JP2010061293A - Route searching device, route searching method, and route searching program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は経路探索装置、経路探索方法、及び経路探索プログラムに関する。 The present invention relates to a route search device, a route search method, and a route search program.
近年、屋内や屋外の限られたエリアなどの所定の移動領域を自律的に移動する、いわゆる自律移動体としての車両や歩行ロボットなどが開発されている。このような自律移動体を移動させるためには、移動領域内での自律移動体の自己位置を認識させると共に、自律移動体が移動しようとする移動経路を予め又はリアルタイムに作成する必要がある。 In recent years, vehicles and walking robots as so-called autonomous moving bodies that autonomously move in a predetermined movement area such as a limited area indoors or outdoors have been developed. In order to move such an autonomous mobile body, it is necessary to recognize the self-position of the autonomous mobile body in the movement area and to create a movement route on which the autonomous mobile body is to move in advance or in real time.
自律移動体の移動経路作成方法としては、等間隔のグリッドを保持したグリッドマップを用いて経路探索を行う方法が良く知られている。即ち、このようなグリッドマップ上に、移動始点及び移動終点を配置し、経路探索アルゴリズム(A*探索アルゴリズムなど)により経路の全探索を行う。ここで、探索した経路は線分の組合せであるため、そのままでは自律移動体は経路に追従することができない。このため、その探索した経路を滑らかな曲線経路へと修正する処理が行われる(例えば特許文献1など)。
上述したように、従来の技術では、グリッドマップ上において探索した経路はそのままでは自律移動体が追従可能な経路とはならない。このため、自律移動体が追従可能な経路となるように円滑化処理を加える必要がある。しかしながら、この処理は以下の問題点を発生させる。 As described above, in the conventional technique, the route searched on the grid map is not a route that can be followed by the autonomous mobile body. For this reason, it is necessary to add a smoothing process so that it becomes a path | route which an autonomous mobile body can track. However, this process causes the following problems.
まず、円滑化処理後の経路は、処理前の経路と同等の安全性を保証しているとは限らないという点が挙げられる。これは、線分の繰り返しで表現されるグリッド経路に対して円滑化処理を施すことにより、グリッド間を通過するような経路が生成される。このように新たに経路が生成された場合には、障害物との衝突判定を行ってはいないために、障害物と衝突(接触)する危険性が残るためである。 First, it can be mentioned that the route after the smoothing process does not always guarantee the same safety as the route before the process. In this method, a smoothing process is performed on the grid path expressed by repeating the line segment, thereby generating a path that passes between the grids. This is because, when a new route is generated in this way, the collision with the obstacle is not determined, so that there is a risk of collision (contact) with the obstacle.
また、円滑化処理前の経路が最短であることは探索アルゴリズムの性質から保証することができるものの、処理後の経路が最短であるとは限らないという点が挙げられる。これは、経路の円滑化処理には、経路の最短性を保証する処理が含まれていないためである。 In addition, although the shortest route before the smoothing process can be guaranteed from the nature of the search algorithm, the route after the processing is not always the shortest. This is because the route smoothing process does not include a process for guaranteeing the shortest path.
さらにまた、円滑化処理後の経路について、その経路長を正確に計算することができないため、各地点における自律移動体の到達時間を計算することが困難であるという点が挙げられる。これは、滑らかにした後の経路は非線形に表現されるものが多く、経路長の計算が難しいためである。 Furthermore, since the route length cannot be accurately calculated for the route after the smoothing process, it is difficult to calculate the arrival time of the autonomous mobile body at each point. This is because the route after smoothing is often expressed non-linearly and it is difficult to calculate the route length.
このように、従来の技術は、グリッドマップ上において経路探索を行い、さらに、経路に円滑化処理を加えるという二段階の処理を経ることで、上述した様々な問題点を有するものであった。従って、移動体が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索すると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる経路探索技術が強く求められている。 As described above, the conventional technique has the above-described various problems by performing a two-step process of searching for a route on a grid map and further applying a smoothing process to the route. Therefore, the moving body can easily search for a moving route that can move while avoiding an obstacle, and can also search for a moving route that can easily calculate the route length and the estimated arrival time to any point on the route. There is a strong demand for route search technology that can do this.
従って、本発明は、移動体が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索すると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる経路探索装置、経路探索方法、及び経路探索プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can easily search for a moving route in which the moving body can avoid the obstacle and can easily calculate the route length and the estimated arrival time to any point on the route. An object of the present invention is to provide a route search device, a route search method, and a route search program capable of searching for a moving route.
本発明に係る経路探索装置は、移動領域内に存在する移動始点より移動を開始し、前記移動領域内に存在する移動終点に到達する自律移動体の移動経路を探索する経路探索装置であって、前記移動領域内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域の外周の形状を、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成する探索空間生成部と、前記移動禁止領域の接線と前記移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、前記自律移動体の移動速度に基づいて経路探索を行い、当該経路探索の結果、前記自律移動体が前記移動禁止領域の外周上を通過する場合には、前記移動経路のうち、前記移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を前記接線とし、前記移動禁止領域の外周上の移動経路部分を前記図形に従う移動経路とする経路探索部とを有するものである。 A route search device according to the present invention is a route search device that starts a movement from a movement start point existing in a movement region and searches for a movement route of an autonomous mobile body that reaches a movement end point existing in the movement region. A figure having a predetermined curvature in which a movement prohibited area is set around an obstacle existing in the movement area, and the shape of the outer periphery of the set movement prohibited area is set based on the moving speed of the autonomous mobile body A search space generation unit that generates a path from a route candidate formed by connecting a tangent of the movement prohibited area and an outer periphery of the movement prohibited area, based on the moving speed of the autonomous mobile body, As a result of the route search, when the autonomous mobile body passes on the outer periphery of the movement prohibited area, the movement path portion excluding the outer periphery of the movement prohibited area is set as the tangent line, and the movement prohibited area A movement path portion on the outer periphery of those having a route searching unit for a moving path according to the figure.
これにより、障害物との衝突を回避する移動経路を探索することができる。また、探索された移動経路は、移動禁止領域の接線と所定の曲率に従った移動禁止領域の外周とから構成されるため、移動経路に対してさらなる円滑化処理を必要としない。即ち、探索された移動経路を滑らかな経路へと修正する処理を別途必要としないため、移動体は探索された移動経路をそのまま移動することができる。また、このように構成された移動経路は、経路長を容易かつ正確に算出することができるため、経路上の各地点における自律移動体の到達時間を算出することが可能となる。従って、移動体が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索すると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる。 Thereby, it is possible to search for a movement route that avoids a collision with an obstacle. Further, since the searched movement path is composed of the tangent line of the movement prohibition area and the outer periphery of the movement prohibition area in accordance with a predetermined curvature, no further smoothing processing is required for the movement path. In other words, since a separate process for correcting the searched movement route to a smooth route is not required, the mobile body can move the searched movement route as it is. Further, since the travel route configured as described above can easily and accurately calculate the route length, it is possible to calculate the arrival time of the autonomous mobile body at each point on the route. Therefore, the moving body can easily search for a moving route that can move while avoiding an obstacle, and can also search for a moving route that can easily calculate the route length and the estimated arrival time to any point on the route. can do.
また、前記図形は、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する円であるか、又は、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する複数の円と当該複数の円間の共通接線とからなる図形とすると好適である。図形を例えばこのような構成とすることで、移動禁止領域の外周の長さを容易かつ正確に計算することができる。 Further, the figure is a circle having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous mobile body, or a plurality of circles having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous mobile body And a common tangent line between the plurality of circles. For example, when the figure has such a configuration, the length of the outer periphery of the movement prohibited area can be calculated easily and accurately.
さらにまた、前記経路探索部は、前記移動始点と前記移動禁止領域との共通接線の長さと、前記移動禁止領域の外周における前記接線の接点間の外周の長さと、前記移動禁止領域間の共通接線の長さと、前記移動禁止領域と前記移動終点との共通接線の長さと、前記自律移動体の移動速度とから、前記自律移動体による前記経路候補の移動時間を算出し、当該算出した移動時間が最小となる経路候補を前記移動経路として経路探索を行うと好適である。 Furthermore, the route search unit may include a length of a common tangent line between the movement start point and the movement prohibited area, a length of an outer circumference between contact points of the tangent at an outer circumference of the movement prohibited area, and a common area between the movement prohibited areas. The movement time of the route candidate by the autonomous mobile body is calculated from the length of the tangent line, the length of the common tangent line between the movement prohibited area and the movement end point, and the movement speed of the autonomous mobile body, and the calculated movement It is preferable that the route search is performed using the route candidate having the shortest time as the travel route.
また、前記探索空間生成部は、前記生成した移動禁止領域の外周部分が他の前記移動禁止領域の外周部分と互いに重複する場合に、これら移動禁止領域間の配置関係に基づいて、前記生成した移動禁止領域の外周部分が前記経路候補を構成するか否かを判定し、前記生成した移動禁止領域の外周部分が前記経路候補を構成しないものと判定した場合には、前記生成した移動禁止領域の外周部分から、当該経路候補を構成しないものと判定した移動禁止領域の外周部分を除外するようにしてもよい。これにより、経路候補となりえない移動禁止領域の外周部分を除外することで、より効率的に経路探索を行うことができる。 Further, the search space generation unit generates the generation based on the arrangement relationship between the movement prohibited areas when the outer peripheral part of the generated movement prohibited area overlaps with the outer peripheral part of the other movement prohibited area. It is determined whether or not an outer peripheral part of the movement prohibited area constitutes the route candidate, and when it is determined that an outer peripheral part of the generated movement prohibited area does not constitute the route candidate, the generated movement prohibited area The outer peripheral portion of the movement prohibited area that is determined not to constitute the route candidate may be excluded from the outer peripheral portion. Accordingly, the route search can be performed more efficiently by excluding the outer peripheral portion of the movement prohibited area that cannot be a route candidate.
さらにまた、前記経路探索部は、前記移動禁止領域の接線のうち、他の前記移動禁止領域と重複する接線を前記経路候補から除外するようにしてもよい。これにより、経路候補となりえない移動禁止領域の接線を除外することで、より効率的に経路探索を行うことができる。 Furthermore, the route search unit may exclude, from the route candidates, tangents that overlap with other movement prohibited regions among the tangents of the movement prohibited region. As a result, the route search can be performed more efficiently by excluding the tangent of the movement prohibited area that cannot be a route candidate.
また、前記経路探索部は、移動障害物の将来位置を算出し、当該算出した移動障害物の将来位置に基づいて移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域が前記経路候補と重なる場合には、前記移動障害物の移動禁止領域の接線と前記移動障害物の移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補をさらに用いて、前記移動障害物の移動禁止領域の外周上を通過するように経路探索を行うと好適である。これにより、移動領域内に移動障害物が存在する場合においても、移動障害物を回避した移動経路を探索することができる。 Further, the route search unit calculates a future position of the moving obstacle, sets a movement prohibited area based on the calculated future position of the moving obstacle, and the set movement prohibited area overlaps the route candidate Further using a route candidate formed by connecting a tangent line of the movement-inhibited area of the moving obstacle to the outer periphery of the movement-inhibited area of the moving obstacle, and passing on the outer circumference of the movement-inhibited area of the moving obstacle. It is preferable to perform a route search as described above. Thereby, even when a moving obstacle exists in the moving area, it is possible to search for a moving route that avoids the moving obstacle.
