JP2014026516A - Target route generation device and target route generation method - Google Patents

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太一 溝尻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent reduction in followability of an automatic guided vehicle and vibration thereof.SOLUTION: A target route generation device and a target route generation method generate a target route from an initial position Ns of an automatic guided vehicle to a target position Ne. The target route generation device and the target route generation method approximate minimum jerk trajectory, where a rate of change in curvature ρ from the initial position Ns to the target position Ne is zero, in minimum jerk trajectories connecting the initial position Ns and the target position Ne, with a trigonometric function, to calculate the target route.

Description

本発明は、目標経路生成装置及び目標経路生成方法に関する。   The present invention relates to a target route generation device and a target route generation method.

従来から、クロソイド曲線、直線、及び円弧を組み合わせて車両の経路を生成する方法が知られている(特許文献1参照)。クロソイド曲線は曲率ρが曲線長Lに比例する曲線である。クロソイド曲線、直線、及び円弧の各々は、曲率の変化率がそれぞれ一定であるため、車両の追従性が良い。このため、道路線形や自動駐車システムの経路生成に用いられている。   Conventionally, a method of generating a vehicle route by combining a clothoid curve, a straight line, and an arc is known (see Patent Document 1). The clothoid curve is a curve in which the curvature ρ is proportional to the curve length L. Each of the clothoid curve, the straight line, and the arc has a constant change rate of curvature, so that the vehicle has good trackability. For this reason, it is used for road alignment and route generation of an automatic parking system.

特開2010−18074号公報JP 2010-18074 A

しかし、従来の方法では、クロソイド曲線と直線、円弧を組み合わせて経路を算出しているため、これらの線の接続点において曲率の変化率が不連続となる。したがって、クロソイド曲線と直線、曲線を組み合わせた経路を自動操舵の目標経路として用いると、その接続点において操舵サーボ系に対して大きなトルクが要求され、車両の追従性が低下し、車両に振動が発生して乗員に違和感を与えてしまう場合がある。   However, in the conventional method, the path is calculated by combining a clothoid curve, a straight line, and an arc, so that the rate of change of curvature is discontinuous at the connection point of these lines. Therefore, if a route combining a clothoid curve, a straight line, and a curve is used as a target route for automatic steering, a large torque is required for the steering servo system at the connection point, the vehicle followability is reduced, and the vehicle is vibrated. May occur and give the passenger a sense of incongruity.

本発明は上記した課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、自動運行ビークルの追従性の低下及び自動運行ビークルの振動を抑制する目標経路生成装置及び目標経路生成方法を提供することである   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a target route generation device and a target route generation method that suppress a decrease in followability of an automatic operation vehicle and vibration of the automatic operation vehicle. Is

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係わる目標経路生成装置及び目標経路生成方法では、初期位置から目標位置までを繋ぐ躍度最小化軌道のうち、初期位置及び目標位置における曲率の変化率が零である躍度最小化軌道を三角関数で近似して目標経路を算出する。   In order to achieve the above object, in the target route generation device and the target route generation method according to one aspect of the present invention, the curvature change at the initial position and the target position in the jerk minimizing trajectory connecting the initial position to the target position. A target path is calculated by approximating a jerk minimizing trajectory with a rate of zero with a trigonometric function.

本発明の一態様に係わる目標経路生成装置及び目標経路生成方法によれば、クロソイド曲線と直線、曲線を組み合わせた経路に比べて、自動運行ビークルの追従性の低下及び自動運行ビークルの振動を抑制することができる。   According to the target route generation device and the target route generation method according to one aspect of the present invention, compared with a route combining a clothoid curve, a straight line, and a curve, a decrease in followability of the automatic operation vehicle and vibration of the automatic operation vehicle are suppressed. can do.

図1は、本発明の実施形態に係わる目標経路生成装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a target route generation apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の経路生成部33の詳細な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the route generation unit 33 of FIG. 図3は、図2の経路生成部33が実行する目標経路生成方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of a target route generation method executed by the route generation unit 33 of FIG. 図4は、図3のステップS01の詳細な手順を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a detailed procedure of step S01 in FIG. 図5は、障害物101が存在する領域を図示する障害物マップの一例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing an example of an obstacle map illustrating a region where the obstacle 101 exists. 図6は、図5の障害物マップに示された障害物101を、正方形の凸領域102で分割した例を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an example in which the obstacle 101 shown in the obstacle map of FIG. 5 is divided by a square convex region 102. 図7は、図6の凸領域102の重心点を母点103とするボロノイ図である。FIG. 7 is a Voronoi diagram in which the center of gravity of the convex region 102 in FIG. 図8は、図7の母点103をドロネー点とするドロネー図である。FIG. 8 is a Delaunay diagram with the generating point 103 of FIG. 7 as the Delaunay point. 図9は、図4のステップS107において選択された初期位置Ns及び目標位置Neを例示する平面図である。FIG. 9 is a plan view illustrating the initial position Ns and the target position Ne selected in step S107 of FIG. 図10は、初期位置Nsから目標位置Neまでを繋ぐ経路候補(R、R)を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing route candidates (R 1 , R 2 ) connecting the initial position Ns to the target position Ne. 図11は、連続する3つの経由点(N、N、N)を通る円Cr及び円Crに接するベクトル(V、V、V)を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a circle Cr passing through three consecutive waypoints (N 1 , N 2 , N 3 ) and a vector (V 1 , V 2 , V 3 ) in contact with the circle Cr. 図12は、経由点Nについて算出される3つのベクトル(Va、Vb、Vc)及び車両の姿勢角の検索範囲GNを示す平面図である。Figure 12 is a plan view showing three vectors calculated for transit point N 3 (Va, Vb, Vc ) and the search range GN attitude angle of the vehicle. 図13は、経由点Nの車両位置CA2から経由点Nの車両位置CA3までのコリドーKLを示す平面図である。Figure 13 is a plan view showing a corridor KL until the vehicle position CA3 through point N 3 from the vehicle position CA2 through point N 2. 図14は、直線探索法(黄金分割法)を説明するためのグラフである。FIG. 14 is a graph for explaining the line search method (golden section method). 図15は、ドロネー辺105において経由点を移動させて経路を探索する方法を説明するための平面図である。FIG. 15 is a plan view for explaining a method for searching for a route by moving a waypoint in Delaunay side 105. 図16(a)は、姿勢角の探索範囲GN内で直線検索法を用いて姿勢角の最適値を検索するフローチャートを示し、図16(b)は、ドロネー辺105を探索範囲とした直線検索法を用いて経由点の最適値を検索するフローチャートを示す。FIG. 16A shows a flowchart for searching for the optimum value of the posture angle using the straight line search method within the search range GN of the posture angle, and FIG. 16B shows a straight line search using the Delaunay side 105 as the search range. 6 shows a flowchart for searching for an optimum value of a waypoint using a method. 図17は、互いに接する2つの円弧により区分経路を近似する方法を説明するための平面図である。FIG. 17 is a plan view for explaining a method of approximating a segment path by two arcs in contact with each other. 図18は、円周C及び円周Cの組合せ可能な範囲を示す平面図である。FIG. 18 is a plan view showing a combinable range of the circumference C 1 and the circumference C 2 . 図19は、円軌道における姿勢角θと行程角φとの関係を示す平面図である。FIG. 19 is a plan view showing the relationship between the posture angle θ P and the stroke angle φ P in a circular orbit. 図20(a)は、「三角波」、「躍度最小化軌道」及び「三角関数近似」の各曲線の曲率ρを示すグラフであり、図20(b)は、「三角波」、「躍度最小化軌道」及び「三角関数近似」の各曲線を示す平面図である。FIG. 20A is a graph showing the curvature ρ of each curve of “triangular wave”, “judgement minimizing trajectory”, and “trigonometric function approximation”, and FIG. It is a top view which shows each curve of "minimized orbit" and "trigonometric function approximation". 図21(a)は、「台形波」、「躍度最小化軌道」及び「三角関数近似」の各曲線の曲率ρを示すグラフであり、図21(b)は、「台形波」、「躍度最小化軌道」及び「三角関数近似」の各曲線を示す平面図である。FIG. 21A is a graph showing the curvature ρ of each curve of “trapezoidal wave”, “jumpiness minimizing trajectory”, and “trigonometric function approximation”, and FIG. It is a top view which shows each curve of a jerk minimum trajectory "and a trigonometric function approximation. 図22は、初期位置Sから目標位置Eまでの間に任意に設定された経由点W(i=1〜n−1)を繋ぐ目標経路を示す平面図である。FIG. 22 is a plan view showing a target path that connects via points W i (i = 1 to n−1) arbitrarily set between the initial position S and the target position E. FIG. 図23(a)は水平面HP及び鉛直面VPへそれぞれ投影された3次元空間における目標経路を示すグラフであり、図23(b)は互いに接する2つの回転楕円体E、Eを用いた経路近似モデルを示す立体図である。FIG. 23A is a graph showing target paths in a three-dimensional space projected onto the horizontal plane HP and the vertical plane VP, respectively, and FIG. 23B uses two spheroids E 1 and E 2 that are in contact with each other. It is a three-dimensional view showing a route approximation model.

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

[目標経路生成装置]
図1を参照して、実施形態に係わる目標経路生成装置の全体構成を説明する。目標経路生成装置は、車両、船舶、航空機を含む自動操舵が可能な移動体(以後、「自動運行ビークル」という)における、2次元空間或いは3次元空間における初期位置から目標位置までの目標経路を生成する装置である。実施形態では、自動運行ビークルの一例として車輪による自動操舵が可能な車両について説明する。
[Target route generator]
With reference to FIG. 1, the overall configuration of a target route generation apparatus according to the embodiment will be described. The target route generation device calculates a target route from an initial position to a target position in a two-dimensional space or a three-dimensional space in a movable body (hereinafter referred to as “automatic operation vehicle”) including a vehicle, a ship, and an aircraft. It is a device to generate. In the embodiment, a vehicle capable of automatic steering with wheels will be described as an example of an automatic operation vehicle.

