JP2006113687A - 自律移動システム - Google Patents

Abstract

【課題】自律移動システムにおいて、複数の自律移動装置が他の自律移動装置との干渉でデッドロック等を起こすことのない、全体として安全で効率良い稼働を可能とする。
【解決手段】自律移動システム１における各自律移動装置２は、自律走行するための自律走行手段３、自己の識別情報や自己の稼働状態を示す情報を記憶した装置情報記憶手段４、他の自律移動装置２との通信及びユーザによる目的地や走行指令入力を行うためのインターフェイス５、次ノードに向かう際に当該自律移動装置の経路と交差する経路を移動する他の自律移動装置を抽出する対象装置抽出手段６、他の自律移動装置２が抽出された場合に両装置が交差部に到達する時間が所定の時間内になるかを判断する時間判断手段７、及び、交差部に到達する時間が所定の時間内になる場合に両装置の優先度に基づいて何れを先に移動させるかの判断を行う移動判断手段８を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の自律移動装置が搬送や警備等を行うため自律的に移動して稼働する自律移動システムに関する。

従来、自律移動装置の制御に関し、自律移動装置の稼働領域をブロックに分割するとともに、ノードの概念を取り入れて移動経路を生成して自律移動装置を稼働させる技術が知られているが、これは複数の自律移動装置が動くときの制御を行うものではない（例えば、特許文献１参照）。

複数の無人走行車を走行制御する技術として、分岐・合流点を有し双方向走行可能な走行路上を走行する複数の無人走行車を中央制御装置で制御するシステムが知られている（例えば、特許文献２参照）。このシステムでは、固定された起点と終点の組合せにより走行コースが予め設定されている。中央制御装置は、配車要求に応じて前記走行コースから１つのコースを選択して走行経路を決定する。各無人走行車は、走行経路が決定された順番や、各分岐・合流点への進入時刻の順番に基づいて、各分岐・合流点への進入が許可される。
特開平１１−８５２７３号公報 特開昭６２−２７８０５号公報

しかしながら、複数の装置を制御する上述の特許文献１に示されるような技術は、分岐・合流点における制御が行われているものの、無人走行車が予め決められたコースを移動するための技術であり、走行車の移動の自由度や融通性に制約がある。近年来、人が行っている搬送や警備等の仕事の一部を人以外に代替させることへの需要があり、目的地を与えられて自ら走行経路を決定し、障害物を回避しながら移動する複数の自律移動装置が稼働する自律移動システムの実用化が望まれている。

本発明は、上記課題を解消するものであって、複数の自律移動装置が、他の自律移動装置との干渉でデッドロック等を起こすことなく、全体として安全に効率良く稼働する自律移動システムを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、目的地が与えられたときに、予め設定されたノードを接続して現在地から目的地までの経路を生成し、障害物を回避しながら前記経路に沿って目的地まで移動する複数の自律移動装置が稼働する自律移動システムにおいて、自律移動装置が目的地又は目的地に到達するために経由するノードに向かう際に、当該自律移動装置の経路と交差する経路を移動する他の自律移動装置を抽出する対象装置抽出手段と、前記対象装置抽出手段により前記他の自律移動装置が抽出された場合、両自律移動装置の交差部に到達する時間が所定の時間内になるかを判断する時間判断手段と、前記時間判断手段によって前記交差部に到達する時間が所定の時間内になると判断される場合に両自律移動装置の優先度に基づいて何れを先に移動させるかの判断を行う移動判断手段と、を備え、前記先に移動させると判断された自律移動装置が前記交差部を先に移動するものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の自律移動システムにおいて、自律移動装置が稼働する領域内の所定領域に同時に存在し得る自律移動装置の台数を予め設定したものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の自律移動システムにおいて、前記対象装置抽出手段は、移動中の自律移動装置が当該装置の経路上のノードに所定距離まで接近したとき、前記抽出を行うものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、前記各ノードに対し前記対象装置抽出手段による抽出を行うかどうかを予め設定するものである。

請求項５の発明は、請求項１に記載の自律移動システムにおいて、前記優先度は、各自律移動装置に予め設定されているものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、前記優先度は、移動速度を用いて決められ、より高速で移動している自律移動装置により高い優先度を付与するものである。

請求項７の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、前記優先度は、進入順位を用いて決められ、先に所定領域に進入している自律移動装置により高い優先度を付与するものである。

請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の自律移動システムにおいて、前記他の自律移動装置が抽出された場合に優先度の低い自律移動装置が待機するための待機位置を設定したものである。

請求項９の発明は、請求項８に記載の自律移動システムにおいて、前記待機位置を経路の交差部の端部位置に設定したものである。

請求項１０の発明は、請求項８に記載の自律移動システムにおいて、前記待機位置を交差する経路の手前側のノードに設定したものである。

請求項１の発明によれば、交差部に到達する時間と優先度とに基づいて交差部における自律移動装置の移動の判断を行うので、複数の自律移動装置が、交差部において他の自律移動装置との干渉やデッドロック等を起こすことなく、効率良く経路上を移動できる。

請求項２の発明によれば、道幅が狭くて走行経路や経路の交差部が混雑する可能性のある稼働領域でも、他の自律移動装置との干渉やデッドロック等を起こすことなく、効率良く経路上を移動できる。

請求項３の発明によれば、他の自律移動装置との経路の交差の計算や移動継続の可否判断を事前に移動中に行うので、計算や判断のためにノード上で停止することがなく、また、交差部を回避するためノード及び経路を変更することもでき、移動の時間が短くなって移動効率が上がる。

請求項４の発明によれば、特定のノードについては、対象装置抽出手段による抽出を行わずに通過するので、移動効率が良くなる。特定のノードとは、例えば、経路生成に必要なノードであるが経路交差に関係ないというノードである。

