(57)【要約】【課題】走行方向の路面の状態を、確実に認識し、誤検出を低減させることを課題とする。【解決手段】駆動部材を制御する走行制御部と、走行方向の所定の前方空間に所定の光を出射して、前記前方空間内に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部とを備え、前記距離検出部は、前記前方空間の所定の複数の測点に向けて前記光が照射されるように、光の出射方向を走査させる走査制御部を備え、前記走査制御部によって光の出射方向を走査することにより、前記複数の測点に向けて出射された光が物体および路面に反射された場合に、前記距離検出部によって距離が検出された測点数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態を判定する路面判定部をさらに備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部材を制御する走行制御部と、
走行方向の所定の前方空間に所定の光を出射して、前記前方空間内に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部とを備え、
前記距離検出部は、前記前方空間の所定の複数の測点に向けて前記光が照射されるように、光の出射方向を走査させる走査制御部を備え、
前記走査制御部によって光の出射方向を走査することにより、前記複数の測点に向けて出射された光が物体および路面に反射された場合に、前記距離検出部によって距離が検出された測点数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態を判定する路面判定部をさらに備えたことを特徴とする自律走行装置。
【請求項２】
前記距離検出部は、光を出射する発光部と、光を受光する受光部とを備え、
前記受光部に前記反射光が受光されたことを確認する受光確認部と、
前記発光部から光が出射された時刻と、前記受光部に反射光が受光されたことを確認された時刻との時間差を利用して、前記発光部と前記複数の測点との間の距離である受光距離を算出する受光距離算出部とをさらに備え、
前記路面判定部は、前記受光確認部によって反射光が受光されたことが確認された測点に対しては物体が存在し、反射光が受光されたことが確認されなかった測点に対しては物体が存在しないと判定することを特徴とする請求項１に記載の自律走行装置。
【請求項３】
前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上、ほとんど変化のない場合は、走行方向の路面は平坦な路面であると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の自律走行装置。
【請求項４】
走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上減少傾向を示している場合は、走行方向の路面に、穴領域が存在していると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の自律走行装置。
【請求項５】
走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が一定数存在していた状態から、前記距離が検出された測点数が所定の時間だけ減少傾向あるいは増加傾向を示した後、前記一定数の測点数と異なる測点数でほとんど変化がない状態となった場合は、走行方向の路面が、光の反射率の異なる路面に変化したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の自律走行装置。
【請求項６】
前記距離検出部は、所定の距離測定領域内の２次元空間または３次元空間にレーザーを出射し、前記距離測定領域内の複数の測点における距離を測定するＬＩＤＡＲを用いることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の自律走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自律走行装置に関し、特に、物の運搬や建物周辺の監視等を行うために、障害物等を避けながら所定の経路を自走する自律走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、荷物を搬送する搬送ロボットや建物内および建物周辺や所定の敷地内の状況を監視する監視ロボットなど、自律的に移動する自律走行装置が利用されている。
このような自律走行装置では、カメラや距離画像センサを利用して、移動する経路上に存在する障害物を検出して障害物を避けながら走行し、また、段差を検出して大きな段差のある領域には進入しないようにしている。
【０００３】
たとえば、特許文献１では、物体からの反射光を利用して距離を測定する距離画像センサを用いて、反射光強度と測定された距離に基づいて、障害物と床面検出を行う障害物検出システムが提案されている。
また、特許文献２では、移動体の進行方向の床面領域について、超音波センサやレーザーセンサ等の測域センサを用いて路面データを取得して、路面データに基づいて移動可能領域と移動不可能領域とを振り分けて、精度よく障害を認識するシステムが提案されている。
さらに、特許文献３では、近距離用と遠距離用の距離画像センサを備え、進行方向斜め下方の床面や障害物までの距離を測定して、測定距離と平面方程式とを利用して、床面にある凹みや障害物の存在を検知する距離計測システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６８７５１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２０２２７号公報
【特許文献３】特開２０１４−２１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の障害物検出システムでは、自律走行装置が屋外を走行する場合、路面の状態や天候によって、障害物等の検出精度が変化し、障害物や段差等を検出できない場合や誤検出することがあった。
したがって、屋外を走行する場合には、路面の状態等の変化があっても、障害物等の誤検出をしないような検出方法が望ましい。
そこで、この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、路面に存在する段差や穴などの路面状態と障害物等の誤検出を低減させることのできる自律走行装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、駆動部材を制御する走行制御部と、走行方向の所定の前方空間に所定の光を出射して、前記前方空間内に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部とを備え、前記距離検出部は、前記前方空間の所定の複数の測点に向けて前記光が照射されるように、光の出射方向を走査させる走査制御部を備え、前記走査制御部によって光の出射方向を走査することにより、前記複数の測点に向けて出射された光が物体および路面に反射された場合に、前記距離検出部によって距離が検出された測点数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態を判定する路面判定部をさらに備えたことを特徴とする自律走行装置を提供するものである。
【０００７】
また、前記距離検出部は、光を出射する発光部と、光を受光する受光部とを備え、前記受光部に前記反射光が受光されたことを確認する受光確認部と、前記発光部から光が出射された時刻と、前記受光部に反射光が受光されたことを確認された時刻との時間差を利用して、前記発光部と前記複数の測点との間の距離である受光距離を算出する受光距離算出部とをさらに備え、前記路面判定部は、前記受光確認部によって反射光が受光されたことが確認された測点に対しては物体が存在し、反射光が受光されたことが確認されなかった測点に対しては物体が存在しないと判定することを特徴とする。
【０００８】
