JP2019096269A - Trajectory planning device, trajectory planning method, and program - Google Patents

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Abstract

To provide a method for planning a trajectory from a posture at a start edge to a posture at an end edge when the clothoid length is variable.SOLUTION: A program for trajectory planning is the one that optimizes a trajectory expressed by triple clothoid curves by a repeated optimization technique, the program performing this optimization by executing the steps below: a coarse search step for applying a sample parameter to an arrival point function and finding an arrival point and finding a parameter with which a nearest arrival point that is closest to the end edge among arrival points is obtained, the sample parameter being a plurality of combinations of the length of each of clothoid curves, with the total length of three clothoid curves assumed as being fixed; and an optimization step for varying the parameter of the arrival point function and finding an optimum parameter, with the parameter obtained in the coarse search step assumed as an initial value, so that a posture at the arrival point matches a posture at the end edge.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、人間が運転操作しなくても自動で走行できる自動車、自動運転車の軌道計画に関する。   The present invention relates to trajectory planning of an automobile and an autonomous vehicle that can travel automatically without human operation.

自動運転車の軌道計画の1つに、経路長sに対しての曲率κを計画する方法がある。これは曲率κと前輪操舵角δに強い関数関係があるためである。図1は、前後輪のスリップを無視したバイシクルモデルを示す図である。この図において、lは車両のホイール長である。   One of the trajectory plans of an autonomous vehicle is to plan the curvature 曲 with respect to the path length s. This is because there is a strong functional relationship between the curvature κ and the front wheel steering angle δ. FIG. 1 is a view showing a bicycle model in which the slip of front and rear wheels is ignored. In this figure, l is the wheel length of the vehicle.

前後輪のスリップを無視したバイシクルモデルは次の微分方程式で表される。   The bicycle model neglecting the slip of the front and rear wheels is expressed by the following differential equation.

Figure 2019096269
なお、式(4)は車の最小回転半径に起因する条件である。
Figure 2019096269
Equation (4) is a condition caused by the minimum turning radius of the vehicle.

ここで車両の状態である姿勢(posture)をx位置、y位置、車両向きθ、曲率κの4変数からなる状態で定義する。つまり、本明細書において、姿勢(posture)は、位置を含む概念である。道路上を走る自動運転車両の運用形態として、予め道路上に決められたマイルストーンに沿って走行する形態があり得る。曲線路も想定すると、このマイルストーンには位置だけでなく、曲線路に対応した適切な車両向き、曲率が定められる。   Here, a posture (posture) which is a state of a vehicle is defined as a state including four variables of x position, y position, vehicle direction θ, and curvature κ. That is, in the present specification, posture is a concept including position. As an operation form of the autonomous driving vehicle running on the road, there may be a form of traveling along a milestone determined in advance on the road. If a curved road is also assumed, not only the position but also the appropriate vehicle direction and curvature corresponding to the curved road are determined at this milestone.

図2は、ある初期状態にある車両を1つのマイルストーンに乗せる経路長を引数とする操舵計画の例を示す図である。車両がマイルストーンに到着する時には、位置だけではなく、車両向きと、前輪向きから定まる曲率も曲線路に合わせる必要がある。この操舵計画は、車両の初期の位置、向き、前輪向きからなる姿勢(posture)を始端(Start)として、道路上のマイルストーンにおける姿勢(posture)を終端(End)とする軌道計画として考えることができる。本明細書で対象とする軌道計画は、この種の経路長sに対しての曲率κを計画するものを対象とする。この種の軌道計画では、車両が止まることなく進行するために、曲率κ(s)が経路長sの連続関数であることが要求される。   FIG. 2 is a diagram showing an example of a steering plan with a path length as an argument for placing a vehicle in an initial state on one milestone. When the vehicle arrives at a milestone, not only the position but also the curvature determined from the direction of the vehicle and the direction of the front wheel needs to be matched to the curved road. This steering plan should be considered as a trajectory plan starting from the initial position, orientation and front wheel orientation of the vehicle (Start) and ending with the posture at the milestone on the road (End) Can. The trajectory planning covered in this specification is intended for planning the curvature κ for this kind of path length s. In this type of trajectory planning, the curvature κ (s) is required to be a continuous function of the path length s in order for the vehicle to travel without stopping.

以下説明のため、軌道計画の始端(Start)における姿勢(posture)を、車両位置(x,y)=(x,y)、車両向きθ=θ、曲率κ=κとする。同様に終端(End)における姿勢(posture)を、車両位置(x,y)=(x,y)、車両向きθ=θ、曲率κ=κとする。車両位置を2次元ベクトルとして取り扱うときはP=[x,y]と表す。 For the following description, it is assumed that the posture (posture) at the start point (Start) of the trajectory plan is vehicle position (x, y) = (x 0 , y 0 ), vehicle direction θ = θ 0 , and curvature κ = κ 0 . Similarly, the posture (posture) at the end (End) is vehicle position (x, y) = (x 1 , y 1 ), vehicle direction θ = θ 1 , and curvature 曲 = κ 1 . When the vehicle position is treated as a two-dimensional vector, it is expressed as P = [x, y] T.

始端、終端の車両位置はそれぞれ、P=[x,y、P=[x,yとなる。以下、始端の位置を「始点」、終端の位置を「終点」という。この種の始端の姿勢(posture)から、終端での姿勢(posture)への軌道計画は、自動運転に限定されるものではなく、多くの研究が行われている(特許文献1、非特許文献1、非特許文献2)。ただし、姿勢(posture)という用語が使われないことがある点に留意する。 The vehicle positions at the beginning and end are P 0 = [x 0 , y 0 ] T and P 1 = [x 1 , y 1 ] T , respectively. Hereinafter, the position of the start end is referred to as “start point”, and the position of the end end is referred to as “end point”. Trajectory planning from this type of starting point posture to the ending position posture is not limited to automatic driving, and many studies have been conducted (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). 1, Non-Patent Document 2). However, keep in mind that the term posture may not be used.

特開2011−14579号公報JP, 2011-14579, A

D. H. Shin and S. Singh. “Path generation for robot vehicles using composite clothoid segments,” Carnegie-Mellon Univ. Pittsburgh PA Robotics Inst., No. CMU-TR-90-31, 1990.D. H. Shin and S. Singh. “Path generation for robot vehicles using composite clothoid segments,” Carnegie-Mellon Univ. Pittsburgh PA Robotics Inst., No. CMU-TR-90-31, 1990. 蘭豊礼, 玉井博文, and 牧野洋. "三連クロソイドによる自由点列補間." 精密工学会誌 76.10 (2010): 1194-1199.Toru Orchid, Hirofumi Tamai, and Hiroshi Makino. "Free point sequence interpolation with triple clothoid." Journal of Japan Society for Precision Engineering 76.10 (2010): 1194-1199.

上記したいずれの文献も、部分問題として、3本のクロソイドによる初期の姿勢(posture)から終端での姿勢(posture)への軌道計画を解いているが、問題設定に制約が与えられている。すなわち、Shinらによる研究ではクロソイドの長さに制約はないが、曲率の経路長による変化率の絶対値が3つのクロソイドにわたりすべて一定とするという強い制約を与えている。蘭らの研究では、3つのクロソイドの長さの比をあらかじめ固定するという強い制約を与えている。   Although all the above-mentioned documents solve the trajectory planning from the initial posture (posture) to the posture at the end (posture) by three clothoids as a partial problem, the problem setting is restricted. That is, in the study by Shin et al., There is no restriction on the length of the clothoid, but there is a strong restriction that the absolute value of the rate of change of curvature according to the path length is constant over all three clothoids. In the study by Orchid et al., There is a strong constraint of pre-fixing the ratio of the three clothoids.

本発明は、上記背景に鑑み、上記のような制約のないクロソイド長が可変の場合の始端の姿勢(posture)から終端での姿勢(posture)への軌道を計画する方法である。   In view of the above background, the present invention is a method of planning a trajectory from the posture at the beginning to the posture at the end when the clothoid length is variable as described above.

本発明のプログラムは、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを実行させる。   The program according to the present invention is a program for planning a trajectory consisting of three clothoid curves, and the computer includes data of the position of the vehicle at the beginning, direction, and attitude data specified by the curvature and the position of the vehicle at the end. The input step of receiving the data of the posture specified by the direction and the curvature, and the function for obtaining the posture specified by the position, the direction and the curvature of the vehicle at the arrival point from the posture of the starting end The target function including the length of the curve as a parameter is read from the storage unit, and the total length of the three clothoid curves is fixed, and a plurality of combinations of the lengths of the clothoid curves are used as sample parameters. A parameter is applied to the arrival point function to obtain an arrival point, and among the arrival points, the nearest neighbor closest to the end The parameter of the arrival point function is varied with a rough search step for obtaining a parameter for obtaining the arrival point and the parameter obtained in the rough search step as initial values, and the attitude of the arrival point matches the attitude of the terminal And optimization steps to determine such optimal parameters.

本発明のプログラムは、前記粗探索ステップにて、前記終端までの距離が所定の閾値以下となる最近傍到達点を与えるサンプルのパラメータが存在しなかった場合には、入力された条件を満たす解が存在しないと判定してもよい。   In the program according to the present invention, if there is no sample parameter that gives the nearest arrival point at which the distance to the end is equal to or less than a predetermined threshold in the rough search step, the solution satisfying the input condition It may be determined that there is no

本発明のプログラムは、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを実行させる。   The program according to the present invention is a program for planning a trajectory consisting of three clothoid curves, and the computer includes data of the position of the vehicle at the beginning, direction, and attitude data specified by the curvature and the position of the vehicle at the end. The input step of receiving the data of the posture specified by the direction and the curvature, and the function for obtaining the posture specified by the position, the direction and the curvature of the vehicle at the arrival point from the posture of the starting end The target function including the length of the curve as a parameter is read from the storage unit, and the total length of the three clothoid curves is taken as a first fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are used as sample parameters. The parameters of the sample are applied to the arrival point function to obtain an inner circumference arrival point before the end, and A first parameter calculating step of obtaining as a first parameter a parameter that obtains the nearest inner circumference arrival point closest to the terminal end among the arrival points; total lengths of the three clothoid curves longer than the first fixed length As a second fixed length, a plurality of combinations of lengths of the clothoid curve are used as parameters of the sample, and the parameters of the sample are applied to the arrival point function to obtain an outer peripheral arrival point behind the end; A second parameter calculating step of obtaining, as a second parameter, a parameter that obtains the nearest outer peripheral arrival point closest to the end among the outer peripheral arrival points, total lengths of the three clothoid curves and the first fixed length A plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve as a medium fixed length in the middle of the second fixed length as a parameter of the sample, the sump The above parameters are applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter for which the nearest inner circumference arrival point is obtained is obtained as the third parameter, and the nearest outer circumference arrival point The third and fourth parameter calculating steps for obtaining the fourth parameter as the fourth parameter, and the fourth nearest outer circumference arrival point given by the second parameter and the fourth nearest outer circumference arrival point given by the fourth parameter are compared If the nearest outer peripheral arrival point given by the parameter is closer to the end, the intermediate fixed length is taken as a new second fixed length, and the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter is the aforementioned second fixed length. When it is close to the end, the nearest inner circumference arrival point given by the first parameter is compared with the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter, and given by the third parameter If the nearest inner circumferential arrival point is closer to the terminal end, the fixed length update step for changing the intermediate fixed length to a new first fixed length, and the first fixed length in the fixed length update step Alternatively, while updating the second fixed length, the nearest outer circumference arrival point and the nearest inner circumference arrival point are repeatedly determined, and the difference between the first fixed length and the second fixed length becomes equal to or less than a predetermined threshold. A parameter determination step of obtaining a parameter giving a nearest arrival point closer to the terminal among the nearest outer circumference arrival point and the nearest inner circumference arrival point, and the parameter obtained in the parameter determination step As an initial value, the parameter of the arrival point function is varied, and an optimization step is performed to obtain an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end.

