JP2010079698A - 自律走行制御装置、自律走行制御方法、及び自走車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自律走行可能な移動体1がデッドロック状態となった場合には、上記デッドロック状態を発生している障害物Sの中に動いている障害物Sである動的障害物SXが存在しないか否かを判定する。そして、動的障害物SXが存在しないと判定した場合には、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を実施する。一方、動的障害物SXが存在すると判定した場合には、動的障害物SXが存在しなくなるまで、若しくは所定時間経過するまで、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を抑制する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、デッドロック状態を発生させる周囲の障害物の中に動的障害物が存在していても、障害物との干渉をできるだけ回避してデッドロック状態を解消可能な自律走行制御装置及び方法を提供することを課題としている。
この結果、デッドロック状態を発生させる周囲の障害物の中に動的障害物が存在していても、障害物との干渉をできるだけ回避してデッドロック状態を解消可能となる。
図1は、本実施形態に係る移動体1を示す斜視図である。図2は、移動体を正面からみた模式図である。
(構成)
まず移動体1の構成について説明する。
本実施形態の移動体1は、図1及び図2に示すように、移動体本体2の左右両側に車輪3を配置した2輪形態の移動体1である。移動体本体2には、また駆動部4、及び駆動部4を制御する駆動制御部5を搭載する。駆動部4は、モータなどのアクチュエータからなり、アクチュエータの発生するトルクを駆動トルクとして車輪3に伝達する。その伝達した駆動トルクによって車輪3を回転駆動する。この移動体1は、左右の車輪3を駆動することで走行制御が可能となる。なお、左右の車輪3に回転数差を付けることで、移動体1を所定角度だけ回転(旋回)させて移動体1の進行方向を変更する。
また、駆動制御部5は、制御コントローラ9からの指令に応じて駆動部4を制御することで、左右の車輪3を回転制御する。これによって、移動体1は、制御コントローラ9からの指令に応じた方向に進行する。ここで、走行の制御は、制御対象となる移動体の機構に依存する。本実施形態では、2輪の移動体1の場合を想定しているので、左右の車輪3の平均回転数で移動速度を制御し、左右の車輪3の回転量の差で回転(旋回)を制御すればよい。
障害物検出手段6は、周囲物体までの距離と方向を検出する。この障害物検出手段6により、障害物検出手段6の計測可能範囲内において、移動体1からある所定の距離以内に存在する障害物Sまでの距離と相対速度を検出する。
障害物検出手段6は、例えば、レーザーレンジファインダ(LRF)や超音波センサ、光センサ、ステレオカメラやモーションステレオ機能を備える単一のカメラなどのセンサから構成すれば良い。
位置確認装置7は、移動体1の現在の位置を検出し、その検出情報を制御コントローラ9に出力する。位置確認装置7は、例えばカーナビゲーションシステムに代表する自車位置検出システムを使用すればよい。例えば、GPSセンサが例示できる。移動体の対象とする走行路面に磁気ネイルなどが埋設してある場合には、位置確認装置7のセンサを、その磁気ネイルなどを検出する検出センサで構成しても良い。又は、走行履歴を記憶し、その走行履歴から現在の位置を検出するようにしても良い。また、カメラによって周囲の情報を取得して位置を確認する構成としても良い。
走行制御本体手段9Aは、予め設定した条件で移動体1を自立的に移動させるように当該移動体1を制御する。このとき、進行方向に存在する障害物Sに接近するにつれて当該障害物Sとの干渉を回避するために、減速若しくは停止する回避制御を行う。
動的障害物判定手段9Cは、デッドロック検出手段9Bがデッドロック状態を検出すると、上記デッドロック状態を発生させている障害物Sの中に動いている障害物Sである動的障害物SXが存在しないか否かを判定する。
干渉脱出手段9Eは、動的障害物判定手段9Cによって動的障害物SXが存在すると判定した場合に、動的障害物SXが存在しなくなるまで又は所定時間経過するまで、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を抑制する。動的障害物SXが存在しなくなるとは、例えば、動的障害物SXが停止若しくは所定以上離れることを指す。
まずステップS10にて、目的地への進行方向を決定する。
