JP4682973B2 - Travel route creation method, autonomous mobile body, and autonomous mobile body control system - Google Patents
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Description
本発明は、自律移動体の移動する移動経路を作成するための移動体経路作成方法、および移動経路作成機能を備えた自律移動体、および自律移動体の移動制御を行う自律移動体制御システムに関する。 The present invention relates to a mobile route creation method for creating a travel route for an autonomous mobile body to move, an autonomous mobile body having a travel route creation function, and an autonomous mobile body control system for performing movement control of the autonomous mobile body. .
近年、屋外の限られたエリアや、屋内といった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。 In recent years, vehicles and walking robots as so-called autonomous mobile bodies that autonomously move in a limited outdoor area or in a predetermined movement area such as indoors have been developed.
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だけでなく、自律移動体が移動しようとする移動経路を予めまたはリアルタイムに作成する必要がある。自律移動体は作成された移動経路に沿って移動するように制御される。 In order to move such an autonomous moving body, it is necessary not only to recognize the self-position of the autonomous moving body within the moving area, but also to create a movement route that the autonomous moving body is to move in advance or in real time. is there. The autonomous mobile body is controlled to move along the created movement path.
前述の移動経路は、移動領域内の移動開始を行う移動始点から、移動を停止する移動終点までを結ぶものであり、移動領域における環境等の要素に基づいて様々な方法で作成されるものである(例えば特許文献1、2)。
移動領域にある障害物に対しては自律移動体が衝突することがないように、移動経路が作成される。ここで、障害物には、固定で動かない固定障害物と、人や他のロボットのように移動する移動障害物がある。固定障害物については、最初にこの障害物の近傍を禁止領域と設定して移動経路を作成すれば逐次的に移動経路を生成する場合であっても問題がないが、移動障害物については、移動を伴うものであるためさまざまな問題が発生する。例えば、この移動障害物が大きな速度を有している場合には、移動経路を生成する度に移動障害物の位置が変わるため、移動経路が大幅に変更され、その結果、自律移動体が経路に追従しきれずに障害物と衝突する可能性がある。特に、移動障害物が自律移動体に対して相対的に近づくように移動している場合には、衝突の危険性が高くなる。 A movement path is created so that an autonomous mobile body does not collide with an obstacle in the movement area. Here, the obstacle includes a fixed obstacle that does not move and a moving obstacle that moves like a person or another robot. For fixed obstacles, there is no problem even if the movement route is generated sequentially if the neighborhood of this obstacle is first set as a prohibited area and a movement route is created, but for movement obstacles, Various problems occur because it involves movement. For example, when this moving obstacle has a high speed, the position of the moving obstacle changes every time a movement route is generated, so that the movement route is significantly changed. There is a possibility of colliding with an obstacle without being able to fully follow. In particular, when the moving obstacle moves relatively closer to the autonomous mobile body, the risk of collision increases.
また、移動経路をリアルタイムで生成している場合に、自律移動体と衝突する危険性がないタイミングで移動障害物が自律移動体の移動経路を横切るときには、その移動障害物を回避する必要はないにもかかわらず、従来技術においては、単に移動障害物の現在位置情報のみを利用して移動経路を作成しているため、移動障害物を回避する経路を移動経路として作成してしまう。例えば、遠方で速い速度で移動している移動障害物が、自律移動体が到着する前に自律移動体の移動経路を横切る場合であり、この場合にも、従来技術によれば、かかる移動障害物を回避するような移動経路を生成する。 In addition, when a moving route is generated in real time, it is not necessary to avoid the moving obstacle when the moving obstacle crosses the moving route of the autonomous moving body at a timing at which there is no risk of colliding with the autonomous moving body. Nevertheless, in the prior art, the movement route is created using only the current position information of the moving obstacle, so that a route that avoids the moving obstacle is created as the movement route. For example, when a moving obstacle moving at a high speed in the distance crosses the movement path of the autonomous mobile body before the autonomous mobile body arrives, in this case as well, according to the prior art, such a movement obstacle A movement route that avoids an object is generated.
このような、衝突する可能性の低い移動障害物を避ける動作は、利用者からみると、何も障害物がないところで、自律移動体が不自然な障害物回避動作をしているように見えるため、利用者に違和感を与えることになる。 From the user's point of view, this kind of movement that avoids moving obstacles that are unlikely to collide appears to be an unnatural obstacle avoidance action where there are no obstacles. Therefore, the user feels uncomfortable.
ここで、非特許文献1には、障害物の周りに仮想的な斥力ポテンシャルを作り、ロボットは斥力ポテンシャルを避けるように移動する点とともに、斥力ポテンシャルを物体の速度方向に引き伸ばす技術が開示されている。この非特許文献1によれば、禁止領域に相当する斥力ポテンシャルを変形させているが、ロボットの現在位置が斥力ポテンシャルに含まれているため、ロボットは、移動障害物の背後をすり抜けるような動作を行うことができない。 Here, Non-Patent Document 1 discloses a technique for creating a virtual repulsive potential around an obstacle and extending the repulsive potential in the velocity direction of the object along with the point that the robot moves so as to avoid the repulsive potential. Yes. According to this Non-Patent Document 1, the repulsive potential corresponding to the prohibited area is deformed, but since the current position of the robot is included in the repulsive potential, the robot moves through behind the moving obstacle. Can not do.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、移動障害物をスムーズに回避する移動経路を作成することが可能な移動経路作成方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a travel route creation method capable of creating a travel route that smoothly avoids a moving obstacle. is there.