本発明のプログラムは、前記固定長更新ステップにおいて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めてもよい。   The program according to the present invention compares the nearest inner circumference arrival point given by the first parameter with the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter in the fixed length update step, using the first parameter. If the closest inner circumference arrival point to be given is closer to the end, a parameter giving the nearest arrival point closer to the end among the nearest outer circumference arrival point and the nearest inner circumference arrival point is determined May be

本発明のプログラムは、前記第1パラメータ算出ステップにおける計算によって前記内周到達点が見つからなかった場合には、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定してもよい。   The program of the present invention may determine that there is no clothoid curve connecting the start end and the end if the inner circumferential arrival point is not found by the calculation in the first parameter calculation step.

本発明のプログラムは、前記第2パラメータ算出ステップにおける計算によって前記外周到達点が見つからなかった場合には、前記外周到達点が見つかるか、前記第2の固定長が所定の閾値以上になるまで、前記第2の固定長を長くして外周到達点を求める処理を行い、前記第2の固定長が所定の閾値以上になったときは、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定してもよい。   In the program according to the present invention, when the outer periphery arrival point is not found by the calculation in the second parameter calculation step, the outer periphery arrival point is found or the second fixed length becomes equal to or more than a predetermined threshold. The second fixed length is increased to perform processing for obtaining an outer peripheral arrival point, and when the second fixed length is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is assumed that there is no clothoid curve connecting the start end and the end. You may judge.

本発明のプログラムにおいて、前記到達点関数は、前記車両の旋回曲率をパラメータとして含み、前記旋回曲率の最大値を拘束条件として有してもよい。   In the program of the present invention, the arrival point function may include the turning curvature of the vehicle as a parameter, and may have the maximum value of the turning curvature as a constraint condition.

本発明の軌道計画方法は、軌道計画装置によって3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記軌道計画装置は、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、前記軌道計画装置は、前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを備える。   The trajectory planning method according to the present invention is a method for planning a trajectory consisting of three clothoid curves by a trajectory planning device, wherein the trajectory planning device is an attitude specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the beginning. And the trajectory planning apparatus receives the data of the position of the vehicle at the end, the orientation, and the data of the attitude specified by the curvature, and the trajectory planning device calculates the position, orientation, and curvature of the vehicle at the arrival point from the attitude of the starting end An arrival point function including at least a length of a clothoid curve as a parameter is read out from the storage unit, which is a function for obtaining a designated attitude, and the trajectory planning device takes the total length of the three clothoid curves as a fixed length. A plurality of combinations of respective lengths of the clothoid curve are used as parameters of the sample, and the parameters of the sample are applied to the arrival point function. A rough search step for obtaining an arrival point and obtaining a parameter for obtaining a nearest arrival point closest to the terminal among the arrival points, and the trajectory planning apparatus is configured to obtain an initial value of the parameter obtained in the rough search step And the optimization step of varying the parameter of the arrival point function to obtain an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end.

本発明の軌道計画方法は、軌道計画装置によって、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記軌道計画装置は、始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、前記軌道計画装置は、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、前記軌道計画装置は、前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、前記軌道計画装置は、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを備える。以下、この粗探索方法を「2分探索法」という。   The trajectory planning method of the present invention is a method for planning a trajectory consisting of three clothoid curves by a trajectory planning device, wherein the trajectory planning device is specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the beginning. The input step for receiving data on the attitude and the position, direction, and curvature of the vehicle specified at the end, and the trajectory planning device, from the start attitude to the position, direction, and curvature of the vehicle at the arrival point An arrival point function which is a function for obtaining a designated attitude and which includes at least the length of the clothoid curve as a parameter is read out from the storage unit, and the trajectory planning device determines the total length of the three clothoid curves as the first. A plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve as fixed lengths are used as the parameters of the sample, and the parameters of the sample are the arrival point function. A first parameter calculation is performed to obtain an inner circumference arrival point before the end, and obtain a parameter that is the nearest inner circumference arrival point closest to the end among the inner circumference arrival points as a first parameter Step and the trajectory planning apparatus set a total length of three of the clothoid curves as a second fixed length longer than the first fixed length, and take a plurality of combinations of respective lengths of the clothoid curves as sample parameters; The parameter of the sample is applied to the arrival point function to obtain an outer peripheral arrival point that is deeper than the end, and among the outer peripheral arrival points, a parameter that is closest to the end is obtained as a second parameter. In the second parameter calculating step obtained as a parameter, the trajectory planning device calculates the total length of the three clothoid curves halfway between the first fixed length and the second fixed length. A plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve as fixed lengths are used as parameters of the sample, and the parameters of the sample are applied to the arrival point function to determine the nearest inner circumference arrival point and the nearest circumference outer circumference arrival point The third and fourth parameter calculating steps of obtaining the parameter that has obtained the nearest inner circumferential arrival point as the third parameter and the parameter that has obtained the closest outer circumferential arrival point as the fourth parameter; If the nearest outer periphery arrival point given by the parameter is compared with the nearest outer periphery arrival point given by the fourth parameter and the nearest outer periphery arrival point given by the fourth parameter is closer to the end, the above If the intermediate fixed length is a new second fixed length, and the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter is closer to the end, the first parameter When the closest inner circumference arrival point given by the third parameter is compared with the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter when the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end A fixed length update step for setting the intermediate fixed length as a new first fixed length, and the track planning device updates the first fixed length or the second fixed length in the fixed length update step While determining the nearest outer peripheral arrival point and the nearest inner peripheral arrival point repeatedly, and when the difference between the first fixed length and the second fixed length becomes equal to or less than a predetermined threshold, the nearest outer peripheral arrival point And a parameter determination step of obtaining a parameter giving the nearest arrival point closer to the terminal among the closest inner circumference arrival points, and the trajectory planning apparatus uses the parameter obtained in the parameter determination step as an initial value , Said arrival point Of the parameter varying the, and a optimization step the posture of the goal seek the optimum parameters to match the orientation of the end. Hereinafter, this rough search method is referred to as "binary search method".

本発明の軌道計画装置は、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、前記粗探索部で求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部とを備える。   The track planning apparatus according to the present invention is a track planning apparatus for planning a track consisting of three clothoid curves, and includes data of the position, orientation, and curvature of the vehicle at the beginning and data of the vehicle at the end. An input unit that receives data of an attitude specified by position, direction, and curvature, and a function for obtaining an attitude specified by the position, direction, and curvature of a vehicle at an arrival point from the attitude of the starting point, at least A storage unit storing an arrival point function including the length of the clothoid curve as a parameter, and a plurality of combinations of lengths of the clothoid curve with the total lengths of the three clothoid curves as fixed lengths are used as sample parameters The parameters of the sample are applied to the arrival point function read from the storage unit to obtain an arrival point, and the closest one of the arrival points closest to the end is obtained. A rough search unit for obtaining a parameter from which the side arrival point is obtained, and the parameter obtained by the rough search unit as an initial value, the parameter of the arrival point function is varied, and the attitude of the arrival point matches the attitude of the terminal And an optimization unit for determining an optimal parameter.

本発明の別の態様の軌道計画装置は、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、複数の組合せをサンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部とを備え、前記粗探索部は、上述した2分探索法を実行する。   A trajectory planning apparatus according to another aspect of the present invention is a trajectory planning apparatus for planning a trajectory consisting of three clothoid curves, comprising: data of a position, orientation, and a posture specified by a curvature at a starting end; It is a function to find the position specified by the position, direction, and curvature of the vehicle at the arrival point from the start position, and the input unit that receives data of the position specified by the position, direction, and curvature of the vehicle at the end A storage unit storing an arrival point function including at least the length of a clothoid curve as a parameter, and applying a plurality of combinations to sample arrival parameters to the arrival point function read from the storage unit; Among the arrival points, a rough search unit for obtaining a parameter for obtaining the nearest arrival point closest to the terminal, and the parameter obtained in the parameter determination step are set as initial values. An optimization unit for changing the parameter of the arrival point function to obtain an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end, and the rough search unit includes the binary search method described above Run.

本発明によれば、クロソイド長が可変の場合の始端の姿勢と終端の姿勢から、軌道を計画することができる。   According to the present invention, the trajectory can be planned from the attitude of the start and the attitude of the end when the clothoid length is variable.

前後輪のスリップを無視したバイシクルモデルを示す図である。It is a figure which shows the bicycle model which disregarded the slip of front and rear wheels. ある初期状態にある車両を1つのマイルストーンに乗せる経路長を引数とする操舵計画の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the steering plan which makes an argument the path length which puts the vehicle in a certain initial state on one milestone. 3連クロソイドの軌道モデルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the trajectory model of 3 stations. 第1の実施の形態の軌道計画装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the track planning apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の軌道計画装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the track planning apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態における初期値決定の処理を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows processing of initial value determination in a 1st embodiment. 第2の実施の形態における粗探索処理の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the coarse search process in 2nd Embodiment. 固定全長下限htotalLBを求める処理を示す図である。It is a figure which shows the process which calculates | requires fixed full length lower limit htotalLB . 固定全長上限htotalUBを求める処理を示す図である。It is a figure which shows the process which calculates | requires fixed full length upper limit htotalUB . (a)内周到達点の範囲を示す図である。(b)外周到達点の範囲を示す図である。(A) It is a figure which shows the range of an inner periphery arrival point. (B) It is a figure which shows the range of an outer periphery arrival point. 第1実施例の軌道計画を行う始端と終端のデータを示す図である。It is a figure which shows the data of the beginning and the end which perform the track planning of 1st Example. total=|P−P|とした場合の到達点集合SParr(htotal)を示す図である。h total = | a diagram illustrating a and reaches point set when the S Parr (h total) | P 1 -P 0. ,h ,h ,θd,1 から微小変化した次式で与えられる4パラメータh ,h ,h +Δh,θd,1 +Δθd,1により、Parr+ΔParrに近い位置に到達点を変更した図である。 h 1 ※, h 2 ※, h 3 ※, θ d, 1 4 given by minute change the following equation parameters h 1 ※, h 2 ※, h 3 ※ + Δh 3, θ d, 1 ※ + Δθ d, by 1 is a diagram obtained by changing the arrival point at a position closer to the P arr + ΔP arr. (a)htotal=1・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。(b)htotalの長さを1・|P−P|から増やし、htotal=2・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。It is a diagram showing the arrival point set S ParrG (h total) in the case where the | (a) h total = 1 · | P 1 -P 0. (B) the h total length 1 · | P 1 -P 0 | increased from, h total = 2 · | a diagram showing a the reached point set when the S ParrG (h total) | P 1 -P 0 is there. totalLBとhtotalUBの更新処理を行ったときの到達点の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of an arrival point when update processing of htotalLB and htotalUB is performed. 繰り返し最適化手法(主双対内点法)を行って得られた軌道を示す図である。It is a figure which shows the track | orbit obtained by performing an iterative optimization method (major dual interior point method). 別の各ケースにおいて計算された軌道を示す図である。It is a figure which shows the calculated orbit in each other case.

