JP2021131602A

JP2021131602A - 自律移動体

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Publication number: JP2021131602A
Application number: JP2020025183A
Authority: JP
Inventors: 憲司山村; Kenji Yamamura
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2040-02-18
Also published as: JP7380298B2

Abstract

【課題】車両の移動方向にずれが生じることを抑制すること。【解決手段】自律移動体は、車両と、制御装置と、を備える。車両は、車体と、複数の車輪と、を備える。車輪は、オムニホイール、メカナムホイール、オムニボールなどの全方向移動車輪である。制御装置は、指令ベクトルを導出する。指令ベクトルは、大きさを速度指令値、車両の正面に対する角度を方向指令値とするベクトルである。制御装置は、車両を回転させる際の角速度指令値を導出する。制御装置は、１回の制御周期の間に変化する車両の回転角度が、１回の制御周期の間に変更され得る方向指令値の最大変更量未満の値になるように角速度指令値を導出する。【選択図】図５

Description

本発明は、自律移動体に関する。

自律移動体は、車両と、制御装置と、を備える。車両は、複数の車輪と、車輪を回転させるためのモータと、モータを駆動させるモータドライバと、を備える。モータドライバは、制御装置による指令に従いモータを回転させることで、車輪を回転させる。車輪として、全方向移動車輪を用いた自律移動体としては、例えば、特許文献１に記載されている。車輪として全方向移動車輪を用いることで、車両は、回転しない状態での移動、回転しながらの移動、移動しない状態での回転が可能である。

特開２０１８−１４４７０５号公報

上記したように、全方向移動車輪を用いた車両は、回転しながらの移動が可能である。制御装置は、車両を回転させながら移動させる場合、車両の速度及び車両の移動方向の指令値となる指令ベクトルと、車両の角速度指令値とを独立して導出する。指令ベクトルは、大きさを速度指令値、車両の基準位置に対する角度を方向指令値とするベクトルである。車両が回転しながら移動する場合、基準位置が車両の回転方向にずれていく。車両を直進させる場合、基準位置がずれていく方向とは反対方向への方向指令値を大きくすることで、車両を直進させる。この際、車両の角速度指令値が過剰に大きくなると、車両を意図した移動方向に移動させることができないおそれがある。

本発明の目的は、車両の移動方向にずれが生じることを抑制できる自律移動体を提供することにある。

上記課題を解決する自律移動体は、３つ以上の全方向移動車輪を備え、前記全方向移動車輪の回転によって移動する車両と、大きさを速度指令値、前記車両の基準位置に対する角度を方向指令値とするベクトルであって前記車両の一点から延びる指令ベクトルを導出する指令導出部と、前記車両を回転させる際の角速度指令値を導出する角速度指令導出部と、前記車両の速度が前記速度指令値に追従し、前記車両の移動方向が前記方向指令値に追従するように前記車両を移動させながら、前記車両の角速度が前記角速度指令値に追従するように前記車両を回転させる制御部と、を備え、前記角速度指令導出部は、１回の制御周期の間に変化する前記車両の回転角度が、１回の制御周期の間に変更され得る前記方向指令値の最大変更量未満の値になるように前記角速度指令値を導出する。

車両が回転しながら移動すると、車両の回転方向に基準位置がずれていく。角速度指令値は、１回の制御周期の間に変化する車両の回転角度が１回の制御周期の間に変更され得る方向指令値の最大変更量未満になるように導出される。このため、１回の制御周期の間に基準位置がずれた分だけ、車両の回転方向とは反対方向に方向指令値を変更することができる。方向指令値を変更することで、車両の回転による移動方向のずれを抑制できる。このため、角速度指令値が過剰に大きくなることにより、車両の移動方向がずれることを抑制することができる。

本発明によれば、車両の移動方向にずれが生じることを抑制できる。

自律移動体及び追尾対象を示す概略図。自律移動体を示すブロック図。センサの検出範囲を模式的に示す図。指令ベクトルの模式図。制御装置が行う処理を示すフローチャート。変更可能範囲を示す図。変更可能範囲の導出方法を説明するための図。回転角度を説明するための図。比較例の車両の動きを示す模式図。実施形態の車両の動きを示す模式図。