また、本発明の他の目的は、移動障害物をスムーズに回避するように移動可能な自律移動体を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an autonomous mobile body that can move so as to avoid a moving obstacle smoothly.
さらに、本発明は、移動障害物をスムーズに回避するように自律移動体を移動させる自律移動体制御システムを提供することをも目的とする。 Another object of the present invention is to provide an autonomous mobile body control system that moves an autonomous mobile body so as to smoothly avoid a moving obstacle.
本発明にかかる移動経路作成方法は、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作成する移動経路作成方法であって、移動障害物の将来位置を算出するステップと、算出された移動障害物の将来位置に基づき禁止領域を算出するステップと、前記禁止領域を回避するように当該自律移動体の移動経路を作成するステップとを備えたものである。このような方法によれば、特に移動障害物の現在位置でなく、将来位置に基づき禁止領域を算出しているので、スムーズに移動障害物を回避する移動経路を作成できる。 The movement path creation method according to the present invention is a movement path creation method for creating a movement path of an autonomous mobile body that starts moving from a movement start point existing in a movement area and reaches a movement end point existing in the movement area. A step of calculating a future position of the moving obstacle, a step of calculating a prohibited area based on the calculated future position of the moving obstacle, and a movement path of the autonomous mobile body so as to avoid the prohibited area. And a step of creating. According to such a method, the prohibited area is calculated based on the future position, not the current position of the moving obstacle, so that it is possible to create a movement route that smoothly avoids the moving obstacle.
ここで、前記移動障害物の将来位置を算出するステップは、少なくとも自律移動体の現在位置情報に基づいて、自律移動体の移動予測経路を算出するステップと、移動障害物の現在位置情報と、移動方向情報に基づいて、移動障害物の移動予測経路を算出するステップと、算出された自律移動体の移動予測経路と、移動障害物の移動予測経路の交点を衝突予測点として算出するステップと、前記自律移動体が前記衝突予測点に到達する時点における前記移動障害物の将来位置を算出するステップを備えていることが望ましい。ここで、移動障害物の移動方向情報には、移動障害物の並進方向と回転方向の移動情報が含まれる。 Here, the step of calculating the future position of the moving obstacle is a step of calculating a movement predicted route of the autonomous moving body based on at least the current position information of the autonomous moving body, and the current position information of the moving obstacle, A step of calculating a movement prediction route of the moving obstacle based on the movement direction information; a step of calculating an intersection of the calculated movement prediction route of the autonomous moving body and the movement prediction route of the movement obstacle as a collision prediction point; Preferably, the method further comprises a step of calculating a future position of the moving obstacle at a time when the autonomous mobile body reaches the collision prediction point. Here, the movement direction information of the moving obstacle includes movement information of the translation direction and the rotation direction of the moving obstacle.
また、前記自律移動体の移動予測経路は、当該自律移動体の現在位置情報により特定される現在位置から、移動方向情報により特定される移動方向に延長した線としてもよく、当該自律移動体の現在位置情報により特定される現地位置と、当該自律移動体の目標位置を結ぶ線としてもよい。ここで、自立移動体の移動方向情報には、自立移動体の並進方向と回転方向の移動情報が含まれる。さらには、前記自律移動体の移動予測経路は、当該自律移動体について算出された計画経路としてもよい。 Further, the movement prediction route of the autonomous mobile body may be a line extending from the current position specified by the current position information of the autonomous mobile body in the movement direction specified by the movement direction information. A line connecting the local position specified by the current position information and the target position of the autonomous mobile body may be used. Here, the movement direction information of the self-supporting moving body includes the movement information of the translation direction and the rotation direction of the self-supporting moving body. Furthermore, the movement prediction route of the autonomous mobile body may be a planned route calculated for the autonomous mobile body.
また、前記自律移動体の現在位置情報により特定される現在位置と、前記移動障害物の将来位置との間の距離に応じて、前記禁止領域の大きさを決定するステップをさらに備えてもよい。このとき、前記自律移動体の現在位置と移動障害物の将来位置の距離が離れるほど、当該禁止領域の大きさを小さくすることが好ましい。 The method may further include a step of determining a size of the prohibited area according to a distance between a current position specified by current position information of the autonomous mobile body and a future position of the moving obstacle. . At this time, it is preferable to reduce the size of the prohibited area as the distance between the current position of the autonomous mobile body and the future position of the moving obstacle increases.
本発明にかかる自律移動体は、移動障害物の将来位置を算出する手段と、算出された移動障害物の将来位置を含む領域を禁止領域として算出する手段と、前記禁止領域を回避するように移動経路を作成する手段と、作成された移動経路に応じて移動する手段とを備えたものである。 The autonomous mobile body according to the present invention avoids the prohibited area by means for calculating the future position of the moving obstacle, means for calculating the area including the calculated future position of the moving obstacle as the prohibited area, and Means for creating a movement route and means for moving according to the created movement route are provided.