請求項５の発明によれば、ある自律移動装置に固有の重要なミッションを設定した場合に、そのミッションを優先して実施できる。

請求項６の発明によれば、移動速度によって区別できるので、他の優先度が同じ場合であってもデッドロック等を起こすことない。

請求項７の発明によれば、交差部に近いのものを先に通すことができ、全体として停止している時間を短縮できる。

請求項８の発明によれば、交差部の周辺に交差のための余裕が少ない場合であっても、優先度の高い自律移動装置の移動を円滑に行える。

請求項９の発明によれば、交差部の近くまで移動しておくことができ、待機による移動の遅れを小さくできる。

請求項１０の発明によれば、十分な距離をおいて待機させて安全な制御ができる。また、システムにとって基本的で明確な概念であるノードを待機場所として用いるので、システム構成が簡単になる。

以下、本発明の自律移動システムについて、図面を参照して説明する。図１は、分散型のシステムとして構成した自律移動システム１のブロック構成を示す。自律移動システム１は、目的地が与えられたときに、予め設定されたノードを接続して現在地から目的地までの経路を生成し、障害物を回避しながら生成した経路に沿って目的地まで移動する複数の自律移動装置２が稼働するシステムである。ここで、分散型のシステムとは、自律移動システム１を構成する各自律移動装置２が互いに通信を行いながら各自律移動装置が個々に停止や進行の判断を行って自律走行するシステム、すなわち判断の主体が分散しているシステムである。本発明の自律移動システムは、この分散型の自律移動システム１の他に、統合型のシステム（図５、自律移動システム１０）として構成することもでき、これは後述する。

（自律移動装置）
自律移動システム１における各自律移動装置２は、自律走行するための基本機能を構成する自律走行手段３、自律移動システム１における自己の識別情報や自己の稼働状態を示す情報を記憶した装置情報記憶手段４、他の自律移動装置２との通信及びユーザによる目的地や走行指令入力を行うためのインターフェイス５、目的地又は目的地に到達するために経由するノードに向かう際に、当該自律移動装置の経路と交差する経路を移動する他の自律移動装置を抽出する対象装置抽出手段６、対象装置抽出手段６により他の自律移動装置２が抽出された場合、両自律移動装置２の交差部に到達する時間が所定の時間内になるかを判断する時間判断手段７、及び、時間判断手段７によって交差部に到達する時間が所定の時間内になると判断される場合に両自律移動装置２の優先度に基づいて何れを先に移動させるかの判断を行う移動判断手段８を備えている。

上述の自律走行手段３を説明する。自律走行手段３は、走行する領域の地図情報と走行のための各種パラメータを記憶する記憶手段３１と、目的地までの走行経路を生成する経路生成手段３２と、障害物及び自己位置を認識するための情報を得る環境情報取得手段３３と、電池３６を駆動源とする走行手段３５を制御して走行を行うため走行制御手段３４と、環境情報取得手段３３で得られた情報と記憶した地図情報とに基づいて自己位置を認識しつつ障害物を回避しながら走行制御手段３４を制御して前記生成された走行経路に沿って走行するための装置制御部３０と、を備えている。

この装置制御部３０は、上述のように自律走行手段３における各手段を制御する他に、装置情報記憶手段４、インターフェイス５、対象装置抽出手段６、時間判断手段７、及び、移動判断手段８をも制御しており、自律移動装置２の中心制御部になっている。

上述の環境情報取得手段３３は、例えば、走行経路上の環境の画像を撮像する撮像装置及び撮像した画像情報を演算処理して予め定めた属性を有する物体を抽出する画像認識処理手段や、走行経路上の環境内に存在する物体までの距離と物体の方向を測定する距離測定装置及び測定したこれらの距離情報を演算処理する距離情報解析手段などから構成される。また、自己位置は、例えば走行手段３５に取付けられたエンコーダや内蔵されたジャイロなどを用いて、走行中に自己位置が地図上のどの位置にあるかを推定するとともに、環境情報取得手段３３で得られた自己位置情報を用いて自己位置推定値を補正することにより認識される。

環境情報取得手段３３から得られる自己位置情報として、例えば、環境情報取得手段３３により認識可能な標識を予め走行環境内に設置しておき、また、その標識を地図情報に登録しておくことにより、走行中にその標識を認識して自己位置情報とすることができる。走行制御手段３４は、自己の推定位置を基準にして送られてきた相対位置による標識位置情報をもとに、地図上の登録標識を探索する。標識が検出されると、その標識の位置を基準にして前記相対位置情報から自己位置認識ができる。標識が２個以上検出できると、自己位置は一意に決められる。

また、環境情報取得手段３３は、走行中に障害物を検出し、その位置情報を走行制御手段３４に送り、走行制御手段３４は、その障害物を避けるように走行経路を修正し、制御出力を走行手段３５に送る。このように、自律移動装置２は、自己位置を認識しつつ障害物を回避しながら走行経路に沿って指示された目的地まで走行する。

上述のインターフェイス５は、無線アンテナ５１を備えており、各自律移動装置２は、無線アンテナ５１を介して他の自律移動装置と無線通信を行い、互いの装置情報記憶手段４に記憶された装置情報の交換を行う。装置情報の交換と参照に基づいて、自律移動システム１における複数の自律移動装置２が、他の自律移動装置２との干渉でデッドロック等を起こすことなく、全体として安全に効率良く稼働する。自律移動装置２間の干渉は、互いの走行経路が交差する交差部をほぼ同時刻に通過しようとするときに発生する。また、経路が平行に重なった部分（つまり同一の経路）を、互いに逆向きに対向して進行するときにおいても、自律移動装置２間の干渉が発生する。これらの両方の状況を含めて、交差部走行と表現し、交差部走行におけるデッドロック等の回避を行いながら移動する自律移動について、以下に説明する。

