JP2021163215A - Mobile object control device, mobile object control program and mobile object - Google Patents

Mobile object control device, mobile object control program and mobile object Download PDF

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JP2021163215A JP2020064335A JP2020064335A JP2021163215A JP 2021163215 A JP2021163215 A JP 2021163215A JP 2020064335 A JP2020064335 A JP 2020064335A JP 2020064335 A JP2020064335 A JP 2020064335A JP 2021163215 A JP2021163215 A JP 2021163215A
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和宏 久野
Kazuhiro Kuno
豊 渡邊
Yutaka Watanabe
正樹 ▲高▼橋
Masaki Takahashi
礼応 萬
Ayanori Yorozu
慎太郎 中岡
Shintaro Nakaoka
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Equos Research Co Ltd
Keio University
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Equos Research Co Ltd
Keio University
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Abstract

To provide a mobile object control device which can move in harmony with surrounding pedestrians.SOLUTION: A mobile object control device 6 comprises: mobile object information acquisition means 610 for acquiring mobile object information 600; pedestrian information acquisition means 611 for acquiring pedestrian information 601; evaluation value calculation means 612 for calculating a plurality of evaluation values for a plurality of movement patterns on the basis of these pieces of information; and movement control mean 613 for selecting a specific movement pattern by comparing the plurality of evaluation values with one another, and outputting a movement command by the movement pattern to a movement unit 5. The evaluation value calculation means 612 calculates the evaluation values by synthesizing first virtual attractive force acting to attract a mobile object to a target position, second virtual attractive force acting to attract the mobile object to a pedestrian existing in front of the mobile object and going toward the same direction as that of the mobile object, first virtual repulsive force acting between the pedestrian going toward a mobile object side and the mobile object, and second virtual repulsive force acting between the pedestrian going toward the mobile object side and other pedestrians.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、移動体制御装置、移動体制御プログラム及び移動体に関する。 The present invention relates to a mobile control device, a mobile control program, and a mobile body.

従来、歩行者が存在する環境を移動するロボットを制御するための様々な制御方法が知られている。例えば、特許文献1には、ロボットが歩行者とすれ違う際に、歩行者の軌跡を予測して、自己の回避行動を決定するロボットが開示されている。 Conventionally, various control methods for controlling a robot moving in an environment in which a pedestrian exists are known. For example, Patent Document 1 discloses a robot that predicts a pedestrian's trajectory and determines its own avoidance behavior when the robot passes by a pedestrian.

特開2012−200818号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-20818

特許文献1に開示されたロボットでは、上述したように、前方から自己に向かってくる歩行者とのすれ違いを想定し、自己の回避行動を決定するものである。しかし、環境内には、前方から自己に向かってくる歩行者以外にも様々な方向に向かって歩く歩行者が存在する。そのため、前方から自己に向かってくる歩行者のみを考慮して自己の回避行動を決定するだけでは人混みの流れを乱すこととなり、周囲の歩行者と調和して移動することが困難であった。 As described above, the robot disclosed in Patent Document 1 determines its own avoidance behavior on the assumption that it passes by a pedestrian approaching itself from the front. However, in the environment, there are pedestrians who walk in various directions in addition to pedestrians who come toward themselves from the front. Therefore, it is difficult to move in harmony with the surrounding pedestrians because the flow of crowds is disturbed only by deciding the avoidance behavior of oneself considering only the pedestrians who come toward oneself from the front.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、周囲の歩行者と調和して移動することができる移動体制御装置、移動体制御プログラム及び移動体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a moving body control device, a moving body control program, and a moving body capable of moving in harmony with surrounding pedestrians. do.

本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る移動体制御装置は、
歩行者が存在する環境において所定の目標位置に移動体を移動させるように、前記移動体の移動手段を制御する移動体制御装置であって、
前記目標位置並びに前記移動体の位置及び速度ベクトルを含む移動体情報を取得する移動体情報取得手段と、
前記移動体の周囲に存在する前記歩行者の位置及び速度ベクトルを含む歩行者情報を取得する歩行者情報取得手段と、
前記移動体情報及び前記歩行者情報に基づいて、前記移動手段に対する複数の移動パターンについて複数の評価値をそれぞれ算出する評価値算出手段と、
前記複数の評価値を比較することにより特定の移動パターンを選択し、当該移動パターンによる移動指令に基づいて前記移動手段を制御する移動制御手段とを備え、
前記評価値算出手段は、
前記目標位置に前記移動体を引き付けるように作用する第1の仮想引力と、
前記移動体の前方に存在し、かつ、前記移動体と同じ方向に向かう前記歩行者に前記移動体を引き付けるように作用する第2の仮想引力と、
前記移動体側に向かう前記歩行者と前記移動体との間に作用する第1の仮想斥力と、
前記移動体側に向かう前記歩行者と他の歩行者との間に作用する第2の仮想斥力とを合成することにより、前記評価値を算出する、ことを特徴とする。
The present invention solves the above problems, and the mobile control device according to the embodiment of the present invention is
A moving body control device that controls the moving means of the moving body so as to move the moving body to a predetermined target position in an environment where a pedestrian exists.
A moving body information acquisition means for acquiring moving body information including the target position, the position of the moving body, and a velocity vector, and
A pedestrian information acquisition means for acquiring pedestrian information including the position and speed vector of the pedestrian existing around the moving body, and
An evaluation value calculating means for calculating a plurality of evaluation values for a plurality of movement patterns for the moving means based on the moving body information and the pedestrian information.
A movement control means for selecting a specific movement pattern by comparing the plurality of evaluation values and controlling the movement means based on a movement command according to the movement pattern is provided.
The evaluation value calculation means is
A first virtual attraction that acts to attract the moving object to the target position,
A second virtual attraction that exists in front of the moving body and acts to attract the moving body to the pedestrian heading in the same direction as the moving body.
A first virtual repulsive force acting between the pedestrian and the moving body toward the moving body side,
The evaluation value is calculated by synthesizing a second virtual repulsive force acting between the pedestrian toward the moving body side and another pedestrian.