また、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上、ほとんど変化のない場合は、走行方向の路面は平坦な路面であると判定することを特徴とする。
また、走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が、所定の時間以上減少傾向を示している場合は、走行方向の路面に、穴領域が存在していると判定することを特徴とする。
また、走行している状態において、前記路面判定部は、前記距離が検出された測点数が一定数存在していた状態から、前記距離が検出された測点数が所定の時間だけ減少傾向あるいは増加傾向を示した後、前記一定数の測点数と異なる測点数でほとんど変化がない状態となった場合は、走行方向の路面が、光の反射率の異なる路面に変化したと判定することを特徴とする。
また、前記距離検出部は、所定の距離測定領域内の２次元空間または３次元空間にレーザーを出射し、前記距離測定領域内の複数の測点における距離を測定するＬＩＤＡＲを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、走行方向の所定の前方空間の測点に向けて、光を走査しながら出射することによって、物体および路面によって反射された光を利用して、距離が測定された測点の数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態等を判定するので、これから進行しようとする路面の状態等を確実に認識することができ、誤検出を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の自律走行装置の一実施例の外観図である。
【図２】この発明の自律走行装置の走行に関係する構成の説明図である。
【図３】この発明の自律走行装置の一実施例の構成ブロック図である。
【図４】この発明の距離検出部の一実施例の概略説明図である。
【図５】この発明の距離検出部から出射されるレーザーの走査方向の概略説明図である。
【図６】この発明のレーザーの照射領域を、上方向および後方から見た概略説明図である。
【図７】この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。
【図８】この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。
【図９】この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。
【図１０】この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。
【図１１】この発明の自律走行装置が走行する路面の判定処理についての一実施例の説明図である。
【図１２】測点数の重み付けの一実施例の説明図である。
【図１３】測点間の水平方向の距離差に基づく重み付けの一実施例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を使用して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例の記載によって、この発明が限定されるものではない。
＜自律走行装置の構成＞
図１に、この発明の自律走行装置の一実施例の外観図を示す。
図１において、この発明の自律走行装置１は、所定の経路情報に基づいて、障害物を避けながら、自律的に移動する機能を有する車両である。
また、自律走行装置１は、移動機能に加えて、輸送機能、監視機能、掃除機能、誘導機能、通報機能、道案内、農作業機能（芝刈り、耕うん、収穫）などの種々の機能を備えてもよい。
以下の実施例では、主として、屋外の所定の監視領域や通路を自律走行し、監視領域等の監視を行うことのできる監視機能を備えた自律走行装置について説明する。
【００１２】
図１の外観図において、自律走行装置１（以下、車両とも呼ぶ）は、主として、車体１０と、４つの車輪（２１，２２）と、監視ユニット２と、制御ユニット３とを備える。
監視ユニット２は、移動する領域や路面の状態を確認する機能や監視対象を監視する機能を有する部分であり、たとえば、移動する前方空間の状態を確認する距離検出部５１、走行している現在位置の情報を取得する位置情報取得部５５、カメラなどから構成される。
制御ユニット３は、この発明の自律走行装置の有する走行機能や監視機能などを実行する部分であり、たとえば後述するような制御部５０、通信部５８、路面判定部５９、記憶部７０などから構成される。
【００１３】
この発明では、特に、距離検出部５１を利用して、車体１０の進行方向前方の状態を確認しながら自走し、前方に、障害物、段差、穴等が存在することを検出した場合には、障害物に衝突することや穴にはまって動けなくなることを防止するために、静止、回転、後退、前進等の動作を行って進路を変更する。
【００１４】
図２に、この発明の自律走行装置の走行に関係する構成の説明図を示す。
図２（ａ）は、車両１の右側面図であり、右側の前輪２１や後輪２２を仮想線で示している。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図を示し、後述するスプロケット２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂを仮想線で示している。車体１０の前面１３に前輪（２１，３１）を配置し、後面１４に後輪（２２，３２）を配置する。
車体１０の各側面１２Ｒ，１２Ｌには帯状のカバー１８が設置され、車体１０の前後方向に沿って延びている。カバー１８の下側には、前輪２１、３１および後輪２２、３２をそれぞれ回転支持する車軸２１ａ，３１ａおよび車軸２２ａ、３２ａが設けられている。各車軸２１ａ，３１ａ，２２ａ，３２ａは、動力伝達部材によって結合されない場合は、独立して回転可能となっている。
【００１５】
左右のそれぞれ一対の前輪（２１，３１）と後輪（２２，３２）とには動力伝達部材であるベルト２３，３３が設けられている。具体的には、右側の前輪２１の車軸２１ａにはスプロケット２１ｂが設けられ、後輪２２の車軸２２ａにはスプロケット２２ｂが設けられる。また、前輪のスプロケット２１ｂと後輪のスプロケット２２ｂとの間には、例えばスプロケットと歯合する突起を内面側に設けたベルト２３が巻架されている。同様に、左側の前輪３１の車軸３１ａにはスプロケット３１ｂが設けられるとともに、後輪３２の車軸３２ａにはスプロケット３２ｂが設けられており、前輪のスプロケット３１ｂと後輪のスプロケット３２ｂとの間には、ベルト２３と同様に、ベルト３３が巻架されている。
【００１６】
したがって、左右のそれぞれ一対の前輪と後輪（２１と２２、３１と３２）は、ベルト（２３，３３）によって連結駆動されるので、一方の車輪を駆動すればよい。たとえば、前輪（２１，３１）を駆動すればよい。一方の車輪を駆動輪とした場合に、他方の車輪は、動力伝達部材であるベルトによってスリップすることなく駆動される従動輪として機能する。
左右それぞれ一対の前輪と後輪とを連結駆動する動力伝達部材としては、スプロケットとこのスプロケットに歯合する突起を設けたベルトを用いるほか、例えば、スプロケットとこのスプロケットに歯合するチェーンを用いてもよい。さらに、スリップが許容できる場合は、摩擦の大きなプーリーとベルトを動力伝達部材として用いてもよい。ただし、駆動輪と従動輪の回転数が同じとなるように動力伝達部材を構成する。
図２では、前輪（２１、３１）が駆動輪に相当し、後輪（２２、３２）が従動輪に相当する。
【００１７】
車体１０の底面１５の前輪側には、右側の前後輪２１，２２を駆動するための電動モータ４１Ｒと、左側の前後輪３１，３２を駆動するための電動モータ４１Ｌの２つのモータが設けられている。右側の電動モータ４１Ｒのモータ軸４２Ｒと右側の前輪２１の車軸２１ａとの間には、動力伝達機構としてギアボックス４３Ｒが設けられている。同様に、左側の電動モータ４１Ｌのモータ軸４２Ｌと左側の前輪３１の車軸３１ａとの間には、動力伝達機構としてギアボックス４３Ｌが設けられている。ここでは、２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌは車体の進行方向の中心線に対して左右対称となるように並列配置されており、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌもそれぞれ電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの左右外側に配設されている。