（自律移動）
図２は、自律移動システム１における経路、交差部、及び自律移動装置の移動状況を示す。走行経路を限定するノードａ〜ｈが、障害物を含む壁Ｗに囲まれた平面空間や開放状態の平面空間に定義されている。自律移動装置Ａ，Ｂは、これらのノードを接続する線によって走行経路を自ら生成し、その走行経路に沿って移動する。図２に示す状況において、自律移動装置Ａの走行経路は、ａ→ｂ→ｇ→ｈであり、自律移動装置Ｂの走行経路は、ｄ→ｃ→ｆ→ｅである。そして、経路ｂ→ｇと経路ｃ→ｆが交差しており、その交差部Ｘを、自律移動装置Ａ，Ｂがほぼ同時に通過しようとする際に、デッドロック等の回避動作が必要となる。

ここで、自律移動の概要を述べる。自律移動装置２は、目的地を指示されると、ノードを接続して目的地までの経路を生成し、移動を開始する。そして、自律移動装置２は、移動の開始時、及び自己の経路上のノードに到達時に、次のノードに向かう前に、他の自律移動装置２と経路が交差する可能性があるかを判断し、移動か停止を行う。そのために、対象装置抽出手段６を用いて判断対象となる自律移動装置２を抽出し、その後、時間判断手段７、及び、移動判断手段８を用いて、抽出した他の自律移動装置２に対する自己の移動判断を行う。各自律移動装置２は、このような抽出と判断を行いながら自己の経路上を移動する。

上述の抽出と判断は、各自律移動装置２の装置情報記憶手段４に記憶された装置情報に基づいて行われる。装置情報は、例えば、（１）装置識別記号ＩＤ、（２）装置状態（待機、移動、停止）、（３）現在位置、（４）進行方向、（５）走行速度、（６）最終目的地（移動中の場合）、（７）現在向かっているノード（移動中の場合）、（８）稼働中のエリアの情報（稼動領域をエリアに分割している場合）、（９）自律移動装置の優先度、（１０）自律移動装置のミッション区分についての情報、等からなる。

図３は、各自律移動装置２が自律移動中に行う処理と行動のフローを示す。ここで、１台の自律移動装置２に注目し、これを自律移動装置Ａ（略して、自己）と称して自律移動装置Ａの動作を説明する。上述のような自律移動を行うため、自律移動装置Ａは、自己の装置情報記憶手段４に記憶された装置情報の更新を行い（Ｓ１）、次のノードに向けて移動し、ノードに到達又はノードで待機中とならずに（Ｓ２でＮｏ）、目的地に到達したら（Ｓ３でＹｅｓ）、自律移動を終了する。また、目的地に到達していない場合（Ｓ３でＮｏ）、最初のステップＳ１に戻って上述のステップを定期的に所定周期で繰り返す。ここで、「ノードに到達」とは、「そのノードから予め定めた距離の位置に到達」という意味である。

このようにして自律移動装置Ａがノードに到達、又は待機中となった場合（Ｓ２でＹｅｓ）、自律移動装置Ａは、次のノードに向かう前に以下に示す処理と判断を行う。自律移動装置Ａは、対象装置抽出手段６を用いて、自律移動システム１に属する他の全ての自律移動装置２の中から稼働中の自律移動装置２を抽出する（Ｓ４）。この抽出は、他の自律移動装置２の装置情報記憶手段４に記憶された装置情報を通信により入手し、その情報をもとにして行われる。抽出された他の自律移動装置２があり（Ｓ４でＹｅｓ）、抽出された台数がｎである場合、抽出されたｉ＝１台目からｉ＝ｎ台目までの個々の自律移動装置２に対して、ループ開始ＬＰ１及びループ終了ＬＰ２のによる時間差判定ループが行われる。なお、時間差判定ループにおけるステップＳ４〜Ｓ７は、対象装置抽出手段６によって行われ、ステップＳ８，Ｓ９は、時間判断手段７によって行われる。自律移動装置Ａの他に移動中の自律移動装置２がない（上述のｎ＝０）場合（Ｓ４でＮｏ）、直ちに移動可能の判断が出されて、自律移動装置Ａは次ノードに向けて移動を開始し（Ｓ１０）、処理はステップＳ３に進む。

自己の他に移動中の自律移動装置２があり（Ｓ４でＹｅｓ）、自己が次に向かうノードを含むエリア内に、そのような移動中の自律移動装置２がいない場合（Ｓ５でＮｏ）、やはり、直ちに移動可能の判断が出されて、自律移動装置Ａは次ノードに向けて移動を開始する（Ｓ１０）。なお、前記エリアは、経路や稼働領域の２次元形状などにより予め設定される。上述の移動中の自律移動装置２が、当該エリア内にいる場合（Ｓ５でＹｅｓ）、自己の経路とその自律移動装置２の経路が交差するかどうか調べられ（Ｓ６）、交差しない場合（Ｓ６でＮｏ）、直ちに移動可能の判断が出されて、自律移動装置Ａは次ノードに向けて移動を開始する（Ｓ１０）。また、上述の経路が交差する場合（Ｓ６でＹｅｓ）、交差部位置（座標）の計算が行われる（Ｓ７）。

上述の交差部位置が求められると、時間判断手段７によって、再度、自己及び対象となる他の自律移動装置２の装置情報が参照され、自律移動装置Ａと他の自律移動装置２について、経路交差部に到達する時間の差(又は、経路交差部までの距離の差)が計算される（Ｓ８）。この時間計算は、移動中である対象となる自律移動装置２及び自己（自律移動装置Ａ）の現在位置と移動速度を用いて行われる。以下、これを説明する。

ここで、まず、経路が交差するかどうかの数式による判断処理について説明する。図２に戻って、自律移動装置Ａの経路ｂ→ｇ、及び自律移動装置Ｂの経路ｃ→ｆ、が交差するかどうか（図の状態では交差している）を計算により判断する。直交座標軸を自律移動システムの稼働領域に定め、ノードｂ，ｇ，ｃ，ｆの座標を（Ｘｂ、Ｙｂ）、（Ｘｇ，Ｙｇ）、（Ｘｃ、Ｙｃ）、（Ｘｆ，Ｙｆ）とする。また、ノードｂ，ｇを通る直線の式をＹ＝Ｂ・Ｘ＋Ｇ、ノードｃ，ｆを通る直線の式をＹ＝Ｃ・Ｘ＋Ｆ、とする。経路の交差部の座標は、これらの式で表される直線の交点の座標（ｘ，ｙ）であるだけでなく、その交点の座標（ｘ，ｙ）が、ノードｂ，ｇの間、かつ、ノードｃ，ｆの間にあることが必要である。言い換えると、これらのノード間に前記２直線の交差部の座標が無ければ、「経路」は交差しない。

