JP2010134742A - Movement control device having obstacle avoiding function - Google Patents

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JP2010134742A JP2008310744A JP2008310744A JP2010134742A JP 2010134742 A JP2010134742 A JP 2010134742A JP 2008310744 A JP2008310744 A JP 2008310744A JP 2008310744 A JP2008310744 A JP 2008310744A JP 2010134742 A JP2010134742 A JP 2010134742A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device which allows a robust moving operation resistant to noise such as a dynamic change of environment while reducing the calculation load and ensuring smooth movement. <P>SOLUTION: The movement control device 13 having an obstacle avoiding function includes: a mobile body 1; detection means 14-17 provided on the mobile body 1 for detecting advancing direction of a mobile body; measuring means 9-12 provided on the mobile body 1 for measuring the position of an obstacle and an actual measurement distance to the obstacle, and outputting an azimuth angle of the obstacle to the mobile body advancing direction detected by the detection means 14-17; a pseudo distance generation means which changes the actual measurement distance according to the magnitude of the azimuth angle of the obstacle output by the measuring means 9-12 to generate a pseudo distance; and a control means which controls, based on the pseudo distance generated by the pseudo distance generation means, the motion of the mobile body 1 so that the mobile body 1 avoids the obstacle. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は障害物回避機能を有する移動制御装置に関する。   The present invention relates to a movement control device having an obstacle avoidance function.

人間共存環境で活動するロボットなどの自律移動体の開発が盛んに行われている。コスト、消費電力、CPUリソースなどの観点から、このようなロボットに計算負荷の高いアルゴリズムのソフトウェアを実装することは現実的でない。また工場の中で移動する搬送車のように移動環境を完全に作り込むことは不可能であり、オブジェクトの配置ズレや他の移動物体などを許容した移動制御が必要となる。その一方でスムーズかつ素早い効率の良い移動動作をロボットが行えるようにする要求が高い。   Autonomous mobile objects such as robots that are active in a human-symbiotic environment have been actively developed. From the viewpoints of cost, power consumption, CPU resources, etc., it is not realistic to install algorithm software with a high calculation load on such a robot. In addition, it is impossible to completely create a moving environment like a transporting vehicle moving in a factory, and movement control that allows object displacement and other moving objects is required. On the other hand, there is a high demand for the robot to perform smooth, quick and efficient movement.

移動体が障害物を回避しながら移動する技術に関しては、従来、障害物を回避しながら目標点に移動する経路の中から最短距離となるルートを見い出す移動体の経路生成法が知られている(特許文献1参照)。この経路生成法は、環境温度マップを作成し、環境温度マップ中に構築された障害物に関する各格子点における温度に基づき各格子点で探索しながら出発点と最終目標点とを結ぶ最短経路を作成し、移動体をこの最短経路に沿って最終目標点まで移動させている。   Regarding the technology for moving a moving object while avoiding an obstacle, there is conventionally known a method for generating a moving object that finds a route having the shortest distance from a route that moves to a target point while avoiding an obstacle. (See Patent Document 1). This route generation method creates an environment temperature map, searches for each lattice point based on the temperature at each lattice point related to the obstacle constructed in the environment temperature map, and finds the shortest route connecting the starting point and the final target point. The moving object is moved to the final target point along this shortest path.

また、障害物の動きに応じて移動体の移動経路をその場で生成し、動的な障害物がある場合でも適切な回避行動を取れるようにした自走移動体の制御方法が知られている(特許文献2参照)。特許文献2に記載の方法は、障害物が存在する確率を表す確率ポテンンシャル場を生成し、この確率ポテンシャル場に目標位置に向かう勾配を付加し、この勾配が付された確率ポテンシャル場の傾きに基づき目標位置に向かう経路を探索し、自走移動体をこの経路に沿って移動させている。   In addition, a method for controlling a self-propelled moving body is known in which a moving path of a moving body is generated on the spot according to the movement of the obstacle and an appropriate avoidance action can be taken even when there is a dynamic obstacle. (See Patent Document 2). The method described in Patent Document 2 generates a stochastic potential field that represents the probability that an obstacle exists, adds a gradient toward the target position to the probability potential field, and adds the gradient to the slope of the probability potential field to which this gradient is attached. Based on this, the route toward the target position is searched, and the self-propelled moving body is moved along this route.

また、与えられた領域を、できるだけ短時間でほぼ網羅的に走行できるようにし走行中のハンチングを防止可能とした自律走行ロボットも提案されている(特許文献3参照)。特許文献3に記載のロボットは、左右の障害物センサを設け、これらのセンサが検出した障害物までの距離に基づき検出距離が長い側に旋回動作を行うと共に、この旋回動作後の予定時間内に再び先の旋回動作とは逆方向に旋回する動作が必要になった場合、先の旋回時よりも旋回角を小さくするようにしている。
特開2001−154706号公報 特開2003−241836号公報 特開平10−228315号公報
There has also been proposed an autonomous traveling robot that can prevent a hunting during traveling by allowing a given region to travel almost exhaustively in as short a time as possible (see Patent Document 3). The robot described in Patent Document 3 is provided with left and right obstacle sensors, performs a turning operation on the longer detection distance based on the distances to the obstacles detected by these sensors, and within a scheduled time after the turning operation. When an operation of turning in the opposite direction to the previous turning operation is required again, the turning angle is made smaller than that of the previous turning.
JP 2001-154706 A JP 2003-241836 A JP-A-10-228315

しかしながら、特許文献1に記載の経路生成法では、既知である地図を使用した経路計画をベースにした移動体の障害物の回避動作がノイズに非常に弱い。ノイズとは、地図に登録されていない障害物や、理想値(地図情報)と現実値とのズレ、及びデッドレコニング誤差である。また特許文献1に記載の技術では、位置が時々刻々と不規則に変化する移動体への制御の対応が難しい。   However, in the route generation method described in Patent Document 1, the obstacle avoidance operation of the moving body based on the known route plan using the map is very weak to noise. Noise is an obstacle that is not registered in the map, a deviation between an ideal value (map information) and a real value, and a dead reckoning error. In the technique described in Patent Document 1, it is difficult to control the moving body whose position changes irregularly every moment.

特許文献2に記載の自走移動体の制御方法は、移動体と障害物又は移動目標との間に仮想的な斥力あるいは引力などを生成する力場を定め、これらの力の合力から移動体の進行方向を決定するポテンシャル法である。この制御方法では、複雑な地形や多数の障害物に対する扱いが難しい。経路の精度を高めようとすると障害物を登録するためのグリッドマップのメッシュを細かくする必要があり、計算コストが爆発的に高くなる。   In the method for controlling a self-propelled moving body described in Patent Document 2, a force field for generating a virtual repulsive force or an attractive force is defined between the moving body and an obstacle or a moving target, and the moving body is determined from the resultant force of these forces. This is a potential method for determining the direction of travel. With this control method, it is difficult to handle complex terrain and many obstacles. In order to increase the accuracy of the route, it is necessary to make the mesh of the grid map for registering the obstacle fine, and the calculation cost increases explosively.

特許文献3に記載の自律走行ロボットはセンサ情報を移動指令に直結させる手法を用いたものである。この自律走行ロボットでは、きめ細かな動作指令をロボットへ与えることが難しく、ロボットは大まかで単調なぎこちない動作になりやすい。滑らかで効率の良い動作を実現することが難しい。   The autonomous traveling robot described in Patent Document 3 uses a method of directly connecting sensor information to a movement command. In this autonomous traveling robot, it is difficult to give a detailed operation command to the robot, and the robot tends to perform a rough and monotonous operation. It is difficult to achieve smooth and efficient operation.

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、計算負荷が低く、移動がスムーズであり環境の動的変化などノイズに強いロバストな移動動作が可能な障害物回避機能を有する移動制御装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above-described problems, the present invention provides a movement control device having an obstacle avoidance function that has a low computational load, a smooth movement, and a robust movement operation that is resistant to noise such as dynamic changes in the environment. For the purpose.

このような課題を解決するため、本発明の一態様によれば、移動体と、この移動体に設けられ、移動体進行方位を検出する検出手段と、前記移動体に設けられ、障害物の位置およびこの障害物までの実計測距離を計測し、この検出手段が検出した前記移動体進行方位に対する前記障害物の方位角を出力する計測手段と、この計測手段が出力した前記障害物の方位角の大きさに応じて、前記実計測距離を変化させて疑似距離を生成する疑似距離生成手段と、この疑似距離生成手段が生成した前記疑似距離に基づき、前記移動体が前記障害物を回避するよう前記移動体の動作を制御する制御手段と、備えることを特徴とする障害物回避機能を有する移動制御装置が提供される。   In order to solve such a problem, according to one aspect of the present invention, a moving body, detection means provided on the moving body and detecting a moving body traveling direction, provided on the moving body, Measuring means for measuring the position and the actual measurement distance to the obstacle, and outputting the azimuth angle of the obstacle with respect to the moving body traveling azimuth detected by the detecting means, and the orientation of the obstacle outputted by the measuring means A pseudo distance generating unit that generates a pseudo distance by changing the actual measurement distance according to the size of the corner, and the moving body avoids the obstacle based on the pseudo distance generated by the pseudo distance generating unit. There is provided a movement control apparatus having an obstacle avoidance function, characterized by comprising a control means for controlling the operation of the moving body.

また、本発明の別の一態様によれば、移動空間に関する外部環境情報を保存し更新可能な記録手段と、この記録手段に記録された前記外部環境情報をもとに目的地点までの適切な経路を生成可能な経路生成手段と、この経路生成手段により生成された前記経路を辿るような速度出力指令値を生成する移動速度出力生成手段と、この移動速度出力生成手段が生成した前記速度出力指令値に対して、速度出力補正を行う請求項1〜13に記載の疑似距離生成手段と、を備えることを特徴とする障害物回避機能を有する移動制御装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a recording unit capable of storing and updating external environment information related to a moving space, and an appropriate destination to the destination based on the external environment information recorded in the recording unit. A route generating means capable of generating a route, a moving speed output generating means for generating a speed output command value that follows the route generated by the route generating means, and the speed output generated by the moving speed output generating means There is provided a movement control device having an obstacle avoidance function, comprising: a pseudo-range generation means according to claim 1 that performs speed output correction on a command value.

本発明によれば、計算負荷を大幅に低減しつつも不要な回避動作を抑制した滑らかな回避軌道を生成することが可能となる。また時々刻々と変化する動的環境にも対応した回避動作を実現できるようになる。   According to the present invention, it is possible to generate a smooth avoidance trajectory that suppresses unnecessary avoidance operations while greatly reducing the calculation load. In addition, it is possible to realize an avoidance operation corresponding to a dynamic environment that changes every moment.

以下、本発明の実施の形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置について、図1乃至図18を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。   Hereinafter, a movement control device having an obstacle avoidance function according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本発明の実施の形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置は、独立二輪駆動型の移動ロボットに搭載される。図1(a)は移動ロボットの上面図であり、図1(b)は図1(a)の矢印J方向から見たこの移動ロボットの正面図である。これらの図中で同じ符号を有する要素は互いに同じ要素を表す。   A movement control device having an obstacle avoidance function according to an embodiment of the present invention is mounted on an independent two-wheel drive mobile robot. FIG. 1A is a top view of the mobile robot, and FIG. 1B is a front view of the mobile robot as viewed from the direction of arrow J in FIG. In these drawings, elements having the same reference numerals represent the same elements.

ロボット1は、基台2と、それぞれこの基台2の左右両側部に左右平行に同軸的に配置され互いに独立して駆動可能にされた一対の駆動輪3、4と、それぞれが基台2の下面に設けられ駆動輪3、4を回転させる一対のモータ5、6と、基台2の前方中央部に取り付けられた前方キャスタ7と、基台2の後方中央部に取り付けられた後方キャスタ8と、それぞれ基台2上面の四隅に設けられ被測定対象との間の距離を測定する4つのレーザレンジファインダ(LRF)9−12と、基台2に設けられモータ5、6の回転駆動制御を独立して行うコントローラユニット13(本実施形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置)とを備える。コントローラユニット13には、CPU、ROM及びRAMが用いられる。   The robot 1 includes a base 2 and a pair of drive wheels 3 and 4 that are coaxially disposed on both left and right sides of the base 2 in parallel with each other and can be driven independently of each other. A pair of motors 5 and 6 that rotate the drive wheels 3 and 4, a front caster 7 attached to the front center portion of the base 2, and a rear caster attached to the rear center portion of the base 2. 8 and four laser range finders (LRF) 9-12 provided at the four corners of the upper surface of the base 2 for measuring the distance to the object to be measured, and the rotational drive of the motors 5 and 6 provided on the base 2 And a controller unit 13 (movement control device having an obstacle avoidance function according to the present embodiment) that performs control independently. For the controller unit 13, a CPU, a ROM, and a RAM are used.

