CN112783150A - 多个载具的移动控制方法、装置、系统、程序和存储介质 - Google Patents

多个载具的移动控制方法、装置、系统、程序和存储介质 Download PDF

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藤岛泰郎
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Abstract

本发明的目的在于，在使多个载具向各自的目的地移动的情况下，使多个载具高效地向各自的目标位置移动。多个载具的移动控制方法包含：获取多个载具进行移动的制约条件和算出载具的移动路径的计算周期的步骤；获取多个载具各自的位置的步骤；确定每个载具的目标位置的步骤；基于多个载具各自的位置、目标位置和制约条件来算出多个载具的预读步骤的移动路径的步骤；基于移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的载具的驱动条件，对载具的移动进行控制的步骤；算出移动路径的步骤基于评价函数和制约条件来进行最优化计算，算出载具的移动路径，该评价函数是每个预读步骤的载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。

Description

多个载具的移动控制方法、装置、系统、程序和存储介质
技术领域
本公开涉及多个载具的移动控制方法、移动控制装置、移动控制系统、程序和存储介质。
背景技术
作为使多个载具移动的技术(集群技术)之一，存在对搬运货物的多个搬运装置的移动进行控制的方法(例如专利文献1)。专利文献1所记载的装置利用中央运算装置来制定评价指标，以使得所有搬运装置的总搬运时间或总搬运距离最短，并且对路径进行设定，基于路径来对各搬运装置的移动进行控制。
专利文献1：日本特许第4138541号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
如专利文献1那样，为了设定搬运装置即载具能够通过的通路并设定在通路上移动的路径，需要预先设定通路的信息，因而较为麻烦。并且，在基于通路来设定路径的情况下，能够设定的路径的自由度变低。
并且，作为集群(Swarm)技术，还存在相对于各载具的当前位置来设定区域并基于区域的信息来对载具的移动进行控制的方法。在周围存在障碍物的环境中对移动路径进行控制并且使多个载具向各自的目标位置移动的处理的情况下，在上述控制中，难以适当地对移动进行控制。
本公开是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种在使多个载具向各自的目的地移动的情况下能够使多个载具高效地向各自的目标位置移动的多个载具的移动控制方法、移动控制装置、移动控制系统、程序以及存储介质。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题而实现目的，提供一种使多个载具移动的多个载具的移动控制方法，包含：获取所述多个载具进行移动的制约条件的步骤；获取所述多个载具各自的位置的步骤；确定每个所述载具的目标位置的步骤；基于所述多个载具各自的位置和姿态、所述目标位置以及所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径的步骤；基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制的步骤；算出所述移动路径的步骤基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
并且，提供一种对多个载具的移动进行控制的移动控制装置，包含：通信部，其与所述多个载具分别进行通信，获取所述载具的当前的位置的信息，并且获取所述多个载具各自的目标位置的信息；控制部，其获取所述多个载具进行移动的制约条件，基于所述多个载具各自的位置和姿态、所述目标位置以及所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径，基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制；所述控制部基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