さらにまた、前記経路探索部は、前記移動障害物の移動禁止領域の外周を通過する場合に、前記移動障害物の移動方向に対して後方の外周上を通過するように経路探索を行うようにしてもよい。これにより、移動障害物の移動方向の前方を移動せず回避するため、より安全な移動経路を探索することができる。 Furthermore, when the route search unit passes the outer periphery of the movement prohibited area of the moving obstacle, the route search unit performs a route search so as to pass on the outer periphery behind the moving obstacle. May be. Thereby, since it avoids without moving ahead of the moving direction of a moving obstacle, a safer movement route can be searched.
また、前記経路探索部は、移動障害物の将来位置を算出し、当該算出した移動障害物の将来位置に基づいて移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域が前記経路候補と重なる場合には、前記経路候補上において前記移動障害物の移動禁止領域と前記自律移動体との間に、前記自律移動体の移動速度を所定の速度へと減速指示する減速ノードを設定し、当該設定した減速ノードを用いて経路探索を行うと好適である。これにより、移動障害物の移動に応じた新たな移動経路を探索せずに済み、自律移動体を減速させるのみで移動障害物との回避が可能な移動経路を探索することができる。 Further, the route search unit calculates a future position of the moving obstacle, sets a movement prohibited area based on the calculated future position of the moving obstacle, and the set movement prohibited area overlaps the route candidate Is configured to set a deceleration node for instructing to decelerate the moving speed of the autonomous moving body to a predetermined speed between the movement prohibited area of the moving obstacle and the autonomous moving body on the route candidate. It is preferable to perform a route search using the reduced deceleration node. Thereby, it is not necessary to search for a new movement route according to the movement of the moving obstacle, and it is possible to search for a movement route that can be avoided from the moving obstacle only by decelerating the autonomous mobile body.
さらにまた、前記移動禁止領域の接線と当該移動禁止領域との接続を、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定したクロソイド曲線により接続すると好適である。これにより、移動禁止領域の接線と移動禁止領域との接点においても、自律移動体は移動経路の追従性を維持しながら移動することができる。 Furthermore, it is preferable that the tangent of the movement prohibited area and the movement prohibited area are connected by a clothoid curve set based on the moving speed of the autonomous mobile body. Thereby, the autonomous mobile body can move while maintaining the followability of the movement path even at the contact point between the tangent line of the movement prohibited area and the movement prohibited area.
また、前記探索空間生成部は、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した大きさの図形と、前記自律移動体自体の大きさに対して所定の安全距離を加算して設定した大きさの図形とから、より大きな値の図形を選択し、当該選択した図形を前記所定の曲率を有する図形として用いると好適である。これにより、自律移動体の移動速度に基づく移動経路の追従性と、衝突回避を重視する移動経路の安全性とを考慮した移動経路を探索することができる。 In addition, the search space generation unit adds a predetermined safe distance to the figure having a size set based on the moving speed of the autonomous mobile body and the size of the autonomous mobile body itself. It is preferable to select a figure having a larger value from the figure and use the selected figure as the figure having the predetermined curvature. As a result, it is possible to search for a movement route in consideration of the followability of the movement route based on the movement speed of the autonomous mobile body and the safety of the movement route that places importance on collision avoidance.
さらにまた、前記探索空間生成部は、前記移動領域内に占める前記障害物の範囲が所定の範囲以上である場合に、当該移動領域を四分割し、当該四分割処理を繰り返すことにより、四分割処理後の移動領域内に占める前記障害物の範囲が前記所定の範囲よりも小さな移動領域を算出し、当該算出した移動領域を探索空間として用いると好適である。これにより、自律移動体の移動に応じて経路探索の対象とする移動領域を限定することで、計算時間を削減することができる。従って、広大な探索空間においても経路探索を実現することができる。 Furthermore, the search space generation unit divides the movement area into four when the range of the obstacle in the movement area is equal to or greater than a predetermined range, and repeats the four-division process, thereby It is preferable to calculate a movement area in which the range of the obstacle occupying the movement area after processing is smaller than the predetermined range, and use the calculated movement area as a search space. Thereby, calculation time can be reduced by limiting the movement area | region used as the object of a route search according to a movement of an autonomous mobile body. Therefore, the route search can be realized even in a vast search space.
また、前記移動領域は3次元の領域であり、前記探索空間生成部は、3次元形状の障害物を中心とする移動禁止領域の外周の形状を、所定の曲率を有する3次元形状の図形を用いて生成すると好適である。このように、2次元空間に限定されず、3次元空間においても経路探索を行うことで、例えばマニピュレータなどの軌道計算にも適用することができる。 In addition, the movement area is a three-dimensional area, and the search space generation unit converts a shape of the outer periphery of the movement prohibition area centered on a three-dimensional obstacle into a three-dimensional figure having a predetermined curvature. It is preferable to generate by using. Thus, the present invention is not limited to the two-dimensional space, and can be applied to trajectory calculation of a manipulator, for example, by performing a route search in the three-dimensional space.
さらにまた、前記移動領域における前記障害物の配置位置に応じて、前記図形の大きさを設定すると好適である。これにより、ユーザーの意図を反映させた移動経路を探索することができる。 Furthermore, it is preferable that the size of the figure is set according to the arrangement position of the obstacle in the moving area. Thereby, it is possible to search for a movement route reflecting the user's intention.
また、本発明は方法としても具現化され、本発明に係る経路探索方法は、移動領域内に存在する移動始点より移動を開始し、前記移動領域内に存在する移動終点に到達する自律移動体の移動経路を探索する経路探索方法であって、前記移動領域内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域の外周の形状を、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成し、前記移動禁止領域の接線と前記移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、前記自律移動体の移動速度に基づいて経路探索を行い、当該経路探索の結果、前記自律移動体が前記移動禁止領域の外周上を通過する場合には、前記移動経路のうち、前記移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を前記接線とし、前記移動禁止領域の外周上の移動経路部分を前記図形に従う移動経路とするものである。 In addition, the present invention is also embodied as a method, and the route search method according to the present invention starts moving from a movement start point existing in the movement area and reaches the movement end point existing in the movement area. A path search method for searching for a movement path of a vehicle, wherein a movement prohibited area is set around an obstacle existing in the movement area, and the shape of the outer periphery of the set movement prohibited area is set to move the autonomous mobile body. Based on the moving speed of the autonomous mobile body from a route candidate generated using a figure having a predetermined curvature set based on the speed and connecting a tangent line of the movement prohibited area and the outer periphery of the movement prohibited area When the autonomous mobile body passes on the outer periphery of the movement prohibited area as a result of the route search, the movement route portion excluding the outer periphery of the movement prohibited area is selected from the movement route. Tangent And, a movement path portion on the outer periphery of the movement inhibition region in which the movement path according to the figure.
これにより、障害物との衝突を回避する移動経路を探索することができる。また、探索された移動経路は、移動禁止領域の接線と所定の曲率に従った移動禁止領域の外周とから構成されるため、移動経路に対してさらなる円滑化処理を必要としない。即ち、探索された移動経路を滑らかな経路へと修正する処理を別途必要としないため、移動体は探索された移動経路をそのまま移動することができる。また、このように構成された移動経路は、経路長を容易かつ正確に算出することができるため、経路上の各地点における自律移動体の到達時間を算出することが可能となる。従って、移動体が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索すると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる。 Thereby, it is possible to search for a movement route that avoids a collision with an obstacle. Further, since the searched movement path is composed of the tangent line of the movement prohibition area and the outer periphery of the movement prohibition area in accordance with a predetermined curvature, no further smoothing processing is required for the movement path. In other words, since a separate process for correcting the searched movement route to a smooth route is not required, the mobile body can move the searched movement route as it is. Further, since the travel route configured as described above can easily and accurately calculate the route length, it is possible to calculate the arrival time of the autonomous mobile body at each point on the route. Therefore, the moving body can easily search for a moving route that can move while avoiding an obstacle, and can also search for a moving route that can easily calculate the route length and the estimated arrival time to any point on the route. can do.
また、本発明はプログラムとしても具現化され、本発明に係る経路探索プログラムは、移動領域内に存在する移動始点より移動を開始し、前記移動領域内に存在する移動終点に到達する自律移動体の移動経路を探索する経路探索プログラムであって、コンピュータに対して、前記移動領域内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域の外周の形状を、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成するステップと、前記移動禁止領域の接線と前記移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、前記自律移動体の移動速度に基づいて経路探索を行い、当該経路探索の結果、前記自律移動体が前記移動禁止領域の外周上を通過する場合には、前記移動経路のうち、前記移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を前記接線とし、前記移動禁止領域の外周上の移動経路部分を前記図形に従う移動経路とするステップとを実行させるものである。 The present invention is also embodied as a program, and the route search program according to the present invention starts moving from a movement start point existing in the movement area and reaches an end point of movement existing in the movement area. A path search program for searching for a movement path of a computer, wherein a movement prohibition area is set around an obstacle existing in the movement area for a computer, and an outer periphery shape of the set movement prohibition area is The step of generating using a figure having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous moving body, and the route candidate formed by connecting the tangent of the movement prohibited area and the outer periphery of the movement prohibited area, When a route search is performed based on the moving speed of the moving body, and the autonomous moving body passes on the outer periphery of the movement prohibited area as a result of the route search, It said moving and said tangential movement path portion excluding the outer periphery of the prohibited area is a moving path portion on the outer periphery of the movement inhibition area which and a step of the movement path according to the figure.
これにより、移動体が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索すると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる。 As a result, the moving body can easily search for a moving route that can move while avoiding an obstacle, and can easily calculate the route length and the expected arrival time to any point on the route. Can be explored.
本発明によれば、移動体が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索することができると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる経路探索装置、経路探索方法、及び経路探索プログラムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to easily search for a moving route in which a moving body can avoid an obstacle, and to easily determine the route length and the estimated arrival time to a point on the route. It is possible to provide a route search device, a route search method, and a route search program that can search for a computable travel route.
発明の実施の形態1.
本実施の形態1に係る経路探索装置は、まず、移動領域内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定する。ここで、設定した移動禁止領域の外周の形状を、自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成する。そして、経路探索装置は、移動禁止領域の接線と移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、自律移動体の移動速度に基づいて経路探索を行う。経路探索の結果、自律移動体が移動禁止領域の外周上を通過する場合には、経路探索装置は、移動経路のうち、移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を接線とし、移動禁止領域の外周上の移動経路部分を図形に従う移動経路とする。自律移動体は、探索した移動経路を参照して、移動領域内に存在する移動始点より移動を開始し、移動領域内に存在する移動終点に到達する。
The route search apparatus according to the first embodiment first sets a movement prohibited area centering on an obstacle present in the movement area. Here, the outer peripheral shape of the set movement prohibited area is generated using a figure having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous mobile body. Then, the route search device searches for a route based on the moving speed of the autonomous mobile body from a route candidate formed by connecting the tangent of the movement prohibited region and the outer periphery of the movement prohibited region. As a result of the route search, when the autonomous mobile body passes on the outer periphery of the movement prohibited region, the route search device uses the movement route portion of the movement route excluding the outer periphery of the movement prohibited region as a tangent, Let the movement path part on the outer periphery be a movement path according to the figure. The autonomous mobile body refers to the searched movement route, starts moving from the movement start point existing in the movement area, and reaches the movement end point existing in the movement area.