以下、本発明の実施の形態の軌道計画装置および軌道計画方法について図面を参照して説明する。まず、本実施の形態の軌道計画装置を説明する前提として、3連クロソイドの軌道について述べるが、まずは、3連クロソイドによる軌道のモデル化の準備段階として、xy座標原点を始点とする1セグメントのクロソイドの軌道について述べる。   Hereinafter, a trajectory planning apparatus and a trajectory planning method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the trajectory of the triple clothoid will be described as a premise to explain the trajectory planning apparatus of the present embodiment, but first, as a preparatory step of modeling the trajectory by the triple clothoid, one segment starting from the xy coordinate origin Describe the orbit of clothoid.

(1セグメントのクロソイドの軌道)
この種のクロソイドの軌道は始端及び終端の位置と始端及び終端における車両の向きと曲率で一意に決定される。例えば、始端での向きと曲率を(θα、κα)、終端での向きと曲率を(θβ、κβ)とすると、クロソイドの1セグメント全経路長hは次式で表される。
(Orbit of one segment clothoid)
The trajectory of this kind of clothoid is uniquely determined by the positions of the start and end and the direction and curvature of the vehicle at the start and end. For example, assuming that the direction and curvature at the beginning are (θ α , α α ) and the direction and curvature at the end are (θ β , β β ), the one segment total path length h of clothoid is expressed by the following equation.

Figure 2019096269
1セグメント全経路長が定まるので、曲率κの軌道は次式で表される。ただし、Sは1セグメント全経路長hによる規格化経路長とする(S=s/h)
Figure 2019096269
Since the one-segment total path length is determined, the trajectory of curvature κ is expressed by the following equation. Where S is a normalized path length by one segment total path length h (S = s / h)

Figure 2019096269
ここでクロソイドの1セグメントにおける向きの変化θ=θβ−θαを導入すると,次式を得る。
Figure 2019096269
Here, when the change in orientation θ d = θ βα in one segment of the clothoid is obtained, the following equation is obtained.

Figure 2019096269
車両向きθの軌道、経路長sに対する曲線の変化率η、sharpnessは、次式で表される。
Figure 2019096269
The trajectory of the vehicle direction θ, the rate of change 曲線 of the curve with respect to the path length s, and the sharpness are expressed by the following equations.

Figure 2019096269
Figure 2019096269

曲線の変化率η、sharpnessは、1クロソイドセグメントにおいて定義から明らかなように一定である。車両向きθの軌道が決まれば式(1)(2)より、座標原点からの移動量を表すP(S)=[x(S),y(S)]の軌道が次式で決定される。

Figure 2019096269
式(12)において、S=1とおき、1セグメントクロソイドのxy移動量P=[x,yが次式で与えられる。
Figure 2019096269
The rate of change of the curve 曲線, sharpness, is constant as apparent from the definition in one clothoid segment. If the trajectory of the vehicle direction θ is determined, the trajectory of P (S) = [x (S), y (S)] T representing the movement amount from the coordinate origin is determined by the following equation from Eqs. (1) and (2) Ru.
Figure 2019096269
In equation (12), assuming that S = 1, the xy movement amount P d = [x d , y d ] T of the one-segment clothoid is given by the following equation.
Figure 2019096269

このP=(θα,κα,h,θ)を関数として、3連クロソイドによる軌道のモデル化で使用する。軌道計画の数値解法のために、式(12)(15)の計算について述べる。ただし、C(・・・)、S(・・・)以外の要素の数値計算は容易であるので省略する。C(・・・)、S(・・・)の計算は3つのケースに分ける。 This P d = (θ α , α α , h, θ d ) is used as a function in modeling an orbit by a triple clothoid. The calculation of equations (12) and (15) will be described for the numerical solution of trajectory planning. However, numerical calculation of elements other than C R (...) And S R (...) Is omitted because it is easy. Calculation of C R (...) and S R (...) is divided into three cases.

[ケース1(θ−hκα=0かつκα=0)]
このケースは、直線運動に相当する。このケースも、定義上、クロソイドに含まれる。
[Case 1 (θ d −hκ α = 0 and α α = 0)]
This case corresponds to linear motion. This case is also included in the clothoid by definition.

Figure 2019096269
Figure 2019096269

[ケース2(θ−hκα=0かつκα≠0)]
このケースは、円運動に相当する。このケースも、定義上、クロソイドに含まれる。

Figure 2019096269
[Case 2 (θ d −h α = 0 and α α ≠ 0)]
This case corresponds to a circular movement. This case is also included in the clothoid by definition.
Figure 2019096269

[ケース3(θ−hκα≠0)]
このケースは、フレネル積分(Fresnel integral)を含むため、計算が難しい。数値積分を使う方法もあるが、十分な精度を出すためには,計算量が大きくなる。以下の式を用いて計算する。
フレネル積分に相当するのは式(23)(24)の部分であり,近似の有効な領域の違う2つの近似公式を切り替えて用いる。

Figure 2019096269
ただし、 [Case 3 (θ d −hκ α ≠ 0)]
This case is difficult to calculate because it involves Fresnel integral. There is also a method that uses numerical integration, but in order to obtain sufficient accuracy, the amount of calculation increases. Calculate using the following formula.
The part corresponding to the Fresnel integral is a part of the equations (23) and (24), and two different approximate formulas of effective ranges of approximation are switched and used.
Figure 2019096269
However,

Figure 2019096269
Figure 2019096269
Figure 2019096269
Figure 2019096269
Figure 2019096269
Figure 2019096269

以上の準備で、1セグメントクロソイドのxy移動量P=(θα,κα,h,θ)は,セグメントの始端での向きθαと曲率κα、1セグメント全経路長h、1セグメントでの向き変化θの4変数で関数として定義され、計算可能なことが示された。 In the above preparation, the xy movement amount P d = (θ α , α α , h, θ d ) of the one-segment clothoid is the direction θ α and the curvature α α at the beginning of the segment, one segment total path length h, 1 It was shown that it can be calculated and defined as a function with 4 variables of the direction change θ d in the segment.

引き続き、クロソイド長が可変の場合の3連クロソイドによる始端での姿勢(posture)から終端での姿勢(posture)への軌道計画を数値最適化問題として定式化する。   Subsequently, the trajectory planning from the posture at the beginning to the posture at the end by a triple clothoid when the clothoid length is variable is formulated as a numerical optimization problem.

(3連クロソイドの軌道)
3連クロソイドの軌道の数値最適化問題への定式化は、次のアプローチをとる。
・第1のクロソイドの始端の姿勢を(x,y,θ,κ)とする。
・曲率θと向きκが連続となるように、3セグメントのクロソイドを接続する。
・第3のクロソイドの終端の姿勢を(xarr,yarr,θ,κ)とする。
・xarr=x,yarr=yとなるまで、第1〜第3のクロソイドのパラメータを|κ|≦κlimitの制約の下で数値最適化する。
(The orbit of the triple crosoid)
The formulation of the numerical optimization problem for the triple clothoid orbit takes the following approach.
The posture of the start end of the first clothoid is set to (x 0 , y 0 , θ 0 , 0 0 ).
Connect three segments of clothoid so that the curvature θ and the orientation κ are continuous.
Set the posture of the end of the third clothoid to (x arr , y arr , θ 1 , 1 1 ).
The parameters of the first to third clothoids are numerically optimized under the constraint of | κ | ≦ κ limit until x arr = x 1 and y arr = y 1 .

図3は、このアプローチによる3連クロソイドの軌道モデルを示す概念図である。第kセグメント(k=1,2,3・・・)に関する変数を、以下のように定義する。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing the trajectory model of the triple clothoid according to this approach. The variables for the kth segment (k = 1, 2, 3...) Are defined as follows.

Figure 2019096269
Figure 2019096269

進行する車両の軌道としては、前輪の舵角は経路に対して連続的に変化する必要がある。このため、車両の向きθと車両の曲率κは、セグメント間の端点において連続する。まず、車両向きθについて考えると、各セグメントの両端点での連続性から以下の式を満たす必要がある。

Figure 2019096269
Figure 2019096269
The steering angle of the front wheels needs to be continuously changed with respect to the path of the traveling vehicle. For this reason, the direction θ of the vehicle and the curvature κ of the vehicle are continuous at the end points between the segments. First, considering the vehicle direction θ, it is necessary to satisfy the following equation from the continuity at both end points of each segment.
Figure 2019096269
Figure 2019096269

式(25)〜式(40)をまとめると、次の式を得る。

Figure 2019096269
When the equations (25) to (40) are put together, the following equation is obtained.
Figure 2019096269

8変数h,h,h,θd,1,θd,2,θd,3,κα,2,κα,3が式(41)を満たせば、式(25)〜式(40)で定める軌道は、軌道計画問題の車両向きと曲率の連続性に関する条件を満たす。ここで、式(41)は4本の等式拘束であり、本質的なパラメータは8変数から4変数に絞ることができる。本発明では、(h,h,h,θd,1)を3連クロソイドセグメントの4パラメータに選ぶ(図3参照)。各クロソイドのθd,2,θd,3,κα,2,κα,3,θα,2,θα,3は、式(41)からパラメータ(h,h,h,θd,1)の関数として次式で決定される。