そして、交点の座標（ｘ，ｙ）が各ノード間にあり、従って「経路」が交差する条件は、（Ｙｃ−Ｂ・Ｘｃ−Ｇ）（Ｙｆ−Ｂ・Ｘｆ−Ｇ）＜０、かつ（Ｙｂ−Ｃ・Ｘｂ−Ｆ）（Ｙｇ−Ｃ・Ｘｇ−Ｆ）＜０、と表される。前の不等式は、ノードｂ，ｇを通る直線の両側に分かれてノードｃ，ｆがあり、後の不等式は、ノードｃ，ｆを通る直線の両側に分かれてノードｂ，ｇがあるという条件を表している。より直接的に２直線の交点の座標（ｘ，ｙ）が各ノードの間にあることを表現して、（Ｘｂ−ｘ）（Ｘｇ−ｘ）＜０、かつ（Ｙｂ−ｙ）（Ｙｇ−ｙ）＜０、かつ（Ｘｃ−ｘ）（Ｘｆ−ｘ）＜０、かつ（Ｙｃ−ｙ）（Ｙｆ−ｙ）＜０、と表すこともできる。前述の不等式やここに示した不等式を用いて、「経路」の交差を判断できる。

自律移動装置Ａと自律移動装置２の経路交差部に到達する距離又は時間の差の計算は、次のように行われる。上述のように直交座標軸を自律移動システムの稼働領域に定め、各注目点の座標を、自律移動装置２の現在位置（ｘ２、ｙ２）、自律移動装置Ａの現在位置（ｘａ、ｙａ）とし、上述により経路が交差すると判断され、その経路交差部の座標が（ｘ、ｙ）であるとする。すると、自律移動装置Ａと経路交差部の距離Ｄａは、Ｄａ＝ｓｑｒ（（ｘ−ｘａ）×（ｘ−ｘａ）＋（ｙ−ｙａ）×（ｙ−ｙａ））となり、自律移動装置２と経路交差部の距離Ｄ２は、Ｄ２＝ｓｑｒ（（ｘ−ｘ２）×（ｘ−ｘ２）＋（ｙ−ｙ２）×（ｙ−ｙ２））となる。ここで、関数ｓｑｒ（＊）は、変数＊の平方根を与える関数である。

さらに、自律移動装置Ａ、自律移動装置２に対し、予め設定した共通の平均的な移動の速さＶを用いて、各自律移動装置Ａ，２が交差部に到達するのに要する時間ｔａ，ｔ２が、ｔａ＝Ｄａ／Ｖ，ｔ２＝Ｄ２／Ｖ、により求められる。また、自律移動装置Ａ，２の移動速さを個別に設定したＶａ、Ｖ２を用いてもよく、さらに、目的地、加速度、減速度などを考慮して経路交差部までの距離又は時間を求めてもよい。このようにして求めた値から、両自律移動装置Ａ，２が交差部に至る距離差ΔＬ、及び時間差ΔＴは、ΔＬ＝｜Ｄａ−Ｄ２｜、ΔＴ＝｜ｔａ−ｔ２｜と求められる。

次に、ステップＳ９において、移動判断手段８により上述の時間差ΔＴ（又は、距離差ΔＬ）が所定の値と比較され、時間差ΔＴ（又は、距離差ΔＬ）が予め移動判断手段８の記憶部に記憶されている所定の値より小さい場合（Ｓ９でＹｅｓ）、時間差判定ループＬＰ１／ＬＰ２の処理を抜けて、自律移動装置Ａは、現在到達しているノードに停止して待機し、他の自律移動装置２が交差部を通過するのを待つ（Ｓ１１）。その後、処理はステップＳ３に進められる。

また、ステップＳ９において、時間差ΔＴ（距離差ΔＬ）が所定の値より小さくないとされた場合（Ｓ９でＮｏ）、時間差判定ループＬＰ１／ＬＰ２の処理を続行する。対象となる自律移動装置２が複数（ｎ台）有る場合、全ての対象となる自律移動装置２に対して上述の時間差判定ループＬＰ１／ＬＰ２において移動判断が行われる。抽出された全ての自律移動装置２に対して移動可能である場合、自律移動装置Ａは移動可能とされ、次ノードに向けて移動する（Ｓ１０）。また、上述の時間差判定ループＬＰ１／ＬＰ２において、待機判断（Ｓ９でＹｅｓ）が出た時点で、処理は、この時間差判定ループＬＰ１／ＬＰ２を抜け出る。自律移動装置Ａが行った待機や移動の判断の結果は、装置情報記憶手段４に記憶された装置情報に含まれており、インターフェイス５を介して他の自律移動装置２に周知される。

上述では、それぞれの到達時間の差（又は、距離差）が所定の値より小さい場合、自律移動装置Ａが待機するとした。しかしながらより一般的な状況において複数の自律移動装置２の内、いずれが停止し、又は移動するかの判断基準が必要である。そこで、各自律移動装置２について優先度、又は優先度の決定方法を予め定めておき、その優先度によって一方を停止させ、他方を移動させることとする。この優先度の決め方として、（１）各々の自律移動装置２に固定的に予め与える、（２）移動速度を比較してより高速で動いている方を優先とする、（３）自律移動装置２が遂行するミッション（自律移動装置２が搬送ロボットの場合、搬送物があるものや、搬送物の種類）に基づいて優先度を決める、（４）先に所定領域に進入している方を優先する、（５）これらの優先度を組み合わせて優先度を決める、等の方法を用いることができる。