このようにして探索された移動経路は、移動禁止領域の接線と所定の曲率に従った移動禁止領域の外周とから構成されるため、移動経路に対してさらなる円滑化処理を必要としない。即ち、探索された移動経路を滑らかな経路へと修正する処理を別途必要としないため、移動体は探索された移動経路をそのまま移動することができる。また、このように構成された移動経路は、経路長を容易かつ正確に算出することができるため、経路上の各地点における自律移動体の到達時間を算出することが可能となる。従って、移動体が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索すると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる。 Since the travel path searched in this way is composed of the tangent line of the travel prohibition area and the outer periphery of the travel prohibition area according to a predetermined curvature, no further smoothing processing is required for the travel path. In other words, since a separate process for correcting the searched movement route to a smooth route is not required, the mobile body can move the searched movement route as it is. Further, since the travel route configured as described above can easily and accurately calculate the route length, it is possible to calculate the arrival time of the autonomous mobile body at each point on the route. Therefore, the moving body can easily search for a moving route that can move while avoiding an obstacle, and can also search for a moving route that can easily calculate the route length and the estimated arrival time to any point on the route. can do.
以下、図面を参照しながら本実施の形態1に係る経路探索装置について説明する。図1は、移動領域としての床部1上の限られたエリアP(破線に囲まれた領域)を、自律移動体としての車両10が制御部15からの信号により移動する自律移動体制御システム100の一実施形態を概略的に示すものである。図1では、床部1上のエリアP上に物体は表記されていないが、既知の固定障害物及び外界センサにより検知された固定障害物や移動障害物が存在し、車両10はこれらの障害物を回避する必要がある。
Hereinafter, the route search apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an autonomous mobile body control system in which a
図2に示すように、車両10は、箱型の車両本体10aと、1対の対向する車輪11と、キャスタ12を備える対向2輪型の車両であり、これらの車輪11、キャスタ12とで車両本体10aを水平に支持するものである。さらに、車両本体10aの内部には、車輪11をそれぞれ駆動する駆動部(モータ)13と、車輪の回転数を検出するためのカウンタ14と、車輪を駆動するための制御信号を作成し、駆動部13にその制御信号を送信する制御部15が備えられている。そして、制御部15内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域15aには、制御信号に基づいて車両10の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するための制御プログラムが記録されている。前述の移動速度や移動距離などは、カウンタ14で検知された車輪11の回転数に基づいて求められている。
As shown in FIG. 2, the
また、車両本体10aの前面には、移動する方向に現れた障害物等を認識するための外界センサ16が固定されており、この外界センサ16で認識した画像や映像等の情報が制御部15に入力された結果、制御プログラムに従って車両の移動する方向や速度等が決定される。外界センサ16は、障害物等において反射されたレーザを検知するセンサや、CCDカメラにより構成することができる。
In addition, an
さらに、車両本体10aの上面には、自己位置を認識するためのアンテナ17が備えられており、例えば図示しないGPS等からの位置情報を受け取り、制御部15においてその位置情報を解析することにより、自己の位置を正確に認識することができる。
Furthermore, the upper surface of the
このように構成された車両10は、1対の車輪11の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動(旋回)、後退、その場回転(両車輪の中点を中心とした旋回)などの移動動作を行うことができる。そして、車両10は、外部からの移動場所を指定する制御部15からの指令にしたがって、エリアP内の指定された目的地までの移動経路を作成し、その移動経路に追従するように移動することで、目的地に到達する。
The
制御部15内部に備えられた記憶領域15aには、床部1上のエリアP全体の形状に、略一定間隔d(例えば10cm)に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで得られるグリッドマップが記憶されている。障害物の存在の有無を示す障害物情報が、予め又はリアルタイムに各グリッドに対して設定される。制御部15は、グリッドマップ上において特定される自己位置を移動始点として、目的地である移動終点までの移動経路を作成し、作成された移動経路に従って移動を行う。
In the
図3は、制御部15が有する経路探索機能の構成を示すブロック図である。制御部15は、探索空間生成部20と、経路探索部21と、経路データ22と、自己位置計算部23と、障害物位置データ24とを有する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the route search function that the
障害物位置データ24は、エリア内に存在する障害物の位置情報である。尚、障害物の位置情報は、ユーザーが予め登録してもよいし、前述したように外界センサ16により取得してもよい。例えば、車両10の移動する領域の図面などからユーザーが障害物位置情報を予め登録してもよいし、車両10に備えたレーザレンジセンサなどの測距センサにより障害物を検出した後、グリッドマップに障害物位置情報を登録するようにしてもよい。
The
自己位置計算部23は、前述のように、GPS等から得られた車両10の位置情報を、このグリッドマップ上における自己の位置に置き換えて、グリッドマップ上における自己位置として認識する。グリッドマップ上において、車両10の自己位置に相当する場所、目的地である移動終了点、及び移動終了点における車両10の移動方向が特定される。
As described above, the self-
探索空間生成部20は、グリッドマップ内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定する。ここで、探索空間生成部20は、設定した移動禁止領域の外周の形状を、車両10の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成する。
The search
経路探索部21は、移動禁止領域の接線と移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、車両10の移動速度に基づいて経路探索を行う。ここで、経路探索部21は、経路探索の結果、車両10が移動禁止領域の外周上を通過する場合には、移動経路のうち、移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を接線とし、移動禁止領域の外周上の移動経路部分を図形に従う移動経路とする。そして、経路探索部21は、探索した移動経路を経路データ22として記憶する。制御部15は、探索された経路データ22に従って、車両10の移動を制御する。
The
続いて、制御部15が有する経路探索機能について、図4に示すフローチャートと図5乃至14を用いて説明する。図4は、制御部15による経路探索処理を示すフローチャートである。
Next, the route search function of the
まず制御部15は、車両10が経路探索を行う探索空間としてのグリッドマップを作成する(S101)。図5に、車両10が経路探索を行うグリッドマップの一例を示す。図5に示すように、グリッドマップ内には、移動始点としての現在位置から移動終点としてのゴールGへと移動する途中に障害物グリッドBが配置される。車両10は、グリッドマップ内に存在する障害物グリッドBを回避するように、現在位置からゴールGへと到達する移動経路を探索する。尚、探索空間としてはグリッドマップに限定されず、後述する移動禁止領域の外周上の接点(以下、ノードと称する。)と、それら接点間を接続する曲線及び直線(以下、アークと称する。)とを用いて表現可能な探索空間であればよい。
First, the
次いで、制御部15は、車両10の移動を禁止する領域である移動禁止領域を設定する。ここでは、車両10の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形として円を採用し、制御部15は、移動禁止領域の外周の形状を、円を用いて生成する。即ち、制御部15は、各障害物グリッドBを中心とする経路円を作成する(S102)。図6に、各障害物グリッドBを中心として作成した経路円の例を示す。
Next, the
尚、移動禁止領域の外周を定める図形としては円に限定されず、車両10が障害物グリッドBに衝突しないような安全な距離を保ち、かつ、車両10が追従可能な曲率を有する図形であればよい。採用する図形としては、例えば、図7に示すように、車両10の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する円(図7A)、又は、車両10の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する複数の円とそれら複数の円間の共通接線とからなる図形(図7B、図7C)に示すような図形としてもよい。このような図形によれば、移動禁止領域の外周の長さを容易かつ正確に計算することができる。また、図7に示す図形以外の図形であっても、最終的に生成される移動経路の経路長が計算可能な図形を採用すると好適である。尚、以下の説明においては、説明の簡略化のため、移動禁止領域の外周を定める図形は円であるものとして説明する。
The figure that defines the outer periphery of the movement prohibited area is not limited to a circle, and may be a figure that maintains a safe distance so that the
また、制御部15は、作成した経路円のうち、移動経路となりえない円を除外し、残った円については、他の障害物グリッドBと衝突しない円弧の範囲を計算する。即ち、経路円の円弧の一部が他の経路円と互いに重複する場合には、これら経路円の配置関係に基づいて、移動経路となりえない円と、移動経路となりうる円のうちで不要な円弧部分とを除外する。経路候補となりえない経路円と、経路円のうち不要な円弧部分とを除外することで、より効率的に経路探索を行うことができる。尚、円を辿る移動経路は右回りと左回りとがある。以下の説明では、中心が同一の場合であっても、右回りで回る場合と、左回りで回る場合とを、それぞれ別の円を回る場合として扱うものとする。
Further, the
図8を参照して、移動経路となりえない円の判定方法について説明する。ここでの判定は、周囲に位置する円によって、その円が埋もれているか否かを判定するものである。図8に示す例では、経路円C0が移動経路となりうる円であるか否かを判定する。尚、円Cxの半径をrxとし、円Cxの中心をcxとする。円C0の中心c0と円Cxの中心cxとを結ぶ線分をc0cxとし、円C0の中心c0と円Cyの中心cyとを結ぶ線分をc0cyとする。線分c0cxと線分c0cyとがなす角をθxyとする。まず、不等式|c0cx|<r0+rxの関係を満足する円Cxを全て列挙し、その集合をCUとする。そして、Cx∈CUである全ての円Cxについて、線分c0cxとx軸とのなす角の順にソートし、隣接する線分のなす角θxyを計算する。このとき、以下の数1を満足するθxyが一つでも存在する場合には、円C0は経路となりうる。全ての円の半径が等しい場合には、数1は単純にθxy>πと置き換えられる。尚、数1が等式となった場合には、円C0と、円Cxと、円Cyとが共通接線を有する状態となる(例えば、図8に示す接線L0とL12が重なる状態となる。)。
図8Aに示す例では、θ12は数1に示す条件を満足しているため、円C0は経路となりうるものと判定される。一方で、図8Bに示す例では、どのθxyも数1に示す条件を満足しておらず、円C0は経路となりえないものと判定される。従って、制御部15は、図8Bに示す円C0を除外する。