以下、自律移動体の一実施形態について説明する。
図１に示すように、自律移動体１０は、車両２０と、車両２０に搭載されたセンサ３１と、車両２０に搭載された制御装置３２と、を備える。車両２０は、車体２１と、複数の車輪２２と、車両２０を移動させるための駆動機構２３と、を備える。車両２０は、制御装置３２に制御されることで、登録された追尾対象Ｔを追尾するように自律移動する移動体である。自律移動体１０は、追尾対象Ｔとの離間距離が所定の範囲内となるように移動する。

車輪２２は、オムニホイール、メカナムホイール、オムニボールなどの全方向移動車輪である。全方向移動車輪は、回転軸を中心として回転可能であり、かつ、回転軸の軸線方向への移動を許容する車輪である。車輪２２は、３つ以上設けられている。車輪２２の回転数、及び、回転方向が制御されることで、車両２０は、回転しない状態での全方向への移動、回転しながらの移動、移動しない状態での回転が可能である。車両２０は、操舵装置を備えず、複数の車輪２２同士の回転数の差と回転方向の違いを利用して移動方向の変更、及び回転をするものである。なお、上記した「全方向」とは、車両２０が移動する路面上での移動方向を示す。

図２に示すように、駆動機構２３は、車輪２２を回転させるためのモータ２４と、モータ２４を駆動させるモータドライバ２５と、エンコーダ２６と、を備える。なお、図示は省略するが、モータ２４及びモータドライバ２５は、車輪２２の数と同数設けられる。これにより、各車輪２２の回転数と回転方向を独立して制御することが可能である。エンコーダ２６は、車輪２２毎に個別に設けられている。

モータドライバ２５には、指令回転数を示す情報と指令回転方向を示す情報を含む指令が制御装置３２から入力される。モータドライバ２５は、指令回転数に追従するようにモータ２４の回転数を制御する。モータドライバ２５は、指令回転方向とモータ２４の回転方向が一致するようにモータ２４を制御する。

エンコーダ２６は、例えば、モータ２４の回転軸の回転量に基づいたパルス信号を出力するインクリメンタル型のエンコーダである。エンコーダ２６は、モータ２４の回転軸の回転数を検出する。モータドライバ２５は、エンコーダ２６の検出結果から、モータ２４の回転数、及び回転方向を認識可能である。車両２０は、モータ２４の駆動による車輪２２の回転によって移動する。

センサ３１としては、制御装置３２に車両２０の周辺に存在する物体を認識させることができ、かつ、自律移動体１０から物体までの距離を測定できるものが用いられる。物体は、追尾対象Ｔ及び障害物を含む。

本実施形態では、センサ３１として、LIDAR：Laser Imaging Detection and Rangingを用いている。LIDARは、レーザーを周辺に照射し、レーザーが当たった部分によって反射された反射光を受光することで周辺環境を認識可能な距離計である。本実施形態のLIDARとしては、水平方向の照射角度を変更しながらレーザーを照射する二次元距離計が用いられる。

図３に示すように、センサ３１のレーザーの照射範囲は、例えば、水平方向への照射可能角度θ１＝２７０°の範囲である。照射可能角度θ１の中央を基準軸Ｂとすると、レーザーの照射範囲は基準軸Ｂ±１３５°の範囲である。センサ３１のレーザーの照射範囲は、中心角２７０°の扇形となる。レーザーの照射範囲は、センサ３１による物体の検出を行える検出範囲ともいえる。レーザーは、２７０°の範囲を一定角度置きに照射されていく。一定角度は、角度分解能に応じた角度である。以下の説明において、車体２１において、基準軸Ｂの延びる方向に位置する部位を正面Ｆと称する。