すなわち、地図データと位置確認装置7からの位置検出情報とに基づき、使用者が指定する目的位置、もしくは使用者が指定する目的行動に必要な仮想的に設定した目的位置に向けての移動方向と距離を算出する。使用者が指定する目的行動とは、例えば、所定エリア内を掃除するためにランダム的に移動体1を移動させるような、予め設定した条件での処理行動を含む。
次に、ステップS30では、ステップS10で求めた目的位置に向けての移動方向と距離、及びステップS20で取得した周囲の障害物Sの位置関係から、目的地に進行する経路を決定する。
例えば、目的地までの間に障害物となる物体が何も存在しない場合は、まっすぐ目的地方向に向かって進む経路を設定する。一方、目的地方向に障害物Sが存在した場合、その障害物Sを迂回する経路を設定する。
ステップS30で、目的地方向に障害物Sが存在する場合には、その障害物Sを迂回する経路を設定して走行するが、経路設定時に検出していない障害物Sに移動体1が接近する可能性がある。また、障害物Sが動的障害物SXの場合には、経路設定時とは障害物Sの位置がずれることで、障害物Sに移動体1が接近する可能性がある。
このような場合には、経路に沿った移動よりも優先して移動体1が減速し、場合によっては停止する。
ここで、デッドロック状態とは、進行方向に存在する障害物Sの存在によって移動体1が停止した状態になった場合を指す。
所定値Ldは、移動体1の旋回能力や移動体1の活動環境(移動体1が使用される環境)により決定した距離である。具体的には、この所定値Ldは、移動体1が旋回して進行方向を変更する際の旋回半径に、活動環境に応じた余裕代を持たせた値である。例えば、所定値Ldとして500mmを設定する。
一方、ステップS70以降では、デッドロック状態からの脱出制御を実施する。
ステップS70では、実際の脱出制御を開始する前に、デッドロック状態を引き起こしている障害物Sの中に動的障害物SXが存在しないか否かを、例えば所定の時間c[s]の間確認する。動的障害物SXが存在しない場合にはステップS80に移行する。一方、動的障害物SXが存在する場合にはステップS90に移行する。
ステップS80では、障害物Sに対して所定値Ldの距離をとって回転動作を行い、進行可能な経路を探索する。
ここで所定値Ldは、所定値Lbよりも小さな値とする。これは、デッドロック状態を発生している障害物中に動的障害物SXが存在しない状況下では、動的障害物SXが存在する状況よりも安全マージンを小さく取れることに由来する。
そして、回転動作を行うことで進行方向を変更した結果として、進行可能な経路がある場合には、その経路への制御指令を駆動制御部5に出力する。その後ステップS200に移行する。
ステップS90では、所定時間T1の間、検出した動的障害物SXが停止するか、移動体1から所定の値以上の距離まで離れるまで、つまりデッドロック状態を起こしている動的障害物SXが存在しない状態となるまで、停止状態を保持する。
そして、その所定時間T1に、動的障害物SXが停止するか、移動体1から所定の値以上の距離まで離れたことを検知すると、ステップS80に移行する。
ステップS100では、所定時間T2だけ停止状態を維持し、つまり所定時間T2だけ静止維持状態となる。そして所定時間T2を経過するとステップS110に移行する。
ステップS110では、デッドロック状態が継続しているか否かを判定し、継続している場合には、ステップS120に移行する。デッドロック状態が解消していると判定した場合にはステップS60に移行する。
ステップS130では、上記動的なデッドロック状態を連続して所定の複数回、例えば3回処理を行ったか否かを判定し、所定の複数回未満の場合にはステップS100に戻る。一方、静止維持状態を所定の複数回以上繰り返したと判定した場合には、ステップS140に移行する。
ステップS140では、制御周期を変更する。具体的には、上記静止維持状態の所定時間T2を変更する。
ステップS160では、自己の移動体1に対する動的障害物SXの位置に基づき、予め設定した優先ルールに従い、対象とした動的障害物SXよりも自己の移動体1の方が優先順位が高いと判定すると、動的障害物SXを静的な障害物Sとみなして脱出動作を行いステップS200に移行する。
ここで、優先ルールは、例えば、2つの移動体1の間において、進行方向に対し左側の移動体1の方が優先順位が高いと設定する。このように、自己の移動体1に対する動的障害物SXの相対的な位置で優先順位を予め決定しておく。
ステップS200では、終了判断を行い、終了条件を満たしていればシステムを停止し、終了条件を満たしていなければステップS10に移行する。
移動体1は目的方向に向けて自律的に進行する。このとき、目的地までの間に物体が何も存在しない場合は、まっすぐ目的地方向に向かって移動する。一方、目的地の方向に対し、障害物検出手段6の計測範囲内に障害物Sが存在した場合、その障害物Sを迂回する経路を選択して、その経路に沿って移動する。