また、上述のステップＳ１１において、自律移動装置Ａが、「待機（ノードに停止）する」、としたが、自律移動装置Ａの行動として、このような待機以外に、交差部から所定の距離だけ手前の位置まで進んで停止する、予め定めた仮ノードがあればその仮ノードに、また所定の待機位置があればその待機位置に向かう、又は、経路を変更する、などの行動をとることができる（後述）。

図４は、各自律移動装置２に上述のような優先度が設定されている場合に、自律移動装置２が自律移動中に行う処理と行動のフローを示す。ここで、１台の自律移動装置Ａに注目して、その動作を説明する。自律移動装置Ａは、移動開始にあたり、待機命令を受け取ったかどうか判断し、受け取った場合は（Ｓ２１でＹｅｓ）、その場停止又は、待機位置を選択してそこまで移動して停止する（Ｓ２２）。待機命令を受け取っていない場合は（Ｓ２１でＮｏ）、ステップ２３に進む。その後、自己の装置情報記憶手段４に記憶された装置情報の更新を行い（Ｓ２３）、次のノードに向けて移動し、ノードに到達又はノードで待機中とならずに（Ｓ２４でＮｏ）、目的地に到達したら（Ｓ２５でＹｅｓ）、自律移動を終了する。また、目的地に到達していない場合（Ｓ２５でＮｏ）、最初のステップＳ２１に戻って上述のステップを定期的に所定周期で繰り返す。ここで、「ノードに到達」とは、「そのノードから予め定めた距離の位置に到達」という意味である。

このようにして自律移動装置Ａがノードに到達、又は待機中となった場合（Ｓ２４でＹｅｓ）、自律移動装置Ａは、次のノードに向かう前に、後述するステップＳ３６で記憶した比較対象の自律移動装置のＩＤを消去し（Ｓ２６）する。その後、他の自律移動装置２との経路の交差の発生の有無や、交差する場合の交差部に至る時間や距離の計算などの処理を、ステップＳ２７及び時間差判定ループＬＰ２１／ＬＰ２２内のステップＳ２８〜Ｓ３２において行う。これらのステップにおける処理は、図３に示したステップＳ４及び時間差判定ループＬＰ１／ＬＰ２内のステップＳ５〜Ｓ９における処理と同じであり、説明を省略する。

次に、ステップＳ３２において、移動判断手段８により時間差ΔＴ（又は、距離差ΔＬ）が所定の値より小さいと判断された場合（Ｓ３２でＹｅｓ）、自律移動装置Ａは、自己の優先度と比較対象の自律移動装置の優先度を比較し、自己の優先度が低い場合（Ｓ３５でＹｅｓ）、時間差判定ループＬＰ２１／ＬＰ２２の処理を抜けて、現在到達しているノードに停止して待機し、他の自律移動装置２が交差部を通過するのを待つ（Ｓ１１）。その後、処理は上述のステップＳ２５に進められる。また、ステップ３５において、自己の優先度が高い場合（Ｓ３５でＮｏ）、比較対象の自律移動装置のＩＤを記憶し（Ｓ３６）、時間差判定ループＬＰ２１／ＬＰ２２の処理を続行する。

また、ステップＳ３２において、時間差ΔＴ（距離差ΔＬ）が所定の値より小さくないとされた場合（Ｓ３２でＮｏ）、時間差判定ループＬＰ２１／ＬＰ２２の処理を続行する。自律移動装置Ａは、待機判断がなされることなく時間差判定ループＬＰ２１／ＬＰ２２が終了した後、記憶したＩＤを有する全ての自律移動装置２に対して待機命令を発信する（Ｓ３３）。その後、自律移動装置Ａは移動可能となり、次ノードに向けて移動する（Ｓ３４）。自律移動装置Ａが行った待機や移動の判断の結果は、装置情報記憶手段４に記憶された装置情報に含まれており、インターフェイス５を介して他の自律移動装置２に周知される。

（統合型の自律移動システム）
図５は、統合型のシステムとして構成した自律移動システム１０のブロック構成を示す。ここで、統合型のシステムとは、自律移動システム１０を構成する各自律移動装置２の装置情報管理と各自律移動装置２の行動を統合制御するひとつの中央システム制御部１１を備え、この中央システム制御部１１が、各自律移動装置２と通信を行って各自律移動装置２の行動を統合し、各自律移動装置２の停止や進行の判断を行うシステムである。なお、この統合型の自律移動システム１０の応用として、システムの稼働領域を分割し、各領域毎にシステム制御支部を設けたシステムとすることもでき、これは後述する。

（中央システム制御部と自律移動装置）
中央システム制御部１１は、自律移動システム１０を構成する各自律移動装置２との間で通信を行うためのインターフェイス５、各自律移動装置２の識別情報や各自律移動装置２の稼働状態情報から成る装置情報を記憶する装置情報記憶手段４０、各自律移動装置２の経路と交差する経路を移動する他の自律移動装置２を抽出する対象装置抽出手段６、対象装置抽出手段６により他の自律移動装置２が抽出された場合、両自律移動装置２の交差部に到達する時間が所定の時間内になるかを判断する時間判断手段７、及び、時間判断手段７によって交差部に到達する時間が所定の時間内になると判断される場合に両自律移動装置２の優先度に基づいて何れを先に移動させるかの判断を行う移動判断手段８を備えている。

自律移動システム１０における各自律移動装置２は、自律走行のための基本機能を構成する自律走行手段３、自律移動システム１において自己を位置づけるための情報を記憶した装置情報記憶手段４、及び中央システム制御部１１との通信及びユーザによる目的地や走行指令入力を行うためのインターフェイス５を備えている。これらの自律走行手段３、及び装置情報記憶手段４は、上述した自律移動システム１の自律移動装置２におけるものと同様であり、説明を省略する。