With reference to FIG. 8, a method of determining a circle that cannot be a movement route will be described. The determination here is to determine whether or not the circle is buried by surrounding circles. In the example shown in FIG. 8, it is determined whether or not the route circle C 0 is a circle that can be a moving route. Note that the radius of the circle C x is r x and the center of the circle C x is c x . A line segment connecting the center c x center c 0 and the circle C x of the circle C 0 and c 0 c x, c 0 a line segment connecting the center c y of the center c 0 and the circle C y of the circle C 0 Let it be cy . An angle formed by the line segment c 0 c x and the line segment c 0 c y is defined as θ xy . First, all the circles C x satisfying the relationship of the inequality | c 0 c x | <r 0 + r x are listed, and the set is defined as C U. Then, the C x ∈ C U a is any of a circle C x, sorted in order of the angle between the line segment c 0 c x and x-axis, to calculate the angle theta xy adjacent segment. At this time, if there is at least one θ xy that satisfies the following
In the example shown in FIG. 8A, θ 12 satisfies the condition shown in
次いで、制御部15は、車両10の現在位置と速度及び角速度とから、車両10が最初に辿る仮想的な円を作成し、上述した場合と同様にして、作成した仮想円について、障害物グリッドBと衝突しない円弧の範囲を計算する。仮想円は、進路の左側と右側の2つを作成する。図9に、以上のようにして作成した経路円と仮想円ICR、ICLを示す。尚、図9に示す例では、経路円について、障害物グリッドBと衝突しない円弧の範囲を太線により示している。
Next, the
尚、仮想円の位置及び大きさは、車両10の位置情報及び速度情報から決定する。車両10が停止している場合には、例えば図10Aに示すように、車両10に接するように仮想円ICR、ICLを配置する。車両10が移動している場合には、例えば図10Bに示すように、車両10の移動速度に応じて車両10が追従しやすいように仮想円ICR、ICLの半径を大きくし、車両10の前方に配置する。また、仮想円は車両10の進行方向ベクトルに沿って微分可能な曲線であればよく、円以外にも、クロソイド曲線やスプライン曲線などを用いて作成してもよい。
The position and size of the virtual circle are determined from the position information and speed information of the
次いで、制御部15は、車両10の移動速度から、作成した2つの仮想円に車両10が到達するまでの時間を計算し、その到達点をノードとして設定する。制御部15は、仮想円のその2つのノードを最初のOpenノードとし、Openノードリストに追加する(S103)。S103における計算の結果からOpenノードが存在するか否かを判定する(S104)。判定の結果、Openノードが一つもなかった場合には、探索は失敗であるものとして処理を終了する。一方で、Openノードが一つ以上存在する場合には、S105へと進む。
Next, the
以下、制御部15は、Openノードのうち、全探索の評価値が最小となるノードNを探索する。探索対象はゴールGと移動禁止領域を示す円である。ここで、全探索に用いる評価値としては、ノードまでの到達時間が短いものほどその値が小さいものとする。全探索手法としては、A*探索アルゴリズムやダイクストラ法などの公知の手段を用いることができる。尚、以下の説明では、ノードNが属する円を円Cと表記する。
Hereinafter, the
制御部15は、Openノードリストから、最も評価値が低いノードNを選択する(S105)。制御部15は、例えば図10Aに示すように、ノードNを選択する。そして制御部15は、選択したノードNが、ゴールであるか否かを判定する(S106)。判定の結果、ノードNがゴールであった場合には、探索は成功として経路探索処理を終了する。一方で、判定の結果、ノードNがゴールでなかった場合には、S107へと進む。
The
次いで、制御部15は、ノードNが属する円Cが初めて訪れる円であるか否かを判定する(S107)。判定の結果、円Cを訪れるのが2回目以降であった場合には、1回目に訪れた際に作成した接線の情報をそのまま利用するものとし、S109へと進む。
Next, the
一方で、判定の結果、ノードNが属する円Cを初めて訪れた場合には、制御部15は、円C以外の各円に対して、移動禁止領域と交わらない接線を引く(S108)。より具体的には、制御部15は、円Cから、円Cと他の円との共通接線と、円CとゴールGとの接線を引く。そして、制御部15は、これら接線のうち、他の移動禁止領域に交わる接線を除外する。即ち、制御部15は、他の障害物グリッドBと接触しない接線を全て求める。経路候補となりえない不要な接線を処理対象から除くことで、より効率的に経路探索を行うことができる。
On the other hand, when it is determined that the circle C to which the node N belongs is visited for the first time, the
尚、ここでは、共通接線として、図11に示す内接線Linと外接線Loutの2種類の共通接線を扱う。車両10の到達時間を計算する場合には、外接線Loutで接続された円の左右の回り方は図11Aに示すように円Cと同じであるものとし、内接線Linで接続された円の回り方は図11Bに示すように円Cと逆になるものとして計算する。中心が同一であっても、右回りで回る場合と左回りで回る場合の2通りを、それぞれ別の円として扱うものとする。
Here, as a common tangent, we deal with two common tangent inscribed line L in the circumscribed line L out shown in Figure 11. When calculating the arrival time of the
次いで、制御部15は、S108で引かれた各接線の両端を出発ノード・到達ノードとして設定する(S109)。ここでは、円C以外の円から円Cへと引かれた接線と円Cの円弧との接点を到達ノードとし、円Cから他の円へと接線を引いた場合の円Cの円弧上の接点を出発ノードとして定義する。
Next, the
次いで、制御部15は、ノードNと円Cの各出発ノード間、各出発ノードと各到達ノード間にアークを張り、車両10がアークを移動するために必要な移動コストを計算する(S110)。例えば図12に示すように、制御部15は、円Cの到達ノードから円Cの出発ノードまでにアーク1を張り、さらに、円Cの出発ノードから他の円の到達ノードまでアーク2を張る。尚、アークのコストは、アークの長さ(距離)と車両10の移動速度とから算出した移動時間とする。
Next, the
次いで、制御部15は、他の円の円弧上の到達ノードを、Openノードリストに追加する(S111)。制御部15は、例えば図13に示す到達ノードをOpenノードリストに新たに追加する。制御部15は、Openノードを追加した後、S104へと戻り、最も評価値の低いノードNがゴールとなるか、又は、探索に失敗したかのいずれかの状態となるまで上述した処理を繰り返す。
Next, the
経路探索に成功した場合には、制御部15は、例えば図14に示すような移動経路Rを経路データとして出力する。移動経路Rの各部分は、移動禁止領域の外周上の移動経路部分は円弧として構成されると共に、移動禁止領域の外周を除く移動経路部分は移動禁止領域間の接線から構成される。
When the route search is successful, the
これにより、障害物との衝突を回避する移動経路を探索することができる。また、探索された移動経路は、移動禁止領域の接線と所定の曲率に従った移動禁止領域の外周とから構成されるため、移動経路に対してさらなる円滑化処理を必要としない。即ち、探索された移動経路を滑らかな経路へと修正する処理を別途必要としないため、車両10は探索された移動経路をそのまま移動することができる。また、このように構成された移動経路は、経路長を容易かつ正確に算出することができるため、経路上の各地点における自律移動体の到達時間を算出することが可能となる。従って、車両10が障害物を回避して移動可能な移動経路を容易に探索すると共に、その経路長、及び経路上の任意地の点までの到着予想時刻を容易に計算可能な移動経路を探索することができる。
Thereby, it is possible to search for a movement route that avoids a collision with an obstacle. Further, since the searched movement path is composed of the tangent line of the movement prohibition area and the outer periphery of the movement prohibition area in accordance with a predetermined curvature, no further smoothing processing is required for the movement path. In other words, since there is no need for a separate process for correcting the searched travel route to a smooth route, the
実施の形態2.
本実施の形態2に係る経路探索装置は、移動領域内に移動障害物が存在する場合においても、移動障害物の進行方向後方を移動する移動経路を探索することができる。上述した実施の形態1に係る経路探索装置では、移動障害物の移動予測について考慮していない。このため、移動領域内に移動障害物が存在する場合には、移動障害物の進行方向前方をふさぐような経路を探索することがある。移動障害物が例えば人間である場合に、大型の自律移動体(ロボット)が高速で人間の前方を横切るときには、横切られた人間は恐怖感を覚える。このため、移動障害物を回避する移動経路は、移動障害物の進行方向後方に回りこむ移動経路とすることが好ましい。
Embodiment 2. FIG.
The route search apparatus according to the second embodiment can search for a moving route that moves behind the moving obstacle in the traveling direction even when a moving obstacle exists in the moving region. In the route search device according to the first embodiment described above, the movement prediction of the moving obstacle is not taken into consideration. For this reason, when a moving obstacle exists in the moving area, a route that covers the front of the moving obstacle in the traveling direction may be searched. When the moving obstacle is a human being, for example, when a large autonomous moving body (robot) crosses the front of the human at high speed, the human being crossed feels fear. For this reason, it is preferable that the movement path | route which avoids a movement obstacle is a movement path | route which turns around to the advancing direction of a movement obstacle.