【００１８】
ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌは、複数の歯車や軸などから構成され、電動モータからの動力をトルクや回転数、回転方向を変えて出力軸である車軸に伝達する組立部品であり、動力の伝達と遮断を切替えるクラッチを含んでいてもよい。なお、左右の後輪２２，３２はそれぞれ軸受４４Ｒ，４４Ｌによって軸支されており、軸受４４Ｒ，４４Ｌはそれぞれ車体１０の底面１５の右側面１２Ｒ、左側面１２Ｌに近接させて配設されている。
【００１９】
以上の構成により、進行方向右側の一対の前後輪２１，２２と、左側の前後輪３１，３２とは、独立して駆動することが可能となる。すなわち、右側の電動モータ４１Ｒの動力はモータ軸４２Ｒを介してギアボックス４３Ｒに伝わり、ギアボックス４３Ｒによって回転数、トルクあるいは回転方向が変更されて車軸２１ａに伝達される。そして、車軸２１ａの回転によって車輪２１が回転するとともに、車軸２１ａの回転は、スプロケット２１ｂ、ベルト２３、および、スプロケット２２ｂを介して後軸２２ｂに伝わり、後輪２２を回転させることになる。左側の電動モータ４１Ｌからの前輪３１および後輪３２への動力の伝達については上記した右側の動作と同様である。
【００２０】
そして、２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの回転数が同じである場合、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比（減速比）を同じにすれば、自律走行装置１は前進あるいは後進を行うことになる。自律走行装置１の速度を変更する場合は、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比を同じ値に維持しつつ変化させればよい。
また、進行方向を変える場合は、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比を変更して、右側の前輪２１および後輪２２の回転数と左側の前輪３１および後輪３２の回転数とに、回転差を持たせればよい。さらに、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌからの出力の回転方向を変えることにより、左右の車輪の回転方向を反対にすることで車体中央部を中心とした定置旋回が可能になる。
【００２１】
自律走行装置１を定置旋回させる場合は、前後の車輪の角度を可変にするステアリング機構が設けられていないため、前後の車輪の間隔（ホイールベース）が大きいほど、車輪にかかる抵抗が大きくなり、旋回のために大きな駆動トルクが必要となる。しかし、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌ内のギア比は可変にしているので、旋回時の車輪の回転数を下げるだけで車輪に大きなトルクを与えることができる。
【００２２】
例えば、ギアボックス４３Ｒ内のギア比として、モータ軸４２Ｒ側のギアの歯数を１０、中間ギアの歯数を２０、車軸２１ｂ側のギアの歯数を４０とした場合、車軸２１ｂの回転数はモータ軸４２Ｒの１／４の回転数となるが、４倍のトルクが得られる。そして、更に回転数が小さくなるようなギア比を選択することによって、より大きなトルクを得ることができるため、不整地や砂地などの車輪に係る抵抗が大きな路面であっても旋回が可能となる。
【００２３】
また、モータ軸４２Ｒ，４２Ｌと車軸２１ａ、３１ａとの間にギアボックス４３Ｒ，４３Ｌを設けているため、車輪２１，３１からの振動が直接モータ軸に伝わることがない。さらに、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌに動力の伝達と切り離し（遮断）を行うクラッチを設けておき、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの非通電時には、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌ側と駆動軸となる車軸２１ａ，３１ａとの間の動力伝達を遮断しておくことが望ましい。これにより、仮に停止時に車体１０に力が加わり車輪が回転しても、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌには回転が伝わらないため、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌに逆起電力が発生することはなく、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの回路を損傷するおそれもない。
【００２４】
このように、左右のそれぞれ前後一対の前輪と後輪を動力伝達部材で連結し、前輪側に配置した２つの電動モータで駆動可能するようにして４輪を駆動しているので、後輪専用の電動モータ、さらに、この電動モータと後輪との間に必要な後輪専用のギアボックスを設ける必要がなく、後輪専用の電動モータやギアボックスのための設置スペースを削減することができる。
上記したように、車体１０の底面１５の前輪２１、３１側には２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌを進行方向左右に配置し、さらに各電動モータ４１Ｒ，４１Ｌのそれぞれの左右側方にギアボックス４３Ｒ，４３Ｌを配置しているが、底面１５の後輪２２、３２側には軸受４４Ｒ，４４Ｌを配置しているだけであるため、車体１０の底面１５には、その中央位置から例えば車体の後端までにわたって、広い収容スペース１６を確保できる。
【００２５】
各電動モータ４１Ｒ，４１Ｌは、例えばリチウムイオン電池などのバッテリ４０を動力源とし、バッテリ４０を収容スペース１６に設置する。具体的には、バッテリ４０は、例えば直方体の外形をなし、図２（ｂ）に示すように、底面１５の略中央位置に載置することが可能である。また、車体１０の後面１４は例えば上面あるいは底面１５に対して開閉可能に構成し、収容スペース１６へのバッテリ４０の出し入れを容易にすることが望ましい。これにより、長時間走行を実現させるための大容量のバッテリ４０を車体１０の収容スペース１６に搭載可能になり、また、バッテリ４０の交換、充電、点検などの作業は、後面１４から容易に実施可能になる。さらに、バッテリ４０を底面１５に配置することができるため、車体１０の重心が低く、安定した走行が可能な電動車両を得ることができる。
【００２６】
図３に、この発明の自律走行装置の一実施例の構成ブロック図を示す。
図３において、この発明の自律走行装置１は、主として、制御部５０、距離検出部５１、受光確認部５２、受光距離算出部５３、カメラ５４、位置情報取得部５５、走行制御部５６、車輪５７、通信部５８、路面判定部５９、充電池６０、記憶部７０を備える。
また、自律走行装置１は、ネットワーク６を介して、管理サーバ５に接続され、管理サーバ５から送られる指示情報等に基づいて自律走行し、取得した監視情報などを管理サーバ５に送信する。
ネットワーク６としては、現在利用されているあらゆるネットワークを利用することができるが、自律走行装置１は、移動する装置であるので、無線通信が可能なネットワーク（たとえば、無線ＬＡＮ）を利用することが好ましい。
【００２７】
無線通信のネットワークとしては、公衆に開放されているインターネットなどを利用してもよく、あるいは、接続できる装置が限定される専用回線の無線ネットワークを利用してもよい。無線通信路での無線伝送方式としては、各種無線ＬＡＮ（Local Area Network）（ＷｉＦｉ（登録商標）認証の有無は問わない）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  ＬＥ（Low Energy）などの規格に準じた方式が挙げられ、無線到達距離や伝送帯域などを考慮して使用すればよいが、例えば携帯電話網などを利用してもよい。