レーザーが照射された物体における当該レーザーが当たった部分を測定点とすると、センサ３１は、センサ３１から測定点までの距離をレーザー照射から反射光を受光するまでの時間から算出し、レーザーの照射角度に対応付けて距離情報として、制御装置３２に出力するものである。詳述すると、センサ３１は、レーザー照射後、反射光を受光すると、レーザー照射から反射光を受光するまでの時間からセンサ３１から測定点までの距離を算出し、算出した距離をレーザーの照射角度に対応付けて距離情報として、制御装置３２に出力する。従って、制御装置３２は、センサ３１から受信した距離情報から車両２０の周囲に物体が存在することを判断することができ、物体が存在する場合、物体までの距離と照射角度とを把握できる。なお、距離情報は、測定点の座標といえる。測定点の座標は、基準軸Ｂの延びる方向をＸ軸、水平方向のうちＸ軸に直交する軸をＹ軸とする直交座標系の座標である。座標は、センサ３１を原点とする直交座標系の測定点の位置を表しているといえる。なお、本実施形態では、センサ３１を直交座標系の原点としているが、車体２１における水平方向の中心位置等、自律移動体１０の任意の位置を原点とすることができる。

制御装置３２は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサ３３と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部３４と、を備える。記憶部３４には、自律移動体１０を動作させるためのプログラムが記憶されている。記憶部３４は、処理をプロセッサ３３に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納しているといえる。記憶部３４、すなわち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置３２は、ASIC：Application Specific Integrated CircuitやFPGA：Field Programmable Gate Array等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置３２は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。また、自律移動体１０は、制御装置３２が読み取り可能な補助記憶装置を備えていてもよく、補助記憶装置に各種プログラムが記憶されていてもよい。

制御装置３２は、センサ３１の検出結果から車両２０の周囲に存在する物体を検出する。制御装置３２は、複数の距離情報のうち、距離の差が所定範囲内の値が所定範囲内の照射角度に亘って存在する場合、それら複数の距離情報をクラスタ化して点群とする。制御装置３２は、点群を物体と判断する。制御装置３２は、点群の座標から物体の水平方向の寸法を導出する。

制御装置３２は、検出された物体から追尾対象Ｔを認識する。追尾対象Ｔの情報は、例えば、制御装置３２の記憶部３４に記憶されている。追尾対象Ｔの情報とは、例えば、追尾対象Ｔの形状や追尾対象Ｔの水平方向の寸法である。制御装置３２は、登録された追尾対象Ｔの情報に適合する物体を追尾対象Ｔと判定する。制御装置３２は、追尾対象Ｔと判定した物体とは異なる物体を障害物と判定する。

制御装置３２は、車両２０を制御するための各種指令を導出する。制御装置３２は、車両２０を移動させる場合、指令ベクトルを導出し、この指令ベクトルに従って車両２０を走行させる。指令ベクトルは、車両２０の一点から延びるベクトルである。本実施形態において、車両２０の一点は、水平方向における車両２０の中心ＣＰである。

図４に指令ベクトルＶＶの一例を示す。指令ベクトルＶＶの大きさＶは速度指令値、車両２０の正面Ｆに対する指令ベクトルＶＶの角度θは方向指令値を示している。本実施形態において、車両２０の正面Ｆは、車両２０の移動方向の基準となる基準位置である。車両２０の正面Ｆに対する指令ベクトルＶＶの角度θとは、車両２０の中心ＣＰと正面Ｆとを繋ぐ仮想的な線分Ｌ１と、指令ベクトルＶＶとがなす角の角度である。線分Ｌ１は、基準軸Ｂ、即ち、Ｘ軸と一致する線分である。制御装置３２は、車両２０の速度が速度指令値に追従し、車両２０の移動方向が方向指令値に追従するようにモータ２４の回転数及び回転方向を導出する。制御装置３２は、指令回転数を示す情報と指令回転方向を示す情報を含む指令をモータドライバ２５に出力する。これにより、車両２０は指令ベクトルＶＶに従って移動する。車両２０を回転させずに車両２０を移動させる場合、車両２０の正面Ｆが車両２０の移動方向を向いた状態で車両２０は移動する。

