JP2021144435A - 衝突防止装置、移動体及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】移動の制限を抑制しながら死角領域に存在する障害物と衝突する危険性を低減することができる衝突防止装置、移動体及びプログラムを提供する。【解決手段】自動で走行する移動体に搭載される衝突防止装置は、障害物を検出するセンサと、前記センサにより検出した前記障害物が前記センサにより検出できない死角領域に入った場合、前記死角領域に入る前の前記障害物の挙動に基づいて、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する推定部と、前記推定部によって推定した前記障害物の動きに基づいて前記障害物と衝突しないように前記移動体の走行を制御する制御部と、を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、自動で走行する移動体に搭載される衝突防止装置、自動で走行する移動体及びプログラムに関する。
従来、自律走行を行う自動搬送車（ＡＧＶ）又は案内ロボット等の移動体には、自身の周辺環境を把握して周囲の物体との衝突を回避するため、又は物体に対する近接時等において緊急停止するために、センサが必要不可欠である。このようなセンサは、自動搬送車に搭載、又は自動搬送車の走行領域内に設置されることが想定されるが、障害物に対する近接時等において緊急停止を行うためには自動搬送車に搭載されることが多い。しかしながら、センサを搭載する自動搬送車は、物体同士が重なり合うことによって生じる死角領域に存在する物体を把握することができない。
このような状況において、特許文献１は、観測した障害物の端点を中心とした一定範囲の衝突回避領域を生成し、移動装置が衝突回避領域を回避して移動する制御を行うことにより、死角領域に死角から飛び出す障害物が存在するかもしれないことを考慮した障害物回避移動装置を開示している。
しかしながら、特許文献１の技術では、観測した障害物の端点の全てに衝突回避領域を生成するため、狭い道又は多くの障害物を観測するような環境においては衝突回避領域が広がって移動が困難になることが考えられる。
本発明の目的は、移動の制限を抑制しながら死角領域に存在する障害物と衝突する危険性を低減することができる衝突防止装置、移動体及びプログラムを提供することである。
本発明に係る衝突防止装置は、自動で走行する移動体に搭載される衝突防止装置であって、障害物を検出するセンサと、前記センサにより検出した前記障害物が前記センサにより検出できない死角領域に入った場合、前記死角領域に入る前の前記障害物の挙動に基づいて、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する推定部と、前記推定部によって推定した前記障害物の動きに基づいて前記障害物と衝突しないように前記移動体の走行を制御する制御部と、を有する。
本発明に係る移動体は、自動で走行する移動体であって、走行するための走行部と、障害物を検出するセンサと、前記センサにより検出した前記障害物が前記センサにより検出できない死角領域に入った場合、前記死角領域に入る前の前記障害物の挙動に基づいて、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する推定部と、前記推定部によって推定した前記障害物の動きに基づいて前記障害物との衝突を防止しながら前記走行部を制御する制御部と、を有する。
本発明に係るプログラムは、コンピュータに、センサにより障害物を検出させる検出ステップと、前記検出ステップにより検出した前記障害物が前記センサにより検出できない死角領域に入った場合、前記死角領域に入る前の前記障害物の挙動に基づいて、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する推定ステップと、前記推定ステップにより推定した前記障害物の動きに基づいて、前記障害物と衝突しないように移動体の走行部を制御する制御ステップと、を実行させる。
本発明によれば、移動の制限を抑制しながら死角領域に存在する障害物と衝突する危険性を低減することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る衝突防止装置、移動体及びプログラムについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。
＜移動体の構成＞
本発明の実施形態に係る移動体１の構成について、図１及び図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る移動体１の構成について、図１及び図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。
