｂ１の走行制御を行う制御装置Ａ１は，図１に示すように，無人走行車Ｂ１のマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角検出センサ１，３と，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の移動速度検出センサ２，４と，上記各検出センサ１〜４に接続されたスレーブ輪制御部５と，上記各検出センサ１〜４に接続された推定部６と，地図情報記憶部７と，上記推定部６及び上記地図情報記憶部７に接続されたマスタ輪制御部８と，上記マスタ輪制御部８に接続されたマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵モータコントローラ９，１１，及びマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の駆動モータコントローラ１０，１２と，上記スレーブ輪制御部５に接続されたスレーブ輪Ｗ３の操舵モータコントローラ１３及び駆動モータコントローラ１４とで構成されている。
上記マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角検出センサ１，３はそれぞれマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角を検出し，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の移動速度検出センサ２，４はそれぞれマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の移動速度を検出する。
上記スレーブ輪制御部５は，上記検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，スレーブ輪Ｗ３の操舵角及び移動速度を求め，上記スレーブ輪Ｗ３の操舵モータコントローラ１３及び駆動モータコントローラ１４に操舵角及び移動速度の変更を指示する。
上記推定部６は，上記検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向を推定する。
上記マスタ輪制御部８では，上記地図情報記憶部７に予め記憶されている車体Ｂ１の走行経路情報と，上記推定部６で推定された車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向との偏差を小さくするような両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度及び操舵角を求め，上記マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵モータコントローラ９，１１及び駆動モータコントローラ１０，１２に操舵角及び移動速度の変更を指示する。
【０００９】
以下，上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御動作について，図２に示すフローチャート，及び図３，図４に示す説明図を用いて詳述する。
無人走行車Ｂ１の走行中，まず上記両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角，移動速度検出センサ１〜４により，両マスタ輪の操舵角α1 ，α2 及び移動速度Ｖ1 ，Ｖ2 が検出される（ステップＳ１）。
続いて，スレーブ輪制御部５は，上記各検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，以下のようにスレーブ輪Ｗ３の操舵角及び移動速度を求める（ステップＳ２）。
図３に示すように，車体中心を原点とする車体座標系における上記両マスタ輪の操舵角α1 ，α2 ，及び座標値（Ｘ1 ，Ｙ1 ），（Ｘ2 ，Ｙ2 ）を用いて，車体の回転中心座標（Ｘp ，Ｙp ）を上記車体座標系で表すと次のようになる。
【数１】
【数２】
α3 ＝ｔａｎ-1（（Ｘ3 −Ｘp ）／（Ｙp −Ｙ3 ）） …（６）
また，車輪Ｗ３の移動速度Ｖ3 は，
Ｖc ／Ｒ0 ＝Ｖ3 ／Ｒ3 ＝ωc …（７）
の関係より，次のように求められる。
【数３】
このように，スレーブ輪Ｗ３は，両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて得られた車体Ｂ１の回転中心，並進速度，回転速度に合わせて操舵角及び駆動速度が制御されるため，従来の制御装置のように各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなり，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。
【００１０】
続いて，推定部６は，上記各検出センサ１〜４で検出された両マスタ輪の操舵角及び移動速度に基づいて，以下のように車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向を推定する。（ステップＳ３）。
車体Ｂ１は，上式（１）〜（５）に示すように，回転中心を（Ｘp ，Ｙp ）として，並進速度Ｖc ，回転速度ωc ，進行方向θc-body（全て車体座標系）で走行している。そこで，上式（１）〜（５）を用いて，経路座標系における車体Ｂ１の位置・進行方向・姿勢（Ｘn ，Ｙn ，θn ，φn ）を求める。
車体Ｂ１は回転速度ωc で回転しているから，微小単位時間ΔＴの間にはωc ΔＴだけ車体姿勢が変化する。従って，車体姿勢φn は，前回の算出結果φn-1 に変化分を加算することにより次のように求められる。
φn ＝φn-1 ＋ωc ΔＴ …（９）
進行方向θn は，車体姿勢φn に車体座標系での進行方向θc-bodyを加算することにより次のように求められる。
θn ＝θc-body＋φn …（１０）
車体の位置（Ｘn ，Ｙn ）は，微小時間内での走行軌跡を円弧と仮定し，前回の算出結果（Ｘn-1 ，Ｙn-1 ）に位置の変化分を加算することにより次のように求められる。
Ｘn ＝Ｘn-1 ＋ｄ・ｃｏｓ（θn-1 ＋Δθ／２） …（１１）
Ｙn ＝Ｙn-1 ＋ｄ・ｓｉｎ（θn-1 ＋Δθ／２） …（１２）
ここで，
Δθ≠０のとき（回転走行のとき），
Δｓ＝Ｒ0 Δθ，ｄ＝２Ｒ0 ｓｉｎ（Δθ／２）より（図５参照），
ｄ＝（ｓｉｎ（Δθ／２）／（Δθ／２））・Δｓ
Δθ＝０（直線走行のとき），
ｄ＝Δｓ
但し，Δθ＝θn −θn-1 ，