実施形態に係わる目標経路生成装置は、図1に示すように、目標経路生成装置全体の制御するECU(電子制御装置)11、外部とデータ通信を行う通信部12、カメラやソナーを含む外界認識センサ13、車両の乗員に対して画像情報を提供するためのモニタ14、音声情報を提供するためのスピーカ15、乗員からの指示入力を受け付ける入力部16、車両の車輪の回転速度から車速を求める車輪速センサ17、操舵角度を測定する舵角センサ18、車輪を操舵する操舵アクチュエータ19、車両の駆動力を制御する駆動力制御部20、及び車両を駆動する駆動アクチュエータ21を備える。   As shown in FIG. 1, the target route generation device according to the embodiment includes an ECU (electronic control device) 11 that controls the entire target route generation device, a communication unit 12 that performs data communication with the outside, and external recognition including a camera and sonar. A sensor 13, a monitor 14 for providing image information to a vehicle occupant, a speaker 15 for providing audio information, an input unit 16 for receiving an instruction input from the occupant, and a vehicle speed from a rotational speed of a vehicle wheel. A wheel speed sensor 17, a steering angle sensor 18 for measuring a steering angle, a steering actuator 19 for steering the wheel, a driving force control unit 20 for controlling the driving force of the vehicle, and a driving actuator 21 for driving the vehicle are provided.

ECU11は、CPU(中央処理装置)、ROM、RAM、外部記憶装置を備えるマイクロコンピュータからなり、外部記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、以下に示す機能的な構成を実現する。ECU11は、通信部12及び外界認識センサ13から得られる初期位置から目標位置までの領域の画像情報から初期位置から目標位置までの領域に存在する障害物及びその位置を認識或いは判定する認識判定部31、後述する経路生成部33により生成された目標経路を車両が通過するように操舵を制御するための制御信号を操舵アクチュエータ19に送信する操舵制御部32、認識判定部31により認識或いは判定された障害物及びその位置に基づき目標経路を生成する経路生成部33、車輪速センサ17及び舵角センサ18から得られる車輪速及び舵角から車両の現在位置を推定する自己位置推定部34、及び車両の位置を決定するための制御信号を駆動力制御部20へ送信する位置決め制御部35を実現する。   The ECU 11 includes a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), ROM, RAM, and an external storage device, and implements the functional configuration shown below by executing a computer program stored in the external storage device. The ECU 11 recognizes or determines an obstacle existing in the region from the initial position to the target position and the position of the obstacle from the image information of the region from the initial position to the target position obtained from the communication unit 12 and the external recognition sensor 13. 31, a steering control unit 32 that transmits a control signal for controlling steering so that the vehicle passes a target route generated by a route generation unit 33, which will be described later, is recognized or determined by a recognition determination unit 31. A path generation unit 33 that generates a target path based on the obstacle and its position, a self-position estimation unit 34 that estimates the current position of the vehicle from the wheel speed and the steering angle obtained from the wheel speed sensor 17 and the steering angle sensor 18, and A positioning control unit 35 that transmits a control signal for determining the position of the vehicle to the driving force control unit 20 is realized.

通信部12は、車両の外部に設置された固定点カメラにより撮影された画像データを受信する。カメラやソナーを含む外界認識センサ13では得ることが出来ない画像情報を通信部12を介して得ることができる。このため、認識判定部31はより広い範囲における障害物及びその位置を求めることができる。経路生成部33は、障害物及びその位置の情報から車両周囲に存在する障害物の地図(障害物マップ)を作成する。   The communication unit 12 receives image data captured by a fixed point camera installed outside the vehicle. Image information that cannot be obtained by the external recognition sensor 13 including the camera and the sonar can be obtained via the communication unit 12. For this reason, the recognition determination part 31 can obtain | require the obstruction and its position in a wider range. The route generation unit 33 creates a map of obstacles (obstacle map) existing around the vehicle from the information on the obstacles and their positions.

モニタ14は、経路生成部33により作成された障害物マップを表示する。更に、モニタ14は、経路生成部33により生成された目標経路、及び自己位置推定部34により推定された車両の現在位置を、障害物マップに重畳して表示することができる。モニタ14の種類は特に限定されないが、タッチパネルディスプレイを適用した場合、モニタ14の画面にソフトキーボードやその他の文字列を表示すれば、入力部16とモニタ14とを一体化することができる。スピーカ15は、目標経路に沿って車両を自動運行させる際の運転操作の手順を案内する音声を出力する。   The monitor 14 displays the obstacle map created by the route generation unit 33. Furthermore, the monitor 14 can display the target route generated by the route generation unit 33 and the current position of the vehicle estimated by the self-position estimation unit 34 superimposed on the obstacle map. The type of the monitor 14 is not particularly limited, but when a touch panel display is applied, the input unit 16 and the monitor 14 can be integrated if a soft keyboard or other character string is displayed on the screen of the monitor 14. The speaker 15 outputs a sound for guiding a procedure of driving operation when the vehicle is automatically operated along the target route.

自己位置推定部34は、車輪速センサ17により求められた車速を積分して車両の移動距離を求め、舵角センサ18により求められた舵角を移動距離で積分することにより車両のヨー角を求めることができる。   The self-position estimating unit 34 integrates the vehicle speed obtained by the wheel speed sensor 17 to obtain the moving distance of the vehicle, and integrates the rudder angle obtained by the rudder angle sensor 18 by the moving distance, thereby calculating the yaw angle of the vehicle. Can be sought.

図2を参照して、図1の経路生成部33の詳細な構成を説明する。経路生成部33は、経由点設定部41、円周近似部42、及び三角関数近似部43を備える。   With reference to FIG. 2, a detailed configuration of the route generation unit 33 in FIG. 1 will be described. The route generation unit 33 includes a waypoint setting unit 41, a circumference approximation unit 42, and a trigonometric function approximation unit 43.

経由点設定部41は、初期位置から目標位置までを繋ぐ目標経路の途中で通過する少なくとも1以上の経由点及び経由点における車両の姿勢角を設定する。経由点設定部41は、初期位置から目標位置までの間に存在する障害物を複数の凸領域に分割して各凸領域の重心点の位置を求める。そして、重心点を母点とするボロノイ図及びドロネー図を用いて少なくとも1以上の経由点及び経由点における車両の姿勢角を設定する。車両の姿勢角には、例えば、車両の進行方向が成す角度が含まれる。経由点設定部41が実施する詳細な処理内容は、図4〜図16を参照して後述する。   The waypoint setting unit 41 sets at least one or more waypoints that pass along the target route that connects the initial position to the target position, and the attitude angle of the vehicle at the waypoint. The waypoint setting unit 41 divides an obstacle existing between the initial position and the target position into a plurality of convex areas, and obtains the position of the barycentric point of each convex area. Then, at least one waypoint and a vehicle attitude angle at the waypoint are set using a Voronoi diagram and a Delaunay diagram having the center of gravity as a base point. The attitude angle of the vehicle includes, for example, an angle formed by the traveling direction of the vehicle. Details of processing performed by the waypoint setting unit 41 will be described later with reference to FIGS.

円周近似部42は、経由点設定部41により設定された経由点の位置、初期位置及び目標位置、及び経由点、初期位置及び目標位置の各々における車両の姿勢角に基づいて、初期位置から経由点を経由して目標位置までを繋ぐ経路を、円弧、クロソイド曲線、或いは線分の組合せにより近似する。初期位置を最初の経由点とし、目標位置を最後の経由点とした場合、円周近似部42は、最後の経由点を除く他の経由点の各々について、経由点から次の経由点までの区分経路を1つの円弧もしくは互いに接する2つの円弧により近似する。区分経路は、初期位置から目標位置までを繋ぐ経路を経由点で区切った時の1区分に相当する。経由点から次の経由点までの区分経路を互いに接する2つの円弧により近似する「2円モデル」の具体例を、図17〜図18を参照して後述する。区分経路を互いに接する2つの円弧により近似した場合、円周近似部42は、2つの円弧の接点を新たな経由点として設定し、2つの円弧の接線方向が成す角度を新たな経由点における車両の姿勢角として設定する。   The circumferential approximation unit 42 starts from the initial position based on the position of the via point, the initial position and the target position set by the via point setting unit 41, and the posture angle of the vehicle at each of the via point, the initial position, and the target position. A path connecting to the target position via the via point is approximated by a combination of an arc, a clothoid curve, or a line segment. When the initial position is set as the first waypoint and the target position is set as the last waypoint, the circumference approximating unit 42 determines the waypoint from the waypoint to the next waypoint for each of the other waypoints except the last waypoint. The segmented path is approximated by one arc or two arcs in contact with each other. The section route corresponds to one section when a route connecting from the initial position to the target position is divided by waypoints. A specific example of a “two-circle model” that approximates a section route from one way point to the next way point by two arcs that contact each other will be described later with reference to FIGS. 17 to 18. When the segmented path is approximated by two arcs in contact with each other, the circumferential approximation unit 42 sets the contact point of the two arcs as a new via point, and sets the angle formed by the tangential directions of the two arcs to the vehicle at the new via point. Set as the attitude angle.

三角関数近似部43は、経由点設定部41及び円周近似部42により設定された経由点の位置及び経由点における車両の姿勢角に基づいて、経由点から次の経由点までの躍度最小化軌道を三角関数で近似した目標区分経路を算出する。三角関数近似部43は、初期位置から目標位置に至る経由点の各々について、三角関数で近似した目標区分経路を算出し、これらの目標区分経路を繋ぎ合わせて、初期位置から目標位置までの目標経路を生成する。三角関数近似部43が実施する詳細な処理内容は、図19〜図20を参照して後述する。   The trigonometric function approximating unit 43 has a minimum jerk from a transit point to the next transit point based on the position of the transit point set by the transit point setting unit 41 and the circumference approximating unit 42 and the attitude angle of the vehicle at the transit point. The target segmented path that approximates the normalized trajectory with a trigonometric function is calculated. The trigonometric function approximating unit 43 calculates a target segment path approximated by a trigonometric function for each of the waypoints from the initial position to the target position, and connects these target segment paths to obtain a target from the initial position to the target position. Generate a route. Details of processing performed by the trigonometric function approximating unit 43 will be described later with reference to FIGS.

[目標経路生成方法]
図3のフローチャートを参照して、図2の経路生成部33が実行する目標経路生成方法の手順を説明する。
[Target route generation method]
With reference to the flowchart of FIG. 3, the procedure of the target route generation method executed by the route generation unit 33 of FIG. 2 will be described.

先ず、ステップS01において、経由点設定部41は、障害物マップに基づいて、初期位置及び目標位置、初期位置から目標位置までの経路が通る経由点の位置、及び初期位置、目標位置、経由点における車両の姿勢角を設定する。ステップS01の詳細な手順は、図4のフローチャートを参照して後述する。   First, in step S01, the waypoint setting unit 41, based on the obstacle map, the initial position and the target position, the position of the waypoint along which the route from the initial position to the target position passes, and the initial position, the target position, and the waypoint Sets the vehicle attitude angle at. The detailed procedure of step S01 will be described later with reference to the flowchart of FIG.