移動体１は、衝突防止装置２と、駆動制御部３と、走行部４と、を有しており、図示しないバッテリを電源として自律走行を行う自動搬送車（ＡＧＶ）である。なお、移動体１は、センサ２１の上部を覆うと共に搬送物を載置するための屋根部を有している。
衝突防止装置２は、障害物に衝突しないように駆動制御部３を制御する。具体的には、衝突防止装置２は、センサ２１と、メモリ２２と、ＣＰＵ２３と、を備えている。
センサ２１は、障害物を検出し、検出結果に応じた電気信号をＣＰＵ２３に出力する。センサ２１は、レーザー距離センサ等の距離センサである。
メモリ２２は、制御プログラム及び地図情報を予め記憶している。ここで、地図情報は、移動体１の移動領域における環境の情報であり、複数のエリアによって区画されていると共に、障害物の位置が予め登録されている。また、地図情報における各エリアは、地図上の所定の基準位置（０，０）に対するｘ座標及びｙ座標（ｘ，ｙ）によって特定することが可能になっている。
ＣＰＵ２３は、メモリ２２に予め記憶している制御プログラムを実行することにより衝突防止装置２全体の動作を制御する。ＣＰＵ２３は、推定部２４と、制御部２５と、を備えている。なお、推定部２４及び制御部２５は、各々ＣＰＵ２３の機能ブロックとして示している。
推定部２４は、センサ２１から入力される電気信号に基づいて、センサ２１により検出できない死角領域における障害物の動きを推定する。具体的には、推定部２４は、制御部２５の制御により、メモリ２２に記憶されている地図情報に登録されていない障害物が死角領域に入った場合に、この障害物が死角領域に入る前の挙動に基づいて、死角領域における障害物の動きを推定する動き推定処理を実行する。ここで、死角領域に入る障害物は、単一又は複数であり、少なくとも、移動しない物体（例えば、壁）及び移動する物体（人間を含む）の何れか１つ以上である。
制御部２５は、センサ２１から入力される電気信号に基づいて、移動体１の移動領域における地図情報を作成してメモリ２２に記憶させる。制御部２５は、センサ２１から入力される電気信号とメモリ２２に記憶されている地図情報とに基づいて、障害物に衝突しないように駆動制御部３を制御する。制御部２５は、センサ２１から入力される電気信号に基づいて、センサ２１により検出したメモリ２２に記憶されている地図情報に登録されていない障害物が死角領域に入った場合に、推定部２４に上記の動き推定処理を実行させると共に、推定部２４によって推定した障害物の動きに基づいて障害物と衝突しないように駆動制御部３を制御する。
駆動制御部３は、衝突防止装置２の制御によって動作して、走行部４の駆動を制御する。
走行部４は、駆動制御部３の制御によって駆動することにより、移動体１を停止、前進、後進又は旋回させる。走行部４は、駆動制御部３の制御によって駆動するホイール４ａと、ホイール４ａの駆動に従動するキャスタ４ｂと、から構成されている。キャスタ４ｂは、前後（図１において左右）の各々において左右（図２において左右）に一対設けられている。ホイール４ａは、前後方向においてキャスタ４ｂの間において左右に一対設けられている。
＜移動体の動作＞
本発明の実施形態に係る移動体１の動作について、図３から図６を参照しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る移動体１の動作について、図３から図６を参照しながら、以下に詳細に説明する。
まず、移動体１は、走行しながら自身の移動領域ＲＡにおける地図情報を作成する。具体的には、制御部２５は、図３に示すように、移動領域ＲＡを複数の矩形のエリアＲＢに区分けして、センサ２１から入力される電気信号に基づいて、エリアＲＢ毎に障害物１００の有無を判断して障害物１００を地図情報に登録する。例えば、図３に示す地図情報には、検出した壁が障害物１００として登録される。
移動体１は、地図情報を作成後に移動領域ＲＡを走行する。この際に、制御部２５は、地図情報に登録されている障害物１００と衝突しないように駆動制御部３を制御する。
移動体１は、制御部２５においてセンサ２１からの電気信号に基づいて地図情報に登録されていない図４に示す障害物１０１及び障害物１０２を認識した後に、図５に示すように障害物１０１によって形成されるセンサ２１によって検出できない死角領域Ｒ１に障害物１０２が入った場合に、推定部２４において死角領域Ｒ１に入る前の障害物１０２の挙動に基づいて、死角領域Ｒ１における障害物１０２の動きを推定する。このように、地図情報に登録されている障害物の動きを推定しないため、処理負荷を低減することができる。