次に、車両２０を移動させながら車両２０を回転させる際に制御装置３２が行う処理について説明する。
図５に示すように、ステップＳ１において、制御装置３２は、目標位置に向けて車両２０を移動させるための速度指令値及び方向指令値からなる指令ベクトルＶＶを導出する。目標位置は、車両２０の現在位置、車両２０の周辺環境、追尾対象Ｔの現在位置等によって設定される。本実施形態の車両２０は、追尾対象Ｔを追尾するため、車両２０の周囲に障害物が存在しない場合、目標位置は追尾対象Ｔから離間した位置であって追尾対象Ｔとの離間距離が所定の範囲内となる位置に設定される。目標位置は、過去に追尾対象Ｔが通過した位置と捉えることもできる。車両２０の周囲に障害物が存在している場合であり、追尾対象Ｔを追尾する際に障害物に接触したり、障害物に過剰に接近するおそれがある場合、制御装置３２は障害物を回避できる位置に目標位置を設定する。

制御装置３２は、例えば、車両２０の速度から指令ベクトルＶＶの速度指令値を導出する。制御装置３２は、車両２０を加速させる場合、車両２０の現在の速度よりも高い値を速度指令値とする。制御装置３２は、車両２０の速度を維持する場合、車両２０の現在の速度と同様の値を速度指令値とする。制御装置３２は、車両２０を減速させる場合、車両２０の現在の速度よりも低い値を速度指令値とする。なお、指令ベクトルＶＶの速度指令値は、種々の手法で導出することができる。例えば、指令ベクトルＶＶの速度指令値は、車両２０から目標位置までの距離が長いほど大きな値としてもよい。制御装置３２は、車両２０の移動方向が目標位置を向くように指令ベクトルＶＶの方向指令値を導出する。ステップＳ１の処理を行うことで、制御装置３２は、指令導出部を備えているといえる。

図６に示すように、１周期の間に変更可能な指令ベクトルＶＶには制限が設定されている。指令ベクトルＶＶの速度指令値及び方向指令値は、１周期の間に変更可能範囲Ａ内で変更可能である。変更可能範囲Ａは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０から導出される。モータ２４の応答性やモータ２４の出力等、モータ２４の性能による制限によって、１回の制御周期の間に指令ベクトルＶＶを大きく変更したとしても実際の車両２０の速度や移動方向が指令ベクトルＶＶに追従できない場合がある。このため、変更可能範囲Ａを設定し、この変更可能範囲Ａ内で指令ベクトルＶＶの変更を許容することで、車両２０の円滑な移動を可能にしている。

指令ベクトルＶＶは、車両２０の中心ＣＰを原点とする極座標系の極座標として捉えることができる。詳細にいえば、指令ベクトルＶＶは、車両２０の中心ＣＰを原点、線分Ｌ１を始線、指令ベクトルＶＶと線分Ｌ１とのなす角を偏角、原点からの指令ベクトルＶＶの大きさを動径とする極座標系における極座標として捉えることができる。前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の大きさをＶ０、正面Ｆに対する角度をθ０とすると、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の極座標は（Ｖ０，θ０）と捉えることができる。なお、図６では、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０は正面Ｆを向いているため、角度θ０＝０°である。

変更可能範囲Ａは、上記極座標系における前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の極座標（Ｖ０，θ０）を中心とする円形の範囲である。変更可能範囲Ａの半径ｒは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の極座標（Ｖ０，θ０）を始点とするベクトルで定義され、当該ベクトルの大きさは、例えば、車両２０の加速度［ｍ／ｓ^２］×制御周期［ｓ］である。変更可能範囲Ａの半径ｒは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の極座標（Ｖ０，θ０）を極座標系の原点とした場合に、１回の制御周期の間に変化可能な速度［ｍ／ｓ］の上限を表しているといえる。なお、本実施形態において、車両２０の加速度は一定である。車両２０の加速度の上限値は、モータ２４の性能によって定まる。車両２０の加速度は、加速度の上限値以下の範囲で適宜設定することができる。

