JP2009032185A - Moving route acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動経路取得装置に関するものである。 The present invention relates to a travel route acquisition apparatus.
従来、物体の移動経路を取得する装置は、移動機器、例えば自律移動型ロボットや自動運転制御を行う車両等に好適に用いられている。このような移動機器は、入力又は生成した移動経路に基づいて目的地へ移動する(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の移動経路取得装置は、ジグザグ状の移動経路を生成し、その移動経路を複数の関数を用いて滑らかな移動経路とする。
しかしながら、従来の移動経路取得装置にあっては、移動速度の計算処理の負荷が大きいため、移動中に突然障害物が移動経路内に現れた場合等、突然の速度変化に対して計算処理が間に合わずに状況に応じた対応ができない恐れがある。 However, in the conventional movement route acquisition apparatus, since the load of the calculation process of the movement speed is large, the calculation process is not performed for a sudden speed change such as when an obstacle suddenly appears in the movement path during movement. There is a risk that we cannot respond to the situation without being in time.
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、状況に応じた滑らかな移動経路を迅速に取得することができる移動経路取得装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a movement path acquisition device that can quickly acquire a smooth movement path according to the situation. .
すなわち本発明に係る移動経路取得装置は、予め移動経路を取得し、前記移動経路を再計算する移動経路取得装置であって、前記移動経路上に制御点を設定し、前記制御点に関する情報を設定する制御点設定手段と、前記制御点に関する情報に基づいて、隣り合う前記制御点間の経路を円弧で近似する円弧近似手段と、前記円弧を用いて前記移動経路を再計算する再計算手段とを備えて構成される。 That is, the movement route acquisition device according to the present invention is a movement route acquisition device that acquires a movement route in advance and recalculates the movement route, sets a control point on the movement route, and stores information on the control point. Control point setting means for setting, arc approximation means for approximating a path between adjacent control points with an arc based on information on the control point, and recalculation means for recalculating the movement path using the arc And is configured.
この発明によれば、移動経路を取得し、取得した移動経路に制御点を設け、隣り合う制御点間の経路をそれらの制御点に関する情報に基づいて円弧で近似して移動経路を滑らかにすることができる。これにより、単純な円弧を用いて、曲線の移動経路を制御点の状態を考慮した移動経路に再計算することができる。よって、取得する移動経路が変更された場合、その変更に対応した滑らかな移動経路を迅速に取得することができる。 According to the present invention, a movement path is acquired, control points are provided in the acquired movement path, and a path between adjacent control points is approximated by an arc based on information on those control points to smooth the movement path. be able to. As a result, it is possible to recalculate the moving path of the curve into a moving path considering the state of the control point using a simple arc. Therefore, when the movement route to be acquired is changed, a smooth movement route corresponding to the change can be quickly acquired.
ここで、移動経路取得装置は、予め取得した前記移動経路を曲線で近似する曲線近似手段を備え、前記制御点設定手段は、前記曲線近似手段によって近似された前記曲線を前記移動経路としてもよい。 Here, the movement route acquisition device may include curve approximation means for approximating the movement route acquired in advance with a curve, and the control point setting means may use the curve approximated by the curve approximation means as the movement route. .
また、移動経路取得装置は、前記第1の円弧近似手段は、二つの円弧を用いて隣り合う前記制御点間の移動経路を近似することが好適である。 In the movement path acquisition device, it is preferable that the first arc approximation means approximates a movement path between adjacent control points using two arcs.
このように構成することで、隣り合う制御点間の経路をそれらの制御点に関する情報に基づいて二つの円弧で近似して移動経路を滑らかにすることができる。これにより、移動経路を精度良く滑らかに近似することができる。 By comprising in this way, the path | route between adjacent control points can be approximated by two circular arcs based on the information regarding those control points, and a movement path | route can be made smooth. As a result, the moving path can be approximated smoothly with high accuracy.
また、移動経路取得装置において、前記制御点設定手段は、前記制御点に関する情報として、前記制御点の位置ベクトル及び速度ベクトルを設定することが好適である。このように構成することで、制御点の速度を考慮して二つの円弧を決定することができるため、移動機器の速度変化が滑らかになるように移動経路を取得することができる。 In the movement route acquisition apparatus, it is preferable that the control point setting means sets a position vector and a velocity vector of the control point as information relating to the control point. With this configuration, two arcs can be determined in consideration of the speed of the control point, so that the movement path can be acquired so that the speed change of the mobile device becomes smooth.
また、移動経路取得装置において、前記円弧近似手段は、所定の半径より大きな半径の円弧を用いて近似することが好適である。このように構成することで、所定の半径を移動機器に備わる駆動部分が実際に旋回可能な半径に設定して、移動機器の駆動能力に対応した円弧状の移動経路を生成できる。これにより、移動機器の駆動能力に対応した移動経路を迅速に生成することができる。 In the movement route acquisition apparatus, it is preferable that the arc approximating means approximates using an arc having a radius larger than a predetermined radius. By configuring in this way, a predetermined radius is set to a radius that can be actually turned by the drive portion provided in the mobile device, and an arcuate movement path corresponding to the drive capability of the mobile device can be generated. Thereby, the movement path | route corresponding to the drive capability of a mobile device can be produced | generated rapidly.
また、移動経路取得装置は、前記移動経路の制御点を結ぶ直線部分の長さに応じて、直線又は円弧を選択して前記移動経路を再計算する再計算手段を備えることが好適である。 In addition, it is preferable that the movement route acquisition device includes a recalculation unit that recalculates the movement route by selecting a straight line or an arc according to the length of the straight line portion connecting the control points of the movement route.
