JP2013250795A - 移動体誘導装置及び移動体誘導方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体を適切に自律走行させることが可能な移動体誘導装置を提供する。
【解決手段】移動体誘導装置は、車輪２によって目的地まで自律走行する移動体１の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得部と、自律走行中の移動体１の車輪２の回転角に基づいて移動体１の現在位置及び移動方向を含む移動体情報を取得する移動体情報取得部と、形状情報と移動体情報とに基づいて移動体１の周囲の環境を示す環境地図を作成する環境地図作成部と、環境地図に含まれる構造物の現実の位置及び形状を示す構造物情報を取得する構造物情報取得部と、環境地図と構造物情報とに基づいて現実の構造物に対する環境地図上の構造物のずれ量を演算するずれ量演算部と、ずれ量に基づいて移動体情報に含まれる誤差を特定する誤差特定部と、当該誤差に基づいて移動方向を決定する移動方向決定部とを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、自律走行可能な移動体を精度良く誘導する移動体誘導装置、及びこのような移動体を精度良く誘導する移動体誘導方法に関する。

従来、ロボット等の移動体を自律走行させる（自動で移動させる）技術が検討されてきた。このような移動体の制御はグローバル座標に基づき行われる。ロボットは、移動しながらセンサにより検出した環境情報を基にグローバル座標系の環境地図を作成し、当該環境地図上における位置及び方向を推定している。位置及び方向の推定は、エンコーダを利用して行われる。このような技術はオドメトリと称される。環境地図の作成やオドメトリに関する技術として、例えば下記に出展を示す特許文献１−１０に記載のものがある。

特許文献１に記載の制御装置は、移動体が移動可能な領域の環境地図を、検出部により検出された移動体の周辺情報に基づいて更新する。また、ユーザの指示を示す指示情報に含まれる指示語と、環境地図に含まれる物体の存在確立とを関連付けて環境地図を更新する。

特許文献２に記載の座標補正方法は、第１の環境地図の座標系を並進又は回転させて当該第１の環境地図の姿勢を変動させ、第１の環境地図に含まれる移動不可能な領域である複数の障害物セルの各々について、姿勢変動後の第１の環境地図の各障害物セルから、第２の環境地図における最寄りの障害物セルまでの距離を求める。複数の障害物セルについて算出した距離の合計値に基づいて最適化計算を行い、第１の環境地図の姿勢を決定し、最適化計算により得られた第１の環境地図の姿勢に基づいて、第１及び第２の環境地図のうちの一方の地図上の座標を、他方の地図上の座標に座標変換する。

特許文献３に記載の自動移動ロボットは、新環境地図と旧環境地図とを比較して更新箇所を判定し、更新箇所に対応する移動空間内の地点が撮影された撮影画像を表示する。オペレータによる更新箇所の採否指示に従って更新箇所が採用又は棄却された更新後の環境地図を生成する。

特許文献４に記載のロボットシステムは、周囲の物体との距離を複数計測する距離センサと、地図データとの照合によりロボットの位置と角度を同定する同定装置を備え、ロボットの位置と角度、及び、計測した物体との距離を基に、地図データを生成又は更新する。

特許文献５に記載の装置は、距離センサを移動させて取得した障害物までの方位と距離の計測値に基づいて距離センサの周囲における障害物の占有位置を示す画像をグリッド画像として生成し、各グリッド画像における特徴点を抽出する。各グリッド画像の特徴点を比較して各グリッド画像間の特徴点を照合し、照合の結果に基づいて特徴点の最も良く一致するグリッド画像間で重ね合わせてグリッド画像を仮配置し、仮配置したグリッド画像間において計測値によってグリッド画像間の相対位置と姿勢を演算して地図画像を生成する。

特許文献６に記載の環境地図修正装置は、物体が存在する物体領域が示される環境地図を表示する表示手段と、当該表示手段により表示された環境地図に対する、ユーザからの修正操作を受け付ける入力手段と、当該入力手段により受け付けられた修正操作に基づいて、表示手段に表示されている環境地図を修正する修正手段と、を備える。

特許文献７に記載の自律移動装置は、ユーザの操作に基づく自機の誘導中に、自己位置推定手段により推定された自己位置、及び自機の周囲に存在する物体の位置情報から作成した自機周辺の局所地図から、移動領域の環境地図を作成する。また、自機が所定の設定ポイントに位置しているときの自己位置を、設定ポイントの位置座標として登録するように教示すると共に、環境地図及び設定ポイントを記憶する。当該記憶された環境地図上の設定ポイントを利用して、経路計画手段により計画された移動経路に沿って自律移動するように制御する。

特許文献８に記載の周囲に存在する物体の位置情報に基づいて、移動領域の環境地図を構成する複数の部分地図を作成する際に、複数の部分地図を連結する連結点を手動で設定する。当該手動で設定された連結点の中から、互いに連結する部分地図それぞれの連結点を手動で選択し、選択された部分地図の連結点間の連結関係を定める。