上記したように、指令ベクトルＶＶは、車両２０の中心ＣＰを原点とする極座標系での極座標として捉えることができる。一方で、変更可能範囲Ａは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の極座標（Ｖ０，θ０）を始点とするベクトルで定義されている。変更可能範囲Ａについても、車両２０の中心ＣＰを原点とする極座標系での極座標として捉えるため、以下の方法で、車両２０の中心ＣＰを原点とする変更可能範囲Ａの極座標を導出する。

図７に示すように、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の大きさＶ０は既知の値であり、変更可能範囲Ａの半径ｒも既知の値である。前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０と、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０から変更可能範囲Ａの円周上に延びるベクトルとのなす角の角度をθｎとする。余弦定理を用いて、角度θｎを任意の値とした場合における車両２０の中心ＣＰから変更可能範囲Ａの円周上までのベクトルＶＶｒの大きさＶｒを導出することができる。同様に、余弦定理を用いて、角度θｎを任意の値とした場合における車両２０の中心ＣＰから変更可能範囲Ａの円周上まで延びるベクトルＶＶｒと、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０とのなす角の角度θｘを導出することができる。前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の角度θ０は既知の値であるため、角度θ０と角度θｘから、車両２０の中心ＣＰから変更可能範囲Ａの円周上までのベクトルＶＶｒの角度θｒを導出することができる。即ち、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０と、変更可能範囲Ａの半径ｒから、角度θｎを任意の値とした場合における車両２０の中心ＣＰから変更可能範囲Ａの円周上までのベクトルＶＶｒの極座標（Ｖｒ，θｒ）を導出することができる。なお、図７では、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０が正面Ｆを向いているため、角度θｘと角度θｒは一致している。角度θｎを所定角度毎に変更して、車両２０の中心ＣＰから変更可能範囲Ａの円周上までのベクトルＶＶｒを導出することで、車両２０の中心ＣＰを原点とする変更可能範囲Ａの円周上の極座標を導出することができる。仮に、角度θｎを１°毎に変更した場合、変更可能範囲Ａの円周上の極座標が３６０箇所得られ、当該極座標を円周とする変更可能範囲Ａを導出できる。変更可能範囲Ａは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０からの速度指令値の変更量が大きいほど方向指令値の変更量が小さくなるように設定された範囲である。

変更可能範囲Ａを導出するための半径ｒと角度θｎは予め設定されており、記憶部３４や補助記憶装置に記憶されている。制御装置３２は、半径ｒと角度θｎを用いて前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０から変更可能範囲Ａを導出可能である。

図５及び図６に示すように、ステップＳ２において、制御装置３２は、１回の制御周期の間に変更され得る方向指令値の最大変更量θｃを導出する。最大変更量θｃは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０から導出することができる。

１周期の間に方向指令値の変更量が最大となるのは、今回の制御周期での指令ベクトルＶＶ１が円形の変更可能範囲Ａの接線となるときである。言い換えれば、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０、今回の制御周期での指令ベクトルＶＶ１、両指令ベクトルＶＶ０，ＶＶ１を示す極座標同士を繋ぐ線分による三角形が、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０を斜辺とする直角三角形のときである。従って、最大変更量θｃは、以下の（１）式で導出することができる。

ただし、Ｖ０≦ｒの場合、θｃ＝１８０°とする。

次に、図５及び図８に示すように、ステップＳ３において、制御装置３２は、角速度指令値ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］の上限ω_ｍａｘを導出する。角速度指令値ωは、１回の制御周期の間に変化する車両２０の回転角度φが、１回の制御周期の間に変更され得る最大変更量θｃ未満の値になるように導出される。１回の制御周期の間に変化する車両２０の回転角度φは、制御周期をＴ１［ｓｅｃ］とすると、以下の（２）式から導出できる。

角速度指令値ωは、回転角度φが最大変更量θｃを超えないように制御されるため、回転角度φと最大変更量θｃの関係は以下の（３）式で表現することができる。

αは、１よりも大きい任意の値である。αは、自律移動体１０のユーザーなどが任意に設定することができる。αは、例えば、１．５〜３．０の範囲で設定される。（３）式から把握できるように、回転角度φの上限は、θｃ／αである。（２）式及び（３）式から、角速度指令値ωの上限ω_ｍａｘは、以下の（４）式で与えられる。