ここで、前記移動障害物の将来位置を算出する手段は、少なくとも自律移動体の現在位置情報に基づいて、自律移動体の移動予測経路を算出する手段と、移動障害物の現在位置情報と、移動方向情報に基づいて、移動障害物の移動予測経路を算出する手段と、算出された自律移動体の移動予測経路と、移動障害物の移動予測経路の交点を衝突予測点として算出する手段と、前記自律移動体が前記衝突予測点に到達する時点における前記移動障害物の将来位置を算出する手段を備えたものである。 Here, the means for calculating the future position of the moving obstacle is a means for calculating a movement predicted route of the autonomous mobile body based on at least the current position information of the autonomous mobile body, the current position information of the moving obstacle, Means for calculating a movement prediction path of a moving obstacle based on movement direction information; means for calculating an intersection of the calculated movement prediction path of an autonomous mobile body and the movement prediction path of a movement obstacle as a collision prediction point; And means for calculating a future position of the moving obstacle at the time when the autonomous mobile body reaches the collision prediction point.
また、前記自律移動体の移動予測経路は、当該自律移動体の現在位置情報により特定される現在位置から、前記移動方向情報により特定される移動方向に延長した線としてもよく、当該自律移動体の現在位置情報により特定される現地位置と、当該自律移動体の目標位置を結ぶ線としてもよい。さらには、前記自律移動体の移動予測経路は、当該自律移動体について算出された計画経路としてもよい。 The movement prediction route of the autonomous mobile body may be a line extending from the current position specified by the current position information of the autonomous mobile body in the movement direction specified by the movement direction information. It may be a line connecting the local position specified by the current position information and the target position of the autonomous mobile body. Furthermore, the movement prediction route of the autonomous mobile body may be a planned route calculated for the autonomous mobile body.
また、前記自律移動体の現在位置情報により特定される現在位置と、前記移動障害物の将来位置との間の距離に応じて、前記禁止領域の大きさを決定するステップをさらに備えてもよい。このとき、前記自律移動体の現在位置と移動障害物の将来位置の距離が離れるほど、当該禁止領域の大きさを小さくすることが好ましい。 The method may further include a step of determining a size of the prohibited area according to a distance between a current position specified by current position information of the autonomous mobile body and a future position of the moving obstacle. . At this time, it is preferable to reduce the size of the prohibited area as the distance between the current position of the autonomous mobile body and the future position of the moving obstacle increases.
本発明にかかる自律移動体制御システムは、自律移動体の移動を制御するための自律移動体制御システムであって、移動障害物の将来位置を算出する手段と、算出された移動障害物の将来位置を含む領域を禁止領域として算出する手段と、前記禁止領域を回避するように移動経路を作成する手段とを備えたものである。 An autonomous mobile body control system according to the present invention is an autonomous mobile body control system for controlling the movement of an autonomous mobile body, the means for calculating the future position of a moving obstacle, and the future of the calculated moving obstacle. Means for calculating an area including a position as a prohibited area, and means for creating a movement path so as to avoid the prohibited area.
ここで、前記移動障害物の将来位置を算出する手段は、少なくとも自律移動体の現在位置情報に基づいて、自律移動体の移動予測経路を算出する手段と、移動障害物の現在位置情報と、移動方向情報に基づいて、移動障害物の移動予測経路を算出する手段と、算出された自律移動体の移動予測経路と、移動障害物の移動予測経路の交点を衝突予測点として算出する手段と、前記自律移動体が前記衝突予測点に到達する時点における前記移動障害物の将来位置を算出する手段を備えたものである。 Here, the means for calculating the future position of the moving obstacle is a means for calculating a movement predicted route of the autonomous mobile body based on at least the current position information of the autonomous mobile body, the current position information of the moving obstacle, Means for calculating a movement prediction path of a moving obstacle based on movement direction information; means for calculating an intersection of the calculated movement prediction path of an autonomous mobile body and the movement prediction path of a movement obstacle as a collision prediction point; And means for calculating a future position of the moving obstacle at the time when the autonomous mobile body reaches the collision prediction point.
また、前記自律移動体の移動予測経路は、当該自律移動体の現在位置情報により特定される現在位置から、前記移動方向情報により特定される移動方向に延長した線としてもよく、当該自律移動体の現在位置情報により特定される現地位置と、当該自律移動体の目標位置を結ぶ線としてもよい。さらには、前記自律移動体の移動予測経路は、当該自律移動体について算出された計画経路としてもよい。 The movement prediction route of the autonomous mobile body may be a line extending from the current position specified by the current position information of the autonomous mobile body in the movement direction specified by the movement direction information. It may be a line connecting the local position specified by the current position information and the target position of the autonomous mobile body. Furthermore, the movement prediction route of the autonomous mobile body may be a planned route calculated for the autonomous mobile body.
また、前記自律移動体の現在位置情報により特定される現在位置と、前記移動障害物の将来位置との間の距離に応じて、前記禁止領域の大きさを決定するステップをさらに備えてもよい。このとき、前記自律移動体の現在位置と移動障害物の将来位置の距離が離れるほど、当該禁止領域の大きさを小さくすることが好ましい。 The method may further include a step of determining a size of the prohibited area according to a distance between a current position specified by current position information of the autonomous mobile body and a future position of the moving obstacle. . At this time, it is preferable to reduce the size of the prohibited area as the distance between the current position of the autonomous mobile body and the future position of the moving obstacle increases.