管理サーバ５は、主として、通信部９１、監視制御部９２、記憶部９３を備える。通信部９１は、ネットワーク６を介して、自律走行装置１と通信する部分であり、無線による通信機能を有することが好ましい。
監視制御部９２は、自律走行装置１に対する移動制御、自律走行装置１の情報収集機能および監視機能などを実行させる部分である。
記憶部９３は、自律走行装置１に対して移動指示をするための情報、自律走行装置１から送られてきた監視情報（受信監視情報９３ａなど）、監視制御のためのプログラムなどを記憶する部分である。
【００２８】
自律走行装置１の制御部５０は、走行制御部５６などの各構成要素の動作を制御する部分であり、主として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏコントローラ、タイマー等からなるマイクロコンピュータによって実現される。
ＣＰＵは、ＲＯＭ等に予め格納された制御プログラムに基づいて、各種ハードウェアを有機的に動作させて、この発明の走行機能、路面判定機能などを実行する。
【００２９】
距離検出部５１は、車両の現在位置から、進行方向の前方空間に存在する物体および路面までの距離を検出する部分である。ここで、車両が屋外を走行する場合、物体とは、たとえば、建物、柱、壁、突起物、岩、停車中の車などの動かない立体物や、人間、動物、走行中の車両などを意味する。
距離検出部５１は、走行方向の所定の前方空間に所定の光を出射した後、前方空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、物体および路面までの距離を検出する。具体的には、距離検出部５１は、主として、光を出射する発光部５１ａと、物体によって反射された光を受光する受光部５１ｂと、光の出射方向を、２次元的あるいは３次元的に変化させる走査制御部５１ｃとから構成される。
【００３０】
図４に、この発明の距離検出部５１の一実施例の説明図を示す。
ここでは、発光部５１ａから出射されたレーザー５１ｄが、物体１００に反射して、受光距離Ｌ０だけ往復して戻ってきたレーザーの一部分が受光部５１ｂに受光されることを示している。
【００３１】
センシングのために放射されるものとしては、レーザー、赤外線、可視光、超音波、電磁波などを用いることができるが、耐天候性の高さと測距精度が高いことから、レーザーを用いることが好ましい。
また、今日、距離検出用センサとして、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、あるいはLaser Imaging Detection and Ranging：ライダー）が用いられているが、これを距離検出部５１として用いてもよい。
ＬＩＤＡＲは、所定の距離測定領域内の２次元空間または３次元空間にレーザーを出射し、距離測定領域内の複数の測点における距離を測定する装置である。
また、ＬＩＤＡＲは、発光部５１ａからレーザーを出射した後、物体によって反射された反射光を受光部５１ｂで検出し、たとえば、出射時刻と受光時刻との時間差から、受光距離Ｌ０を算出する。
【００３２】
発光部５１ａから出射されたレーザーが、距離Ｌ０だけ離れた動かない物体に当たったとすると、発光部５１ａの先端から物体表面までの距離Ｌ０の２倍に相当する距離（２Ｌ０）だけ進行して、受光部５１ｂに受光される。
レーザーを出射した時刻と受光した時刻とは、レーザーが上記距離（２Ｌ０）を進行するのにかかる時間Ｔ０だけずれている。すなわち、時間差が生じている。この時間差Ｔ０と、光の速度とを利用することによって、上記受光距離Ｌ０を算出することができる。
【００３３】
図４には、距離検出部５１を動かさない場合を示しており、発光部５１ａから出射されるレーザーは同じ光路を進行する場合を示している。
したがって、物体１００の一点に当たって反射してきた反射光を受光した場合、発光部５１ａの先端と物体の一点との距離のみが算出される。
【００３４】
走査制御部５１ｃは、走行方向の前方空間の所定の複数の測点に向けて光が照射されるように、光の出射方向を走査させる部分であり、距離検出部５１の向きを一定時間ごとに少しずつ変化させることによって、出射されるレーザーが進行する光路を少しずつ移動させる。
ＬＩＤＡＲ５１では、水平方向の所定の２次元空間の範囲内で、レーザーの出射方向を所定の走査ピッチずつ変化させて、物体までの距離を算出する（水平方向の２次元走査）。また、３次元的に距離を算出する場合は、垂直方向に、所定の走査ピッチだけレーザーの出射方向を変化させて、さらに上記の水平方向の２次元走査を行って距離を算出する。
【００３５】
図５に、距離検出部（ＬＩＤＡＲ）５１から出射されるレーザーの走査方向の概略説明図を示す。
また、図６に、距離検出部（ＬＩＤＡＲ）５１から出射されたレーザーの照射領域を、上方から見た図（図６（ａ））と、後方から見た図（図６（ｂ））を示す。
図５において、１つの点は、所定の距離だけ離れた位置の垂直方向の２次元平面（垂直平面）において、レーザーが当たった位置（以下、測点と呼ぶ）を示している。
【００３６】
たとえば、距離検出部５１の発光部５１ａから出るレーザーの出射方向を、水平方向に所定の走査ピッチだけ右方向に移動するように、距離検出部５１の向きを変化させると、レーザーは、水平方向の右方向に走査ピッチだけずれた隣の位置（測点）の垂直平面に当たる。
もし、この垂直平面の位置に物体が存在したとすると、各測点において反射されたレーザーの反射光の一部分が、受光部５１ｂに受光される。
このように順次、水平方向に、所定の走査ピッチずつ、レーザーの照射方向をずらしていくと、所定数の測点に対してレーザーが照射される。このように、複数の測点ごとに、反射光の受光の有無を確認して距離を算出する。
【００３７】
図６（ａ）には、レーザーの照射方向を、水平方向に走査ピッチずつずらして、図の左右方向（すなわち水平方向）に、レーザーを走査する例の説明図を示している。
たとえば、図６（ａ）に示すように、最も右側方向に、レーザーが照射された場合、その方向に物体が存在すれば、物体からの反射光を受光することによって、受光距離Ｌ０が算出される。
【００３８】
また、図５に示すように、レーザーを走査する方向を垂直方向とした場合、たとえば、レーザーを出射する方向を、垂直方向の上方向に所定の走査ピッチだけずらした場合は、レーザーは、垂直方向の上方向に走査ピッチだけずれた隣の位置（測点）の垂直平面に当たる。
レーザーの出射方向を垂直方向の上方向に１走査ピッチだけずらした後、図６（ａ）に示すように、水平方向にレーザーの照射方向をずらせば、前回の測点よりも上方向に１走査ピッチだけずれた位置の測点に対して、レーザーが照射される。
このように、水平方向のレーザーの走査と、垂直方向のレーザーの走査を順次行うことによって、所定の３次元空間に対してレーザーが照射され、３次元の測定空間に物体が存在すれば、その物体までの距離が算出される。
【００３９】
なお、２次元走査において、レーザーを走査する方向を、水平方向として説明したが、これに限るものではなく、垂直方向にレーザーを出射する方向を変化させてもよい。
３次元的な測定空間にレーザーを照射する場合は、垂直方向の２次元走査をした後、水平方向に所定の走査ピッチだけずらして、順次、同様の垂直方向の２次元走査を行えばよい。
【００４０】
図６（ｂ）には、レーザーを水平方向と垂直方向に走査した場合に、３次元空間に照射されるレーザーの測点の概略説明図を示している。
もし、レーザーが出射された１つの測点の方向に、物体が存在しなければ、レーザーはそのまま光路上を進行し、反射光は受光されず、距離は測定できない。
逆に、ある測点に出射されたレーザーに対して反射光が受光された場合は、距離が算出され、算出された距離だけ離れた位置に、物体が存在することが認識される。
図６（ｂ）では、右下部分の６つの測点において、反射光が検出されたことを示しており、この６つの測点を含む領域に、何らかの物体（障害物など）が存在することが認識される。
【００４１】