具体的には、推定部２４は、死角領域Ｒ１に入る前の挙動として障害物１０２の位置、速度及び移動方向を初期値として複数の運動モデルに代入して障害物１０２の位置、速度及び移動方向の推定値を求める。そして、推定部２４は、障害物１０２が死角領域Ｒ１に隠れた後に、位置、速度及び移動方向の各推定値と死角領域Ｒ１に留まっている経過時間とを各運動モデルに順次代入することにより、死角領域Ｒ１における障害物１０２の動きを推定する。
ここで、複数の運動モデルは、停止運動、等速旋回運動、等速直線運動及び蛇行等のモデルである。なお、複数の運動モデルは、停止運動、等速旋回運動、等速直線運動及び蛇行等のモデルに限らず、停止運動、等速旋回運動及び等速直線運動のモデルであってもよい。
停止運動のモデルは、例えば（１）式によって表される。
ｘＰ＝ｘ
ｙＰ＝ｙ
ｖＰ＝０
θＰ＝θ
ωＰ＝０ （１）
ここで、ｘは、ｘ座標
ｙは、ｙ座標
ｖは、速度
θは、回転角度
ωは、角速度
ｘＰ＝ｘ
ｙＰ＝ｙ
ｖＰ＝０
θＰ＝θ
ωＰ＝０ （１）
ここで、ｘは、ｘ座標
ｙは、ｙ座標
ｖは、速度
θは、回転角度
ωは、角速度
また、等速旋回運動のモデルは、例えば（２）式によって表される。
ｘＰ＝ｘ＋（ｖ／ω）（−ｃｏｓ（θ＋ωΔｔ）＋ｃｏｓθ）
ｙＰ＝ｙ＋（ｖ／ω）（ｓｉｎ（θ＋ωΔｔ）＋ｓｉｎθ）
ｖＰ＝ｖ
θＰ＝θ＋ωΔｔ
ωＰ＝ω （２）
ここで、ｘは、ｘ座標
ｙは、ｙ座標
ｖは、速度
θは、回転角度
ωは、角速度
Δｔは、経過時間
ｘＰ＝ｘ＋（ｖ／ω）（−ｃｏｓ（θ＋ωΔｔ）＋ｃｏｓθ）
ｙＰ＝ｙ＋（ｖ／ω）（ｓｉｎ（θ＋ωΔｔ）＋ｓｉｎθ）
ｖＰ＝ｖ
θＰ＝θ＋ωΔｔ
ωＰ＝ω （２）
ここで、ｘは、ｘ座標
ｙは、ｙ座標
ｖは、速度
θは、回転角度
ωは、角速度
Δｔは、経過時間
また、等速直線運動のモデルは、例えば（３）式によって表される。
ｘＰ＝ｘ＋ｖΔｔｃｏｓθ
ｙＰ＝ｙ＋ｖΔｔｓｉｎθ
ｖＰ＝ｖ
θＰ＝θ
ωＰ＝０ （３）
ここで、ｘは、ｘ座標
ｙは、ｙ座標
ｖは、速度
θは、回転角度
ωは、角速度
Δｔは、経過時間
ｘＰ＝ｘ＋ｖΔｔｃｏｓθ
ｙＰ＝ｙ＋ｖΔｔｓｉｎθ
ｖＰ＝ｖ
θＰ＝θ
ωＰ＝０ （３）
ここで、ｘは、ｘ座標
ｙは、ｙ座標
ｖは、速度
θは、回転角度
ωは、角速度
Δｔは、経過時間
推定部２４は、障害物１０２が死角領域Ｒ１に入る前の挙動としての初期値ｘ、ｙ、ｖ、θ及びωを上記の各式に代入することにより、ｘ座標の値ｘＰ、ｙ座標の値ｙＰ、速度ｖの値ｖＰ、回転角度θの値θＰ及び角速度ωの値ωＰを求める。その後、推定部２４は、上記の各式より所定の経過時間Δｔ毎に、停止運動、等速旋回運動及び等速直線運動した場合における移動体１の位置をｘ座標及びｙ座標によって求めると共に速度ｖ、回転角度θ及び角速度ωを求める。この際に、推定部２４は、前回求めたｘ座標の値ｘＰ、ｙ座標の値ｙＰ、速度ｖの値ｖＰ、回転角度θの値θＰ及び角速度ωの値ωＰを、上記の各式のｘ、ｙ、ｖ、θ及びωに順次代入することにより、Δｔ経過後のｘ座標の値ｘＰ、ｙ座標の値ｙＰ、速度ｖの値ｖＰ、回転角度θの値θＰ及び角速度ωの値ωＰを順次求めていく。
また、推定部２４は、推定したｘ座標の値ｘＰ又はｙ座標の値ｙＰが死角領域Ｒ１外である場合のｘ座標の値ｘＰ、ｙ座標の値ｙＰ、速度ｖの値ｖＰ、回転角度θの値θＰ及び角速度ωの値ωＰを使用しない。
このように、複数の運動モデルを用いて死角領域Ｒ１における障害物１０２の動きを推定することにより、移動領域ＲＡの幅又は移動領域ＲＡにおける物体の数に大きく制限を受けることなく移動体１を移動させることができると共に、方向転換等の複雑な移動を行う障害物１０２に対して出合い頭の衝突のリスクを低減することができる。
また、推定部２４は、死角領域Ｒ１における障害物１０２の存在確率ｃｏｓｔを求める。推定部２４は、障害物１０２が死角領域Ｒ１に留まっている時間ｔの経過に伴って推定値の信頼度が低下するため、忘却関数に従って存在確率ｃｏｓｔを算出することにより、信頼度の低下した推定値を忘却する。存在確率ｃｏｓｔは、（４）式によって求めることができる。
ｃｏｓｔ＝１００／（１＋ｅｘｐ（ｔ−８）） （４）
ここで、ｔは、死角領域Ｒ１に入ってからの経過時間
ｃｏｓｔ＝１００／（１＋ｅｘｐ（ｔ−８）） （４）
ここで、ｔは、死角領域Ｒ１に入ってからの経過時間
この際に、推定部２４は、死角領域Ｒ１の全体について１つの存在確率を求めてもよいが、図６に示すように、エリアＲＢ毎の存在確率を求め、求めたエリアＲＢ毎の存在確率ｃｏｓｔを地図情報に反映させることが好ましい。この場合に、推定部２４は、停止運動、等速旋回運動及び等速直線運動の各モデルより求まるエリアＲＢ毎の障害物が存在する可能性及びエリアＲＢ毎の障害物の数に応じて、異なる存在確率ｃｏｓｔを求める。例えば、推定部２４は、図６に示すように、死角領域Ｒ１において存在確率ｃｏｓｔの高いエリアＲＢ順にエリアＰ１、Ｐ２及びＰ６、Ｐ３、Ｐ５及びＰ７、Ｐ４であると推定する。