ステップS03に進み、円周近似部42は、経由点から次の経由点までの区分経路を互いに接する2つの円弧により近似する。その後、ステップS05に進み、三角関数近似部43は、経由点の位置及び経由点における車両の姿勢角に基づいて、経由点から次の経由点までの躍度最小化軌道を三角関数で近似した目標区分経路を算出する。   Proceeding to step S03, the circumference approximating unit 42 approximates the segmented route from one waypoint to the next waypoint by two arcs that touch each other. Thereafter, the process proceeds to step S05, and the trigonometric function approximating unit 43 approximates the jerk minimizing trajectory from one waypoint to the next waypoint using a trigonometric function based on the position of the waypoint and the attitude angle of the vehicle at the waypoint. A target segment route is calculated.

[経由点及び姿勢角の設定]
図4〜図16を参照して、図3のステップS01の詳細な手順を説明する。先ず、ステップS101において、経由点設定部41は、認識判定部31により求められた障害物及びその位置に基づいて、障害物マップを作成する。作成された障害物マップの一例を図5に示す。障害物マップには、障害物101が存在する領域と、障害物101が存在しない、車両が通行可能な他の領域とが示されている。
[Set via points and attitude angles]
The detailed procedure of step S01 in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. First, in step S101, the waypoint setting unit 41 creates an obstacle map based on the obstacle obtained by the recognition determination unit 31 and its position. An example of the created obstacle map is shown in FIG. The obstacle map shows an area where the obstacle 101 exists and other areas where the obstacle 101 does not exist and the vehicle can pass.

ステップS103に進み、経由点設定部41は、初期位置から目標位置までの間に存在する障害物を複数の凸領域に分割する。凸領域の形状としては、2次元空間の場合、正三角形、正方形、正六角形を含む正平面充填形を用いることができる。また、3次元空間の場合、凸領域の形状としては、平行六面体、切頂八面体、菱形十二面体を含む空間充填多面体を用いることができる。図6は、図5の障害物マップに示された障害物101を、正方形の凸領域102で分割した例を示す。   In step S103, the waypoint setting unit 41 divides the obstacle existing between the initial position and the target position into a plurality of convex areas. As the shape of the convex region, in the case of a two-dimensional space, a regular plane filling shape including a regular triangle, a square, and a regular hexagon can be used. In the case of a three-dimensional space, a space-filling polyhedron including a parallelepiped, a truncated octahedron, and a rhomboid dodecahedron can be used as the shape of the convex region. FIG. 6 shows an example in which the obstacle 101 shown in the obstacle map of FIG.

ステップS105に進み、経由点設定部41は、各凸領域102の重心点の位置を求め、各重心点を母点103とするボロノイ図及びドロネー図を作成する。図7は、図6の凸領域102の重心点を母点103とするボロノイ図を示す。ボロノイ図には、ボロノイ境界104及びボロノイ点106が含まれる。ボロノイ境界104は、隣接する2つの母点103の二等分線の一部であり、ボロノイ点106は、2以上のボロノイ境界104の交点である。ボロノイ境界104及びボロノイ点106は、母点103に対して一義的に定まる。   In step S <b> 105, the waypoint setting unit 41 obtains the position of the barycentric point of each convex region 102, and creates a Voronoi diagram and a Delaunay diagram using each barycentric point as a generating point 103. FIG. 7 shows a Voronoi diagram in which the center of gravity of the convex region 102 in FIG. The Voronoi diagram includes Voronoi boundaries 104 and Voronoi points 106. The Voronoi boundary 104 is a part of a bisector of two adjacent generating points 103, and the Voronoi point 106 is an intersection of two or more Voronoi boundaries 104. The Voronoi boundary 104 and the Voronoi point 106 are uniquely determined with respect to the generating point 103.

ステップS105において、次に、経由点設定部41は、図7のボロノイ図から、図8に示すドロネー図を作成する。ドロネー図には、ドロネー点、及びドロネー辺105が含まれる。ドロネー点は、ボロノイ図における母点103に相当する。ドロネー辺105は、ドロネー点103を結ぶ線分である。   Next, in step S105, the waypoint setting unit 41 creates the Delaunay diagram shown in FIG. 8 from the Voronoi diagram of FIG. The Delaunay diagram includes a Delaunay point and a Delaunay side 105. The Delaunay point corresponds to the generating point 103 in the Voronoi diagram. A Delaunay side 105 is a line segment connecting Delaunay points 103.

ステップS107に進み、経由点設定部41は、初期位置及び目標位置を選択する。初期位置及び目標位置は、自己位置推定部34により推定された車両の現在位置及び入力部16を介してユーザにより入力された目標到達位置に基づいて、ステップS105で求められたボロノイ点106の中からそれぞれ選択される。例えば、車両の現在位置及び目標到達位置の各々に最寄りのボロノイ点106を初期位置Ns及び目標位置Neとすることができる。図9には、ステップS107において選択された初期位置Ns及び目標位置Neを例示する。また、経由点設定部41は、初期位置及び目標位置の各々における姿勢角を設定することができる。   In step S107, the waypoint setting unit 41 selects an initial position and a target position. The initial position and the target position are determined from among the Voronoi points 106 obtained in step S105 based on the current position of the vehicle estimated by the self-position estimation unit 34 and the target arrival position input by the user via the input unit 16. Is selected from each. For example, the Voronoi point 106 nearest to each of the current position and the target arrival position of the vehicle can be set as the initial position Ns and the target position Ne. FIG. 9 illustrates the initial position Ns and the target position Ne selected in step S107. Further, the waypoint setting unit 41 can set the posture angle at each of the initial position and the target position.

ステップS109に進み、経由点設定部41は、図10に示すように、初期位置Nsから目標位置Neまでを繋ぐ経路候補(R、R)を算出する。ただし、経路候補(R、R)は、障害物101が存在しない領域にあるボロノイ点106を経由点(ノード)とし、障害物101が存在しない領域にあるボロノイ境界104をブランチとする。経由点設定部41は、算出された経路候補(R、R)の各々について、経路候補(R、R)が通過する経由点のリスト(ノードリスト)を作成することができる。 In step S109, the waypoint setting unit 41 calculates a route candidate (R 1 , R 2 ) connecting the initial position Ns to the target position Ne as shown in FIG. However, the route candidate (R 1 , R 2 ) uses the Voronoi point 106 in the area where the obstacle 101 does not exist as a transit point (node) and the Voronoi boundary 104 in the area where the obstacle 101 does not exist as a branch. The waypoint setting unit 41 can create a list (node list) of waypoints through which the route candidates (R 1 , R 2 ) pass for each of the calculated route candidates (R 1 , R 2 ).

ステップS111に進み、経由点設定部41は、複数の経路候補(R、R)が存在する場合、複数の経路候補(R、R)の中から、最短経路を探索してこれを最適経路として決定する。最短経路の探索には、ダイキストラ法或いはA(エースター)検索アルゴリズムを含む経路検索アルゴリズムを用いることができる。図10に示す例において、経由点設定部41は、複数の経路候補(R、R)の中から、経路候補Rを最適経路として決定する。 In step S111, when there are a plurality of route candidates (R 1 , R 2 ), the waypoint setting unit 41 searches for the shortest route from the plurality of route candidates (R 1 , R 2 ). Is determined as the optimum route. For the search of the shortest route, a route search algorithm including a Dijkstra method or an A * (Aster) search algorithm can be used. In the example shown in FIG. 10, through point setting unit 41, from among a plurality of candidate routes (R 1, R 2), determining a path candidate R 1 as the optimal path.

ステップS113に進み、経由点設定部41は、最適経路R上の各経由点における車両の姿勢角の検索範囲GNを算出する。具体的には、先ず、経由点設定部41は、図11に示すように、連続する3つの経由点(N、N、N)を通る円Crを算出する。そして、3つの経由点(N、N、N)において円Crに接するベクトル(V、V、V)を算出する。但し、連続する3つの経由点が同一直線上に存在するとき、経由点設定部41は、その直線を3つの経由点におけるベクトルとして算出する。円Cr及びベクトル(V、V、V)の算出を各経由点について実行することにより、図12に示すように、各経由点(経由点N)について3つのベクトル(Va、Vb、Vc)が算出される。経由点設定部41は、3つのベクトル(Va、Vb、Vc)が含まれる角度範囲を、車両の姿勢角の検索範囲GNとして算出する。 The process proceeds to step S113, waypoint setting unit 41 calculates the search range GN attitude angle of the vehicle at each route point on the optimum route R 1. Specifically, first, the waypoint setting unit 41 calculates a circle Cr that passes through three consecutive waypoints (N 1 , N 2 , N 3 ) as shown in FIG. Then, vectors (V 1 , V 2 , V 3 ) in contact with the circle Cr at three waypoints (N 1 , N 2 , N 3 ) are calculated. However, when three consecutive waypoints exist on the same straight line, the waypoint setting unit 41 calculates the straight line as a vector at the three waypoints. By calculating the circle Cr and the vectors (V 1 , V 2 , V 3 ) for each waypoint, as shown in FIG. 12, three vectors (Va, Vb) for each waypoint (route point N 3 ) are shown. , Vc). The waypoint setting unit 41 calculates an angle range including the three vectors (Va, Vb, Vc) as the vehicle attitude angle search range GN.

ステップS115に進み、経由点設定部41は、最適経路R上で連続する経由点の間で、姿勢角の変化が最小となるように、各経由点における姿勢角の組み合わせを算出する。この時、初期位置Nsにおける初期姿勢角と目標位置Neにおける目標姿勢角を拘束条件とする。算出された各経由点における姿勢角を、姿勢角の初期解とする。経由点設定部41は、各経由点における姿勢角の初期解に基づいて、各経由点間を車両が追従可能な滑らかな経路で接続する。 The process proceeds to step S115, waypoint setting section 41, between the through successive points on the optimal path R 1, as the change in attitude angle is minimized, calculates the combination of the attitude angle at each route point. At this time, the initial posture angle at the initial position Ns and the target posture angle at the target position Ne are set as constraint conditions. The calculated posture angle at each waypoint is set as the initial posture angle solution. The waypoint setting unit 41 connects each waypoint with a smooth route that the vehicle can follow based on the initial solution of the posture angle at each waypoint.

