JP2013033356A - 自律移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の地図情報を有し、且つ建物の窪みや行き止まりなどに進入しても脱出可能であり、目的地までの到達を保証する自律移動装置を提供する。
【解決手段】従来の自律移動装置は現時点で観測している障害物マップのみに基づいて局所経路を探索するため、建物の窪みや行き止まりなどに進入した場合、自律移動装置は次の経由点を探索できず、停止してしまう。そこで、障害物マップを保存・累積する機能を設け、累積した障害物マップから局所マップを作成する。こうすることで、前記障害物に進入した場合でも、過去の障害物マップを累積した局所マップを参照することで次の経由点に至る局所経路が探索され、前記障害物から脱出できる。局所マップは次の分岐点に到達するまで消去されないため、確実に次の分岐点に到達でき、結果として目的地までの到達が保証される。
【選択図】図３

Description

本明細書で開示する技術は、自律移動装置に関する。また移動装置に記憶する電子情報を記憶している媒体に関する。

人が目標点を指定したときに、目標点に至る経路を探索して移動する自律移動装置が開発されている。特許文献１に、通過点Ａ，Ｂ，Ｃ・・等の並びで記述されるグローバル経路と、ステレオビジョンセンサで検出される障害物の位置情報から、障害物を避けながら目標点に向かって走行する自律移動装置が開示されている。
特許文献１の技術では、走行可能範囲を定める固定障害物の位置を記述している環境地図情報を用意しておく。環境地図情報には、通過点Ａ，Ｂ，Ｃ・・等の並びで記述されるグローバル経路に沿って走行する際に、走行可能な範囲を定める固定障害物の位置が記憶されている。環境地図情報は、走行可能範囲の境界線を示す地図情報である。特許文献１の技術では、環境地図情報が記述する固定障害物の位置情報と、ステレオビジョンセンサで検出される障害物の位置情報を統合し、実際に走行可能な範囲を示す統合情報を取得する。特許文献１の技術では、グローバル経路に含まれる通過点と通過点の間を、前記した統合情報に基づいて走行する。具体的には、前記統合情報に対してＡスター探索処理を施して次の通過点に至る経路を探索する。
特許文献１は、大域的なグローバル経路と局所的な障害物回避経路を組み合わせて目標点に向かって走行する技術を開示している。

特開２００７−２４９６３２号公報

特許文献１の技術では、通過点Ａ，Ｂ，Ｃ・・等の並びで記述されるグローバル経路に沿って走行する際に走行可能な範囲を定める固定障害物の位置を示す環境地図情報が必要とされる。この技術では、環境地図情報の記憶のために大容量を必要とする。例えば、自律移動装置を製造して出荷するまでは、Ｘ地方で利用されるのかＹ地方で利用されるのかわからない。そこで、Ｘ地方の環境地図情報もＹ地方の環境地図情報も記憶しておく必要がある。走行可能範囲の境界線を示す情報量は膨大であり、広範囲の環境地図情報は極めて大容量となる。

必要な情報量を圧縮化するために、広範囲の地図情報をトポロジカルマップの形式にすることが考えられる。ここでいうトポロジカルマップは、分岐点座標と、分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否かを示す情報で構成される。例えば図２に例示する場合、（４，４）（９，４）（４，１４）等の座標に分岐点があり、（４，４）の分岐点と（９，４）の分岐点の間は接続されており、（９，４）の分岐点と（４，１４）の分岐点の間を直接に接続する経路はないという情報で構成される。トポロジカルマップでは、走行可能範囲の境界線に関する情報を備えていない。分岐点と分岐点の間が直進経路で結ばれているのか、あるいは折線経路ないし屈曲経路で接続されているのかはわからない。例えば、（９，４）の分岐点と（１３，１４）の分岐点の間は折線経路で接続されているが、そのことはトポロジカルマップからはわからない。また道幅等の情報もわからない。トポロジカルマップであれば、情報量が少なくてすみ、広範囲の地図情報を小容量の記憶装置に記憶することができる。

自律移動装置がステレオビジョンセンサ等の障害物検出装置を備えている場合、周辺に存在している障害物（自律移動装置が移動するのに障害となる物体）の位置を把握することができる。検出する障害物に固定障害物まで含めれば、障害物検出装置によって、特許文献１の環境地図情報を取得することができる。

