JP2011150473A - 自律型移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】障害物検出手段30aと、その検出した障害物が移動障害物であるか否かを判定する移動障害物判定手段30bと、移動障害物データを含む地図を作成する地図作成手段20aと、移動障害物データが存在する地図上の座標位置をマーキングするマーキング手段30cと、所定の時間経過前に、上記マーキングした座標位置における移動障害物を検出する移動障害物検出手段30dと、所定の時間経過毎に、そのマーキングした座標位置の移動障害物データを残置し、かつ、他の座標位置の移動障害物データを消去する移動障害物消去手段20bと、マーキングに係る移動障害物データを残置した地図に基づき経路計画を作成する経路計画作成手段20cと、経路計画に従い移動領域内を移動させるための移動手段10aとを有する。
【選択図】図2
Description
特許文献1に記載された自走式車両は、走行手段を備えた車輌本体と、この車輌本体に設けられ、進行方向前方の走行路面を車幅方向に一次元走査して走行路面との距離を測定し、かつ走査面が互いに平行しているとともに互いに同期して走査を実施する複数の距離測定装置と、各距離測定装置により取得した距離データから、適正な距離データを抽出するデータ抽出手段と、データ抽出手段により抽出された距離データを用いて、障害物が存在しない走行路面と各距離測定装置における走査面との交線である路面平均線を算出する路面平均線算出手段と、各距離測定装置から各距離測定装置に対応する路面平均線までの距離、および各距離測定装置の設置間隔に基づいて、走査範囲の所定方向における走行路面の断面形状を算出する路面断面形状算出手段と、路面断面形状算出手段により算出された所定方向における走行路面の断面形状、および1個の距離測定装置により測定した所定方向の距離データに基づいて障害物の高さを算出し、走行路面の傾斜あるいは障害物の高さにより走行の可否を判断するとともに、走行困難と判断した障害物の概略位置を算出する障害物判断手段と、障害物判断手段により算出された障害物の概略位置に基づいて、障害物を回避する態様で車輌本体を走行制御する車輌制御装置とを具備したものである。
そして、評価された結果から障害物地図を生成し、それを用いて経路計画を行って自律走行する。なお、障害物地図は、外界計測結果を逐次反映させながら更新されていくようになっている。
レーザレンジファインダ2に用いた測距の原理は、レーザ光の投光から受光までの時間を計測するタイムオブフライト方式によるものであり、例えば1本若しくは数本のレーザ光源を用い、横方向に高速にラインスキャンを行う光軸を光学的若しくは機械的に掃引して上下(チルト)方向に振ることにより、3次元スキャンを行うタイプのものである。以下、横方向を「ラインスキャン」、上下方向の揺動を「フレームスキャン」とする。
レーザレンジファインダ2による計測結果に基づいて障害物の検出を行った結果、障害物地図Mの全移動領域のうち、障害物が存在すると看做した領域を黒色、走行可能領域を白色、未計測領域をグレーで表している。
なお、白,黒,グレーで表示した領域を合わせた領域を「移動領域Ma」としている。
一度障害物として検出された領域については、移動障害物が移動離脱した後、その領域が再度走行可能と評価されるためには、その領域の路面を再度計測しなおす必要がある。
そのため、移動障害物が移動した後、それらの領域が再計測されるまで、その領域は障害物として更新されないことになる。
以下、「自律型無人車両」を単に「無人車両」という。
なお、以下にはレーザレンジファインダを「LRF」、また、グローバルポジショニングシステムを「GPS」とそれぞれ略記する。
オドメトリ33は、無人車両Aの車輪35の回転量に基づいて、自己の位置情報を取得するためのセンサである。
GPS34は、無人車両Aの測位情報を取得するためのものである。
(1)測距部(以下、「LRF」とも表記する。)31により取得した測距データに基づき、自律移動の妨げとなる障害物を検出する機能。これを「障害物検出手段30a」という。
以下に、前方に正対した障害物が存在する場合を例として、測距データを取得して移動障害物であるか否かについて説明する。図3は、無人車両Aの前方に正対した障害物が存在する場合の測距の様子を示す説明図である。
本実施形態においては、人や車両等の路面上を移動するものを移動障害物としており、LRF31から見た場合、光軸に対し正対する面を持つものと仮定する。
よって、フレーム内において測距値のチルト角に対する変化率が1/100程度減少した場合、それらの領域は正対した物体(障害物)と考えられる。
しかし、このような近傍においては路面Tの計測点密度は自ずと密となるため、上記処理を行わなくてもゴーストの消去も頻繁に行うことができる。
例えば、LRF31の高さを地上から1mとし、また、5m先において正対した障害物を検出できるように、測距値の変化量の比を25とする。すなわち、正対した障害物が、5m以遠にある場合は障害物を検出することができる一方、5m以前に障害物があるときは検出できない。
具体的には、移動障害物データが存在する地図上の座標位置にフラグを設定することによる。なお、本実施形態における地図は、上記図7において説明したものと概念上同等のものであり、地図Mで示した領域を移動領域としているので、その説明については省略する。
「所定の時間」は、上記マーキングをしたときから、フレームスキャンのレートに相当する時間である。
正対した移動障害物は、毎フレームスキャンにおいても安定して計測されるため、寿命はフレームスキャンのレートと同程度にするとよい。これにより、ゴーストの発生はフレームスキャンのレートと同程度まで抑えることができる。
換言すると、所定の時間経過前に、マーキングした座標位置に移動障害物が存在するか否かを確認する機能である。
「移動障害物データを含む地図」は、「障害物地図」ともいう。