并且，提供一种移动控制系统，具备：多个载具；移动控制装置，其使所述多个载具移动；所述移动控制装置包含：通信部，其与所述多个载具分别进行通信，获取所述载具的当前的位置的信息，并且获取所述多个载具各自的目标位置的信息；控制部，其获取所述多个载具进行移动的制约条件，基于所述多个载具各自的位置和姿态、所述目标位置以及所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径，基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制；所述控制部基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
并且，提供一种使多个载具移动的程序，用于使计算机执行以下处理，所述处理包含：获取所述多个载具进行移动的制约条件的步骤；获取所述多个载具各自的位置的步骤；确定每个所述载具的目标位置的步骤；基于所述多个载具各自的位置和姿态、所述目标位置以及所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径的步骤；基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制的步骤；算出所述移动路径的步骤基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
并且，提供一种存储了使多个载具移动的程序且能够被计算机读取的存储介质，用于使计算机执行以下处理，所述处理包含：获取所述多个载具进行移动的制约条件的步骤；获取所述多个载具各自的位置的步骤；确定每个所述载具的目标位置的步骤；基于所述多个载具各自的位置和姿态、所述目标位置以及所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径的步骤；基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制的步骤；算出所述移动路径的步骤基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
发明的效果
根据本公开的至少一实施方式，在使多个载具向各自的目的地移动的情况下能够使多个载具高效地向各自的目标位置移动。
附图说明
图1是表示第一实施方式的包含移动控制装置的移动控制系统的主要构成的框图。
图2是表示载具与障碍物的关系的一个例子的示意图。
图3是表示第一实施方式中移动控制系统进行的处理的流程的流程图。
图4是表示第一实施方式中移动控制系统进行的处理的一个例子的示意图。
图5是表示第三实施方式中移动控制系统进行的处理的一个例子的示意图。
图6是表示第四实施方式中移动控制系统进行的处理的一个例子的示意图。
附图标记说明
1 移动控制系统；
10 移动控制装置；
20、44、53、64 通信部；
30、43、55 控制部；
31 运算部；
32 存储部；
40 管理终端；
41 输入部；
42 显示部；
51 位置检测部；
54 动力部；
60 载具检测装置；
62 载具检测部；
B、B1、B2、B3 载具；
T、T1、T2、T3 目标位置。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的几个实施方式详细地进行说明。需要说明的是，本发明并不受该实施方式限定。并且，实施方式中的构成要素包含本领域技术人员能够且容易置换的要素或者实质上相同的要素。而且，以下记载的构成要素能够适当地进行组合。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的包含移动控制装置10的移动控制系统1的主要构成的框图。移动控制系统1是在存在障碍物的区域中对多个载具B向目标位置T进行移动的移动路径进行控制的系统。移动控制装置10对多个载具B的移动进行控制。在图1等中，为了对多个载具B各自进行区分，标注B1,B2,B3,…,BM。载具B可以是在地面上行驶的移动体，也可以是在空中飞行的移动体，还可以是在水中移动的移动体。因此，载具B也包含能够三维移动的移动体，但是为了便于说明，以下对载具B在二维平面中移动的情况进行说明。作为移动控制系统1的具体的一个例子，存在用于在仓库等中使材料、物品移动的载具的移动控制。在该情况下，目标位置是搬运对象物存在的位置、对搬运对象物进行搬运的位置。并且，作为对象区域的障碍物，包含不是搬运对象的货物、物资、墙壁等。