特許文献9に記載のロボットのプログラムは、外部から地図再作成の指示を受付けると、所定領域内でロボットを移動させつつ、エンコーダの測定値を積算してロボットの自己位置を算出し、ロボットの所定視野角範囲内にある固定物及び移動可能物までの距離を水平面の特定角度毎に測定し、測定した距離と、地図情報から得られる固定物までの距離とを処理して、算出した自己位置を補正した補正自己位置を求め、測定値の内、移動可能物までの距離を表す測定値を抽出し、抽出した測定値と補正自己位置とから移動可能物の配置位置を算出する。当該算出した移動可能物の配置位置を集約処理して新たな配置位置を求め、求めた新たな配置位置を外部に出力する。

特許文献１０に記載の自律走行ロボットの自己位置回復方法は、自律走行ロボットが自己位置の推定に失敗した位置において、壁との距離を計測し、計測した距離から壁のモデルを推定すると共に、当該推定した壁モデルと走行経路情報を比較照合して自己位置失敗の走行経路の壁を推定する。そして、推定走行経路の壁との距離を計測して自己位置を推定し、推定した自己位置より所定走行経路に復帰させる。

特開２０１１−１８９４８１号公報 特開２００９−１５７４３０号公報 特開２００９−１６９８４５号公報 特開２００９−９３３０８号公報 特開２００５−３２６９４４号公報 特開２０１０−７２７６２号公報 特開２０１０−８６４１６号公報 特開２０１０−９２１４７号公報 特開２０１１−２１０１２１号公報 特開２００８−５９２１８号公報

上述した特許文献１−１０には、以下に記載されるような課題が想定される。
特許文献１に記載の技術では、環境地図内におけるロボットによる把持対象となる物体以外の物体の配置の正確さに関する記載はない。特許文献２に記載の技術は、新旧の地図データを有効に利用して最新情報の地図に更新することを目的としたものであり、環境地図の位置、形状の精度を高くするものではない。特許文献３に記載の技術は、環境地図の変更の適否はオペレータにより指示されるが、環境地図そのものが正確でない場合の補正については開示されていない。特許文献４に記載の技術は、環境中の構造物の形状が正確に環境地図中に反映できているか否か正確でない場合の補正方法については開示されていない。特許文献５に記載の技術は、繋ぎ合わされた構造物中の形状が正確でない場合に、どのように補正されるのか開示はない。

特許文献６に記載の技術では、地図中に表された構造物の形状が正確でない場合、どのように補正するか開示されていない。特許文献７に記載の技術では、地図中に表された構造物の形状が正確でない場合、どのように補正するのか開示されていない。特許文献８に記載の技術では、作成した環境地図が歪んだり変形したりすることが想定されているが、連結点の設定や選択が手動で行われ、自動化がなされていない。このため、オペレータの手を煩わせてしまう。特許文献９に記載の技術では、オドメトリ誤差により作成した環境地図が歪んだり変形したりすることについて補正することは開示されていない。特許文献１０に記載の技術では、地図上に記録された壁モデルの位置は正確であることを前提とするものであり、ロボットが現地で推定した壁モデルの位置も正確であることを前提としている。よって、壁モデルに含まれる誤差によりロボットが蛇走してしまうことが考えられる。

ここで、オドメトリが理想的であり誤差を有さないのであれば、移動体はオドメトリだけで任意の目的地に到達することができる。しかしながら、例えば路面状況に応じて車輪がスリップしたり、斜面や坂路を走行により左右両輪の回転角に差が生じたりして、現実的にはオドメトリに誤差が含まれることがある。このため、特許文献１−１０に記載の技術に基づき移動体を自律走行させると、目的地に達するまでに移動体が蛇走することが考えられる。このように、オドメトリのみで移動体を任意の目的地まで誘導することは容易ではない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、自律走行可能な移動体が目的地に達するまでに蛇走することを抑制しつつ、適切に走行させることが可能な移動体誘導装置、及びこのような移動体が目的地に達するまでに蛇走することを抑制しつつ、適切に走行させることが可能な移動体誘導方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る移動体誘導装置の特徴構成は、
車輪によって目的地まで自律走行する移動体の自律走行中に、当該移動体の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得部と、
前記自律走行中の前記車輪の回転角に基づいて、前記移動体の現在位置及び前記移動体の移動方向を含む移動体情報を取得する移動体情報取得部と、
前記形状情報と前記移動体情報とに基づいて、前記移動体の周囲の環境を示す環境地図を作成する環境地図作成部と、
前記環境地図に含まれる構造物の現実の位置及び形状を示す構造物情報を取得する構造物情報取得部と、
前記環境地図と前記構造物情報とに基づいて、前記現実の構造物に対する前記環境地図上の構造物のずれ量を演算するずれ量演算部と、
前記ずれ量に基づいて、前記移動体情報取得部により取得された移動体情報に含まれる誤差を特定する誤差特定部と、
前記特定された誤差に基づいて前記移動体の移動方向を決定する移動方向決定部と、
を備えている点にある。