本発明により、移動障害物をスムーズに回避する移動経路を作成することが可能な移動経路作成方法を提供することができる。また、本発明によれば、移動障害物をスムーズに回避するように移動可能な自律移動体を提供することができる。さらに、本発明によれば、移動障害物をスムーズに回避するように自律移動体を移動させる自律移動体制御システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a moving route creation method capable of creating a moving route that smoothly avoids a moving obstacle. Moreover, according to this invention, the autonomous mobile body which can move so that a movement obstruction can be avoided smoothly can be provided. Furthermore, according to this invention, the autonomous mobile body control system which moves an autonomous mobile body so that a movement obstruction can be avoided smoothly can be provided.
発明の実施の形態1.
以下に、図を参照しつつ本実施の形態1にかかる移動経路作成方法を説明する。
Embodiment 1 of the Invention
Hereinafter, the movement route creation method according to the first exemplary embodiment will be described with reference to the drawings.
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40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。
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演算部15が備えられている。そして、演算部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演算部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。
Further, 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、演算部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 top 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40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
演算部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。前述のように、車両10は、GPS等から得られた位置情報を、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を認識する。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、および目的地である移動終了点、および移動終了点における車両10の移動方向が特定される。演算部15は、グリッドマップ上において特定された自己位置を移動始点から、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
続いて、図3を用いて、移動始点から移動終点までの間に移動障害物が存在する場合における移動経路の作成方法について説明する。図3に示す例では、3つの移動障害物2a,2b,2cが存在する。従来技術の技術によれば、各移動障害物2a,2b,2cの周りの所定範囲3a,3b,3cをそれぞれ禁止領域として、この禁止領域を通過しないように移動経路を作成する。
Next, a method for creating a movement route when a moving obstacle exists between the movement start point and the movement end point will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 3, there are three moving
これに対して、本実施の形態1では、所定時間後、即ち、将来の移動障害物2a,2b,2cの位置を基準として禁止領域4a,4b,4cを設定して、この禁止領域4a,4b,4cを通過しないように移動経路5を作成する。
On the other hand, in the first embodiment, the prohibited
続いて、図4を用いて本実施の形態1における禁止領域の設定方法について詳細に説明する。図4では、移動障害物が一つだけ存在する状態を示しているが、複数存在する場合であってもそれぞれの移動障害物について同様に計算して禁止領域を設定する。 Next, a method for setting a prohibited area in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 shows a state where there is only one moving obstacle, but even if there are a plurality of moving obstacles, the prohibited areas are set by calculating in the same manner for each moving obstacle.
禁止領域を設定するにあたっては、自律移動体10の現在速度Vr、現在位置情報である座標情報(xr,yr)及び進行方向情報θrと、移動障害物2の現在速度Vh、現在位置を示す座標情報(xh,yh)及び進行方向情報θhと、回転速度θ'hとを用いる。なお、さらに自律移動体10の現在の回転速度θ'rを用いるようにしてもよい。
In setting the prohibited area, the current speed Vr of the autonomous
まず、自律移動体10の現在位置情報(xr,yr)及び進行方向情報θrと、移動障害物2の現在位置情報(xh,yh)及び進行方向情報θhと、回転速度θ'hとに基づいて、自律移動体10が移動すると予測される予測移動経路7aと、移動障害物2が移動すると予測される予測移動経路8との交点(xc,yc)を衝突予測点6aとして算出する。この衝突予測点6aは、自律移動体10や移動障害物2の移動速度を考慮したものではなく、両者の予測される経路である予測移動経路7aと予測移動経路8のみで算出したものであり、両者の衝突を厳密に予測したものではない。また、回転速度θ'h=0と近似した場合に、予測移動経路8は直線となるが、回転速度θ'h≠0の場合は円弧になる。
First, based on the current position information (xr, yr) and traveling direction information θr of the autonomous
本実施の形態1において、当該自律移動体10の予測移動経路7aは、自律移動体10の現在位置(xr,yr)から進行方向θr及びその反対方向に伸びる直線である。同様に移動障害物2の予測移動経路8は、移動障害物2の現在位置(xh,yh)から進行方向θh及びその反対方向に伸びる直線である。この例では、進行方向θr,θhの反対方向に伸びる直線も予測移動経路7a,8としたが、進行方向θr,θhに伸びる直線のみとしてもよい。
In the first embodiment, the predicted
次に、自律移動体10の現在位置(xr,yr)から衝突予測点(xc,yc)までの距離Lrを算出する。そして、この距離Lrを自律移動体10の現在速度Vrによって割り算することによって自律移動体10が当該衝突予測点6aに到達するまでの時間Tを算出する。この時間Tと移動障害物2の現在速度Vhを乗算することによって、時間Tの経過により、移動障害物2が移動する距離Lhを求める。そして、移動障害物2の現在位置(xh,yh)から予測移動経路8上を距離Lh分だけ進行方向に移動させた位置(xh',yh')を算出することにより、現在より時間T経過後に自律移動体10が衝突予測点6aに到達した時点における移動障害物2の将来位置を求めることができる。そして、この将来位置(xh',yh')に基づいて移動障害物2の禁止領域を設定する。具体的には、本例では将来位置(xh',yh')から予め定められた距離の円形状の範囲を禁止領域としている。禁止領域は、移動障害物2の外周から一定距離分だけ離れた領域の大きさを有するようにしてもよい。
Next, a distance Lr from the current position (xr, yr) of the autonomous
このように、本発明においては、移動障害物2の未来の予測位置を推定するために、自律移動体10と移動障害物2の速度情報及び自律移動体10と移動障害物2の相対距離を利用している。そして、移動障害物2の未来の予測位置に禁止領域を移動させている。この結果、大きな速度を持つ移動障害物2や遠方の移動障害物2は、予測位置が速度方向に大きく移動することになる。逆に、移動速度の小さな移動障害物2や近傍の移動障害物2は、予測位置が現時点の移動障害物2の位置の近傍となる。
Thus, in the present invention, in order to estimate the future predicted position of the moving
このように移動障害物2の予測位置に、禁止領域を設けることにより、高速な移動障害物2を回避することが可能になるとともに、移動障害物2の背面をすり抜ける動作が可能となる。
Thus, by providing the prohibition area at the predicted position of the moving
続いて、この移動経路作成機能を有する自律移動体の制御について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。 Next, the control of the autonomous mobile body having this movement route creation function will be described using the flowchart shown in FIG.