ステップS117に進み、経由点設定部41は、車両が追従可能な滑らかな経路に対して、移動する車両の軌跡(コリドー)を算出し、図13に示すように、コリドーKLと障害物が存在する凸領域102とが衝突するか否かを判定する。図13は、経由点Nの車両位置CA2から経由点Nの車両位置CA3までのコリドーKLを示す。コリドーKLが凸領域102に衝突せずに次の経由点に至る場合(S119でYES)、ステップS123に進み、次の経由点についてもコリドーKLの算出及び衝突判定を行う。一方、コリドーKLと凸領域102が衝突する場合(S119でNO)、経由点設定部41は、車両の姿勢角の検索範囲GN内において姿勢角を変更して(S121でNO)、再度、コリドーKLの算出及び衝突判定を行う(S117)。このようにして、姿勢角の探索範囲GNにおいて姿勢角を変更しながら、衝突が起こらない経路を検索する。この作業を初期位置Nsから目標位置Neまでの各経由点間について実施する。 In step S117, the waypoint setting unit 41 calculates the trajectory (corridor) of the moving vehicle with respect to the smooth route that the vehicle can follow, and the corridor KL and the obstacle exist as shown in FIG. It is determined whether or not the projecting region 102 collides with the projecting region. Figure 13 shows a corridor KL until the vehicle position CA3 through point N 3 from the vehicle position CA2 through point N 2. When the corridor KL does not collide with the convex area 102 and reaches the next via point (YES in S119), the process proceeds to step S123, and the corridor KL is calculated and the collision is determined for the next via point. On the other hand, when the corridor KL and the convex area 102 collide (NO in S119), the waypoint setting unit 41 changes the attitude angle within the vehicle attitude angle search range GN (NO in S121), and again the corridor. KL calculation and collision determination are performed (S117). In this way, a route in which no collision occurs is searched while changing the posture angle in the posture angle search range GN. This operation is performed between each via point from the initial position Ns to the target position Ne.

また、コリドーKLが凸領域102と衝突せずに次の経由点に至る滑らかな経路が複数ある場合、コリドーKLを算出する6点と凸領域102の最近点との距離の和の移動経路長に関する積分値が最大となる経路を選択する。   Further, when there are a plurality of smooth paths to the next via point without colliding the corridor KL with the convex area 102, the movement path length of the sum of the distances between the six points for calculating the corridor KL and the nearest point of the convex area 102 Select the path with the maximum integral value for.

車両の姿勢角の検索範囲GN内において、凸領域102と衝突せずに次の経由点に至る滑らかな経路が見つからない場合(S121でYES)、経路を生成することができないと判断して(S125)、図4のフローチャートは終了する。   If a smooth route to the next via point without colliding with the convex region 102 is not found within the vehicle attitude angle search range GN (YES in S121), it is determined that the route cannot be generated ( S125), the flowchart of FIG. 4 ends.

以上の手順を経て、経由点設定部41は、初期位置Nsから目標位置Neまでの最適経路Rが通る経由点の位置、及び各経由点における車両の姿勢角を決定することができる。 Through the above steps, via point setting unit 41 can determine the position of the route point that optimal route R 1 from the initial position Ns to the target position Ne passes through, and the attitude angle of the vehicle at each route point.

[ドロネー辺上の直線検索]
なお、図4のフローチャートの変形例として、車両の姿勢角の検索範囲GN内において、凸領域102と衝突せずに次の経由点に至る滑らかな経路が見つからない場合(S121でYES)、ドロネー辺105において経由点を移動させて経路を探索することができる。
[Line search on Delaunay side]
As a modified example of the flowchart of FIG. 4, if a smooth route that does not collide with the convex region 102 and reaches the next via point is not found within the vehicle attitude angle search range GN (YES in S121), Delaunay A route can be searched by moving the waypoint in the side 105.

この検索では、直線検索法(黄金分割法)を用いる。与えられた制約条件の下で、ある目的関数を最大または最小にする解を求める事を一般に最適化問題と呼ぶ。この最適化問題において,探索範囲内の最適値を反復的に探索する手法の一つとして直線探索法(黄金分割法)が挙げられる。   In this search, a straight line search method (golden section method) is used. Finding a solution that maximizes or minimizes an objective function under given constraints is generally called an optimization problem. In this optimization problem, a straight line search method (golden section method) is one of the methods for repeatedly searching for the optimum value within the search range.

図14を参照して直線探索法(黄金分割法)を説明する。与えられた探索範囲(図9ではxmin≦x≦xmax)内で目的関数f(x)を最小にするxを探索する際に、探索範囲(xmin,xmax)を黄金分割比1:(1+51/2)/2で分割した値xを算出し、探索範囲(xmin,xmax)を黄金分割比で分割した値xを算出する。この処理を繰り返すことによってf(x)の最小値(最適値)を探索する。直線探索法(黄金分割法)は、そのアルゴリズムが単純で効率的であるため、最適化問題を扱う際によく用いられる。 The straight line search method (golden section method) will be described with reference to FIG. When searching for x that minimizes the objective function f (x) within a given search range (x min ≦ x ≦ x max in FIG. 9), the search range (x min , x max ) is set to the golden division ratio 1 : (1 + 5 1/2) to calculate the value x 1 divided by / 2, calculates a search range (x min, x max) value x 2 obtained by dividing the golden division ratio. By repeating this process, the minimum value (optimum value) of f (x) is searched. The line search method (golden section method) is often used when dealing with optimization problems because the algorithm is simple and efficient.

図15を参照して、ドロネー辺105において経由点を移動させて経路を探索する方法を説明する。経由点Nにおいて、凸領域102と衝突せずに次の経由点Nまで至る滑らかな経路が見つからない場合、経由点Nとその次の経由点Nとの間を横切るドロネー辺105上を探索範囲として、経由点Nを移動して経路を探索する。この際、先に述べた直線探索法を用いて探索範囲を分割して最適値を探索する。図15中の符号CA2は経由点Nにおける車両の外形を示し、符号CA21は経由点N21における車両の外形を示し、符号CA22は経由点N22における車両の外形を示す。 With reference to FIG. 15, a method for searching for a route by moving a waypoint in Delaunay side 105 will be described. In transit point N 2, if it can not find the smooth path without colliding with the convex region 102 to the next route point N 3, Delaunay edges crossing between the via-point N 2 and the next waypoint N 3 105 over the search range, searching for a route by moving the waypoint N 2. At this time, the optimum value is searched by dividing the search range using the straight line search method described above. Code CA2 in FIG. 15 shows the outline of the vehicle in the via-point N 2, reference numeral CA21 shows the outline of the vehicle through the point N 21, reference numeral CA22 shows the outline of the vehicle through the point N 22.

図16(a)は姿勢角の探索範囲GN内で直線検索法を用いて姿勢角の最適値を検索するフローチャートを示し、図16(b)はドロネー辺105を探索範囲とした直線検索法を用いて経由点の最適値を検索するフローチャートを示す。姿勢角の探索範囲GN内において滑らかな経路の範囲を算出し(S201)、凸領域102との衝突が無い経路(解)が存在する場合(S203でYES)、直線検索を行うことにより車両が追従可能な滑らかな経路を探索する(S205)。この時、ドロネー辺上で経由点を移動させることはない。   FIG. 16A shows a flowchart for searching for the optimum value of the posture angle using the straight line search method within the search range GN of the posture angle, and FIG. 16B shows a straight line search method using the Delaunay side 105 as the search range. The flowchart which searches the optimal value of a via point using is shown. The range of the smooth route is calculated within the search range GN for the attitude angle (S201), and when there is a route (solution) that does not collide with the convex region 102 (YES in S203), the vehicle is obtained by performing a straight line search. A smooth path that can be followed is searched (S205). At this time, the via point is not moved on the Delaunay side.

一方、車両の姿勢角の検索範囲GN内において、凸領域102と衝突せずに次の経由点に至る滑らかな経路が見つからない場合(S305でYES)、ステップS309に進み、図15に示したように、経由点Nとその次の経由点Nとの間を横切るドロネー辺105上を探索範囲として経由点Nを移動させて、凸領域102と衝突せずに次の経由点に至る滑らかな経路を探索する。 On the other hand, if a smooth route that does not collide with the convex region 102 and reaches the next via point is not found in the vehicle attitude angle search range GN (YES in S305), the process proceeds to step S309 and shown in FIG. as described above, by moving the route point N 2 as the search range on Delaunay edges 105 crossing between the via-point N 2 and the next waypoint N 3, to the next route point without colliding with the convex region 102 Search for a smooth route.

なお、経由点Nにおいて姿勢角の検索範囲GN内を直線探索して経路を求める図16(a)のループと、経由点Nを経由する経路が存在しない場合にドロネー辺105上で直線探索して経由点Nを変更する図16(b)のループとが入れ子構造になっている。つまり、姿勢角の検索範囲GN内を直線探索して解が求まらない場合(図16(a)のループで解無しの場合)、ドロネー辺105上を探索範囲として経由点Nを移動させる((図16(b)のループを実行する)。その上で、再度、図16(a)のループに戻り、姿勢角の検索範囲GN内を直線探索する。また、図16(a)及び図16(b)に示す処理は、図4のステップS117からS125までの処理に対応している。 Incidentally, the straight line on Delaunay edges 105 if the loop shown in FIG. 16 (a) to determine the route to the line search within the search range GN posture angle at waypoint N 2, the path passing through the via-point N 2 does not exist a loop of Figure 16 to change over the point N 2 search to (b) are nested structure. In other words, (in the case of solutions without the loop of FIG. 16 (a)) If the solution by line search within the search range GN posture angle not obtained, move waypoint N 2 as the search range on Delaunay edges 105 ((The loop of FIG. 16B is executed.) Then, returning to the loop of FIG. 16A again, a straight line search is performed in the posture angle search range GN. And the process shown in FIG.16 (b) respond | corresponds to the process from step S117 of FIG. 4 to S125.

[2円モデルによる区分経路近似]
次に、図17及び図18を参照して、経由点から次の経由点までの区分経路を互いに接する2つの円弧により近似する「2円モデル」の具体例を説明する。
[Approximate sectioned path by 2-circle model]
Next, with reference to FIGS. 17 and 18, a specific example of a “two-circle model” that approximates a segmented route from one waypoint to the next waypoint by two arcs that contact each other will be described.