Figure 2019096269
If the eight variables h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 , θ d, 2 , θ d, 3 ,, α, 2 , α α, 3 satisfy the equation (41), the equation (25) to the equation The track defined by (40) satisfies the condition regarding the vehicle direction and curvature continuity of the track planning problem. Here, equation (41) is four equation constraints, and the essential parameters can be narrowed from eight variables to four variables. In the present invention, (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) is selected as four parameters of the triple clothoid segment (see FIG. 3). Θ d, 2 , θ d, 3 , κ α, 2 , κ α, 3 , θ α, 2 , θ α, 3 of each clothoid are parameters (h 1 , h 2 , h 3 , It is determined by the following equation as a function of θ d, 1 ).
Figure 2019096269

(h+h)≠0であれば、式(42)〜式(47)の右辺は、不定になることはない。本実施の形態では、h>0,h>0,h>0を想定しているので、この条件を満たす。式(44)より、|κα,2|<κlimitは、h,θd,1に関する以下の不等式拘束に変換される。

Figure 2019096269
If h 1 (h 2 + h 3 ) ≠ 0, the right sides of Formulas (42) to (47) will not be indefinite. In the present embodiment, h 1 > 0, h 2 > 0, and h 3 > 0 are assumed, so this condition is satisfied. From equation (44), | κ α, 2 | <κ limit is converted to the following inequality constraint for h 1 , θ d, 1 .
Figure 2019096269

式(45)より、|κα,3|<κlimitは、h,h,h,θd,1に関する以下の不等式拘束に変換される。

Figure 2019096269
From equation (45), | κ α, 3 | <κ limit is converted to the following inequality constraint for h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 .
Figure 2019096269

パラメータ(h,h,h,θd,1)を決めると、式(42)〜式(47)より、θα,k,κα,k,θd,k(k=1,2,3)が定まる。さらに、3連クロソイドセグメントの到達点Parrが式(15)より以下のように計算される。

Figure 2019096269
If the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) are determined, θ α, k , α α, k , θ d, k (k = 1, k = 1, k) according to equations (42) to (47) 2, 3) is decided. Further, the arrival point Parr of the triple clothoid segment is calculated as follows from Expression (15).
Figure 2019096269

つまり(h,h,h,θd,1)のパラメータを使えば、車両向き及び曲率に関する条件は自動的に満たされるので、位置に関する条件Parr=Pを満たせば、所望の始端の姿勢(posture)から終端の姿勢(posture)への軌道が得られる。以下、(h,h,h,θd,1)によるパラメータ表現を4パラメータ表現という。 In other words, if the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) are used, the conditions on the vehicle direction and the curvature are automatically satisfied, and if the condition P arr = P 1 on position is satisfied, the desired The trajectory from the beginning posture to the ending posture is obtained. Hereinafter, the parameter expression by (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) is referred to as a four-parameter expression.

arr(h,h,h,θd,1)=Pとなる(h,h,h,θd,1)を探索する問題は数値最適化問題として定式化される。目的関数fobj(Parr)をParr−Pのユークリッド2ノルムの二乗値に選ぶ。このとき、数値最適化問題として以下のように記述できる。 The problem of searching for (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) such that P arr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) = P 1 is formulated as a numerical optimization problem Ru. The objective function f obj (P arr ) is chosen to be the Euclidean 2-norm squared value of P arr −P 1 . At this time, it can be described as the numerical optimization problem as follows.

Figure 2019096269
上記の最適化問題を解いて,最適化の結果、
Figure 2019096269
が達成できれば、解となる軌道が得られる。つまり、所望の始端の姿勢(posture)から終端の姿勢(posture)への軌道が得られる。
Figure 2019096269
Solve the above optimization problem, and as a result of optimization,
Figure 2019096269
If we can achieve, we can get a solution trajectory. That is, the trajectory from the desired beginning posture to the ending posture is obtained.

(第1実施の形態)
式(55)のような最適化問題には、疑似ニュートン法に基づく、主双対内点法(PDIPM)や遂次2次計画法(SQP)などの繰り返し最適化手法が適用可能である。しかし、式(55)の最適化問題は非線形非凸であるため、不適切な初期値を選ぶと、解が求まらないという問題が生じる。本実施の形態は、式(55)の最適化問題において、繰り返し最適化手法に用いる適切な初期値を求める。
(First embodiment)
It is possible to apply an iterative optimization method such as principal dual interior point method (PDIPM) and successive quadratic programming (SQP) based on the pseudo-Newton method to the optimization problem as in equation (55). However, since the optimization problem of equation (55) is non-linear and non-convex, selecting an inappropriate initial value results in the problem that no solution is obtained. The present embodiment finds an appropriate initial value to be used for the iterative optimization method in the optimization problem of equation (55).

図4は、第1の実施の形態の軌道計画装置1の構成を示す図である。図4に示すように第1の実施の形態の軌道計画装置1は、入力部10と、粗探索部11と、最適化部12と、出力部13と、記憶部14とを有している。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the trajectory planning apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the trajectory planning apparatus 1 according to the first embodiment includes an input unit 10, a rough search unit 11, an optimization unit 12, an output unit 13, and a storage unit 14. .

入力部10は、軌道計画の条件として車両の始端および終端のデータの入力を受け付ける機能を有する。具体的には、車両の始端の姿勢(位置、向き、曲率)と、終端の姿勢(位置、向き、曲率)である。   The input unit 10 has a function of receiving input of data on the start and end of the vehicle as a condition of trajectory planning. Specifically, the attitude (position, direction, curvature) of the start of the vehicle and the attitude (position, direction, curvature) of the end.

記憶部14には、始端から到達点を計算する到達点関数が記憶されている。到達点関数は、上述した式(53)で示した関数であり、(h,h,h,θd,1)の4つのパラメータを有する関数である。 The storage unit 14 stores an arrival point function that calculates an arrival point from the beginning. The arrival point function is a function represented by the above-mentioned equation (53), and is a function having four parameters of (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ).

粗探索部11は、到達点関数に適当なサンプルパラメータを適用して求めた到達点の中から、終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める。粗探索部11は、htotal=h+h+hを固定した際のパラメータ(h,h,h,θd,1)の集合により、次式で定義される到達点集合SParrG(htotal)を求める。 The coarse search unit 11 obtains a parameter from which the nearest neighbor arrival point closest to the end is obtained from among the arrival points obtained by applying an appropriate sample parameter to the arrival point function. The rough search unit 11 determines the arrival point set S defined by the following equation by a set of parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) when h total = h 1 + h 2 + h 3 is fixed. Calculate ParrG (h total ).

Figure 2019096269
Figure 2019096269

この集合が空であれば、適切な初期値はなしと判定し、空でなければ、到達点集合SParrG(htotal)の中で終端位置Pに最も近い要素(最近傍到達点)に対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)を繰り返し最適化手法の初期値として用いる。なお、式中のΔθfanは、到達点Parrが存在すべき角度範囲を規定するものであり、例えば、π/4である。 If this set is empty, it is judged that there is no appropriate initial value, and if it is not empty, it corresponds to the element (nearest neighbor arrival point) closest to the end position P 1 in the arrival point set S ParrG (h total ) The four parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) are repeatedly used as initial values of the optimization method. Note that Δθ fan in the equation defines an angular range in which the arrival point P arr should exist, and is, for example, π / 4.

最適化部12は、粗探索部11にて求めたパラメータを初期値として用いて、上述した式(55)を満たすパラメータの最適化処理を行うことにより、到達点の姿勢が終端の姿勢になるようなパラメータを求める機能を有する。このパラメータにより車両が通るべき軌道が計画される。続いて、最適化部12は、求めたパラメータ(h,h,h,θd,1)から、各位置における旋回曲率κも求める機能を有する。 The optimization unit 12 performs parameter optimization processing that satisfies the above-mentioned equation (55) using the parameter obtained by the rough search unit 11 as an initial value, whereby the attitude of the reaching point becomes the attitude of the end. It has a function to obtain such parameters. This parameter plans the trajectory that the vehicle should follow. Subsequently, the optimization unit 12 has a function of also obtaining the turning curvature κ at each position from the obtained parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ).

出力部13は、最適化部12にて求めたパラメータ(h,h,h,θd,1)および旋回曲率κを車両の制御を行う自動運転制御部(図示せず)に対して出力する。 The output unit 13 sends the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) obtained by the optimization unit 12 and the turning curvature κ to an automatic driving control unit (not shown) that controls the vehicle. Output.

図5は、第1の実施の形態の軌道計画装置1の動作を示すフローチャートである。軌道計画装置1は、軌道計画の条件として車両の始端および終端のデータの入力を受け付ける(S10)。軌道計画装置1は、記憶部14から到達点関数を読み出し(S11)、到達点関数を用いて初期値を決定する(S12)。   FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the trajectory planning apparatus 1 according to the first embodiment. The trajectory planning apparatus 1 receives input of data of the start and end of the vehicle as a condition of trajectory planning (S10). The trajectory planning apparatus 1 reads the arrival point function from the storage unit 14 (S11), and determines an initial value using the arrival point function (S12).

図6は、第1の実施の形態における初期値決定の処理を示すフローチャートである。粗探索部11は、到達点関数に適当なパラメータを設定して、終端に最も近い到達点(最近傍到達点)を得ることができるパラメータをラフに探索する。具体的には、粗探索部11は、3連クロソイドの全長(h+h+h)を始端位置である始点Pから終端位置である終点Pまでの直線距離htotalに固定し(S20)、4つのパラメータ(h,h,h,θd,1)の組合せを、例えば1000通り選び、各パラメータを到達点関数に適用したときの到達点を求める(S21)。 FIG. 6 is a flowchart showing the process of determining the initial value in the first embodiment. The rough search unit 11 sets an appropriate parameter for the arrival point function, and roughly searches for a parameter that can obtain the arrival point closest to the terminal (the nearest arrival point). Specifically, the rough search unit 11 fixes the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid to the linear distance h total from the start point P 0 which is the start end position to the end point P 1 which is the end position S20) A combination of four parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) is selected, for example, 1000, and an arrival point when each parameter is applied to the arrival point function is determined (S 21).

粗探索部11が到達点の近傍到達点を見つけた場合には(S22でYES)、終点Pの最近傍の到達点を得たパラメータを初期値として決定する(S23)。もし、近傍到達点が見つからなかった場合には(S22でNO)、始端から終端に至る軌道が存在しないと判断する(S24)。 If the coarse search unit 11 finds a near arrival points of arrival point for determining the parameters was obtained (YES in S22), arrival point nearest end point P 1 as the initial value (S23). If no nearby arrival point is found (NO at S22), it is determined that there is no trajectory from the start to the end (S24).