このように構成することで、移動経路を取得し、取得した移動経路の制御点を結ぶ直線部分の長さに応じて直線又は円弧によって近似することができる。例えば、ジグザグ状の移動経路を入力し、所定の区間の移動経路が短い場合には、複数の円弧を組み合わせて移動経路を近似し、所定の区間の移動経路が長い場合には、直線と円弧とを組み合わせて移動経路を近似することができる。これにより、ジグザグ状の移動経路を円弧と直線からなる滑らかな移動経路に迅速に再計算することができる。 By configuring in this way, it is possible to acquire a movement route and approximate it with a straight line or an arc according to the length of a straight line portion connecting the control points of the acquired movement route. For example, when a zigzag movement path is input and the movement path of a predetermined section is short, the movement path is approximated by combining a plurality of arcs, and when the movement path of the predetermined section is long, a straight line and an arc Can be combined to approximate the movement path. As a result, the zigzag moving path can be quickly recalculated into a smooth moving path composed of an arc and a straight line.
さらに、移動経路取得装置は、前記再計算手段によって算出した移動経路に基づいて、障害物に衝突するか否かを判定する衝突判定手段を備え、前記再計算手段は、前記衝突判定手段で障害物に衝突すると判定した場合には、より半径の小さい円の円弧を用いて前記移動経路を再計算することが好適である。 Furthermore, the movement route acquisition apparatus includes a collision determination unit that determines whether or not to collide with an obstacle based on the movement route calculated by the recalculation unit, and the recalculation unit is configured to detect a failure with the collision determination unit. When it is determined that the object collides with an object, it is preferable to recalculate the movement path using a circular arc having a smaller radius.
このように構成することで、近似した移動経路を用いて移動機器が走行した場合に障害物に衝突するか否かを判定し、衝突すると判定した場合には、より半径の小さい円の円弧を用いて、移動経路を再度近似することができる。これにより、障害物に衝突する移動経路となることを回避できるので、安全な移動経路を算出することができる。 By configuring in this way, it is determined whether or not the mobile device collides with an obstacle when the mobile device travels using the approximate moving route. To re-approximate the travel path. As a result, it is possible to avoid a movement route that collides with an obstacle, so that a safe movement route can be calculated.
本発明によれば、状況に応じた滑らかな移動経路を迅速に取得することができる。 According to the present invention, a smooth movement route according to a situation can be quickly acquired.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る移動経路取得装置1を備えたロボット2の構成図である。本実施形態に係る移動経路取得装置1は、移動機器の道順が示された移動経路情報を取得し、取得した移動経路情報を周辺環境に応じてリアルタイムに更新する装置であって、例えばロボットや車両の自動走行制御などに好適に用いられる装置である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a
移動経路取得装置1が備わるロボット2は、周辺の環境を認識するためのカメラ3、ロボット2の動作を制御するためのECU6、ECU6により制御される電動モータ8、電動モータ8により駆動される車輪9、通信を行うための通信部7、地図DB4及び経路情報DB5を備えている。ここで、ECU(Electronic Control Unit)とは、電子制御するコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、および入出力インターフェイスなどを備えて構成されている。
The
カメラ3は、ロボット2が進行する方向の画像を取得するCCDカメラと、取得した画像を画像処理することによって、障害物の有無を認識する画像処理部(不図示)とを有している。この画像処理部は、CCDカメラで取得した画像からエッジ抽出やパターン認識処理などによって障害物を抽出して認識する機能を有している。また、カメラ3は、取得した情報をECU6へ出力する機能を有している。
The
地図DB4は、地図情報が格納されたデータベースであり、ECU6から参照可能に構成されている。また、経路情報DB5は、ロボット2が走行する予定の大まかな経路が格納されているデータベースであり、ECU6から参照可能に構成されている。経路情報DB5に格納されている経路情報は、例えば出発地点から目的地点までの移動経路であり、さらに移動経路上の所定地点での目標速度情報や目標到達時刻情報を含んでいる。
The map DB 4 is a database in which map information is stored, and is configured to be referable from the
通信部7は、外部と通信し、自動走行に必要な情報を入力する機能を有している。例えば通信部7は、ロボット2の現在地点の座標を入力する機能を有している。また、通信部7は、入力した情報をECU6へ出力する機能を有している。
The
ECU6は、移動経路生成部61、アクチュエータ制御部62及び移動経路再計算処理部(移動経路取得装置)1を備えている。
The ECU 6 includes a movement
移動経路生成部61は、ロボット2が移動する大まかな経路を生成又は入力する機能を有している。例えば、出発地点及び目標地点、経路情報DB5から入力した経路情報、及び地図DB4から入力した地図情報を用いて大まかな経路情報を生成する機能を有している。出発地点、目標地点及び到着時刻等は、例えば、通信部7を介して入力される。経路情報が示す移動経路は、直線経路が連続して構成され、ジグザグ状の形状となる。移動経路生成部61は、移動経路の屈折箇所の位置情報を抽出する機能を有している。また、移動経路生成部61は、生成した経路情報、カメラ3から入力した障害物に関する情報、通信部7から入力した現在位置情報及び地図DB4から入力した地図情報等を用いて、走行中に障害物を認識した場合に障害物を避けるために経路情報を変更する機能を有している。さらに、移動経路生成部61は、経路情報を移動経路再計算処理部1へ出力する機能を有している。
The movement