最初に、演算部15は、既知情報として記憶領域15aに格納された環境の地図データと、外界センサ16によって取得された測定データを比較し、地図データにない測定データを移動障害物として認識する(S101)。さらに、演算部15は、認識された移動障害物の位置情報を記憶領域15aに格納する。なお、測定データの履歴情報に基づいて、地図データにない測定データのうち、動きが観察された障害物のみ移動障害物として認識することも可能である。
First, the
次に、演算部15は、認識した移動障害物をグループ化する処理を実行する(S102)。具体的には、認識した移動障害物間の距離が、予め設定された距離よりも短いと判定された場合(即ち、移動障害物同士が近くに存在すると判定された場合)に、それらを一つの障害物として認識する。かかるグループ化処理によって、人の左右の足を一つの障害物として認識することが可能となる。演算部15は、グループ化された移動障害物の位置情報を記憶領域15aに格納する。
Next, the calculating
演算部15は、それぞれの移動障害物グループの重心における移動速度を推定する(S103)。具体的には、まず、それぞれの移動障害物グループの重心の位置情報を算出する。次に、一制御周期前のタイミングにおいて算出した移動障害物グループの重心の位置と、現在のタイミングにおいて算出した移動障害物グループの重心の位置を比較して、移動障害物グループの移動距離を算出し、これを制御周期で割り算することによって、それぞれの移動障害物グループの速度を算出する。ここで、制御周期は、例えば、120m秒である。
The
次に、演算部15は、禁止領域を設定する(S104)。禁止領域の設定は、図4を用いて説明した通りであり、移動障害物グループが複数ある場合には、それら全てに対して禁止領域を設定する。
Next, the
さらに、演算部15は、設定された禁止領域内の移動を回避するような移動経路を生成する(S105)。経路生成方法については、さまざまな経路生成方法が適用可能であるが、例えば、A*(エースター)経路探索法を用いて、移動経路を探索する。生成された移動経路情報は、記憶領域15aに格納される。
Further, the
そして、生成された移動経路情報に基づいて車輪を駆動するための制御信号を生成し、駆動部13に対して出力することにより、自律移動体10を制御する(S106)。これにより、自律移動体10は、移動経路情報により特定される移動経路を追従して移動する。
And the autonomous
上述のように、本実施の形態1にかかる移動経路作成方法によれば、移動障害物をスムーズに回避する移動経路を作成することができる。特に、移動障害物が大きな速度を有している場合であっても、その速度に応じた禁止領域を設定することができるため、この移動障害物との衝突の危険性を大幅に低減することができる。さらに、移動障害物の背面をすり抜ける動作が可能となる。 As described above, according to the moving route creation method according to the first embodiment, it is possible to create a moving route that smoothly avoids moving obstacles. In particular, even if the moving obstacle has a large speed, a prohibited area can be set according to the speed, so the risk of collision with this moving obstacle can be greatly reduced. Can do. Furthermore, it is possible to move through the back of the moving obstacle.
また、本実施の形態1にかかる移動経路作成方法によって作成された移動経路に基づき動作する自律移動体は、衝突する可能性の低い移動障害物を避ける動作を行わないため、不自然な障害物回避動作を行うことなく、自然な移動動作を行うことができ、利用者に不安を与えることを抑制できる。 In addition, since the autonomous mobile body that operates based on the travel route created by the travel route creation method according to the first embodiment does not perform an operation that avoids a travel obstacle that is unlikely to collide, an unnatural obstacle A natural movement operation can be performed without performing an avoidance operation, and anxiety to the user can be suppressed.
発明の実施の形態2.