ここで、道路端に建造される欄干や建物等の構造物（現実の構造物）は、一般的に直線や曲線等の幾何学的形状で構成される。移動体が走行する道路やその周囲に存在するこのような現実の構造物の位置や形状と、走行時に移動体が認識した構造物の位置や形状とが合致しない場合には、移動体情報取得部の取得結果に誤差が含まれていると判定することができる。このため、このような誤差に基づいて、移動体の移動方向を設定することにより、目的地に達した際の位置ずれを小さくすることができる。したがって、目的地に達するまでに蛇走することを抑制しつつ、適切に移動体を走行させることが可能となる。

また、前記移動方向決定部は、前記目的地に到達後、次の目的地に自律走行する際の前記移動体の移動方向を決定すると好適である。

このような構成とすれば、次の目的地に移動する際の移動体の移動方向を設定することにより、次の目的地に達した際の位置ずれを小さくすることができる。したがって、最終の目的地に達するまでに蛇走することを抑制しつつ、適切に移動体を走行させることが可能となる。

また、前記構造物情報は、３次元空間における前記現実の構造物を構成する直線、曲線、平面又は曲面に基づいて規定されると好適である。

このような構成とすれば、現実の構造物に対する環境地図上の構造物のずれ量を容易に演算することが可能となる。このため、演算処理負荷を軽減することができるので、安価な演算処理装置を用いて低コストで移動体誘導装置を実現できる。

また、前記構造物情報が、予め構造物情報記憶部に記憶されてあると好適である。

このような構成とすれば、構造物情報を必要に応じて参照することができる。したがって、都度、取得する必要がないので、演算処理負荷を軽減できる。

また、前記構造物情報が、前記移動体が自律走行する道路に付設された路側通信機から伝搬される信号に基づき取得されると好適である。

このような構成とすれば、最新の構造物情報を取得することが可能となる。また、必要に応じて構造物情報を取得することが可能となる。したがって、初めて訪れる場所であっても、適切に移動体を自律走行させることが可能となる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る移動体誘導方法の特徴構成は、
車輪によって目的地まで自律走行する移動体の自律走行中に、当該移動体の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得工程と、
前記自律走行中の前記車輪の回転角に基づいて、前記移動体の現在位置及び前記移動体の移動方向を含む移動体情報を取得する移動体情報取得工程と、
前記形状情報と前記移動体情報とに基づいて、前記移動体の周囲の環境を示す環境地図を作成する環境地図作成工程と、
前記環境地図に含まれる構造物の現実の位置及び形状を示す構造物情報を取得する構造物情報取得工程と、
前記環境地図と前記構造物情報とに基づいて、前記現実の構造物に対する前記環境地図上の構造物のずれ量を演算するずれ量演算工程と、
前記ずれ量に基づいて、前記移動体情報取得工程により取得される移動体情報に含まれる誤差を特定する誤差特定工程と、
前記特定された誤差に基づいて前記移動体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、
を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、上記移動体誘導装置と同様に、移動体が走行する道路やその周囲に存在するこのような現実の構造物の位置や形状と、走行時に移動体が認識した構造物の位置や形状とが合致しない場合には、移動体情報取得部の取得結果に誤差が含まれていると判定することができる。このような誤差に基づいて、移動体の移動方向を設定することにより、目的地に達した際の位置ずれを小さくすることができる。したがって、目的地に達するまでに蛇走することを抑制しつつ、適切に移動体を走行させることが可能となる。

移動体を模式的に示した図である。 移動体誘導装置の構成を模式的に示したブロック図である。 出発地から目的地までに至る経路を示す図である。 形状情報取得部の検出過程の一例について示した図である。 形状情報取得部の検出結果の一例について示した図である。 仮想直線について示した図である。 移動体情報取得部の誤差について示した図である。 移動方向について示した図である。 移動体誘導装置に係る一連の制御について模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る移動体誘導装置１００は、目的地まで自律走行する移動体１を蛇走させることなく、適切に走行させる機能を備えている。自律走行とは、ユーザにより走行制御されること無く、移動体１が自動で走行することを意味する。

図１には、本実施形態に係る移動体１が示される。移動体１は車輪２を有して構成される。本実施形態に係る移動体１は、対向する２輪からなる１系統の駆動輪３と、１輪からなる操舵輪４とを備えている。本発明に係る移動体誘導装置１００は、このような移動体１を自律走行により目的地（最終目的地）まで誘導するよう構成されている。

図２には、移動体誘導装置１００の構成を模式的に示したブロック図が示される。図２に示されるように、移動体誘導装置１００は、出発地設定部１１、目的地設定部１２、走行計画経路設定部１３、走行制御部１４、形状情報取得部２１、移動体情報取得部２２、環境地図作成部２３、構造物情報取得部２４、構造物情報記憶部２５、ずれ量演算部２６、誤差特定部２７、移動方向決定部２８の各機能部を備えて構成される。各機能部はＣＰＵを中核部材として、移動体１の自律走行に伴う種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