移動経路再計算処理部1は、経路情報を取得して再計算する機能を有しており、曲線近似部(曲線近似手段)11、制御点設定部(制御点設定手段)12、円弧生成部(円弧近似手段)13、再計算部(再計算手段)14を備えて構成される。
The movement route
曲線近似部11は、移動経路生成部61から経路情報を入力し、移動経路を十分滑らかな曲線に近似する機能を有している。曲線近似部11は、入力したジグザグ状の移動経路の屈折箇所における位置情報に基づいて、移動経路を曲線に近似する。ここでは、計算負荷の少ない公知の近似手段が用いられ、例えば、ノンパラメトリック近似が用いられる。また、曲線近似部11は、算出した曲線の経路情報を制御点設定部12へ出力する機能を有している。
The
制御点設定部12は、経路上に制御点を設定し、設定した制御点に関する情報を設定する機能を有している。制御点設定部12は、例えば、曲線の移動経路上を通る点を制御点として設定し、その制御点の位置ベクトル、及びロボット2がその制御点を通過する際の速度ベクトルを制御点に関する情報として設定する。位置ベクトル及び速度ベクトルは、経路情報から取得した値が設定される。また、制御点設定部12は、設定した情報を円弧生成部13へ出力する機能を有している。
The control
円弧生成部13は、二つの地点を滑らかに結ぶ円弧を生成する機能を有している。円弧生成部13は、与えられた二つの地点のうち、一方の地点を通る円と他方の地点を通る円とを所定の条件に基づいて算出し、算出した二つの円の円弧を用いて二つの地点を滑らかに結ぶ曲線を生成する機能を有している。また、円弧生成部13は算出した曲線に関する情報を再計算部14へ出力する機能を有している。
The
再計算部14は、円弧生成部13から入力した曲線に関する情報に基づいて、経路情報を再計算する機能を有している。また、再計算した経路情報をアクチュエータ制御部62へ出力する機能を有している。
The
アクチュエータ制御部62は、再計算部14から経路情報を入力し、入力した経路情報に基づいて電動モータ8へ制御信号を出力する機能を有している。電動モータ8は、アクチュエータ制御部62から制御信号を入力し、制御信号に基づいて車輪9を駆動させる機能を有している。
The
このように構成されたロボット2は、与えられた経路情報に沿って走行し、ロボット2の進行方向に障害物がある場合には、障害物を避けるようにジグザグ状の経路を変更し、変更されたジグザグ状の経路を滑らかな曲線に近似し、近似した曲線を速度情報に基づいて、滑らかでかつ移動機器が移動可能な移動経路を再計算し、再計算した移動経路に基づいて走行する。
The
次に、本実施形態に係る移動速度取得装置1の動作について、図2〜4を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る移動速度取得装置1を備えたロボット2の動作を示すフローチャート、図3及び4は、再計算した移動経路を示す概要図である。
Next, operation | movement of the moving
移動速度取得装置1を備えるロボット2は、目的地に向かって出発したタイミングで図2に示す制御処理を実行し、所定の間隔で図2に示す制御処理を繰り返し実行する。
The
ロボット2は、情報入力処理から開始する(S10)。S10の処理は、移動経路生成部61で実行され、移動経路を生成するための情報を入力する処理である。移動経路生成部61は、カメラ3から障害物情報を、地図DB4から地図情報を、経路情報DB5から経路情報を、通信部7から目的地や目標到着時刻、現在地等を入力する。S10の処理が終了すると、移動経路計画処理へ移行する(S12)。
The
S12の処理は、移動経路生成部61で実行され、移動経路を計画する処理である。移動経路生成部61は、S10の処理で得られた情報に基づいて、図2の(a)に示すようなジグザグ状の移動経路を生成する。また、移動経路生成部61は、生成した移動経路の屈折箇所の座標を抽出する。S12の処理が終了すると、移動経路の平滑化処理へ移行する(S14)。
The process of S12 is executed by the movement
S14の処理は、曲線近似部11で実行され、ジグザグ状の移動経路を平滑化し、曲線とする処理である。曲線近似部11は、S12の処理で入力した移動経路の屈折箇所の座標に基づいて、例えばノンパラメトリック近似を用いてジグザグ状の移動経路を図2の(b)に示すような曲線に近似する。この曲線は、ロボット2の速度情報や、ロボット2の移動能力の制約等は考慮されずに生成される。S14の処理が終了すると、速度情報設定処理へ移行する(S16)。
The process of S14 is a process executed by the
S16の処理は、制御点設定部12で実行され、移動経路上に制御点を設定し、設定した制御点に対応する速度情報を設定する処理である。制御点設定部12は、S14の処理で近似した曲線上に制御点を設定し、設定した制御点の位置情報に対応した速度情報を経路情報DB5から入力し、制御点の速度情報を設定する。S16の処理が終了すると、移動経路の平滑化処理へ移行する(S18)。
The process of S16 is executed by the control
S18の処理は、円弧生成部13及び再計算部14で実行され、曲線の移動経路をロボット2の駆動能力及び速度情報を考慮して平滑化する処理である。円弧生成部13は、S16の処理で設定した制御点の位置ベクトル及び速度ベクトルに基づいて、2つの制御点を結ぶ曲線を生成する。この曲線は、例えば、2つの制御点のうち、一方の制御点を通る円の円弧と他方の制御点を通る円の円弧を繋ぐことによって形成される。以下では、二つの制御点を結ぶ曲線の生成方法について説明する。例えば、図3に示すように、制御点PA及び制御点PBを結ぶ曲線を生成するとする。制御点の位置ベクトルをPA及びPB、制御点PAの通過速度を示す速度ベクトルtA、制御点PBの通過速度を示す速度ベクトルtBとし、制御点PAを通る半径rAの円をCA、制御点PBを通る半径rBの円をCB、円CAと円CBとの交点をPC、円CAの制御点PAにおける接線と円CAの交点PCにおける接線とが交差する交点をP´A、円CBの制御点PBにおける接線と円CBの交点PCにおける接線とが交差する交点をP´B、ロボット2全体の速度ベクトルをV、所定の変数をα及びβとすると、円CA及び円CBは以下に示す式(1)〜(7)を満たすように設定する。
ここで、上記式を満たす円CA及び円CBは、以下式(8)の条件を満たすように設定することで一義的に決定される。
なお、円CA及び円CBのそれぞれの半径rA及びrBは、所定値以上の半径となるように設定する。所定値は、ロボット2の旋回可能半径であり、駆動輪9等の駆動系機器によって決定される値である。
It should be noted that the radii r A and r B of the circle C A and the circle C B are set to have a radius equal to or greater than a predetermined value. The predetermined value is a radius at which the
このようにして算出した円CAの円弧PAPC及び円CBの円弧PCPBを用いて、制御点PAPB間の経路を近似することができる。図3においては、円CA及び円CBが互いに重なった状態となるが、上記の式の計算結果によっては、図4に示すように円CA及び円CBが互いに重ならない状態となる場合もある。このような場合は、移動経路が円弧PAPC及び円弧PCPBを結んだS字形状となる。 Using arc P C P B of the circular arc P A P C and circle C B of the circle C A calculated in this manner, the path between the control points P A P B can be approximated. In FIG. 3, but a state of circle C A and circle C B overlap each other, the calculation results of the above formula is in the state circle C A and circle C B do not overlap each other as shown in FIG. 4 In some cases. In such a case, the movement path has an S-shape connecting the arc P A P C and the arc P C B.