更にロボット1は、それぞれ駆動輪3、4のシャフトに設けられた一対の回転角度センサ14、15と、基台2の並進移動量を検出するための位置センサ16と、基台2の垂直軸線周りの旋回角度を検出する姿勢センサ17とを有する。回転角度センサ14、15にはポテンショメータやロータリーエンコーダが用いられる。位置センサ16には慣性センサが用いられる。姿勢センサ17には、垂直軸線周りの角速度を検出するジャイロセンサが用いられる。これらの回転角度センサ14、15の各センサ値と、位置センサ16のセンサ値と、姿勢センサ17のセンサ値とはいずれもコントローラユニット13へ入力されるようになっている。   Further, the robot 1 includes a pair of rotation angle sensors 14 and 15 provided on the shafts of the drive wheels 3 and 4, a position sensor 16 for detecting the translational movement amount of the base 2, and the vertical axis of the base 2. And a posture sensor 17 for detecting a surrounding turning angle. A potentiometer or a rotary encoder is used for the rotation angle sensors 14 and 15. An inertial sensor is used as the position sensor 16. The attitude sensor 17 is a gyro sensor that detects an angular velocity around the vertical axis. The sensor values of the rotation angle sensors 14 and 15, the sensor value of the position sensor 16, and the sensor value of the attitude sensor 17 are all input to the controller unit 13.

基台2は矩形状の平板である。モータ5、6は基台2に固定されており、各モータ軸を介して駆動輪3、4と連結されている。駆動輪3、4の各車輪面は互いに平行にされた状態でこれらの駆動輪3、4は正方向及び逆方向に回転自在である。駆動輪3、4と前方キャスタ7及び後方キャスタ8とによって基台2が床面に対して床面から車輪径で決まる高さで水平に保持される。コントローラユニット13によるモータ5、6に対する駆動制御によって、駆動輪3の回転速度と駆動輪4の回転速度とは互いに同じにされ、あるいは異なるようにされている。モータ5、6が駆動制御されることによって、ロボット1の走行及び旋回が可能にされている。モータ5、6の各回転方向と各回転速度とが制御されることによって、ロボット1は床面内を移動可能になっている。   The base 2 is a rectangular flat plate. The motors 5 and 6 are fixed to the base 2 and are connected to the drive wheels 3 and 4 via respective motor shafts. The drive wheels 3 and 4 are rotatable in the forward and reverse directions with the wheel surfaces of the drive wheels 3 and 4 being parallel to each other. The base 2 is held horizontally at a height determined by the wheel diameter from the floor surface by the drive wheels 3 and 4 and the front casters 7 and the rear casters 8. By the drive control for the motors 5 and 6 by the controller unit 13, the rotational speed of the drive wheels 3 and the rotational speed of the drive wheels 4 are made the same or different from each other. By driving and controlling the motors 5 and 6, the robot 1 can run and turn. By controlling each rotation direction and each rotation speed of the motors 5 and 6, the robot 1 can move on the floor surface.

レーザレンジファインダ9−12は平面走査型の距離計測手段である。レーザレンジファインダ9−12はいずれも図示しないレーザ光源と、回転軸を有し外周面上に多面鏡を設けたレーザ光反射体と、レーザ光反射体を回転させる駆動モータと、レーザ光を変調する変調手段と、被測定対象によって反射されたレーザ光を受光する受光器と、電子回路部と、これらのレーザ光源等を収容する筐体とを有する。この駆動モータのモータ軸の回転角に応じて、筐体外部の走査空間を走査する走査光がレーザ光より生成されるようになっている。レーザ光源及び変調手段は障害物ないしは目標物体といった被測定対象に対してパルス変調したレーザ光を照射し、受光器は被測定対象により反射された反射光を受光し、電子回路部は変調光を送出した時間とこの反射光が戻ってきた時間とから、ロボット1と被測定対象物との間の距離の情報を出力する。   The laser range finder 9-12 is a plane scanning type distance measuring means. Each of the laser range finders 9-12 includes a laser light source (not shown), a laser light reflector having a rotation axis and a polygon mirror provided on the outer peripheral surface, a drive motor for rotating the laser light reflector, and modulating the laser light. Modulation means, a light receiver that receives the laser light reflected by the object to be measured, an electronic circuit unit, and a housing that houses these laser light sources and the like. In accordance with the rotation angle of the motor shaft of the drive motor, scanning light for scanning the scanning space outside the housing is generated from the laser light. The laser light source and the modulation means irradiate the object to be measured, such as an obstacle or a target object, with pulsed laser light, the light receiver receives the reflected light reflected by the object to be measured, and the electronic circuit unit emits the modulated light. Information on the distance between the robot 1 and the object to be measured is output from the transmitted time and the time when the reflected light returns.

レーザレンジファインダ9は、基台2の前方に存在する物体までの距離とその物体からの反射光の反射強度とを、角度ステップ毎に計測し、反射光強度の計測結果から計算した距離を図示しないメモリに記憶する。このメモリには角度毎の距離値が記憶される。角度毎の距離値は更新可能及び補正可能である。レーザレンジファインダ10−12の構成もレーザレンジファインダ9の構成と同じである。レーザレンジファインダ9−12はロボット1の周囲の全方位を死角なく走査可能に配置されている。   The laser range finder 9 measures the distance to the object existing in front of the base 2 and the reflection intensity of the reflected light from the object for each angle step, and shows the distance calculated from the measurement result of the reflected light intensity. Do not store in memory. This memory stores a distance value for each angle. The distance value for each angle can be updated and corrected. The configuration of the laser range finder 10-12 is the same as the configuration of the laser range finder 9. The laser range finder 9-12 is arranged so that it can scan all directions around the robot 1 without blind spots.

図2はレーザレンジファインダ9−12の計測可能領域を示す図である。コントローラユニット13がこれらのレーザレンジファインダ9−12を制御することによって、レーザレンジファインダ9−12はロボット1の周囲の空間を走査する。各レーザ光源からのレーザ光の送出方向は床面と平行である。また、これらのレーザレンジファインダ9−12内の受光器の感度は略水平方向にされてある。基台2の四隅に設けられた各レーザレンジファインダ9−12がそれぞれ上面視扇形のレーザレンジファインダ計測可能領域18を走査する。   FIG. 2 is a diagram showing a measurable area of the laser range finder 9-12. The controller unit 13 controls the laser range finder 9-12 so that the laser range finder 9-12 scans the space around the robot 1. The transmission direction of the laser light from each laser light source is parallel to the floor surface. The sensitivity of the light receivers in these laser range finders 9-12 is set in a substantially horizontal direction. Each laser range finder 9-12 provided at each of the four corners of the base 2 scans the laser range finder measurable area 18 having a top view fan shape.

コントローラユニット13は、4つのレーザレンジファインダ9−12から出力される角度毎の距離値に基づき、床面上の障害物を含む外部環境の距離画像を生成する。コントローラユニット13は、ロボット1の360°全方位に亘って障害物が存在しているかどうかを検出するようにしている。   The controller unit 13 generates a distance image of the external environment including an obstacle on the floor surface based on the distance value for each angle output from the four laser range finders 9-12. The controller unit 13 detects whether or not an obstacle is present in all 360 ° directions of the robot 1.

また、コントローラユニット13はモータ5、6の角速度及び角加速度を制御する。ロボット1の周囲に障害物が存在することをコントローラユニット13が検知した場合、このコントローラユニット13は後述するように障害物を回避するための演算処理を行う。コントローラユニット13は、センサ類からの情報に基づきロボット1の並進移動量や旋回量を算出し、モータ5の角速度及び角加速度の目標値と、モータ6の角速度及び角加速度の目標値とを生成する。コントローラユニット13は、生成したモータ5、6の各回転量の目標値から、これらのモータ5、6の図示しないドライバに対して電流制御を行うようにしている。   The controller unit 13 controls the angular velocity and angular acceleration of the motors 5 and 6. When the controller unit 13 detects that an obstacle exists around the robot 1, the controller unit 13 performs a calculation process for avoiding the obstacle as described later. The controller unit 13 calculates the translational movement amount and the turning amount of the robot 1 based on information from the sensors, and generates target values for the angular velocity and angular acceleration of the motor 5 and target values for the angular velocity and angular acceleration of the motor 6. To do. The controller unit 13 performs current control on drivers (not shown) of the motors 5 and 6 from the generated target values of the rotation amounts of the motors 5 and 6.

図3はコントローラユニット13のブロック図である。コントローラユニット13は、ロボット1が走行すべき経路を生成する経路生成部19と、経路生成部19からの出力に基づいて制御周期ごとに基台2のx、y座標系での目標位置及び垂直軸線周りの目標回転位置を生成する目標軌道生成部20と、目標軌道生成部20からの出力及び基台2に取り付けられたセンサ類からのセンサ値を比較し、演算した結果を出力する演算部21と、演算部21から出力される演算結果の差分を埋めるように基台2の並進速度の目標値及び旋回速度の目標値を計算するロボット移動速度指令値生成部22とを備える。   FIG. 3 is a block diagram of the controller unit 13. The controller unit 13 generates a route on which the robot 1 should travel, and the target position and vertical position of the base 2 in the x and y coordinate systems for each control period based on the output from the route generator 19. A target trajectory generation unit 20 that generates a target rotational position around the axis, and a calculation unit that compares the output from the target trajectory generation unit 20 and sensor values from sensors attached to the base 2 and outputs the calculated result 21 and a robot movement speed command value generation unit 22 that calculates a target value for the translational speed and a target value for the turning speed of the base 2 so as to fill in the difference between the calculation results output from the calculation unit 21.

経路生成部19は、後述する図4に示すような障害物マップを作成する。目標軌道生成部20は、各制御周期でのロボット目標位置xr[m]、yr[m]及びロボット目標姿勢θ[rad]を生成して出力する。演算部21は、これらのxr、yr及びθと、センサ類からの現在位置x[m]、y[m]とを比較する。ロボット移動速度指令値生成部22は、演算部21からの比較結果に基づき並進速度目標値Vr[m/s]及び旋回速度目標値ωr[m/s]を生成して出力する。 The route generation unit 19 creates an obstacle map as shown in FIG. The target trajectory generation unit 20 generates and outputs robot target positions x r [m] and y r [m] and robot target posture θ [rad] in each control cycle. The computing unit 21 compares these x r , y r and θ with the current positions x [m] and y [m] from the sensors. The robot movement speed command value generation unit 22 generates and outputs the translation speed target value V r [m / s] and the turning speed target value ω r [m / s] based on the comparison result from the calculation unit 21.

更にコントローラユニット13は、ロボット移動速度指令値生成部22からの出力を補正する障害物回避速度指令値補正部23と、この障害物回避速度指令値補正部23からの出力に基づいて各軸の回転速度の目標値を生成して出力する車軸回転速度指令値生成部24と、車軸回転速度指令値生成部24からの出力及び基台2のセンサ類からのセンサ値を比較演算した結果を出力する演算部25と、演算部25から出力される演算結果に基づいてモータ5、6へ与える電流の目標値を生成するモータ制御電流指令値生成部26と、ロボット本体27とを備える。ロボット本体27は、駆動輪3、4及び回転角度センサ14、15、位置センサ16及び姿勢センサ17からなる。   Further, the controller unit 13 corrects the output from the robot movement speed command value generation unit 22 and the obstacle avoidance speed command value correction unit 23 for correcting the output of each axis based on the output from the obstacle avoidance speed command value correction unit 23. Axle rotation speed command value generation unit 24 that generates and outputs a target value of the rotation speed, and outputs a result of comparison calculation of the output from the axle rotation speed command value generation unit 24 and the sensor values from the sensors of the base 2 A calculation unit 25 that performs the calculation, a motor control current command value generation unit 26 that generates a target value of a current to be supplied to the motors 5 and 6 based on a calculation result output from the calculation unit 25, and a robot body 27. The robot body 27 includes drive wheels 3 and 4, rotation angle sensors 14 and 15, a position sensor 16, and a posture sensor 17.

障害物回避速度指令値補正部23は、並進速度目標値Vrを補正して補正並進速度目標値Vr′[m/s]を出力する。障害物回避速度指令値補正部23は、旋回速度目標値ωrを補正して補正旋回速度目標値ωr′[m/s]を出力する。車軸回転速度指令値生成部24は各軸回転速度目標値φnr[rad/s]を生成して出力する。モータ制御電流指令値生成部26は、各軸モータ電流指令値inr[A]を出力する。この各軸モータ電流指令値inrは、モータドライバへの電圧の指令値Vn[V]にほぼ等しい。 Obstacle avoidance velocity command value correcting portion 23 outputs the corrected translational velocity target value V r '[m / s] by correcting the translational velocity target value V r. Obstacle avoidance velocity command value correcting portion 23 outputs the correction rotation speed target value ω r '[m / s] by correcting the rotation speed target value omega r. The axle rotation speed command value generation unit 24 generates and outputs each axis rotation speed target value φ nr [rad / s]. The motor control current command value generation unit 26 outputs each axis motor current command value i nr [A]. Each axis motor current command value i nr is substantially equal to the voltage command value V n [V] to the motor driver.

ロボット1は移動体である。ロボット1は移動手段を有し、またこの移動手段を動作させる駆動手段を有する。移動手段は駆動輪3、4であり、駆動手段はモータ5、6である。コントローラユニット13は本実施形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置である。障害物回避制御方法は、この移動体に関する制御手法である。コントローラユニット13は目標地点を設定するという上位処理を行う。移動体は移動体自身の内部に持つ上位概念のルールに従い目標地点が設定される。移動体とは、目標地点へ到達するための並進速度指令値及び旋回速度指令値を生成するロボット1のような自律移動体を含む。あるいは、移動体とは、アシストカートなどのように外部入力を指令値としてこの指令値を実現するように駆動手段を動作させる半自律移動体なども含む。また移動体は移動体周囲の物体の配置状況を認知可能な認知手段を有しており、これにより移動体の周囲の全方位の障害物情報を知ることが可能となっている。   The robot 1 is a moving body. The robot 1 has moving means and driving means for operating the moving means. The moving means are driving wheels 3 and 4, and the driving means are motors 5 and 6. The controller unit 13 is a movement control device having an obstacle avoidance function according to this embodiment. The obstacle avoidance control method is a control method related to this moving object. The controller unit 13 performs a higher level process of setting a target point. The target point is set in accordance with the rules of the superordinate concept that the mobile object has. The moving body includes an autonomous moving body such as the robot 1 that generates a translation speed command value and a turning speed command value for reaching a target point. Alternatively, the moving body includes a semi-autonomous moving body that operates the driving means so as to realize the command value using an external input as a command value, such as an assist cart. In addition, the moving body has a recognition means capable of recognizing the arrangement state of objects around the moving body, thereby making it possible to know obstacle information in all directions around the moving body.