発明の実施の形態1では、自律移動体の移動予測経路を、自律移動体の現在位置から進行方向及びその反対方向に伸びる直線としたが、本実施の形態2では、自律移動体の現在位置と、移動終点を結ぶ直線とした。
In Embodiment 1 of the invention, the movement prediction route of the autonomous mobile body is a straight line extending from the current position of the autonomous mobile body in the traveling direction and in the opposite direction. However, in
図6に示されるように、自律移動体10の現在位置と、移動終点9を結ぶ直線を移動予測経路7bとして、移動障害物2の移動予測経路8との交点6bを求めて発明の実施の形態1にかかる移動経路作成方法と同様にして、移動経路を作成する。
As shown in FIG. 6, a straight line connecting the current position of the autonomous
本実施の形態2にかかる移動経路作成方法においても、発明の実施の形態1と同様の効果を奏することができる。 Also in the movement route creation method according to the second exemplary embodiment, the same effects as in the first exemplary embodiment of the invention can be achieved.
発明の実施の形態3.
発明の実施の形態1では、自律移動体の移動予測経路を、自律移動体の現在位置から進行方向及びその反対方向に伸びる直線としたが、本実施の形態3では、現時点において作成した自律移動体の移動経路とした。
Embodiment 3 of the Invention
In the first embodiment of the invention, the movement prediction route of the autonomous mobile body is a straight line extending from the current position of the autonomous mobile body in the traveling direction and in the opposite direction, but in this third embodiment, the autonomous movement created at the present time It was used as a body movement route.
図7に示されるように、本実施の形態3においては、移動予測経路7cを現時点において作成した自律移動体10の移動経路であり、この移動経路は、自律移動体10の現在位置、移動終点、禁止領域等の情報を用いて、例えば、A*(エースター)経路探索法を用いて移動経路を作成する。
As shown in FIG. 7 , in the third embodiment, the movement predicted
本実施の形態3にかかる移動経路作成方法においても、発明の実施の形態1と同様の効果を奏することができ、さらに精確に衝突予測点を算出することができるため、よりスムーズに移動障害物を回避することができる。 Also in the movement route creation method according to the third exemplary embodiment, the same effect as in the first exemplary embodiment of the invention can be obtained, and the collision prediction point can be calculated more accurately. Can be avoided.
発明の実施の形態4.
発明の実施の形態1〜3では、禁止領域の大きさは一定であったが、本実施の形態4では、自律移動体と禁止領域の相対的距離に応じて、禁止領域の大きさを変化させている。
Embodiment 4 of the Invention
In the first to third embodiments of the invention, the size of the prohibited area is constant, but in the fourth embodiment, the size of the prohibited area is changed according to the relative distance between the autonomous mobile body and the prohibited area. I am letting.
図8に示されるように、この例では、自律移動体10に対する相対的な距離は、禁止領域4a、禁止領域4b、禁止領域4cの順に短いが、自律移動体10に対する相対的な距離が長いほど小さくなるように設定している。即ち、自律移動体10に対して、禁止領域4が遠くにあるほど、禁止領域が小さくなるように設定している。
As shown in FIG. 8, in this example, the relative distance to the autonomous
ここで、このように禁止領域の大きさを変化させた理由について説明する。環境が動的に変化する場合、自律移動体の進行方向に移動障害物があることが予測される場合であったとしても、自律移動体に対してより遠方にある移動障害物である程、自律移動体がその移動障害物と衝突する可能性があるタイミングまでの時間が長いため、移動障害物の移動予測は困難である。この場合に、遠方の移動障害物の禁止領域を近傍の移動障害物の禁止領域と同じ大きさとすると、衝突する危険性が相対的に低いにもかかわらず、遠方の移動障害物を大きく回避する経路を生成することは、自律移動体の動作を不自然にする。そこで、本実施の形態4では、そのような予測困難な遠方の移動障害物に関しては、禁止領域の大きさを小さくするか零にすることにして、自律移動体の動作が自然になるようにした。 Here, the reason why the size of the prohibited area is changed will be described. When the environment changes dynamically, even if it is predicted that there is a moving obstacle in the traveling direction of the autonomous mobile body, the moving obstacle farther away from the autonomous mobile body, Since the time until the timing when the autonomous mobile body may collide with the moving obstacle is long, it is difficult to predict the movement of the moving obstacle. In this case, if the prohibited area of the distant moving obstacle is made the same size as the prohibited area of the nearby moving obstacle, the distant moving obstacle is largely avoided although the risk of collision is relatively low. Generating a route makes the movement of the autonomous mobile body unnatural. Therefore, in the fourth embodiment, for such a moving obstacle that is difficult to predict, the size of the prohibited area is reduced or made zero so that the operation of the autonomous moving body becomes natural. did.
例えば、禁止領域の大きさは、図9に示すグラフのように定められる。即ち、自律移動体10と禁止領域4との距離がP2までは、禁止領域の大きさを一定とする。また、自律移動体10と禁止領域4の距離がP2〜P3までは、その距離が大きくなるに従って、禁止領域の大きさが小さくなるよう連続的に変化する。さらに、自律移動体10と禁止領域4の距離がP3以上の場合は、禁止領域の大きさを零とする。
For example, the size of the prohibited area is determined as in the graph shown in FIG. That is, the size of the prohibited area is constant until the distance between the autonomous
また、障害物の属性と、自律移動体と禁止領域との相対距離の関係について、図10を用いて説明する。図10に示されるように、固定障害物については、遠方・近傍の双方とも禁止領域を設定するが、移動障害物については、近傍のみ禁止領域を設定し、遠方は禁止領域を設定しない。 Further, the relationship between the attribute of the obstacle and the relative distance between the autonomous mobile body and the prohibited area will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10, for a fixed obstacle, a prohibited area is set for both the distant and the vicinity, but for a moving obstacle, a prohibited area is set only for the vicinity, and a prohibited area is not set for a distant place.