図2の制御処理に戻り、S18の処理、すなわち移動経路の平滑化処理が終了すると、制御信号の生成処理へ移行する(S20)。 Returning to the control process of FIG. 2, when the process of S18, that is, the smoothing process of the movement route is completed, the process proceeds to a control signal generation process (S20).
S20の処理は、アクチュエータ制御部62で実行され、S20の処理で再計算し平滑化した移動経路に基づいて、アクチュエータを制御する処理である。アクチュエータ制御部62は、再計算し平滑化した移動経路に基づいて、例えば電動モータ8の制御信号を生成し、車輪9を動作させる。S20の処理が終了すると、図2に示す制御処理を終了する。
The process of S20 is a process of controlling the actuator based on the movement path executed by the
以上のように、第1実施形態に係る移動経路取得装置1によれば、移動経路を取得し、取得した移動経路に制御点PA、PBを設け、制御点間の経路を制御点PA、PBに関する情報に基づいて円弧PAPC及び円弧PCPBで近似して移動経路を滑らかにすることができる。これにより、単純な円弧を用いて、曲線の移動経路を制御点PA、PBの状態を考慮した移動経路に再計算することができる。よって、取得する移動経路が変更された場合、その変更に対応した滑らかな移動経路を迅速に取得することができる。
As described above, according to the movement
また、第1実施形態に係る移動経路取得装置1によれば、制御点設定部12が曲線近似部11によって近似された曲線上に制御点を設けることができるので、より迅速に滑らかな移動経路を生成することができる。
Further, according to the movement
また、第1実施形態に係る移動経路取得装置1によれば、円弧生成部13が二つの円弧PAPC及び円弧PCPBを用いて隣り合う制御点間の移動経路を近似することができるので、移動経路を精度良く滑らかに近似することができる。
Further, according to the travel
また、第1実施形態に係る移動経路取得装置1によれば、制御点の位置ベクトルPA、PB及び速度ベクトルtA、tBを設定し、制御点PA、PBの速度を考慮して二つの円弧を決定することができるため、ロボット2の速度変化が滑らかになるように移動経路を取得することができる。
Further, according to the movement
さらに、第1実施形態に係る移動経路取得装置1によれば、ロボット2に備わる駆動部分である車輪9等が実際に旋回可能な半径を持つ円CA、CBを用いて円弧を算出することで、ロボット2の駆動能力に対応した移動経路を迅速に生成することができる。
Furthermore, according to the movement
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態に係る移動経路取得装置10を備えたロボット2の構成図である。本実施形態に係る移動経路取得装置10は、移動機器の道順が示された移動経路情報を取得し、取得した移動経路情報を周辺環境に応じてリアルタイムに更新する装置であって、第1実施形態に係る移動経路取得装置1とほぼ同様に構成される。よって、第1実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram of the
ECU6に備わる移動経路再計算処理部(移動経路取得装置)10は、第1実施形態の移動経路取得装置1が備える曲線近似部11を備えておらず、衝突判定部(衝突判定手段)15を備える点で相違する。また、移動経路取得装置10に備わる円弧生成部13及び再計算部14は、移動経路取得装置1に備わる円弧生成部13及び再計算部14と比べて入出力先及び一部機能が相違する。
The movement route recalculation processing unit (movement route acquisition device) 10 provided in the
制御点設定部12は、経路情報生成部61からジグザグ状の移動経路における屈折箇所の座標を入力する機能を備えている。また、入力した座標を制御点として設定し、円弧生成部13へ出力する機能を有している。
The control
円弧生成部13は、制御点設定部12から入力した制御点の座標に基づいて、屈折箇所間の移動経路を滑らかな円弧で近似する機能を備えている。さらに、後述する衝突判定部15の判定結果に基づいて、より半径が小さい円からなる円弧を生成する機能を有している。また、算出した円弧に関する情報を衝突判定部15へ出力する機能を備えている。
The
衝突判定部15は、円弧生成部13が算出した滑らかな移動経路を入力し、ロボット2が移動経路に沿って走行すると障害物に衝突するのか否かを判定する機能を有している。例えば、衝突判定部15は、円弧生成部13が生成した円の半径に基づいて、障害物と衝突するか否かを判定する機能を有している。衝突判定部15は、衝突するか否かの判定結果を円弧生成部13へ出力する機能を有している。また、衝突判定部15は、再計算処理部14から入力した経路情報に基づいて、障害物と衝突するか否かを判定する機能を有している。
The
再計算部14は、円弧生成部13から入力した円弧に関する情報、及び屈折箇所の座標に基づいて、経路情報を再計算する機能を有している。また、再計算した経路情報をアクチュエータ制御部62へ出力する機能を有している。
The
このように構成されたロボット2は、第1実施形態と同様に、与えられた経路情報に沿って走行し、ロボット2の進行方向に障害物がある場合には、障害物を避けるようにジグザグ状の経路を変更し、変更されたジグザグ状の経路を滑らかでかつ移動機器が走行可能な移動経路へ再計算し、再計算した移動経路に基づいて走行する。
As in the first embodiment, the
次に、本実施形態に係る移動経路取得装置10の動作について、図6〜14を用いて説明する。図6〜8は、本実施形態に係る移動経路取得装置10を備えたロボット2の動作を示すフローチャート、図9〜14は、再計算した移動経路を示す概要図である。
Next, operation | movement of the movement path |