図5に戻って説明を続ける。軌道計画装置1は初期値を決定すると、決定された初期値を用いてパラメータ(h,h,h,θd,1)の最適化を行い、始端から終端への軌道を描く最適パラメータを算出する(S13)。また、軌道計画装置1は、求めた最適パラメータに基づいて、各位置における旋回曲率κも求める。続いて、軌道計画装置1は、パラメータ(h,h,h,θd,1)および旋回曲率κを自動運転制御部に対して出力する(S14)。 Returning to FIG. 5, the description will be continued. When the trajectory planning apparatus 1 determines the initial value, it optimizes the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) using the determined initial value, and optimizes the drawing of the trajectory from the start to the end Parameters are calculated (S13). The trajectory planning apparatus 1 also determines the turning curvature 旋回 at each position based on the determined optimum parameter. Subsequently, the trajectory planning device 1 outputs the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) and the turning curvature κ to the automatic operation control unit (S 14).

以上、軌道計画装置1の構成及び動作について説明したが、上記した軌道計画装置1のハードウェアの例は、CPU、RAM、ROM、ハードディスク、ディスプレイ、キーボード、マウス、通信インターフェース等を備えたコンピュータである。上記した各機能を実現するモジュールを有するプログラムをRAMまたはROMに格納しておき、CPUによって当該プログラムを実行することによって、上記した軌道計画装置1が実現される。このようなプログラムも本発明の範囲に含まれる。   The configuration and operation of the trajectory planning apparatus 1 have been described above, but an example of the hardware of the above-described trajectory planning apparatus 1 is a computer provided with a CPU, RAM, ROM, hard disk, display, keyboard, mouse, communication interface, etc. is there. A program having a module for realizing each of the above-described functions is stored in a RAM or a ROM, and the above-described trajectory planning device 1 is realized by executing the program by the CPU. Such programs are also included in the scope of the present invention.

(第2実施の形態)
次に、第2の実施の形態の軌道計画装置について説明する。第2の実施の形態の軌道計画装置の基本的な構成は、第1の実施の形態の軌道計画装置1の構成と同じであるが(図4)、粗探索部11における探索処理が異なる。
Second Embodiment
Next, a trajectory planning apparatus according to a second embodiment will be described. The basic configuration of the trajectory planning apparatus of the second embodiment is the same as the configuration of the trajectory planning apparatus 1 of the first embodiment (FIG. 4), but the search processing in the coarse search unit 11 is different.

第2の実施の形態における粗探索の処理の概要は、以下のとおりである。到達点の分布が始点Pから見て終点Pの手前に生じるように3連クロソイドの全長(h+h+h)を固定する。例えば、3連クロソイドの始点Pから終点Pまでの直線距離とすれば、到達点の分布は始点Pから見て終点Pの手前に生じることになる。この固定長をhtotalLBとする。 The outline of the process of the coarse search in the second embodiment is as follows. The total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid is fixed so that the distribution of the arrival point occurs before the end point P 1 when viewed from the start point P 0 . For example, if the linear distance from the start point P 0 to the end point P 1 of the triple clothoid is assumed, the distribution of the arrival point will occur in front of the end point P 1 as viewed from the start point P 0 . This fixed length is h total LB.

また、到達点の分布が始点Pから見て終点Pの奥に生じるように3連クロソイドの全長(h+h+h)を固定する。例えば、始点Pから終点Pまでの直線距離の2倍とすれば、通常、到達点の分布は始点Pから見て終点Pの奥に生じることになる。この固定長をhtotalUBとする。 Further, the distribution of the arrival point to secure the entire length (h 1 + h 2 + h 3) of triplicate clothoid as viewed from the start point P 0 occurs in the back of the end point P 1. For example, from the starting point P 0 and 2 times the linear distance to the end point P 1, the normal distribution of the arrival point will occur at the back of the end point P 1 when viewed from the starting point P 0. Let this fixed length be h totalUB .

そして、htotalLB≦htotalUBの関係を保ちながら,2分探索により、htotalLB、htotalUBを更新し、その差htotalUB−htotalLBが十分小さくなったところで、到達点集合SParrG(htotalLB)、SParrG(htotalUB)の中で終端位置Pに最も近い要素に対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)を繰り返し最適化手法の初期値として用いる。 Then, while maintaining the relationship of h totalLBh totalUB, by binary search, h TotalLB, updates the h TotalUB, where the difference h totalUB -h totalLB becomes sufficiently small, reaching points set S ParrG (h totalLB) The four parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) corresponding to the element closest to the end position P 1 among S Parr G (h totalUB ) are repeatedly used as initial values of the optimization method.

図7は、第2の実施の形態における粗探索処理の動作を示す図である。粗探索部11は、3連クロソイドの全長を下限htotalLBに固定し、適当に選んだ複数のパラメータ(h,h,h,θd,1)の組合せについて到達点を求め、到達点の中から最近傍内周到達点を求める(S40)。ここで、最近傍内周到達点とは、図10(a)に示す範囲に含まれる到達点であって、終点Pに最も近い到達点である。なお、扇形の中心角θfanは、あらかじめ設定された値であり、例えば、π/4とする。続いて、粗探索部11は、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定し、適当に選んだ複数のパラメータ(h,h,h,θd,1)の組合せについて到達点を求め、到達点の中から最近傍外周到達点を求める(S41)。ここで、最近傍内周到達点とは、図10(b)に示す範囲に含まれる到達点であって、終点Pに最も近い到達点である。 FIG. 7 is a diagram showing the operation of the coarse search process in the second embodiment. The coarse search unit 11 fixes the total length of the triple clothoid to the lower limit h totalLB and obtains an arrival point for a combination of a plurality of appropriately selected parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) From the points, the nearest inner circumferential arrival point is determined (S40). Here, the nearest inner goal, a goal that is included in the range shown in FIG. 10 (a), the closest goal to the end point P 1. The fan-shaped central angle θ fan is a preset value, for example, π / 4. Subsequently, the rough search unit 11 fixes the total length of the triple clothoid to the upper limit h totalUB, and obtains an arrival point for a combination of a plurality of appropriately selected parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) It calculates | requires and calculates | requires the nearest outer periphery arrival point out of an arrival point (S41). Here, the nearest inner goal, a goal that is included in the range shown in FIG. 10 (b), the closest goal to the end point P 1.

図8は、最近傍内周到達点を求める処理を示す図である。粗探索部11は、始点Pと終点Pの直線距離を3連クロソイドの全長(h+h+h)の下限htotalLBとし(S40)、この条件を満たす複数のパラメータを適当に選んで、そのパラメータに対応する到達点を計算する(S41)。粗探索部11は、求めた到達点の中に、内周到達点があるか否かを判定し(S42)、内周到達点がある場合には(S42でYES)、その内周到達点のうちで、終点Pに最も近い、最近傍内周到達点と対応するパラメータを返す(S43)。内周到達点の有無の判定において、内周到達点がないと判定された場合には(S42でNO)、始端と終端とをつなぐ3連クロソイドの解が存在しないと判定する(S44)。 FIG. 8 is a diagram showing processing for obtaining the nearest inner circumferential arrival point. The rough search unit 11 sets the linear distance between the start point P 0 and the end point P 1 as the lower limit h total LB of the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid (S40), and appropriately selects a plurality of parameters satisfying this condition. Then, an arrival point corresponding to the parameter is calculated (S41). The rough search unit 11 determines whether or not there is an inner circumference arrival point among the obtained arrival points (S42), and if there is an inner circumference arrival point (YES in S42), the inner circumference arrival point among the closest to the end point P 1, it returns the corresponding parameters nearest inner goal (S43). When it is determined in the determination of the presence or absence of the inner circumferential arrival point that the inner circumferential arrival point is not present (NO in S42), it is determined that there is no solution of a triple clothoid connecting the beginning and the end (S44).

図9は、最近傍外周到達点を求める処理を示す図である。粗探索部11は、始点Pと終点Pの直線距離に定数C2(>1)を乗じた値を3連クロソイドの全長(h+h+h)の上限htotalUBとし(S50)、この条件を満たす複数のパラメータを適当に選んで、そのパラメータに対応する到達点を計算する(S51)。粗探索部11は、求めた到達点の中に、外周到達点があるか否かを判定し(S52)、外周到達点がある場合には(S52でYES)、その外周到達点のうちで、終点Pに最も近い、最近傍外周到達点と対応するパラメータを返す(S53)。外周到達点の有無の判定において、外周到達点がないと判定された場合には(S52でNO)、上限htotalUBを更新して上述の処理を繰り返す。 FIG. 9 is a diagram showing processing for obtaining the nearest outer peripheral arrival point. The rough search unit 11 sets a value obtained by multiplying the linear distance between the start point P 0 and the end point P 1 by a constant C 2 (> 1) as the upper limit h totalUB of the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid (S50) A plurality of parameters satisfying this condition are appropriately selected, and an arrival point corresponding to the parameters is calculated (S51). The rough search unit 11 determines whether or not there is an outer circumference arrival point among the obtained arrival points (S52), and if there is an outer circumference arrival point (YES in S52), among the outer circumference arrival points , closest to the end point P 1, recently returns the corresponding parameters near the outer periphery goal (S53). When it is determined in the determination of the presence or absence of the outer circumferential arrival point that there is no outer circumferential arrival point (NO in S52), the upper limit h totalUB is updated and the above-described process is repeated.

具体的には、始点Pと終点Pの直線距離に定数C3(>0)を乗じた値を上限htotalUBに加算して、新たな上限htotalUBとする(S54)。この新たな上限htotalUBが所定の閾値より大きくない場合には(S55でNO)、新たな上限htotalUBを用いて外周到達点を求める処理を行う(S51)。新たな上限htotalUBが所定の閾値より大きい場合には(S55でYES)、始端と終端とをつなぐ3連クロソイドの解が存在しないと判定する(S56)。 Specifically, a value obtained by multiplying the linear distance between the start point P 0 and the end point P 1 by a constant C 3 (> 0) is added to the upper limit h totalUB to obtain a new upper limit h totalUB (S 54). If the new upper limit htotalUB is not larger than the predetermined threshold (NO in S55), processing is performed to obtain an outer peripheral arrival point using the new upper limit htotalUB (S51). If the new upper limit h totalUB is larger than the predetermined threshold value (YES in S55), it is determined that there is no triple solution solution connecting the start end and the end (S56).

図7に戻って、粗探索部11が行う動作について説明する。粗探索部11は、上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離が所定の閾値より小さいか否かを判定する(S32)。上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離が閾値より小さい場合には(S32でYES)、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定して求めた最近傍外周到達点と、下限htotalLBに固定して求めた最近傍内周到達点のうち、終点Pに近い到達点を与えたパラメータを初期値とする(S39)。 Referring back to FIG. 7, the operation performed by the rough search unit 11 will be described. The rough search unit 11 determines whether the distance between the upper limit h totalUB and the lower limit h total LB is smaller than a predetermined threshold (S32). If the difference between the upper limit h totalUB and the lower limit h totalLB is smaller than the threshold (YES in S32), the nearest outer peripheral arrival point obtained by fixing the total length of the triple clothoid to the upper limit h totalUB and the lower limit h totalLB of fixed and obtained nearest the periphery reaching point, the parameters given arrival point close to the end point P 1 as the initial value (S39).