このとき、移動体1は、経路に沿って移動する際に、障害物Sに接近すると減速し、更に目的地方向に向けて移動が出来なくなった判定すると停止した状態となる。
すなわち、障害物検出手段6の計測範囲内で、障害物Sに対してある所定値Lbの距離をとって、進行できる経路が存在しない状態となると、デッドロック状態と判定する。
デッドロック状態となると、デッドロックを発生している障害物Sの中に動的障害物SXが存在しないか否かを判定する。
一方、デッドロック状態を発生している障害物Sの中に動的障害物SXが存在する場合には、所定時間T1の間、動的障害物SXが停止するか、若しくは動的障害物SXが移動体1から所定の値以上の距離まで離れたことを確認できた段階で、脱出処理を行う。すなわち、脱出動作として、所定値Ldの距離をとって回転動作を行って向きを変更し、進行可能な経路を探索する。そして、探索した進行可能な経路に向けて移動して、デッドロック状態を脱出する。
すなわち、所定時間T2の間、静止した状態を維持する静止維持状態となる。その後、上記動的障害物SXが存在しない場合にはデッドロック状態を脱出するための脱出動作を行う。一方、上記動的障害物SXが存在する場合には、上記静止維持状態に戻る処理に戻る。なお、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を実施している最中に、動的障害物SXを検出した場合も上記静止維持状態に戻る処理に戻る。
上記同期が発生するのは、図5(a)に示すように、同じような判断処理を持つ移動体(動的障害物SX)が周囲に存在し、その移動体と自己の移動体1において、周囲の動的障害物判定と脱出動作が同期した場合に発生する。また、図5(b)に示すように、周囲に歩行者や人が操縦する他の移動体1が存在する場合に、移動体1が停止するのを待ち、移動を開始することを繰り返した場合に発生する。ここで、図5において、半円は、移動体1の旋回可能な半径を示している。また、図5において、半円の方向が移動体1及び動的障害物の進行しようとする方向とする。
そこで、非同期化処理を複数回継続しても動的デッドロックが解消しない場合は、周辺動的障害物SXが協調動作の期待できる同一アルゴリズムを持つ動的障害物SXであると推定して、協調的な脱出処理を行う。
ここで、ステップS50はデッドロック検出手段9Bを構成する。ステップS70は、動的障害物判定手段9Cを構成する。ステップS80は、デッドロック状態脱出制御手段9Dを構成する。ステップS90〜S160は、干渉脱出手段9Eを構成する。
(1)デッドロック検出手段9Bが、デッドロック状態となったことを検出する。動的障害物判定手段9Cは、デッドロック検出手段9Bがデッドロック状態を検出すると、上記デッドロック状態を発生させている障害物Sのなかに、動いている障害物Sである動的障害物SXが存在しないか否かを判定する。デッドロック状態脱出制御手段9Dが、動的障害物判定手段9Cによって動的障害物SXが存在しないと判定した場合に、デッドロック状態を解消するための脱出動作を実施する。一方、干渉脱出手段9Eは、動的障害物判定手段9Cによって動的障害物SXが存在すると判定した場合に、動的障害物SXが停止若しくは離れるまで、又は所定時間経過するまで、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を抑制する。
この結果、デッドロック状態を発生させる周囲の障害物Sの中に動的障害物SXが存在していても、障害物Sとの干渉をできるだけ回避してデッドロック状態を解消可能となる。
これによって、確実にデッドロック時に周辺の動的障害物SXとの干渉を避けることができる。
(3)干渉脱出手段9Eは、上記静止維持状態に戻る処理を複数回繰り返すと、上記静止維持状態とする所定時間を変更する。
同時に脱出行動を開始するような動的障害物SXが存在していても、制御周期を変更することで非同期状態として、デッドロック状態からの脱出の機会が増大する。
複数回、制御周期を変更しても動的なデッドロックが解消しない場合には、自己の移動体1と同一アルゴリズムで動作する動的障害物SXである可能性が高い。
これを考慮して、どちらが先に脱出動作を行うか否かについて優先順位を付けることで、結果的に、その動的障害物SXと協調して脱出行動を行うことができる。
(5)自律走行車に上記走行制御装置を搭載する。
これによって、自律走行中に、デッドロック状態になった場合に、動的障害物SXが存在していても、その動的障害物SXとの干渉を無くす、若しくは低減することが可能となる。
(1)ステップS160において、移動体1と動的障害物SXとの間で協調動作を起こさせるために、優先ルールを設定している。これに代えて、次のように協調動作を起こさせて脱出処理を行っても良い。