図17に示すように、経由点をXY座標軸における原点O(0,0)とし、経由点における車両の姿勢角をθ=0とする。一方、次の経由点を座標Q(X,Y)とし、経由点における車両の姿勢角をθとする。ここでは、車両の姿勢角θは、X軸の正方向に対して成す角度を示す。また、図17において、原点O及び座標Qから伸びる矢印は、それぞれ車両の姿勢角を示すベクトル(姿勢角ベクトル)である。 As shown in FIG. 17, the via point is the origin O (0, 0) on the XY coordinate axes, and the vehicle attitude angle at the via point is θ 0 = 0. On the other hand, the following waypoint coordinates Q (X Q, Y Q) and the attitude angle of the vehicle in the via-point and theta Q. Here, the attitude angle θ of the vehicle indicates an angle formed with respect to the positive direction of the X axis. In FIG. 17, the arrows extending from the origin O and the coordinates Q are vectors (posture angle vectors) indicating the posture angle of the vehicle.

原点Oから座標Qに至る経路は、点Pで接する2つの円C、Cの一部分を構成する円弧OP及び円弧PQにより近似することができる。円Cは、原点Oにおける車両の姿勢角ベクトルに接し、円Cは、座標Qにおける車両の姿勢角ベクトルに接する。 A path from the origin O to the coordinate Q can be approximated by an arc OP and an arc PQ that constitute a part of two circles C 1 and C 2 that are in contact with the point P. Circle C 1 is in contact with the vehicle attitude angle vector at origin O, and circle C 2 is in contact with the vehicle attitude angle vector at coordinate Q.

円Cの半径をRとすると、円Cの中心RはY軸上の点R(0,R)である。円Cの半径をRとすると、円Cの中心Sの座標は、(X±Rsinθ,Y±Rcosθ)と表せる。なお、中心Sの座標において、X座標の±が+符号である場合、Y座標の±は−符号となり、X座標の±が−符号である場合、Y座標の±は+符号となる。よって、2つの円C、Cが点Pで接する場合、円Cの中心Rから円Cの中心Sまでの距離(RS)について、(1)式が成り立つ。 When the radius of the circle C 1 is R 1 , the center R of the circle C 1 is a point R (0, R 1 ) on the Y axis. If the radius of the circle C 2 is R 2 , the coordinates of the center S of the circle C 2 can be expressed as (X Q ± R 2 sin θ Q , Y Q ± R 2 cos θ Q ). In the coordinates of the center S, when the X coordinate ± is a + sign, the Y coordinate ± is a − sign, and when the X coordinate ± is a − sign, the Y coordinate ± is a + sign. Therefore, when the two circles C 1 and C 2 are in contact with each other at the point P, the equation (1) holds for the distance (RS) from the center R of the circle C 1 to the center S of the circle C 2 .

(1)式をR及びRに関してまとめ、式を変形すると、(2)式及び(3)式が得られる。 When formula (1) is summarized with respect to R 1 and R 2 and the formula is transformed, formula (2) and formula (3) are obtained.

車両の最小旋回半径をRminとした場合、(2)式の右辺のRにRminを代入し、(3)式の右辺のRにRminを代入すると、R及びRがとり得る範囲を(4)式でそれぞれ表すことができる。 If the minimum turning radius of the vehicle was R min, (2) equation by substituting R min on the right side of the R 2 of (3) and substituting the right side of the R 1 R min of formula, R 1 and R 2 is The possible range can be expressed by the equation (4).

円周Cの半径RにRminを代入した場合、図18に示す円周C及び円周Cの組合せによって原点Oから座標Qまでの経路を近似することができる。円周C及び円周Cの接点をPとする。一方、円周Cの半径RにRminを代入した場合、図18に示す円周C’及び円周C’の組合せによって原点Oから座標Qまでの経路を近似することができる。円周C’及び円周C’の接点をPとする。円周近似部42は、円周C及び円周Cの組合せから、円周C’及び円周C’の組合せまでの範囲内において、原点Oから座標Qまでの経路を近似することができる。接点Pと接点Pとを両端とする線lを接点Pの解曲線と呼ぶ。円周近似部42は、解曲線l上において接点Pを設定することができる。 If the radius R 2 of the circumference C 2 of substituting R min, it is possible to approximate the path from the origin O to the coordinates Q by a combination of circumferential C 1 and the circumferential C 2 shown in FIG. 18. Contacts the circumference C 1 and the circumference C 2 and P 2. On the other hand, when substituting R min to a radius R 1 of the circumference C 1, it is possible to approximate the path from the origin O to the coordinates Q by a combination of circumferential C 1 'and the circumferential C 2' shown in FIG. 18 . A contact point between the circumference C 1 ′ and the circumference C 2 ′ is P 1 . The circumference approximation unit 42 approximates the path from the origin O to the coordinate Q within the range from the combination of the circumference C 1 and the circumference C 2 to the combination of the circumference C 1 ′ and the circumference C 2 ′. be able to. A line l p having both ends of the contact P 1 and the contact P 2 is called a solution curve of the contact P. The circumferential approximation unit 42 can set the contact point P on the solution curve l p .

/(R+R)=βとした場合、この式に(3)式を代入することにより、(5)式を得ることができる。 When R 1 / (R 1 + R 2 ) = β, the expression (5) can be obtained by substituting the expression (3) into this expression.

また、円Cの中心Sの座標(X=X±Rsinθ,Y=Y±Rcosθ)に(3)式を代入することにより、(6)式が得られる。なお、中心Sの座標において、X座標の±が+符号である場合、Y座標の±は−符号となり、X座標の±が−符号である場合、Y座標の±は+符号となる。 Further, by substituting the equation (3) into the coordinates of the center S of the circle C 2 (X S = X Q ± R 2 sin θ Q , Y S = Y Q ± R 2 cos θ Q ), the equation (6) is obtained. It is done. In the coordinates of the center S, when the X coordinate ± is a + sign, the Y coordinate ± is a − sign, and when the X coordinate ± is a − sign, the Y coordinate ± is a + sign.

したがって、円周Cと円周Cの接点Pの座標(βX,βY+(1−β)R)は、(5)式及び(6)式を用いることにより、半径Rの関数として表すことができる。 Therefore, the coordinates (βX S , βY S + (1−β) R 1 ) of the contact point P between the circumference C 1 and the circumference C 2 can be obtained by using the formulas (5) and (6) to calculate the radius R 1 Can be expressed as a function of

また、図19に示すように、円軌道における姿勢角θと行程角φの間にはθ=2φの関係がある。この関係を利用すると、接点Pの座標(βX,βY+(1−β)R)から(7)式を得ることができる。(7)式に(5)式を代入することにより、円周C及び円周Cの接点Pにおける車両の姿勢角θを半径Rの関数として表すことができる。 Further, as shown in FIG. 19, there is a relationship of θ P = 2φ P between the attitude angle θ P and the stroke angle φ P in the circular orbit. By utilizing this relationship, the equation (7) can be obtained from the coordinates (βX S , βY S + (1−β) R 1 ) of the contact P. By substituting the equation (5) into the equation (7), the posture angle θ P of the vehicle at the contact point P between the circumference C 1 and the circumference C 2 can be expressed as a function of the radius R 1 .

なお、図17には、経由点をXY座標軸における原点O(0,0)とし、経由点における車両の姿勢角をθ=0とした場合に、次の経由点の座標Q(X,Y)が、XY座標軸の第1象限に位置する場合を説明した。この場合、原点Oにおける姿勢角ベクトルに接する2つの円周のうち、第1象限或いは第2象限側の円周を用い、座標Qにおける姿勢角ベクトルに接する2つの円周のうち、第3象限或いは第4象限側の円周を用いる。座標Q(X,Y)が、XY座標軸の第2象限に位置する場合も同様である。これに対して、座標Q(X,Y)が、XY座標軸の第3象限或いは第4象限に位置する場合、原点Oにおける姿勢角ベクトルに接する2つの円周のうち、第3象限或いは第4象限側の円周を用い、座標Qにおける姿勢角ベクトルに接する2つの円周のうち、第1象限或いは第2象限側の円周を用いることができる。 In FIG. 17, when the via point is the origin O (0, 0) on the XY coordinate axis and the attitude angle of the vehicle at the via point is θ 0 = 0, the coordinates Q (X Q , The case where Y Q ) is located in the first quadrant of the XY coordinate axis has been described. In this case, among the two circumferences in contact with the posture angle vector at the origin O, the circumference in the first quadrant or the second quadrant is used, and among the two circumferences in contact with the posture angle vector in the coordinate Q, the third quadrant Alternatively, the circumference on the fourth quadrant side is used. The same applies when the coordinates Q (X Q , Y Q ) are located in the second quadrant of the XY coordinate axes. On the other hand, when the coordinate Q (X Q , Y Q ) is located in the third quadrant or the fourth quadrant of the XY coordinate axis, the third quadrant or the second quadrant out of two circumferences in contact with the attitude angle vector at the origin O Using the circumference on the fourth quadrant side, the circumference on the first quadrant side or the second quadrant side among the two circumferences in contact with the attitude angle vector at the coordinate Q can be used.

以上説明したように、円周近似部42は、経由点から次の経由点までの区分経路を互いに接する2つの円弧により近似し、2つの円弧の接点Pの位置及び接点Pにおける車両の姿勢角θを設定することができる。そして、円周近似部42は、接点Pを新たな経由点として設定し、2つの円弧の接線方向を新たな経由点における車両の姿勢角θとして設定する。 As described above, the circumference approximating unit 42 approximates the segmented path from the via point to the next via point by the two arcs that contact each other, and the position of the contact point P of the two arcs and the attitude angle of the vehicle at the contact point P. θ P can be set. The circumferential approximation unit 42 sets the contact point P as a new route point, sets the tangential directions of the two arcs as the posture angle theta P of the vehicle in a new way point.

ただし、2つの円弧軌道の組み合わせでは、接点Pにおいて軌道の曲率が不連続に変化する。したがって、2つの円弧軌道の組み合わせた区分経路を自動操舵の目標区分経路として用いると、その接続点において操舵サーボ系に対して大きなトルクが要求され、車両の追従性が低下し、車両に振動が発生して乗員に違和感を与えてしまう場合がある。そこで、三角関数近似部43は、以下に述べる手順により、座標Oから接点Pまでの間、及び接点Pから座標Qまでの間を、躍度最小化軌道を三角関数で近似した曲線でそれぞれ接続する。これにより、座標Oから座標Qまでの経路を、車両が追従可能な、曲率が滑らかに変化する曲線で表すことができる。   However, in the combination of two circular arc tracks, the curvature of the track changes discontinuously at the contact point P. Therefore, when a segmented path combining two circular arc tracks is used as a target segmented path for automatic steering, a large torque is required for the steering servo system at the connection point, the followability of the vehicle is reduced, and the vehicle is vibrated. May occur and give the passenger a sense of incongruity. Therefore, the trigonometric function approximating unit 43 connects between the coordinates O and the contact P and between the contact P and the coordinate Q with the curve approximating the jerk minimizing trajectory with a trigonometric function according to the procedure described below. To do. Thereby, the path | route from the coordinate O to the coordinate Q can be represented by the curve which the vehicle can track and the curvature changes smoothly.