また、本発明の一実施形態に係る移動体制御プログラムは、
コンピュータを、上記移動体制御装置として機能させる、ことを特徴とする。
Further, the mobile control program according to the embodiment of the present invention is
It is characterized in that the computer functions as the mobile control device.

また、本発明の一実施形態に係る移動体は、
上記移動体制御装置を備える、ことを特徴とする。
Further, the moving body according to the embodiment of the present invention is
It is characterized by including the above-mentioned mobile body control device.

本発明の一実施形態に係る移動体制御装置、移動体制御プログラム及び移動体によれば、評価値算出手段が、目標位置に移動体を引き付けるように作用する第1の仮想引力と、移動体の前方に存在し、かつ、移動体と同じ方向に向かう歩行者に移動体を引き付けるように作用する第2の仮想引力と、移動体側に向かう歩行者と移動体との間に作用する第1の仮想斥力と、移動体側に向かう歩行者と他の歩行者との間に作用する第2の仮想斥力とを合成することにより、複数の移動パターンについて複数の評価値をそれぞれ算出し、移動制御手段が、複数の評価値を比較することにより特定の移動パターンを選択し、当該移動パターンによる移動指令に基づいて移動手段を制御する。 According to the pedestrian control device, the pedestrian control program, and the pedestrian according to the embodiment of the present invention, the evaluation value calculating means has a first virtual attractive force that acts to attract the pedestrian to the target position, and the pedestrian. A second virtual attraction that exists in front of the moving body and acts to attract the moving body to a pedestrian heading in the same direction as the moving body, and a first acting between the pedestrian and the moving body toward the moving body side. By synthesizing the virtual repulsive force of the above and the second virtual repulsive force acting between the pedestrian toward the moving body side and another pedestrian, a plurality of evaluation values are calculated for each of a plurality of movement patterns, and movement control is performed. The means selects a specific movement pattern by comparing a plurality of evaluation values, and controls the movement means based on the movement command according to the movement pattern.

そのため、移動体の前方に存在し、かつ、移動体と同じ方向に向かう歩行者に移動体を引き付けるように作用する第2の仮想引力が考慮されることで、移動体が当該歩行者を追従するように移動するので、移動体は周囲の歩行者と調和して移動することができる。また、移動体側に向かう歩行者と他の歩行者との間に作用する第2の仮想斥力が考慮されることで、移動体が歩行者に与える影響が低減されるので、移動体は周囲の歩行者と調和して移動することができる。 Therefore, the moving body follows the pedestrian by considering the second virtual attractive force that exists in front of the moving body and acts to attract the moving body to the pedestrian heading in the same direction as the moving body. The moving body can move in harmony with the surrounding pedestrians. Further, by considering the second virtual repulsive force acting between the pedestrian toward the moving body side and the other pedestrian, the influence of the moving body on the pedestrian is reduced, so that the moving body is in the surroundings. Can move in harmony with pedestrians.

本発明の実施形態に係る移動体1(ロボットR)の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the moving body 1 (robot R) which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る移動体1(ロボットR)の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the moving body 1 (robot R) which concerns on embodiment of this invention. 目標位置P goalとロボットRとの間に作用する第1の仮想引力を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a first virtual attractive force acting between the target position P r goal and the robot R. ロボットRの前方に存在し、かつ、ロボットRと同じ方向に向かう歩行者HとロボットRとの間に作用する第2の仮想引力と、第2の仮想引力に対する重み係数αの設定方法を示す模式図である。The method of setting the second virtual attraction force that exists in front of the robot R and acts between the pedestrian H and the robot R heading in the same direction as the robot R and the weighting coefficient α i for the second virtual attraction force. It is a schematic diagram which shows. ロボットR側に向かう歩行者HとロボットRとの間に作用する第1の仮想斥力と、第1の仮想斥力に対する重み係数βの設定方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the setting method of the 1st virtual repulsive force acting between the pedestrian H and the robot R toward the robot R side, and the weighting coefficient β i with respect to the 1st virtual repulsive force. ロボットR側に向かう歩行者Hと他の歩行者Hとの間に作用する第2の仮想斥力を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd virtual repulsive force acting between the pedestrian H toward the robot R side and another pedestrian H. 本発明の実施形態に係る移動体制御装置6の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the mobile body control device 6 which concerns on embodiment of this invention. 移動パターンCs及び時系列移動パターンDの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the movement pattern Cs and the time series movement pattern Dk. 第2の仮想引力を「無し」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result which simulated the movement state of the robot R when the second virtual attractive force was set to "none". 第2の仮想引力を「有り」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result which simulated the movement state of the robot R when the second virtual attractive force was set to "yes". 第2の仮想引力を「無し」に設定した場合(図9)と、第2の仮想引力を「有り」に設定した場合(図10)との間でロボットRの移動状況を比較した比較結果を示す図である。Comparison result of comparing the movement status of the robot R between the case where the second virtual attraction is set to "None" (Fig. 9) and the case where the second virtual attraction is set to "Yes" (Fig. 10). It is a figure which shows. 第2の仮想斥力を「無し」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result which simulated the movement state of the robot R when the second virtual repulsive force was set to "none". 第2の仮想斥力を「有り」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result which simulated the movement state of the robot R when the second virtual repulsive force was set to "yes". 第2の仮想斥力を「無し」に設定した場合(図12)と、第2の仮想斥力を「有り」に設定した場合(図13)との間でロボットRの移動状況を比較した比較結果を示す図である。Comparison result of comparing the movement status of the robot R between the case where the second virtual repulsive force is set to "None" (Fig. 12) and the case where the second virtual repulsive force is set to "Yes" (Fig. 13). It is a figure which shows.