トポロジカルマップ、すなわち、分岐点が存在する座標と、分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否かを示す情報であれば、大域に亘るマップ情報が小容量となる。自律移動装置の周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する障害物座標特定装置を設ければ、自律移動装置において自律移動装置の周囲に存在している障害物のマップ(以下、障害物マップという)を取得することができ、自律移動装置が移動可能な範囲を特定することができる。両者を組み合わせれば、種々の地域で利用可能な自律移動装置を安価に提供することが可能となる。すなわちトポロジカルマップを探索すると目標点に至る分岐点の並び、例えばＡ，Ｂ，Ｃ・・等(以下、分岐点の並びを分岐点列という)を取得できるので、大域経路が生成できる。障害物マップ情報を探索すると次の分岐点に至る局所経路が探索できるので、分岐点から分岐点に移動することができる。両者を組み合わせれば、分岐点から分岐点を辿りながら目標点にまで移動することができ、しかも、大域的なマップ情報は小容量に抑えられるトポロジカルマップで済むはずである。

しかしながら実際にはうまくゆかない。例えば図２の（９，４）の分岐点から（１３，１４）の分岐点に移動する場合、トポロジカルマップはその間の情報を持っていない。例えば（９，７）の位置に実際には分岐があるのに、その分岐点の情報が記憶されていないことがある。例えば分岐点の先にある（１１，７）の点が実際には行く必要がない点であれば（たとえばビルの窪みであって出入り口が存在しないような場所であれば）、（９，７）の点で右折して（１１，７）の点に行く必要がないことから、（９，７）の点は分岐点とされていない。また、（９，１１）の点は、屈曲してはいるが分岐はしていないから分岐点でない。

障害物座標特定装置で障害物マップを生成しながら次の分岐点（例えば（１３，１４）の分岐点）に向けて移動する場合、（９，７）の点で右折して（１１，７）の点に侵入することがある。この場合、自律移動装置は次の分岐点（１３，１４）に向かう経路が探索できず、移動不可能となって停止してしまう。
トポロジカルマップによって分岐点列で示される大域経路を探索し、分岐点と分岐点の間は、自律移動装置の周囲に存在している障害物の座標を特定する障害物座標特定装置によって得られる障害物マップに従って移動する方式によると、自律移動装置がしばしば経路探索に失敗してしまう。

本明細書は、上記問題を解決するために創作された技術を説明する。本技術では、トポロジカルマップによって分岐点列で示される大域経路を探索し、分岐点と分岐点の間は障害物座標特定装置によって得られる障害物マップに従って移動する。本技術では、経路計算に利用する障害物マップについて検討を進め、トポロジカルマップによる小容量化の利点を享受しながら、経路計算に失敗しない技術を創作した。

本明細書では、目標点までの経路を探索して移動する自律移動装置を説明する。その自律移動装置は、図１に模式的に示すように、大域マップ記憶装置５０と、目標点指定装置５２と、現在位置座標特定装置５４と、障害物座標特定装置５６と、局所マップ記憶装置５８と、大域経路探索装置６２と、局所経路探索装置６４を備えている。

大域マップ記憶装置５０は、大域に亘るマップを、トポロジカルマップの形式で記憶している。すなわち、分岐点座標と、分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否か記述している大域マップ記述データを記憶している。
目標点指定装置５２は、人が操作するものであり、大域マップ記述データに含まれている分岐点の中から人が任意の分岐点を選択して指定することを許容する。
現在位置座標特定装置５４は、自律移動装置の現在位置の座標を特定する。
障害物座標特定装置５６は、自律移動装置の周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する。
局所マップ記憶装置５８は、障害物座標特定装置５６で特定した障害物座標を累積した局所マップ記述データを記憶している。
大域経路探索装置６２は、大域マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置５４で特定されている現在位置から、目標点指定装置５２で指定した目標点に至る分岐点列を探索する。例えば、Ａスター探索処理等を実行する。
局所経路探索装置６４は、局所マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置５４で特定されている現在位置から、大域経路探索装置６２で探索された分岐点列における次の分岐点に至る局所経路を探索する。ここでも、例えばＡスター探索処理等を実行する。

上記の自律移動装置は、大域の経路情報をトポロジカルマップの形式で記憶している。トポロジカルマップの形式であるために大域の経路情報が小容量化されている。
上記の自律移動装置では、分岐点と分岐点の間は障害物座標特定装置によって得られる局所マップに従って移動する。前記したように、障害物座標特定装置で現に得られている障害物マップだけを利用すると、次の分岐点に進む経路が発見できないことがある。例えば図２の（９，７）点で右折して（１１，７）の点に移動した場合、障害物座標特定装置で現に得られている障害物マップだけを利用すると、次の分岐点に進む経路が発見できないことがある。より具体的には、図２の（９，７）点で右折して（１１，７）の点に移動した場合、障害物座標特定装置で現に得られている障害物マップだけを利用すると、次の分岐点（この場合は（１３，１４）の分岐点）に進む経路が発見できない。一方、本明細書で開示する技術では、障害物座標特定装置で過去に得られた障害物マップまでもが局所経路の探索に利用される。先に例示した場合、（１１，７）の点に移動した状態で局所経路を探索する際には、（９，７）点で右折して（１１，７）の点に至るまでの間に取得された障害物マップまでもが局所経路の探索に用いられる。そのため、（９，７）点に戻ってから次の分岐点（この場合は（１３，１４）の分岐点）に進む局所経路が探索される。次の分岐点に進む局所経路の探索に失敗する事象をほぼ皆無とすることができる。
上記の自律移動装置によると、トポロジカルマップによってデータ量を圧縮できる利点を享受でき、しかも経路探索に失敗しないようにできる。