Δｓ＝（（Ｖn −Ｖn-1 ）／２）・ΔＴ
以上のように，車体Ｂ１の経路座標系における位置・進行方向・姿勢（Ｘn ，Ｙn ，θn ，φn ）が求められた。
【００１１】
続いて，マスタ輪制御部８では，地図情報記憶部７に予め記憶されている走行経路上での車体Ｂ１の位置・進行方向・姿勢（Ｘr ，Ｙr ，θr ，φr ）と，上記推定部６で推定された車体Ｂ１の現在の位置・進行方向・姿勢（Ｘn ，Ｙn ，θn ，φn ）との偏差（Ｘe ，Ｙe ，θe ，φe ）を小さくするような両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度Ｖ1 ′，Ｖ2 ′及び操舵角α1 ′，α2 ′を以下のように求める（ステップＳ４）。
まず，上記偏差（Ｘe ，Ｙe ，θe ，φe ）が小さくなるような車体Ｂ１の並進速度Ｖ0 ，回転速度ω0 ，進行方向θ0 （図４参照）を，車体座標系に対して算出する。ここで，基本的な考え方として，Ｘ方向の偏差は並進速度で，Ｙ方向の偏差は進行方向で，車体姿勢の偏差は角速度でそれぞれ補正する。
Ｖ0 ＝Ｖr ＋Ｋｘ・Ｘe …（１３）
ω0 ＝ωr ＋Ｋφ・φe …（１４）
θ0-body＝θr-body＋Ｋｙ・Ｙe …（１５）
但し，Ｖr ：目標速度
ωr ：目標各速度
θr-body：車体座標系における目標進行方向（＝θr −φr ）
Ｋｘ：Ｘ方向偏差の補正ゲイン（正の定数）
Ｋｙ：Ｙ方向偏差の補正ゲイン（正の定数）
Ｋφ：車体姿勢偏差の補正ゲイン（正の定数）
【００１２】
次に，上記（１３）〜（１５）式を用いて，次のようにマスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度Ｖ1 ′，Ｖ2 ′，及び操舵角α1 ′，α2 ′を求める（図４参照）。
まず，車体Ｂ１の回転半径Ｒ0 ′は，
Ｒ0 ′＝Ｖ0 ／ω0 …（１６）
であるため，車体Ｂ１の回転中心座標（Ｘp ′，Ｙp ′）は次式で表せる。
Ｘp ′＝−Ｒ0 ′・ｓｉｎθ0-body …（１７）
Ｙp ′＝Ｒ0 ′・ｃｏｓθ0-body …（１８）
そこで，マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の速度Ｖ1 ′，Ｖ2 ′，及び操舵角α1 ′，α2 ′は次式により求められる。
【数４】
上記ステップＳ４が終了すると，上記ステップＳ１へ戻り，制御後の両マスタ輪の操舵角及び移動速度が検出され，ステップＳ２において上記検出値に基づいてスレーブ輪Ｗ３の制御が行われる。
【００１３】
以上のように，推定部６では，２つのマスタ輪Ｗ１，Ｗ２のみを用いて車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，上記従来の制御装置のように各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体Ｂ１の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定が行える。
以上説明したように，本実施の形態に係る制御装置Ａ１では，スレーブ輪Ｗ３の操舵角及び移動速度が，両マスタ輪Ｗ１，Ｗ２の操舵角及び移動速度の実測値に基づいて制御されるため，従来の制御装置のように各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなり，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。また，２つのマスタ輪Ｗ１，Ｗ２のみを用いて車体Ｂ１の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，上記従来の制御装置のように各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体Ｂ１の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定を行うことができる。
【００１４】
【実施例】
上記実施の形態では，スレーブ輪が１つの場合を取り上げたが，スレーブ輪が２つ以上の場合も全く同様に適用できる。その場合，各スレーブ輪の操舵角及び移動速度は，上記（６），（８）式内の座標値（Ｘ3 ，Ｙ3 ）を各スレーブ輪の座標値に入れ替えることにより求められる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明に係る無人走行車の制御方法は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御方法において，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出工程と，上記操舵角検出工程で検出された上記マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御工程と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出工程と，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定工程と，上記推定工程で推定された車体の走行軌跡と上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御工程とを具備し，上記スレーブ輪制御工程において，上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御方法として構成されているため，スレーブ輪の操舵角が両マスタ輪の操舵角の実測値に基づいて制御され，各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなっても，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。また，２つのマスタ輪のみを用いて車体の現在の位置・姿勢・進行方向が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定を行うことができる。
【００１６】