移动控制系统1包含多个载具B、移动控制装置10、管理终端40和载具检测装置60。多个载具B各自具备位置检测部51、通信部53和动力部54。位置检测部51对设有该位置检测部51的载具B的位置进行检测。作为位置检测部51的具体的构成例，能够举出与在对象区域内的多个位置配置的基准机进行信号的发送和接收并且利用与多个基准机之间的相对位置来对本机的位置进行检测的测定装置、获取周围的图像和形状信息并与预先准备的对象区域内的三维形状数据进行对照来对本机的位置进行检测的测定装置、利用全球定位系统(GPS：Global Positioning System)等定位系统来检测位置的定位装置。位置检测部51也可以是对相对于规定的起点的位置进行检测的惯性导航装置。
通信部53与移动控制装置10进行通信。作为通信部53的具体的构成例，能够举出无线通信装置。通信部53也可以是与移动控制装置10进行有线通信的结构。
动力部54作为使载具B移动的动力发挥作用。动力部54的具体构成对应于载具B的运用方式。作为一个例子，在载具B为在地上行驶的载具的情况下，动力部54包含多个车轮和对该多个车轮的一部分或全部进行驱动的原动机。此处例示的动力部54的具体的构成只是一个例子，并不限定于此。动力部54只要作为能够使载具B移动的动力发挥作用即可。
控制部55基于经由通信部53获取的信息来对动力部54的行为进行控制。
移动控制装置10具备通信部20和控制部30。通信部20与多个载具B、管理终端40、载具检测装置60进行通信。移动控制装置10与载具B的通信通过位置检测部51与通信部20的通信来进行。通信部20的具体的构成与位置检测部51共通。
控制部30具备运算部31和存储部32。运算部31包含CPU(Central ProcessingUnit)等运算电路，进行与多个载具B的移动控制相关的各种处理。存储部32存储在运算部31的处理中使用的软件程序(以下简称为程序)和数据。该程序既可以存储于存储部32，也可以存储于计算机即移动控制装置10能够读取的存储介质。在该情况下，移动控制装置10具备用于从该存储介质中读出程序的读出装置。并且，存储部32存储经由通信部20获取的与载具B相关的信息。例如，存储后述在对多个载具B的移动进行控制时使用的制约条件、观测条件等。并且，后述表示多个载具B的目标位置(例如目标位置T1,T2,…,Tm)的信息存储于存储部32。目标位置是载具B观察的对象或成为目标位置的场所。目标位置既可以固定，也可以移动。
管理终端40是操作人员输入各种信息并进行确认的设备。管理终端为个人计算机、平板电脑等。管理终端40包含输入部41、显示部42、控制部43和通信部44。输入部41为触摸面板、鼠标、键盘、麦克风等，检测操作员进行的操作。显示部42显示图像。显示部42显示操作画面和操作结果画面等操作人员进行移动控制系统1的操作所需的信息。控制部43对管理终端40的各部分的动作进行控制。通信部44与移动控制装置10的通信部20进行通信。管理终端40将收集到的信息向移动控制装置10发送，接收由移动控制装置10获取、生成的信息。
载具检测装置60对处于对象区域中的载具B的位置进行检测。载具检测装置60包含载具检测部62和通信部64。载具检测部62对处于检测对象区域中的载具B进行检测。载具检测部62能够使用相机、与载具B进行通信的通信设备、温度传感器、形状检测传感器等。载具检测装置60通过获取检测对象区域的各种信息来对处于检测对象区域中的载具B进行检测。通信部64与移动控制装置10的通信部20进行通信，发送所检测到的载具的信息。需要说明的是，本实施方式的移动控制系统1设置了载具检测装置60，但是在能够利用载具B来确定本机的位置的情况下，也可以不具备载具检测装置60。
接着，使用图2至图4对由移动控制系统1进行的多个载具的移动进行说明。图2是表示载具与障碍物的关系的一个例子的示意图。图3是表示第一实施方式中移动控制系统进行的处理的流程的流程图。图4是表示第一实施方式中移动控制系统进行的处理的一个例子的示意图。
本实施方式的移动控制系统1在存在障碍物且能够移动的区域存在制约的对象区域中使多个载具M向各自的目标位置(指定场所、指定位置)移动。管理终端40将障碍物的信息以及移动的制约条件的信息经由通信部44向移动控制装置10发送。多个载具B分别将表示由位置检测部51获取的位置的信息经由通信部53向移动控制装置10发送。并且，载具检测部62将对象区域中所检测到的载具B的信息经由通信部64向移动控制装置10发送。存储部32累积地存储表示多个载具B各自的位置的信息、各载具B的目标位置T的信息、障碍物的信息。运算部31基于表示多个载具B各自的位置的信息、表示目标位置的信息和包含障碍物的位置信息的制约条件来算出多个载具B各自的移动路径并进行评价，基于评价的结果来决定移动路径，基于决定的移动路径来算出多个载具B各自的控制输入，将控制输入经由通信部20向多个载具B单独发送。在这里，控制输入作为表示单位时间内满足规定条件且用于使多个载具B分别移动的移动方向和移动速度的信息发挥作用。载具B以按照控制输入来进行移动的方式使动力部54进行动作。并且，存储部32累积地存储向多个载具B各自发送的控制输入。