移動体１は、自律走行するにあたり、出発地Ｓと目的地Ｇとの間に所定の間隔毎に通過ポイントＷＰを設定する（図３参照）。出発地Ｓの設定は出発地設定部１１にて行われ、走行計画経路設定部１３に伝達される。目的地Ｇの設定は目的地設定部１２にて行われ、走行計画経路設定部１３に伝達される。通過ポイントＷＰは、移動体１が出発地Ｓから目的地Ｇに至るまでに通過する地点である。このような通過ポイントＷＰは、走行計画経路設定部１３により設定される。このような通過ポイントＷＰの間隔は、例えば２メートルとすると好適である。本実施形態では、図３に示されるように出発地Ｓと目的地Ｇとの間に２つの通過ポイントＷＰ１及びＷＰ２が設定されたとする。

ここで、出発地Ｓまでは、移動体１が走行中に目印となり得る特徴を有する施設、すなわち周囲の施設に比べて広い面積を有する施設や周囲の施設に比べて高背の施設等、いわゆるランドマークと呼ばれる施設に基づき、例えば三角測量法により正確に達することができているものとする。

出発地Ｓから１つ目の通過ポイントＷＰ１まで移動体１が自律走行する場合、走行計画経路設定部１３は、出発地Ｓから通過ポイントＷＰ１までの走行計画経路Ｙ１を設定する。係る場合、出発地Ｓが制御上の出発地ＳＰとなり、通過ポイントＷＰ１が制御上の目的地ＧＰとなる。この走行計画経路Ｙ１は走行制御部１４に伝達され、当該走行制御部１４は走行計画経路Ｙ１にしたがって移動体１を自律走行させる。

走行制御部１４は、後述する移動体情報取得部２２の検出結果に基づき移動体１が通過ポイントＷＰ１に達したと認識すると、その旨が走行計画経路設定部１３に伝達される。走行計画経路設定部１３は、通過ポイントＷＰ１を制御上の出発地ＳＰとし、通過ポイントＷＰ２を制御上の目的地ＧＰとして設定し、通過ポイントＷＰ１から通過ポイントＷＰ２までの走行計画経路Ｙ２を設定する。この走行計画経路Ｙ２に基づき、走行制御部１４が上記同様に移動体１を通過ポイントＷＰ２まで誘導する。

同様に、移動体１が通過ポイントＷＰ２に達すると、走行計画経路設定部１３は、通過ポイントＷＰ２を制御上の出発地ＳＰとし、目的地Ｇを制御上の目的地ＧＰとして設定し、通過ポイントＷＰ２から目的地Ｇまでの走行計画経路Ｙ３を設定する。これに伴い、走行制御部１４が移動体１を目的地Ｇまで誘導する。移動体１が目的地Ｇまで達すると、出発地設定部１１及び目的地設定部１２に、その旨を伝達し、出発地設定部１１及び目的地設定部１２は、必要に応じて現在の位置（すなわち目的地Ｇ）を次の自律走行に伴う出発地Ｓとして設定すると共に、次の目的地Ｇを設定する。このように、本移動体誘導装置１００は、出発地Ｓと目的地Ｇとの間に所定の間隔毎に設定した通過ポイントＷＰに基づき、走行計画経路Ｙを設定しながら移動体１を自律走行させる。

形状情報取得部２１は、車輪２によって目的地まで自律走行する移動体１の自律走行中に、当該移動体１の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する。移動体１は上述のように車輪２を有し、上述の駆動輪３が相当する。目的地とは、上述の目的地Ｇに限定されるものではなく、制御上の目的地ＧＰが相当する。周囲に存在する構造物とは、道路端に存在するガードレールや欄干や縁石等が相当する。形状情報取得部２１は、このような構造物の形状を示す形状情報を取得する。本実施形態では、形状情報取得部２１はレーザを放射して移動体１の周囲に存在する構造物の形状を検出するレーザセンサであるとして説明する。

図１に示されるように、レーザセンサ（形状情報取得部２１）は、移動体１の所定の高さの位置で下方を見下ろすように付設される。図４において破線で示されるように、レーザセンサからは、移動体１の自律走行に伴い、少なくとも道路端側に向かってレーザが放射される。ここで、図４には移動体１の右側の道路端に欄干Ｒや縁石Ｑが付設されている状況が示される。このような欄干Ｒや路面と縁石Ｑとの境界部は、一般的に道路の曲がり具合と同様の形状を有する。仮に、道路が曲がっていても、微小区間（例えば、数メートル、或いは数十センチメートル）毎に考えると直線の区間で近似することができる。そこで、形状情報取得部２１は、欄干Ｒや路面と縁石Ｑとの境界部等のデータを抽出して、直線や平面の抽出処理を行う。