最初の段階では、上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離は閾値より小さくはないので(S32でNO)、ステップS33の処理に進む。粗探索部11は、上限htotalUBと下限htotalLBとの距離の中間固定長を算出し(S33)、この中間固定長を用いて、最近傍外周到達点と、最近傍内周到達点を求める(S34)。 At the first stage, since the distance between the upper limit h totalUB and the lower limit h total LB is not smaller than the threshold (NO in S32), the process proceeds to step S33. The rough search unit 11 calculates an intermediate fixed length of the distance between the upper limit h totalUB and the lower limit h total LB (S33), and using this intermediate fixed length, finds the nearest outer peripheral arrival point and the nearest inner peripheral arrival point (S34).

続いて、粗探索部11は、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定して求めた最近傍外周到達点よりも、中間固定長に固定して求めた最近傍外周到達点の方が終点Pに近いかを判定する(S35)。この判定結果、中間固定長で求めた方が終点Pに近い場合には(S35でYES)、粗探索部11は、中間固定長を新たな上限htotalUBに設定する(S36)。 Subsequently, the rough search unit 11 determines the end point of the nearest outer peripheral arrival point obtained by fixing to the intermediate fixed length, rather than the nearest outer peripheral arrival point obtained by fixing the total length of the triple clothoid to the upper limit h totalUB. It is determined whether it is close to P 1 (S35). This determination result, if those who asked the intermediate fixed length is close to the end point P 1 (YES at S35), the coarse search unit 11 sets the intermediate fixed length new upper limit h totalUB (S36).

上限htotalUBで求めた最近傍外周到達点の方が終点Pに近い場合には(S35でNO)、粗探索部11は、3連クロソイドの全長を下限htotalLBに固定して求めた最近傍内周到達点よりも、中間固定長に固定して求めた最近傍内周到達点の方が終点Pに近いかを判定する(S37)。この判定の結果、中間固定長で求めた方が終点Pに近い場合には(S37でYES)、粗探索部11は、中間固定長を新たな下限htotalLBに設定し(S38)、粗探索部11は、上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離が所定の閾値より小さいか否かを判定する処理(S32)に戻る。 If the nearest outer peripheral arrival point determined with the upper limit h totalUB is closer to the end point P 1 (NO in S35), the rough search unit 11 determines the total length of the triple clothoid fixed to the lower limit h total LB , and has recently determined it. than near the circumference arrival point, it determines whether towards the nearest inner circumference arrival point obtained by fixing the intermediate fixed length is close to the end point P 1 (S37). The result of this determination, if those who asked the intermediate fixed length is close to the end point P 1 (YES at S37), the coarse search unit 11 sets the intermediate fixed length new lower limit h totalLB (S38), the crude The search unit 11 returns to the process (S32) of determining whether the distance between the upper limit h totalUB and the lower limit h total LB is smaller than a predetermined threshold.

3連クロソイドの全長を下限htotalLBに固定して求めた最近傍外周到達点よりも、中間固定長に固定して求めた最近傍外周到達点の方が終点Pに近いか否かの判定において、下限htotalLBで求めた方が終点Pに近い場合には(S37でNO)、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定して求めた最近傍外周到達点と、下限htotalLBに固定して求めた最近傍内周到達点のうち、終点Pに近い到達点を与えたパラメータを初期値とする(S39)。 It is determined whether the nearest outer peripheral arrival point obtained by fixing to the intermediate fixed length is closer to the end point P 1 than the nearest outer peripheral arrival point obtained by fixing the total length of the triple clothoid to the lower limit h totalLB. in the case who determined lower limit h TotalLB is close to the end point P 1 (at S37 NO), the overall length of the triple clothoid and nearest periphery arrival point obtained by fixing the upper limit h TotalUB, the lower limit h TotalLB of fixed and obtained nearest the periphery arrival point, the parameters given arrival point close to the end point P 1 as the initial value (S39).

以下では、具体的に始端および終端における車両の姿勢のデータを与えて、軌道計画を行った例を示す。   In the following, an example is given in which trajectory planning is performed by specifically giving data on the attitude of the vehicle at the start and end points.

(第1実施例)
図11は、第1実施例の軌道計画を行う始端と終端のデータを示す図である。始端の位置P(x,y)は(0,0)、終端の位置P(x,y)は(25.61,4.39)である。始端における車両の向きθは0[rad]、車両の旋回曲率κは0[1/m]であり、終端における車両の向きθは0.7854[rad]、車両の旋回曲率κは0.0667[1/m]である。
(First embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing data of the start point and the end point for performing the trajectory planning of the first embodiment. The start position P 0 (x 0 , y 0 ) is (0, 0) and the end position P 1 (x 1 , y 1 ) is (25.61, 4.39). The direction θ 0 of the vehicle at the beginning is 0 [rad], the turning curvature κ 0 of the vehicle is 0 [1 / m], the direction θ 1 of the vehicle at the end is 0.7854 [rad], the turning curvature 1 1 of the vehicle Is 0.0667 [1 / m].

上で説明したとおり、3連クロソイドの全長(h+h+h)をhtotalに固定したときのパラメータ(h,h,h,θd,1)の集合により、次式で定義される到達点集合SParrG(htotal)を考える。

Figure 2019096269
As described above, the set of parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) when the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid is fixed to h total is Consider an arrival point set S ParrG (h total ) to be defined.
Figure 2019096269

図12は、図11のケースにおいて、htotal=|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。ただし、ここでΔθfanは、π/4とした。また、SParrG(htotal)は厳密には無限集合であるため、近似計算により、次のように求める。 FIG. 12 is a diagram showing an arrival point set S ParrG (h total ) in the case of h total = | P 1 −P 0 | in the case of FIG. 11. Here, Δθ fan is π / 4. Further, since S ParrG (h total ) is an infinite set strictly, it is obtained by the approximate calculation as follows.

(1)(h,h,h,θd,1)の下記の集合S4Para(htotal)からサンプリングした有限のパラメータ集合SRS4Para(htotal)を求める。なお、θRangeは、あらかじめ定めたパラメータであり、ここではpi/2としている。

Figure 2019096269
(1) A finite parameter set S RS4Para (h total ) sampled from the following set S 4Para (h total ) of (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) is obtained. Note that θ Range is a predetermined parameter, and here is pi / 2.
Figure 2019096269

(2)S4Para(htotal)の全要素(h,h,h,θd,1)∈S4Para(htotal)に対して,Parr(h,h,h,θd,1)を求め、このうち、式(70)の到達点SParrG(htotal)の定義を満たす要素Parrの集合をSParrG(htotal)とする。図12に示すように、SParrG(htotal)は、おおよそP−Pの方向にある到達点集合となる。 (2) S 4Para (h total ) all the elements of (h 1, h 2, h 3, θ d, 1) ∈S respect 4Para (h total), P arr (h 1, h 2, h 3, theta d, 1) the calculated, of which the set of elements P arr meeting the definition of the arrival point S ParrG (h total) of formula (70) and S ParrG (h total). As shown in FIG. 12, S ParrG (h total ) is a set of arrival points approximately in the direction of P 1 -P 0 .

式(15)より、P(θα,κα,h,θ)は、θα,κα,h,θに関して連続であり、式(42)〜(47)より、θd,2,θd,3,κα,2,κα,3,θα,2,θα,3は(h,h,h,θd,1)に関して連続であることから、式(53)が示すParr(h,h,h,θd,1)は、h,h,h,θd,1に関して連続である。 From equation (15), P dα , α α , h, θ d ) is continuous with respect to θ α , α α , h, θ d , and from equations (42) to (47), θ d, 2 , θ d, 3 , α α, 2 , κ α, 3 , θ α, 2 , θ α, 3 are continuous with respect to (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) Parr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) indicated by (53) is continuous with respect to h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 .

したがって、ある4パラメータh ,h ,h ,θd,1 に対する到達点Parrarr(h,h,h,θd,1)の近傍位置Parr+ΔParrを考えると,これに対応する4パラメータh,h,h,θd,1はh ,h ,h ,θd,1 を微小に変化したもので得られる。例えば,具体的には図13に示すように,h ,h ,h ,θd,1 から微小変化した次式で与えられる4パラメータh ,h ,h +Δh,θd,1 +Δθd,1により、Parr+ΔParrに近い位置に到達点を変更することができる。

Figure 2019096269
Therefore, the near position P arr + ΔP of the arrival point P arr P arr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) with respect to certain four parameters h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 * Considering arr , the corresponding four parameters h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 are obtained by slightly changing h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 * Be For example, specifically, as shown in FIG. 13, four parameters h 1 * , h 2 * , h given by the following equations slightly changed from h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 * 3 + Δh 3, by θ d, 1 ※ + Δθ d , 1, it is possible to change the arrival point at a position closer to the P arr + ΔP arr.
Figure 2019096269

逆に言うと,式(55)の最適化問題に解(h ,h ,h ,θd,1 )があれば,その近傍には(h ,h ,h ,θd,1 )から変化したパラメータ集合に対応する到達点集合が存在する。 Conversely, if there is a solution (h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 * ) in the optimization problem of equation (55), (h 1 * , h 2 * , H 3 * , θ d, 1 * ) There is an arrival point set corresponding to the parameter set changed.

ParrG(htotal)はこの到達点集合に対応するので、SParrG(htotal)が空であれば、間接的に式(55)の最適化問題が解を持たないことが推測される。 Since S ParrG (h total ) corresponds to this arrival point set, if S Parr G (h total ) is empty, it is indirectly inferred that the optimization problem of equation (55) has no solution.

そこで,第1実施例では,SParrG(htotal)が空集合ならば、適切な初期値がないと判断する。SParrG(htotal)に要素があれば、終点Pの最近傍到達点であるParr∈SParrG(htotal)に対応するパラメータ(h,h,h,θd,1)を初期値に使う。 Therefore, in the first embodiment, if S ParrG (h total ) is an empty set, it is determined that there is no appropriate initial value. If an element in S ParrG (h total), parameters corresponding to the nearest neighbor goal is P arr ∈S ParrG endpoint P 1 (h total) (h 1, h 2, h 3, θ d, 1) Use as initial value.

この方法によれば、ランダムに初期値を選んだ場合に比べて、終点Pに近い位置から繰り返し最適化手法がスタートできるために、極小値に捕らわれることが少ない。また、いきなり繰り返し最適化手法を適用した場合に、解の有無にかかわらず、問題の非凸性により収束せずに計算が終了しないこともあるが、本実施例では、到達点集合SParrG(htotal)を有限のパラメータ集合SRS4para(htotal)から近似計算するため、必ず有限時間で解の有無が推定される。 According to this method, since the optimization method can be repeatedly started from a position close to the end point P 1 compared to when the initial value is randomly selected, it is less likely to be caught by the minimum value. When the iterative optimization method is suddenly applied, the calculation may not end without convergence due to the nonconvexity of the problem regardless of the presence or absence of a solution, but in this embodiment, the arrival point set S ParrG ( in order to approximate calculation of the h total) from a finite set of parameters S RS4para (h total), it is estimated is always the presence or absence of a solution in a finite time.