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る移動体1(ロボットR)の一例を示す概略図である。図2は、本発明の実施形態に係る移動体1(ロボットR)の一例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of a moving body 1 (robot R) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the moving body 1 (robot R) according to the embodiment of the present invention.

移動体1は、例えば、自走式のロボットRとして構成されており、歩行者Hが存在する環境を自律的に移動し、環境内に設定された所定の目標位置Gに向けて移動する装置である。なお、移動体1は、例えば、産業用、商業用、家庭用、医療用、災害用、研究用等の任意の用途で使用されるものでよい。また、移動体1が使用される環境は、室内でもよいし、屋外でもよい。 The moving body 1 is configured as, for example, a self-propelled robot R, and is a device that autonomously moves in an environment in which a pedestrian H exists and moves toward a predetermined target position G set in the environment. Is. The mobile body 1 may be used for any purpose such as industrial use, commercial use, home use, medical use, disaster use, and research use. Further, the environment in which the moving body 1 is used may be indoors or outdoors.

本実施形態では、移動体1は、図1に示すように、自走式のロボットRであるものとして説明する。ロボットRは、例えば、円柱状の本体2と、自装置(ロボットR)の現在位置(自位置)及び姿勢(進行方向)を検出する自位置検出ユニット3と、ロボットRの周囲に存在する歩行者Hを検出する歩行者検出ユニット4と、ロボットRを前後左右に移動させる移動ユニット5と、本体2に内蔵されて、ロボットRの各部を制御する移動体制御処理(移動体制御方法)を行う移動体制御装置6と、ロボットRの各部に電力を供給する電源7とを備える。 In the present embodiment, the moving body 1 will be described as being a self-propelled robot R as shown in FIG. The robot R includes, for example, a columnar main body 2, a self-position detection unit 3 that detects the current position (self-position) and posture (traveling direction) of the self-device (robot R), and walking existing around the robot R. A pedestrian detection unit 4 that detects a person H, a moving unit 5 that moves the robot R back and forth and left and right, and a moving body control process (moving body control method) that is built in the main body 2 and controls each part of the robot R. A moving body control device 6 for performing the operation and a power source 7 for supplying power to each part of the robot R are provided.

自位置検出ユニット3は、例えば、GPSセンサや推測航法による位置推測センサ(車輪50の回転角速度センサ等)で構成されており、ロボットRの自位置及び進行方向を検出し、その検出結果を移動体制御装置6に送る。なお、自位置検出ユニット3は、環境内の各位置に設置された位置発信機(不図示)から位置情報を受信することにより、ロボットRの自位置を検出するものでもよいし、上述の複数の手段を組み合わせたものでもよい。 The self-position detection unit 3 is composed of, for example, a GPS sensor or a position estimation sensor by dead reckoning (rotation angular velocity sensor of wheels 50, etc.), detects the self-position and traveling direction of the robot R, and moves the detection result. It is sent to the body control device 6. The self-position detection unit 3 may detect the self-position of the robot R by receiving position information from a position transmitter (not shown) installed at each position in the environment, or the above-mentioned plurality of self-position detection units 3. It may be a combination of the above means.

歩行者検出ユニット4は、例えば、レーザレンジセンサやミリ波センサ等の測距センサで構成され、歩行者Hの肩付近及び足首付近の高さにそれぞれ取り付けられている。歩行者検出ユニット4は、レーザ光やミリ波を全方位(360度)に対して照射し、検出範囲40に存在する歩行者Hからの反射光や反射波が戻るまでの時間を計測することで、ロボットRに対する歩行者Hの相対位置(距離や方位)を検出するとともに、肩の形状や足元の動き等を観察することで、歩行者Hの進行方向を検出する。そして、歩行者検出ユニット4は、その歩行者Hの検出結果を移動体制御装置6に送る。なお、歩行者検出ユニット4は、カメラ、超音波センサ、赤外線センサ等で構成されていてもよいし、上述の複数の手段を組み合わせたものでもよい。また、歩行者検出ユニット4は、他の移動体1や障害物を検出する機能を兼ねてもよい。 The pedestrian detection unit 4 is composed of, for example, a distance measuring sensor such as a laser range sensor or a millimeter wave sensor, and is attached to the pedestrian H at heights near the shoulder and near the ankle, respectively. The pedestrian detection unit 4 irradiates a laser beam or a millimeter wave in all directions (360 degrees), and measures the time until the reflected light or the reflected wave from the pedestrian H existing in the detection range 40 returns. By detecting the relative position (distance and direction) of the pedestrian H with respect to the robot R and observing the shape of the shoulder and the movement of the feet, the traveling direction of the pedestrian H is detected. Then, the pedestrian detection unit 4 sends the detection result of the pedestrian H to the mobile control device 6. The pedestrian detection unit 4 may be composed of a camera, an ultrasonic sensor, an infrared sensor, or the like, or may be a combination of the above-mentioned plurality of means. Further, the pedestrian detection unit 4 may also have a function of detecting another moving body 1 or an obstacle.