このような結果の一例が図５に示される。図５では移動体１の走行経路が符号Ｋを付して示されている。また、図５では、欄干Ｒに関する検出結果が符号Ｒ１を付して示され、縁石Ｑに関する検出結果が符号Ｑ１を付して示される。なお、図４に示されるように欄干Ｒが円柱状であっても、エッジが目立つようにエッジ処理や二値化処理を施すことにより図５のような欄干Ｒの検出結果Ｒ１を取得することが可能である。このような検出は、移動体１が自律走行している間に行われ、当該検出結果は、後述する環境地図作成部２３に伝達される。このような車輪２によって目的地まで自律走行する移動体１の自律走行中に、当該移動体１の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する工程は、形状情報取得工程と称される。

移動体情報取得部２２は、自律走行中の車輪２（駆動輪３）の回転角に基づいて、移動体１の現在位置及び移動体１の移動方向を含む移動体情報を取得する。駆動輪３は、上述のように移動体１の幅方向に互いに対向するように設けられている。本実施形態では、移動体情報取得部２２は、駆動輪３の両輪に設けられている。したがって、スリップや滑りが無ければ、双方の回転角が同じ場合には移動体１は直進していると判定することができる。一方、双方の回転角が異なる場合には移動体１は回転角の小さい側に旋回していると判定することができる。これにより、移動体１の移動方向を特定することが可能となる。

また、上述のように、自律走行を開始する前にあっては、移動体１は三角測量法により正確な位置が特定される位置に存在する。このため、上述の駆動輪３の回転角に基づいて移動体１の移動量（移動距離）も特定することが可能である。したがって、移動体情報取得部２２は、移動体１の現在位置も特定することが可能となる。このような移動体１の現在位置及び移動方向は、移動体１が自律走行している間、移動体情報として移動体情報取得部２２により継続して取得される。移動体情報は、後述する環境地図作成部２３に伝達される。このような、自律走行中の車輪２（駆動輪３）の回転角に基づいて、移動体１の現在位置及び移動体１の移動方向を含む移動体情報を取得する工程は、移動体情報取得工程と称される。

環境地図作成部２３は、形状情報と移動体情報とに基づいて、移動体１の周囲の環境を示す環境地図を作成する。形状情報は、上述の形状情報取得部２１から伝達される。移動体情報は、上述の移動体情報取得部２２から伝達される。移動体１の周囲の環境を示す環境地図とは、移動体１の周囲に存在する構造物の位置を示す環境地図である。したがって、環境地図作成部２３は、これら２つの形状情報及び移動体情報に基づき、移動体１の周囲に存在する構造物の位置を示す環境地図を作成する。環境地図作成部２３により作成された環境地図は、後述する構造物情報取得部２４及びずれ量演算部２６に伝達される。このような形状情報と移動体情報とに基づいて、移動体１の周囲の環境を示す環境地図を作成する工程は、環境地図作成工程と称される。

構造物情報取得部２４は、環境地図に含まれる構造物の現実の位置及び形状を示す構造物情報を取得する。環境地図は、上述の環境地図作成部２３から伝達される。環境地図に含まれる構造物とは、形状情報取得部２１により取得された移動体１の周囲に存在する構造物である。構造物の現実の位置及び形状とは、形状情報取得部２１により取得された構造物の位置及び形状ではなく、正確な位置や形状を特定することが可能な構造物である。このような構造物の現実の位置や形状を示す情報は、構造物情報として扱われる。

本実施形態では、このような現実の構造物の構造物情報は、３次元空間における現実の構造物を構成する直線、曲線、平面又は曲面に基づいて規定される。直線や曲線に基づいて規定されるとは、例えば構造物のエッジにより規定されることを意味し、平面や曲面に基づいて規定されるとは、例えば構造物を構成する外面により規定されることを意味する。これらの直線、曲線、平面、曲面は、夫々の構造物に係るものであるので、これらのいずれかに基づき、構造物の正確な位置や形状を特定することができる。もちろん、直線、曲線、平面、及び曲面の少なくとも１つに基づいて規定する構成とすることが可能である。すなわち、直線、曲線、平面、及び曲面のうちの複数に基づいて規定する構成とすることも当然に可能である。本実施形態では、このような構造物情報は、予め構造物情報記憶部２５に記憶されている。すなわち、現実の構造物の構造物情報は、形状情報取得部２１により取得されたものではない。構造物情報取得部２４により取得された構造物情報は、後述するずれ量演算部２６に伝達される。このような環境地図に含まれる構造物の現実の位置及び形状を示す構造物情報を取得する工程は、構造物情報取得工程と称される。