ここでは図1に示すような移動型ロボットを代表例として用いる。ロボット1は、モータ5、6により駆動される左右の駆動輪3、4を有する独立二輪駆動方式である。これら二輪の回転量で直進及び旋回の動作が定まる。またロボット1にはレーザレンジファインダ9−12が図2のように死角なく複数例えば4個配置され、全方位の障害物までの距離をその方向とともに高精度で計測することが可能となっている。計測された方位角及び距離といった障害物情報は直ちにメモリ内で更新され、更新された障害物情報は制御に反映される。   Here, a mobile robot as shown in FIG. 1 is used as a representative example. The robot 1 is an independent two-wheel drive system having left and right drive wheels 3 and 4 driven by motors 5 and 6. The straight and turning motions are determined by the amount of rotation of these two wheels. Further, a plurality of, for example, four laser range finders 9-12 are arranged in the robot 1 without blind spots as shown in FIG. 2, and the distance to the obstacles in all directions can be measured with high accuracy along with the directions. . Obstacle information such as the measured azimuth and distance is immediately updated in the memory, and the updated obstacle information is reflected in the control.

図2ではレーザレンジファインダ9−12が計測する距離方向は途中までしか描画されていないが、実際にはさらに遠方まで計測可能である。レーザレンジファインダ9−12単体が計測可能な方位も特に図2の例に指定するものではなく、レーザレンジファインダ搭載個数も特に図2の数に限定するものではない。ロボット1の移動方法は本例の独立二輪駆動方式に限るものではなく、少なくともロボット1自身の移動方向と移動量とがホロノミック又はノンホロノミックの区別無く任意に指定できればよい。例えばステアリング方式や、4輪が駆動する全方向移動車、また二足歩行のような車輪以外の移動手段が用いられてもよい。   In FIG. 2, the distance direction measured by the laser range finder 9-12 is drawn only halfway, but actually it is possible to measure farther. The direction in which the laser range finder 9-12 alone can be measured is not particularly specified in the example of FIG. 2, and the number of laser range finder mounted is not particularly limited to the number in FIG. The movement method of the robot 1 is not limited to the independent two-wheel drive system of this example, and it is sufficient that at least the movement direction and the movement amount of the robot 1 itself can be arbitrarily specified without distinction between holonomic and nonholonomic. For example, a steering system, an omnidirectional vehicle driven by four wheels, or a moving means other than wheels such as bipedal walking may be used.

またセンサ系に関しても特に本例のレーザレンジファインダ方式に限るものではなく、配置位置が異なるものや、指向性のある超音波センサやPSD(Position Sensitive Detector)センサを周囲に配置したものを用いてもよい。PSDセンサは、受光面を有しこの受光面に入射するビームスポットの位置に応じて差動的に変化する一対の出力信号を出力するPSD素子と、このPSD素子により検出された光位置から距離を演算する演算手段とからなる。また、これらのセンサ情報をロボット1の周囲の情報を予め記録した地図上に一度集約して、制御周期毎にこの地図より擬似的にロボット1の周囲の状況を読み出してもよい。さらにこの地図に環境カメラや他ロボットなど外部システムからも位置同期を取りつつ障害物配置をリアルタイムで登録し、削除するようにしてもよい。   Also, the sensor system is not particularly limited to the laser range finder system of this example, but a sensor having a different arrangement position, a directional ultrasonic sensor or a PSD (Position Sensitive Detector) sensor is used. Also good. The PSD sensor has a light receiving surface, a PSD element that outputs a pair of output signals that change differentially according to the position of a beam spot incident on the light receiving surface, and a distance from the light position detected by the PSD element. And calculating means for calculating. Alternatively, the sensor information may be aggregated once on a map in which information around the robot 1 is recorded in advance, and the situation around the robot 1 may be read in a pseudo manner from this map at each control period. Furthermore, the obstacle arrangement may be registered in real time and deleted from an external system such as an environmental camera and other robots in this map while synchronizing the position.

本例でのコントローラユニット13は図2のように配置されたレーザレンジファインダ9−12のそれぞれから得られる距離情報をマップ上に統合する処理を行う。コントローラユニット13は、既知である幾何配置情報をもとに一つの座標系で表される地図上で各距離情報を統合管理している。この障害物マップ情報より、ロボット1の指定方向の指定角度範囲内に存在する障害物のうちの最も近い障害物までの距離が得られるようになっている。   The controller unit 13 in this example performs a process of integrating distance information obtained from each of the laser range finders 9-12 arranged as shown in FIG. The controller unit 13 integrates and manages each distance information on a map represented by one coordinate system based on known geometric arrangement information. From this obstacle map information, the distance to the nearest obstacle among the obstacles existing within the designated angle range in the designated direction of the robot 1 can be obtained.

センサとしてのレーザレンジファインダ9−12のサンプリングレートは、ロボット1自身の移動および他移動物体による外界の動的変化に対し相対的変化が連続的に捉えられる程度に十分高速なものが用意される。また指定角度最小範囲の分解能についても、規定の距離内に存在する外界障害物の相対的な位置変化が連続的に捉えられる程度の適切な分解能が設定されている。ここでの連続的とは、対象物の位置を計測するステップの後、観測対象物が計測した次ステップにおいて前回計測された位置より規定の距離範囲内に存在することを意味している。この分解能の値は用途に応じ変化するので、一意に定めるものではない。   The sampling rate of the laser range finder 9-12 as a sensor is prepared so as to be sufficiently fast so that a relative change can be continuously captured with respect to the movement of the robot 1 itself and the dynamic change of the outside world caused by other moving objects. . As for the resolution of the specified angle minimum range, an appropriate resolution is set such that a relative position change of an external obstacle present within a specified distance can be continuously captured. Here, “continuous” means that after the step of measuring the position of the object, the observation object exists within a specified distance range from the position measured last time in the next step of measurement. Since the resolution value changes depending on the application, it is not uniquely determined.

図4はコントローラユニット13が作成する障害物マップの一例を示す図である。同図中、上述した符号と同じ符号を有する要素はそれらと同じ要素を表す。28から32はいずれも障害物ないしは物体を表す。33は移動体進行方位である。ロボット1から見て障害物29の方位が計測指定方位である。これらの移動体進行方位及び計測指定方位が成す角度φは基準方位である正面方向に対する方位φである。57は計測指定方向の最短距離に存在する障害物の位置を表す。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an obstacle map created by the controller unit 13. In the figure, elements having the same reference numerals as those described above represent the same elements. 28 to 32 all represent obstacles or objects. Reference numeral 33 denotes a moving body traveling direction. The orientation of the obstacle 29 as viewed from the robot 1 is the measurement designated orientation. The angle φ formed by the moving body traveling direction and the measurement designated direction is the direction φ with respect to the front direction which is the reference direction. Reference numeral 57 denotes the position of an obstacle existing at the shortest distance in the measurement designated direction.

本例では障害物マップは、図4のようなロボット1を中心とした相対座標系において、計測指定方位として指定された方位φと、その方向の最短距離rとにより極座標表現される。障害物マップは、極座標以外の座標を用いた表記や、絶対座標などを用いても特に構わない。また本例では、方位φの基準方向はロボット正面としており、半時計回り方向を正としている。この基準方向や旋回方向に関してもロボット正面や半時計回り方向に特に限定されるものではない。   In this example, the obstacle map is expressed in polar coordinates by the azimuth φ designated as the measurement designated azimuth and the shortest distance r in the direction in the relative coordinate system centering on the robot 1 as shown in FIG. For the obstacle map, notation using coordinates other than polar coordinates or absolute coordinates may be used. In this example, the reference direction of the azimuth φ is the front of the robot, and the counterclockwise direction is positive. The reference direction and the turning direction are not particularly limited to the front of the robot or the counterclockwise direction.

障害物マップ上での実計測距離と疑似距離との関係を、図5及び図6に示す。図5は移動体が前進する時の疑似距離の概念を示す図である。34は障害物ないしは物体の実位置を表す。35は障害物ないしは物体の疑似位置を表す。レーザレンジファインダ9はロボット1と、実障害物位置34との間の距離を実測し実計測距離rを取得する。レーザレンジファインダ9は、移動体進行方位と計測指定方位とが成す角度θ1を取得する。コントローラユニット13は、実計測距離rを疑似距離r′に置き換える処理を行うことによって、障害物マップ上で、実障害物位置34を疑似障害物位置35へ置き換えるようにしている。置き換える処理とは、関数fを用いてr′=f(r、θ1)を演算することを指す。CPUは、関数fの計算手順が記述されたプログラムをROMから読み込み、RAMを用いてこの計算手順を実行する。 The relationship between the actual measurement distance and the pseudo distance on the obstacle map is shown in FIGS. FIG. 5 is a diagram illustrating the concept of the pseudo distance when the moving body moves forward. Reference numeral 34 denotes an actual position of an obstacle or an object. Reference numeral 35 denotes an obstacle or a pseudo position of the object. The laser range finder 9 measures the distance between the robot 1 and the actual obstacle position 34 and acquires the actual measurement distance r. The laser range finder 9 acquires an angle θ 1 formed by the moving body traveling direction and the measurement designated direction. The controller unit 13 replaces the actual obstacle position 34 with the pseudo obstacle position 35 on the obstacle map by performing a process of replacing the actual measurement distance r with the pseudo distance r ′. The replacement process refers to calculating r ′ = f (r, θ 1 ) using the function f. The CPU reads a program describing the calculation procedure of the function f from the ROM, and executes this calculation procedure using the RAM.

また、ロボット1が後進する時の例を図6に示す。レーザレンジファインダ9はロボット1と、実障害物位置34との間の距離を実測し実計測距離rを取得する。レーザレンジファインダ9は、移動体進行方位と計測指定方位とが成す角度θ2を取得する。この角度θ2の大きさは、図5の例の角度θ1よりも大きい。コントローラユニット13は、r′=f(r、θ2)を演算することによって、障害物マップ上で、実障害物位置34を疑似障害物位置36へ置き換えるようにしている。 FIG. 6 shows an example when the robot 1 moves backward. The laser range finder 9 measures the distance between the robot 1 and the actual obstacle position 34 and acquires the actual measurement distance r. The laser range finder 9 acquires an angle θ 2 formed by the moving body traveling direction and the measurement designated direction. The magnitude of this angle θ 2 is larger than the angle θ 1 in the example of FIG. The controller unit 13 calculates r ′ = f (r, θ 2 ) to replace the actual obstacle position 34 with the pseudo obstacle position 36 on the obstacle map.

即ち本発明では図5に示すように、コントローラユニット13は移動体進行方向と計測指定方向とが成す角度θ1の大きさに応じて計測指定方向の距離値が真の計測値(以下「真値」)から変化する疑似距離を用いる。本例での独立二輪駆動方式でロボット1が前進している場合、移動体進行方向と計測方位基準方向とが一致するので、この場合θ1=φとなっている。ロボット1が後進する場合、移動体進行方向、計測指定方向それぞれの角度関係は図6のようになる。 That is, in the present invention, as shown in FIG. 5, the controller unit 13 determines that the distance value in the measurement designated direction is a true measured value (hereinafter “true”) according to the magnitude of the angle θ 1 formed by the moving body traveling direction and the measurement designated direction. Use pseudoranges that vary from the value ")". When the robot 1 is moving forward by the independent two-wheel drive system in this example, the moving body traveling direction and the measurement azimuth reference direction coincide with each other. In this case, θ 1 = φ. When the robot 1 moves backward, the angular relationship between the moving body traveling direction and the measurement designation direction is as shown in FIG.

さらに図7は角度θと疑似距離rn′との関係を説明するための図である。58は疑似距離を表す。59は真の距離である。本例では図7に示すように移動体進行方向と計測指定方向とが成す角度θnの大きさが大きくなるほど疑似距離r′は真値rよりも大きな値を取るように、コントローラユニット13は関数fの計算手順を実行する。角度θnが大きくなるほど、疑似距離が真値から乖離する量が大きくなる。 FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the angle θ and the pseudo distance r n ′. 58 represents a pseudorange. 59 is the true distance. In this example, as shown in FIG. 7, the controller unit 13 is configured so that the pseudo distance r ′ takes a value larger than the true value r as the angle θ n formed by the moving body traveling direction and the measurement designated direction increases. The calculation procedure of the function f is executed. As the angle θ n increases, the amount by which the pseudorange deviates from the true value increases.