移動ユニット5は、複数の車輪50と、電源7から電力が供給され、複数の車輪50を回転駆動させる複数の電動モータ51とを備える。移動ユニット5は、移動体制御装置6から送られた移動指令に基づいて、電動モータ51の回転数やトルクを制御することにより、ロボットRが前進又は後進するときの並進運動vを変更するとともに、ロボットRが旋回するときの角速度ωを変更する。なお、移動ユニット5は、ロボットRを旋回させる機能として、例えば、左右の車輪50の回転数の差を設けてもよいし、前側の車輪50の向きを変更する操舵機構を備えていてもよい。 The moving unit 5 includes a plurality of wheels 50 and a plurality of electric motors 51 to which electric power is supplied from the power source 7 to rotationally drive the plurality of wheels 50. The moving unit 5 changes the translational motion v when the robot R moves forward or backward by controlling the rotation speed and torque of the electric motor 51 based on the movement command sent from the moving body control device 6. , The angular velocity ω when the robot R turns is changed. As a function of turning the robot R, the moving unit 5 may be provided with, for example, a difference in the number of rotations of the left and right wheels 50, or may be provided with a steering mechanism for changing the direction of the front wheels 50. ..

移動体制御装置6は、自位置検出ユニット3から送られた自位置の検出結果や、歩行者検出ユニット4から送られた歩行者Hの検出結果に基づいて、歩行者Hと衝突することなくロボットRを目標位置P goalに移動させるように、移動ユニット5に移動指令を送ることでロボットRを制御する。 The moving body control device 6 does not collide with the pedestrian H based on the detection result of the own position sent from the own position detection unit 3 and the detection result of the pedestrian H sent from the pedestrian detection unit 4. as to move the robot R to the target position P r goal, it controls the robot R by sending movement commands to the mobile unit 5.

移動体制御装置6は、その具体的な構成として、図2に示すように、HDD、SDD、ROM、RAM等により構成され、各種の情報を記憶する記憶部60と、CPU等のプロセッサにより構成され、各種の演算を行う制御部61と、外部装置(例えば、インフラ設備、集中管理装置、他の移動体等を含む。)との通信インターフェースである通信部62とを備える。 As a specific configuration thereof, the mobile control device 6 is composed of an HDD, SDD, ROM, RAM and the like, and is composed of a storage unit 60 for storing various information and a processor such as a CPU. It is provided with a control unit 61 that performs various calculations, and a communication unit 62 that is a communication interface between an external device (including, for example, an infrastructure facility, a centralized management device, another mobile body, and the like).

記憶部60は、ロボットRの目標位置P goal並びにロボットRの位置及び速度ベクトルを含む移動体情報600と、歩行者Hの位置及び速度ベクトルを含む歩行者情報601と、評価値J(詳細は後述する。)を算出するのに必要な各種の係数、条件、算出式等を含む設定情報602と、移動体制御プログラム603とを記憶する。 Storage unit 60, the moving body information 600 including the position and velocity vector of the target position P r goal and the robot R of the robot R, a pedestrian information 601 including the position and velocity vector of the pedestrian H, evaluation value J (details 602 stores setting information 602 including various coefficients, conditions, calculation formulas, etc. necessary for calculating (described later), and a moving body control program 603.

移動体情報600に含まれる目標位置P goalは、例えば、外部装置やロボットRの管理者等により設定されたものである。また、移動体情報600に含まれるロボットRの位置及び速度ベクトルは、過去の時点から現時点までの所定の期間分を蓄積したものであり、自位置検出ユニット3により検出された自位置及び進行方向の検出結果に基づいて現時点の情報が逐次更新される。なお、速度ベクトルは、所定の時間間隔で検出された自位置の変化量から算出されてもよい。 The target position P r goal included in the mobile information 600 is, for example, those set by the administrator or the like of the external device and the robot R. Further, the position and velocity vectors of the robot R included in the moving body information 600 are accumulated for a predetermined period from a past time point to the present time, and the own position and the traveling direction detected by the own position detection unit 3 The current information is updated sequentially based on the detection result of. The velocity vector may be calculated from the amount of change in the own position detected at a predetermined time interval.

歩行者情報601に含まれる歩行者Hの位置及び速度ベクトルは、過去の時点から現時点までの所定の期間分を蓄積したものであり、歩行者検出ユニット4により検出された歩行者Hの検出結果に基づいて現時点の情報が逐次更新される。なお、ロボットRの周辺に複数人の歩行者Hが存在する場合には、その複数人の歩行者Hの各々について歩行者情報601が記憶される。また、速度ベクトルは、所定の時間間隔で検出された歩行者Hの位置の変化量から算出されてもよい。 The position and speed vector of the pedestrian H included in the pedestrian information 601 is the accumulation of a predetermined period from the past time point to the present time, and the detection result of the pedestrian H detected by the pedestrian detection unit 4 The current information is updated sequentially based on. When a plurality of pedestrians H are present around the robot R, pedestrian information 601 is stored for each of the plurality of pedestrians H. Further, the velocity vector may be calculated from the amount of change in the position of the pedestrian H detected at a predetermined time interval.

制御部61は、移動体制御プログラム603を実行することにより、ロボットRの目標位置P goal並びにロボットRの位置及び速度ベクトルを含む移動体情報600を取得する移動体情報取得手段610、ロボットRの周囲に存在する歩行者Hの位置及び速度ベクトルを含む歩行者情報601を取得する歩行者情報取得手段611、移動体情報600及び歩行者情報601に基づいて、移動ユニット5に対する複数の移動パターンについて複数の評価値Jをそれぞれ算出する評価値算出手段612、及び、複数の評価値Jを比較することにより複数の移動パターンの中から特定の移動パターンを選択し、当該移動パターンによる移動指令に基づいて移動ユニット5を制御する移動制御手段613として機能する。 Control unit 61, by executing the mobile control program 603, the moving body information obtaining means 610 for obtaining mobile body information 600 including the position and velocity vector of the target position P r goal and the robot R of the robot R, the robot R A plurality of movement patterns for the movement unit 5 based on the pedestrian information acquisition means 611, the moving body information 600, and the pedestrian information 601 for acquiring the pedestrian information 601 including the position and speed vector of the pedestrian H existing around the vehicle. A specific movement pattern is selected from a plurality of movement patterns by comparing the evaluation value calculation means 612 for calculating a plurality of evaluation values J and the plurality of evaluation values J, and a movement command based on the movement pattern is issued. It functions as a movement control means 613 that controls the movement unit 5 based on the movement control unit 5.