接着，对移动控制装置10的处理进行说明。移动控制装置10使各载具向目标位置的移动路径最优化，以使得由多个载具B构成的载具群整体的处理能力提高。作为载具B的移动的制约条件，本实施方式的移动控制装置10设定了“载具B不靠近其他载具B且距离为dA[m]以上”“载具B不靠近障碍物102且距离为dB[m]以上”“载具的速度的上下限值”这三个条件。在这里，作为载具B的速度的限制值，设定上限vmax和下限vmin。载具B的速度的上限vmax按照载具B的性能和对所移动的区域施加的限制值等来设定。载具B在如本实施方式那样在地面上行驶的情况下由于允许停止而能够设定vmin＝0。在载具B在空中或水中移动且无法悬停的情况下，下限vmin为能够在空中或水中维持姿态的速度。
首先，将向对多个载具B各自进行识别的载具m(m＝1，2，3，...，M)的当前时刻k的控制输入设为um(k)。在这里，M表示载具的总数。在本实施方式中，为了便于说明，仅视为二维的xy平面上的运动，将控制输入设为载具的x轴方向的速度umx(k)和y轴方向的速度umy(k)，则得到式1。
[式1]
um(k)＝[umx(k)umy(k)]T，m＝1，2，..，M
并且，移动控制装置10包含在模型预测控制中预测的预测步骤数(称为预测范围)NH，预测未来的路径。未来的路径即从当前时刻k到预测步骤数NH后的k+NH-1的各步骤的控制输入um，如式2所示。
[式2]
um＝[um(k)，...，um(k+NH-1)]T，m＝1，2，..，M
接着，对为了应用算出移动路径的受制约的最优化的模型预测控制而将上述的三个制约条件设为数学式的处理进行说明。移动控制装置10以在预测步骤k＝1，...，NH中全部满足制约条件为条件来进行最优化计算。
制约条件“载具不靠近其他的载具且距离为dA[m]以上”能够通过下式表示。
[式3]
|pm(k)-pl(k)|≥dA
ただしm≠l，m＝1，...，M，l＝1，...，M
pm(k)＝[xm(k) ym(k)]T以及qm(k)＝[x′m(k) y′m(k)]T分别为载具m和相对于载具m的目标位置T的xy平面上的坐标。
接着，制约条件“载具B不靠近障碍物且距离为dB[m]以上”能够通过下式表示。
[式4]
xm(k)＜xmin-dB
or xm(k)＞xmax+dB
or ym(k)＜ymin-dB
or ym(k)＞ymax+dB
载具B与障碍物102的位置关系如图2所示的那样设定。如图2所示，xmin为障碍物的最小x坐标，xmax为障碍物的最大x坐标，ymin为障碍物的最小y坐标。ymax为障碍物的最大y坐标。图2表示的是一个载具与障碍物的关系，但是处于对象区域中的障碍物的数量不限于一个，可以定义多个。移动控制装置10与障碍物的数量成比例地增加制约条件的计算式的数量。
接着，“载具B的速度为上限vmax和下限vmin”为下式。
[式5]
Figure BDA0002762298260000081
Figure BDA0002762298260000082
载具的速度的制约条件的数量与载具的数量成比例。并且，还与预测步骤数NH成比例。
在这里，制约条件为了应用模型预测控制而需要与控制输入关联地进行记载。因此，将n步骤前的载具的将来位置设为式6。
[式6]
Figure BDA0002762298260000091
将各步骤的载具的位置代入制约条件。由此，能够使制约条件为与控制输入关联的函数，能够应用模型预测控制。需要说明的是，运动模型也可以使用车辆的等价双轮模型等非完整的模型。
接着，移动控制装置10使评价函数Jm(u1，...，uM)为式7。
[式7]
Figure BDA0002762298260000092
需要说明的是，评价函数为一个例子，但并不限定于此。在这里，em(k+n)∈R2×1为n步骤前的时刻的载具的位置预测值与目标位置的偏差。位置的偏差为式8。
[式8]
Figure BDA0002762298260000093