ずれ量演算部２６は、環境地図と構造物情報とに基づいて、現実の構造物に対する環境地図上の構造物のずれ量を演算する。環境地図は環境地図作成部２３から伝達される。構造物情報は構造物情報取得部２４から伝達される。ここで、上述のように構造物情報には現実の構造物の正確な位置や形状を示す情報が含まれる。一方、環境地図は、移動体１の移動に応じて形状情報取得部２１により取得された形状情報と、移動体情報取得部２２により取得された移動体情報とに基づいて作成されたものである。よって、例えば駆動輪３がスリップ等をした場合、移動体情報取得部２２の取得結果に誤差が含まれる。係る場合、環境地図上の構造物の位置は正確な位置からずれてしまう。ずれ量とは、環境地図上の構造物における、正確な位置が分かっている構造物の位置からずれている量をいう。

具体的には、ずれ量の演算は以下のように行われる。例えば、図６に示されるように、現実の構造物の位置及び形状から仮想直線Ｌを設定する。本実施形態では、現実の構造物の位置及び形状は、構造物情報取得部２４から伝達される構造物情報により特定される。仮想直線Ｌに対して水平で距離Ｕだけ離れた直線上が走行すべき走行計画経路Ｊとする。また、移動体１が、検出結果Ｒ１から水平方向に距離Ｙ_Uだけ離れているとする。

このような場合、移動体１のオドメトリ座標（Ｘ_Ri，Ｙ_Ri，θ_Ri）は、ワールド座標系において（１）式のように、真値（Ｘ_RTi，Ｙ_RTi，θ_RTi）と誤差分（Ｘ_REi，Ｙ_REi，θ_REi）とで表すことができる。ここでＸ_R*はＸ軸方向の座標であり、Ｙ_R*はＹ軸方向の座標であり、θ_R*は向きを示している。

また、走行計画経路Ｊにおける所定の通過ポイントの座標が（Ｘ_Wi，Ｙ_Wi）であるとする。ここで、理解を容易にするために、欄干Ｒの方向に一致するワールド座標系が定義されているとする。係る場合、欄干Ｒからの距離は、（２）式のようにＹ方向成分のみに着目して表すことができる。

(２)式は、走行計画経路Ｊ上からの移動体１の位置のずれ量が、移動体１のオドメトリ座標と通過ポイントのＹ座標との差に、オドメトリ誤差が加わったものであることを示している。ここで、誤差分Ｙ_REiは不明である。例えば、移動体１が走行計画経路Ｊから外れていたとしても、移動体情報取得部２２に誤差が含まれていなければ、所定の座標変換パラメータを用いて欄干Ｒのオドメトリ座標をワールド座標に変換して投影する。この場合、例えば移動体１が走行計画経路Ｊから外れて走行していたとしても、図６に示されるように、欄干Ｒの投影点は仮想直線Ｌからずれることはない。

しかしながら、所定の座標変換パラメータを用いて欄干Ｒのオドメトリ座標をワールド座標に変換して投影した場合に、図７に示されるように、欄干Ｒの検出結果Ｒ１の投影点が仮想直線Ｌからずれていれば、その量がオドメトリ誤差分に相当する。つまり、移動体情報取得部２２の誤差を算定することができる。ずれ量演算部２６は、正確な位置が分かっている構造物に対する環境地図上の構造物のずれ量を演算する。すなわち、ずれ量演算部２６は、このような形状情報取得部２１により取得された構造物（例えば欄干Ｒ）のオドメトリ座標を、所定の座標変換パラメータを用いてワールド座標に変換し、仮想直線Ｌとのずれ量を演算する。ずれ量演算部２６により演算されたずれ量は、後述する誤差特定部２７に伝達される。このような環境地図と構造物情報とに基づいて、現実の構造物に対する環境地図上の構造物のずれ量を演算する工程は、ずれ量演算工程と称される。

誤差特定部２７は、ずれ量に基づいて、移動体情報取得部２２により取得される移動体情報に含まれる誤差を特定する。ずれ量は、上述のずれ量演算部２６から伝達される。例えば、図７のように仮想直線Ｌに対してワールド座標変換した構造物がδＵだけずれていれば、当該δＵを誤差として特定する。誤差特定部２７により特定された誤差は、後述する移動方向決定部２８に伝達される。このようなずれ量に基づいて、移動体情報取得工程により取得される移動体情報に含まれる誤差を特定する工程は、誤差特定工程と称される。

移動方向決定部２８は、特定された誤差に基づいて移動体１の移動方向を決定する。本実施形態では、移動方向決定部２８は、目的地に到達後、次の目的地に自律走行する際の移動体１の移動方向を決定する。すなわち、本実施形態では、移動体１が所定の目的地に到達後、当該所定の目的地から次の目的地に移動する前に、移動方向決定部２８は移動方向を決定する。目的地とは、制御上の目的地ＧＰであり、次の制御上の出発地ＳＰとなる位置である。次の目的地とは、移動体１が継続して自律走行する場合に、次に設定される制御上の目的地ＧＰである。移動方向とは、移動体１の現在位置から制御上の目的地ＧＰへ自律走行する際に進む方向、すなわち、制御上の出発地ＳＰから制御上の目的地ＧＰまでの走行計画経路Ｙとのなす角となる。