また，上記制御方法を適用可能な制御装置として，本発明の装置は，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御装置において，上記所定の走行経路の情報が予め記憶された地図情報記憶手段と，上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御手段と，上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出手段と，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定手段と，上記推定手段で推定された車体の走行軌跡と上記地図情報記憶手段に記憶された上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御手段とを具備し，上記スレーブ輪制御手段が，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御装置として構成されているため，スレーブ輪の操舵角が両マスタ輪の操舵角の実測値に基づいて制御され，各車輪の軸線の交点がズレて車輪同士の進行方向の干渉が大きくなっても，各車輪のモータや車軸に過負荷がかかったり車体が振動するなどの不具合が防止できる。更に，２つのマスタ輪のみを用いて車体の走行軌跡が推定され，更に所定の走行経路に近付ける制御についても上記２つのマスタ輪に対して行われるため，各車輪の操舵モータの応答性の違いや外乱などが大きくなっても，車体の回転中心は必ず１点に決めることができ，正確な推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御装置Ａ１の概略構成を示す模式図。
【図２】 本発明の実施の形態に係る無人走行車の制御方法の概略処理手順を示すフローチャート。
【図３】 上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図。
【図４】 上記制御装置Ａ１による無人走行車Ｂ１の制御手順の説明図。
【図５】 無人走行車Ｂ１の推定位置の算出方法の説明図。
【図６】 従来の無人走行車Ｂ０の走行制御方法の説明図。
【図７】 従来の無人走行車Ｂ０の走行制御方法の説明図。
【符号の説明】
１…車輪Ｗ１の操舵角検出センサ
２…車輪Ｗ１の移動速度検出センサ
３…車輪Ｗ２の操舵角検出センサ
４…車輪Ｗ２の移動速度検出センサ
５…スレーブ輪制御部
６…推定部
７…地図情報記憶部
８…マスタ輪制御部
９…車輪Ｗ１の操舵モータコントローラ
１０…車輪Ｗ１の駆動モータコントローラ
１１…車輪Ｗ２の操舵モータコントローラ
１２…車輪Ｗ２の駆動モータコントローラ
１３…車輪Ｗ３の操舵モータコントローラ
１４…車輪Ｗ３の駆動モータコントローラ
Ｂ１…無人走行車
Ｗ１，Ｗ２…マスタ輪
Ｗ３…スレーブ輪
Claims (4)
- それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御方法において，
上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出工程と，
上記操舵角検出工程で検出された上記マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御工程と，
上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出工程と，
上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定工程と，
上記推定工程で推定された車体の走行軌跡と上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御工程とを具備し，
上記スレーブ輪制御工程において，上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出工程及び上記速度検出工程で検出された上記マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御方法。 - 上記スレーブ輪制御工程が，
上記操舵角検出工程で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，
上記速度検出工程で検出された上記両マスタ輪の速度と，上記交点から各車輪までの距離の比とを用いて，上記スレーブ輪の速度を制御するものである請求項１記載の無人走行車の制御方法。 - 上記推定工程が，
上記両マスタ輪の軸線の交点より車体の回転中心位置を求め，
上記回転中心位置と上記両マスタ輪との距離，及び上記両マスタ輪の速度を用いて，車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向を求め，
上記車体座標系における車体の並進速度，回転速度，及び進行方向と，前回の制御時における車体の推定位置・姿勢・進行方向とに基づいて，現在の車体の推定位置・姿勢・進行方向を求めるものである請求項１又は２記載の無人走行車の制御方法。 - それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な２つのマスタ輪と，それぞれ独立して速度及び操舵角の制御が可能な１つ以上のスレーブ輪とを有する無人走行車を，所定の走行経路に沿って走行させる無人走行車の制御装置において，
上記所定の走行経路の情報が予め記憶された地図情報記憶手段と，
上記２つのマスタ輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と，
上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の操舵角を制御するスレーブ輪制御手段と，
上記２つのマスタ輪の速度を検出する速度検出手段と，
上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，車体の走行軌跡を推定する推定手段と，
上記推定手段で推定された車体の走行軌跡と上記地図情報記憶手段に記憶された上記所定の走行経路とに基づいて，上記マスタ輪の速度及び操舵角を制御する走行制御手段とを具備し，
上記スレーブ輪制御手段が，上記操舵角検出手段で検出された上記両マスタ輪の操舵角より，該両マスタ輪の軸線の交点を求め，上記スレーブ輪の軸線が上記交点を通るように上記スレーブ輪の操舵角を制御すると共に，上記操舵角検出手段及び上記速度検出手段で検出された上記両マスタ輪の速度及び操舵角に基づいて，上記スレーブ輪の速度を制御することを特徴とする無人走行車の制御装置。
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