評価値算出手段612が評価値Jを算出する際の算出式は、下記の(1)式により定義される。 The calculation formula when the evaluation value calculation means 612 calculates the evaluation value J is defined by the following formula (1).

Figure 2021163215
Figure 2021163215

また、複数の制御ステップに亘って算出される評価値Jの総和としての総合評価値Jsは、下記の(2)式により定義される。 Further, the total evaluation value Js as the sum of the evaluation values J calculated over the plurality of control steps is defined by the following equation (2).

Figure 2021163215
Figure 2021163215

上記の(1)、(2)式は、ロボットRの行動が周囲の歩行者Hに与える影響を、Social Force Model(SFM)と呼ばれるモデルの評価値Jを用いて、ロボットR及び歩行者Hの間に働く力(仮想引力及び仮想斥力)として表現したものである。 In the above equations (1) and (2), the influence of the behavior of the robot R on the surrounding pedestrian H is measured by the evaluation value J of the model called Social Force Model (SFM), and the robot R and the pedestrian H are used. It is expressed as the force acting between (virtual attraction and virtual repulsion).

すなわち、評価値算出手段612は、目標位置P goalにロボットRを引き付けるように作用する第1の仮想引力((1)、(2)式の第1項)と、ロボットRの前方に存在し、かつ、ロボットRと同じ方向に向かう歩行者HにロボットRを引き付けるように作用する第2の仮想引力((1)、(2)式の第2項)と、ロボットR側に向かう歩行者HとロボットRとの間に作用する第1の仮想斥力((1)、(2)式の第3項)と、ロボットR側に向かう歩行者Hと他の歩行者Hとの間に作用する第2の仮想斥力((1)、(2)式の第4項)とを合成することにより、評価値J又は総合評価値Jsを算出する。なお、上記の(1)、(2)式において、α、β、γは、各項のバランスを調整するための係数であり、シミュレーションや実機テスト等により適宜設定される。また、上記の(2)式において、各項にそれぞれ乗算されるw goal、wr,h goal、wr,h int、wh,h intは、各項の総和を0から1までの範囲に正規化するための係数である。 That is, the evaluation value calculation unit 612, a first virtual attractive force acting to attract the robot R to the target position P r goal ((1), (2) equation the first term of) and, in front of the robot R A second virtual attraction (the second term of equations (1) and (2)) that acts to attract the robot R to the pedestrian H heading in the same direction as the robot R, and walking toward the robot R side. Between the first virtual repulsive force acting between the person H and the robot R (the third term of equations (1) and (2)) and the pedestrian H and the other pedestrian H toward the robot R side. The evaluation value J or the total evaluation value Js is calculated by synthesizing the acting second virtual repulsive force (the fourth term of the equations (1) and (2)). In the above equations (1) and (2), α, β, and γ are coefficients for adjusting the balance of each term, and are appropriately set by simulation, actual machine test, or the like. Further, in the above (2), w r goal to be multiplied respectively in terms of w r, h goal, w r , h int, w h, h int is the sum of each term from 0 to 1 A coefficient for normalizing to a range.

図3は、目標位置P goalとロボットRとの間に作用する第1の仮想引力を示す模式図である。第1の仮想引力f goalは、図3に示すように、ロボットRの現在の速度ベクトルVを、目標位置P goalに向かってロボットRが移動するために必要となる要求速度ベクトル(目標位置到達速度ベクトル)V desiredに変更するための力として規定される。 Figure 3 is a schematic diagram showing a first virtual attractive force acting between the target position P r goal and the robot R. First virtual attractive force f r goal, as shown in FIG. 3, the request speed vector of the current velocity vector V r of the robot R, required for the robot R to move toward the target position P r goal ( Target position arrival velocity vector) It is defined as a force for changing to V r desired.

図4は、ロボットRの前方に存在し、かつ、ロボットRと同じ方向に向かう歩行者HとロボットRとの間に作用する第2の仮想引力と、第2の仮想引力に対する重み係数αの設定方法を示す模式図である。第2の仮想引力fr,hi goalは、図4に示すように、ロボットRの現在の速度ベクトルVを、ロボットRの前方に存在し、かつ、ロボットRと同じ方向に向かう歩行者Hに向かってロボットRが移動するために必要となる要求速度ベクトル(歩行者追従速度ベクトル)Vr,hi desiredに変更するための力として規定される。 FIG. 4 shows a second virtual attractive force existing in front of the robot R and acting between the pedestrian H and the robot R heading in the same direction as the robot R, and a weighting coefficient α i with respect to the second virtual attractive force. It is a schematic diagram which shows the setting method of. As shown in FIG. 4, the second virtual attractive force fr , hi goal is a pedestrian H that exists in front of the robot R and heads in the same direction as the robot R with the current velocity vector Vr of the robot R. toward the i request speed vector robot R is required to move (pedestrian tracking speed vector) V r, it is defined as the force for changing the hi Desired.

また、第2の仮想引力fr,hi goalに対する重み係数αは、下記の(3)式により設定される。 Further, the weighting coefficient α i with respect to the second virtual attractive force fr , hi goal is set by the following equation (3).