具体的には、移動方向の決定は以下のように行われる。例えば、図８に示されるように、制御上の出発地ＳＰである地点Ａから制御上の目的地ＧＰである地点Ｂへ走行計画経路Ｙに沿って自律走行をする場合を想定する。地点Ａは、先の自律走行における制御上の目的地ＧＰに相当する。よって、移動体１は地点Ａに向かって自律走行してきたものと考えることができる。ここで、移動体情報取得部２２の検出結果は地点Ｃに達していると示しているとする。一方、移動体情報取得部２２により実際には地点Ｄに存在しているとする。

この場合、地点Ｄから地点Ｂに移動するには、地点Ｄと地点Ｂとを結ぶ線と、走行計画経路Ｙとのなす角αが、正しい移動方向となる。ここで、仮に移動体情報取得部２２の誤差を考慮せず、地点Ｃと地点Ｂとを結ぶ線と、走行計画経路Ｙとのなす角βを移動方向とした場合には、実際に移動体１が存在する位置である地点Ｄから自律走行しても地点Ｅにしか達しない。よって、上述のように、移動体情報取得部２２の誤差を考慮して移動方向を設定することが好適となる。

移動方向決定部２８により決定された移動方向は、走行計画経路設定部１３に伝達される。このような特定された誤差に基づいて移動体１の移動方向を決定する工程は、移動方向決定工程と称される。

走行計画経路設定部１３は上述のように制御上の出発地ＳＰから制御上の目的地ＧＰまでの走行計画経路Ｙを設定するが、上記誤差特定部２７により特定された誤差を考慮して移動方向を修正する。これにより、移動体１が適切に走行計画経路Ｙに沿って自律走行することが可能となる。

次に、移動体誘導装置１００が行う一連の制御について図９を用いて説明する。移動体１の自律走行に伴い、形状情報取得部２１が移動体１の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する（ステップ＃０１）。一方、移動体情報取得部２２が、移動体１の車輪２の回転角に基づき移動体１の現在位置及び移動体１の移動方向を含む移動体情報を取得する（ステップ＃０２）。

形状情報取得部２１に取得された形状情報及び移動体情報取得部２２により取得された移動体情報に基づき、移動体１の周囲の環境地図が作成される（ステップ＃０３）。そして、構造物情報取得部２４は、環境地図を参照し、当該環境地図に含まれる構造物の構造物情報を取得する（ステップ＃０４）。

環境地図作成部２３により作成された環境地図、及び構造物情報取得部２４により取得された構造物情報に基づき、ずれ量演算部２６が現実の構造物に対する環境地図上の構造物のずれ量を演算する（ステップ＃０５）。誤差特定部２７が、このずれ量に基づき移動体情報取得部２２の検出結果に含まれる誤差を特定する（ステップ＃０６）。

移動方向決定部２８が、特定された誤差に基づき、制御上の出発地から次の制御上の目的地に自律走行する際の移動方向を決定する（ステップ＃０７）。走行計画経路設定部１３により走行計画経路が設定され、走行制御部１４により移動体１の自律走行が制御される（ステップ＃０８）。移動体誘導装置１００は、このような処理に基づき移動体１の自律走行を制御する。これにより、移動体１を適切に自律走行させることが可能となる。

このように本移動体誘導装置１００によれば、移動体１が走行する道路やその周囲に存在するこのような現実の構造物の位置や形状と、走行時に移動体１が認識した構造物の位置や形状とが合致しない場合には、移動体情報取得部２２の取得結果に誤差が含まれていると判定することができる。このため、このような誤差に基づいて、次の制御上の目的地ＧＰに移動する際の移動体１の移動方向を設定することにより、次の制御上の目的地ＧＰに達した際の位置ずれを小さくすることができる。したがって、制御上の目的地ＧＰに達するまでに蛇走することを抑制しつつ、適切に移動体１を走行することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、構造物情報が、予め構造物情報記憶部２５に記憶されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。構造物情報が、移動体１が自律走行する道路に付設された路側通信機から伝搬される信号に基づき取得される構成とすることも可能である。このような構成であっても、適切に現実の構造物の位置及び形状を示す構造物情報を取得することができるので、上記実施形態と同様に、移動体１を適切に自律走行させることが可能となる。

上記実施形態では、制御上の出発地ＳＰと制御上の目的地ＧＰとの間に、２つの通過ポイントＷＰが設けられている例を挙げて説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。制御上の出発地ＳＰと制御上の目的地ＧＰとの間に、通過ポイントＷＰを設けずに構成することも可能であるし、１つの通過ポイントＷＰ、或いは３つ以上の通過ポイントＷＰを設ける構成とすることも当然に可能である。