(第2実施例)
始点Pから到達点Parrの距離|Parr−P|は、3連クロソイドセグメントが直線の場合に最大となるので、常に以下の式が成り立つ。
|Parr(h,h,h,θd,1)−P|≦h+h+h=htotal
Second Embodiment
Since the distance | P arr −P 0 | of the start point P 0 to the arrival point P arr is maximum when the triple clothoid segment is a straight line, the following equation always holds.
| Parr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) −P 0 | ≦ h 1 + h 2 + h 3 = h total

図14(a)は、htotal=1・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図であり、先に示した図12と同じである。図14(a)に見られるように、SParrG(htotal)のすべての要素は必ず始点Pからみて終点Pの手前に分布しており、上記の式を裏付けている。図14(b)は、htotalの長さを1・|P−P|から増やし、htotal=2・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。この場合、到達点集合SParrG(htotal)には始点Pからみて終点Pの奥に分布する。 FIG. 14 (a) is a diagram showing an arrival point set S ParrG (h total ) when h total = 1 · | P 1 −P 0 |, which is the same as FIG. 12 described above. Viewed as those in in FIG. 14 (a), are distributed in front of the end point P 1 Te always start P 0 pungency all elements of S ParrG (h total), confirming the above equation. FIG. 14 (b), the length of h total 1 · | P 1 -P 0 | increased from, h total = 2 · | P 1 -P 0 | and reach points set S ParrG when the (h total) FIG. In this case, the arrival point set S ParrG (h total ) is distributed behind the end point P 1 as viewed from the start point P 0 .

図14(a)及び図14(b)に示す結果は、式(55)が最適解(h ,h ,h ,θd,1 )を持つときの3連クロソイドの全長htotal をhtotal =h +h +h とする。htotal<htotal とhtotalを短くすると、SParrG(htotal)はPから見てPの手前に分布するものが発生する。逆に、htotal>htotal とhtotalを長くすると、SParrG(htotal)は始点Pから見て終点Pの奥に分布するものが発生する。 FIGS. 14 (a) and 14 result shown in FIG. 14 (b), the formula (55) is the optimal solution (h 1 ※, h 2 ※ , h 3 ※, θ d, 1 ※) of triplicate clothoid when having The total length h total * is h total * = h 1 * + h 2 * + h 3 * . When h total <h total * and h total are shortened, S ParrG (h total ) is distributed before P 1 as viewed from P 0 . Conversely, if h total > h total * and h total are increased, S ParrG (h total ) will be distributed behind the end point P 1 as viewed from the start point P 0 .

ParrG(htotal)が終点Pの手前に分布するhtotalを下限htotalLB、SParrG(htotal)が終点Pの奥に分布するhtotalを上限htotalUBとする。第2実施例は、下限htotalLBと上限htotalUBとのギャップを2分探索により狭めることで、より良い初期値を得るものである。 S ParrG (h total) lower limit h total that are distributed in front of the end point P 1 h totalLB, S ParrG ( h total) is the upper limit h TotalUB the h total distributed at the back of the end point P 1. In the second embodiment, the gap between the lower limit h totalLB and the upper limit h totalUB is narrowed by binary search to obtain a better initial value.

始点Pからみて終点Pの手前に分布する到達点を説明するために、次式で定義される内周到達点の集合SParrGIn(htotal)とそれに対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)の集合SRS4parrIn(htotal)を導入する。

Figure 2019096269
In order to explain the arrival points distributed before the end point P 1 with respect to the start point P 0, a set of inner circumference arrival points S ParrGIn (h total ) defined by the following equation and the corresponding four parameters (h 1 , h A set S RS4parrIn (h total ) of 2 , h 3 , θ d, 1 ) is introduced.
Figure 2019096269

式(200)は、理論的には無限の要素を持つ集合となるが、第1実施例で示したように、サンプリングした有限のパラメータ集合SRS4parr(htotal)から求めた近似有限集合とする。 Equation (200) theoretically becomes a set having infinite elements, but as shown in the first embodiment, it is assumed that it is an approximate finite set obtained from the sampled finite parameter set S RS4parr (h total ) .

さらに、SParrGIn(htotal)のうち、終点Pに最も近い最近傍内周到達点をPparGInNN(htotal)、その4パラメータを(h,h,h,θd,1InNN(htotal)とする。式で書くと以下のようになる。

Figure 2019096269
Further, among S ParrGIn (h total ), the nearest inner circumference arrival point closest to the end point P 1 is P parGInNN (h total ), and its four parameters are (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) Let InNN (h total ). It is as follows when it writes in a formula.
Figure 2019096269

同様に、始点Pからみて終点Pの奥に分布する到達点に関して説明するために,次式で定義される,到達点集合SParrGOut(htotal)とそれに対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)の集合SRS4paraOut(htotal)を導入する。

Figure 2019096269
Similarly, in order to describe the arrival points distributed behind the end point P 1 from the start point P 0 , the arrival point set S ParrGOut (h total ) and the corresponding four parameters (h 1 , h 1 , defined by the following equation Introduce a set S RS4paraOut (h total ) of h 2 , h 3 , θ d, 1 ).
Figure 2019096269

同様にSParrGOut(htotal)のうち、終点Pに最も近い最近傍外周到達点をPparGOutNN(htotal)、その4パラメータを(h,h,h,θd,1OutNN(htotal)とする。式で書くと以下のようになる。

Figure 2019096269
Similarly, of S ParrGOut (h total ), the nearest outer peripheral arrival point closest to the end point P 1 is P parGOutNN (h total ), and its four parameters are (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) OutNN Let (h total ). It is as follows when it writes in a formula.
Figure 2019096269

ここで示した最近傍内周到達点、最近傍外周到達点を用いて、図7に示す2分探索の処理によって探索範囲を狭めていき、複数のサンプルパラメータの中から、終点Pの最近傍に到達する4パラメータを求める。 Here indicated nearest inner circumference arrival point, recently used near the outer circumference arrival point, it will narrow the search range by the processing of the binary search as shown in FIG. 7, from the plurality of sample parameters, recent endpoint P 1 Find four parameters to reach the side.

図15は、図11に示したケースに対して、上記したアルゴリズムによってhtotalLBとhtotalUBの更新処理を行ったときの到達点の分布を示す図である。図16は、上記した処理によって求めた初期値を用いて、繰り返し最適化手法(主双対内点法)を行って得られた軌道を示す図である。図16に示すように、適切な初期値からスタートすることによって、式(55)に示す最適化問題を適切に解けることが確認された。
また、図11以外の3つのケースにおいて、本実施の形態の方法で取得した初期値を用いて軌道計画を行った例を示す。
FIG. 15 is a diagram showing the distribution of arrival points when h totalLB and h totalUB are updated according to the above-described algorithm for the case shown in FIG. FIG. 16 is a diagram showing trajectories obtained by performing the iterative optimization method (major dual interior point method) using the initial values obtained by the above-described processing. As shown in FIG. 16, it has been confirmed that the optimization problem shown in equation (55) can be solved appropriately by starting from an appropriate initial value.
Moreover, in three cases other than FIG. 11, the example which performed track planning using the initial value acquired by the method of this Embodiment is shown.

Figure 2019096269
Figure 2019096269

図17は、上記の各ケースにおいて計算された軌道である。図17に示すようにいずれも適切に繰り返し最適化が行われ、軌道が得られた。   FIG. 17 shows trajectories calculated in each of the above cases. As shown in FIG. 17, optimization was repeatedly performed properly and trajectories were obtained.

本発明は、車両の軌道を計画する装置等として有用である。   The present invention is useful as an apparatus or the like for planning a track of a vehicle.

1 軌道計画装置
10 入力部
11 粗探索部
12 最適化部
13 出力部
14 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Trajectory planning apparatus 10 Input part 11 Coarse search part 12 Optimization part 13 Output part 14 Storage part

Claims (11)