図8に同一地点での前進及び後進の進行方向の切り替わりにより周囲環境の障害物位置が変化する疑似障害物マップの概念図を示す。ここで図8(a)はロボット1が前進する時の疑似障害物マップの一例であり、図8(b)は図8(a)のロボット1の地点と同じ地点でロボット1が後進する時の疑似障害物マップの一例である。また、図9にロボット1の姿勢変更後の移動により周囲環境の障害物位置が変化する疑似障害物マップの概念図を示す。図9(a)は姿勢を変更した後のロボット1が前進する時の疑似障害物マップの一例であり、図9(b)は図9(a)のロボット1の地点と同じ地点での姿勢変更後のロボット1が後進する時の疑似障害物マップの一例である。37から40は障害物ないしは物体を表す。60は疑似位置であり疑似障害物マップ上での障害物位置を表す。61は真の位置である。   FIG. 8 is a conceptual diagram of a pseudo obstacle map in which the obstacle position in the surrounding environment is changed by switching between the forward and backward traveling directions at the same point. 8A is an example of a pseudo obstacle map when the robot 1 moves forward, and FIG. 8B is a time when the robot 1 moves backward at the same point as the point of the robot 1 in FIG. 8A. It is an example of a pseudo obstacle map. FIG. 9 is a conceptual diagram of a pseudo obstacle map in which the obstacle position in the surrounding environment changes due to the movement of the robot 1 after the posture change. FIG. 9A is an example of a pseudo obstacle map when the robot 1 moves forward after the posture is changed, and FIG. 9B is a posture at the same point as the point of the robot 1 in FIG. It is an example of the pseudo obstacle map when the robot 1 after the change moves backward. Reference numerals 37 to 40 denote obstacles or objects. Reference numeral 60 denotes a pseudo position, which represents an obstacle position on the pseudo obstacle map. 61 is the true position.

ここで疑似距離により形成されるロボット1の周囲環境の障害物位置を表示した疑似障害物マップ(以下、障害物マップ)は、図8(a)、図8(b)で表されるように同一の地点であっても前進及び後進の動作の切り替わりで状況が一瞬のうちに変化するという特徴がある。また図9(a)、図9(b)で表されるように、ロボット1が独立二輪駆動方式であっても、ロボット1がその場で旋回動作を行い、絶対座標系上でのロボット1自身の正面方向(以下「姿勢」と同義)を変化させた場合、その後の前後の移動時に得られる障害物マップはそれ以前のものとは異なるものとなる。   Here, a pseudo obstacle map (hereinafter referred to as an obstacle map) displaying obstacle positions in the surrounding environment of the robot 1 formed by the pseudo distance is represented by FIGS. 8A and 8B. Even at the same point, there is a feature that the situation changes instantaneously by switching between forward and reverse movements. 9A and 9B, even if the robot 1 is an independent two-wheel drive system, the robot 1 performs a turning motion on the spot, and the robot 1 on the absolute coordinate system. When the front direction of the vehicle (hereinafter referred to as “posture”) is changed, the obstacle map obtained during the subsequent forward / backward movement is different from the previous one.

移動体は本例とは異なる移動方式を用いてもよい。移動体には全方向移動車が用いられてもよい。全方向移動車は、任意のタイミングで任意の方向に速度出力を生成可能な移動手段を持つ移動機構である。移動体として全方向移動車が用いられる場合の障害物マップを図10に示す。図10(a)から図10(d)には全方向移動車1Aの同一姿勢状態での移動方向の切り替わりにより周囲環境の障害物位置が変化する疑似障害物マップが示されている。斜線付きの丸は疑似障害物マップ上での障害物位置を表す。白色の丸は真の位置を表す。   The moving body may use a moving system different from this example. An omnidirectional vehicle may be used as the moving body. An omnidirectional vehicle is a moving mechanism having moving means capable of generating a speed output in an arbitrary direction at an arbitrary timing. FIG. 10 shows an obstacle map when an omnidirectional vehicle is used as the moving body. FIGS. 10 (a) to 10 (d) show pseudo obstacle maps in which the obstacle position in the surrounding environment changes due to switching of the movement direction in the same posture state of the omnidirectional vehicle 1A. Circles with diagonal lines represent obstacle positions on the pseudo obstacle map. The white circle represents the true position.

全方向移動車1Aは、基台2Aと、この基台2Aの前後左右の4箇所に枢支された駆動輪41と、この基台2A上に設けられた図示しない本実施形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置とを有する。これら以外の符号で上述した符号と同じ符号を有する要素はそれらと同じ要素を表す。具体的には図10(a)は全方向移動車1Aの前進時の疑似障害物マップであり、図10(b)は同じ地点での後進時の疑似障害物マップである。図10(c)は姿勢変更後の全方向移動車1Aの前進時の疑似障害物マップであり、図10(d)は同じ地点での姿勢変更後の全方向移動車1Aの後進時の疑似障害物マップである。図10で表されるように移動指令方向により障害物マップが表す周囲環境状況は、同一の地点で同一の姿勢を有していても異なる結果を出力することになる。全方向移動車1Aの移動制御装置はロボット1のコントローラユニット13と同じである。   An omnidirectional vehicle 1A includes a base 2A, drive wheels 41 pivotally supported at four locations on the front, rear, left and right of the base 2A, and an obstacle according to the present embodiment (not shown) provided on the base 2A. A movement control device having an avoidance function. Elements having the same reference numerals as those described above with reference numerals other than these represent the same elements. Specifically, FIG. 10A is a pseudo obstacle map when the omnidirectional vehicle 1A moves forward, and FIG. 10B is a pseudo obstacle map when the vehicle travels backward at the same point. FIG. 10C is a pseudo obstacle map when the omnidirectional mobile vehicle 1A moves forward after the posture change, and FIG. 10D is a pseudo obstacle map when the omnidirectional mobile vehicle 1A moves backward after the posture change at the same point. It is an obstacle map. As shown in FIG. 10, the surrounding environment state represented by the obstacle map according to the movement command direction outputs different results even if the same posture is given at the same point. The movement control device of the omnidirectional vehicle 1 </ b> A is the same as the controller unit 13 of the robot 1.

以下、ロボット1に搭載されるコントローラユニット13が行う疑似距離の生成処理について述べる。ここでは障害物計測方位角θに対応して、真値rを疑似距離r′へと変換する『行為』を疑似距離『変換』と呼ぶことにする。本例では(式1)のような疑似距離変換を適用して疑似距離を生成している。

Figure 2010134742
Hereinafter, a pseudo distance generation process performed by the controller unit 13 mounted on the robot 1 will be described. Here, the “action” for converting the true value r into the pseudo distance r ′ corresponding to the obstacle measurement azimuth angle θ is referred to as a pseudo distance “conversion”. In this example, the pseudo distance is generated by applying the pseudo distance conversion as shown in (Expression 1).
Figure 2010134742

ここでl,m,nは任意の実数とし、kは0<k<2の実数とし、コントローラユニット13は(k=1,l=1,m=2,n=1)を一組として疑似距離を生成するようにしている。コントローラユニット13は進行方向と同方向(即ち独立二輪駆動方式では正面方向)に位置する疑似距離の値については真の距離値と同じ値を出力する。コントローラユニット13は、移動進行方向に対し真横方向に位置する疑似距離の値については真の距離値の2倍の距離を出力する。コントローラユニット13は、進行方向(θが0度の方向)と真横方向(θが90度の方向)との間の範囲内の所望の方向に位置する疑似距離の値については、(式1)に代入して得られる値を出力する。つまりこれらの2つの方向の間の遷移は余弦関数的に遷移していく。またコントローラユニット13は、真横方向よりもθが大きい方向である後方は無限遠とすることで、真横方向よりも後方に位置する方向に存在する障害物を、障害物回避の考慮対象から除外するようにしている。   Here, l, m, and n are arbitrary real numbers, k is a real number of 0 <k <2, and the controller unit 13 is a pseudo set with (k = 1, l = 1, m = 2, n = 1) as one set. The distance is generated. The controller unit 13 outputs the same value as the true distance value for the pseudo distance value located in the same direction as the traveling direction (that is, the front direction in the independent two-wheel drive system). The controller unit 13 outputs a distance that is twice the true distance value for the pseudo distance value that is located in the direction transverse to the traveling direction. For the value of the pseudo distance located in the desired direction within the range between the traveling direction (direction where θ is 0 degrees) and the lateral direction (direction where θ is 90 degrees), the controller unit 13 The value obtained by substituting is output. That is, the transition between these two directions transitions in a cosine function. In addition, the controller unit 13 excludes obstacles existing in the direction rearward of the right lateral direction from the considerations for obstacle avoidance by setting the rear in which θ is larger than the right lateral direction to infinity. I am doing so.

また、コントローラユニット13は、正面方向の疑似距離の値を、真値と異なる値に設定してもよい。コントローラユニット13は正面方向の疑似距離の値を真値から変える場合、lの値を変更する。コントローラユニット13は、無限遠を除く最大値を変える場合、mの値を変更する。コントローラユニット13は、正面方向について設定した値から最大値に至るまでの余弦関数の遷移形状を変化させる場合、nの値を変更すればよい。またコントローラユニット13はkの値を変更することで疑似距離が最大地点(無限遠を除く)となる角αの位置を真横から変えるようにもできる。ただし本例が提示する(式1)は一例にすぎず、コントローラユニット13は進行方向背後の障害物距離を無限遠とはせずに有限値としてもよい。さらにはコントローラユニット13は、他の関数を使用して疑似距離変換をデザインしても何ら問題はなく、これらは請求項に記載の本発明の範囲内である。   Further, the controller unit 13 may set the pseudo distance value in the front direction to a value different from the true value. When changing the value of the pseudo distance in the front direction from the true value, the controller unit 13 changes the value of l. The controller unit 13 changes the value of m when changing the maximum value excluding infinity. The controller unit 13 may change the value of n when changing the transition shape of the cosine function from the value set for the front direction to the maximum value. Further, the controller unit 13 can change the position of the angle α at which the pseudo distance is the maximum point (excluding infinity) from the side by changing the value of k. However, (Formula 1) presented in this example is merely an example, and the controller unit 13 may set the obstacle distance behind the traveling direction to a finite value without setting the distance to infinity. Furthermore, the controller unit 13 has no problem designing the pseudorange transform using other functions, which are within the scope of the claimed invention.

ロボット1は、上記疑似距離r′を参照し、周囲環境が未だ考慮されていない段階で生成した移動動作指令を補正するようにしている。以下、本補正処理を障害物回避と呼び、補正処理された移動動作を障害物回避動作と呼ぶ。   The robot 1 refers to the pseudo distance r ′ and corrects the movement operation command generated when the surrounding environment is not yet considered. Hereinafter, this correction processing is referred to as obstacle avoidance, and the corrected movement operation is referred to as obstacle avoidance operation.

ロボット1は障害物回避動作にあたり、ロボット1自身の周囲に存在する障害物についての複数の疑似距離を参照し、これらの疑似距離のうち最短の疑似距離を入力として使用するようにしている。図11は回避対象の障害物の位置をコントローラユニット13が決定する手法を説明するための図である。同図には、ロボット1の周囲に障害物(物体)42〜44が存在しており、コントローラユニット13は、疑似障害物マップ上に複数の障害物位置を予め生成する。斜線付きの丸は障害物位置を表す。白色の丸は真の位置を表す。コントローラユニット13は、これらの障害物位置の間で疑似距離を比較し、最短の疑似経路を有する障害物位置を検索する。複数の障害物位置のうちの45を付された障害物位置をコントローラユニット13が判断すると、コントローラユニット13はこの障害物位置45を回避対象障害物位置と決定する。即ち、図11で表されるように、コントローラユニット13は、最短疑似距離46を有する方位,疑似距離が指す位置を回避対象障害物位置とする処理を行う。この地点を回避対象障害物と呼ぶこととする。   In the obstacle avoiding operation, the robot 1 refers to a plurality of pseudo distances about obstacles existing around the robot 1 itself, and uses the shortest pseudo distance among these pseudo distances as an input. FIG. 11 is a diagram for explaining a method in which the controller unit 13 determines the position of an obstacle to be avoided. In the figure, obstacles (objects) 42 to 44 exist around the robot 1, and the controller unit 13 generates a plurality of obstacle positions in advance on the pseudo obstacle map. The hatched circle represents the obstacle position. The white circle represents the true position. The controller unit 13 compares the pseudo distances between these obstacle positions and searches for the obstacle position having the shortest pseudo path. When the controller unit 13 determines an obstacle position to which 45 of a plurality of obstacle positions is attached, the controller unit 13 determines the obstacle position 45 as an avoidance target obstacle position. That is, as shown in FIG. 11, the controller unit 13 performs a process in which the azimuth having the shortest pseudo distance 46 and the position pointed to by the pseudo distance are set as the avoidance target obstacle positions. This point is called an obstacle to be avoided.

従来の障害物回避手法では、コントローラが回避軌道を生成するにあたり、コントローラは障害物までの距離とその方向との2成分を考慮しなくてはならなかった。しかし、本実施例による障害物回避制御手法では疑似距離にその方向成分によりもたらされる効果も含まれているので、特例的な処理を除き、マップ生成後のコントローラユニット13の軌道生成作業ではコントローラユニット13は基本的には疑似距離のみを参照すればよい。   In the conventional obstacle avoidance technique, when the controller generates the avoidance trajectory, the controller has to consider two components, the distance to the obstacle and its direction. However, since the obstacle avoidance control method according to the present embodiment also includes the effect brought about by the direction component in the pseudo distance, the controller unit 13 in the track generation work after the map generation except the special processing is the controller unit. 13 basically only needs to refer to the pseudorange.