通过使用本实施方式的评价函数Jm(u1，...，uM)，能够在经过预测步骤数NH后的时刻即最终到达时一起在所有预测步骤的地点处评价与目的地的误差。由此，能够使载具B的到目的地的距离最小化。并且，通过使用评价函数Jm(u1，...，uM)，能够对所有载具一并进行评价，能够使载具组整体的移动最优化。
移动控制装置10使用如以上那样定义的评价函数和制约条件而在每个运算周期解决受制约的最优化问题(式9)，求出最优的控制输入。移动控制装置10将算出的控制输入向各载具输出。
[式9]
Figure BDA0002762298260000094
s.t.c(u1，...，uM)≤0
接着，使用图3对由移动控制装置10执行的处理的一个例子进行说明。移动控制装置10获取制约条件和计算周期(步骤S11)。移动控制装置10获取向管理终端40输入的信息，获取制约条件。并且，移动控制装置10获取向管理终端40输入的信息，获取计算周期即算出载具B的移动路径的计算周期(预读步骤的一个步骤的时间)。需要说明的是，移动控制装置10既可以获取制约条件，也可以获取制约条件所需要的阈值、障碍物的信息并基于获取的信息来制定制约条件。并且，移动控制装置10在对载具的移动进行控制的期间不更新制约条件的情况下，可以事先执行制约条件的获取而不将制约条件的获取作为一系列来执行。
移动控制装置10进行所有载具B的位置的获取、计测(步骤S12)。移动控制装置10经由通信部20从载具B获取由位置检测部51计测、检测的位置的信息。移动控制装置10也可以经由通信部20获取由载具检测装置60计测的载具B的位置信息。并且，移动控制装置10除了获取载具B的位置信息之外，还可以获取姿态信息。
接着，移动控制装置10获取、计测所有目标位置(步骤S14)。移动控制装置10获取相对于多个载具B分别设定的目标位置的信息。目标位置能够基于从管理终端40输出的信息而获取。作为从管理终端40输出的信息，可以是目标位置自身的信息或由载具执行的作业的信息。由载具执行的作业的信息为例如在仓库中搬运的货物的信息(货物的当前位置和搬运货物前的位置的信息)。移动控制装置基于载具B的信息和在仓库中搬运的货物的信息来决定货物的搬运计划和搬运各货物的载具B，决定载具的目标位置。
移动控制装置10在获取了制约条件、载具的位置和目标位置的信息之后，解开受制约的最优化问题，算出M台载具的控制输入(步骤S16)。移动控制装置10使用预读步骤数NPH来算出满足制约条件的载具的移动。即，在所有载具的移动路径的各步骤中，评价载具与目标位置的偏差，作为所有载具的移动路径，算出偏差小的移动路径。
移动控制装置10基于计算结果来算出单位时间的载具的控制输入(步骤S18)。单位时间为比与预读步骤数量对应的时间更短的时间。移动控制装置10评价比实际通过控制输入移动的时间(预读步骤数－单位时间)长的时间的移动路径，算出移动路径，根据计算结果来算出单位时间的移动的控制输入。移动控制装置10在经过单位时间后更新时间(步骤S20)。移动控制装置10判定处理是否已结束(步骤S22)，在判定为处理没有结束(步骤S22中为否)的情况下，返回步骤S11，在判定为处理结束(步骤S22中为是)的情况下，结束本处理。
移动控制装置10通过如以上那样算出移动路径，算出如图4所示的那样在配置有多个障碍物102的对象区域110中使多个载具B1,B2,B3到达各自的目标位置120,122,124的移动路径130,132,134。载具B1到目标位置120的路径为移动路径130。载具B2到目标位置122的路径为移动路径132。载具B3到目标位置124的路径为移动路径134。移动路径130,132,134算出每个预测步骤的位置140,142。进行最优化计算，以使得在各预测步骤的位置满足制约条件。由此，如果是不同的时间步骤，则能够算出允许其他载具B通过相同的区域的考虑了时间序列的移动路径。移动控制装置10算出移动路径130,132,134，控制输入制定并输出在下一个单位时间对到预测步骤n＝0的时刻为止的移动进行控制的输入。
移动控制系统1使用模型预测控制的思路，将预测步骤设为NH，预测(预读)满足制约条件的移动路径，在各预测步骤中的载具B与目标位置之间的关系中，使用距离越短而评价越高的评价函数，评价与所有载具的所有预测步骤的位置相关的载具B与目标位置的偏差，算出移动路径，基于算出的移动路径来决定单位时间的移动。