距離検出部５１の受光部５１ｂにレーザー５１ｄが入射されると、そのレーザーの受光強度に対応した電気信号が出力される。
受光確認部５２は、受光部５１ｂに反射光が受光されたことを確認する部分であり、具体的には、受光部５１ｂにレーザー５１ｄが受光されたときに、受光部５１ｂから出力される電気信号を確認する。
たとえば、所定のしきい値以上の強度を有する電気信号が検出された場合に、レーザーを受光したと判断し、受光したことを制御部５０に知らせる。
発光部５１ａには、従来から用いられているレーザー発光素子が用いられ、受光部５１ｂには、レーザーを検出するレーザー受光素子が用いられる。
【００４２】
受光距離算出部５３は、発光部５１ａから出射されたレーザーの出射時刻と、受光部５１ｂに反射光が受光されたことを確認された受光時刻との時間差Ｔ０を利用して、発光部５１ａと複数の測点との間の距離である受光距離Ｌ０を算出する部分である。
制御部５０が、たとえば、タイマーを利用して現在時刻を取得し、レーザーの出射時刻と、受光確認部５２によって受光が確認された受光時刻とが、受光距離算出部５３に与えられると、受光距離算出部５３は、両時刻の時間差Ｔ０と、レーザーの速度とを利用して、受光距離Ｌ０を算出する。受光確認部５２および受光距離算出部５３の機能は、主として、ＣＰＵが、所定のプログラムに基づいて、ソフトウェア的処理をすることによって実行される。
【００４３】
カメラ５４は、主として、車両の進行方向の前方の画像を撮影する部分であり、撮影する画像は、静止画でも、動画でもよい。撮影された画像は、入力画像情報７３として、記憶部７０に記憶され、必要に応じて、管理サーバ５に転送される。
また、カメラは、１台だけでなく、複数台備えてもよい。たとえば、車体の前方、左方、右方、後方をそれぞれ撮影するように、４台のカメラを固定設置してもよく、また各カメラの撮影方向を変更できるようにしてもよく、ズーム機能を備えてもよい。
また、車両が屋外を走行する場合、天候がよく撮影領域が十分に明るい場合は、カメラで撮影した画像を分析することにより、障害物や路面の状態を検出するようにしてもよい。
【００４４】
位置情報取得部５５は、車両の現在位置を示す情報（緯度、経度など）を取得する部分であり、たとえば、ＧＰＳ（Global Position System：全地球測位システム）を利用して、現在位置情報７４を取得してもよい。
取得された現在位置情報７４と、記憶部７０に予め記憶された経路情報７５とを比較しながら、車両の進行すべき方向を決定し、車両を自律走行させる。
車両を自律走行させるためには、上記した距離検出部５１、カメラ５４、位置情報取得部５５のすべてから得た情報を用いることが好ましいが、あるいは少なくともいずれか１つから得た情報を利用して自律走行させてもよい。
特に、天候が悪くカメラにより鮮明な画像を撮影できない場合や、ＧＰＳの信号を受信できない場合でも、距離検出部５１によって取得した情報から受光距離を算出することにより、進行方向に、何らかの物体（障害物、人など）が存在することや、路面に段差や穴があることが検出でき、直進することが適切でない場合は、検出された段差等の存在する位置の情報から、進路を変更することができる。
また、位置情報取得部５５としては、ＧＰＳと同様に、現在利用されている他の衛星測位システムを用いてもよい。たとえば、日本の準天頂衛星システム（Quasi-Zenith Satellite System：QZSS）、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＥＵのガリレオ、中国の北斗、インドのＩＲＮＳＳ（Indian Regional Navigational Satellite System）などを利用してもよい。
【００４５】
走行制御部５６は、駆動部材を制御する部分であり、主として、駆動部材に相当する車輪５７の回転を制御して、直線走行および回転動作などをさせることによって、自動的に車両を走行させる。駆動部材としては、車輪、キャタピラなどを含む。
車輪５７は、図１および図２に示したような４つの車輪（２１、２２、３１、３２）に相当する。
また、上記したように、車輪のうち、左右の前輪（２１，３１）を駆動輪とし、左右の後輪（２２，３２）は回転制御をしない従動輪としてもよい。
また、図示しないエンコーダを、駆動輪（２１，３１）の左輪と右輪にそれぞれ設け、車輪の回転数や回転方向、回転位置、回転速度によって車両の移動距離等を計測し、走行を制御してもよい。
【００４６】
通信部５８は、ネットワーク６を介して、管理サーバ５と、データの送受信を行う部分である。上記したように、無線通信によってネットワーク６に接続し、管理サーバ５と通信できる機能を有することが好ましい。
路面判定部５９は、取得した各種情報を利用して、車両が進行しようとする方向の路面の状態を判定する部分である。
すなわち、走査制御部５１ｃによって光の出射方向を走査することによって、複数の測点に向けて出射された光が物体および路面に反射された場合に、距離検出部５１によって距離が検出された測点数の一定時間内の変化に基づいて、走行方向の路面の状態および走行方向に物体が存在することなどを判定する。
【００４７】
受光確認部５２によって反射光が受光されたことが確認された測点に対しては、距離が測定されるので、その方向に何らかの物体あるいは路面が存在すると判定する。また、反射光が受光されたことが確認されなかった測点に対しては、距離が測定されないので、物体あるいは路面が存在しないと判定する。
たとえば、測定距離の有無、距離が測定された測点の位置や距離が測定された測定の数の時間的な変化などに基づいて、進行方向の路面上に障害物があること、路面上に段差があること、路面上に穴があることなどを判定する。
路面判定部５９の機能は、主として、ＣＰＵが、所定のプログラムに基づいて、ソフトウェア的処理をすることによって実行される。
【００４８】
充電池６０は、車両１の各機能要素に対して電力を供給する部分であり、主として、走行機能、距離検出機能、路面判定機能、通信機能を行うための電力を供給する部分である。
たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池、鉛電池、各種燃料電池などの充電池が用いられる。
また、図示しない電池残量検出部を備え、充電池の残りの容量（電池残量）を検出し、検出された電池残量に基づいて、所定の充電設備の方へ帰還するべきか否かを判断し、電池残量が所定残量よりも少なくなった場合は、充電設備へ自動的に帰還するようにしてもよい。
【００４９】
記憶部７０は、自律走行装置１の各機能を実行するために必要な情報やプログラムを記憶部する部分であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどの半導体記憶素子、ＨＤＤ、ＳＳＤなどの記憶装置、その他の記憶媒体が用いられる。
【００５０】
記憶部７０には、たとえば、測定距離情報７１，検知測点情報７２，入力画像情報７３，現在位置情報７４，経路情報７５，送信監視情報７６などが記憶される。
【００５１】
測定距離情報７１は、受光距離算出部５３によって算出された受光距離Ｌ０である。１つの受光距離Ｌ０は、所定の距離測定領域内の１つの測点において測定された距離を意味する。
検知測点情報７２は、所定の距離測定領域内に属する各測点における受光距離Ｌ０を記憶したものであり、各測点の位置情報と対応づけて記憶される。たとえば、測点が水平方向にｍ個あり、垂直方向にｎ個ある場合は、合計ｍ×ｎ個の測点にそれぞれ対応した受光距離Ｌ０が記憶される。
【００５２】
また、各測点の方向に、レーザーを反射する物体（障害物、路面、柱など）が存在し、その物体からの反射光を受光できた場合は、その物体までの受光距離Ｌ０が記憶される。ただし、測点方向に物体が存在しない場合は、反射光が受光されないので、検知測点情報７２として、たとえば、受光距離Ｌ０の代わりに、測定できなかったことを示す情報が記憶される。
【００５３】
また、車両１は、通常移動しているので、移動している状態で、一定の時間間隔で、レーザーを所定の距離測定領域内に出射する。たとえば、距離測定領域内にｍ×ｎ個の測点が存在する場合は、移動しながら、レーザーを水平方向と垂直方向に走査して、一定の時間間隔で、ｍ×ｎ個の測点における受光距離Ｌ０を測定する。