本例で示すロボット1は疑似距離を入力として障害物回避のための速度出力方向と速度量との2成分を出力するようにしている。従来例のポテンシャル手法はコントローラが1つのポテンシャル関数から強度とその勾配とを求めこれらの強度及び勾配を速度量と速度出力方向とに当てはめたものである。これに対して、コントローラユニット13は2成分の値を算出するにあたり、2つの独立した生成関数を使うようにしている。以下の説明では、これらの2つの独立した生成関数のそれぞれを速度方位ポテンシャル,速度量ポテンシャルと呼ぶこととする。なおここでの「ポテンシャル」という呼称は便宜上用いるものであり、一般的なポテンシャル関数のように導関数が特別な意味を持つわけではない。   The robot 1 shown in this example is configured to output two components, that is, a speed output direction and an amount of speed for avoiding an obstacle by using a pseudo distance as an input. In the potential method of the conventional example, the controller obtains the intensity and its gradient from one potential function, and applies these intensity and gradient to the velocity amount and the velocity output direction. On the other hand, the controller unit 13 uses two independent generation functions when calculating the values of the two components. In the following description, each of these two independent generation functions is called a velocity direction potential and a velocity quantity potential. Here, the term “potential” is used for convenience, and the derivative does not have a special meaning like a general potential function.

速度方位ポテンシャルについて図12から図15を参照して説明する。図12は速度方位ポテンシャルの一例を示す図である。横軸は疑似距離r′であり、縦軸は並進速度出力許容方位角ξである。図12で表されるような形状を有する速度方位ポテンシャルを、コントローラユニット13は予め生成してコントローラユニット13内のメモリ(記憶手段)に記憶しておく。コントローラユニット13は予め横軸と縦軸との各値を取得する処理を実行し、速度方位ポテンシャルを生成しておく。   The velocity direction potential will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a diagram showing an example of the velocity direction potential. The horizontal axis is the pseudo distance r ′, and the vertical axis is the translational speed output allowable azimuth angle ξ. The controller unit 13 generates in advance a velocity direction potential having a shape as shown in FIG. 12 and stores it in a memory (storage means) in the controller unit 13. The controller unit 13 executes a process for acquiring each value of the horizontal axis and the vertical axis in advance to generate a velocity direction potential.

ここでの並進速度出力許容方位角について図13及び図14を参照して更に述べる。図13は並進速度出力許容方向と回避対象障害物方向との関係を示す図である。回避対象障害物方向47は回避対象障害物48の存在する方向である。並進速度出力許容方向とは図13の49で表される。並進速度出力許容方向49は、回避対象障害物方向47に向けることが可能な移動速度出力の限界方向を指す。移動体基準位置50(ここでは移動平面に投影したロボット重心とする)を頂点とし、回避対象障害物方向47と並進速度出力許容方向49とが成す角ξを並進速度出力許容方向角と呼ぶこととする。この並進速度出力許容方向49は、基本的には回避対象障害物方向47から移動速度出力方向に向けて展開される。   The translational speed output allowable azimuth angle here will be further described with reference to FIGS. FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between the translational speed output allowable direction and the avoidance target obstacle direction. The avoidance target obstacle direction 47 is a direction in which the avoidance target obstacle 48 exists. The translational speed output allowable direction is represented by 49 in FIG. The translation speed output allowable direction 49 indicates a limit direction of the movement speed output that can be directed to the avoidance target obstacle direction 47. The angle ξ formed by the moving object reference position 50 (here, the center of gravity of the robot projected on the moving plane) as a vertex and the avoidance target obstacle direction 47 and the translation speed output allowable direction 49 is referred to as a translation speed output allowable direction angle. And This translation speed output allowable direction 49 is basically developed from the avoidance target obstacle direction 47 toward the movement speed output direction.

また、図13の回避対象障害物方向47と並進速度出力許容方向49とが成す角ξは0からπ/2までの範囲を取りうる。コントローラユニット13は、ξが0のとき任意の方向へ移動速度を出力するようにする。これに対し、ξの値が増加するに伴いコントローラユニット13は回避対象障害物方向47への移動速度出力を制限する。コントローラユニット13が制限をかけるため、ξがπ/2になると、コントローラユニット13は回避対象障害物方向47に対し垂直方向もしくは回避対象障害物48から遠ざかる方向にのみ速度出力を行うようにしている。   Further, the angle ξ formed by the avoidance target obstacle direction 47 and the translational speed output allowable direction 49 in FIG. 13 can take a range from 0 to π / 2. The controller unit 13 outputs the moving speed in an arbitrary direction when ξ is zero. On the other hand, as the value of ξ increases, the controller unit 13 limits the movement speed output in the avoidance target obstacle direction 47. Since the controller unit 13 places a limit, when ξ becomes π / 2, the controller unit 13 outputs speed only in a direction perpendicular to the avoidance target obstacle direction 47 or in a direction away from the avoidance target obstacle 48. .

図14は移動体の移動速度の出力方向の補正処理を説明するための図である。図14のように移動速度出力方向51が回避対象障害物方向52と並進速度出力許容方向53との間に存在する場合、ロボット1は移動速度出力方向51を並進速度出力許容方向53にまで補正変更するようにしている。   FIG. 14 is a diagram for explaining the correction process of the moving direction of the moving body in the output direction. If the moving speed output direction 51 exists between the avoidance target obstacle direction 52 and the translation speed output allowable direction 53 as shown in FIG. 14, the robot 1 corrects the moving speed output direction 51 to the translation speed output allowable direction 53. I am trying to change it.

図11の速度方位ポテンシャルより分かる通り、疑似距離r′がある値rmax(第1閾値)以上である場合、コントローラユニット13は並進速度出力許容方位角ξの値を0にする。コントローラユニット13は速度出力方向については特別な制限をかけない。コントローラユニット13により制限を受ける速度方位ポテンシャルの特性は、疑似距離r′がrmax以下になると徐々にξの値が増加し、疑似距離r′がある値rmin(第2閾値)以下ではξの値はπ/2に飽和するような形状をとる。ここでrmaxの値は「ロボット1がどれくらい回避せずに障害物方向にまで接近を許容するか」という回避開始距離を定義する値である。rminの値は「ロボット1が最悪どのくらいの距離まで障害物への接近を許容するか」という限界接近距離を定義する値である。 As can be seen from the velocity azimuth potential in FIG. 11, when the pseudo distance r ′ is greater than or equal to a certain value r max (first threshold), the controller unit 13 sets the value of the translation velocity output allowable azimuth angle ξ to zero. The controller unit 13 does not place any special restrictions on the speed output direction. Characteristics of the velocity azimuth potential restricted by the controller unit 13, the pseudo distance r 'When is below r max increases the value of the gradual xi], pseudorange r' value r min (second threshold value) there is the following xi] Takes a shape that saturates to π / 2. Here, the value of r max is a value that defines the avoidance start distance “how much the robot 1 can approach in the direction of the obstacle without avoiding”. The value of r min is a value that defines a limit approach distance “how far the worst distance the robot 1 can allow to approach an obstacle”.

また、全方向移動車1Aのように任意の時刻に任意の並進移動速度を生成可能な移動体については、コントローラユニット13は補正処理した移動速度出力方向に自身の移動速度出力を設定する処理を行うだけでよい。移動体が本例のような独立二輪駆動型の場合この移動体の動作はノンホロノミックな移動拘束条件下での動作となるため、コントローラユニット13は補正処理した移動速度出力方向に移動速度を生成することができない。このような場合、コントローラユニット13は移動体の姿勢を変更するようにし、移動速度の出力方向が補正処理方向にまで向くようにロボット1を旋回動作させる。コントローラユニット13は旋回のための車軸回転速度が生成されるように、回転動作補正処理を実行する。   For a moving body that can generate an arbitrary translational movement speed at an arbitrary time, such as the omnidirectional vehicle 1A, the controller unit 13 performs a process of setting its own movement speed output in the corrected movement speed output direction. Just do it. When the moving body is an independent two-wheel drive type as in this example, the operation of this moving body is a non-holonomic movement restraint condition, so the controller unit 13 generates a moving speed in the corrected moving speed output direction. Can not do it. In such a case, the controller unit 13 changes the posture of the moving body, and turns the robot 1 so that the output direction of the moving speed is directed to the correction processing direction. The controller unit 13 executes a rotation operation correction process so that an axle rotation speed for turning is generated.

またコントローラユニット13が参照する速度方位ポテンシャルは、図15のように疑似距離と並進速度出力許容方位角ξとの関係が移動体の移動速度に応じて変化するような特徴を有している。図15は、移動体の移動速度に応じて異なるポテンシャル形状を有する速度方位ポテンシャルの一例を示す図である。この速度方位ポテンシャルはコントローラユニット13のメモリに記憶されている。54は移動体の移動速度が速い場合に適用される速度方位ポテンシャルである。55は移動体の移動速度が遅い場合に適用される速度方位ポテンシャルである。56は通常の速度方位ポテンシャルを表す。   Further, the speed azimuth potential referred to by the controller unit 13 has a characteristic that the relationship between the pseudo distance and the translational speed output allowable azimuth angle ξ varies according to the moving speed of the moving body as shown in FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a velocity direction potential having a different potential shape according to the moving speed of the moving body. This speed direction potential is stored in the memory of the controller unit 13. Reference numeral 54 denotes a velocity direction potential applied when the moving speed of the moving body is high. Reference numeral 55 denotes a speed direction potential applied when the moving speed of the moving body is low. 56 represents a normal velocity direction potential.

速度方位ポテンシャル54は、最小疑似距離rmin及び最大疑似距離rmaxがそれぞれ通常の速度方位ポテンシャルの最小疑似距離及び最大疑似距離よりも増加したポテンシャル形状を有する。速度方位ポテンシャル55は、最小疑似距離rmin及び最大疑似距離rmaxがそれぞれ通常の速度方位ポテンシャルの最小疑似距離及び最大疑似距離よりも減少したポテンシャル形状を有する。コントローラユニット13は予めこれらの速度方位ポテンシャル54、55を作成してメモリに設定しておく。これにより指定移動速度が速い場合、障害物に対しなるべく遠い位置から徐々に回避動作を行うことで安全性を高めることを可能とし、指定移動速度が遅い場合、安全性の観点からもある程度の障害物までの接近は許容され、その分指定軌道に沿うように移動させることが可能となる。また高速移動時及び低速移動時のそれぞれにおける最小疑似距離rmin,最大疑似距離rmaxの間の変化幅に限界値を設けておき、コントローラユニット13はある程度の段階で飽和するような処理をかけるようにしてもよい。 The velocity azimuth potential 54 has a potential shape in which the minimum pseudo distance r min and the maximum pseudo distance r max are larger than the minimum pseudo distance and the maximum pseudo distance of the normal velocity azimuth potential, respectively. The velocity direction potential 55 has a potential shape in which the minimum pseudo distance r min and the maximum pseudo distance r max are respectively smaller than the minimum pseudo distance and the maximum pseudo distance of the normal speed direction potential. The controller unit 13 creates these speed direction potentials 54 and 55 in advance and sets them in the memory. As a result, when the designated movement speed is fast, it is possible to improve safety by gradually performing avoidance operation from a position as far away as possible from the obstacle, and when the designated movement speed is slow, a certain degree of obstacle from the viewpoint of safety The approach to the object is allowed, and it can be moved along the designated trajectory accordingly. In addition, a limit value is provided for the range of change between the minimum pseudo distance r min and the maximum pseudo distance r max during high speed movement and low speed movement, and the controller unit 13 performs processing that saturates at a certain level. You may do it.

また、移動速度出力方向が回避対象障害物方向と並進速度出力許容方向との間に存在する場合、コントローラユニット13は原則として並進速度出力許容方向へ向けて移動速度出力方向を変更する。このため、移動速度出力が回避対象障害物方向へ向くような速度変更や姿勢変更は禁止される。移動速度出力方向が回避対象障害物方向と並進速度出力許容方向との間よりも外側に存在する場合でも、移動速度出力方向が並進速度出力許容方向の近傍に存在する場合、コントローラユニット13は移動速度出力方向が回避対象障害物方向へ向くような速度変更や姿勢変更を禁止する。これにより並進速度出力許容方向を挟んでの移動速度出力や姿勢変更のチャタリング的な振動動作が抑制される。   When the moving speed output direction exists between the obstacle direction to be avoided and the translation speed output allowable direction, the controller unit 13 changes the movement speed output direction in principle toward the translation speed output allowable direction. For this reason, speed change and posture change that the movement speed output is directed toward the obstacle to be avoided are prohibited. Even if the moving speed output direction exists outside the direction between the obstacle target obstacle direction and the translation speed output allowable direction, if the moving speed output direction exists in the vicinity of the translation speed output allowable direction, the controller unit 13 moves. Speed change and posture change that prohibit the speed output direction toward the obstacle to be avoided are prohibited. As a result, chattering-like vibration operation for moving speed output and posture change across the translation speed output allowable direction is suppressed.