由此，在载具移动之后接着进行移动时，能够抑制由于载具的可移动的区域的移动而无法进行满足制约条件的移动的停滞的发生，能够抑制发生载具的拥堵等。并且，能够同时考虑多个制约条件来进行最优化计算。另外，通过根据障碍物来设定载具无法移动的区域，由此与设定能够移动的路径的情况相比能够算出自由度更高的移动路径。并且，在对象区域的障碍物的配置状态发生变化的情况下，也不重新制定通路的信息等，作为制约条件来更新障碍物的信息，由此能够算出与对象区域的配置对应的移动路径。
[第二实施方式]
接着，对第二实施方式进行说明。对于与第一实施方式相同的结构，标注相同的附图标记并省略说明。除了特别提及的事项以外，第二实施方式与第一实施方式相同。
本实施方式的移动控制系统1基于载具到目标位置的距离和载具的移动速度来设定预测步骤数NH。移动控制系统1在将从载具B的当前的位置到目的地的距离设为LG且将载具B的假想的平均速率设为vave的情况下，到目的地的到达时间TG以TG＝LG/vave表示。并且，将预测步骤的一个步骤的周期设为Tc。移动控制系统1使预测步骤数NH为满足NH＞(TG/Tc)×α的最小的整数。α是用于确保到达目的地的充分裕度的系数，是比1大的值(α＞1)。α是预先设定的。
移动控制系统1也可以使预测步骤数NH为满足NH＞(TG/Tc)+Nα的最小的整数。Nα是裕度用的步骤数，是比0大的整数(Nα＞0)。
本实施方式的移动控制系统1基于与设定的目标位置的距离来设定预测步骤数NH，由此能够不降低移动路径的计算精度地抑制运算量变多至必要以上。并且，本实施方式的移动控制系统1能够使预读步骤的时间比到多个载具到达各自的目标位置所需的时间长。由此，能够算出多个载具至各自的目标位置的多个载具的移动路径。具体而言，通过设定满足(计算周期)×(载具的移动速度)×(预读步骤的步骤数)＞(载具与目标位置的距离)的预读步骤数，能够算出到目标位置的路径。由此，能够基于到目标位置为止预读的移动路径来进行处理。本实施方式的移动控制系统1是在载具到达目标位置时不对评价函数的评价造成影响的载具。因此，即使在不使预测步骤数NH变化的情况下，移动路径也能够算出同样的路径。
[第三实施方式]
接着，对第三实施方式进行说明。对于与第一实施方式相同的结构，标注相同的附图标记并省略说明。除了特别提及的事项以外，第三实施方式与第一实施方式相同。图5是表示第三实施方式中移动控制系统进行的处理的一个例子的示意图。
本实施方式的移动控制系统1在上述实施方式的评价函数、制约条件的基础上还包含载具的力学上的约束条件作为制约条件。例如，作为载具，在使用通过轮胎进行驱动、转向的AGF或AGV的情况下，载具的机体的转弯半径受到转向角极限限制。图5所示的载具B是具备由通过中心200的车轴202连接的作为从动轮的两个后轮204和作为转向轮和驱动轮的前轮206的三轮模型。将前轮206的转向角设为φ，将中心200与前轮206的轴的距离(轴距的长度)设为L，将x轴方向、y轴方向的速度设为x'、y'，将载具的速率设为v，将载具的姿态角(横摆角)设为θ，将三轮模型的载具B近似为等价双轮模型，由此图5所示的三轮载具的驱动方式如以式所述。
[式10]
Figure BDA0002762298260000131
Figure BDA0002762298260000132
Figure BDA0002762298260000133
根据上述运动模型，基于转向角极限φlim的横摆率的制约条件为式11。
[式11]
Figure BDA0002762298260000134
上述式11的v为式12。
[式12]
Figure BDA0002762298260000135
v为由基于模型预测进行的最优化中得到的控制输入所决定的速率。移动控制系统1在第一实施方式、第二实施方式等的制约条件的基础上还将上述条件作为制约条件，计算受制约的最优化问题，算出控制输入。
本实施方式的移动控制系统1在第一实施方式、第二实施方式等的制约条件的基础上还考虑了载具的力学上的约束条件，由此即使在非完整的载具为控制对象的情况下，也能够输出载具能够移动的控制输入。由此，能够算出能够由载具更可靠地执行的移动路径，能够以较高的精度对载具的移动进行控制。
[第四实施方式]
接着，对第四实施方式进行说明。对于与第一实施方式相同的结构，标注相同的附图标记并省略说明。除了特别提及的事项以外，第四实施方式与第一实施方式相同。图6是表示第四实施方式中移动控制系统进行的处理的一个例子的示意图。
本实施方式的移动控制系统1基于使用预测步骤数NH算出的移动路径的地点间的信息来并行地计算到路径的相邻的地点的路径，作为一个例子为到从当前时刻起在下一预测步骤中算出的地点为止的路径。