【００５４】
ある１つの時間帯に測定されたｍ×ｎ個の測点における受光距離Ｌ０が記憶部７０に記憶されるが、このｍ×ｎ個の受光距離Ｌ０を、１フレームの検知測点情報と呼ぶ。たとえば、ある時刻Ｔ１におけるｍ×ｎ個の受光距離Ｌ０がＴ１フレームの検知測点情報７２として記憶されていた場合、次に、一定時間（Ｔａ）が経過した後の時刻Ｔ２（＝Ｔ１＋Ｔａ）におけるｍ×ｎ個の受光距離Ｌ０は、Ｔ２フレームの検知測点情報７２として記憶される。
この検知測点情報７２は、後述するように、路面状態の判定処理、障害物の検知処理、周囲環境のマッピング、障害物の回避などに利用される。
【００５５】
入力画像情報７３は、カメラ５４によって撮影された画像データである。カメラが複数台ある場合は、各カメラごとに記憶される。画像データとしては、静止画および動画のどちらでもよい。画像データは、車両の進路決定に利用され、また送信監視情報７６の１つとして、管理サーバ５に送信される。
【００５６】
現在位置情報７４は、位置情報取得部５５によって取得された車両の現在位置を示す情報である。たとえば、ＧＰＳを利用して取得された緯度と経度とからなる情報である。この情報は、たとえば、車両の進路を決定するのに用いられる。
【００５７】
経路情報７５は、車両が走行すべき経路の地図を予め記憶したものであり、たとえば、移動する経路や領域が予め固定的に決まっている場合は、当初から固定的な情報として記憶される。ただし、経路変更をする必要がある場合などでは、ネットワーク６を介して、管理サーバ５から送信される情報を、新たな経路情報として記憶してもよい。
【００５８】
送信監視情報７６は、走行中に取得した種々の監視情報であり、ネットワーク６を介して管理サーバ５に送信される情報である。この情報としては、たとえば、カメラ５４によって撮影された画像データ、動画データ、地形データ、障害物データ、路面情報、警告情報などが含まれる。
【００５９】
＜路面判定処理の実施例＞
図７から図１１に、この発明の自律走行装置における路面判定処理の一実施例の説明図を示す。
（実施形態１）
ここでは、距離検出部５１によって距離が検出された測点の数が、所定の時間以上、ほとんど変化のない場合であって、走行方向の路面は平坦な路面であると判定する場合について示す。
図７に、通常走行する平坦な路面を検出している状態の説明図を示す。
図７（ａ）は、自律走行装置１が、平坦な路面を右方向に走行している場合を示している。また、距離検出部５１であるＬＩＤＡＲによって、進行方向前方の路面を含む距離測定領域内（レーザー照射範囲）に対して、レーザーを出射する。レーザーが、その距離測定領域内の障害物や路面などの物体に当たると、その物体によって反射され、その反射光の一部分が、ＬＩＤＡＲに戻ってきて受光される。
【００６０】
ある時刻における距離測定領域内のすべての測点について測定された受光距離Ｌ０が、１つのフレームの検出測定情報７２として記憶される。上記したように、測点に対応した位置に物体が存在しない場合は、受光距離Ｌ０が測定されないが、測点に対応した位置に物体が存在する場合は、その測点から反射されたレーザーが受光されるので、受光距離Ｌ０が測定される。
そこで、１つのフレームについて、受光距離Ｌ０が測定された測点の個数（距離測定領域内測点数ＣＮと呼ぶ）をカウントする。以下に示すように、この発明では、この距離測定領域内測点数ＣＮを利用して、路面の状態を判定する。
【００６１】
図７（ｂ）に、距離測定領域内測点数ＣＮと、フレームとの関係グラフを示す。
１つのフレームは、ある一定時間間隔で測定される距離の１つの時間帯を示しているので、図７（ｂ）の横軸は、時間に対応している。また、図７（ｂ）の縦軸は、距離測定領域内測点数ＣＮである。
図７（ｂ）において、車両１が、平坦な路面を走行している場合は、レーザーが照射される距離測定領域内から得られる反射光はほぼ同程度のものと考えられるので、受光距離Ｌ０が測定される測点数ＣＮは、どのフレームにおいても、ほぼ同じ数となる。
【００６２】
たとえば、図７（ｂ）に示すように、すべてのフレームに対して、測点数ＣＮは、ほぼ２００となる。そこで、路面判定部５９は、記憶された検出測点情報７２を利用して、図７（ｂ）のようなグラフを作成し、連続する一定数のフレームにおいて、測点数ＣＮが変化しない場合、あるいは、測点数ＣＮの変化が、所定のしきい値幅Ｗ以内であった場合は、現在走行している路面は、「平坦な路面」であると判定する。
【００６３】
（実施形態２）
ここでは、車両が走行している状態において、距離が検出された測点数が、所定の時間以上減少傾向を示している場合であって、走行方向の路面に、穴領域が存在していると判定する場合について示す。
図８に、走行方向の路面に、穴が存在する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図８（ａ）に、車両が走行する方向の路面に、穴領域が存在する場合を示している。
このとき、出射するレーザーを、垂直方向に走査すると、路面を検出している状態と、穴領域を検出する状態とが存在する。
図７と同様に、平坦な路面を検出している場合は、その路面からの反射光が受光されるので、１フレームあたり、所定数の測点数が得られる。
しかし、穴領域に対して、レーザーを照射した場合、レーザーは、穴に向かってそのまま進行するので、反射光が得られないか、反射光の強度の弱い反射光しか得られない状態となる。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、レーザー照射範囲に穴領域が存在する場合は、路面に当たって反射したレーザーによって反射光が受光されるが、穴領域に向かって進行したレーザーによる反射光は得られなくなるかあるいは少なくなるので、１フレーム当たりの距離が測定された測点数は、平坦な路面の場合に測定された測点数よりも少なくなる。
車両１が穴領域がある方向に向かって移動中であるとすると、距離が測定できる測点数はしだいに減少し、レーザー照射範囲のすべてが穴領域となったとすると、反射光がほとんど得られなくなるので、測点数はほぼゼロとなる。
図８（ｂ）は、上記のように、走行方向に穴領域が存在する場合のフレームごとの距離測定領域内測点数の変化を示している。
【００６５】
図８（ｂ）において、１１フレームあたりまでは、測点数ＣＮはほぼ２００で一定しているので、平坦な路面を走行していると判定される。
その後、１１フレームを過ぎると、測点数ＣＮはしだいに減少し、２６フレームあたりで、測点数はほぼゼロとなっている。
すなわち、走行中において、一定時間が経過するにしたがって測点数ＣＮが減少し、ゼロとなった場合は、進行方向の路面に、穴が存在すると判定される。
穴が存在する場合、車両がそのまま走行を続けると、穴にはまってしまい、移動できなくなるおそれがあるので、たとえば、フレーム１１からフレーム２１まで、測点数の減少傾向が検出された場合、進行方向のすぐ近くに穴が存在すると判定し、フレーム２６目まで進行するのではなく、フレーム２２の時点ですぐに走行を停止する。あるいは、フレーム２２の距離を測定した時点で、前方の穴を回避するように進行方向を変更するか、または回転してもとの方向へ戻るようにしてもよい。
【００６６】
（実施形態３）
図９に、走行方向の路面に、凸形状の段差が存在する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図９（ａ）は、車両１の前輪が、凸形状の段差に乗り上げた場合を示している。
この場合、ＬＩＤＡＲ５１から出射されるレーザーの照射範囲は、平坦な路面を走行する場合に比べて、やや上方向を向く。段差の高さが高ければ高いほど、レーザー照射範囲は、より上方向を向くことになり、路面に当たって反射するレーザーは少なくなるので、路面が検出されにくくなる。
したがって、路面からの反射光が受光されにくくなるので、測点数ＣＮは減少する。
車両が段差に乗り上げた後、段差が進行方向に平坦で前輪と後輪が両方とも乗るほど長いものとすると、レーザー照射範囲は、平坦な路面を走行する場合と同様な方向となるため、測点数ＣＮが増加し、平坦な路面を走行中と同程度の数となる。