以上は速度方位ポテンシャルについての説明である。以下、速度量ポテンシャルについて図16を参照して説明する。図16は速度量ポテンシャルの一例を示す図である。横軸は疑似距離である。縦軸は速度許容率γ(0≦γ≦1)である。速度許容率は、速度量ポテンシャルにより制限された状態で移動体が最終的に出力可能な並進速度の最大値を、障害物が無い状態で移動体が本来出力可能な並進速度の最大値で除して得た比率である。この比率は擬似距離および移動体自身の大きさに応じて定まる。移動体であるロボット1が最終的に出力可能な速度最大値は、この比率にロボット1が本来出力可能な速度最大値を乗じて得られる。ここで障害物距離により制限を受ける値は許容出力速度の『最大値』であり、出力速度が直接制限を受けるものではない。このため、速度出力の指令値が最終的に出力可能な速度最大値よりも小さい場合、何の補正も受けることなくそのまま指令された値の速度が出力される。また、速度出力の指令値が本来出力可能な速度最大値より小さい値であっても、最終的に出力可能な速度最大値よりも大きい場合、このときの出力は最終的に出力可能な速度最大値に制限される。   The above is an explanation of the velocity direction potential. Hereinafter, the velocity amount potential will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the velocity amount potential. The horizontal axis is the pseudorange. The vertical axis represents the speed tolerance γ (0 ≦ γ ≦ 1). The speed tolerance is calculated by dividing the maximum translation speed that the mobile unit can finally output in the state limited by the speed quantity potential by the maximum translation speed that the mobile unit can output without any obstacles. This is the ratio obtained. This ratio is determined according to the pseudorange and the size of the moving body itself. The maximum speed that can be finally output by the robot 1 that is a moving body is obtained by multiplying this ratio by the maximum speed that the robot 1 can output. Here, the value restricted by the obstacle distance is the “maximum value” of the allowable output speed, and the output speed is not directly restricted. For this reason, when the command value of the speed output is smaller than the maximum speed value that can be finally output, the speed of the commanded value is output without any correction. Even if the command value for speed output is smaller than the maximum speed value that can be output, if it is larger than the maximum speed value that can be finally output, the output at this time is the maximum speed that can be finally output. Limited to value.

コントローラユニット13は予め横軸と縦軸との各値を取得する処理を実行し、速度量ポテンシャルを生成しメモリに記憶しておく。ここでの速度許容率γは、(式2)のように表現される。

Figure 2010134742
The controller unit 13 executes processing for acquiring each value of the horizontal axis and the vertical axis in advance, generates a speed amount potential, and stores it in the memory. The speed allowable rate γ here is expressed as (Equation 2).
Figure 2010134742

速度許容率γは、許容最大移動速度量vmaxをvmax′に変換するという演算上の効果がある。変換後の許容最大移動速度量vmax′を変換許容最大移動速度量と呼ぶこととする。移動体の並進移動目標速度量|vr|がこの変換許容最大移動速度量以下である場合、コントローラユニット13は特別な処理を発生させない。並進移動目標速度量|vr|が変換許容最大移動速度量を超える場合、コントローラユニット13はそのスカラ量がvmax′になるまで並進移動目標速度を圧縮補正する。ここで補正後の並進移動目標速度を補正並進移動目標速度vr′と呼ぶこととし、(式3)のように表される。

Figure 2010134742
The speed allowable rate γ has an operational effect of converting the allowable maximum moving speed amount v max into v max ′. The allowable maximum moving speed amount v max ′ after conversion is referred to as a conversion allowable maximum moving speed amount. When the translational movement target speed amount | v r | of the moving body is equal to or less than the maximum allowable movement speed amount, the controller unit 13 does not generate any special processing. If the translational movement target speed amount | v r | exceeds the conversion allowable maximum movement speed quantity, the controller unit 13 compresses and corrects the translational movement target speed until the scalar quantity becomes v max ′. Here, the corrected translational movement target speed is referred to as a corrected translational movement target speed v r ′, and is expressed as (Equation 3).
Figure 2010134742

図16から分かる通り、速度許容率γは疑似距離r′が大きいときには1となる。疑似距離r′が閾値rv max(第3閾値)以下では疑似距離r′の減少にともない速度許容率γも減少傾向となり、疑似距離r′が閾値rv min(第4閾値)以下では速度許容率γは0となる。この速度量ポテンシャルに基づくコントローラユニット13の処理の内容は、移動体が障害物に対し衝突コースにない場合、即ち移動体が回避動作対象外の移動を行っている場合、コントローラユニット13は最大速度制限をかけずに、任意の速度を出力させ続ける。回避対象障害物が移動体に近接する場合、コントローラユニット13は最大速度に制限をかける。最終的にはコントローラユニット13は、閾値rv minで表現されるある距離以内には移動体が接近しないよう並進速度の出力を完全に遮断するようにする。これにより障害物との衝突を防ぐことが可能となっている。また速度出力方向もしくは姿勢角をコントローラユニット13が変更すると、それに応じて疑似距離も変化し、これにともない速度許容率γも変化することになるので、再び移動体は並進速度出力可能状態にされる。 As can be seen from FIG. 16, the speed allowable rate γ is 1 when the pseudorange r ′ is large. When the pseudo distance r ′ is equal to or smaller than the threshold value r v max (third threshold value), the speed allowable rate γ tends to decrease as the pseudo distance r ′ decreases, and when the pseudo distance r ′ is equal to or smaller than the threshold value r v min (fourth threshold value), the speed is decreased. The allowable rate γ is zero. The contents of the processing of the controller unit 13 based on the speed amount potential are as follows. When the moving body is not on the collision course against the obstacle, that is, when the moving body is moving out of the avoidance operation target, the controller unit 13 Continue to output any speed without restriction. When the obstacle to be avoided is close to the moving body, the controller unit 13 limits the maximum speed. Eventually, the controller unit 13 completely cuts off the output of the translation speed so that the moving body does not approach within a certain distance expressed by the threshold value r v min . This makes it possible to prevent a collision with an obstacle. Further, if the controller unit 13 changes the speed output direction or the attitude angle, the pseudo distance also changes accordingly, and the speed allowable rate γ changes accordingly. Therefore, the mobile body is again enabled for translational speed output. The

本例では速度方位ポテンシャルおよび速度量ポテンシャルを直線で表現したが、これらは請求項に記載の本発明を実現するための一例にすぎない。三角関数やrmin,rmaxを変曲点とするような高次関数など他の関数を使用して本例以外の形状のポテンシャル関数をデザインしても何ら問題はなく、これらを変形した発明は請求項に記載の本発明の範囲内である。 In this example, the velocity azimuth potential and the velocity quantity potential are expressed by straight lines, but these are only examples for realizing the present invention described in the claims. There is no problem in designing a potential function having a shape other than this example using other functions such as trigonometric functions and higher order functions having r min and r max as inflection points. Is within the scope of the invention as defined in the claims.

以上の処理をコントローラユニット13が行うことにより、障害物の位置及び距離に応じて、移動体の並進移動速度量と、移動体の速度出力方向もしくは姿勢角速度とに補正が加えられる。結果として移動体の移動経路上に存在する障害物を回避するような速度出力を生成することが可能となる。   By performing the above processing, the controller unit 13 corrects the translational movement speed amount of the moving body and the speed output direction or attitude angular speed of the moving body according to the position and distance of the obstacle. As a result, it is possible to generate a speed output that avoids an obstacle present on the moving path of the moving body.

上述の構成により、コントローラユニット13は、障害物回避速度補正処理を行う。図17はコントローラユニット13による障害物回避速度補正処理のフローチャートである。コントローラユニット13は、モータ5、6を制御対象としてこれらのモータ5、6のモータシャフトの回転制御のサーボ周期毎に制御動作を実行する。   With the above-described configuration, the controller unit 13 performs an obstacle avoidance speed correction process. FIG. 17 is a flowchart of the obstacle avoidance speed correction process by the controller unit 13. The controller unit 13 executes the control operation for each servo cycle of the rotation control of the motor shafts of the motors 5 and 6 with the motors 5 and 6 being controlled.

障害物の存在を考慮される前の処理であるステップA1において、コントローラユニット13は、並進速度の指令値Vと、旋回速度の指令値ωとを入力される。ステップA2において、コントローラユニット13は、並進速度指令値方向に関する最短疑似距離障害物を探索する。レーザレンジファインダ9−12により障害物が検知されない間、コントローラユニット13は、Yルートを通り、ステップA1の処理を行う。レーザレンジファインダ9−12のいずれかにより障害物が検知されると、Nルートを通り、ステップA3において、コントローラユニット13は、並進速度出力許容方向を算出する。   In step A1, which is a process before the presence of an obstacle is considered, the controller unit 13 receives the translation speed command value V and the turning speed command value ω. In step A2, the controller unit 13 searches for the shortest pseudo-range obstacle with respect to the translation speed command value direction. While the obstacle is not detected by the laser range finder 9-12, the controller unit 13 performs the process of step A1 through the Y route. When an obstacle is detected by any of the laser range finders 9-12, the controller unit 13 calculates a translational speed output allowable direction in step A3 through the N route.

引き続き、ステップA4において、コントローラユニット13は、並進速度指令値vの方向が回避対象障害物方向と並進速度出力許容方向との間に存在するかどうかを判定する。コントローラユニット13は存在すると判定した場合、Yルートを通り、ステップA5において、現在の姿勢状態で並進速度出力許容方向に速度を出力可能であるかどうかを判定する。ステップA5において、出力可能であるとコントローラユニット13が判定した場合、Yルートを通り、ステップA6において、コントローラユニット13は、並進速度指令値vが並進速度許容方向になるよう速度値を並進速度指令値v′に補正する。   Subsequently, in step A4, the controller unit 13 determines whether the direction of the translation speed command value v exists between the avoidance target obstacle direction and the translation speed output allowable direction. If it is determined that the controller unit 13 exists, it is determined whether the speed can be output in the translational speed output allowable direction in the current posture state through the Y route in Step A5. If the controller unit 13 determines that the output is possible in step A5, the Y route is passed. In step A6, the controller unit 13 sets the speed value so that the translation speed command value v is in the translation speed allowable direction. Correct to the value v '.

続いて、ステップA7において、コントローラユニット13は、補正後の並進速度指令値方向に関する最短疑似距離障害物を探索する。ステップA8において、コントローラユニット13は、変換許容最大移動速度量を算出する。ステップA9において、コントローラユニット13は、移動体の並進移動速度量が変換許容最大移動速度量よりも大きいかどうかを判定する。並進移動速度量が変換許容最大移動速度量よりも大きいとコントローラユニット13が判定した場合、Yルートを通り、ステップA10において、コントローラユニット13は並進移動速度の圧縮補正を行い、ステップA11において、コントローラユニット13は圧縮補正した速度を出力する。ステップA9において、並進移動速度量が変換許容最大移動速度量よりも大きくはないとコントローラユニット13が判定した場合、Nルートを通り、ステップA11においてコントローラユニット13はそのまま速度を出力する。   Subsequently, in step A7, the controller unit 13 searches for the shortest pseudo-range obstacle with respect to the corrected translational speed command value direction. In step A8, the controller unit 13 calculates a conversion allowable maximum moving speed amount. In Step A9, the controller unit 13 determines whether or not the translational movement speed amount of the moving body is larger than the conversion allowable maximum movement speed amount. When the controller unit 13 determines that the translational movement speed amount is larger than the conversion allowable maximum movement speed amount, the controller unit 13 performs the compression correction of the translational movement speed in step A10 through the Y route, and in step A11, the controller unit 13 The unit 13 outputs the compression corrected speed. If the controller unit 13 determines in step A9 that the translational movement speed amount is not greater than the maximum conversion allowable movement speed amount, the controller unit 13 outputs the speed as it is in step A11 through the N route.

また、ステップA5において、現在の姿勢状態で並進速度出力許容方向に速度を出力可能ではないとコントローラユニット13が判定した場合、Nルートを通り、ステップA12において、コントローラユニット13は、並進速度指令値vが並進速度許容方向を向くように旋回速度補正候補値ω′を生成する。この場合、並進速度指令値vの方位補正をコントローラユニット13は行わない。続くステップA13において、コントローラユニット13は、旋回速度指令値ωと旋回速度補正候補値ω′とが同一の回転方向でありかつ|ω|>|ω′|であるかどうかを判定する。ωとω′とが同一回転方向でありかつ|ω|>|ω′|である場合、Yルートを通り、コントローラユニット13は、ステップA7の処理を行う。また、ωとω′とが同一回転方向ではない場合あるいは|ω|が|ω′|以下である場合、Nルートを通り、ステップA14において、コントローラユニット13は、旋回速度指令を旋回速度補正候補値に変更し、ステップA7に進む。   In Step A5, when the controller unit 13 determines that the speed cannot be output in the translational speed output allowable direction in the current posture state, the N route is taken, and in Step A12, the controller unit 13 determines the translation speed command value. A turning speed correction candidate value ω ′ is generated so that v is in the translation speed allowable direction. In this case, the controller unit 13 does not correct the direction of the translation speed command value v. In subsequent step A13, the controller unit 13 determines whether or not the turning speed command value ω and the turning speed correction candidate value ω ′ are in the same rotation direction and | ω |> | ω ′ |. When ω and ω ′ are in the same rotation direction and | ω |> | ω ′ |, the controller unit 13 performs the process of step A7 through the Y route. If ω and ω ′ are not in the same rotational direction or if | ω | is equal to or smaller than | ω ′ |, the route passes through the N route, and in step A14, the controller unit 13 sends the turning speed command to the turning speed correction candidate. Change to a value and go to Step A7.

このように、進行方向から障害物が無くなると、ロボット1は移動目標位置に向かって再び速度指令を生成しそれを出力するので目標へ復帰できるようになる。   As described above, when the obstacle disappears from the traveling direction, the robot 1 again generates a speed command toward the movement target position and outputs it, so that it can return to the target.