次の分岐点に到達した後に局所マップ記述データを消去する消去装置６０が付加されていることが好ましい。
前記に例示した場合、（９，７）点で右折してから（１１，７）の点に至る間に取得された障害物マップを累積しておけば、（９，７）点に戻る経路が探索できる。必ずしも、先の分岐点（この場合（９，４）の分岐点）以降に取得された障害物マップを累積しておく必要はない。しかしながら、確実を期すためには、先の分岐点を出発した後に取得した障害物マップを累積しておくことが好ましい。すなわち、先の分岐点を出発してから次の分岐点に到達するまでは障害物マップを累積して局所マップ記述データを更新することが好ましい。その一方において、局所マップ記述データが大容量化してしまえば、トポロジカルマップによって大域マップを少容量化した利点が損なわれてしまう。次の分岐点に到達したら局所マップ記述データを消去すれば、局所マップ記述データが大容量化してしまうことを防止できる。次の分岐点に到達してしまえば、局所マップ記述データを消去しても、その後の探索に差しさわりが生じることもない。次の分岐点に到達した後に局所マップ記述データを消去する消去装置６０を付加すれば、必要な記憶容量の増大が防止でき、必要時には直前の分岐点に戻る局所経路が探索され、確実に次の分岐点に至る経路を探索することができる。

局所マップ記述データのデータ形式は、種々がありえる。例えば、地図上の（１，１）の座標点に障害物があるか否かを示す情報を（０００１）のアドレスのメモリに記憶し、地図上の（１，２）の座標点に障害物があるか否かを示す情報を（０００２）のアドレスのメモリに記憶する形式とすることができる。それに対して、（１，１，Ａ）（１，２，Ｂ）と記憶することも可能である。ここで、Ａは移動可能であることを示し、Ｂは移動不可能であることを示すとすれば、前者によって（１，１）点には障害物がなく、後者によって（１，２）点には障害物があることがわかる。障害物のある点の座標のみを記憶する形式でもよい。この形式でも、局所マップを記述することができる。障害物のある点の座標を記憶する形式によると、実際に存在する障害物の座標を記述する容量さえあれば、局所マップを記憶できるのに対し、地図上の座標とメモリアドレスを対応させる方式では、移動する可能性がある範囲の全部に対してメモリを割り当てておく必要がある。
障害物の座標を記憶するデータ形式で局所マップを記述することで、局所マップ記憶装置に必要な記憶容量が圧縮される。

局所経路探索装置で経路が探索できない場合に、大域経路探索装置が再動作する処理手順を用意しておくことが好ましい。確実に目標点に移動することが可能となる。

大域経路探索装置の探索アルゴリズムと局所経路探索装置の探索アルゴリズムが同一であることが好ましい。例えば、ともにＡスター探索アルゴリズムを利用することが好ましい。ソフトウエアの開発コストと開発期間を圧縮できる。

移動装置に記憶する情報を記憶している媒体も有効である。その媒体が、分岐点座標と分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否かを記憶している大域マップ記述データと、人が大域マップに含まれている分岐点の中から任意の分岐点を選択して指定することを許容する目標点指定処理手順と、現在位置の座標を特定する現在位置座標特定処理手順と、周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する障害物座標特定処理手順と、障害物座標特定処理手順で特定した障害物座標を累積して局所マップ記述データを生成する処理手順と、大域マップ記述データに経路探索処理を施して現在位置座標特定処理手順で特定されている現在位置から、目標点指定処理手順で指定した目標点に至る分岐点列を探索する大域経路探索処理手順と、局所マップ記述データに経路探索処理を施して現在位置座標特定処理手順で特定されている現在位置から、大域経路探索処理手順で探索された分岐点列における次の分岐点に至る局所経路を探索する局所経路探索処理手順を記憶していると、その媒体に記憶されている電子情報を移動装置に記憶することで移動装置が自律移動装置となる。

本発明によれば、必要な記憶容量を小さくでき、それでいて局所経路の探索に失敗する事象をほぼ皆無とできる。目的地に確実に到達する自律移動装置を安価に実現することができる。