そこで、所定の時間経路前に、マーキングした座標位置において移動障害物を再検出し、所定の時間経過毎に、その再検出した座標位置の移動障害物データを残置し、かつ、他の座標位置の移動障害物データを消去して、移動経路を計画しているのである。
これにより、移動障害物が同じ座標位置に留まっているような移動態様であっても、滑らかな移動経路を生成することができ、無人車両Aを円滑にかつ効率よく移動させることができるようになる。
移動障害物が存在しない時点における測距データは、例えば地図作成・経路計画コンピュータ20内の図示しない記憶領域に順次記憶しておく。これにより、移動障害物を消去した座標位置を自然な起伏状態にすることができる。
(9)作成した経路計画に従い、駆動機構Cを介して移動領域内を移動するための機能。この機能を「移動手段10a」という。
このような測距値は、無人車両近傍のデータであり、測距値の変化量が少なくなるため、この条件に適わない場合は、正対した障害物であるかの判断処理は行わず、後述のステップ9の処理を行う。
具体的には、座標変換後のデータについて、ヨー方向のデータに対し、チルト角の変化量に対する測距値の変化量を計算する。値は離散値であるため差分となる。また、この際にチルト角の変化量が非常に小さいデータについて、差分の誤差の影響が大きくなる場合には評価の対象外とする。
例えばLRF31の高さを地上から1mとし、また、5m先において正対した障害物を検出しようとする。
なお、例えばより近くの正対した障害物を検出するには、センサ(LRF31)の高さを低く設定する。
次に、移動障害物を想定した高さを閾値とし、比較する。これは、高さの低い正対した物体は固定障害物であると想定できる場合、ゴーストの発生源とはならないためである。閾値は、想定する移動障害物のサイズを考慮して決定する。例えば人のサイズを想定した場合、屈んだ状態も想定して、たとえば500mm以上の高さとする等である。
なお、過去の測距データがあれば、それを復活させる。換言すると、移動障害物データを消去した地図上の座標位置に、その移動障害物データが存在しない時点における測距データに基づく地形データを置換する。
ステップ8‐1(図中、「st8‐1」と略記する。以下、同様。):グリッドマップ(地図)上で、LRF計測点の位置に該当するグリッドの位置(地図上の位置)を座標から抽出する。
ステップ8‐3:LRF計測点のデータに移動障害物フラグが設定されていない場合に、図4に示すフローチャートのst9の処理で得られた障害物検出結果をグリッドのデータに書き込む。
ステップ8‐5:グリッド上にすでに移動障害物フラグが設定されていない場合に、移動障害物フラグを設定して、そのフラグの寿命を表すタイマーをスタートさせる。タイマーの時間は、1フレーム程度の時間である。
なお、タイマーの設定時間を長くすることにより、地図上から障害物が消える可能性を低減できる。ただし、移動障害物の場合、地図上にゴーストが多く存在することになる。
一方、当該設定時間を短くすると、地図上のゴーストを低減できる。ただし、地図上から障害物を見失う可能性が増す。
ステップ8‐7:移動障害物フラグが設定されているグリッドのうち、タイマーが切れているものについては、移動障害物フラグを消去する。この消去のときに、過去に計測された地形データがあれば、それを復活させる。
上記ステップ(シーケンス)を連続的に繰り返し行い、地図の生成を継続的に行うことにより、ゴーストの発生の少ない地図を生成する。
以上詳述した本発明によれば、移動障害物のゴーストを適時に除去することにより、円滑に効率的な自律移動を行うことができる。
上述した実施形態においては、無人車両を、行動制御用コンピュータ、地図作成・経路計画コンピュータ及びセンサデータ処理コンピュータからなる3つのコンピュータにより、無人車両全体を制御するものを例として説明したが、3つのコンピュータに分担させることなく、単一のコンピュータで制御するようにしてもよい。
20a 地図作成手段
20b 移動障害物消去手段
20c 経路計画作成手段
20d データ置換手段
30b 移動障害物判定手段
30c マーキング手段
30d 移動障害物検出手段
31 測距部
A 自律型移動体(無人車両)
C 駆動機構
M 地図
Ma 移動領域
Claims (3)
- 移動領域内の測距データを取得するための測距部と、この測距部により取得した測距データに基づき、その移動領域内を自律移動するための駆動機構とを有する自律型移動体において、
測距部により取得した測距データに基づき、自律移動の妨げとなる障害物を検出する障害物検出手段と、
検出した障害物が移動障害物であるか否かを判定する移動障害物判定手段と、
判定に係る移動障害物に対応する移動障害物データを含む地図を作成する地図作成手段と、
上記移動障害物データが存在する地図上の座標位置をマーキングするマーキング手段と、
所定の時間経過前に、マーキングした座標位置において移動障害物を再検出する移動障害物検出手段と、
マーキングした座標位置において移動障害物を再検出したときには、所定の時間経過毎に、その再検出した座標位置の移動障害物データを残置し、かつ、他の座標位置の移動障害物データを消去する移動障害物消去手段と、
再検出した座標位置の移動障害物データを残置した地図に基づいて、経路計画を作成する経路計画作成手段と、
その作成した経路計画に従い、駆動機構を介して移動領域内を移動させる移動手段とを有していることを特徴とする自律型移動体。 - 移動障害物データを消去した地図上の座標位置に、その移動障害物データが存在しない時点における測距データに基づく地形データを置換するデータ置換手段を有することを特徴とする請求項1に記載の自律型移動体。
- 測距部が、レーザ光を少なくともフレームスキャンすることによる測距を行うレーザーレンジファインダであり、
所定の時間は、フレームスキャンのレートに相当する時間であることを特徴とする請求項1又は2に記載の自律型移動体。
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