中央システム制御部１１、及び自律移動装置２におけるインターフェイス５は、無線アンテナ５１を備えており、中央システム制御部１１は、無線アンテナ５１を介して各自律移動装置２と無線通信を行い、各装置の装置情報記憶手段４に記憶された装置情報を収集更新する。中央システム制御部１１は、装置情報記憶手段４０に自律移動装置２の台数分の装置情報を記憶している。各自律移動装置２は、稼働中に定期的に自己の装置情報記憶手段４に記憶された装置情報を更新するとともに中央システム制御部１１に送信する。

（自律移動）
統合型の自律移動システム１０における自律移動を、図６を参照して説明する。図６は、中央システム制御部１１が各自律移動装置２を制御する制御フローを示す。ここで、システム内にｎ台の自律移動装置２が含まれるとする。中央システム制御部１１は、ｎ台の自律移動装置２にデッドロック等のない自律移動を行わせるため、ｎ台分の装置情報を得て装置情報記憶手段４０に記憶された装置情報の更新を行う（Ｓ４１）。次に、全ての自律移動装置２について順番に停止移動等の判断処理を行うため、１台目の自律移動装置２を選びｋ＝１とする（Ｓ４２）。ここで、ｋは、プログラム上のカウンタであり、ｋ＝１〜ｎの値をとる。ｋをインクリメントしながらステップＳ４３〜Ｓ４８のループ処理が行われる。このループ処理が終わると、再度、ステップＳ４１から処理が繰り返される。

そこで、ステップＳ４３において、ｋ番目の自律移動装置２について説明する。当該自律移動装置２とこれ以外の自律移動装置２との関係に注目して、対象装置抽出手段６による対象装置抽出処理、時間判断手段７による時間差取得処理、及び移動判断手段８による移動判断処理が行われる。ステップＳ４３における処理の結果、ｋ番目の自律移動装置２に移動を許可するかどうか判断される（Ｓ４４）。これらの処理及び判断は、上述の図３に示したステップＳ４〜Ｓ９における判断と同様であり、説明を省略する。ステップＳ４４における判断の結果、ｋ番目の自律移動装置２に移動命令が出されるか（Ｓ４５）、又は、停止命令が出される（Ｓ４６）。

このようにして、中央システム制御部１１が、１台目からｎ台目の全ての自律移動装置２のについて相互の装置状況を見て、停止移動等の判断処理を行う。その判断処理において、上述同様に各自律移動装置２の優先度が参照される。これにより、自律移動システム１０における複数の自律移動装置２が、他の自律移動装置２との干渉でデッドロック等を起こすことなく、全体として安全に効率良く稼働する。

また、システムにおける稼動領域が所定のエリアに分割され、予め、どのノードがどのエリアに属するかが設定されている場合、中央システム制御部１１は、注目している自律移動装置２が次に向かおうとしているノードの属するエリアにおいてのみ、他の自律移動装置２を抽出する処理を行う。これにより、中央システム制御部１１の演算処理負荷を低減できる。

また、上述の各エリアに進入できる最大の自律移動装置の台数を設定し、その最大の台数を超えて新たな自律移動装置２がそのエリアに進入しようとしたときに、中央システム制御部１１は、そのエリアに自律移動装置２は進入しないよう制御する。これにより、道幅が狭くて走行経路や経路の交差部が混雑する可能性のある稼働領域でも、他の自律移動装置２との干渉やデッドロック等を起こすことなく、自律移動装置２が効率良く経路上を移動できる。このような稼働領域をエリアに分割して自律移動装置２の移動を制御（制限）する手法は、統合型の自律移動システム１０だけでなく、分散型の自律移動システム１においても同様に適用できる。

（経路とノード）
次に、図７、図８を参照して、経路とノードについて説明する。ここで説明する内容は、分散型及び統合型の両方の自律移動システム１，１０に共通のものである。図７は、自律移動装置２が、あるノードｂに接近したときの様子を示す。自律移動装置２が、あるノードに到達したとき、自律移動装置２が直接、又は中央システム制御部１１が間接的に、対象装置抽出手段６による対象装置抽出処理を開始する。ここで、「ノードに到達したとき」とは、上述したように「そのノードから予め定めた距離の位置に到達したとき」の意味である。図７は、ノードｂを中心とする所定の半径を有する円Ｒ１に自律移動装置２がさしかかった様子を示し、この状態が”ノードに到達した”状態である。この時点から対象装置抽出処理を開始すると、他の自律移動装置２との経路の交差の計算や移動継続の可否判断を事前に移動中に行うことができ、計算や判断のためにノード上で停止することがなく、また、時間的余裕があるのでノード及び経路を変更して交差部Ｘを回避することもでき、移動の時間が短くなって移動効率が上がる。

図８は、経路上の各ノードに対し対象装置抽出手段６による抽出を行うかどうかを予め設定した状況を示す。すなわち、図中に黒丸●で示されているノードｂ，ｃ，ｆ，ｇについては、対象装置抽出処理を行い、二重丸◎で示されているノードａ，ｄ，ｅ，ｈに付いてはこれを行わない。このようにすると、特定のノードについては対象装置抽出手段６による抽出を行わずに自律移動装置２が通過することができ、移動効率が良くなる。対象装置抽出処理を行わないノードａ，ｄ，ｅ，ｈは、経路生成に必要なノードであるが経路交差に関係ないノードである。

（待機位置）
次に、図９乃至図１２を参照して、待機位置について説明する。図９は、経路周辺にノードとは別に、待機用の場所を待機位置Ｐ１〜Ｐ４として設定した状況を示す。この図において、自律移動装置２１がノードｂからノードｇに向けて交差部Ｘを通過中に、ノードｃからノードｆに向かおうとする他の自律移動装置２２が、自律移動装置２１を抽出したとする。自律移動装置２２は、自律移動装置２１よりも後から交差部Ｘに向かって進入してきたものである。自律移動装置２１と自律移動装置２２の優先度が同じ場合、遅れて進入したことにより優先度が低くされ、自律移動装置２２はその場で待機する。このとき、図に示したように予め複数の待機位置Ｐ１〜Ｐ４が設定してある場合、自律移動装置２２はこれらの待機位置Ｐ１〜Ｐ４から待機場所を選択してその場所に移動してもよい。自律移動装置２２は、例えば、ノードｆに少しでも近づくため待機位置Ｐ３に移動して待機することができる。