本発明の自律移動装置の構成を表す。 トポロジカルマップの例を表す。 実施例の自律移動装置の構成を表す。 実施例の局所経路の探索処理手順を表す。 障害物の座標を累積して局所マップを更新する過程を示す。 局所マップのデータ形式を表す。

下記に説明する実施例の特徴を整理しておく。
特徴１：実施例に係る自律移動装置は、障害物座標特定装置で取得した障害物マップを累積していく。累積した障害物マップから局所マップが作成される。移動中に次の分岐点を見失っても、局所マップを参照することで、直前の分岐点に戻ることができる。直前の分岐点に戻ることで、局所経路を再度探索することが可能である。
特徴２：局所マップ記述データが、自律移動装置の移動時間や移動距離や残容量といった基準では消去されない。分岐点列上の進行を保証する形で消去される。
特徴３：障害物座標特定装置が特定した障害物の座標が時間に対して不変であるか変化するかで、静止障害物と移動障害物に区分する。静止障害物から移動可能範囲が判明し、局所経路探索処理を実行する。移動障害物に対しては、回避経路を探索する技術で対応する。

図３は、実施例の自律移動装置１００のブロック図を表す。自律移動装置１００は、大域マップ記憶装置５０と、目標点指定装置５２と、現在位置座標特定装置５４と、障害物座標特定装置５６と、局所マップ記憶装置５８と、大域経路探索装置６２と、局所経路探索装置６４を備えている。

現在位置座標特定装置５４の詳細を説明する。エンコーダ１０は自律移動装置１００の移動量を算出する。ジャイロ１２は自律移動装置１００の移動方向を算出する。ＬＲＦ（レーザレンジファインダー）１４は自律移動装置１００から周囲に存在している障害物までの距離と、自律移動装置１００に対する障害物の方位を測定する。前記した移動量、移動方向、障害物までの距離および障害物の方位の情報は、現在位置座標・方位記憶装置１８に渡される。現在位置座標特定装置５４には予め位置推定用地図記憶装置１６が格納されている。位置推定用地図記憶装置１６は目印となる物体の座標のみを記憶した地図であるため、データベース容量は小さい。

移動方向と移動量が判明すれば、それを累積することで、自律移動装置１００の現在位置と現在方位が判明する。現在位置座標・方位記憶装置１８は、移動量と移動方向から、自律移動装置１００の現在位置座標を推定する。また自律移動装置１００自体が向いている方位を推定する。移動方向と移動量を累積することで得られる現在位置と現在方位には誤差が含まれている。

ＬＲＦ１４は、自律移動装置１００の周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する。ここでいう障害物は、自律移動装置の移動の障害となる物体をいい、静止物と移動物の別を問わない。移動可能範囲の境界となる塀、一時的に置かれた道路工事のための道路封鎖看板も、歩行者も障害物である。ＬＲＦ１４は、レーザー光を射出し、物体で反射して跳ね返ってくるまでの時間を計測することで物体までの距離を測定し、反射光が跳ね返ってくる方位を計測することでＬＲＦ１４に対する物体の方位を決定する装置である。ＬＲＦ１４は、現に観測可能な範囲内の障害物しか特定できない。屈曲している塀の影になっている部分の障害物は検出できない。ＬＲＦ１４が、自律移動装置１００から障害物までの距離と、自律移動装置に対する方位を検出すると、自律移動装置１００の現在位置座標と、自律移動装置の方位を加味することで、障害物の座標を特定することができる。

エンコーダ１０とジャイロ１２から推定した自律移動装置１００の現在位置座標と、ＬＲＦ１４で検出した目印物体までの距離と方位から、目印物体の座標が計算できる。そうして計算した目印物体の座標と、位置推定用地図記憶装置１６に記憶されている目印物体の座標のずれから、自律移動装置１００の現在位置座標と現在方位情報を正確に計算することができる。現在位置座標・方位記憶装置１８は、位置推定用地図記憶装置１６の情報を利用して精度が向上した自律移動装置１００の現在位置座標と現在方位情報を特定して記憶している。
現在位置座標を特定する方法は、現在位置座標特定装置５４を用いる上記方法の他に、例えばＧＰＳ機能を使って特定するものであってもよい。

前記ＬＲＦ１４により取得した自律移動装置１００から障害物までの距離と、自律移動装置１００に対する障害物の方位の情報は、座標変換処理装置２０にも送られる。また、現在位置座標・方位記憶装置１８で取得した自律移動装置１００の現在位置座標と現在方位の情報も座標変換処理装置２０に送られる。これらの情報に基づいて座標変換処理することで、自律移動装置１００は、周囲に存在している障害物の位置座標を求めることができる。