なお、この例では、禁止領域の大きさを自律移動体と禁止領域との相対距離に基づいて決定することとしたが、自律移動体の現在位置と移動障害物の現在位置との相対距離に基づいて決定するようにしてもよい。禁止領域の大きさの変化は、自律移動体と禁止領域(移動障害物)の相対距離に応じて連続的に変化することなく、離散的に変化するものであってもよい。 In this example, the size of the prohibited area is determined based on the relative distance between the autonomous mobile body and the prohibited area, but the relative distance between the current position of the autonomous mobile body and the current position of the moving obstacle is determined. You may make it determine based on. The change in the size of the prohibited area may be discretely changed without continuously changing according to the relative distance between the autonomous mobile body and the prohibited area (moving obstacle).
その他の実施の形態.
なお、前述の実施の形態では、車両10がキャスタ12を備えた2輪台車である例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、自律移動体としては、ステアリング型(1輪駆動型1ステアリング)の車両であっても、倒立状態を制御しつつ平面上を走行する、いわゆる倒立振子型の2輪台車であってもよい。このような倒立振子型の2輪台車は、キャスタを備えない代わりに、車両本体の鉛直方向に対する傾斜角や傾斜角速度などの傾斜度合いを検出するための、ジャイロ等の傾斜検出部を備える。そして、演算部の内部に備えられた記憶領域(メモリ)に記憶された、車両の移動を行う制御信号に基づいて車両本体の倒立状態を維持しつつ、車輪を駆動させて移動するように駆動部に出力を与えるプログラムにより移動することができる。
Other embodiments.
In the above-described embodiment, the example in which the
さらに、自律移動体としては、前述のような2輪型のものに限られず、前2輪、後2輪の4輪型の車両など、種々のタイプの車両であってもよい。特に、車輪で移動する移動体の場合、車輪の軸方向(進行方向に垂直な方向)に移動ができないため、本発明にかかる移動経路作成方法を適用すると、滑らかな経路で正確に移動終点(目的地)に到達することが可能になる。 Furthermore, the autonomous mobile body is not limited to the two-wheel type as described above, and may be various types of vehicles such as a front two-wheel and a rear two-wheel four-wheel vehicle. In particular, in the case of a moving body that moves by a wheel, since it cannot move in the axial direction of the wheel (direction perpendicular to the traveling direction), when the moving route creation method according to the present invention is applied, the moving end point ( It becomes possible to reach the destination.
さらには、前述の自律移動体としては車両に限られるものではなく、脚式歩行を行う歩行ロボットなどであっても本発明を適用することは可能である。特に、歩行ロボットの歩行制御において、大きな曲率による歩行や走行をできるだけ行わせずに自律移動を行わせることができるため、安定した歩行を行わせるために必要な制御をできるだけ簡易にすることができる。 Furthermore, the above-described autonomous mobile body is not limited to a vehicle, and the present invention can be applied to a walking robot that performs legged walking. In particular, in walking control of a walking robot, it is possible to perform autonomous movement without performing walking or running with a large curvature as much as possible, and therefore, it is possible to simplify the control necessary for performing stable walking as much as possible. .
また、前述の実施形態においては、車両10はGPS等からの位置情報を受け取ることで自己位置を認識しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、車輪の駆動量や移動した方向等から、既知の地点からの移動量および移動方向等を求め、自己位置を認識するものであってもよい。この場合、移動する移動領域としてのエリア内に、位置情報を与えるマーカ等が単一または複数箇所設置されており、自律移動体がこのマーカ上を移動する際に、自律移動体に設けられた読み取り部などからマーカに記憶された位置情報を読み取るようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、前述のようなグリッドマップを、自律移動体側(演算部の記憶領域)に記憶させるのではなく、制御部側に記憶させてもよい。すなわち、自律移動体を制御するための制御部内に設けられたメモリやHDDなどの記憶領域に、前述のグリッドマップをデータとして記憶させ、移動経路を作成してもよい。 Further, the grid map as described above may be stored on the control unit side instead of being stored on the autonomous mobile body side (storage area of the calculation unit). That is, the above-described grid map may be stored as data in a storage area such as a memory or HDD provided in a control unit for controlling an autonomous mobile body, and a movement route may be created.