また、自律移動装置２２の位置から、予め設定して記憶されている距離の範囲内にある待機位置、例えば待機位置Ｐ１、Ｐ３を抽出して、これらのうちいずれかを選ぶ場合、次のようにして選択する。すなわち、自律移動装置２２の自己位置から、待機位置Ｐ１，Ｐ３、及び目的ノードｆに向かう位置ベクトルｖｐ１，ｖｐ３，ｖｆを生成し、ベクトルの内積とベクトル間の成す角度θとの関係（ｖａ、ｖｂ）＝｜ｖａ｜｜ｖｂ｜ｃｏｓθ、を用いて、ベクトルｖｆとのなす角度の小さいベクトル（図９の場合、ベクトルｖｐ３）を求める。そして、このようにして求めたベクトルｖｐ３に対応する待機位置Ｐ３を待機位置として選択する。これにより、移動のためのコスト（例えば、時間）を必要以上に払うことなく、目的ノードｆに向かうことができる。

上述の待機位置は、図１０に示すように、経路の交差部の端部位置に設定することができる。待機位置Ｐ５は、端部位置、すなわち交差部Ｘから所定の半径ｒの円Ｒ２と交差する経路上に設けられている。この所定の半径ｒとして、ｒ＝（自律移動装置２の外接円）×２＋（所定の正値）、により求めた半径を用いることができる。このような半径ｒを用いると、自律移動装置２が互いに接触することなくすれ違うことができる。このような待機位置を設けると、交差部の周辺に交差のための余裕が少ない場合であっても、優先度の高い自律移動装置の移動を円滑に行える。また、交差部Ｘにより近いところで待機できるので、ノード位置で待機する場合よりも待機による移動の遅れを小さくでき、移動効率が高くなる。

また、待機位置を交差する経路の手前側のノード、例えば、図１０に示す自律移動装置２１については、ノードｃに設定することができる。これは、すでに説明した待機位置である。このようにノードを待機位置にすると、交差部から十分な距離をおいて待機させることができ、安全なシステム稼働ができる。また、システムにとって基本的で明確な概念であるノードを待機場所として用いるので、システム構成が簡単になる。

図１１（ａ）（ｂ）は、重なった経路を互いに対向して接近移動する状況を示す。すなわち、図１１（ａ）において、自律移動装置２１はノードｃからノードｇに向かうためノードｃにおり、自律移動装置２２はノードｇからノードｃに向かって移動中である。このような状況において、自律移動装置２１が自律移動装置２２よりも優先度が低い場合、図１１（ｂ）に示すように、自律移動装置２１は待機位置Ｐ３に向い、自律移動装置２２は自律移動装置２１を回避しながら経路２２ａに沿って移動してノードｃに到達することができる。また、逆に自律移動装置２１が自律移動装置２２よりも優先度が高い場合には、自律移動装置２１は自律移動装置２２を回避しながら移動してノードｇに向い、自律移動装置２２はその移動を妨げないように待機位置Ｐ３に向かう。

また、図１２（ａ）（ｂ）は、上述と同様に重なった経路を互いに対向して接近移動する状況を示す。図１２（ａ）に示すように、自律移動装置２１はノードｃからノードｇに向かうためノードｃにおり、自律移動装置２２はノードｇから移動して待機位置Ｐ３の横を通り越して既にノードｃの間近まで来ている。すなわち、このような状況において、両自律移動装置２１，２２が経路上を直進した場合に互いに出会う位置、すなわち交差部が、一方の自律移動装置２１がいるノードｃに近く（所定範囲内に）なっている。この場合、優先度を自律移動装置２１に与えるとともに自律移動装置２２にその場待機させる。自律移動装置２１は、ノードｃを明け渡すため、自律移動装置２２を回避しながら経路２１ａに沿って移動してノードｇに到達することができる。

（稼働エリアの分割）
自律移動システムにおける自律移動装置２の稼働領域を複数のエリアに分割した例を、図１３乃至図１５を参照して説明する。図１３、図１５は、稼働領域を複数のエリアＡ２〜Ａ６に分割し、各エリアＡ２〜Ａ６毎にシステム制御支部１２〜１６を設けた自律移動システム１０を示す。システム制御支部１２〜１６は、図１３に示すように、各エリアＡ２〜Ａ６における自律移動装置２１，２２等を上述した統合型の方式により制御する。各エリアは、例えば、ノードａ，ｂを含むエリアＡ２、ノードｃ，ｄ，ｉ，ｊを含むエリアＡ３等からなる。

上述のシステム制御支部１２〜１６は、管轄エリア内の自律移動装置２との通信を行ってその停止移動の制御を行うとともに、各システム制御支部１２〜１６間における情報交換、すなわち装置情報記憶手段４に記憶された装置情報の交換を行う。また、自己の管轄するエリアに隣接する自律移動装置２からも直接装置情報を入手する。例えば、図１４に示すように、システム制御支部１４の管轄下にあってエリアＡ４内を移動中の自律移動装置２１は、エリアＡ４に隣接するエリアＡ３に移動しようとしている。

この状況で、自律移動装置２１は、隣接エリアにおけるシステム制御支部１３との通信を行い、自己の装置情報をシステム制御支部１３に送信して、システム制御支部１３の管轄下に入る。この後、自律移動装置２１は、システム制御支部１４に自己の装置情報を消去すべき旨の通信を行い、システム制御支部１４は自律移動装置２１の装置情報を記憶装置から削除する。また、各自律移動装置２は、ノードがどのエリアに属するかの情報、及びエリアごとの通信先であるシステム制御支部の情報を予め記憶している。こうして、本自律移動システム１０における自律移動装置２のシームレスな移動が実現される。