【００６７】
さらに、車両が進行し、前輪が段差から降り、後輪のみが段差に乗っているような状態になったとすると、車体は前傾するので、レーザー照射範囲は、平坦な路面を走行する場合に比べて、やや下方向を向く。
したがって、レーザー照射範囲の中に、より多くの路面が含まれることになるので、路面が検出されやすくなり、路面によって反射した反射光がより多く受光されることによって、平坦な路面を走行している場合よりも、測点数ＣＮが増加する。
その後、後輪が段差から降りた場合、路面が平坦であったとすれば、平坦な路面を走行しているときとほぼ同数の測点数ＣＮが検出される。
【００６８】
図９（ｂ）は、上記のように車両が段差に乗り上げた後、段差から降りるまでの測点数の変化状態の例を示している。
図９（ｂ）に示すように、フレーム６から８あたりまでは、測点数ＣＮが減少し、その後、フレーム１２あたりまでは、測点数ＣＮが増加している。
このような測点数ＣＮの変化が検出された場合は、路面に段差があり、車両がその段差に乗り上げたと判定される。
また、その後、一旦、測点数ＣＮが一定値となり、フレーム１８から２３あたりまで測点数ＣＮが増加し、さらに、フレーム２４以降再び測点数ＣＮが一定値となっていることが検出された場合は、車両が段差を乗り越えて、路面は再び平坦な路面に変化したと判定される。
【００６９】
図９（ｂ）に示すような測点数ＣＮの変化が測定された場合は、路面に凸形状の段差があったことが検出され、段差の高さが走行に問題がなければ、そのまま走行を継続する。
また、段差の高さは、測点数の変化を利用することによって、検出することができる。
もし、検出された段差の高さが７ｃｍ程度であり、走行可能な所定の高さよりも低い段差であれば、そのまま走行を継続してもよいが、逆に、所定の高さよりも高い段差であったと判定された場合は、走行を停止するか、あるいは、駆動輪を逆回転させて、もとの方向へ戻るようにしてもよい。
【００７０】
（実施形態４）
図１０に、走行方向の路面に、凹形状の段差が存在する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図１０（ａ）には、走行方向の前方に、凹形状の段差領域がある場合を示している。
凹形状の段差領域に向かって出射されたレーザーは、段差の表面に当たることになるが、平坦な路面よりもより長い距離だけ進行することになる。
したがって、レーザーは、段差に当たって戻ってくる反射光があったとしても、その強度は小さくなっている場合もあると考えられ、所定のしきい値の強度よりも小さな強度の反射光が受光部５１ｂに受光されたとしても、受光確認部５２は、反射光が受光されたとは判断しない。
すなわち、凹形状の段差領域に当たったレーザーについては、反射光がないと判断された場合、距離が測定できなかった測点と判定される。
よって、車両が段差領域に向かって進行するにつれて、レーザー照射範囲内により多くの段差領域が含まれるようになるので、測定される測点数ＣＮは、平坦な路面で測定された測点数よりもしだいに減少していく。
【００７１】
その後、車両がそのまま段差領域を進行し、段差を越えて平坦な路面になったとすると、測点数ＣＮはしだいに増加し、レーザー照射範囲が段差を含まず平坦な路面のみを含むものとなった場合は、平坦な路面で測定された測点数とほぼ同数の測点数ＣＮとなる。
図１０（ｂ）は、上記のように、走行方向に凹形状の段差領域が存在する場合の測点数の変化状態の例を示している。
【００７２】
図１０（ｂ）に示すように、レーザー照射範囲の中に、段差領域が含まれるようになるに従って、フレーム９から１７あたりまで、しだいに、測点数ＣＮは減少していく。
その後車両が走行し、レーザー照射範囲から段差領域がはずれていき、平坦な路面がより多く検出されるようになると、フレーム１７から２６あたりにかけて、測点数ＣＮが増加していく。
このように、測点数が減少した後に増加する傾向が検出され一定数となった場合は、車両が凹形状の段差を進行し、路面は再び平坦な路面に変化したと判定される。
【００７３】
（実施形態５）
ここでは、車両が走行している状態において、距離が検出された測点数が一定数存在していた状態から、距離が検出された測点数が所定の時間だけ減少傾向あるいは増加傾向を示した後、上記一定数の測点数と異なる測点数でほとんど変化がない状態となった場合は、走行方向の路面が光の反射率の異なる路面に変化したと判定する場合について示す。
図１１に、路面は平坦であるが、車両が反射率の異なる路面に向かって走行する場合の路面検出状態の説明図を示す。
図１１（ａ）において、車両の進行方向に対して、左側の部分の路面と、右側の部分の路面とのレーザーの反射率は、大きく異なるものとし、右側の路面の方が、左側の路面よりも、反射率が小さいものとする。
【００７４】
たとえば、左側の路面は、主に表面に小さな凹凸のある石材で作られた路面であり、右側の路面は、大理石のように表面に平坦加工をした路面であるとする。
この場合、ＬＩＤＡＲ５１からの距離が同一であったとしても、左側路面の方が凹凸があるため、多くの反射光がＬＩＤＡＲ５１の方向に戻ってきて受光されやすいが、右側路面は反射光そのものが少ないか、あるいは反射光があってもＬＩＤＡＲ５１の方向に戻ってくる反射光が少ないと考えられる。
このように、路面状態に変化がある場合は、車両が２つの路面の境界付近を進行するときに、測点数が変化する。
【００７５】
図１１（ｂ）に示すように、左側の平坦な路面のみが検出されている場合は、フレーム６あたりまでは、より大きな一定数の測点数ＣＮが測定される。
しかし、車両が両路面の境界付近にまで進行すると、右側の反射率の小さい平坦な路面が、レーザー照射範囲に含まれるようになるので、フレーム６から１１あたりにおいて、検出される反射光が減少していき、測点数ＣＮも減少傾向となる。
さらに、車両が右方向へ進行し、左側の路面が検出されなくなり、右側の平坦な路面のみが検出されるようになった場合、たとえば、フレーム１１以降において、測点数ＣＮの減少が止まり、左側の路面のときに測定されていた測点数よりも少ないほぼ一定値の測定数ＣＮが測定されるようになる。
【００７６】
図１１（ｂ）に示すように、路面の平坦さは変化がないが、車両が走行する路面の反射率が変化したような場合は、測点数ＣＮが変化し、一定時間が経過した後、測点数ＣＮがほぼ一定値となる。
図１１（ｂ）に示すような測点数ＣＮの変化が検出された場合は、平坦さは同じであるが、路面の状態が異なるものとなったと判定される。
このように、路面の状態が変化したことを検知することにより、本来進行してはいけない路面を含む領域に進行してしまったことなどを検出することが可能となる。
図１１（ｂ）では、走行している路面が、光の反射率がやや高い路面から反射率がやや低い路面に変化した場合を示したが、逆に、距離が検出された測点数が、増加傾向を示した後一定数の測点数となった場合は、走行している路面が、光の反射率がやや低い路面から反射率のやや高い路面に変化したと判定される。
【００７７】
なお、路面の状態や障害物は、カメラで撮影した画像を分析することによって、判定することも可能であるが、雨や雪が降っている場合、カメラによって撮影された画像では、穴が存在するような路面の状態を判定することができない場合がある。
カメラによる画像では路面の状態を判定できない場合は、この発明のように、距離検出を利用した路面状態の判定は、天候の変化による影響は少ないので、有効な手段となる。
ただし、より詳細に正確に路面の状態を判定するためには、距離検出と、カメラ画像の両方を利用して、総合的に判定することが好ましい。
【００７８】
（実施形態６）
上記実施形態では、距離が測定された位置の測点の数を数えていたが、測点の数を数える場合、その測点の位置に対応して測点数そのものに重み付けをしてもよい。
すなわち、ある位置Ｎの測点について距離が測定されたとき、測点数を数える場合、その位置Ｎの数を「１」としてカウントしていたが、たとえば、位置Ｎの重みを「１．５」とした場合、その位置Ｎの測点数を１．５としてカウントする。
すなわち、重み係数をＫ１とすると、測点の位置ごとに重み係数Ｋ１の値を変化させ、測点数をカウントするときに、１ではなく、重み係数Ｋ１を用いる。