移动控制系统1与第一实施方式至第三实施方式同样地使用上述动态原理，按照运算周期TG来计划到目标位置的路径。将在运算周期TG中算出的到目标位置的路径的计划设为“整体路径计划”。将整体路径计划的各预测步骤中算出的地点设为“路径点”。
本实施方式的移动控制系统1使用比运算周期(整体路径计划周期)TG短的运算周期(局部路径计划周期)TL进行动作的局部系统，制定整体路径计划的路径点间的移动时的控制输入，对载具进行控制。局部运算周期TL设定为TL＜＜TG，以比整体路径计划的周期快的周期(短的周期)进行运算。局部系统按照与整体路径计划相同的制约条件来算出下一周期的位置。局部系统的处理既可以由移动控制装置10执行，也可以由各载具执行。移动控制系统1基于由局部系统算出的每个运算周期TL的位置信息来算出控制输入，对各载具的移动进行控制。
移动控制系统1按照局部路径计划周期TL来算出目标位置，由此能够如图6所示的那样使到整体路径计划中算出的移动路径302的下一路径点140的移动为在使用局部系统按照每个局部路径计划周期TL算出的目标位置处连接的移动路径304。
这样，移动控制系统1使用局部系统，由此能够在基于预测步骤数的移动路径的计算中缩短周期且不使步骤数增加，基于满足制约条件的更适当且详细的移动路径来决定控制输入。并且，在局部系统中，仅进行从当前位置到下一路径点的路径的计算，即算出仅1个步骤的路径，由此能够抑制运算量的增加。
局部系统优选设定预测步骤数，不算出使用了预读的移动路径，基于当前时刻、下一路径点和制约条件来算出下一运算周期TL的位置。由此，能够抑制最优化计算时的计算量的增加。
以上，对第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式、第四实施方式、第五实施方式以及变形例进行了说明，但是它们能够任意地进行组合。即，第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式、第四实施方式以及第五实施方式都能够与其他实施方式无冲突和矛盾共同使用。并且，变形例能够应用于第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式、第四实施方式、第五实施方式以及基于它们的组合的实施方式。
在以上说明中，多个载具B各自的控制输入的计算中应用了模型预测控制，但是控制输入的计算方法并不限于此。也可以使用车辆的等价双轮模型等非完整的模型。
实施方式和变形例作为例子而示出，并非旨在对发明的范围进行限定。实施方式和变形例可以通过其他各种各样的形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。实施方式和变形例包含于发明的范围和主旨，同样包含于权利要求书所记载的发明及其均等的范围。

Claims (14)

1.一种多个载具的移动控制方法，使多个载具移动，其特征在于，包含：
获取所述多个载具进行移动的制约条件和算出所述载具的移动路径的计算周期的步骤；
获取所述多个载具各自的位置的步骤；
确定每个所述载具的目标位置的步骤；
基于所述多个载具各自的位置、所述目标位置和所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径的步骤；
基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制的步骤；
算出所述移动路径的步骤基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
2.根据权利要求1所述的多个载具的移动控制方法，
所述制约条件包含处于所述载具的可移动范围内的障碍物的位置信息和与所述障碍物的距离的下限值。
3.根据权利要求1或2所述的多个载具的移动控制方法，
所述制约条件包含所述载具与其他的所述载具的距离的下限值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多个载具的移动控制方法，
所述制约条件包含所述载具的移动速度和限制值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多个载具的移动控制方法，
算出所述移动路径的步骤基于对所述载具的规定时间的移动的距离和方向的变动进行限制的限制值来算出所述载具的移动路径。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多个载具的移动控制方法，