Figure 2021163215
Figure 2021163215

評価値算出手段612は、上記の(1)、(2)式により第2の仮想引力を評価値J又は総合評価値Jsに合成する際、上記の(3)式に基づいて重み係数αを設定する。したがって、評価値算出手段612は、ロボットRの前方に存在し、かつ、ロボットRと同じ方向に向かう歩行者H(図4では歩行者Hが該当する。)が、目標位置P goalに向かって歩行しているほど(角度|δ|が小さいほど)、当該歩行者HとロボットRとの間に作用する第2の仮想引力が大きくなるように、第2の仮想引力に対して重み付けを行う。図4に示す例では、歩行者Hに対する重み係数αが「cos|δ|」に設定され、歩行者H、Hに対する重み係数α、αが「0」に設定される。 When the evaluation value calculating means 612 synthesizes the second virtual attractive force into the evaluation value J or the comprehensive evaluation value Js by the above equations (1) and (2), the weighting coefficient α i is based on the above equation (3). To set. Accordingly, the evaluation value calculating means 612 in front of the robot R, and pedestrian H i (Fig. 4 pedestrian H 1 In corresponds.) Toward the same direction as the robot R, the target position P r goal The second virtual attraction that acts between the pedestrian Hi and the robot R becomes larger as the person walks toward the robot (the smaller the angle | δ i |). It is weighted. In the example shown in FIG. 4, the weighting factor alpha 1 for pedestrians H 1 is "cos | δ 1 |" is set in the weighting factor for the pedestrian H 2, H 3 α 2, α 3 are set to "0" NS.

その際、評価値算出手段612は、さらに、ロボットRの前方に存在し、かつ、ロボットRと同じ方向に向かう歩行者H(図4では歩行者Hが該当する。)と、ロボットRとの間の相対速度を考慮して、第2の仮想引力に対して重み付けを行うようにしてもよい。例えば、上記の(3)式の条件式に、「v desired−vhi<−1」という条件をさらに加えることにより、歩行者Hの速度がロボットRの速度に比べて遅い場合には、当該歩行者Hに対する重み係数αが「0」に設定されるようにしてもよい。 At that time, the evaluation value calculating means 612 further includes a pedestrian Hi (corresponding to the pedestrian H 1 in FIG. 4) existing in front of the robot R and heading in the same direction as the robot R, and the robot R. The second virtual attraction may be weighted in consideration of the relative speed between the two. For example, the condition of the above (3), by further adding a condition "v r desired -v hi <-1", if the speed of the pedestrian H i is slower than the speed of the robot R , it may be the weighting factor alpha i for the walker H i is set to "0".

図5は、ロボットR側に向かう歩行者HとロボットRとの間に作用する第1の仮想斥力と、第1の仮想斥力に対する重み係数βの設定方法を示す模式図である。第1の仮想斥力fr,hi intは、図5に示すように、歩行者HとロボットRとを結ぶ直線上において、ロボットR側とは反対方向に作用する力として規定される。第1の仮想斥力fr,hi intの大きさは、例えば、歩行者HとロボットRとの間の距離をパラメータとして、指数関数を含む所定の算出式に代入することにより算出される。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a method of setting a first virtual repulsive force acting between the pedestrian H and the robot R toward the robot R side and a weighting coefficient β i for the first virtual repulsive force. As shown in FIG. 5, the first virtual repulsive force fr, high int is defined as a force acting in the direction opposite to the robot R side on the straight line connecting the pedestrian H and the robot R. The size of the first virtual repulsive force f r, hi int, for example, as a parameter the distance between the pedestrian H i and the robot R, is calculated by substituting a predetermined calculation formula containing the exponential function.

また、第1の仮想斥力fr,hi intに対する重み係数βは、下記の(4)式により設定される。 Further, the weighting coefficient β i with respect to the first virtual repulsive force fr, hi int is set by the following equation (4).

Figure 2021163215
Figure 2021163215

評価値算出手段612は、上記の(1)、(2)式において第1の仮想斥力を評価値J又は総合評価値Jsに合成する際、上記の(4)式に基づいて重み係数βを設定する。したがって、評価値算出手段612は、ロボットR側に向かう歩行者H(図5では歩行者Hが該当する。)が、ロボットRに向かって歩行しているほど(角度|θ|が小さいほど)、当該歩行者HとロボットRとの間に作用する第1の仮想斥力が大きくなるように、第1の仮想斥力に対して重み付けを行う。図5に示す例では、歩行者H、Hに対する重み係数β、βが、歩行者Hに対する重み係数βよりも大きく設定される。 When the evaluation value calculating means 612 synthesizes the first virtual repulsive force into the evaluation value J or the comprehensive evaluation value Js in the above equations (1) and (2), the weighting coefficient β i is based on the above equation (4). To set. Therefore, in the evaluation value calculation means 612, the more the pedestrian Hi (corresponding to the pedestrian H 2 in FIG. 5) toward the robot R side is walking toward the robot R (angle | θ i |). The first virtual repulsive force acting between the pedestrian Hi and the robot R becomes larger), and the first virtual repulsive force is weighted. In the example shown in FIG. 5, the weighting factors β 2 and β 3 for pedestrians H 2 and H 3 are set to be larger than the weighting factors β 1 for pedestrian H 1.

なお、重み係数α、βは、上記の(3)式、(4)式にて三角関数を用いて設定する代わりに、例えば、シグモイド関数等の他の関数を用いて設定するようにしてもよい。 The weighting coefficients α i and β i are set by using other functions such as the sigmoid function instead of using the trigonometric function in the above equations (3) and (4). You may.