すなわち、干渉脱出手段9Eは、上記静止維持状態の所定時間の変更を1回若しくは複数回数実施した場合には、予め設定された所定の協調動作を移動体1に発生させる。
予め設定された所定の協調動作とは、同一の動作パターンを設定しておく。例えば協調動作として、右回りに回転する動作を設定しておく。
自己の移動体1と同一アルゴリズムで動作する動的障害物SXと推定しているので、自己の移動体1と動的障害物SXとが同一の脱出動作、例えば共に同一の動作パターンである、右回りに回転する動作を行う。
これによって、移動体1は、動的障害物SXと干渉することなく、脱出動作が可能となる。
(2)なお、ステップS140で制御周期をランダムに変更するように設定しても良い。
5 駆動制御部
6 障害物検出手段6
7 位置確認装置
8 地図データ
9 制御コントローラ
9A 走行制御本体手段
9B デッドロック検出手段
9C 動的障害物判定手段
9D デッドロック状態脱出制御手段
9E 干渉脱出手段
S 障害物
SX 動的障害物
T2 所定時間
Claims (8)
- 移動体に設けられて当該移動体周囲に存在する障害物を検出する障害物検出手段を備え、
予め設定した条件で移動体の進行を制御すると共に、進行方向に存在する障害物に接近するにつれて減速若しくは停止して当該障害物との干渉を回避する自律走行制御装置において、
進行方向に位置する障害物の存在によって移動体が停止した状態であるデッドロック状態となったことを検出するデッドロック検出手段と、
デッドロック検出手段がデッドロック状態を検出すると、上記デッドロック状態を発生させている障害物中に動いている障害物である動的障害物が存在するか否かを判定する動的障害物判定手段と、
動的障害物判定手段によって動的障害物が存在しないと判定した場合に、デッドロック状態を解消するための脱出動作を実施するデッドロック状態脱出制御手段と、
動的障害物判定手段によって動的障害物が存在すると判定した場合に、上記動的障害物が存在しないと判定するまで又は所定時間経過するまで、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を抑制する干渉脱出手段と、を備えることを特徴とする自律走行制御装置。 - 干渉脱出手段は、所定時間静止した状態を維持する静止維持状態の後に、上記動的障害物が存在しない場合にはデッドロック状態を脱出するための脱出動作を行う一方、上記動的障害物が存在する場合及び脱出動作中に動的障害物を検出した場合には、上記静止維持状態に戻る処理を実施することを特徴とする請求項1に記載した自律走行制御装置。
- 干渉脱出手段は、上記静止維持状態に戻る処理を複数回繰り返すと、上記静止維持状態とする上記所定時間を変更することを特徴とする請求項2に記載した自律走行制御装置。
- 干渉脱出手段は、上記静止維持状態とする上記所定時間の変更を1回若しくは複数回数実施してもデッドロック状態から脱出しない場合には、移動体に対する動的障害物の相対位置に応じて予め設定した優先ルールに従った動作を移動体に発生させることを特徴とする請求項3に記載した自律走行制御装置。
- 自己の移動体よりも動的障害物の方が優先順位が高いと判定すると、当該動的障害物がデッドロック状態を発生している障害物でないと判定されるまで、当該移動体におけるデッドロック状態を脱出するための脱出動作を抑制することを特徴とする請求項4に記載した自律走行制御装置。
- 干渉脱出手段は、上記静止維持状態とする上記所定時間の変更を1回若しくは複数回数実施してもデッドロック状態から脱出しない場合には、予め設定した動作を移動体に発生させることを特徴とする請求項3に記載した自律走行制御装置。
- 上記請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載した自律走行制御装置を備えることを特徴とする自走車両。
- 自律走行可能な移動体が、少なくとも進行方向に位置する障害物の存在によって移動体が停止若しくは実質的停止した状態であるデッドロック状態となった場合には、上記デッドロック状態を発生させている障害物中に動いている障害物である動的障害物が存在しないか否かを判定し、動的障害物が存在しないと判定した場合には、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を実施する一方、動的障害物が存在すると判定した場合には、動的障害物が存在しなくなるか当該動的障害物が離れるまで、若しくは所定時間経過するまで、デッドロック状態を脱出するための脱出動作を抑制することを特徴とする自律走行制御方法。
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