このように存在確率ｃｏｓｔをリアルタイムで地図情報に反映させることにより、地図情報に基づいた衝突回避の処理と干渉することなく、及び既存の衝突回避の処理のためのアルゴリズムを変更することなく、障害物１０２に対して出合い頭の衝突のリスクを低減することができる。
そして、推定部２４は、制御部２５において障害物１０２が死角領域Ｒ１から出てきたことをセンサ２１から入力される電気信号に基づいて認識した場合、又は存在確率ｃｏｓｔが０になった場合に、障害物１０２の動きの推定を終了する。推定部２４は、エリアＲＢ毎に存在確率ｃｏｓｔを求める場合には全てのエリアＲＢの存在確率ｃｏｓｔが０になった場合に、障害物１０２の動きの推定を終了する。
本実施形態の衝突回避装置２の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行することにより上記の処理を行なってもよい。
このように、本実施形態によれば、センサ２１により検出した障害物１０２がセンサ２１により検出できない死角領域Ｒ１に入った場合、死角領域Ｒ１に入る前の障害物１０２の挙動に基づいて、死角領域Ｒ１における障害物１０２の動きを推定し、推定した障害物１０２の動きに基づいて障害物１０２と衝突しないように移動体１の走行を制御することにより、移動の制限を抑制しながら死角領域Ｒ１に存在する障害物１０２と衝突する危険性を低減することができる。
上述した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
具体的には、上記実施形態において、移動体１によって地図情報を作成したが、これに限らず、移動体１のメモリ２２に地図情報を予め登録しておいてもよい。この場合には、移動体１を走行させて地図情報を作成する手間を省略することができる。
また、上記実施形態において、地図情報に登録されていない障害物１０２が死角領域Ｒ１に入った際に死角領域Ｒ１における動作を推定したが、これに限らず、地図情報に登録されているか否かに関わらず障害物１０２が死角領域Ｒ１に入った際に死角領域Ｒ１における動作を推定してもよい。この場合には、地図情報に登録されている障害物であるか否かを判断する処理を不要にすることができる。
また、上記実施形態において、存在確率ｃｏｓｔを求めると共に存在確率ｃｏｓｔが０になった際に障害物１０２の動きの推定を終了したが、これに限らず、存在確率ｃｏｓｔを求めることなく、障害物１０２が死角領域Ｒ１から出てきた場合にのみ障害物１０２の動きの推定を終了するようにしてもよい。この場合には、存在確率ｃｏｓｔを求める処理を不要にすることができ、処理負荷を抑制することができる。
また、上記実施形態において、移動体１を自動搬送車（ＡＧＶ）として説明したが、これに限らず、自律走行を行う案内ロボット等の任意の移動体に適用することができる。
１ 移動体
２ 衝突防止装置
３ 駆動制御部
４ 走行部
４ａ ホイール
４ｂ キャスタ
２１ センサ
２２ メモリ
２３ ＣＰＵ
２４ 推定部
２５ 制御部
１００ 壁
１０１ 障害物
１０２ 障害物
ＲＡ 移動領域
ＲＢ エリア
Ｒ１ 死角領域
２ 衝突防止装置
３ 駆動制御部
４ 走行部
４ａ ホイール
４ｂ キャスタ
２１ センサ
２２ メモリ
２３ ＣＰＵ
２４ 推定部
２５ 制御部
１００ 壁
１０１ 障害物
１０２ 障害物
ＲＡ 移動領域
ＲＢ エリア
Ｒ１ 死角領域
Claims (8)
- 自動で走行する移動体に搭載される衝突防止装置であって、
障害物を検出するセンサと、
前記センサにより検出した前記障害物が前記センサにより検出できない死角領域に入った場合、前記死角領域に入る前の前記障害物の挙動に基づいて、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する推定部と、
前記推定部によって推定した前記障害物の動きに基づいて前記障害物と衝突しないように前記移動体の走行を制御する制御部と、
を有することを特徴とする衝突防止装置。 - 前記推定部は、
前記挙動としての前記障害物の位置、速度及び移動方向を初期値として前記障害物の運動モデルに代入して前記障害物の位置、速度及び移動方向の推定値を求めると共に、前記障害物が前記死角領域に隠れた後に各々の前記推定値と前記死角領域に留まっている経過時間とを前記運動モデルに順次代入することにより、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する、
ことを特徴とする請求項１記載の衝突防止装置。 - 前記推定部は、