座標変換処理装置２０で得られた障害物座標には２種類が存在する。一つは、自律移動装置１００の移動可能範囲の境界となる壁・塀などの静止障害物である。他の一つは、歩行者のように、移動する障害物である。座標変換処理装置２０で得られた障害物座標が、時間の経過に伴って変化すれば移動障害物であり、変化しなければ静止障害物であることがわかる。

座標変換処理装置２０で得られた障害物座標は、障害物座標記憶装置５７に送られ、障害物座標記憶装置５７は、静止障害物の座標を抽出して障害物マップを生成する。ここでいう障害物マップは、静止障害物の位置座標を記述している。
障害物座標の取得方法は、ＬＲＦ１４を用いる上記方法に限定されず、周囲の経路や領域を通行できるか否かが判定できる方法であればよい。例えば通信手段によって道路工事情報や事故による通行止めの情報を取得してもよい。障害物座標特定装置５６は、かかる手順で、自律移動装置１００の周囲に存在している障害物の位置を特定する。障害物座標記憶装置５７は、ＬＲＦ１４で現に検出されている範囲の静止障害物の座標を記憶している。現時点での障害物マップに対応する。

障害物座標特定装置５６によって取得された障害物マップは局所マップ記憶装置５８に渡される。局所マップ記憶装置５８では、前記障害物マップを累積し、局所マップ記述データを作成して記憶する。障害物マップはＬＲＦ１４により現に検出している静止障害物の情報に基づき作成されるため、過去に検出された障害物の情報を含んでいない。一方、局所マップは障害物マップを累積したものであり、過去から現在に至るまでに検出された静止障害物の情報を含んでいる。

図５において、正方形は障害物マップを表している。自律移動装置１００は左下から右上に移動している。移動しながら順次に障害物マップを取得すると、直前に取得された障害物マップに、新たに取得した障害物マップが累積される。自律移動装置１００は移動しているため、障害物マップは位置をずらしながら重なっていく。こうして累積・拡張したものが局所マップである。

図６に局所マップ記述データのデータ形式を示す。Ａは移動可能であることを示し、Ｂは移動不可能であることを示す。図のデータから、（０，０）点には障害物がなく、（０，１）点には障害物があることがわかる。この形式を用いれば、実際に移動した範囲に対応する容量さえあれば、局所マップを記憶できる。
他の形式として、地図上の（０，０）の座標点に障害物があるか否かを示す情報を（０００１）のアドレスのメモリに記憶し、地図上の(０，１)の座標点に障害物があるか否かを示す情報を（０００２）のアドレスのメモリに記憶することも可能である。この形式では、移動する可能性がある範囲の全部の座標に対してメモリを割り当てておく必要がある。障害物座標を記憶する図６の形式で局所マップ記述データ用意することで、局所マップ記憶装置に必要な記憶容量が圧縮される。

局所マップ記憶装置５８が記憶している局所マップは、消去装置６０によって消去される。具体的には、次の分岐点に到達した時点で消去される。この結果、直前の分岐点を通過して以降に得られた障害物マップを累積したものが局所マップとなる。局所マップは分岐点に到達する度に消去される。移動距離に応じて障害物マップが拡張し続けることがないので局所マップの記憶容量を圧縮できる。

局所マップには、現に検出されている障害物マップのみならず、直前分岐点の通過以降に得られた障害物マップを累積したものが記憶されている。この結果、自律移動装置１００がビルの窪みなどに入り込んで次の分岐点あるいは直前分岐点を見失っても、局所マップを参照することで一つ前の分岐点にまで戻り、経路探索を再度行うことができる。したがって確実に目標点に到達できる。

大域マップ記憶装置５０は、図2に例示したトポロジカル形式で、広範囲の経路情報を記憶している。
目標点指定装置５２は、人が操作する装置であり、大域マップ記憶装置５０に記憶されている分岐点群の中から人が選んだ分岐点を指定する操作を許容する。人が選んだ目標分岐点が自律移動装置１００に入力される。人が分岐点を指定するまでのプロセスには各種の形態がありえる。例えば、施設名称と分岐点を対応づけるデータベースを用意しておき、人は施設名称を指定するようにしてもよい。トポロジカルマップを画面表示して人が指定するものであってもよい。リンク等の手法を利用するものであってもよい。

現在位置座標・方位記憶装置１８によって特定された自律移動装置１００の現在位置座標と、目標点指定装置５２を使って人が指定した目標点は、大域経路探索装置６２に送られる。大域経路探索装置６２では、大域マップ記憶装置５０に格納されているトポロジカルマップに記憶されているデータに対して経路探索処理を実行し、自律移動装置１００の現在位置から目標点に至る分岐点列を探索する。探索にはＡスターアルゴリズムが用いられる。本実施例では従来のＡスターアルゴリズムに変更を加えている。詳細は後述する。