移動速度取得装置10を備えるロボット2は、目的地に向かって出発したタイミングで図6に示す制御処理を実行し、所定の間隔で図6に示す制御処理を繰り返し実行する。
The
ロボット2は、情報入力処理から開始する(S30)。S30の処理は、移動経路生成部61で実行され、移動経路を生成するための情報を入力する処理である。移動経路生成部61は、カメラ3から障害物情報を、地図DB4から地図情報を、経路情報DB5から経路情報を、通信部7から目的地や目標到着時刻、現在地等を入力する。S30の処理が終了すると、移動経路計画処理へ移行する(S32)。
The
S32の処理は、移動経路生成部61で実行され、移動経路を計画する処理である。移動経路生成部61は、S30の処理で得られた情報に基づいて、図6の(a)に示すようなジグザグ状の移動経路を生成する。また、移動経路生成部61は、生成した移動経路の屈折箇所の座標を抽出する。S32の処理が終了すると、移動経路の平滑化処理へ移行する(S34)。
The process of S32 is a process that is executed by the movement
S34の処理は、ジグザグ状の移動経路を平滑化する処理である。ここで、S34の処理を図7及び8に示すフローチャートを用いて説明する。図7及び8に示すフローチャートは、図6に示すS34の処理の詳細であり、S32の処理で入力した屈折箇所の全てが処理し終わるまで繰り返し実行される。 The process of S34 is a process of smoothing the zigzag moving path. Here, the process of S34 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. The flowcharts shown in FIGS. 7 and 8 are the details of the process of S34 shown in FIG. 6, and are repeatedly executed until all the refraction points input in the process of S32 are processed.
図7に示すように、移動経路取得装置10は、移動経路の平滑化のために制御点情報の入力処理から開始する(S50)。
As illustrated in FIG. 7, the movement
S50の処理は、制御点設定部12で実行され、屈折箇所の座標を制御点の座標として入力する処理である。以下では、平滑化対象の移動経路における制御点の総数がN個であり、経路先頭からi番目(iは1からN−2までの自然数)の制御点の位置ベクトルをPiとして説明する。S50の処理が終了すると、制御点選択処理へ移行する(S52)。
The process of S50 is executed by the control
S52の処理は、制御点設定部12で実行され、制御点同士を直線で結んだジグザグ状の経路において、移動経路上に連続する三つの制御点を選択する処理である。制御点設定部12は、制御点Pi、制御点Pi+1及び制御点Pi+2の三つの制御点を選択する。例えば、制御点PA、制御点PB及び制御点PCがこの順で連続して移動経路上に並んでいるとすると、制御点PAを制御点Pi、制御点PBを制御点Pi+1、制御点PCを制御点Pi+2として選択する。以下では、制御点Piと制御点Pi+1とに挟まれた線分PiPi+1(線分PAPB)の長さをlA、制御点Pi+1と制御点Pi+2とに挟まれた線分Pi+1Pi+2(線分PBPC)の長さをlBとする。S62の処理が終了すると、第1の円生成処理へ移行する(S64)。
The process of S52 is a process that is executed by the control
S54の処理は、円弧生成部13で実行され、三つの制御点から構成される二つの線分に接する第1の円Ciを算出し、円弧で移動経路を近似する処理である。すなわち、線分PAPB及び線分PBPCが共通接線になるように第1の円Ciを設定する。このとき、第1の円Ciの半径は最大となるように設定する。例えば、lAがlBより小さい場合には、線分PAPBと第1の円Ciとの接点を制御点PAとし、線分PBPCと第1の円Ciとの接点を点PA´として、以下式(9)を満たすように点PA´を設定する。
式(9)を満たす場合、例えば図9に示すような円Ciを設定して、線分PAPB及び線分PBPCからなるジグザグ状の移動経路を滑らかな円弧PAPA´、円弧PA´PCで近似することができる。 When Expression (9) is satisfied, for example, a circle C i as shown in FIG. 9 is set, and a zigzag-shaped movement path composed of the line segment P A P B and the line segment P B P C is set to a smooth arc P A P A ', it can be approximated by an arc P A'P C.
一方、例えば、lAがlBより小さくない場合には、線分PBPCと円Ciとの接点を制御点PCとし、線分PAPBと円Ciとの接点を点PA´として、以下式(10)を満たすように点PA´を設定する。
式(10)を満たす場合、例えば図10に示すような円Ciを設定して、線分PAPB及び線分PBPCからなるジグザグ状の移動経路を滑らかな円弧PAPA´、円弧PA´PCで近似することができる。S54の処理が終了すると、衝突判定処理へ移行する(S56)。 When the expression (10) is satisfied, for example, a circle C i as shown in FIG. 10 is set, and a zigzag-shaped movement path composed of the line segment P A P B and the line segment P B P C is set to a smooth arc P A P A ', it can be approximated by an arc P A'P C. When the process of S54 is completed, the process proceeds to a collision determination process (S56).