3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、
前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を実行させるプログラム。
A program for planning an orbit consisting of three clothoid curves, and a computer
An input step for receiving data of an attitude specified by the position, direction, and curvature of the vehicle at the start and a position, direction, and attitude of the vehicle at the end;
The reaching point function which is a function for obtaining the attitude specified by the position, the direction, and the curvature of the vehicle at the reaching point from the attitude of the starting point, and which includes at least the length of the clothoid curve as a parameter is read from the storage unit A plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve are used as parameters of the sample, and the parameters of the sample are applied to the arrival point function to obtain an arrival point; A rough search step for obtaining a parameter for obtaining the nearest arrival point closest to the terminal in
An optimization step of varying the parameter of the arrival point function using the parameter obtained in the rough search step as an initial value, and finding an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end;
A program that runs
前記粗探索ステップにて、前記終端までの距離が所定の閾値以下となる最近傍到達点を与えるサンプルのパラメータが存在しなかった場合には、入力された条件を満たす解が存在しないと判定する請求項1に記載のプログラム。   In the coarse search step, when there is no parameter of the sample giving the nearest arrival point at which the distance to the end is equal to or less than a predetermined threshold, it is determined that there is no solution satisfying the input condition. The program according to claim 1. 3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、
前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、
前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、
前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を実行させるプログラム。
A program for planning an orbit consisting of three clothoid curves, and a computer
An input step for receiving data of an attitude specified by the position, direction, and curvature of the vehicle at the start and a position, direction, and attitude of the vehicle at the end;
The reaching point function which is a function for obtaining the attitude specified by the position, the direction, and the curvature of the vehicle at the reaching point from the attitude of the starting point, and which includes at least the length of the clothoid curve as a parameter is read from the storage unit Taking the total length of the clothoid curve as a first fixed length and using a plurality of combinations of the lengths of the clothoid curve as sample parameters, applying the sample parameters to the arrival point function and in front of the termination A first parameter calculating step of obtaining a certain inner circumferential arrival point, and obtaining, as a first parameter, a parameter obtained by obtaining a nearest inner circumferential arrival point closest to the terminal among the inner circumferential arrival points;
Taking the total length of the three clothoid curves as a second fixed length longer than the first fixed length, a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves as sample parameters, and the sample parameters as the arrival point function A second parameter calculating step of determining as a second parameter a parameter that is obtained by applying the above to the outer periphery arrival point that is deeper than the end, and obtaining the nearest outer periphery arrival point closest to the end among the outer periphery arrival points; ,
A plurality of combinations of respective lengths of the clothoid curve are used as sample parameters, with the total length of the three clothoid curves as an intermediate fixed length intermediate between the first fixed length and the second fixed length. The parameters are applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter that obtained the nearest inner circumference arrival point is the third parameter, and the nearest outer circumference arrival point obtained Third and fourth parameter calculating steps of obtaining a parameter as a fourth parameter;
Comparing the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter with the nearest outer peripheral arrival point given by the fourth parameter, when the nearest outer peripheral arrival point given by the fourth parameter is closer to the end If the intermediate fixed length is a new second fixed length, and the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter is closer to the end, the nearest inner circumference given by the first parameter If the arrival point and the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter are compared, and if the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end, the intermediate fixed length is newly added. A fixed length update step to make the first fixed length
While updating the first fixed length or the second fixed length in the fixed length update step, the nearest outer peripheral arrival point and the nearest inner peripheral arrival point are repeatedly determined, and the first fixed length and the second fixed length are determined. When the difference between the fixed lengths of 2 becomes equal to or less than a predetermined threshold value, the parameter is determined which gives the nearest arrival point closer to the end among the nearest outer circumference arrival point and the nearest inner circumference arrival point Step and
An optimization step of varying the parameter of the arrival point function with the parameter obtained in the parameter determination step as an initial value, and finding an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end;
A program that runs
前記固定長更新ステップにおいて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求める請求項3に記載のプログラム。   In the fixed length update step, the closest inner circumference arrival point given by the first parameter is compared with the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter, and the nearest inner circumference given by the first parameter 4. The method according to claim 3, wherein, when the arrival point is closer to the end, a parameter is determined which is given the nearest arrival point closer to the end among the nearest outer circumference arrival point and the nearest inner circumference arrival point. program. 前記第1パラメータ算出ステップにおける計算によって前記内周到達点が見つからなかった場合には、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定する請求項4に記載のプログラム。   5. The program according to claim 4, wherein if the inner circumference arrival point is not found by the calculation in the first parameter calculation step, it is determined that a clothoid curve connecting the start end and the end does not exist. 前記第2パラメータ算出ステップにおける計算によって前記外周到達点が見つからなかった場合には、前記外周到達点が見つかるか、前記第2の固定長が所定の閾値以上になるまで、前記第2の固定長を長くして外周到達点を求める処理を行い、前記第2の固定長が所定の閾値以上になったときは、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定する請求項4に記載のプログラム。   If the outer peripheral arrival point is not found by the calculation in the second parameter calculation step, the second fixed length is detected until the outer peripheral arrival point is found or the second fixed length becomes equal to or more than a predetermined threshold. Is performed to obtain the outer peripheral arrival point, and when the second fixed length becomes equal to or larger than a predetermined threshold value, it is determined that there is no clothoid curve connecting the start end and the end. Described program. 前記到達点関数は、前記車両の旋回曲率をパラメータとして含み、前記旋回曲率の最大値を拘束条件として有する請求項1乃至6のいずれかに記載のプログラム。   The program according to any one of claims 1 to 6, wherein the arrival point function includes a turning curvature of the vehicle as a parameter, and has a maximum value of the turning curvature as a constraint. 軌道計画装置によって3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、
前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記軌道計画装置は、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、
前記軌道計画装置は、前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を備える軌道計画方法。
A method for planning a trajectory consisting of three clothoid curves by a trajectory planning device, comprising:
The track planning device receives an input of data of a position, a direction, and a posture specified by a curvature at the start end, and a data of a position, a direction, and a posture specified by a curvature at the end;
The trajectory planning apparatus is a function for obtaining the position, orientation, and attitude specified by the curvature of the vehicle at the arrival point from the attitude of the start end, and stores the arrival point function including at least the length of the clothoid curve as a parameter And the trajectory planning device takes a plurality of combinations of respective lengths of the clothoid curve as parameters of the sample, and takes the parameters of the sample as the arrival point function, with the total length of the three clothoid curves as a fixed length. A rough search step of applying to obtain an arrival point, and obtaining a parameter for obtaining a nearest arrival point closest to the terminal among the arrival points;
The trajectory planning apparatus changes the parameter of the arrival point function using the parameter obtained in the rough search step as an initial value, and finds an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end Step, and
Trajectory planning method comprising
軌道計画装置によって、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、
前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記軌道計画装置は、始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、
前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、
前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、
前記軌道計画装置は、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、
前記軌道計画装置は、前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、
前記軌道計画装置は、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を備える軌道計画方法。
A method for planning a trajectory consisting of three clothoid curves by a trajectory planning device, comprising:
The track planning device receives an input of data of a position, a direction, and a posture specified by a curvature at the start end, and a data of a position, a direction, and a posture specified by a curvature at the end;
The trajectory planning apparatus is a function for obtaining the position, orientation, and attitude specified by the curvature of the vehicle at the arrival point from the attitude of the start end, and storing the arrival point function including at least the length of the clothoid curve as a parameter The trajectory planning apparatus uses the total length of the three clothoid curves as a first fixed length as a sample parameter with a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve as parameters of the sample and the arrival point of the sample A first function is applied to a function to obtain an inner circumference arrival point before the end, and among the inner circumference arrival points, a parameter that obtains the nearest inner circumference arrival point closest to the end is obtained as a first parameter Parameter calculation step,
The trajectory planning apparatus takes a total length of three of the clothoid curves as a second fixed length longer than the first fixed length, and takes a plurality of combinations of the lengths of the clothoid curves as sample parameters. A parameter is applied to the arrival point function to obtain an outer periphery arrival point located behind the end, and among the outer periphery arrival points, a parameter that obtains the nearest outer periphery arrival point closest to the end is determined as a second parameter A second parameter calculating step;
The trajectory planning apparatus samples a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve, with the total length of the three clothoid curves as an intermediate fixed length intermediate between the first fixed length and the second fixed length. The parameter of the sample is applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter for which the nearest inner circumference arrival point is obtained is the third parameter, the nearest neighbor Third and fourth parameter calculation steps of determining the parameter from which the outer peripheral arrival point is obtained as the fourth parameter;
The trajectory planning apparatus compares the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter with the nearest outer peripheral arrival point given by the fourth parameter, and the nearest outer peripheral arrival point given by the fourth parameter is If it is close to the end, the intermediate fixed length is taken as a new second fixed length, and if the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter is close to the end, the first parameter is used. If the nearest inner circumference arrival point given is compared with the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter, if the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end, A fixed length updating step for setting the intermediate fixed length as a new first fixed length;
The trajectory planning apparatus repeatedly obtains the nearest outer peripheral arrival point and the nearest inner peripheral arrival point while updating the first fixed length or the second fixed length in the fixed length update step, and When the difference between the second fixed length and the second fixed length becomes equal to or less than a predetermined threshold value, the nearest arrival point closer to the terminal end is given among the nearest outer circumference arrival point and the nearest inner circumference arrival point Parameter determination step for determining the different parameters;
The trajectory planning apparatus changes the parameter of the arrival point function using the parameter obtained in the parameter determination step as an initial value, and the attitude specified by the position, direction, and curvature of the vehicle at the arrival point is the end Optimization steps to find the optimal parameters that match the pose of
Trajectory planning method comprising
3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、
前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、
3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、
前記粗探索部で求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部と、
を備える軌道計画装置。
A trajectory planning device for planning a trajectory consisting of three clothoid curves,
An input unit that receives input of data of an attitude specified by the position, direction, and curvature of the vehicle at the start end, and position, direction, and attitude of the vehicle at the end;
A storage unit storing an arrival point function including at least a length of a clothoid curve as a parameter, which is a function for obtaining an attitude specified by the position, orientation, and curvature of a vehicle at an arrival point from the attitude of the start point;
Taking the total length of the three clothoid curves as a fixed length and taking a plurality of combinations of the lengths of the clothoid curves as sample parameters, applying the parameters of the sample to the reaching point function read from the storage unit A rough search unit for obtaining a point and for obtaining a parameter for obtaining a nearest arrival point closest to the terminal among the arrival points;
An optimization unit that changes the parameter of the arrival point function using the parameter obtained by the rough search unit as an initial value, and obtains an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end;
Trajectory planning device comprising
3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、
始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、
複数の組合せをサンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、
前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部と、
を備え、
前記粗探索部は、
3本の前記クロソイド曲線の全長を第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、
前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、
前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、
を実行する軌道計画装置。
A trajectory planning device for planning a trajectory consisting of three clothoid curves,
An input unit that receives input of data of an attitude specified by the position, direction, and curvature of the vehicle at the start end, and position, direction, and attitude of the vehicle at the end;
A storage unit storing an arrival point function including at least a length of a clothoid curve as a parameter, which is a function for obtaining an attitude specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the arrival point from the beginning attitude;
A rough search is performed to obtain an arrival point by applying plural combinations of sample parameters to the arrival point function read from the storage unit, and finding a parameter that has obtained a nearest arrival point closest to the end among the arrival points Department,
An optimization unit that changes the parameter of the arrival point function with the parameter obtained in the parameter determination step as an initial value, and obtains an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end;
Equipped with
The coarse search unit
Taking the total length of the three clothoid curves as the first fixed length and taking a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves as sample parameters, applying the sample parameters to the arrival point function A first parameter calculating step of obtaining an inner circumference arrival point in front and obtaining a parameter which is a nearest inner circumference arrival point closest to the end among the inner circumference arrival points as a first parameter;
Taking the total length of the three clothoid curves as a second fixed length longer than the first fixed length, a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves as sample parameters, and the sample parameters as the arrival point function A second parameter calculating step of determining as a second parameter a parameter that is obtained by applying the above to the outer periphery arrival point that is deeper than the end, and obtaining the nearest outer periphery arrival point closest to the end among the outer periphery arrival points; ,
A plurality of combinations of respective lengths of the clothoid curve are used as sample parameters, with the total length of the three clothoid curves as an intermediate fixed length intermediate between the first fixed length and the second fixed length. The parameters are applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter that obtained the nearest inner circumference arrival point is the third parameter, and the nearest outer circumference arrival point obtained Third and fourth parameter calculating steps of obtaining a parameter as a fourth parameter;
Comparing the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter with the nearest outer peripheral arrival point given by the fourth parameter, when the nearest outer peripheral arrival point given by the fourth parameter is closer to the end If the intermediate fixed length is a new second fixed length, and the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter is closer to the end, the nearest inner circumference given by the first parameter If the arrival point and the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter are compared, and if the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end, the intermediate fixed length is newly added. A fixed length update step to make the first fixed length
While updating the first fixed length or the second fixed length in the fixed length update step, the nearest outer peripheral arrival point and the nearest inner peripheral arrival point are repeatedly determined, and the first fixed length and the second fixed length are determined. When the difference between the fixed lengths of 2 becomes equal to or less than a predetermined threshold value, the parameter is determined which gives the nearest arrival point closer to the end among the nearest outer circumference arrival point and the nearest inner circumference arrival point Step and
Trajectory planning device to carry out.
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