現在位置座標特定装置５４で取得した自律移動装置１００の現在位置と、局所マップ記憶装置５８で取得した局所マップと、大域経路探索装置６２で取得した分岐点列のデータは局所経路探索装置６４に送られる。局所経路探索装置６４は、大域経路探索装置６２で検索された分岐点列のデータを取得しており、現在位置を取得していることから、現在位置から移動して次に通過するべき分岐点を特定することができる。局所経路探索装置６４は、局所マップ記憶装置５８に記憶されているデータに対して経路探索処理を実施して、現在位置から次の分岐点に至る局所経路を探索する。探索にはＡスターアルゴリズムが用いられる。本実施例では、図６で示した形式で記述されている局所マップに対して経路探索処理が実行される。局所経路探索装置６４におけるより詳細な処理内容は図４にて後述する。

局所経路探索装置６４で次の分岐点に至る局所経路が探索されないことがある。特に、障害物マップ（自律移動装置１００が現に検出している静止障害物）を用いると、障害物マップがカバーする範囲が狭すぎて、次の分岐点に至る局所経路が探索されないことがある。
本実施例では、局所マップ記憶装置５８に記憶されている局所マップ記述データに対して経路探索処理を実施して、現在位置から次の分岐点に至る局所経路を探索する。局所マップ記憶装置５８には、直前の分岐点の通過以降に得られた障害物マップ記述データが累積されて記憶されていることから、次の分岐点に至る局所経路を探索するのに十分な広さをカバーしている。必要時に直前分岐点に戻る局所経路を探索することもできる。局所経路が探索されない事態の発生は少ない。

トポロジカルマップ上では、移動可能となっている分岐点と分岐点の間が、道路工事などによって移動不能となっていることがある。この場合、局所マップに対して経路探索処理を実施しても現在位置から次の分岐点に至る局所経路を探索することができない。この場合、直前の分岐点に戻る。そして、大域経路探索装置６２を再起動させる。この際にはトポロジカルマップを修正し、移動可能となっていた分岐点と分岐点の間を移動不可能とする。その結果、目標点に至る大域経路が再発見される。
直前の分岐点に戻る際にも、自律移動装置１００が現に検出している静止障害物を記述している障害物マップを用いて局所経路を探索すると、直前分岐点に戻る局所経路が探索されないことがある。直前分岐点の通過以降に得られた障害物マップを累積した局所マップを利用すると、直前分岐点に至る局所経路を確実に探索することができる。

座標変換処理装置２０で得られた障害物座標は、移動障害物座標記憶装置５９にも送られ、移動障害物座標記憶装置５９は、移動する障害物のデータを抽出して、移動障害物マップを生成する。移動障害物マップでは、移動障害物毎に、現在位置、移動速度、移動方向を取得する。

自律移動装置１００は、局所経路探索装置６４で探索された局所経路と、移動障害物の現在位置と移動速度と移動方向から、自律移動装置１００と移動障害物が許容距離以下に接近するか否かを判別する。接近する場合には、自律移動装置１００の回避経路を計算する。回避経路の計算には、「『歩行者行動予測に基づくロボットオンライン回避行動計画』、第１５回ロボティクスシンポジア、２０１０、久保田他、」の技術を利用することができる。