[三角関数で近似した目標区分経路の算出]
接点Pにおいて曲率の変化率が不連続となるという問題は、座標O及び接点Pにおいて曲率の変化率が零とする拘束条件を付加した躍度最小化軌道を用いることにより解決される。しかし、その代償として、大きく旋回する軌道が生成されてしまい、円弧やクロソイド曲線に比べて軌道が膨らむという問題が生じる。この問題は、障害物に接触することなく目標位置へ至る経路の自由度を狭めてしまう。そこで、三角関数近似部43は、経由点(例えば、座標O)から次の経由点(例えば、接点P)までを繋ぐ躍度最小化軌道のうち、経由点及び次の経由点における曲率の変化率が零である躍度最小化軌道を、三角関数で近似して目標区分経路を算出する。これにより、追従性悪化や振動が発生を回避し、大きな旋回を伴う軌道において軌道が膨らむことを抑制することが可能となる。
[Calculation of target segment route approximated by trigonometric function]
The problem that the rate of curvature change at the contact point P is discontinuous is solved by using a jerk minimizing trajectory to which a constraint condition that the curvature rate of change at the coordinate O and the contact point P is zero is added. However, as a price, a trajectory that turns greatly is generated, and the trajectory swells compared to an arc or clothoid curve. This problem narrows the degree of freedom of the route to the target position without touching the obstacle. Therefore, the trigonometric function approximating unit 43 changes the curvature at the transit point and the next transit point in the jerk minimizing trajectory connecting the transit point (for example, coordinate O) to the next transit point (for example, contact point P). A target segment path is calculated by approximating a jerk minimizing trajectory with a rate of zero with a trigonometric function. As a result, it is possible to avoid the deterioration of the followability and the occurrence of vibration, and to prevent the trajectory from expanding in a trajectory with a large turn.

図19の原点O、原点Oにおける姿勢角θ=0°から接点P、接点Pにおける姿勢角θ=90°に至る曲線のうち、原点O及び接点Pにおいて車両の操舵角が零である曲線を考える。図20(b)は、これらの曲線の曲線長Lに対する曲線の曲率ρを示すグラフである。図20(a)は、これらの曲線を示すグラフである。 Origin O in FIG. 19, the contact from the attitude angle theta O = 0 ° at the origin O P, of the curve leading to the attitude angle theta P = 90 ° at the contact point P, the steering angle of the vehicle is zero at the origin O and point P Think of a curve. FIG. 20B is a graph showing the curvature ρ of the curve with respect to the curve length L of these curves. FIG. 20A is a graph showing these curves.

図20(b)の「三角波」は、曲率ρが曲線長Lに比例する2つのクロソイド曲線を組み合わせたものの曲率を示す。具体的には、図20(b)の「三角波」は、「B1」から「B2」までの間のクロソイド曲線と、「B2」から「B3」までの間のクロソイド曲線とを組み合わせたものである。「B1」、「B2」及び「B3」において曲率の変化率が不連続となる。ただし、図20(a)に示すように、以下に述べる他の2つの曲線に比べて小回りな軌道となる。   The “triangular wave” in FIG. 20B indicates the curvature of a combination of two clothoid curves in which the curvature ρ is proportional to the curve length L. Specifically, the “triangular wave” in FIG. 20B is a combination of a clothoid curve between “B1” and “B2” and a clothoid curve between “B2” and “B3”. is there. In “B1”, “B2”, and “B3”, the rate of change in curvature is discontinuous. However, as shown in FIG. 20A, the trajectory is smaller than the other two curves described below.

図20(b)の「躍度最小化軌道」は、原点O及び接点Pにおいて曲率の変化率が零である躍度最小化軌道の曲率を示す。原点O及び接点Pにおいて曲率の変化率は連続しているが、「三角波」に比べて曲率ρの最大値が大きくなる。よって、図20(a)に示すように、他の2つの曲線に比べて大回りな軌道となる。   20B shows the curvature of the jerk minimized trajectory in which the rate of change in curvature is zero at the origin O and the contact point P. In FIG. Although the curvature change rate is continuous at the origin O and the contact P, the maximum value of the curvature ρ is larger than that of the “triangular wave”. Therefore, as shown in FIG. 20A, the trajectory is larger than the other two curves.

これに対して、図20(b)の「三角関数近似」は、原点O及び接点Pにおいて曲率の変化率が零である躍度最小化軌道を三角関数で近似した曲線の曲率を示す。原点O及び接点Pにおける曲率ρの変化率は、「三角波」に比べて緩やかであり、且つ「躍度最小化軌道」に比べて曲率ρの最大値が小さくなる。よって、図20(a)に示すように、以下に示す「躍度最小化軌道」に比べて小回りな軌道となる。詳細には、「三角波」の曲線を基準として、軌道の膨らみを「躍度最小化軌道」の約半分程度に低減することができる。小旋回半径で大きな旋回量が必要な縦列駐車の目標軌道においては、この差による生成可能な軌道の自由度が与える影響は大きい。このように、図20(b)の「三角関数近似」は、他の2つの曲線である「三角波」及び「躍度最小化軌道」の両方の利点を兼ね備えた曲線であると言える。   On the other hand, “trigonometric function approximation” in FIG. 20B shows a curvature of a curve obtained by approximating a jerk minimizing trajectory having a curvature change rate of zero at the origin O and the contact point P with a trigonometric function. The change rate of the curvature ρ at the origin O and the contact point P is gentler than that of the “triangular wave”, and the maximum value of the curvature ρ is smaller than that of the “judgement minimizing trajectory”. Therefore, as shown in FIG. 20A, the trajectory is smaller than the “jumpiness minimizing trajectory” shown below. Specifically, with reference to the “triangular wave” curve, the bulge of the trajectory can be reduced to about half of the “minimum trajectory of trajectory”. In the target trajectory of parallel parking, which requires a large turning amount with a small turning radius, the influence of the freedom of the trajectory that can be generated due to this difference is large. Thus, it can be said that the “trigonometric function approximation” in FIG. 20B is a curve that combines the advantages of both the “triangular wave” and the “judgement minimization trajectory” that are the other two curves.

図20(b)の「躍度最小化軌道」に示す曲率ρは、(8)式に示すように、曲線長(l)の関数として表すことができる。ここで、「L」は、原点Oから接点Pまでの曲線全体の長さを示す。   The curvature ρ shown in the “judgement minimization trajectory” in FIG. 20B can be expressed as a function of the curve length (l) as shown in the equation (8). Here, “L” indicates the length of the entire curve from the origin O to the contact P.

図20(b)の「三角関数近似」も、(9)式に示すように、曲線長(l)の関数として表すことができる。(9)式は、(8)式の一部を三角関数の一例としての余弦関数で近似したものである。   The “trigonometric function approximation” in FIG. 20B can also be expressed as a function of the curve length (l) as shown in the equation (9). Expression (9) is obtained by approximating a part of Expression (8) with a cosine function as an example of a trigonometric function.

なお、図20(b)の「三角波」、「躍度最小化軌道」、及び「三角関数近似」の3つの曲線とグラフの縦軸とで囲まれる面積は、(10)式で表され、それぞれの曲線について全て同じ値となる。すなわち、原点Oから接点Pまで進んだ時のヨー角(姿勢角の差θ−θ)は、3つの曲線について同じになる。 The area surrounded by the three curves of “triangular wave”, “jumpiness minimizing trajectory” and “trigonometric function approximation” in FIG. 20B and the vertical axis of the graph is expressed by equation (10). All of the curves have the same value. That is, the yaw angle (attitude angle difference θ P −θ O ) when traveling from the origin O to the contact P is the same for the three curves.

次に、図21(b)に示すように、原点Oと接点Pの間で最大曲率を維持する部分、つまり一定の操舵角を保持する部分(操舵角保持部分RC)が含まれる曲線を考える。この場合、三角関数近似部43は、原点Oから操舵角保持部分RCの開始点まで、つまり図21(b)の「B4」から「B5」までを繋ぐ躍度最小化軌道のうち、原点O及び操舵角保持部分RCの開始点における曲率の変化率が零である躍度最小化軌道を、三角関数で近似して目標区分経路を算出する。そして、三角関数近似部43は、操舵角保持部分RCの終了点から接点Pまで、つまり図21(b)の「B6」から「B7」までを繋ぐ躍度最小化軌道のうち、操舵角保持部分RCの終了点及び接点Pにおける曲率の変化率が零である躍度最小化軌道を、三角関数で近似して目標区分経路を算出する。そして、これらの目標区分経路を操舵角保持部分RCを介して繋ぎ合わせることにより、原点Oから接点Pまでの目標区分経路が生成される。   Next, as shown in FIG. 21B, consider a curve including a portion that maintains the maximum curvature between the origin O and the contact P, that is, a portion that maintains a constant steering angle (steering angle holding portion RC). . In this case, the trigonometric function approximating unit 43 sets the origin O of the jerk minimizing trajectory connecting from the origin O to the start point of the steering angle holding portion RC, that is, from “B4” to “B5” in FIG. Then, a jerk minimizing trajectory in which the rate of change in curvature at the starting point of the steering angle holding portion RC is zero is approximated by a trigonometric function to calculate a target segment path. Then, the trigonometric function approximating unit 43 holds the steering angle of the jerk minimizing trajectory connecting from the end point of the steering angle holding portion RC to the contact P, that is, from “B6” to “B7” in FIG. A target segment path is calculated by approximating a jerk minimizing trajectory in which the rate of change in curvature at the end point of the portion RC and the contact point P is zero with a trigonometric function. Then, by connecting these target segment paths via the steering angle holding portion RC, a target segment path from the origin O to the contact P is generated.

図21(b)の「台形波」は、曲率ρが曲線長Lに比例するクロソイド曲線と円弧を組み合わせたものの曲率を示す。具体的には、図21(b)の「台形波」は、「B4」から「B5」までの間のクロソイド曲線と、「B5」から「B6」までの間の円弧と、「B6」から「B7」までの間のクロソイド曲線とを組み合わせたものである。「B4」〜「B7」において曲率の変化率が不連続となる。   The “trapezoidal wave” in FIG. 21B shows the curvature of a combination of a clothoid curve and a circular arc whose curvature ρ is proportional to the curve length L. Specifically, the “trapezoidal wave” in FIG. 21B is a clothoid curve between “B4” and “B5”, an arc between “B5” and “B6”, and “B6”. This is a combination of clothoid curves up to “B7”. In “B4” to “B7”, the rate of change of curvature is discontinuous.