前記障害物の前記死角領域に留まっている経過時間が長いほど前記死角領域に存在する可能性を示す存在確率を下げると共に、前記存在確率に基づいて前記死角領域における前記障害物の動きを推定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の衝突防止装置。 - 前記推定部は、
複数のエリアに分割した地図情報に基づいて前記移動体の走行を制御すると共に、前記エリア毎の前記存在確率を求め、前記存在確率を前記地図情報に反映させる、
ことを特徴とする請求項３記載の衝突防止装置。 - 障害物の位置を登録した地図情報を記憶するメモリを有し、
前記推定部は、
前記センサにより検出した前記メモリに記憶されている地図情報に登録されていない前記障害物が前記死角領域に入った場合に、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の衝突防止装置。 - 前記死角領域に入った前記障害物は、
単一又は複数であり、少なくとも壁、移動体及び人間の何れか１つ以上である、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の衝突防止装置。 - 自動で走行する移動体であって、
走行するための走行部と、
障害物を検出するセンサと、
前記センサにより検出した前記障害物が前記センサにより検出できない死角領域に入った場合、前記死角領域に入る前の前記障害物の挙動に基づいて、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する推定部と、
前記推定部によって推定した前記障害物の動きに基づいて前記障害物との衝突を防止しながら前記走行部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする移動体。 - コンピュータに、
センサにより障害物を検出させる検出ステップと、
前記検出ステップにより検出した前記障害物が前記センサにより検出できない死角領域に入った場合、前記死角領域に入る前の前記障害物の挙動に基づいて、前記死角領域における前記障害物の動きを推定する推定ステップと、
前記推定ステップにより推定した前記障害物の動きに基づいて、前記障害物と衝突しないように移動体の走行部を制御する制御ステップと、
を実行させるプログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020042287A JP2021144435A (ja) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 衝突防止装置、移動体及びプログラム |
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| JP2020042287A JP2021144435A (ja) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 衝突防止装置、移動体及びプログラム |
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| JP (1) | JP2021144435A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023032246A1 (ja) * | 2021-08-31 | 2023-03-09 | 日本電気株式会社 | 情報処理装置、通信システム、特定方法、及び非一時的なコンピュータ可読媒体 |
| WO2023188341A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 日本電気株式会社 | 行動評価提示システム、行動評価提示方法、及び行動評価提示装置 |
| JP7564301B1 (ja) | 2023-07-07 | 2024-10-08 | Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 | 予測装置、予測システム、予測装置の予測方法およびプログラム |
-
2020
- 2020-03-11 JP JP2020042287A patent/JP2021144435A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
| WO2023032246A1 (ja) * | 2021-08-31 | 2023-03-09 | 日本電気株式会社 | 情報処理装置、通信システム、特定方法、及び非一時的なコンピュータ可読媒体 |
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