本例で解説した障害物回避制御手法は、コントローラユニット13に対しセンサ類からのセンサ入力が発生すると、コントローラユニット13はこのセンサ入力に対し、直ちに反応して動作補正を行うことが可能な反射的な障害物回避動作と表現することができる。この反射的障害物回避動作を実現する本制御処理を、経路計画に基づく障害物回避移動制御処理の後に実行するように移動体を移動制御するようにもできる。   In the obstacle avoidance control method described in this example, when a sensor input from the sensors is generated to the controller unit 13, the controller unit 13 can react immediately to the sensor input and perform operation correction. It can be expressed as a typical obstacle avoidance operation. It is also possible to control the movement of the moving body so that this control process for realizing the reflective obstacle avoidance operation is executed after the obstacle avoidance movement control process based on the route plan.

図18は移動体に対する階層構造指令伝達型の移動制御方法を説明するためのフローチャートである。この移動体に実装された制御手段は、ステップB1において、障害物回避計画軌道を生成する。ステップB1における処理では、制御手段は図示しない地図データベースを参照した上で障害物回避計画軌道を生成する。ステップB2において、制御手段は、障害物は考慮せずに、並進速度及び旋回速度の出力値を計算する。引き続き、ステップB3において、制御手段は、障害物回避速度補正を行う。制御手段はこの障害物回避速度補正に、本例の手法を適用する。ステップB4において、制御手段は、補正速度を出力する。モータの回転数が計算されてから出力される。   FIG. 18 is a flow chart for explaining a hierarchical structure command transmission type movement control method for a moving body. The control means mounted on the moving body generates an obstacle avoidance planned trajectory in step B1. In the process in step B1, the control means generates an obstacle avoidance plan trajectory with reference to a map database (not shown). In step B2, the control means calculates the output value of the translation speed and the turning speed without considering the obstacle. Subsequently, in step B3, the control means performs obstacle avoidance speed correction. The control means applies the technique of this example to the obstacle avoidance speed correction. In step B4, the control means outputs a correction speed. It is output after the motor speed is calculated.

換言すれば、特許文献1に記載の移動体の経路生成法のような経路計画に基づく障害物回避移動制御フローの下流に、障害物回避速度補正処理フローを配置する。制御手段はまず既知である地形情報に基づき効率的な経路を計画的に生成しつつ移動体に移動を行わせる。既知の情報通りに事が運んでいる間、制御手段は、本例の反射的障害物回避処理を表面化させることなく通常の移動動作指令をそのまま出力して計画通りの理想的な移動動作をおこなう。予期せぬ障害物が出現したときや、あるいは計画時の自己位置の認識誤差または地形データベース側の事前情報と実際の情報との誤差などにより、制御手段が生成した計画軌道では移動体が障害物に接触してしまうような状況に陥ってしまったときに、制御手段が本例の反射的障害物処理を発現させて障害物を回避する速度補正を適切に主処理に割り込ませるようにすることが可能となる。   In other words, the obstacle avoidance speed correction processing flow is arranged downstream of the obstacle avoidance movement control flow based on the route plan such as the moving object route generation method described in Patent Document 1. The control means first causes the moving body to move while systematically generating an efficient route based on the known terrain information. While things are carried according to the known information, the control means outputs the normal movement operation command as it is without making the reflective obstacle avoidance processing of this example surface, and performs the ideal movement operation as planned. . When an unexpected obstacle appears, or due to a recognition error of self-location at the time of planning or an error between the prior information on the terrain database side and the actual information, the moving object is obstructed on the planned trajectory generated by the control means. When a situation occurs such that the control means causes the reflective obstacle processing of this example to occur, and speed correction that avoids the obstacle is appropriately interrupted to the main processing. Is possible.

本提案の障害物回避制御手法を用いることにより、外部環境の予期せぬ乱れに強い安定した移動を実現することが可能となる。安定した移動が実現することは、移動ロボットなどの活動の場を、環境の作り込みでは片付けることのできない一般的な環境下へと大きく広げることを可能にすると考えられる。さらに回避対象障害物を選定することや、移動体自身の回避動作用の指令値などを出力することが連続的な状態量として扱われている。このため、出力される回避動作なども滑らかで効率も良く、また最短疑似距離をもつ1つの回避対象障害物を選定した上で計算が行われるため制御装置にかかる計算負荷も非常に小さく、非常に実用的な手法である。   By using the proposed obstacle avoidance control method, it is possible to realize a stable movement resistant to unexpected disturbance of the external environment. The realization of stable movement is considered to make it possible to greatly expand the field of activity of mobile robots and the like into a general environment that cannot be cleared up by creating the environment. Further, selecting an obstacle to be avoided and outputting a command value for avoiding operation of the moving body itself are treated as continuous state quantities. For this reason, the avoidance operation that is output is smooth and efficient, and the calculation is performed after selecting one avoidable obstacle with the shortest pseudorange. This is a practical technique.

このように、コントローラユニット13は、移動体の移動方向からの角の大きさに応じて距離が変化する疑似距離が支配する、障害物と移動体との相対的な姿勢関係により値が変化する異方特性を持った速度・姿勢ポテンシャルより移動状態を用意し、この移動状態の量に周囲障害物までの最短疑似距離を毎時与えることで得られる速度および姿勢により回避動作を実現する制御手法を定める。   As described above, the controller unit 13 changes its value depending on the relative posture relationship between the obstacle and the moving body, which is controlled by the pseudo distance whose distance changes according to the size of the angle from the moving direction of the moving body. A control method that realizes avoidance action based on the speed and posture obtained by preparing the moving state from the velocity and posture potential with anisotropic characteristics and giving the shortest pseudo distance to the surrounding obstacle every hour to the amount of this moving state Determine.

このようにして、コントローラユニット13によれば、計算負荷が低い移動体を得ることができる。また、移動体の移動がスムーズとなり環境の動的変化などノイズに強いロバストな移動動作が可能になる。   Thus, according to the controller unit 13, a mobile body with a low calculation load can be obtained. In addition, the moving body can move smoothly, and a robust movement operation resistant to noise such as a dynamic change in environment can be performed.

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記実施形態では、移動体進行方向と計測対象方向とが成す角度が大きくなるほど、コントローラユニット13は真値よりも距離が長い疑似距離r′を生成していたが、コントローラユニット13は、同角度が大きくなるほど、真値よりも距離が短い疑似距離r′を生成するようにもできる。例えばロボット本体の胴部の横断面の形状が真円でなく、断面形状中の右前方向の部位がロボット本体よりも外方へ突出して形成されている場合、この右前方向の部位は障害物に接触しやすい。あるいは移動体の筐体が構造的に弱い部位を有し、この構造的に弱い部位が障害物と接触するリスクを減らすように設計することがある。これらの障害物に接触しやすい右前方向の部位や、構造的に弱い部位を保護するためには、右前方向で最短となるようにする(正面方向から右前方向へ向かうにつれて一度疑似距離が小さくなる)処理をコントローラユニット13が行うようにする。速度方位ポテンシャルや速度量ポテンシャルをメモリに記憶する際に、右前方向の部位や、構造的に弱い部位が存在する方位で疑似距離が小さくなるようなポテンシャル形状を有する速度方位ポテンシャルや速度量ポテンシャルをメモリに書き込むのである。コントローラユニット13がこれらのポテンシャルをメモリから読み込むことによって、コントローラユニット13は、移動体進行方向と計測対象方向とが成す角度が大きくなるほど、真値よりも距離が短い疑似距離r′を生成することができる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In the above embodiment, the controller unit 13 generates the pseudo distance r ′ that is longer than the true value as the angle formed by the moving body traveling direction and the measurement target direction increases. It is also possible to generate a pseudo distance r ′ whose distance is shorter than the true value as the value of becomes larger. For example, if the shape of the cross section of the body of the robot body is not a perfect circle, and the part in the right front direction in the cross section is formed to protrude outward from the robot body, the part in the right front direction is an obstacle. Easy to touch. Or it may be designed so that the housing | casing of a moving body has a structurally weak site | part, and reduces the risk that this structurally weak site | part will contact an obstruction. In order to protect the right front direction part that is easy to contact these obstacles and the structurally weak part, the shortest distance is set in the right front direction (the pseudo distance once decreases from the front direction toward the right front direction). ) The processing is performed by the controller unit 13. When storing the velocity azimuth potential or velocity quantity potential in the memory, the velocity azimuth potential or velocity quantity potential having a potential shape that reduces the pseudorange in the azimuth where there is a site in the front right direction or a weakly structural part exists. Write to memory. When the controller unit 13 reads these potentials from the memory, the controller unit 13 generates a pseudo distance r ′ whose distance is shorter than the true value as the angle formed by the moving body traveling direction and the measurement target direction increases. Can do.

また、コントローラユニット13は、障害物の方位角の大きさに応じて、実計測距離を変化させて疑似距離を生成する疑似距離生成手段として機能する。このコントローラユニット13は、疑似距離に基づき、移動体が障害物を回避するよう移動体の動作を制御する制御手段として機能する。コントローラユニット13は、回避対象決定手段、並進速度出力指令値補正処理手段、旋回速度出力指令値補正処理手段としても機能する。各手段はCPU、ROM、RAMにより実現される。   Further, the controller unit 13 functions as a pseudo distance generation unit that generates a pseudo distance by changing the actual measurement distance according to the azimuth angle of the obstacle. The controller unit 13 functions as a control unit that controls the operation of the moving body so that the moving body avoids an obstacle based on the pseudo distance. The controller unit 13 also functions as avoidance target determination means, translation speed output command value correction processing means, and turning speed output command value correction processing means. Each means is realized by a CPU, a ROM, and a RAM.

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。本発明は、ロボットや全方向移動車のほかに、自動車などにも利用可能であり、自動車等の移動装置、移動制御装置及び制御手法に適用可能である。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. The present invention can be used not only for robots and omnidirectional vehicles, but also for automobiles and the like, and can be applied to mobile devices such as automobiles, movement control devices, and control methods.

(a)は本発明の実施の形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置が実装された移動体の上面図であり、(b)は移動体の正面図である。(A) is a top view of the moving body in which the movement control apparatus which has an obstacle avoidance function based on embodiment of this invention was mounted, (b) is a front view of a moving body. レーザレンジファインダの計測可能領域を示す図である。It is a figure which shows the measurable area | region of a laser range finder. 本発明の実施の形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the movement control device which has an obstacle avoidance function concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る障害物回避機能を有する移動制御装置が作成する障害物マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the obstacle map which the movement control apparatus which has an obstacle avoidance function which concerns on embodiment of this invention produces. 移動体が前進する時の疑似距離の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the pseudo distance when a moving body advances. 移動体が後進する時の疑似距離の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the pseudo distance when a moving body reverses. 角度と疑似距離との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between an angle and a pseudo distance. 同一地点での前進及び後進の進行方向切り替わりにより周囲環境の障害物位置が変化する疑似障害物マップの概念図である。It is a conceptual diagram of the pseudo obstacle map in which the obstacle position of the surrounding environment changes by forward and backward traveling direction switching at the same point. 移動体の姿勢変更後の移動により周囲環境の障害物位置が変化する疑似障害物マップの概念図である。It is a conceptual diagram of the pseudo obstacle map in which the obstacle position in the surrounding environment changes due to the movement after the posture change of the moving body. 移動体として全方向移動車が用いられる場合の障害物マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an obstacle map in case an omnidirectional mobile vehicle is used as a moving body. 回避対象の障害物の位置をコントローラユニットが決定する手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method in which a controller unit determines the position of the obstruction to be avoided. 速度方位ポテンシャルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a velocity direction potential. 並進速度出力許容方向と回避対象障害物方向との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a translation speed output permission direction and the avoidance target obstacle direction. 移動体の移動速度の出力方向の補正処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correction process of the output direction of the moving speed of a moving body. 移動体の移動速度に応じて異なるポテンシャル形状を有する速度方位ポテンシャルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the speed direction potential which has a different potential shape according to the moving speed of a moving body. 速度量ポテンシャルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of velocity amount potential. コントローラユニットによる障害物回避速度補正処理のフローチャートである。It is a flowchart of the obstacle avoidance speed correction process by a controller unit. 移動体に対する階層構造指令伝達型の移動制御方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the movement control method of the hierarchical structure command transmission type with respect to a moving body.