図21(b)の「躍度最小化軌道」は、原点O、操舵角保持部分RCの開始点及び終了点、及び接点Pにおいて曲率の変化率が零である躍度最小化軌道の曲率を示す。操舵角保持部分RCの曲率は「台形波」と同じである。原点Oから接点Pまでの間で曲率の変化率は連続する。また、曲率ρの最大値は、「台形波」と同じになる。   The “jeepness minimizing trajectory” in FIG. 21B represents the curvature of the jerk minimizing trajectory in which the rate of change in curvature is zero at the origin O, the start and end points of the steering angle holding portion RC, and the contact point P. Show. The curvature of the steering angle holding portion RC is the same as the “trapezoidal wave”. The rate of change of curvature is continuous between the origin O and the contact P. Further, the maximum value of the curvature ρ is the same as that of the “trapezoidal wave”.

これに対して、図21(b)の「三角関数近似」は、原点Oから操舵角保持部分RCの開始点までの躍度最小化軌道、及び操舵角保持部分RCの終了点から接点Pまでの躍度最小化軌道をそれぞれ三角関数で近似した曲線の曲率を示す。「B4」〜「B7」における曲率ρの変化率は、「台形波」に比べて緩やかである。   On the other hand, “trigonometric function approximation” in FIG. 21B is a jerk minimizing trajectory from the origin O to the start point of the steering angle holding portion RC, and from the end point of the steering angle holding portion RC to the contact P. The curvature of a curve that approximates each trajectory minimizing trajectory with a trigonometric function is shown. The change rate of the curvature ρ in “B4” to “B7” is more gradual than the “trapezoidal wave”.

図21(b)の「躍度最小化軌道」のうち、原点Oから操舵角保持部分RCの開始点までの躍度最小化軌道の曲率ρは、(11)式で表すことができる。ここで、「ρmax」は操舵角保持部分RCの最大曲率を示し、「L」は原点Oから操舵角保持部分RCの開始点までの曲線長を示す。 The curvature ρ of the jerk minimizing trajectory from the origin O to the starting point of the steering angle holding portion RC in the “judge minimizing trajectory” in FIG. 21B can be expressed by equation (11). Here, “ρ max ” indicates the maximum curvature of the steering angle holding portion RC, and “L 1 ” indicates the curve length from the origin O to the starting point of the steering angle holding portion RC.

図21(b)の「三角関数近似」のうち、原点Oから操舵角保持部分RCの開始点までの曲率ρは、(12)式で表すことができる。(12)式は、(11)式の一部を三角関数の他の例としての正弦関数で近似したものである。   Of the “trigonometric function approximation” in FIG. 21B, the curvature ρ from the origin O to the start point of the steering angle holding portion RC can be expressed by equation (12). Expression (12) is obtained by approximating a part of expression (11) with a sine function as another example of a trigonometric function.

以上説明したように、三角関数近似部43は、経由点設定部41及び円周近似部42により設定された経由点の位置及び経由点における車両の姿勢角に基づいて、経由点から次の経由点までの躍度最小化軌道を三角関数で近似した目標区分経路を算出することができる。そして、三角関数近似部43は、最後の経由点を除く他の経由点の各々について目標区分経路を算出し、これらの目標区分経路を繋ぎ合わせる。これにより、図10に示した初期位置Nsから最適経路R上の各経由点を経由して目標位置Neまで到達する目標経路を生成することができる。 As described above, the trigonometric function approximating unit 43 performs the following transit from the transit point based on the position of the transit point set by the transit point setting unit 41 and the circumferential approximation unit 42 and the attitude angle of the vehicle at the transit point. It is possible to calculate a target segmented path that approximates the jerk minimizing trajectory to a point with a trigonometric function. Then, the trigonometric function approximating unit 43 calculates target segment paths for each of the other via points excluding the last via point, and connects these target segment paths. Thus, it is possible to generate a target path that reaches from the initial position Ns shown in FIG. 10 to the target position Ne via each route point on the optimum route R 1.

なお、実施形態では、初期位置Nsから目標位置Neの間に1以上の経由点を設定し、経由点毎に目標区分経路を算出し、これらの目標区分経路を繋ぎ合わせて1つの目標経路を生成した。しかし、これに限らず、初期位置Nsと目標位置Neとの間に経由点を設けることなく、三角関数近似部43が、初期位置Nsと目標位置Neの間を繋ぐ目標経路を直接、生成することも可能である。この場合、図2の経路生成部33において、経由点設定部41は不要である。   In the embodiment, one or more via points are set between the initial position Ns and the target position Ne, a target segment route is calculated for each via point, and these target segment routes are connected to form one target route. Generated. However, the present invention is not limited to this, and the trigonometric function approximating unit 43 directly generates a target path connecting the initial position Ns and the target position Ne without providing a via point between the initial position Ns and the target position Ne. It is also possible. In this case, in the route generation unit 33 in FIG.

また、図22に示すように、初期位置Sから目標位置Eまでを繋ぐ任意の経路において、その経路が経由するn−1個の経由点をW(i=1〜n−1)とし、初期位置Sを最初の経由点W0とし、目標位置Eを最後の経由点Wnとする。総ての経由点W〜Wにおける姿勢角θが与えられた場合、図2の経路生成部33は、図22に示すように、それぞれの経由点W間をつなぐ目標区分経路を生成し、これらを繋ぎ合わせた任意の目標経路を生成することができる。 Further, as shown in FIG. 22, in any path connecting the initial position S to the target position E, the (n-1) via points through which the path is the W i (i = 1~n-1 ), The initial position S is the first waypoint W0, and the target position E is the last waypoint Wn. When the posture angles θ i at all the waypoints W 0 to W n are given, the route generation unit 33 in FIG. 2 selects a target segment route that connects between the waypoints W i as shown in FIG. It is possible to generate an arbitrary target route that is generated and connected.

更に、航空機のような3次元空間内を移動する自動運行ビークルでは、一般に水平面上のダイナミクスと鉛直面上のダイナミクスが異なる。そのため、図23(a)に示すように3次元空間における目標経路を生成する場合、水平面(XY平面)HPと鉛直面(YZ平面)VPでは異なる曲率の変化率を用いる必要がある。ここで、先に述べた2次元平面における目標経路の生成を3次元空間における目標経路へ拡張する場合には、3次元空間における目標経路を水平面HP及び鉛直面VPへそれぞれ投影し、水平面HP及び鉛直面VPの各々において、2次元平面における目標経路の生成処理を実行すればよい。具体的には、三角関数近似部43は、先ず、3次元空間における初期位置Ns及び目標位置Neを鉛直面及び水平面の各々へ投影する。そして、投影された鉛直面及び水平面の各々について、初期位置Ns及び目標位置Neにおける曲率の変化率を零とする躍度最小化軌道を三角関数でそれぞれ近似して目標投影経路を算出する。そして、これらの目標投影経路を合成して3次元空間における目標経路を算出する。   Furthermore, in an automatic operation vehicle that moves in a three-dimensional space such as an aircraft, the dynamics on the horizontal plane and the dynamics on the vertical plane are generally different. Therefore, when generating a target route in a three-dimensional space as shown in FIG. 23 (a), it is necessary to use different rates of curvature change in the horizontal plane (XY plane) HP and the vertical plane (YZ plane) VP. Here, when the generation of the target path in the two-dimensional plane described above is extended to the target path in the three-dimensional space, the target path in the three-dimensional space is projected onto the horizontal plane HP and the vertical plane VP, respectively, and the horizontal plane HP and What is necessary is just to perform the production | generation process of the target path | route in a two-dimensional plane in each of the vertical plane VP. Specifically, the trigonometric function approximation unit 43 first projects the initial position Ns and the target position Ne in the three-dimensional space onto each of the vertical plane and the horizontal plane. Then, for each of the projected vertical plane and horizontal plane, a target projection path is calculated by approximating a jerk minimizing trajectory with a curvature change rate at the initial position Ns and the target position Ne being zero with a trigonometric function. Then, the target paths in the three-dimensional space are calculated by synthesizing these target projection paths.

また、3次元空間の場合、円周近似部42は、互いに接する2つの円周の代わりに、互いに接する2つの回転楕円体E、Eを用いて原点Oから座標Qまでの経路を近似する。2つの回転楕円体E、Eは、自動運行ビークルの鉛直方向のダイナミクスおよび水平方向のダイナミクスに基づいて決定した長軸及び短軸を持つ楕円体である。2つの回転楕円体E、Eが接する接点P上には、接点Pを含み、且つ2つの回転楕円体E、Eが接する平面Sを設定することができる。そして、接点Pにおける自動運行ビークルの姿勢角ベクトルを、平面S内に設定することができる。 In the case of a three-dimensional space, the circumference approximation unit 42 approximates the path from the origin O to the coordinate Q using two spheroids E 1 and E 2 that are in contact with each other instead of two circles that are in contact with each other. To do. The two spheroids E 1 and E 2 are ellipsoids having a major axis and a minor axis determined based on the vertical dynamics and the horizontal dynamics of the automatic operation vehicle. On contact P of two spheroid E 1, E 2 are in contact, it comprises a contact point P, the and two spheroid E 1, the plane S where E 2 is in contact can be set. Then, the attitude angle vector of the automatic operation vehicle at the contact point P can be set in the plane S.

以上説明したように、実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。   As described above, according to the embodiment, the following operational effects can be obtained.

三角関数近似部43は、初期位置Nsから目標位置Neまでを繋ぐ躍度最小化軌道のうち、初期位置Ns及び目標位置Neにおける曲率ρの変化率が零である躍度最小化軌道を、三角関数で近似して目標経路を算出することができる。これにより、クロソイド曲線と円弧、直線を組み合わせた経路に比べて、車両の追従性の低下や車両の振動の発生を回避することができる。また、初期位置Ns及び目標位置Neにおける曲率ρの変化率が零である躍度最小化軌道に比べて、軌道が膨らむことを抑制することができる。   The trigonometric function approximating unit 43 calculates a jerk minimizing trajectory in which the rate of change in curvature ρ at the initial position Ns and the target position Ne is zero among the jerk minimizing trajectories connecting the initial position Ns to the target position Ne. The target route can be calculated by approximation with a function. Thereby, compared with the path | route which combined the clothoid curve, the circular arc, and the straight line, it can avoid the fall of the followability of a vehicle and generation | occurrence | production of the vibration of a vehicle. Further, the trajectory can be prevented from expanding compared to the jerk minimized trajectory in which the rate of change of the curvature ρ at the initial position Ns and the target position Ne is zero.