对所述载具的移动进行控制的步骤基于所述单位时间后的所述载具的位置和姿态以及当前时刻的所述载具的位置和姿态，在比所述单位时间短的单位周期内决定所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多个载具的移动控制方法，
算出所述移动路径的步骤算出所述预读步骤的时间比到达所述多个载具各自的目标位置所需的时间长的、所述多个载具到达各自的目标位置的所述多个载具的移动路径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多个载具的移动控制方法，
算出所述移动路径的步骤基于所述载具的移动速度和所述载具与目标位置的距离来设定所述预读步骤的步骤数。
9.根据权利要求8所述的多个载具的移动控制方法，
算出所述移动路径的步骤设定满足以下关系的预读步骤数，
所述计算周期×所述载具的移动速度×所述预读步骤的步骤数＞所述载具与目标位置的距离。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多个载具的移动控制方法，
算出所述移动路径的步骤还基于所述载具的姿态来算出所述多个载具的移动路径。
11.一种多个载具的移动控制装置，对多个载具的移动进行控制，其特征在于，包含：
通信部，其与所述多个载具分别进行通信，获取所述载具的当前的位置的信息，并且获取所述多个载具各自的目标位置的信息；
控制部，其获取所述多个载具进行移动的制约条件和算出所述载具的移动路径的计算周期，基于所述多个载具各自的位置、所述目标位置和所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径，基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制；
所述控制部基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
12.一种移动控制系统，其特征在于，具备：
多个载具；
移动控制装置，其使所述多个载具移动；
所述移动控制装置包含：
通信部，其与所述多个载具分别进行通信，获取所述载具的当前的位置的信息，并且获取所述多个载具各自的目标位置的信息；
控制部，其获取所述多个载具进行移动的制约条件和算出所述载具的移动路径的计算周期，基于所述多个载具各自的位置、所述目标位置和所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径，基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制；
所述控制部基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
13.一种程序，使多个载具移动，其特征在于，
用于使计算机执行以下处理，
所述处理包含：
获取所述多个载具进行移动的制约条件和算出所述载具的移动路径的计算周期的步骤；
获取所述多个载具各自的位置的步骤；
确定每个所述载具的目标位置的步骤；
基于所述多个载具各自的位置、所述目标位置和所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径的步骤；
基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制的步骤；
算出所述移动路径的步骤基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
14.一种存储介质，存储了使多个载具移动的程序且能够被计算机读取，其特征在于，
用于使计算机执行以下处理，
所述处理包含：
获取所述多个载具进行移动的制约条件和算出所述载具的移动路径的计算周期的步骤；
获取所述多个载具各自的位置的步骤；
确定每个所述载具的目标位置的步骤；
基于所述多个载具各自的位置、所述目标位置和所述制约条件来算出所述多个载具的预读步骤的移动路径的步骤；
基于所述移动路径来决定从当前时刻到单位时间后的所述载具的驱动条件，对所述载具的移动进行控制的步骤；
算出所述移动路径的步骤基于评价函数和所述制约条件来进行最优化计算，算出所述载具的移动路径，所述评价函数是每个所述预读步骤的所述载具与目标位置的偏差越小而评价越高的评价函数。
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