符号の説明Explanation of symbols

1…ロボット(移動体)、1A…全方向移動車(移動体)、2,2A…基台、3,4…駆動輪、5,6…モータ、7…前方キャスタ、8…後方キャスタ、9−12…レーザレンジファインダ(計測手段)、13…コントローラユニット(障害物回避機能を有する移動制御装置)、14,15…回転角度センサ(検出手段)、16…位置センサ(検出手段)、17…姿勢センサ(検出手段)、18…レーザレンジファインダ計測可能領域、19…経路生成部、20…目標軌道生成部、21,25…演算部、22…ロボット移動速度指令値生成部、23…障害物回避速度指令値補正部、24…車軸回転速度指令値生成部、26…モータ制御電流指令値生成部、27…ロボット本体、28〜32,37〜40,42〜44…障害物ないしは物体、33…移動体進行方位、34…実位置、35…疑似位置、36…疑似障害物位置、41…駆動輪、45…障害物位置、46…最短疑似距離、47…回避対象障害物方向、48…回避対象障害物、49…並進速度出力許容方向、50…移動体基準位置、51…移動速度出力方向、52…回避対象障害物方向、53…並進速度出力許容方向、54〜56…速度方位ポテンシャル、57…障害物位置、58…疑似距離、59…真の距離、60…疑似位置、61…真の位置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot (moving body), 1A ... Omnidirectional moving vehicle (moving body), 2, 2A ... Base, 3, 4 ... Drive wheel, 5, 6 ... Motor, 7 ... Front caster, 8 ... Back caster, 9 -12 ... Laser range finder (measuring means), 13 ... Controller unit (movement control device having an obstacle avoidance function), 14, 15 ... Rotation angle sensor (detecting means), 16 ... Position sensor (detecting means), 17 ... Attitude sensor (detection means), 18 ... Laser range finder measurable area, 19 ... Path generation unit, 20 ... Target trajectory generation unit, 21, 25 ... Calculation unit, 22 ... Robot movement speed command value generation unit, 23 ... Obstacle Avoidance speed command value correction unit, 24 ... Axle rotation speed command value generation unit, 26 ... Motor control current command value generation unit, 27 ... Robot body, 28-32, 37-40, 42-44 ... Obstacle or object, 3 A moving body traveling direction, 34 an actual position, 35 a pseudo position, 36 a pseudo obstacle position, 41 a driving wheel, 45 an obstacle position, 46 a shortest pseudo distance, 47 an avoidance target obstacle direction, 48. Avoided obstacle, 49 ... translation speed output allowable direction, 50 ... moving body reference position, 51 ... moving speed output direction, 52 ... avoidance target obstacle direction, 53 ... translation speed output allowable direction, 54-56 ... speed direction potential 57 ... Obstacle position, 58 ... Pseudo distance, 59 ... True distance, 60 ... Pseudo position, 61 ... True position.

Claims (14)

移動体と、
この移動体に設けられ、移動体進行方位を検出する検出手段と、
前記移動体に設けられ、障害物の位置およびこの障害物までの実計測距離を計測し、この検出手段が検出した前記移動体進行方位に対する前記障害物の方位角を出力する計測手段と、
この計測手段が出力した前記障害物の方位角の大きさに応じて、前記実計測距離を変化させて疑似距離を生成する疑似距離生成手段と、
この疑似距離生成手段が生成した前記疑似距離に基づき、前記移動体が前記障害物を回避するよう前記移動体の動作を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする障害物回避機能を有する移動制御装置。
A moving object,
A detecting means provided on the moving body for detecting the moving body traveling direction;
Measuring means provided on the moving body, measuring the position of the obstacle and the actual measurement distance to the obstacle, and outputting the azimuth angle of the obstacle with respect to the moving body traveling direction detected by the detecting means;
A pseudo distance generating means for generating a pseudo distance by changing the actual measurement distance according to the magnitude of the azimuth angle of the obstacle output by the measuring means,
Control means for controlling the operation of the moving body so that the moving body avoids the obstacle based on the pseudo distance generated by the pseudo distance generating means;
A movement control device having an obstacle avoidance function.
前記疑似距離生成手段は、前記角度が大きくなるほど前記疑似距離を真値よりも長くすることを特徴とする請求項1記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。   The movement control apparatus having an obstacle avoidance function according to claim 1, wherein the pseudo distance generation unit makes the pseudo distance longer than a true value as the angle increases. 前記疑似距離生成手段は、前記疑似距離を入力とし移動指令値を補正した補正移動指令値を出力することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。   3. The movement control device having an obstacle avoidance function according to claim 1, wherein the pseudo distance generation means outputs a corrected movement command value obtained by correcting the movement command value with the pseudo distance as an input. 前記疑似距離生成手段は、前記移動体の周囲に存在する物体のうち、前記疑似距離が最短の計測点を有する物体の位置を回避対象障害物位置として決定する回避対象決定手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。   The pseudo distance generation means includes avoidance target determination means for determining, as an avoidance target obstacle position, an object position having a measurement point with the shortest pseudo distance among objects existing around the moving body. A movement control device having an obstacle avoidance function according to any one of claims 1 to 3. 前記疑似距離生成手段は、
前記疑似距離および前記移動体自身の大きさに応じて前記移動体が取ることのできる並進速度出力許容方向の方位角と前記疑似距離との関係を定める速度方位ポテンシャル情報を記憶する記憶手段と、
前記移動体が出力する予定の並進移動速度の方向が回避対象障害物方向と前記並進速度出力許容方向との間に存在する場合、前記移動体の速度の出力の方向を、前記並進速度の出力が許容される方向にまで変更する並進速度出力指令値補正処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。
The pseudo-range generating means is
Storage means for storing speed azimuth potential information that defines a relationship between the pseudo distance and an azimuth of a translational speed output allowable direction that can be taken by the mobile body according to the pseudo distance and the size of the mobile body itself;
When the direction of the translational movement speed scheduled to be output by the moving body exists between the direction of the obstacle to be avoided and the translational speed output allowable direction, the direction of the output of the translational speed is output as the translational speed output. Translational speed output command value correction processing means for changing to a permissible direction,
The movement control apparatus which has an obstacle avoidance function in any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned.
前記疑似距離生成手段は、
前記疑似距離が大きくなるほど前記移動体が取ることのできる並進速度出力許容方向の方位角が0に近づき、前記疑似距離が小さくなるほど前記並進速度出力許容方向の方位角がπ/2に近づくようなポテンシャル形状を有する速度方位ポテンシャル情報を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。
The pseudo-range generating means is
As the pseudo distance increases, the azimuth angle of the translation speed output permissible direction that the mobile body can take approaches 0, and as the pseudo distance decreases, the azimuth angle of the translation speed output permissible direction approaches π / 2. 6. The movement control apparatus having an obstacle avoidance function according to claim 1, further comprising storage means for storing speed direction potential information having a potential shape.
前記疑似距離生成手段は、
前記疑似距離が第1閾値rmax以上である場合、前記移動体が取ることのできる並進速度出力許容方向の方位角が0となり、前記疑似距離が前記第1閾値rmax以下である場合、前記疑似距離の減少に伴い前記並進速度出力許容方向の方位角がπ/2に近づき、前記疑似距離が第2閾値rmin以下である場合、前記並進速度出力許容方向の方位角がπ/2となるようなポテンシャル形状を有する速度方位ポテンシャル情報を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。
The pseudo-range generating means is
When the pseudo distance is equal to or greater than the first threshold value r max , the azimuth angle of the translational speed output allowable direction that can be taken by the moving body is 0, and when the pseudo distance is equal to or less than the first threshold value r max , When the azimuth angle in the translational speed output allowable direction approaches π / 2 as the pseudorange decreases, and the pseudorange is equal to or less than the second threshold value r min , the azimuth angle in the translational speed output allowable direction is π / 2. The movement control apparatus having an obstacle avoidance function according to claim 1, further comprising storage means for storing speed direction potential information having such a potential shape.
前記記憶手段は、
前記移動体の移動速度が速いほど、前記移動体の移動速度が遅いときの疑似距離に比べて遠い擬似距離である段階から許容方位角を制限することを開始し、この移動速度が遅いときの疑似距離に比べて遠い擬似距離である段階でこの許容方位角が飽和状態に到達するよう、前記移動体の移動速度に応じて値が変化するようなポテンシャル形状を有する出力方位ポテンシャル情報を記憶することを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。
The storage means
As the moving speed of the moving body increases, the allowable azimuth angle starts to be limited from the stage where the pseudo distance is far compared to the pseudo distance when the moving speed of the moving body is low. Stores output azimuth potential information having a potential shape whose value changes according to the moving speed of the mobile body so that the allowable azimuth angle reaches a saturated state at a pseudo distance far from the pseudo distance. The movement control device having an obstacle avoidance function according to claim 5.
前記並進速度出力指令値補正処理手段により変更された補正並進移動速度出力指令方向に対し、前記移動体が現状の姿勢で速度を出力することが不可能である場合、この移動体が速度を出力可能になるまで前記移動体自身の姿勢を転回するよう出力予定旋回移動速度を変更して旋回速度を発生させる旋回速度出力指令値補正処理手段を更に備えることを特徴とする請求項5乃至8のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。   When the moving body cannot output a speed in the current posture with respect to the corrected translational movement speed output command direction changed by the translation speed output command value correction processing means, the moving body outputs a speed. 9. The turning speed output command value correction processing means for generating a turning speed by changing a planned output turning movement speed so as to turn the posture of the moving body until it becomes possible. The movement control apparatus which has an obstacle avoidance function in any one. 前記並進移動速度を出力する方向が前記回避対象障害物方向と前記並進速度出力許容方向との間もしくは前記並進速度出力許容方向の近傍に存在する場合において、前記並進移動速度を出力する方向が前記回避対象障害物方向へ近づく旋回速度出力指令値の出力を許可しない旋回速度出力指令値補正処理手段を更に備えることを特徴とする請求項5乃至9のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。   When the direction in which the translation movement speed is output is between the avoidance target obstacle direction and the translation speed output allowable direction or in the vicinity of the translation speed output allowable direction, the direction in which the translation movement speed is output is The obstacle avoidance function according to any one of claims 5 to 9, further comprising a turning speed output command value correction processing means that does not permit the output of the turning speed output command value approaching the avoidance target obstacle direction. Movement control device. 前記疑似距離生成手段は、
速度量ポテンシャルにより制限された状態で前記移動体が出力可能な並進速度の最大値を、前記障害物が無い状態で前記移動体が出力可能な並進速度の最大値で除した値を表す比率と、前記疑似距離との関係を定める速度量ポテンシャル情報を記憶する記憶手段と、
前記移動体の出力予定の並進移動速度量がその出力時に得られる並進速度最大値よりも大きい場合、並進速度出力指令値を並進速度最大値にまで変更する並進速度出力指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。
The pseudo-range generating means is
A ratio representing a value obtained by dividing the maximum value of the translation speed that can be output by the moving body in a state that is limited by the speed amount potential, by the maximum value of the translation speed that can be output by the moving body in the state where there is no obstacle. Storage means for storing speed quantity potential information that defines the relationship with the pseudorange;
A translation speed output command value correcting means for changing the translation speed output command value to a translation speed maximum value when the translational movement speed amount to be output of the moving body is greater than the translation speed maximum value obtained at the time of output;
The movement control apparatus which has an obstacle avoidance function in any one of Claims 1 thru | or 10 characterized by the above-mentioned.
前記疑似距離生成手段は、
前記疑似距離が大きくなるほど、速度量ポテンシャルにより制限された状態で前記移動体が出力可能な並進速度の最大値を、前記障害物が無い状態で前記移動体が出力可能な並進速度の最大値で除した値を表す比率が1に近づき、前記疑似距離が小さくなるほどこの比率が0に近づくようなポテンシャル形状を有する速度量ポテンシャル情報を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。
The pseudo-range generating means is
As the pseudo distance increases, the maximum translation speed that can be output by the moving body in a state limited by the velocity amount potential is the maximum translation speed that the mobile body can output without the obstacle. 12. A storage means for storing speed quantity potential information having a potential shape such that a ratio representing a divided value approaches 1 and the ratio approaches 0 as the pseudo-range decreases. The movement control apparatus which has an obstacle avoidance function in any one of.
前記疑似距離生成手段は、
前記疑似距離が第3閾値rv max以上である場合、速度量ポテンシャルにより制限された状態で前記移動体が出力可能な並進速度の最大値を、前記障害物が無い状態で前記移動体が出力可能な並進速度の最大値で除した値を表す比率が1となり、前記疑似距離が前記第3閾値rv max以下である場合、前記疑似距離の減少に伴い前記比率は0に近づき、前記疑似距離が第4閾値rv min以下である場合、前記比率が0となるようなポテンシャル形状を有する速度量ポテンシャル情報を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の障害物回避機能を有する移動制御装置。
The pseudo-range generating means is
When the pseudo distance is equal to or greater than the third threshold value r v max , the moving body outputs the maximum translational speed that can be output by the moving body in a state limited by the speed amount potential, and in the absence of the obstacle. When the ratio representing the value obtained by dividing the maximum possible translation speed is 1 and the pseudo distance is equal to or less than the third threshold value r v max , the ratio approaches 0 as the pseudo distance decreases, and the pseudo distance 13. The storage device according to claim 1, further comprising: a storage unit that stores velocity amount potential information having a potential shape such that the ratio becomes 0 when the distance is equal to or less than a fourth threshold value r v min. A movement control device having the described obstacle avoidance function.
移動空間に関する外部環境情報を保存し更新可能な記録手段と、
この記録手段に記録された前記外部環境情報をもとに目的地点までの適切な経路を生成可能な経路生成手段と、
この経路生成手段により生成された前記経路を辿るような速度出力指令値を生成する移動速度出力生成手段と、
この移動速度出力生成手段が生成した前記速度出力指令値に対して、速度出力補正を行う請求項1乃至13に記載の疑似距離生成手段と、
を備えることを特徴とする障害物回避機能を有する移動制御装置。
Recording means capable of storing and updating external environment information related to the moving space;
Route generating means capable of generating an appropriate route to the destination point based on the external environment information recorded in the recording means;
A moving speed output generating means for generating a speed output command value that follows the path generated by the path generating means;
The pseudo distance generating means according to claim 1, wherein speed output correction is performed on the speed output command value generated by the moving speed output generating means,
A movement control device having an obstacle avoidance function.
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