図6は、ロボットR側に向かう歩行者Hと他の歩行者Hとの間に作用する第2の仮想斥力を示す模式図である。第2の仮想斥力fhi,hj intは、図6に示すように、歩行者Hと他の歩行者Hとを結ぶ直線上において、歩行者側とは反対方向に作用する力として規定される。第2の仮想斥力fhi,hj intの大きさは、例えば、歩行者Hと他の歩行者Hとの間の距離をパラメータとして、指数関数を含む所定の算出式に代入することにより算出される。なお、複数の歩行者によりグループが形成されることを想定した場合、例えば、歩行者Hと他の歩行者Hとが異なるグループに属するときには、常に仮想斥力が作用するものとし、歩行者Hと他の歩行者Hとが同じグループに属するときには、所定の接近距離よりも接近すると、仮想斥力が作用し、所定の離間距離よりも離間すると、仮想引力が作用するようにしてもよい。 FIG. 6 is a schematic view showing a second virtual repulsive force acting between the pedestrian H toward the robot R side and another pedestrian H. Second virtual repulsive force f hi, hj int is defined, as shown in FIG. 6, on a straight line connecting the pedestrian H i and other pedestrian H j, as a force acting in the opposite direction to the pedestrian side Will be done. Second virtual repulsive force f hi, the magnitude of hj int, for example, the distance between the pedestrian H i and other pedestrian H j as a parameter, by substituting a predetermined calculation formula containing the exponential function It is calculated. Assuming that a group is formed by a plurality of pedestrians, for example, when the pedestrian Hi and another pedestrian H j belong to different groups, the virtual repulsive force always acts, and the pedestrian When Hi and other pedestrians H j belong to the same group, a virtual repulsive force acts when they are closer than a predetermined approach distance, and a virtual attractive force acts when they are separated from a predetermined distance. good.

(ロボットR及び移動体制御装置6の動作)
次に、ロボットRが歩行者Hが存在する環境を移動する際のロボットR及び移動体制御装置6の動作について説明する。
(Operation of robot R and mobile control device 6)
Next, the operation of the robot R and a mobile control unit 6 when moving the environment in which the robot R exists pedestrian H i.

図7は、本発明の実施形態に係る移動体制御装置6の動作を示すフローチャートである。図8は、移動パターンCs及び時系列移動パターンDの一例を示す図である。 FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the mobile control device 6 according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing an example of the movement pattern Cs and the time-series movement pattern Dk.

移動体制御装置6は、例えば、目標位置P goalが設定されて当該目標位置P goalへの移動が許可されたことを開始条件として、図7のフローチャートに示す一連の処理(移動体制御処理)を制御ステップ毎に繰り返し実行する。各制御ステップは、例えば、ロボットRの仕様(並進運動vや角速度ωの最大値、検出範囲40の半径等)や環境内の混雑状況等に応じて、所定の時間間隔(制御周期)が設定される。 Mobile control device 6, for example, that set the target position P r goal moving to the target position P r goal is permitted as a start condition, a series of processes (mobile control shown in the flowchart of FIG. 7 Processing) is repeatedly executed for each control step. For each control step, for example, a predetermined time interval (control cycle) is set according to the specifications of the robot R (translational motion v, maximum value of angular velocity ω, radius of detection range 40, etc.) and congestion in the environment. Will be done.

そして、移動体制御装置6が、制御ステップ毎に移動体制御処理を実行することにより、最新の移動体情報600及び歩行者情報601を逐次取得して、これらの移動体情報600及び歩行者情報601に応じた移動指令を移動ユニット5に逐次出力することで、歩行者Hとの衝突を回避しながらロボットRを目標位置P goalに向けて移動させる。その結果、ロボットRが目標位置P goalに到達することを終了条件として、移動体制御装置6の動作が終了する。なお、新たな目標位置P goalが設定された場合には、上述の動作が再度実行される。 Then, the moving body control device 6 sequentially acquires the latest moving body information 600 and pedestrian information 601 by executing the moving body control process for each control step, and these moving body information 600 and pedestrian information. the movement command corresponding to 601 by sequentially outputting the moving unit 5 is moved toward the robot R to the target position P r goal while avoiding a collision with a pedestrian H i. As a result, as the end condition that the robot R reaches the target position P r goal, operation of the mobile control device 6 is completed. In the case where the new target position P r goal has been set, the above-described operation is executed again.

また、移動体制御装置6は、上述したように、制御ステップ毎(各制御時刻)に、図7に示す移動体制御処理を実行する際、所定の制御時刻(T)において、図8に示すように、複数の移動パターンCs(vs,ωs)(s=1,2,…,M)の中から特定の移動パターンを選択し、移動指令C(v,ω)を出力する。 Further, as described above, when the mobile control device 6 executes the mobile control process shown in FIG. 7 for each control step (each control time), it is shown in FIG. 8 at a predetermined control time (T). as such, a plurality of travel patterns Cs (vs, ωs) (s = 1,2, ..., M S) to select a specific movement pattern from among outputs a movement command C (v, ω).

複数の移動パターンCsは、任意の並進速度vsと、任意の角速度ωsとの組み合わせを事前に用意したものである。図8に示す移動パターンCsの例では、5つの移動パターンC〜Cを用意し、並進速度vsを固定とし、角速度ωsを5段階で変更したものである。なお、複数の移動パターンCsは、並進速度vsを変更したものを組み合わせてもよいし、並進速度vs及び角速度ωsの両方を変更したものを組み合わせてもよい。 The plurality of movement patterns Cs are prepared in advance in combination with an arbitrary translational velocity vs. an arbitrary angular velocity ωs. In the example of the movement pattern Cs shown in FIG. 8, five movement patterns C 1 to C 5 are prepared, the translational velocity vs. is fixed, and the angular velocity ωs is changed in five steps. The plurality of movement patterns Cs may be combined with those in which the translational velocity vs. are changed, or those in which both the translational velocity vs. the angular velocity ωs are changed may be combined.