上述のように、稼働領域をエリアＡ２〜Ａ６に分割し、専用のシステム制御支部１２〜１６を設けることにより、各システム制御支部１２〜１６が管轄エリア内の自律移動装置２のみを制御対象にすればよくなり、システム制御支部１２〜１６を構成する計算機の負荷を小さくできる。また、広大な稼働領域や複雑な形状の稼働領域を有する場合においても、容易にシステムを構築でき、また、新たな稼働領域の追加、さらには稼働領域の縮小等を容易に行うことができる。

図１５は、分散型の自律移動システム１の他の例を示す。このシステムにおいて、稼働領域は、上述の図１３に示したシステムと同様に複数のエリアＡ２〜Ａ６に分割した稼働領域を備えているが、上述とは異なり、各自律移動装置２１，２２，２３等が個々に停止移動の判断を行う分散型のシステムである。この自律移動システム１においては、自律移動装置２１は、エリアＡ４を移動中であり、まさに隣接するエリアＡ３に移動しようとしている。

この状況のもとで、自律移動装置２１は、自己が向かおうとしているノードが属するエリア内で、すなわち、ノードｄが存在するエリアＡ３内で、稼働中の自律移動装置２２、及び当該エリアＡ３に進入する可能性のある自律移動装置２３と通信を行い、これらの装置の装置情報を取得する。次に、自律移動装置２１は、これらの装置情報をもとに、対象装置抽出手段６による対象装置抽出処理、時間判断手段７による時間差取得処理、及び移動判断手段８による移動判断処理を行い、自己の停止や移動、又は、他の自律移動装置２への待機指示を行う。この待機指示などの情報は、装置情報記憶手段４に記憶された装置情報に含めて、インターフェイス５を介した無線通信により他の自律移動装置２に伝達される。このように稼働領域を複数のエリアに分割することにより、各自律移動装置２における計算処理時間を削減できる。

なお、以上に説明した自律移動システムにおける各種計算及び記憶にかかわる手段は、ＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置、表示装置、及び入力装置などの一般的な構成を備えた電子計算機上のプロセス又は機能の集合として構成することができる。また、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。説明に用いたノード及び経路の構成は、ひとつの例であり、他の複雑な構成とすることができる。また、自律移動装置が稼働する領域は、ひとつの２次元平面内とは限らず、エレベータやエスカレータを用いて移動する３次元的な領域を稼働領域とすることができる。各装置間の無線通信は、電波、光、超音波などの媒体を用いて実現される。また、上述したノードには、現在値、又は目的地を含めてもよく、また、含めないでノードとは独立の経路構成点としてもよい。

本発明の自律移動システムを分散型のシステムとして構成したブロック構成図。 本発明の自律移動システムにおける経路、交差部、及び自律移動装置の移動を説明する平面図。 同上分散型の自律移動システムにおける自律移動装置の移動処理を説明するフロー図。 同上分散型の自律移動システムにおける自律移動装置の優先順位を考慮した移動処理を説明するフロー図。 本発明の自律移動システムを統合型のシステムとして構成したブロック構成図。 同上統合型の自律移動システムにおける自律移動装置に対する制御処理を説明するフロー図。 本発明の自律移動システムの実施形態を説明する経路交差部の平面図。 本発明の自律移動システムの他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。 本発明の自律移動システムのさらに他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。 本発明の自律移動システムのさらに他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。 （ａ）（ｂ）は本発明の自律移動システムのさらに他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。 （ａ）（ｂ）は本発明の自律移動システムのさらに他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。 本発明の自律移動システムのさらに他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。 本発明の自律移動システムのさらに他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。 本発明の自律移動システムのさらに他の実施形態を説明する経路交差部の平面図。

符号の説明

１ 自律移動システム（分散型）
２，２１，２２，２３，Ａ，Ｂ 自律移動装置
６ 対象装置抽出手段
７ 時間判断手段
８ 移動判断手段
１０ 自律移動システム（統合型）
ａ〜ｈ ノード
Ｐ１〜Ｐ５ 待機位置
Ｘ 交差部

Claims (10)

1. 目的地が与えられたときに、予め設定されたノードを接続して現在地から目的地までの経路を生成し、障害物を回避しながら前記経路に沿って目的地まで移動する複数の自律移動装置が稼働する自律移動システムにおいて、
   自律移動装置が目的地又は目的地に到達するために経由するノードに向かう際に、当該自律移動装置の経路と交差する経路を移動する他の自律移動装置を抽出する対象装置抽出手段と、
   前記対象装置抽出手段により前記他の自律移動装置が抽出された場合、両自律移動装置の交差部に到達する時間が所定の時間内になるかを判断する時間判断手段と、
   前記時間判断手段によって前記交差部に到達する時間が所定の時間内になると判断される場合に両自律移動装置の優先度に基づいて何れを先に移動させるかの判断を行う移動判断手段と、を備え、
   前記先に移動させると判断された自律移動装置が前記交差部を先に移動することを特徴とする自律移動システム。
2. 自律移動装置が稼働する領域内の所定領域に同時に存在し得る自律移動装置の台数を予め設定したことを特徴とする請求項１に記載の自律移動システム。
3. 前記対象装置抽出手段は、移動中の自律移動装置が当該装置の経路上のノードに所定距離まで接近したとき、前記抽出を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自律移動システム。
4. 前記各ノードに対し前記対象装置抽出手段による抽出を行うかどうかを予め設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の自律移動システム。
5. 前記優先度は、各自律移動装置に予め設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動システム。
6. 前記優先度は、移動速度を用いて決められ、より高速で移動している自律移動装置により高い優先度を付与することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動システム。
7. 前記優先度は、進入順位を用いて決められ、先に所定領域に進入している自律移動装置により高い優先度を付与することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動システム。
8. 前記他の自律移動装置が抽出された場合に優先度の低い自律移動装置が待機するための待機位置を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の自律移動システム。
9. 前記待機位置を経路の交差部の端部位置に設定したことを特徴とする請求項８に記載の自律移動システム。
10. 前記待機位置を交差する経路の手前側のノードに設定したことを特徴とする請求項８に記載の自律移動システム。

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