本実施例では、経路探索方法としてＡスターアルゴリズムを用いる。Ａスターアルゴリズムは経路探索手法としてよく知られた方法であるが、本実施例では従来のＡスターアルゴリズムに下記で説明する変更点を加える。
従来のＡスターアルゴリズムでは、出発点から分岐点nを経由して目標点まで移動する際の最小コストをf(n)とし、f(n)=g(n)+h(n)とする。ここで、g(n)は出発点から分岐点nまでの最小コスト、h(n)は分岐点nから目標点までの最小コストを表す。f(n)の推定値をf*(n)とおくと、f*(n)= g*(n)+h*(n)となる。ここで、g*(n)は出発点から分岐点nまでの最小コストの推定値、h*(n)は分岐点nから目標点までの最小コストの推定値である。g*(n)は経路探索の過程で求めることができるが、h*(n)は求められない。そこで、h*(n)をヒューリスティック関数とし、全ての分岐点nに対してh*(n)が0≦h*(n)≦h(n)を満たすようにする。ヒューリスティック関数とは、近似計算のように回答が必ず誤差の範囲内と保証されているわけではないが、近似計算に比して回答出力までの時間が短時間で済む関数である。一般に、分岐点nから目標点までの直線距離をh*(n)とおくことが多い。一方、g*(n)は探索しながら随時更新する。上記条件を満たすf*(n)はf(n)であることが保証されている。
以下に従来のＡスターアルゴリズムの実行手順を説明する。
（１）出発点（Ｓ）と目標点（Ｇ）を指定する。計算中の分岐点を格納するOpenリストと、計算済みの分岐点を格納するCloseリストを用意する。
（２）出発点をOpenリストに追加する。このときg*(S)=0であるためf*(S)=h*(S)となる。Closeリストは空にする。
（３）Openリストが空の場合、出発点から目標点にたどり着く経路が存在しないことを意味するため、探索は失敗とする。
（４）Openリストに格納されている分岐点のうち最小のf*(n)を持つ分岐点nを取り出し、nが目標点であれば探索は終了し、そうでなければnをCloseリストに移す。
（５）nに隣接する全ての分岐点mに対して以下の操作を行う。
(５)-１ f’(m)=g*(n)+h*(m)+COST(n,m)を計算する。ここで、COST(n,m)は分岐点nから分岐点mへ移動するときのコストである。また、g*(n)はg*(n) = f*(n) -h*(n)で求めることができる。
(５)-２ mの状態に応じて以下の操作を行う。
(５)-２-１ m が Openリストにも Closeリストにも含まれていない場合、f*(m) = f '(m) とし m を Openリストに追加する。このとき m の親を n として記録する。
(５)-２-２ m が Openリストにある場合、f '(m) < f*(m) であるなら f*(m) = f'(m) に置き換える。このとき記録してある m の親を n に置き換える。
(５)-２-３ m がCloseリストにある場合、f '(m) < f*(m) であるなら f*(m) = f '(m) として m を Openリストに移動する。また記録してあるm の親をn に置き換える。
(６) (３)以降を繰り返す。
探索終了後、目標点Ｇから親を順次辿っていくと、出発点Ｓから目標点Ｇまでの最短経路が得られる。
ここで、手順(５)において、本実施例では局所経路探索の際に不定形である局所マップを用いるためnに隣接する全ての分岐点mのうち一部の分岐点が局所マップの外に存在することがある。地図外に存在する分岐点においては推定コストを求めることができなくなるため、本発明では、手順(４)と(５)の間に以下に説明する変更点を加える。まずnに隣接している全ての分岐点mが局所マップ上に存在するか調べ、局所マップ外に分岐点が存在する場合は当該局所マップ外の分岐点を含む範囲を通行可能マップとして追加するようにした。
こうすることで、従来ではnに隣接する全ての分岐点mにおける推定コスト探索をするためには全ての位置情報を保持した定形の地図が必要であったが、本発明における探索法では地図を拡張していくため、必要な位置情報のみを保持した不定形の局所マップで最適経路を探索できる。

図４は大域経路探索装置６２で分岐点列を取得した後、局所経路探索装置６４にて局所経路を出力するまでの局所経路探索処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、局所経路探索装置６４は大域経路探索装置６２から分岐点列を取得し（ステップＳ１）、現在位置座標・方位記憶装置１８から現在位地情報を取得する（ステップＳ２）。その後、分岐点列の中から次の分岐点を取得する（ステップＳ３）。その際、次の分岐点があるかどうか判定し、次の分岐点がない場合（ステップＳ４のＮＯ）、例えば分岐点列の終端に達している場合などでは停止指令を出力する（ステップＳ５）。次の分岐点がある場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、当該分岐点が変更されているか判定し、変更されている場合（ステップＳ６のＹＥＳ）は、消去装置６０にて局所マップ記述データを消去する（ステップＳ７）。次の分岐点が変更されていなければ（ステップＳ６のＮＯ）、障害物座標特定装置５６で取得した障害物マップが局所マップ記憶装置５８に送られ（ステップＳ８）、障害物マップを累積した局所マップが作成される。（ステップＳ９）。具体的には、局所マップ記憶装置５８では、障害物座標特定装置５６で取得した障害物マップを、現在地の変更に対応するようにずらしながら累積していく。その例を図５に示した。
局所マップ作成後、局所マップを用いて経路探索が行われる（ステップＳ１０）。探索アルゴリズムは前記詳述したＡスターアルゴリズムを用いる。前述したように、探索中に自律移動装置１００が局所マップの範囲外に移動する場合はその座標の地図を追加する。ここで、図６のデータ形式は座標と移動可否情報だけではなく、地図接続情報などを含んでいてもよい。
局所経路が探索されれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、探索された局所経路を出力する（ステップＳ１２）。局所経路が探索されない場合（ステップＳ１１でＮＯ）は、エラー出力を行い、大域経路探索装置６２に対し経路再探索を要請する（ステップＳ１３）。局所経路探索装置６４によって出力された局所経路情報と、移動障害物座標記憶装置５９によって記憶された移動障害物マップは、回避経路探索装置６６に渡される。回避経路探索装置６６では、次の分岐点に向かいつつ、障害物を滑らかに回避する移動方向と移動速度を作成する。