S56の処理は、衝突判定部15で実行され、S54の処理で設定した円の一部である円弧に沿ってロボット2が走行したとすると、障害物に衝突するか否かを判定する処理である。衝突するか否かの判定は、例えば生成した円が障害物と重なるか否かによって判定される。S56の処理で、例えば図11に示すように、S54の処理で生成した円Ciが障害物Oと重ならないと判定した場合には、生成した円Ciの円弧PAPA´で近似した移動経路をロボット2が走行しても安全であるとして、次の制御点選択処理へ移行する(図8に示すS64)。
The process of S56 is executed by the
図8に示すS64の処理は、制御点設定部12で実行され、S52の処理と同様に制御点同士を直線で結んだジグザグ状の経路において、移動経路上に連続する三つの制御点を選択する処理である。S52の処理で選択した制御点を制御点Pi、制御点Pi+1、制御点Pi+2とすると、S64の処理では、制御点Pi+1、制御点Pi+2及び制御点Pi+3を選択する。例えば、図11に示すように、制御点PB、制御点PCに続いて、制御点PDが連続して移動経路上に並んでいるとすると、制御点PDを制御点Pi+3として選択する。以下では、制御点Pi+2と制御点Pi+3とに挟まれた線分Pi+2Pi+3(線分PCPD)の長さをlCとする。S64の処理が終了すると、第2の円生成処理へ移行する(S66)。
The process of S64 shown in FIG. 8 is executed by the control
S66の処理は、円弧生成部13で実行され、S64の処理で選択した三つの制御点から構成される二つの線分に接する第2の円Ci+1を算出し、円弧で移動経路を近似する処理である。すなわち、線分PBPC及び線分PCPDが共通接線になるように円Ci+1を設定する。設定方法は、S54の処理と同様である。S66の処理が終了すると、衝突判定処理へ移行する(S68)。
The process of S66 is executed by the
S68の処理は、衝突判定部15で実行され、S66の処理で設定した円の一部である円弧に沿ってロボット2が走行したとすると、障害物に衝突するか否かを判定する処理である。衝突するか否かの判定は、例えば生成した円が障害物と重なるか否かによって判定される。S68の処理で、S66の処理において生成した第2の円Ci+1が障害物Oと重ならないと判定した場合には、円弧で近似した移動経路をロボット2が走行しても安全であるとして、重なり判定処理へ移行する(S76)。
The process of S68 is executed by the
S76の処理は、再計算部14で実行され、S54の処理で算出した第1の円Ciと、S66の処理で算出した第2の円Ci+1とが重なるか否かを判定する処理である。S76の処理で、第1の円Ciと第2の円Ci+1とが重なると判定した場合には、第3及び第4の円生成処理へ移行する(S78)。
The process of S76 is executed by the
S78の処理は、円弧生成部13で実行され、第1の円Ciと第2の円Ci+1とが重なる場合において、第1の円Ciの円弧と第2の円Ci+1の円弧とを滑らかに接続する条件を満たす第3の円Ci´及び第4の円Ci+1´を生成する処理である。例えば、第3の円Ci´は、線分PAPB及び線分PBPCが共通接線となるように設定し、線分PBPCとの接点をI´とすると、第4の円Ci+1´は、線分PBPCの接点をI´として、且つ線分PCPDに接するように設定する。すなわち、第4の円Ci+1´と線分PCPDとが接する接点を制御点PD´´とすると、以下式を満たすように設定する。
式(11)を満たす場合、例えば図12に示すような第3の円Ci´及び第4の円Ci+1´を設定することができる。S78の処理が終了すると、近似処理へ移行する(S80)。 When Expression (11) is satisfied, for example, a third circle C i ′ and a fourth circle C i + 1 ′ as shown in FIG. 12 can be set. When the process of S78 ends, the process proceeds to an approximation process (S80).
S80の処理は、再計算部14で実行され、算出した円を組み合わせてジグザグ状となっている移動経路部分を滑らかな曲線に近似する処理である。S54の処理で生成した第1の円Ci、S66の処理で生成した第2の円Ci+1、S78の処理で生成した第3の円Ci´及び第4の円Ci+1´を組み合わせて、例えば図12に示すように、線分PAPB、線分PBPC及び線分PCPDからなるジグザグ状の経路を、円弧PAPA´´、円弧PA´´I´、円弧I´PD´´及び円弧PD´´PDからなる経路に近似する。S80の処理が終了すると、変更箇所の記録処理へ移行する(S82)。
The processing of S80 is executed by the
S82の処理は、ECU6で実行され、ジグザグ状の経路を曲線で近似した箇所を記録する処理である。例えば、ECU6が備えるメモリ上に記録する。S82の処理が終了すると、図7及び図8に示す制御処理を終了する。
The process of S82 is executed by the
一方、図7に示すS56の処理において、例えば図13に示すように、第1の円Ciの円弧で近似した移動経路をロボット2が走行すると障害物Oに衝突すると判定した場合には、制御点変更処理へ移行する(S58)。S58の処理は、制御点設定部12で実行され、S54の処理で生成した円Ciをより半径の小さい円Ci´´に再生成するために、制御点を変更する処理である。例えば、以下式を満たすような制御点に変更する。
式(12)で示すように制御点を小さくすることで、連続する二つの線分に接する円の半径を小さくすることができる。S58の処理が終了すると、限界値確認処理へ移行する(S60)。 As shown in Expression (12), by reducing the control point, the radius of a circle in contact with two continuous line segments can be reduced. When the process of S58 ends, the process proceeds to a limit value confirmation process (S60).