1 ・・・床部
2 ・・・移動障害物
3 ・・・従来の移動経路作成方法を適用した場合の禁止領域
4 ・・・本発明の移動経路作成方法を適用した場合の禁止領域
5 ・・・移動経路
6 ・・・衝突予測点
7 ・・・自律移動体の移動予測経路
8 ・・・移動障害物の移動予測経路
9 ・・・目標地点
10 ・・・車両(自律移動体)
15 ・・・演算部
P ・・・エリア(移動領域)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
15 ・ ・ ・ Calculation unit P ・ ・ ・ Area (movement area)
Claims (12)
少なくとも前記自律移動体の現在位置情報に基づいて、前記自律移動体の移動予測経路を算出するステップと、
前記移動障害物の現在位置情報と移動方向情報とに基づいて、前記移動障害物の移動予測経路を算出するステップと、
前記自律移動体の移動予測経路と前記移動障害物の移動予測経路との交点に前記自律移動体が到達する時点における前記移動障害物の位置を、前記移動障害物の将来位置として算出するステップと、
前記将来位置の周囲に禁止領域を設定するステップと、
前記禁止領域の大きさを、前記自律移動体の現在位置と前記移動障害物の将来位置との間の距離が大きい程小さく設定するステップと、
前記禁止領域を回避するように前記自律移動体の移動経路を作成するステップとを備えた移動経路作成方法。 In a land movement area where a moving obstacle exists, a movement path of an autonomous moving body that moves autonomously while avoiding a collision with the moving obstacle from a movement start point set in the movement area to a movement end point A travel route creation method to be created,
Calculating a movement predicted route of the autonomous mobile body based on at least current position information of the autonomous mobile body;
Calculating a movement predicted route of the moving obstacle based on current position information and movement direction information of the moving obstacle;
Calculating the position of the moving obstacle as the future position of the moving obstacle when the autonomous moving body reaches the intersection of the movement predicted path of the autonomous moving body and the movement predicted path of the moving obstacle; ,
Setting a forbidden area around the future location;
Setting the size of the prohibited area to be smaller as the distance between the current position of the autonomous mobile body and the future position of the moving obstacle is larger;
Moving path creation method comprising the steps of creating a moving path of the autonomous moving body so as to avoid the prohibited area.
少なくとも前記自律移動体の現在位置情報に基づいて、前記自律移動体の移動予測経路を算出する手段と、
前記移動障害物の現在位置情報と移動方向情報とに基づいて、前記移動障害物の移動予測経路を算出する手段と、
前記自律移動体の移動予測経路と前記移動障害物の移動予測経路との交点に前記自律移動体が到達する時点における前記移動障害物の位置を、前記移動障害物の将来位置として算出する手段と、
前記将来位置の周囲に禁止領域を設定する手段と、
前記禁止領域の大きさを、前記自律移動体の現在位置と前記移動障害物の将来位置との間の距離が大きい程小さく設定する手段と、
前記禁止領域を回避するように前記自律移動体の移動経路を作成する手段と、
作成された移動経路に応じて移動する手段とを備えた自律移動体。 In a land moving area where a moving obstacle exists, an autonomous moving body that moves autonomously while avoiding a collision with the moving obstacle from a movement start point set in the movement area to a movement end point,
Means for calculating a movement predicted route of the autonomous mobile body based on at least current position information of the autonomous mobile body;
Means for calculating a predicted movement path of the moving obstacle based on current position information and moving direction information of the moving obstacle;
Means for calculating the position of the moving obstacle as the future position of the moving obstacle at the time when the autonomous moving body reaches the intersection of the movement predicted path of the autonomous moving body and the movement predicted path of the moving obstacle; ,
Means for setting a forbidden area around the future position;
Means for setting the size of the prohibited area to be smaller as the distance between the current position of the autonomous mobile body and the future position of the moving obstacle is larger;
It means for creating a moving path of the autonomous moving body so as to avoid the prohibited area,
An autonomous mobile body comprising means for moving according to the created travel route.
少なくとも前記自律移動体の現在位置情報に基づいて、前記自律移動体の移動予測経路を算出する手段と、
前記移動障害物の現在位置情報と移動方向情報とに基づいて、前記移動障害物の移動予測経路を算出する手段と、
前記自律移動体の移動予測経路と前記移動障害物の移動予測経路との交点に前記自律移動体が到達する時点における前記移動障害物の位置を、前記移動障害物の将来位置として算出する手段と、
前記将来位置の周囲に禁止領域を設定する手段と、
前記禁止領域の大きさを、前記自律移動体の現在位置と前記移動障害物の将来位置との間の距離が大きい程小さく設定する手段と、
前記禁止領域を回避するように前記自律移動体の移動経路を作成する手段とを備えた自律移動体制御システム。 Controls the movement of an autonomous moving body that moves autonomously while avoiding a collision with the moving obstacle from a movement start point set in the movement area to a movement end point in a land movement area where a moving obstacle exists. An autonomous mobile control system for
Means for calculating a movement predicted route of the autonomous mobile body based on at least current position information of the autonomous mobile body;
Means for calculating a predicted movement path of the moving obstacle based on current position information and moving direction information of the moving obstacle;
Means for calculating the position of the moving obstacle as the future position of the moving obstacle at the time when the autonomous moving body reaches the intersection of the movement predicted path of the autonomous moving body and the movement predicted path of the moving obstacle; ,
Means for setting a forbidden area around the future position;
Means for setting the size of the prohibited area to be smaller as the distance between the current position of the autonomous mobile body and the future position of the moving obstacle is larger;
Autonomous moving body control system and means for creating a moving path of the autonomous moving body so as to avoid the prohibited area.
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