ステップＳ７で局所マップ記述データを消去する際に、全ての局所マップ記述データを消去するのに代えて一部を残すようにしてもよい。

本実施例の自律移動装置１００は、現時点での障害物マップではなく、局所マップを利用して局所経路を探索するために、例えばビルの窪みや行き止まりなどの極小点に進入してしまっても、そこから脱出する局所経路を探索できる。また、局所経路探索装置６４で経路が探索できずエラー出力がなされても、そこで終了せずに大域経路探索装置６２にエラー情報を送るとともに経路再探索を要請する。これらにより、本発明の自律移動装置は障害物により途中で停止することなく目標点まで到達できる。さらに、本実施例の自律移動装置１００は、全ての位置に関する情報を含む定形の地図形式ではなく、障害物のある座標を記憶する不定形の地図を用いる。これらにより、局所マップ記憶装置５８の記憶容量を圧縮でき、より広範囲の地図が保持できるようになる。装置が自律移動可能な領域を拡張できる。本実施例では、数百キロの範囲内のどこで利用されるのか不明な自律移動装置を提供するのに特に有用である。また、大域経路探索装置６２と局所経路探索装置６４が同じ探索アルゴリズムを用いるため、ソフト開発の負荷を軽減でき、装置の製造コストを削減できる。
これらの処理手順を記憶した媒体を移動装置にインストールすることで、自律移動装置として活用できる。

１０：エンコーダ
１１：移動量
１２：ジャイロ
１３：移動方向
１４：ＬＲＦ（レーザーレンジファインダー）
１５：障害物距離・方位
１６：位置推定用地図記憶装置
１８：現在位置座標・方位記憶装置
１９：現在位置
２０：座標変換処理装置
５０：大域マップ記憶装置
５２：目標点指定装置
５３：目標点
５４：現在位置座標特定装置
５６：障害物座標特定装置
５７：障害物座標記憶装置（障害物マップ）
５８：局所マップ記憶装置
５９：移動障害物座標記憶装置（移動障害物マップ）
６０：消去装置
６２：大域経路探索装置
６３：分岐点列
６４：局所経路探索装置
６５：局所経路
６６：回避経路探索装置
６７：回避経路
１００：自律移動装置

Claims (6)

1. 目標点までの経路を探索して移動する自律移動装置であり、
   分岐点座標と、分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否かを記述している大域マップ記述データを記憶している大域マップ記憶装置と、
   人が、大域マップ記述データに含まれている分岐点の中から任意の分岐点を選択して指定することを許容する目標点指定装置と、
   現在位置の座標を特定する現在位置座標特定装置と、
   周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する障害物座標特定装置と、
   障害物座標特定装置で特定した障害物座標を累積した局所マップ記述データを記憶している局所マップ記憶装置と、
   大域マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置で特定されている現在位置から、目標点指定装置で指定した目標点に至る分岐点の並び(以下、分岐点列という)を探索する大域経路探索装置と、
   局所マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置で特定されている現在位置から、大域経路探索装置で探索された分岐点列における次の分岐点に至る局所経路を探索する局所経路探索装置と、
   を備えている自律移動装置。
2. 次の分岐点に到達した後に局所マップ記述データを消去する消去装置が付加されている請求項１に記載の自律移動装置。
3. 局所マップ記述データが、障害物座標を記憶するデータ形式であることを特徴とする請求項１または２に記載の自律移動装置。
4. 局所経路探索装置で経路が探索できない場合に、大域経路探索装置が再動作することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の自律移動装置。
5. 大域経路探索装置の探索アルゴリズムと局所経路探索装置の探索アルゴリズムが同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の自律移動装置。
6. 移動装置に記憶する情報を記憶している媒体であり、
   分岐点座標と、分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否かを記述している大域マップ記述データと、
   人が、大域マップ記述データに含まれている分岐点の中から任意の分岐点を選択して指定することを許容する目標点指定処理手順と、
   現在位置の座標を特定する現在位置座標特定処理手順と、
   周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する障害物座標特定処理手順と、
   障害物座標特定処理手順で特定した障害物座標を累積して局所マップ記述データを生成する処理手順と、
   大域マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定処理手順で特定されている現在位置から、目標点指定処理手順で指定した目標点に至る分岐点列を探索する大域経路探索処理手順と、
   局所マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定処理手順で特定されている現在位置から、大域経路探索処理手順で探索された分岐点列における次の分岐点に至る局所経路を探索する局所経路探索処理手順と、
   を記憶している媒体。

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