S60の処理は、制御点設定部12で実行され、S58の処理回数が許容できる範囲か否かを判定する処理である。例えば、S58の処理が所定の回数、すなわち限界値より多く繰り返したか否かを確認する。S60の処理において、設定した限界値より多く計算処理をしていないと判定した場合には、第1の円生成処理へ移行し、S58で設定した制御点に基づいて、再び第1の円の生成処理を行う(S54)。一方、S60の処理において、設定した限界値より多く計算処理をしたと判定した場合には、現状維持処理へ移行する(S62)。
The process of S60 is a process that is executed by the control
S62の処理は、ECU6で実行され、近似する対象の制御点間の経路が円弧で近似することができないため、その制御点間の経路の近似を行わないことを決定する処理である。S62の処理が終了すると、図7及び図8の制御処理を終了する。
The process of S62 is a process that is executed by the
一方、図8に示すS68の処理において、第2の円Ci+1の円弧で近似した移動経路をロボット2が走行すると障害物Oに衝突すると判定した場合には、制御点変更処理へ移行する(S70)。S70の処理は、制御点設定部12で実行され、S68の処理で生成した第2の円Ci+1をより半径の小さい円に再生成するために、制御点を変更する処理である。処理内容は、図7に示すS58の処理と同様である。S70の処理が終了すると、限界値確認処理へ移行する(S72)。
On the other hand, in the process of S68 shown in FIG. 8, when it is determined that the
S72の処理は、制御点設定部12で実行され、S70の処理回数が許容できる範囲か否かを判定する処理である。例えば、S70の処理が所定の回数、すなわち限界値より多く繰り返したか否かを確認する。S72の処理において、設定した限界値より多く計算処理をしていないと判定した場合には、第2の円生成処理へ移行し、S70で設定した制御点に基づいて、再び第2の円の生成処理を行う(S66)。一方、S72の処理において、設定した限界値より多く計算処理をしたと判定した場合には、現状維持処理へ移行する(S74)。
The process of S72 is executed by the control
S74の処理は、ECU6で実行され、近似する対象の制御点間の経路が円弧で近似することができないため、その制御点間の経路の近似を行わないことを決定する処理である。S74の処理が終了すると、図7及び図8の制御処理を終了する。
The process of S74 is a process that is executed by the
また、S76の処理において、S54の処理で算出した第1の円Ciと、S66の処理で算出した第2の円Ci+1とが重ならないと判定した場合には、置き換え処理へ移行する(S84)。 In the process of S76, if it is determined that the first circle C i calculated in the process of S54 and the second circle C i + 1 calculated in the process of S66 do not overlap, the process proceeds to a replacement process ( S84).
S84の処理は、再計算部14で実行され、直線と円弧を用いて移動経路を近似し、ジグザグ状の移動経路を近似した移動経路に置き換える処理である。例えば、図14に示すように、線分PAPB、線分PBPC及び線分PCPDからなるジグザグ状の経路を、円弧PAPA´、直線PA´PB´、円弧PB´PDからなる経路に近似する。S84の処理が終了すると、変更箇所の記録処理へ移行する(S82)。 The process of S84 is executed by the recalculator 14 and approximates the movement path using a straight line and an arc, and replaces the zigzag movement path with the approximate movement path. For example, as shown in FIG. 14, a zigzag path composed of a line segment P A P B , a line segment P B P C, and a line segment P C P D is represented by an arc P A P A ′ and a straight line P A ′ P B. ′, Approximating to a path consisting of arc P B ′ P D. When the process of S84 is completed, the process proceeds to the recording process of the changed portion (S82).
以上のように、図7及び図8に示す制御処理を実行することにより、線分で構成されたジグザグ状の移動経路の屈折箇所を、二つの円弧又は円弧及び直線によって近似することができ、全ての制御点において図7及び図8に示す制御処理を実行することによって、図6の(b)に示すように、移動経路全体を屈折箇所の無い滑らかな移動経路に近似することができる。 As described above, by executing the control process shown in FIG. 7 and FIG. 8, the refraction point of the zigzag movement path constituted by line segments can be approximated by two arcs or arcs and straight lines, By executing the control processing shown in FIGS. 7 and 8 at all control points, the entire movement path can be approximated to a smooth movement path having no refraction spot, as shown in FIG. 6B.
図6のS34の処理に戻り、ジグザグ状の移動経路を平滑化する処理が終了すると、衝突判定処理へ移行する(S36)。 Returning to the process of S34 in FIG. 6, when the process of smoothing the zigzag movement path is completed, the process proceeds to the collision determination process (S36).
S36の処理は、衝突判定部15で実行され、S34の処理で求めた移動経路をロボット2が走行すると障害物と衝突するか否かを判定する処理である。S36の処理において、ロボット2が障害物と衝突すると判定した場合には、S34の処理を再実行する。その際、衝突すると判定した箇所において、S58の処理やS70の処理と同様に、円の半径をさらに小さくして近似を行う。他方、S36の処理において、ロボット2が障害物と衝突しないと判定した場合には、速度情報設定処理へ移行する(S38)。
The process of S36 is a process that is executed by the
S38の処理は、制御点設定部12で実行され、各移動経路上において、速度情報を設定する処理である。例えば、図6の(c)に示すように、制御点設定部12は、S38の処理で近似した移動経路上に速度情報を設定する。S38の処理が終了すると、制御信号の生成処理へ移行する(S40)。
The process of S38 is executed by the control
S40の処理は、アクチュエータ制御部62で実行され、S34の処理で再計算し平滑化した移動経路に基づいて、アクチュエータを制御する処理である。アクチュエータ制御部62は、再計算し平滑化した移動経路に基づいて、例えば電動モータ8の制御信号を生成し、車輪9を動作させる。S40の処理が終了すると、図6に示す制御処理を終了する。
The process of S40 is a process of controlling the actuator based on the movement path executed by the
このように、図6に示す制御処理を実行することで、ジグザグ状の移動経路を直線と円弧を用いて滑らかな移動経路に近似することができる。 Thus, by executing the control process shown in FIG. 6, the zigzag movement path can be approximated to a smooth movement path using straight lines and arcs.