以下、図面を参照しながら本実施の形態2に係る経路探索装置について説明する。尚、本実施の形態2に係る車両10の構成及び機能は、以下で特に説明する点を除いて実施の形態1で示した車両10と同一であり、同一の構成及び機能については、その詳細な説明を省略する。
Hereinafter, the route search apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. The configuration and functions of the
図15は、本実施の形態2に係る車両10の制御部15が有する経路探索機能の構成を示すブロック図である。制御部15は、探索空間生成部30と、経路探索部31と、経路データ32と、自己位置計算部33と、距離データ取得部35とを有する。尚、自己位置計算部33は、上述した実施の形態1における自己位置計算部23と同一の構成及び機能を有するため、ここでは説明を省略する。
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of a route search function included in the
距離データ取得部35は、車両10に備えたレーザレンジセンサなどの測距センサから障害物の距離データを検出し、移動領域内の障害物を検出する。距離データ取得部35は、検出した障害物の位置情報をグリッドマップに登録する。尚、移動領域内を移動する移動障害物については例えば円筒形により近似し、グリッド空間とは別個に情報を保持するものとする。また、移動障害物の運動は等速直線運動であるものと仮定する。さらに、移動障害物の移動方向の変化に関しては、短い周期で経路探索を繰り返すことにより対応するものとする。
The distance
探索空間生成部30は、グリッドマップ内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定する。ここで、探索空間生成部30は、設定した移動禁止領域の外周の形状を、車両10の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成する。また、探索空間生成部30は、移動領域内を移動する移動障害物に対しても移動禁止領域を設定する。尚、移動障害物に対して設定する移動禁止領域の詳細については後述する。
The search
経路探索部31は、移動禁止領域の接線と移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、車両10の移動速度に基づいて経路探索を行う。ここで、経路探索部31は、移動障害物の将来位置を算出し、算出した移動障害物の将来位置に基づいて、移動障害物を回避する移動経路を探索する。そして、経路探索部31は、探索した移動経路を経路データ32として記憶する。制御部15は、探索された経路データ32に従って、車両10の移動を制御する。
The
続いて、本実施の形態2に係る制御部15が有する経路探索機能について、図16に示すフローチャートと図17乃至19を用いて説明する。図6は、本実施の形態2に係る制御部15による経路探索処理を示すフローチャートである。
Next, the route search function of the
まず制御部15は、車両10が経路探索を行う探索空間としてのグリッドマップを作成する(S201)。
First, the
次いで、制御部15は、移動障害物の現在位置と移動速度を推定する(S202)。移動障害物の現在位置は測距センサ34の検出値に基づいて推定するものとしてもよいし、車両10に搭載されているセンサに限定されず、車両10が移動する環境内に設定されているカメラなどを用いて推定してもよい。また、移動障害物の移動方向及び移動速度は、パーティクルフィルタなどの統計的手法を用いて推定することができる。
Next, the
次いで、制御部15は、各障害物グリッドBを中心とする経路円を作成する(S203)。また、制御部15は、作成した経路円のうち、移動経路となりえない円を除外し、残った円については、他の障害物グリッドBと衝突しない円弧の範囲を計算する。
Next, the
次いで、制御部15は、車両10の現在位置と速度及び角速度とから、車両10が最初に辿る仮想的な円を作成し、上述した場合と同様にして、作成した仮想円について、障害物グリッドBと衝突しない円弧の範囲を計算する。また、制御部15は、車両10の移動速度から、作成した2つの仮想円に車両10が到達するまでの時間を計算し、その到達点をノードとして設定する。そして、制御部15は、仮想円のその2つのノードを最初のOpenノードとし、Openノードリストに追加する(S204)。制御部15は、Openノードが存在するか否かを判定する(S205)。判定の結果、Openノードが一つもなかった場合には、探索は失敗であるものとして処理を終了する。一方で、Openノードが一つ以上存在する場合には、S206へと進む。
Next, the
以下、制御部15は、Openノードのうち、全探索の評価値が最小となるノードNを探索する。探索対象はゴールGと移動禁止領域を示す円である。ここで、全探索の評価値としては、ノードまでの到達時間が短いものほどその値が小さいものとする。全探索手法としては、A*探索アルゴリズムやダイクストラ法などの公知の手段を用いることができる。尚、以下の説明では、ノードNが属する円を円Cと表記する。
Hereinafter, the
制御部15は、Openノードリストから、最も評価値が低いノードNを選択する(S206)。そして制御部15は、選択したノードNが、ゴールであるか否かを判定する(S207)。判定の結果、ノードNがゴールであった場合には、探索は成功として経路探索処理を終了する。一方で、判定の結果、ノードNがゴールでなかった場合には、S208へと進む。
The
次いで、制御部15は、ノードNが属する円Cが初めて訪れる円であるか否かを判定する(S208)。判定の結果、円Cを訪れるのが2回目以降であった場合には、1回目に訪れた際に作成した接線の情報をそのまま利用するものとし、S210へと進む。
Next, the
一方で、判定の結果、ノードNが属する円Cを初めて訪れた場合には、制御部15は、円Cから静止障害物に衝突しない接線を引き、これらの接線集合Lを作成する(S209)。
On the other hand, if the result of determination is that the circle C to which the node N belongs is visited for the first time, the
次いで、制御部15は、接線集合Lに含まれる接線sを選択する(S210)。以下、接線集合Lに含まれる全ての接線sについて、S210〜S218の処理を繰り返す。
Next, the
次いで、制御部15は、選択した接線sの出発ノードまでの到達予想時刻tsを算出する(S211)。即ち、車両10が、接線sにおける出発ノードに到達するまでの到達予想時刻tsを算出する。言い換えると、現時点における接線sの出発地点(xr,yr)に対して、車両10が到達する到達予想時刻tsを算出する。
Next, the
次いで、制御部15は、接線sについて、時刻tsにおける車両の予想位置を中心とした各移動障害物との相対空間を作成する(S212)。より具体的には、制御部15は、時刻tsにおける移動障害物の位置を計算し、時刻tsにおける車両と移動障害物との相対的な位置関係を示す相対空間を作成する。例えば図17Aに示すように、車両10の移動経路の一部である接線L1に対して、移動障害物が白抜き矢印の方向に移動している場合を想定する。このとき制御部15は、図17Bに示すように、車両10が接線L1の出発地点に到達する時刻t1を算出すると共に、時刻t1における移動障害物の位置を計算する。尚、図17Bでは、時刻t1における車両10と移動障害物とを破線により示している。
Next, the
次いで、制御部15は、作成した相対空間を参照して、接線sについて、車両10と各移動障害物とが衝突するか否かの衝突判定処理を行う(S213)。
Next, the
図18は、制御部15が作成した相対空間の一例を示す図である。制御部15は、移動障害物を中心として移動禁止領域を設定する。ここでは、移動禁止領域として円を設定するものとし、移動障害物に対して、その中心から半径rmの円を設定する。移動障害物の移動速度ベクトルを(vxm,vym)とする。また、車両10の半径をrrとし、車両10の移動速度ベクトルを(vxr,vyr)とする。制御部15は、車両10と移動障害物との相対速度ベクトル(vxm−vxr,vym−vyr)の延長線と、移動障害物の相対中心位置(xm−xr,ym−yr)との距離がrm+rr以下であるか否かを判定する。制御部15は、延長線と移動障害物の相対中心位置との距離がrm+rr以下である場合には、車両10と移動障害物とが衝突する可能性があるものと判定する。図18に示す例では、制御部15は、車両10と移動障害物とが衝突する可能性があるものと判定する。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the relative space created by the
S213における衝突判定処理結果から、車両10と各移動障害物とが接線sについて衝突する可能性があるか否かを判定する(S213)。判定の結果、移動障害物と衝突する可能性がない場合には、S216へと進む。
From the collision determination processing result in S213, it is determined whether or not there is a possibility that the
一方で、移動障害物と衝突する可能性がある場合には、制御部15は、衝突する可能性のある移動障害物への回避円までの接線が引けるか否かを判定する(S215)。
On the other hand, when there is a possibility of colliding with the moving obstacle, the
判定の結果、回避円までの接線を引くことができる場合には、制御部15は、移動障害物への回避円までの接線を引き、接線の両端を出発・到達ノードに登録すると共に、接線sを接線集合Lから取り除く(S216)。即ち、制御部15は、時刻tsにおける移動障害物を含む回避円へと接線を引く。このとき、移動障害物の進行方向ベクトルと引かれる接線のベクトルとの内積が負になるように、接線を引く(即ち、移動経路が移動障害物の後方を通過するようにする)。例えば図17Bに示すように、制御部15は、移動障害物の回避円に対して接線L2を引く。そして、制御部15は、引かれた各接線の両端を出発ノード・到達ノードとして設定する。
As a result of the determination, if the tangent to the avoidance circle can be drawn, the
一方で、判定の結果、回避円までの接線を引くことができない場合には、制御部15は、接線sを接線集合Lから取り除く(S217)。そして、制御部15は、集合Lは空であるか否かを判定する(S218)。接線集合Lが空でない場合には、S210へと戻り、S218までの処理を繰り返す。一方で、接線集合が空である場合には、S219へと進む。
On the other hand, if the result of determination is that a tangent to the avoidance circle cannot be drawn, the
次いで、制御部15は、ノードNと円Cの各出発ノード間、各出発ノードと各到達ノード間にアークを張り、車両10がアークを移動するために必要な移動コストを計算する(S219)。さらに、制御部15は、各到着他の円の円弧上の到達ノードを、Openノードリストに追加する(S220)。制御部15は、Openノードを追加した後、S205へと戻り、最も評価値の低いノードNがゴールとなるか、又は、探索に失敗したかのいずれかの状態となるまで上述した処理を繰り返す。
Next, the
以下、上述したS209〜S218の処理について、図19乃至図24を参照して具体的に説明する。まず、図19に示す例において、S208において、円Cは初めて訪れる円であると判定されたものとする。次いで、制御部15は、S209において、円Cから静止障害物(図19において、円C以外の円であり、移動障害物M1、M2を除いた他の円により静止障害物を示す。)に衝突しない接線集合Lを作成する。例えば図20に示すように、S209における処理の結果、制御部15により接線s1〜s5が作成され、これらの接線を含む接線集合Lが作成される。
Hereinafter, the processing of S209 to S218 described above will be specifically described with reference to FIGS. First, in the example illustrated in FIG. 19, it is assumed that the circle C is determined to be the first visited circle in S208. Next, in S209, the
次いで、制御部15は、各接線についてS210〜S218に示した処理をそれぞれ行う。即ち、制御部15は、選択した接線sについて、上述したS211〜S213に示す処理を行う。接線集合Lが、例えば図21に示す接線s1〜s5により構成される場合には、制御部15は、接線s1〜s5それぞれに対して移動障害物との衝突判定を行う。各接線についての衝突判定の結果、図21に示す例では、制御部15は、接線s1は移動障害物M1と衝突し、接線s4は移動障害物M2と衝突するものと判定する(即ち、接線s1及び接線s4については、S214での判定の結果がYesとなる)。一方で、図21に示す例では、制御部15は、接線s1、s2、s5はいずれの移動障害物とも衝突しないものと判定する(即ち、接線s1、s2、s5については、S214での判定の結果がNoとなる)。そして、制御部15は、接線s1、s2、s5については、接線の両端を出発・到達ノードに登録した後、これらの接線s1、s2、s5を接線集合Lから取り除く。
Next, the
一方で、制御部15は、接線s3及びs4については、移動障害物と衝突する可能性があるため、移動障害物との衝突を回避するための回避軌道の生成を試みる。まず、制御部15は、接線s3については、移動障害物M1と衝突する可能性があるため、移動障害物M1の回避軌道を生成する。即ち、衝突する移動障害物M1への回避円C_M1までの接線が引けるか否かを判定する。図22に示す例では、回避円C_M1までの接線sは他の静止障害物と衝突するため、制御部15は、この接線sを用いた回避軌道の生成は断念する(即ち、S215での判定の結果がNoとなる)。そして、制御部15は、接線s3を接線集合Lから取り除く。
On the other hand, the
また、制御部15は、接線s4については、移動障害物M2と衝突する可能性があるため、移動障害物M2の回避軌道を生成する。即ち、衝突する移動障害物M2への回避円C_M2までの接線が引けるか否かを判定する。図23に示す例では、回避円C_M1までの接線s6は他の静止障害物と衝突しないため、制御部15は、この接線s6を用いて回避軌道を生成する(即ち、S215での判定の結果がYesとなる)。従って、この接線s6の両端を出発・到達ノードに登録した後、これらの接線s6を接線集合Lから取り除く。
Further, the
このようにして接線集合Lに含まれる各接線について処理を繰り返した結果、最終的に出発・到達ノードが登録された接線は、例えば、図24に示すように、4本の接線s1、s2、s5、s6となる。 As a result of repeating the processing for each tangent included in the tangent set L in this way, the tangents in which the departure / arrival nodes are finally registered are, for example, four tangents s1, s2, s5 and s6.