（４）式から把握できるように、ステップＳ２で最大変更量θｃを導出することで、角速度指令値ωの上限ω_ｍａｘを導出することができる。

次に、ステップＳ４において、制御装置３２は、角速度指令値ωを上限ω_ｍａｘ以下に設定する。角速度指令値ωを上限ω_ｍａｘ以下とすることで、回転角度φが最大変更量θｃを超えないように制御を行うことができる。ステップＳ３及びステップＳ４の処理を行うことで、制御装置３２は、角速度指令導出部を備えているといえる。

なお、変更可能範囲Ａの半径ｒと、制御周期Ｔ１は固定値である。このため、最大変更量θｃは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の大きさＶ０によって変動する。（４）式は、以下の（５）式に変形することができる。

（５）式から把握できるように、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の大きさＶ０が大きくなるほど、最大変更量θｃは小さくなる。従って、角速度指令値ωは、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０の大きさＶ０によって制限されているともいえる。言い換えれば、角速度指令値ωは、車両２０の速度によって制限されている。

次に、ステップＳ５において、制御装置３２は、指令ベクトルＶＶ及び角速度指令値ωに従って車両２０を駆動させる。制御装置３２は、指令ベクトルＶＶの速度指令値に従った速度で、指令ベクトルＶＶの方向指令値に従った方向に移動しつつ、角速度が角速度指令値ωに追従するようにモータ２４の指令回転数及び指令回転方向を演算する。制御装置３２は、複数のモータ２４毎に個別に指令回転数及び指令回転方向を演算し、モータドライバ２５に指令回転数及び指令回転方向を含む指令を出力する。モータドライバ２５は、指令回転数及び指令回転方向に従ってモータ２４を制御する。これにより、指令ベクトルＶＶ、及び角速度指令値ωに従い車両２０は移動する。ステップＳ５の処理を行うことで、制御装置３２は制御部を備えているといえる。

ステップＳ６において、制御装置３２は、指令ベクトルＶＶを保存する。指令ベクトルＶＶは、例えば、ＲＡＭや補助記憶装置に記憶される。ステップＳ６で保存された指令ベクトルＶＶは、次回の制御周期で、前回の制御周期での指令ベクトルＶＶ０として、変更可能範囲Ａの導出や最大変更量θｃの導出に用いられる。

本実施形態の作用について説明する。
図９及び図１０に示すように、車両２０が回転しながら目標位置に向けて移動する場合を想定する。制御装置３２は、目標位置に向けて車両２０を移動させるために、指令ベクトルＶＶが目標位置に向かうように指令ベクトルＶＶを導出する。仮に、車両２０を回転させずに車両２０を目標位置に移動させる場合、正面Ｆが目標位置を向いた状態で車両２０は移動する。正面Ｆは車両２０の移動方向を向くため、制御周期毎に指令ベクトルＶＶの方向指令値を変化させることなく、車両２０を移動させることができる。

車両２０が回転している場合、１回の制御周期の間に車両２０の回転角度φ分だけ車両２０の回転方向に正面Ｆの位置がずれる。このため、指令ベクトルＶＶが目標位置に向かうようにするためには、１回の制御周期の間における車両２０の回転角度φ、即ち、１回の制御周期の間における正面Ｆのずれ角だけ指令ベクトルＶＶの方向指令値を車両２０の回転方向とは反対方向に変更させる必要がある。即ち、方向指令値の基準となる基準位置のずれを相殺するように指令ベクトルＶＶを導出する必要がある。

図９には、１回の制御周期の間に変化する車両２０の回転角度φが、最大変更量θｃを超えるように角速度指令値ωが導出された場合の車両２０の動きを示している。１回の制御周期の間における車両２０の回転角度φが最大変更量θｃを超えると、指令ベクトルＶＶの方向指令値の変更量が回転角度φよりも小さくなる。結果として、制御周期毎に、指令ベクトルＶＶは車両２０の回転方向に傾いていき、車両２０の移動方向は目標位置を向かなくなる。即ち、車両２０は意図した移動方向に移動することができず、目標位置に到達するまでの時間が長くなるおそれがある。