三角関数近似部43は、躍度最小化軌道を正弦関数で近似して目標経路を算出することができる。これにより、操舵角保持部分RCを含む場合において、車両の追従性の低下や車両の振動の発生を回避し、軌道の膨らみを抑制することができる。   The trigonometric function approximation unit 43 can calculate the target path by approximating the jerk minimization trajectory with a sine function. Thereby, in the case where the steering angle holding portion RC is included, it is possible to avoid a decrease in the followability of the vehicle and the occurrence of the vibration of the vehicle and to suppress the swelling of the track.

三角関数近似部43は、躍度最小化軌道を余弦関数で近似して目標経路を算出することができる。これにより、操舵角保持部分RCを含まない場合において、車両の追従性の低下や車両の振動の発生を回避し、軌道の膨らみを抑制することができる。   The trigonometric function approximation unit 43 can calculate the target path by approximating the jerk minimization trajectory with a cosine function. Thereby, in the case where the steering angle holding portion RC is not included, it is possible to avoid a decrease in the followability of the vehicle and the occurrence of the vibration of the vehicle and to suppress the swelling of the track.

目標経路は初期位置Nsから目標位置Neまでの間に少なくとも1以上の経由点を通り、初期位置Nsは最初の経由点であり、目標位置Neは最後の経由点である場合、三角関数近似部43は、初期位置から目標位置に至る経由点の各々について、経由点から次の経由点までの躍度最小化軌道を三角関数で近似して目標区分経路を算出し、目標区分経路を繋ぎ合わせて目標経路を生成する。これにより、任意に設定された1以上の経由点を通る目標経路を設定することができる。   When the target path passes through at least one or more waypoints from the initial position Ns to the target position Ne, the initial position Ns is the first waypoint, and the target position Ne is the last waypoint, the trigonometric function approximation unit 43, for each via point from the initial position to the target position, calculate the target segmented path by approximating the jerk minimizing trajectory from the transit point to the next via point with a trigonometric function, and connect the target segmented paths To generate a target route. As a result, it is possible to set a target route that passes through one or more route points set arbitrarily.

目標経路は3次元空間における目標経路であり、三角関数近似部43は、初期位置Ns及び目標位置Neが投影された鉛直面及び水平面の各々について、初期位置Ns及び目標位置Neにおける曲率ρの変化率を零とする躍度最小化軌道を三角関数でそれぞれ近似して目標投影経路を算出することができる。そして、目標投影経路を合成して3次元空間における目標経路を算出することができる。これにより、3次元空間における目標経路の生成においても、自動運行ビークルの追従性の低下や自動運行ビークルの振動の発生を回避し、軌道の膨らみを抑制することができる。   The target path is a target path in the three-dimensional space, and the trigonometric function approximation unit 43 changes the curvature ρ at the initial position Ns and the target position Ne for each of the vertical plane and the horizontal plane on which the initial position Ns and the target position Ne are projected. The target projection path can be calculated by approximating the jerk minimizing trajectory where the rate is zero with a trigonometric function. Then, a target path in the three-dimensional space can be calculated by combining the target projection paths. Thereby, also in the production | generation of the target path | route in three-dimensional space, the fall of the followability of an automatic operation vehicle and generation | occurrence | production of the vibration of an automatic operation vehicle can be avoided, and the swelling of a track | orbit can be suppressed.

目標経路生成装置は、少なくとも1以上の経由点及び経由点における自動運行ビークルの姿勢角を設定する経由点設定部41を更に備えていてもよい。経由点設定部41は、初期位置Nsから目標位置Neまでの間に存在する障害物を複数の凸領域102に分割して各凸領域102の重心点の位置を求め、重心点を母点103とするボロノイ図及びドロネー図を用いて経由点及び自動運行ビークルの姿勢角を設定することができる。これにより、任意に作成された障害物マップに対して、障害物101と衝突せずに初期位置Nsから目標位置Neまで到達する最適経路Rを検索することができる。そして、最適経路Rが経由する経由点及び各経由点における姿勢角を設定することができる。 The target route generation device may further include at least one waypoint and a waypoint setting unit 41 that sets the attitude angle of the automatic operation vehicle at the waypoint. The waypoint setting unit 41 divides an obstacle existing between the initial position Ns and the target position Ne into a plurality of convex regions 102 to obtain the position of the center of gravity of each convex region 102, and determines the center of gravity as the base point 103. Using the Voronoi diagram and Delaunay diagram, it is possible to set the waypoint and the attitude angle of the automatic operation vehicle. As a result, it is possible to search for an optimal route R 1 that reaches the target position Ne from the initial position Ns without colliding with the obstacle 101 with respect to the arbitrarily created obstacle map. Then, it is possible to set the attitude angle in the via-point and the via-point via the optimum route R 1 is.

以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。   Although the contents of the present invention have been described according to the embodiments, the present invention is not limited to these descriptions, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made.

33…経路生成部
41…経由点設定部
42…円周近似部
43…三角関数近似部
101…障害物
102…凸領域
103…ドロネー点(母点)
104…ボロノイ境界
105…ドロネー辺
106…ボロノイ点
θ…姿勢角
HP…水平面
Ne…目標位置
Ns…初期位置
VP…鉛直面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 33 ... Path | route production | generation part 41 ... Via-point setting part 42 ... Circumference approximation part 43 ... Trigonometric function approximation part 101 ... Obstacle 102 ... Convex area 103 ... Delaunay point (mother point)
104 ... Voronoi boundary 105 ... Delaunay side 106 ... Voronoi point θ ... Attitude angle HP ... Horizontal plane Ne ... Target position Ns ... Initial position VP ... Vertical plane

Claims (7)

自動運行ビークルの初期位置から目標位置までの目標経路を生成する目標経路生成装置であって、
初期位置から目標位置までを繋ぐ躍度最小化軌道のうち、前記初期位置及び目標位置における曲率の変化率が零である躍度最小化軌道を、三角関数で近似して前記目標経路を算出する三角関数近似部
を備えることを特徴とする目標経路生成装置。
A target route generation device that generates a target route from an initial position of an automatic operation vehicle to a target position,
Of the jerk minimizing trajectories connecting the initial position to the target position, the jerk minimizing trajectory in which the rate of change in curvature at the initial position and the target position is zero is approximated by a trigonometric function to calculate the target path. A target path generation device comprising a trigonometric function approximation unit.
請求項1に記載の目標経路生成装置において、
前記三角関数近似部は、前記躍度最小化軌道を正弦関数で近似して前記目標経路を算出することを特徴とする目標経路生成装置。
The target route generation device according to claim 1,
The trigonometric function approximating unit calculates the target path by approximating the jerk minimizing trajectory with a sine function.
請求項1に記載の目標経路生成装置において、
前記三角関数近似部は、前記躍度最小化軌道を余弦関数で近似して前記目標経路を算出することを特徴とする目標経路生成装置。
The target route generation device according to claim 1,
The trigonometric function approximator calculates the target path by approximating the jerk minimization trajectory with a cosine function.
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の目標経路生成装置において、
前記目標経路は前記初期位置から前記目標位置までの間に少なくとも1以上の経由点を通り、前記初期位置は最初の経由点であり、前記目標位置は最後の経由点であり、
前記三角関数近似部は、前記最後の経由点を除く他の経由点の各々について、経由点から次の経由点までの前記躍度最小化軌道を三角関数で近似して前記目標区分経路を算出し、前記目標区分経路を繋ぎ合わせて前記目標経路を生成する
ことを特徴とする目標経路生成装置。
In the target route generation device according to any one of claims 1 to 3,
The target path passes through at least one or more waypoints from the initial position to the target position, the initial position is the first waypoint, and the target position is the last waypoint,
The trigonometric function approximating unit calculates the target segmented path by approximating the jerk minimizing trajectory from one waypoint to the next waypoint with a trigonometric function for each of the other waypoints except the last waypoint. And generating the target route by joining the target segmented routes.
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の目標経路生成装置において、
前記目標経路は3次元空間における目標経路であり、
前記三角関数近似部は、前記初期位置及び目標位置が投影された鉛直面及び水平面の各々について、前記初期位置及び目標位置における曲率の変化率を零とする躍度最小化軌道を三角関数でそれぞれ近似して目標投影経路を算出し、前記目標投影経路を合成して前記3次元空間における目標経路を算出する
ことを特徴とする目標経路生成装置。
In the target route generation device according to any one of claims 1 to 4,
The target route is a target route in a three-dimensional space,
The trigonometric function approximating unit, for each of the vertical plane and the horizontal plane on which the initial position and the target position are projected, has a trigonometric function with a jerk minimizing trajectory in which the rate of change in curvature at the initial position and the target position is zero. A target path generation device characterized by calculating a target projection path by approximation and combining the target projection paths to calculate a target path in the three-dimensional space.
請求項4に記載の目標経路生成装置において、
前記少なくとも1以上の経由点及び前記経由点における前記自動運行ビークルの姿勢角を設定する経由点設定部を更に備え、
前記経由点設定部は、前記初期位置から前記目標位置までの間に存在する障害物を複数の凸領域に分割して前記各凸領域の重心点の位置を求め、前記重心点を母点とするボロノイ図及びドロネー図を用いて前記少なくとも1以上の経由点及び前記姿勢角を設定する
ことを特徴とする目標経路生成装置。
The target route generation device according to claim 4,
A route point setting unit for setting the at least one route point and the attitude angle of the automatic operation vehicle at the route point;
The waypoint setting unit divides an obstacle existing between the initial position and the target position into a plurality of convex areas to obtain the position of the center of gravity of each convex area, and uses the center of gravity as a mother point. The at least one waypoint and the posture angle are set using a Voronoi diagram and a Delaunay diagram to perform the target route generation device.
自動運行ビークルの初期位置から目標位置までの目標経路を生成する目標経路生成方法であって、
初期位置から目標位置までを繋ぐ躍度最小化軌道のうち、前記初期位置及び目標位置における曲率の変化率が零である躍度最小化軌道を三角関数で近似して前記目標経路を算出する
ことを特徴とする目標経路生成方法。
A target route generation method for generating a target route from an initial position of an automatic operation vehicle to a target position,
Of the jerk minimized trajectories connecting the initial position to the target position, calculating the target path by approximating with a trigonometric function the jerk minimized trajectory in which the rate of change in curvature at the initial position and the target position is zero. A target route generation method characterized by the above.
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