以上説明したようにして経路探索を行い、経路探索に成功した場合には、制御部15は、例えば図17Bにおいて実線で示すような回避経路Rを経路データとして出力する。回避経路Rの各部分は、移動障害物の円上の移動経路部分は円弧として構成されると共に、移動障害物の円を除いた移動経路部分は移動障害物円の接線から構成される。さらに、回避経路Rは、移動障害物の移動方向に対して後方を通過するものである。このため、回避経路Rに追従する車両10は、移動障害物の移動方向の前方を移動せず回避するため、より安全な移動を行うものである。
When the route search is performed as described above and the route search is successful, the
尚、制御部15は、移動障害物の後方を回りこんで回避するように移動経路を設定するが、移動障害物の後方を通過する回避経路としては、図25に示すような4種類の回避経路が想定される。図25Aには、車両10が前方の円Cを左回りした後、移動障害物の回避を右方向とした場合の回避経路(接線L3を含む。)を示す。図25Bには、車両10が前方の円Cを左回りした後、移動障害物の回避を左方向とした場合の回避経路(接線L4を含む。)を示す。図25Cには、車両10が前方の円Cを右回りした後、移動障害物の回避を右方向とした場合の回避経路(接線L5を含む。)を示す。図25Dには、車両10が前方の円Cを右回りした後、移動障害物の回避を左方向とした場合の回避経路(接線L6を含む。)を示す。
Note that the
実施の形態3.
本実施の形態3に係る経路探索装置は、移動領域内に移動障害物が存在する場合においても、移動経路自体を変更せずに、移動障害物との衝突を回避する移動経路を探索することができる。上述した実施の形態2に係る経路探索装置では、車両10が移動障害物の進行方向後方を移動する移動経路を新たに探索するものである。尚、本実施の形態3に係る車両10の構成及び機能は、以下で特に説明する点を除いて実施の形態2で示した車両10と同一であり、同一の構成及び機能については、その詳細な説明を省略する。
The route search device according to the third embodiment searches for a movement route that avoids a collision with a movement obstacle without changing the movement route itself even when a movement obstacle exists in the movement region. Can do. In the route search device according to the above-described second embodiment, the
本実施の形態3に係る制御部15は、上述した実施の形態2で説明したのと同様にして、現時点における経路円Cの出発地点に対して、車両10が到達する到達予想時刻t1を算出する。次いで、制御部15は、時刻t1における移動障害物の位置を計算する。例えば図26Aに示すように、車両10の移動経路の一部である接線L1に対して、移動障害物が白抜き矢印の方向に移動している場合を想定する。このとき制御部15は、図26Bに示すように、車両10が円Cの出発地点に到達する時刻t1を算出すると共に、時刻t1における移動障害物の位置を計算する。尚、図26Bでは、時刻t1における車両10と移動障害物を破線により示している。
The
次いで、制御部15は、車両10と移動障害物とが時刻t1において衝突する可能性があるか否かを判定する。判定の結果、衝突する可能性がある場合には、制御部15は、経路候補である接線上において、時刻t1の移動障害物の円と車両10の位置との間に、減速ノードを設定する。減速ノードは、車両10の移動速度を所定の速度へと減速指示するノードである。減速ノードの所定の速度は、移動障害物の円が現在の経路候補の接線を通過した以降に、車両10がその経路候補を移動することができる速度として求める。制御部15は、設定した減速ノードを用いて、以降の経路探索を行う。例えば図26Bに示すように、制御部15は、接線L8上に減速ノードN8を設定する。車両10は設定した減速ノードN8を通過する際に減速するため、移動障害物との衝突を回避することができる。これにより、移動障害物の移動に応じた新たな移動経路を探索せずに済み、車両10を減速させるのみで移動障害物との回避が可能となる。
Next, the
尚、上述した実施の形態2と本実施の形態3とを組み合わせることにより、移動障害物との衝突を回避するものとしてもよい。即ち、ゴールGへと到達するまでの時間を短くする行動として、移動障害物の後方を回避する回避経路を新たに探索する行動か、又は、移動障害物の前方において減速させる行動かのいずれかの行動を状況に応じて選択させるようにしてもよい。
In addition, it is good also as what avoids the collision with a moving obstacle by combining Embodiment 2 mentioned above and this
実施の形態4.
本実施の形態4に係る経路探索装置は、経路円の接線と他の経路円との接点においても、車両10が追従可能な移動経路を探索することができる。上述した各実施の形態に係る経路探索装置では、車両10の角速度の追従性が低い場合には、車両10は探索された移動経路を追従することが困難な場合がある。これは、移動経路を円と接線のみから構成しており、接線の接点において曲率半径に不連続が発生するためである。尚、本実施の形態4に係る車両10の構成及び機能は、以下で特に説明する点を除いて上述した各実施の形態で示した車両10と同一であり、同一の構成及び機能については、その詳細な説明を省略する。
The route search device according to the fourth embodiment can search for a moving route that the
本実施の形態4に係る制御部15は、経路円の接線と他の経路円の接点との接続を、車両10の移動速度に基づいて設定したクロソイド曲線により接続する。これにより、経路円の接線と他の経路円の接点においても、車両10は移動経路の追従性を維持しながら移動することができる。
The
図27は、本実施の形態4に係る制御部15による経路探索処理を示すフローチャートである。図27に示す例では、S108、S109における処理の対象をクロソイド曲線とする点において、図4に示した実施の形態1に係る制御部15による経路探索処理と異なる。その他の処理については上述した各実施の形態と同一であり、その詳細な説明は省略する。
FIG. 27 is a flowchart showing route search processing by the
例えば図28Aや図28Bに示すように、制御部ノード15は、経路円の接線と他の経路円とをクロソイド曲線により接続する。制御部15は、クロソイド曲線において、曲線と直線とが切り替わる点をノードとして全探索を行う。クロソイド曲線を接線の代わりに用いることで、自動車のように角速度が小さな移動体や、追従性が低い移動体であっても、追従可能な移動経路を探索することができる。また、クロソイド曲線を表す式からその長さを計算することができるため、制御部15は、探索した移動経路の長さを計算することができる。さらに、クロソイド曲線の曲率の設定方法としては、例えば、車両10の移動速度が速い場合にはクロソイド曲線の曲率を大きくし、車両10の移動速度が遅い場合にはクロソイド曲線の曲率を小さくするように設定してもよい。
For example, as shown in FIGS. 28A and 28B, the
実施の形態5.
本実施の形態5に係る経路探索装置は、車両10の追従性を重視する移動経路の探索と、障害物との安全な回避を重視する移動経路の探索とを両立することができる。上述した各実施の形態に係る経路探索装置では、1種類の円を用いて、車両10の追従性と安全性という2つの性質を表現している。このため、車両10の経路追従性(車両10の最小回転半径)を重視して障害物の円を作成した場合には、車両10の回転半径に応じて作成した円の半径が小さなものとなり、障害物と衝突する可能性がある。一方で、障害物と衝突しないことのみを目標として障害物の円を作成した場合には、障害物の大きさに応じて作成した円の半径が小さなものとなり、車両10が追従できない可能性がある。尚、本実施の形態5に係る車両10の構成及び機能は、以下で特に説明する点を除いて上述した各実施の形態で示した車両10と同一であり、同一の構成及び機能については、その詳細な説明を省略する。
The route search device according to the fifth embodiment can achieve both a search for a travel route that places importance on the followability of the
本実施の形態5に係る制御部15は、車両10の移動速度に基づいて設定した大きさの円と、車両10の大きさに対して所定の安全距離を加算して設定した大きさの円とから、より大きな値の円選択し、その選択した円を経路円として作成する。これにより、車両10の移動速度に基づく移動経路の追従性と、衝突回避を重視する移動経路の安全性とを両立して、移動経路を探索することができる。
The
例えば図29に示すように、制御部15は、2つの円から、より大きな円を選択する。図では、R1を車両10の追従限界半径とし(即ち、追従性を重視する円を示す。)、R2を(車両10の半径+所定の安全距離)とする(即ち、安全性を重視する円を示す。)。制御部15は、これらR1及びR2の値を算出し、より大きな値の円を選択し、経路探索を行う。例えば、図4に示した実施の形態1に係る制御部15による経路探索処理において、S102の経路円作成処理に先立って、これら2つの円から選択を行う。図29Aでは、半径がR1の円(追従性重視の円)では、追従は可能であっても障害物と接触する可能性がある。そこで、制御部15は、半径がR2の円(安全性重視の円)を選択する。また、図29Bでは、半径がR2の円(安全性重視の円)では、障害物と衝突しないものの、車両10が追従できない可能性がある。そこで、制御部15は、半径がR1の円(追従性重視の円)を選択する。
For example, as shown in FIG. 29, the
実施の形態6.
本実施の形態6に係る経路探索装置は、広大な探索空間においても、移動経路の探索を実現することができる。上述した各実施の形態に係る経路探索装置では、探索アルゴリズムの性質上、障害物グリッドの個数の二乗に比例して、その計算量が増加する。このため、広い探索空間の場合には、移動経路の探索処理を実現することが困難となる可能性がある。尚、本実施の形態6に係る車両10の構成及び機能は、以下で特に説明する点を除いて上述した各実施の形態で示した車両10と同一であり、同一の構成及び機能については、その詳細な説明を省略する。
The route search apparatus according to the sixth embodiment can realize a search for a moving route even in a vast search space. In the route search device according to each of the embodiments described above, the amount of calculation increases in proportion to the square of the number of obstacle grids due to the nature of the search algorithm. For this reason, in the case of a wide search space, it may be difficult to realize the travel route search process. The configuration and function of the
本実施の形態6に係る制御部15は、四分木(quad−tree)に代表されるようなデータ構造表現を用いて、計算量が増大しない程度にまで探索空間を分解する。そして、制御部15は、分解された各区分の領域を対象として、経路探索を行う。これにより、車両10の移動に応じて経路探索の対象とする移動領域を限定することで、計算時間を削減することができる。従って、広大な探索空間においても経路探索を実現することができる。尚、四分木データ構造とは、平面全体を縦横半分に四分割し、分割後の各領域が全て図形によって占められている場合、又は、全く図形が含まれていない場合には分割を中止し、それら以外の場合には、各領域をさらに四分割してデータを格納する。これを繰り返し、例えば図30Bに示すように2次元図形を区分する。これにより、四分木のツリー構造を用いて探索空間を表現することができる。
The
より具体的には、まず、制御部15は、車両10が現在位置する領域内の障害物グリッドの数を計算し、計算した障害物グリッドの数が所定の個数以上であるか否かを判定する。判定の結果、障害物グリッドの数が所定の個数以上である場合には、制御部15は、現在の車両10が位置する移動領域を四分割する。制御部15は、障害物グリッドの数が所定の数より少なくなるまで、この分割処理を繰り返す。そして、制御部15は、分割が終了した領域(障害物の数が所定の数より少ない領域)内において、サブゴールを設定し、上述したようにして現在の位置からサブゴールまでの経路探索を行う。分割された領域内でサブゴールに到達した場合、制御部15は、隣接する領域内の障害物グリッド数を計算し、計算した障害物グリッドの数が所定の個数以上であるか否かを判定する。以降、上述した処理を繰り返すことにより、ゴールまでの移動経路を探索する。
More specifically, first, the
例えば図30Aに示すように、車両10が領域P内を移動する場合を想定する。図24Bに示すように、制御部15は、領域Pに対応するグリッドマップMGを四分木構造により表現する。ここで、車両10が現在位置する区分を拡大したものをグリッドマップMLとして示している。グリッドマップMLに含まれる障害物グリッドの数は所定の数より少ない。制御部15は、グリッドマップMLにおいて、現在位置からサブゴールまでの局所移動経路Rを探索する。
For example, as shown in FIG. 30A, it is assumed that the
その他の実施の形態.