以上のように、第2実施形態に係る移動経路取得装置10によれば、移動経路を取得し、取得した移動経路に制御点PA、PB及びPCを設け、制御点間の経路を制御点PA、PB及びPCに関する情報に基づいて円弧PAPA´及び円弧PA´PCで近似して移動経路を滑らかにすることができる。これにより、単純な円弧を用いて、曲線の移動経路を再計算することができる。よって、取得する移動経路が変更された場合、その変更に対応した滑らかな移動経路を迅速に取得することができる。
As described above, according to the movement
また、第2実施形態に係る移動経路取得装置10によれば、円弧生成部13が二つの円Ci及びCi+1を用いて各制御点間の移動経路を近似することや、四つの円Ci、円Ci+1、円Ci´及びCi+1´を用いて移動経路を近似することによって、移動経路を精度良く滑らかに近似することができる。
Further, according to the movement
また、第2実施形態に係る移動経路取得装置10によれば、ロボット2に備わる駆動部分である車輪9等が実際に旋回可能な半径を持つ円Ci、Ci+1、Ci´、Ci´´及びCi+1´を用いて円弧を算出することで、ロボット2の駆動能力に対応した移動経路を迅速に生成することができる。
Further, according to the movement
また、第2実施形態に係る移動経路取得装置10によれば、移動経路を取得し、取得した移動経路の制御点を結ぶ直線部分の長さに応じて直線又は円弧によって近似することができる。例えば、ジグザグ状の移動経路を入力し、所定の区間の移動経路が短い場合には、複数の円弧を組み合わせて移動経路を近似し、所定の区間の移動経路が長い場合には、直線と円弧とを組み合わせて移動経路を近似することができる。これにより、ジグザグ状の移動経路を円弧と直線からなる滑らかな移動経路に迅速に再計算することができる。
Moreover, according to the movement path |
さらに、第2実施形態に係る移動経路取得装置10によれば、近似した移動経路を用いてロボット2が走行した場合に障害物に衝突するか否かを判定し、衝突すると判定した場合には、より半径の小さい円の円弧を用いて、移動経路を再度近似することができる。これにより、障害物に衝突する移動経路となることを回避できるので、安全な移動経路を算出することができる。
Furthermore, according to the movement
なお、上述した各実施形態は本発明に係る移動経路取得装置の一例を示すものである。本発明に係る移動経路取得装置は、これらの各実施形態に係る移動経路取得装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、各実施形態に係る移動経路取得装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 Each embodiment mentioned above shows an example of the movement course acquisition device concerning the present invention. The movement route acquisition device according to the present invention is not limited to the movement route acquisition device according to each of these embodiments, and the movement route acquisition device according to each embodiment is within a range not changing the gist described in each claim. May be modified or applied to others.
例えば、上記各実施形態に係る移動経路取得装置を、ロボット2に採用した例を説明したが、車両やロボットアーム等に採用してもよく、要はジグザグ状の目標移動軌跡に基づいて移動する移動機器であればよい。このような移動機器に採用することによって、その移動機器の駆動能力を考慮した滑らかな移動経路を動的に生成することが可能となる。
For example, although the example which employ | adopted the movement path | route acquisition apparatus which concerns on each said embodiment as the
1,10…移動経路再計算処理部(移動経路取得装置)、11…曲線近似部(曲線近似手段)、12…制御点設定部(制御点設定手段)、13…円弧生成部(円弧近似手段)、14…再計算部(再計算手段)、15…衝突判定部(衝突判定手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記移動経路上に制御点を設定し、前記制御点に関する情報を設定する制御点設定手段と、
前記制御点に関する情報に基づいて、隣り合う前記制御点間の経路を円弧で近似する円弧近似手段と、
前記円弧を用いて前記移動経路を再計算する再計算手段と、
を備えることを特徴とする移動経路取得装置。 A movement path acquisition device that acquires a movement path in advance and recalculates the movement path,
Control point setting means for setting a control point on the movement path and setting information on the control point;
An arc approximation means for approximating a path between the adjacent control points with an arc based on information on the control points;
Recalculation means for recalculating the movement path using the arc;
A travel route acquisition apparatus comprising:
前記制御点設定手段は、前記曲線近似手段によって近似された前記曲線を前記移動経路とすることを特徴とする請求項1に記載の移動経路取得装置。 A curve approximation means for approximating the movement path acquired in advance with a curve;
The movement path acquisition apparatus according to claim 1, wherein the control point setting unit uses the curve approximated by the curve approximation unit as the movement path.
前記再計算手段は、前記衝突判定手段で障害物に衝突すると判定した場合には、より半径の小さい円の円弧を用いて前記移動経路を再計算すること、
を特徴とする請求項6に記載の移動経路取得装置。 Based on the movement route calculated by the recalculation means, comprising a collision determination means for determining whether or not to collide with an obstacle,
The recalculation means recalculates the movement path using a circular arc having a smaller radius when the collision determination means determines that the object collides with an obstacle;
The movement route acquisition apparatus according to claim 6.
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Cited By (2)
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WO2020143357A1 (en) * | 2019-01-08 | 2020-07-16 | 苏州极目机器人科技有限公司 | Aircraft operation path planning method, control device and control equipment |
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