このように、測点の位置に対応させて、測点数のカウント値に重みを付けるようにすれば、重み付け係数の設定を変えることにより検知感度を容易に変更できるので、停止減速させたい地形の形状に対して正確に検知しやすくなるという利点がある。
たとえば、車両が走行する路面を基準平面と考え、測点の位置が路面よりも高い位置にある場合は、その測点の重み係数Ｋ１を、１よりも大きい数値とし、測点の位置が路面と同じ高さであれば、Ｋ１＝１とし、測点の位置が路面よりも低い位置にある場合は、Ｋ１＜１とする。
【００７９】
図１２に、測点数の重み付けの一実施例の説明図を示す。
図１２（ａ）は、重み付けの基準平面を、路面とすることを示している。
図１２（ｂ）は、重み係数Ｋ１と、測点の高さとの関係を示す一実施例のグラフを示している。グラフの横軸が重み係数Ｋ１であり、縦軸が測点の高さを示しており、測点の高さが高いほど、重み係数Ｋ１を測点の高さに比例して大きく設定する場合を示している。
すなわち、路面よりも上に存在する測点の重み係数Ｋ１を１よりも大きくし、路面よりも下に存在する測点の重み係数Ｋ１を１よりも小さくすることを示している。
【００８０】
ここで、各測点の高さは、発光部からその測点までの距離が算出されているので、発光部から発射されたレーザの向きと距離データから、ＸＹＺ座標に変換することにより、Ｚ座標に注目する事によって求めることができる。
このような重み付けを採用した場合、たとえば、穴の中に存在する測点は、路面よりも低い位置にあるので、測点数としては、１よりも小さい重み係数Ｋ１が用いられ、重み付けをしない場合よりも、小さな測点数としてカウントされる。
これにより、測点数の重み付けをした場合は、重み付けをしない場合に比べて、重みづけ係数の設定の仕方によって、高さ毎に検知感度が自在に設定できることになるので、より正確に穴、段差を検知することができる。たとえばカウント値に比例して減速率を設定する場合、穴を検知したときに必ず停止させていると走行が簡単に中断してしまう。一方重みづけにより、浅い穴は減速率を小さく、深い穴程大きく設定すれば、よりスムーズな車体のコントロールができるようになる。
ここで、減速率とは、走行制御部への生の速度指令に対して、速度を抑える率であり、走行速度＝減速率×生の速度指令である。
【００８１】
（実施形態７）
上記実施形態６では、距離が測定された測点の数に重み付けをし、測点の高さに対応させて重み係数Ｋ１を異ならせる場合について示した。
ここでは、車両が走行する前方方向（奥行方向）について、測点の距離の差に対応させた重み付けを行う場合について、説明する。
平坦な路面を走行している状態で、レーザーを垂直方向に走査する場合、発光部５１ａを所定ピッチだけ上方向にずらせば、発光部５１ａからレーザーが路面に当たるまでの直線距離が長くなるので、路面に当たって反射された反射光によって測定される距離は、長くなる。
【００８２】
図１３に、走行する前方方向の測点で測定される距離差に基づく重み付けの一実施例の説明図を示す。
図１３（ａ）は、車両が右方向に走行する場合を示しており、各測点の位置（Ｐ１〜Ｐ９）と、隣接する測点どおしの水平方向の距離差（Ｌ１〜Ｌ８）を示している。
車両に最も近い測点Ｐ１において測定される発光部から測点Ｐ１までの距離が最も短く、車両から最も離れた測点Ｐ９において測定される発光部から測点Ｐ９までの距離が最も長い。
【００８３】
図１３（ａ）に示すように、穴領域が存在し、測点Ｐ１からＰ４までは、路面と同じ高さであったが、測点Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７については、穴領域の中であって、路面よりも低い位置であったとする。
このとき、垂直上方向への走査ピッチが一定値とすると、隣接する測点間の水平方向の距離差は、原則としてしだいに長くなるが、路面上にある測点Ｐ４と穴領域にある測点Ｐ５との間の水平方向の距離差Ｌ４は、測点Ｐ５が路面上にあった場合に比べて、かなり長くなる。
また、穴の深さが大きくなればなるほど、穴領域にある測点の位置は、図面の右方向にずれるので、１つ前の測点との間の水平方向の距離差は長くなる。
図１３（ａ）では、測点Ｐ５とＰ６は、穴領域に存在するが、この測点Ｐ５とＰ６との間の水平方向の距離差Ｌ５は、もし、穴領域がなく測点Ｐ５とＰ６が路面上にあったとした場合の水平方向の距離差よりも長くなる。
【００８４】
そこで、図１３（ｂ）に示すように、隣接する測点間の水平方向の距離差に、重み付けをする。
図１３（ｂ）は、重み係数Ｋ２と、隣接する測点間の水平方向の距離差との関係グラフの例を示している。
図１３（ｂ）の横軸は重み係数Ｋ２を示し、縦軸は水平方向の距離差Ｌｎ（Ｌ１〜Ｌ８）を示している。
ここで、距離差Ｌｎがゼロの場合、重み係数Ｋ２は１であり、距離差Ｌｎが大きくなるに従って、比例的に重み係数Ｋ２を大きくする。
図１３（ａ）の場合、９つの測点に対して算出される８つの水平方向の距離差（Ｌ１〜Ｌ８）について、それぞれ、図１３（ｂ）のグラフに基づいて、重み係数Ｋ２を求め、評価値＝距離差×重み係数（Ｋ２）を計算する。
図１３（ａ）の場合、８つの距離（Ｌ１〜Ｌ８）から得られる評価値は、測点Ｌ４とＬ５との間で大きく変化し、測点Ｌ５とＬ６では、その評価値は大きくなり、その後の測点Ｌ７とＬ８では、距離差が小さくなるので、逆に評価値は小さくなる。
これに対し、重み付けをしない場合は、単なる測点のカウントなので、どれだけ深い穴があったとしても同じ減速率となる。すなわち、重み付けをしない場合は、深い穴でも減速率は一定であるのに対して、上記のように重み付けをした場合は、減速率は重みづけ次第で変化するようになる。検知エリアに入った測点のカウントのみの場合と、検知エリアに入っていることかつ距離差評価値によるカウント重みづけがある場合とを比較することにより、同じ地形に接近していったときに、距離対速度グラフの、減速の仕方が変化していることがわかるので、重み付けをした方が、穴の深さによって減速率を変化させることができるという効果がある。
上記したように、測定数の変化に加えて、上記のような評価値を算出し、評価値の変化傾向を調べることにより、穴領域がどの部分に存在するかを、より容易かつ明確に、検知することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  自律走行装置、  ２  監視ユニット、  ３  制御ユニット、  ５  管理サーバ、  ６  ネットワーク、  １０  車体、  １２Ｒ  右側面、  １２Ｌ  左側面、  １３  前面、  １４  後面、  １５  底面、  １６  収容スペース、  １８  カバー、  ２１  前輪、  ２１ａ  車軸、  ２１ｂ  スプロケット、  ２２  後輪、  ２２ａ  車軸、  ２２ｂ  スプロケット、  ２３  ベルト、  ３１  前輪、  ３１ａ  車輪、  ３１ｂ  スプロケット、  ３２  後輪、  ３２ａ  車輪、  ３２ｂ  スプロケット、  ３３  ベルト、  ４０  バッテリ、  ４１Ｒ  電動モータ、  ４１Ｌ  電動モータ、  ４２Ｒ  モータ軸、  ４２Ｌ  モータ軸、  ４３Ｒ  ギアボックス、  ４３Ｌ  ギアボックス、  ４４Ｒ  軸受、  ４４Ｌ  軸受、  ５０  制御部、  ５１  距離検出部（ＬＩＤＡＲ）、  ５１ａ  発光部、  ５１ｂ  受光部、  ５１ｃ  走査制御部、  ５２  受光確認部、  ５３  受光距離算出部、  ５４  カメラ、  ５５  位置情報取得部、  ５６  走行制御部、  ５７  駆動輪、  ５８  通信部、  ５９  路面判定部、  ６０  充電池、  ７０  記憶部、  ７１  測定距離情報、  ７２  検知測点情報、  ７４  現在位置情報、  ７５  経路情報、  ７６  送信監視情報、  ９１  通信部、  ９２  監視制御部、９３  記憶部、  ９３ａ  受信監視情報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図５】
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