上述した各実施の形態では、2次元平面内における経路探索処理について説明したが本発明はこれに限定されない。即ち、移動体が移動する移動領域は3次元の領域としてもよい。この場合には、経路探索装置は、3次元形状の障害物を中心とする移動禁止領域の外周の形状を、所定の曲率を有する3次元形状の図形を用いて生成する。例えば図31に示すように、経路探索装置は、障害物を中心として球S1、S2、S3を生成する。そして、経路探索装置は、障害物を中心とする球S1、S3に沿って、移動経路を探索する。このように、2次元空間に限定されず、3次元空間においても経路探索を行うことで、例えばマニピュレータなどの軌道計算にも適用することができる。
Other embodiments.
In each of the above-described embodiments, the route search process in the two-dimensional plane has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the moving area in which the moving body moves may be a three-dimensional area. In this case, the route search device generates a shape of the outer periphery of the movement prohibited area centered on the three-dimensional shape obstacle using a three-dimensional shape figure having a predetermined curvature. For example, as illustrated in FIG. 31, the route search device generates spheres S1, S2, and S3 with an obstacle as a center. Then, the route search device searches for a moving route along the spheres S1 and S3 centered on the obstacle. Thus, the present invention is not limited to the two-dimensional space, and can be applied to trajectory calculation of a manipulator, for example, by performing a route search in the three-dimensional space.
また、経路探索装置は、移動領域における障害物の配置位置に応じて、図形の大きさを設定するようにしてもよい。これにより、ユーザーの意図を反映させた移動経路を探索することができる。例えば、図32に示すように、部屋の中心に配置される障害物については経路円の大きさを他の障害物に対する経路円の大きなものとすることで、車両10に部屋の中心を移動させないような移動経路を意図的に経路探索装置に探索させることができる。また、図32に示すように、壁を示す障害物に対する経路円の大きさを他の障害物の経路円よりも小さなものとすることで、車両10に壁沿いに移動させるような移動経路を意図的に探索させることができる。
In addition, the route search device may set the size of the figure according to the arrangement position of the obstacle in the moving area. Thereby, it is possible to search for a movement route reflecting the user's intention. For example, as shown in FIG. 32, for the obstacle arranged at the center of the room, the center of the room is not moved by the
また、上述した実施の形態では、自律移動体の制御部が経路探索機能を有するものとして説明したが本発明はこれに限定されない。経路探索機能は、例えば、自律移動体に搭載されたコンピュータや自律移動体とは別に設けられたコンピュータにより実現される。このコンピュータは、例えば、中央処理装置(CPU)、ROM、RAM、ハードディスク等の補助記憶装置、CD−ROM等の可搬型記憶媒体が挿入される記憶媒体駆動装置、入力手段や出力手段を備えている。ROM、補助記憶装置、可搬型記憶媒体等の記憶媒体には、オペレーティングシステムと協働してCPU等に命令を与え、アプリケーションプログラムを記録することができ、RAMにロードされることによって実行される。このアプリケーションプログラムは、本発明にかかる経路探索機能を実現する特有の経路探索プログラムを含む。経路探索プログラムによる経路探索は、中央処理装置がアプリケーションプログラムをRAM上に展開した上で当該アプリケーションプログラムに従った処理を補助記憶装置に格納されたデータを読み出し、また格納を行なうことにより、実行される。 In the above-described embodiment, the control unit of the autonomous mobile body has been described as having a route search function, but the present invention is not limited to this. The route search function is realized by, for example, a computer mounted on the autonomous mobile body or a computer provided separately from the autonomous mobile body. The computer includes, for example, a central processing unit (CPU), an auxiliary storage device such as a ROM, a RAM, and a hard disk, a storage medium driving device into which a portable storage medium such as a CD-ROM is inserted, an input unit, and an output unit. Yes. In a storage medium such as a ROM, an auxiliary storage device, or a portable storage medium, an application program can be recorded by giving instructions to the CPU in cooperation with the operating system, and executed by being loaded into the RAM. . This application program includes a unique route search program for realizing the route search function according to the present invention. The route search by the route search program is executed by the central processing unit developing the application program on the RAM, reading the data stored in the auxiliary storage device and executing the processing according to the application program, and storing it. The
尚、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention already described.
1 床部、10 車両、10a 車両本体、11 車輪、12 キャスタ、
13 駆動部(モータ)、14 カウンタ、15 制御部、15a 記憶領域、
16 外界センサ、17 アンテナ、100 自律移動体制御システム、
21、31 経路探索部、22、32 経路データ、23、33 自己位置計算部、
24 障害物位置データ、34 測距センサ、35 距離データ取得部、
P エリア、G ゴール、B 障害物グリッド、
C 経路円、ICR、ICL 仮想円、C_M1、C_M2 回避円、N ノード、
L、s 接線、R 経路、
MG、ML グリッドマップ
1 floor, 10 vehicle, 10a vehicle body, 11 wheels, 12 casters,
13 drive unit (motor), 14 counter, 15 control unit, 15a storage area,
16 external sensor, 17 antenna, 100 autonomous mobile control system,
21, 31 Route search unit, 22, 32 Route data, 23, 33 Self-position calculation unit,
24 obstacle position data, 34 distance measuring sensor, 35 distance data acquisition unit,
P area, G goal, B obstacle grid,
C path circle, ICR, ICL virtual circle, C_M1, C_M2 avoidance circle, N node,
L, s tangent, R path,
MG, ML Grid map
Claims (27)
前記移動領域内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域の外周の形状を、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成する探索空間生成部と、
前記移動禁止領域の接線と前記移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、前記自律移動体の移動速度に基づいて経路探索を行い、当該経路探索の結果、前記自律移動体が前記移動禁止領域の外周上を通過する場合には、前記移動経路のうち、前記移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を前記接線とし、前記移動禁止領域の外周上の移動経路部分を前記図形に従う移動経路とする経路探索部と
を有する経路探索装置。 A path search device that starts a movement from a movement start point existing in a movement area and searches for a movement path of an autonomous mobile body that reaches a movement end point existing in the movement area,
A figure having a predetermined curvature in which a movement prohibition area is set around an obstacle existing in the movement area, and the shape of the outer periphery of the set movement prohibition area is set based on the movement speed of the autonomous mobile body. A search space generation unit to be generated using,
From a route candidate formed by connecting the tangent of the movement prohibited area and the outer periphery of the movement prohibited area, a route search is performed based on the movement speed of the autonomous mobile body, and as a result of the route search, the autonomous mobile body is When passing on the outer periphery of the movement prohibited area, the movement path portion of the movement path excluding the outer periphery of the movement prohibited area is defined as the tangent line, and the movement path portion on the outer periphery of the movement prohibited area follows the figure. A route search device having a route search unit as a movement route.
前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する円であるか、又は、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する複数の円と当該複数の円間の共通接線とからなる図形である
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The figure is
A circle having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous mobile body, or a plurality of circles having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous mobile body and the plurality of circles The route search device according to claim 1, wherein the route search device is a figure composed of a common tangent line.
前記移動始点と前記移動禁止領域との共通接線の長さと、前記移動禁止領域の外周における前記接線の接点間の外周の長さと、前記移動禁止領域間の共通接線の長さと、前記移動禁止領域と前記移動終点との共通接線の長さと、前記自律移動体の移動速度とから、前記自律移動体による前記経路候補の移動時間を算出し、当該算出した移動時間が最小となる経路候補を前記移動経路として経路探索を行う
ことを特徴とする請求項1又は2記載の経路探索装置。 The route search unit
The length of the common tangent line between the movement start point and the movement prohibited area, the length of the outer circumference between the contact points of the tangent at the outer circumference of the movement prohibited area, the length of the common tangent line between the movement prohibited areas, and the movement prohibited area And a moving time of the route candidate by the autonomous moving body from the length of a common tangent line between the moving end point and the moving speed of the autonomous moving body, and the route candidate that minimizes the calculated moving time is calculated. The route search apparatus according to claim 1 or 2, wherein route search is performed as a movement route.
前記生成した移動禁止領域の外周部分が他の前記移動禁止領域の外周部分と互いに重複する場合に、これら移動禁止領域間の配置関係に基づいて、前記生成した移動禁止領域の外周部分が前記経路候補を構成するか否かを判定し、前記生成した移動禁止領域の外周部分が前記経路候補を構成しないものと判定した場合には、前記生成した移動禁止領域の外周部分から、当該経路候補を構成しないものと判定した移動禁止領域の外周部分を除外する
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の経路探索装置。 The search space generation unit
When the outer peripheral part of the generated movement prohibited area overlaps with the outer peripheral part of the other movement prohibited area, the outer peripheral part of the generated movement prohibited area is based on the arrangement relationship between the movement prohibited areas. It is determined whether or not a candidate is configured, and if it is determined that the outer peripheral portion of the generated movement prohibited area does not constitute the route candidate, the route candidate is determined from the outer peripheral portion of the generated movement prohibited area. The route search device according to any one of claims 1 to 3, wherein an outer peripheral portion of a movement prohibited area determined not to be configured is excluded.
前記移動禁止領域の接線のうち、他の前記移動禁止領域と重複する接線を前記経路候補から除外する
ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の経路探索装置。 The route search unit
5. The route search device according to claim 1, wherein, among the tangent lines of the movement prohibited area, a tangent line overlapping with another movement prohibited area is excluded from the route candidates.
移動障害物の将来位置を算出し、当該算出した移動障害物の将来位置に基づいて移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域が前記経路候補と重なる場合には、前記移動障害物の移動禁止領域の接線と前記移動障害物の移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補をさらに用いて、前記移動障害物の移動禁止領域の外周上を通過するように経路探索を行う
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The route search unit
A future position of the moving obstacle is calculated, a movement prohibited area is set based on the calculated future position of the moving obstacle, and when the set movement prohibited area overlaps the route candidate, The route search is further performed using the route candidate formed by connecting the tangent of the movement prohibited area and the outer periphery of the movement prohibited area of the moving obstacle so as to pass on the outer periphery of the movement prohibited area of the moving obstacle. The route search device according to claim 1.
前記移動障害物の移動禁止領域の外周上を通過する場合に、前記移動障害物の移動方向に対して後方の外周上を通過するように経路探索を行う
ことを特徴とする請求項6記載の経路探索装置。 The route search unit
The route search is performed so as to pass on a rear outer periphery with respect to a moving direction of the moving obstacle when passing on the outer periphery of the movement prohibited area of the moving obstacle. Route search device.