また、上記実施形態では、通過ポイントＷＰを複数設定する場合、２つの通過ポイントＷＰの間隔を２メートルであるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。２メートル未満とすることも可能であるし、２メートルより大きく設定することも当然に可能である。このような通過ポイントＷＰの間隔は、演算処理装置の能力に応じて決定すると好適である。すなわち、演算処理能力が高い演算処理装置を用いて移動体誘導装置１００を構成する場合には、通過ポイントＷＰの間隔を狭くすると良い。これにより、蛇走する量が減少し、スムーズに自律走行を行うことが可能となる。一方、演算処理能力が低い演算処理装置を用いて移動体誘導装置１００を構成する場合には、通過ポイントＷＰの間隔を広くすると良い。これにより、演算処理負荷を軽減することが可能となる。

上記実施形態では、移動体１の車輪２が、駆動輪３と操舵輪４とが別体で構成されているように説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。駆動輪３と操舵輪４とが同一ものであっても良い。係る場合、駆動輪３及び操舵輪４とは別に、車輪２を設けると好適である。また、操舵輪４も移動体１の幅方向に対向する２以上の車輪を有して構成することも当然に可能である。

上記実施形態では、形状情報取得部２１がレーザセンサであるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。他の構成からなるセンサ、例えば距離画像センサ等を用いて移動体１の周囲に存在する構造物の位置及び形状を検出する構成とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、ずれ量演算部２６は仮想直線Ｌを構造物情報に基づいて取得するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。移動体１が自律走行する前に予め現地に移動させ、移動体１により取得させておく構成とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、移動方向決定部２８は、移動体１が所定の目的地に到達後、当該所定の目的地から次の目的地に移動する前に、移動方向を決定するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。移動方向決定部２８は、移動体１が所定の目的地に到達後、当該所定の目的地から次の目的地に移動しながら、リアルタイムで移動方向を修正しつつ、当該移動方向を決定する構成とすることも当然に可能である。係る場合には、移動体誘導装置１００が、が有する上述の各機能部がリアルタイムで各種処理を行う構成とすると好適である。

本発明は、自律走行可能な移動体を精度良く誘導する移動体誘導装置、及びこのような移動体を精度良く誘導する移動体誘導方法に用いることが可能である。

１：移動体
２：車輪
２１：形状情報取得部
２２：移動体情報取得部
２３：環境地図作成部
２４：構造物情報取得部
２５：構造物情報記憶部
２６：ずれ量演算部
２７：誤差特定部
２８：移動方向決定部
１００：移動体誘導装置
Ｇ：目的地

Claims (6)

1. 車輪によって目的地まで自律走行する移動体の自律走行中に、当該移動体の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得部と、
   前記自律走行中の前記車輪の回転角に基づいて、前記移動体の現在位置及び前記移動体の移動方向を含む移動体情報を取得する移動体情報取得部と、
   前記形状情報と前記移動体情報とに基づいて、前記移動体の周囲の環境を示す環境地図を作成する環境地図作成部と、
   前記環境地図に含まれる構造物の現実の位置及び形状を示す構造物情報を取得する構造物情報取得部と、
   前記環境地図と前記構造物情報とに基づいて、前記現実の構造物に対する前記環境地図上の構造物のずれ量を演算するずれ量演算部と、
   前記ずれ量に基づいて、前記移動体情報取得部により取得された移動体情報に含まれる誤差を特定する誤差特定部と、
   前記特定された誤差に基づいて前記移動体の移動方向を決定する移動方向決定部と、
   を備える移動体誘導装置。
2. 前記移動方向決定部は、前記目的地に到達後、次の目的地に自律走行する際の前記移動体の移動方向を決定する請求項１に記載の移動体誘導装置。
3. 前記構造物情報は、３次元空間における前記現実の構造物を構成する直線、曲線、平面又は曲面に基づいて規定される請求項１又は２に記載の移動体誘導装置。
4. 前記構造物情報が、予め構造物情報記憶部に記憶されてある請求項１から３のいずれか一項に記載の移動体誘導装置。
5. 前記構造物情報が、前記移動体が自律走行する道路に付設された路側通信機から伝搬される信号に基づき取得される請求項１から４のいずれか一項に記載の移動体誘導装置。
6. 車輪によって目的地まで自律走行する移動体の自律走行中に、当該移動体の周囲に存在する構造物の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得工程と、
   前記自律走行中の前記車輪の回転角に基づいて、前記移動体の現在位置及び前記移動体の移動方向を含む移動体情報を取得する移動体情報取得工程と、
   前記形状情報と前記移動体情報とに基づいて、前記移動体の周囲の環境を示す環境地図を作成する環境地図作成工程と、
   前記環境地図に含まれる構造物の現実の位置及び形状を示す構造物情報を取得する構造物情報取得工程と、
   前記環境地図と前記構造物情報とに基づいて、前記現実の構造物に対する前記環境地図上の構造物のずれ量を演算するずれ量演算工程と、
   前記ずれ量に基づいて、前記移動体情報取得工程により取得される移動体情報に含まれる誤差を特定する誤差特定工程と、
   前記特定された誤差に基づいて前記移動体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、
   を備える移動体誘導方法。

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