図１０には、本実施形態の制御を行った場合の車両２０の動きを示している。１回の制御周期の間における車両２０の回転角度φが最大変更量θｃ未満であれば、回転方向への正面Ｆのずれ角を相殺するように、方向指令値を変更することができ、車両２０が回転している状態であっても移動方向が目標位置を向く。

本実施形態の効果について説明する。
（１）制御装置３２は、１回の制御周期の間に変化する車両２０の回転角度φが１回の制御周期の間に変更され得る方向指令値の最大変更量θｃ未満になるように角速度指令値ωを導出する。このため、１回の制御周期の間に正面Ｆがずれた角度分だけ、車両２０の回転方向とは反対方向に方向指令値を変化させることができる。方向指令値を変化させることで、車両２０の回転による移動方向のずれを抑制できる。このため、角速度指令値ωが過剰に大きくなることにより、車両２０の移動方向がずれることを抑制することができる。

実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○変更可能範囲Ａの大きさは適宜変更してもよい。また、変更可能範囲Ａは、円形の範囲に限られず、多角形の範囲や楕円形の範囲であってもよい。

○変更可能範囲Ａは設定されていなくてもよい。この場合、１回の制御周期の間に、指令ベクトルＶＶの方向指令値を変更できる範囲に制限を課す。即ち、指令ベクトルＶＶに課される制限は、方向指令値の制限のみであってもよい。この場合、最大変更量θｃは一定値となる。

○センサ３１として用いられるLIDARとして、水平方向及び鉛直方向の両方の照射角度を変更しながらレーザーを照射する三次元距離計を用いてもよい。
○センサ３１として、ステレオカメラを用いてもよい。ステレオカメラは、複数のカメラによって周辺環境を撮像することで得られた視差画像から周辺環境を制御装置３２に認識させる。視差画像は、同一の特徴点について複数のカメラによって撮像を行った場合に、カメラ間で生じる画素差を示すものである。特徴点は、物体のエッジなど視差が得られる部分、即ち、撮像された画像の各画素において輝度が変化する画素である。制御装置３２は、ステレオカメラの眼間距離、焦点距離、視差画像などを用いてセンサ３１から特徴点までの距離及び方位を求めることができる。なお、センサ３１としては、ミリ波レーダーを用いることもできる。

○センサ３１は、LIDARとステレオカメラなど、複数のセンサを組み合わせたものであってもよい。即ち、センサ３１は、単数のセンサによって構成されていてもよいし、複数のセンサによって構成されていてもよい。

○自律移動体１０は、経路を追従するものであってもよい。
○追尾対象Ｔの検出は、追尾対象Ｔにセンサ３１により検出できる目印などを設けることで行われてもよい。また、追尾対象Ｔの検出は、センサ３１とは別の検出部によって行われてもよい。

○駆動機構２３としては、速度指令値に追従するように車両２０の速度を制御することができれば、どのような構成のものでもよい。
○基準位置は、正面Ｆ以外であってもよい。

○制御装置３２は、点群だけでなく、１つの距離情報を物体と認識してもよい。

Ｆ…基準位置としての正面、１０…自律移動体、２０…車両、２４…モータ、３２…制御装置。

Claims

３つ以上の全方向移動車輪を備え、前記全方向移動車輪の回転によって移動する車両と、
大きさを速度指令値、前記車両の基準位置に対する角度を方向指令値とするベクトルであって前記車両の一点から延びる指令ベクトルを導出する指令導出部と、
前記車両を回転させる際の角速度指令値を導出する角速度指令導出部と、
前記車両の速度が前記速度指令値に追従し、前記車両の移動方向が前記方向指令値に追従するように前記車両を移動させながら、前記車両の角速度が前記角速度指令値に追従するように前記車両を回転させる制御部と、を備え、
前記角速度指令導出部は、１回の制御周期の間に変化する前記車両の回転角度が、１回の制御周期の間に変更され得る前記方向指令値の最大変更量未満の値になるように前記角速度指令値を導出する自律移動体。