移動障害物の将来位置を算出し、当該算出した移動障害物の将来位置に基づいて移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域が前記経路候補と重なる場合には、前記経路候補上において前記移動障害物の移動禁止領域と前記自律移動体との間に、前記自律移動体の移動速度を所定の速度へと減速指示する減速ノードを設定し、当該設定した減速ノードを用いて経路探索を行う
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The route search unit
When a future position of the moving obstacle is calculated, a movement prohibited area is set based on the calculated future position of the moving obstacle, and when the set movement prohibited area overlaps with the route candidate, A deceleration node for instructing to decelerate the moving speed of the autonomous moving body to a predetermined speed is set between the movement prohibited area of the moving obstacle and the autonomous moving body, and a route search is performed using the set deceleration node. The route search device according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The route search device according to claim 1, wherein a connection between the tangent of the movement prohibited area and the movement prohibited area is connected by a clothoid curve set based on a moving speed of the autonomous mobile body.
前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した大きさの図形と、前記自律移動体自体の大きさに対して所定の安全距離を加算して設定した大きさの図形とから、より大きな値の図形を選択し、当該選択した図形を前記所定の曲率を有する図形として用いる
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The search space generation unit
From a figure of a size set based on the moving speed of the autonomous mobile body and a figure of a size set by adding a predetermined safety distance to the size of the autonomous mobile body itself, The route search device according to claim 1, wherein a figure is selected, and the selected figure is used as the figure having the predetermined curvature.
前記移動領域内に占める前記障害物の範囲が所定の範囲以上である場合に、当該移動領域を四分割し、当該四分割処理を繰り返すことにより、四分割処理後の移動領域内に占める前記障害物の範囲が前記所定の範囲よりも小さな移動領域を算出し、当該算出した移動領域を探索空間として用いる
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The search space generation unit
When the range of the obstacle occupying the moving area is equal to or greater than a predetermined range, the moving area is divided into four parts, and the obstacle occupying the moving area after the quartering process is performed by repeating the four-dividing process. The route search device according to claim 1, wherein a moving area in which an object range is smaller than the predetermined range is calculated, and the calculated moving area is used as a search space.
前記探索空間生成部は、
3次元形状の障害物を中心とする移動禁止領域の外周の形状を、所定の曲率を有する3次元形状の図形を用いて生成する
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The moving area is a three-dimensional area;
The search space generation unit
The route search device according to claim 1, wherein the shape of the outer periphery of the movement prohibited area centered on the three-dimensional obstacle is generated using a three-dimensional figure having a predetermined curvature.
ことを特徴とする請求項1記載の経路探索装置。 The route search device according to claim 1, wherein the size of the figure is set in accordance with an arrangement position of the obstacle in the movement area.
前記移動領域内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域の外周の形状を、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成し、
前記移動禁止領域の接線と前記移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、前記自律移動体の移動速度に基づいて経路探索を行い、当該経路探索の結果、前記自律移動体が前記移動禁止領域の外周上を通過する場合には、前記移動経路のうち、前記移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を前記接線とし、前記移動禁止領域の外周上の移動経路部分を前記図形に従う移動経路とする経路探索方法。 A path search method for starting a movement from a movement start point existing in a movement area and searching for a movement path of an autonomous mobile body reaching a movement end point existing in the movement area,
A figure having a predetermined curvature in which a movement prohibition area is set around an obstacle existing in the movement area, and the shape of the outer periphery of the set movement prohibition area is set based on the movement speed of the autonomous mobile body. Generated using
From a route candidate formed by connecting the tangent of the movement prohibited area and the outer periphery of the movement prohibited area, a route search is performed based on the movement speed of the autonomous mobile body, and as a result of the route search, the autonomous mobile body is When passing on the outer periphery of the movement prohibited area, the movement path portion of the movement path excluding the outer periphery of the movement prohibited area is defined as the tangent line, and the movement path portion on the outer periphery of the movement prohibited area follows the figure. A route search method for a moving route.
前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する円であるか、又は、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する複数の円と当該複数の円間の共通接線とからなる図形である
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 The figure is
A circle having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous mobile body, or a plurality of circles having a predetermined curvature set based on the moving speed of the autonomous mobile body and the plurality of circles The route search method according to claim 14, wherein the route search method is a figure including a common tangent line.
ことを特徴とする請求項14又は15記載の経路探索方法。 When performing the route search, the length of the common tangent line between the movement start point and the movement prohibited area, the length of the outer circumference between the contact points of the tangent at the outer circumference of the movement prohibited area, and the common tangent line between the movement prohibited areas , The movement time of the route candidate by the autonomous mobile body is calculated from the length of the common tangent line between the movement prohibited area and the movement end point, and the movement speed of the autonomous mobile body, and the calculated travel time The route search method according to claim 14 or 15, wherein a route search is performed by using a route candidate having a minimum value as the travel route.
ことを特徴とする請求項14乃至16いずれか1項記載の経路探索方法。 When generating the outer periphery of the movement prohibited area when the outer peripheral part of the generated movement prohibited area overlaps with the outer peripheral part of the other movement prohibited area, based on the arrangement relationship between these movement prohibited areas, It is determined whether or not an outer peripheral part of the generated movement prohibited area constitutes the route candidate. When it is determined that an outer peripheral part of the generated movement prohibited area does not constitute the route candidate, the generated The route search method according to any one of claims 14 to 16, wherein an outer peripheral portion of the movement prohibited region that is determined not to constitute the route candidate is excluded from an outer peripheral portion of the movement prohibited region.
前記移動禁止領域の接線のうち、他の前記移動禁止領域と重複する接線を前記経路候補から除外する
ことを特徴とする請求項14乃至17いずれか1項記載の経路探索方法。 When performing the route search,
18. The route search method according to claim 14, wherein, among the tangent lines of the movement prohibited area, a tangent line overlapping with another movement prohibited area is excluded from the route candidates.
移動障害物の将来位置を算出し、当該算出した移動障害物の将来位置に基づいて移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域が前記経路候補と重なる場合には、前記移動障害物の移動禁止領域の接線と前記移動障害物の移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補をさらに用いて、前記移動障害物の移動禁止領域の外周上を通過するように経路探索を行う
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 When performing the route search,
A future position of the moving obstacle is calculated, a movement prohibited area is set based on the calculated future position of the moving obstacle, and when the set movement prohibited area overlaps the route candidate, The route search is further performed using the route candidate formed by connecting the tangent of the movement prohibited area and the outer periphery of the movement prohibited area of the moving obstacle so as to pass on the outer periphery of the movement prohibited area of the moving obstacle. The route search method according to claim 14.
前記移動障害物の移動禁止領域の外周上を通過する場合に、前記移動障害物の移動方向に対して後方の外周上を通過するように経路探索を行う
ことを特徴とする請求項19記載の経路探索方法。 When performing the route search,
The route search is performed so as to pass on a rear outer periphery with respect to a moving direction of the moving obstacle when passing on the outer periphery of the movement prohibited area of the moving obstacle. Route search method.
移動障害物の将来位置を算出し、当該算出した移動障害物の将来位置に基づいて移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域が前記経路候補と重なる場合には、前記経路候補上において前記移動障害物の移動禁止領域と前記自律移動体との間に、前記自律移動体の移動速度を所定の速度へと減速指示する減速ノードを設定し、当該設定した減速ノードを用いて経路探索を行う
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 When performing the route search,
When a future position of the moving obstacle is calculated, a movement prohibited area is set based on the calculated future position of the moving obstacle, and when the set movement prohibited area overlaps with the route candidate, A deceleration node for instructing to decelerate the moving speed of the autonomous moving body to a predetermined speed is set between the movement prohibited area of the moving obstacle and the autonomous moving body, and a route search is performed using the set deceleration node. The route search method according to claim 14, wherein:
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 The route search method according to claim 14, wherein the tangent of the movement prohibited area and the movement prohibited area are connected by a clothoid curve set based on a moving speed of the autonomous mobile body.
前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した大きさの図形と、前記自律移動体自体の大きさに対して所定の安全距離を加算して設定した大きさの図形とから、より大きな値の図形を選択し、当該選択した図形を前記所定の曲率を有する図形として用いる
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 When generating the outer periphery of the movement prohibited area,
From a figure of a size set based on the moving speed of the autonomous mobile body and a figure of a size set by adding a predetermined safety distance to the size of the autonomous mobile body itself, The route search method according to claim 14, wherein a figure is selected, and the selected figure is used as the figure having the predetermined curvature.
前記移動領域内に占める前記障害物の範囲が所定の範囲以上である場合に、当該移動領域を四分割し、当該四分割処理を繰り返すことにより、四分割処理後の移動領域内に占める前記障害物の範囲が前記所定の範囲よりも小さな移動領域を算出し、当該算出した移動領域を探索空間として用いる
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 When generating the outer periphery of the movement prohibited area,
When the range of the obstacle occupying the moving area is equal to or greater than a predetermined range, the moving area is divided into four parts, and the obstacle occupying the moving area after the quartering process is performed by repeating the four-dividing process. The route search method according to claim 14, wherein a movement area whose object range is smaller than the predetermined range is calculated, and the calculated movement area is used as a search space.
前記移動禁止領域の外周を生成するときに、
3次元形状の障害物を中心とする移動禁止領域の外周の形状を、所定の曲率を有する3次元形状の図形を用いて生成する
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 The moving area is a three-dimensional area;
When generating the outer periphery of the movement prohibited area,
The route search method according to claim 14, wherein the shape of the outer periphery of the movement prohibited area centered on the three-dimensional obstacle is generated using a three-dimensional figure having a predetermined curvature.
ことを特徴とする請求項14記載の経路探索方法。 The route search method according to claim 14, wherein the size of the figure is set in accordance with an arrangement position of the obstacle in the movement area.
コンピュータに対して、
前記移動領域内に存在する障害物を中心として移動禁止領域を設定し、当該設定した移動禁止領域の外周の形状を、前記自律移動体の移動速度に基づいて設定した所定の曲率を有する図形を用いて生成するステップと、
前記移動禁止領域の接線と前記移動禁止領域の外周とを接続してなる経路候補から、前記自律移動体の移動速度に基づいて経路探索を行い、当該経路探索の結果、前記自律移動体が前記移動禁止領域の外周上を通過する場合には、前記移動経路のうち、前記移動禁止領域の外周を除く移動経路部分を前記接線とし、前記移動禁止領域の外周上の移動経路部分を前記図形に従う移動経路とするステップと
を実行させる経路探索プログラム。 A route search program for starting a movement from a movement start point existing in a movement region and searching for a movement route of an autonomous mobile body reaching a movement end point existing in the movement region,
Against the computer,
A figure having a predetermined curvature in which a movement prohibition area is set around an obstacle existing in the movement area, and the shape of the outer periphery of the set movement prohibition area is set based on the movement speed of the autonomous mobile body. Generating using, and
From a route candidate formed by connecting the tangent of the movement prohibited area and the outer periphery of the movement prohibited area, a route search is performed based on the movement speed of the autonomous mobile body, and as a result of the route search, the autonomous mobile body is When passing on the outer periphery of the movement prohibited area, the movement path portion of the movement path excluding the outer periphery of the movement prohibited area is defined as the tangent line, and the movement path portion on the outer periphery of the movement prohibited area follows the figure. A route search program for executing a step of making a moving route.
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