さらに、移動体制御装置6は、評価値Jの算出に際して、制御時刻(T)から所定の制御ステップ数Mまで先の制御時刻(T+M)に対して、複数の移動パターンCs(T+t)をツリー構造状に時系列で組み合わせた複数の時系列移動パターンD={Cs(T+1),(T+2),…,Cs(T+M)}を用いて、特定の移動パターンを選択する。図8に示す時系列移動パターンDの例では、制御時刻(T+1)から制御時刻(T+M)までの間、直進の移動パターンCを組み合わせたものであり、時系列移動パターンD={C(T+1),C(T+2),…,C(T+M)}として構成される。なお、複数の時系列移動パターンD(k=1,2,…,M)は、例えば、複数の移動パターンCsのパターン数Mが5つであって、制御ステップ数Mが4回である場合には、複数の時系列移動パターンDの組み合わせ数Mは、「5」個が存在することになる。 Further, when calculating the evaluation value J, the moving body control device 6 has a plurality of movement patterns Cs (T + t) with respect to the control time (T + M t ) ahead of the control time (T) to the predetermined number of control steps M t. A specific movement pattern is selected using a plurality of time-series movement patterns D k = {Cs (T + 1), (T + 2), ..., Cs (T + M t )}, which are a combination of the above in a tree structure in time series. In the example of time-series moving pattern D 1 shown in FIG. 8, between the control time (T + 1) to control time (T + M t), it is a combination of movement patterns C 1 rectilinear, the time-series moving pattern D 1 = It is configured as {C 1 (T + 1), C 1 (T + 2), ..., C 1 (T + M t )}. In the plurality of time-series movement patterns D k (k = 1, 2, ..., M k ), for example, the number of patterns M s of the plurality of movement patterns Cs is 5, and the number of control steps M t is 4. If it is round, the number of combinations M k of the plurality of time-series moving pattern D k would "5 4" number is present.

図7に示す移動体制御処理において、まず、移動体情報取得手段610が、ロボットRの目標位置P goal並びにロボットRの位置P及び速度ベクトルvを含む移動体情報600を取得する(ステップS10)。ここでは、移動体情報取得手段610は、記憶部60から移動体情報600を読み出すものとするが、自位置検出ユニット3から移動体情報600を直接取得してもよい。 In a mobile control processing shown in FIG. 7, first, the moving body information obtaining unit 610 obtains mobile body information 600 including the position P r and the velocity vector v r of the target position P r goal and the robot R of the robot R ( Step S10). Here, the mobile information acquisition means 610 reads the mobile information 600 from the storage unit 60, but the mobile information 600 may be acquired directly from the own position detection unit 3.

次に、歩行者情報取得手段611が、ロボットRの検出範囲40内に存在する歩行者Hの位置Phi及び速度ベクトルvhiを含む歩行者情報601を取得する(ステップS20)。ここでは、歩行者情報取得手段611は、記憶部60から歩行者情報601を読み出すものとするが、歩行者検出ユニット4から歩行者情報601を直接取得してもよいし、通信部62を介して外部装置から歩行者情報601を取得してもよい。 Then, the pedestrian information acquiring unit 611 acquires pedestrian information 601 including the position P hi and velocity vector v hi pedestrian H i present in a detection range 40 of the robot R (step S20). Here, the pedestrian information acquisition means 611 reads the pedestrian information 601 from the storage unit 60, but the pedestrian information 601 may be directly acquired from the pedestrian detection unit 4 or via the communication unit 62. Pedestrian information 601 may be acquired from an external device.

次に、評価値算出手段612が、変数kを「1」に初期化し(ステップS30)、複数の時系列移動パターンDの中から処理対象の時系列移動パターンDを選択する(ステップS31)。 Next, the evaluation value calculation means 612 initializes the variable k to “1” (step S30), and selects the time-series movement pattern D k to be processed from the plurality of time-series movement patterns D k (step S31). ).

次に、評価値算出手段612が、変数tを「1」に初期化し(ステップS32)、処理対象の時系列移動パターンDに含まれる処理対象の移動パターンCs(T+t)を選択する(ステップS33)。そして、その移動パターンCs(T+t)に従ってロボットRが移動し、ロボットRの位置及び速度ベクトルが変更されたと仮定し、その仮定の下で移動体情報(ロボットRの位置及び速度ベクトル)、及び、歩行者情報(歩行者Hの位置及び速度ベクトル)を予測(更新)する(ステップS34)。さらに、評価値算出手段612は、その予測した移動体情報及び歩行者情報に基づいて、上記の(1)式により評価値Jを算出する(ステップS35)。 Next, the evaluation value calculation means 612 initializes the variable t to “1” (step S32) and selects the movement pattern Cs (T + t) of the processing target included in the time-series movement pattern Dk of the processing target (step). S33). Then, it is assumed that the robot R moves according to the movement pattern Cs (T + t) and the position and velocity vector of the robot R is changed. pedestrian information (position and velocity vector of the pedestrian H i) predict the (updated) (step S34). Further, the evaluation value calculation unit 612, based on the predicted moving body information and pedestrian information, calculates an evaluation value J t by the above equation (1) (step S35).

次に、評価値算出手段612が、変数tをインクリメントして(ステップS36:Yes)、ステップS33に戻り、処理対象の移動パターンCs(T+t)を次に変更した状態で上記のステップS34、S35を制御ステップ数M回分繰り返した後、変数tのループ処理を抜ける(ステップS36:No)。 Next, the evaluation value calculating means 612 increments the variable t (step S36: Yes), returns to step S33, and then changes the movement pattern Cs (T + t) to be processed, and then steps S34 and S35 described above. Is repeated M t times for the number of control steps, and then the loop processing of the variable t is exited (step S36: No).

そして、評価値算出手段612が、ステップS35で時系列順にそれぞれ算出された各制御時刻における複数の評価値J(t=1,2、…M)を加算することにより、すなわち、上記の(2)式により、処理対象の時系列移動パターンDに対する総合評価値Jsを算出する(ステップS37)。なお、ステップ35にて評価値Jの算出を省略し、ステップS37にて総合評価値Jsを算出するだけでもよい。 Then, the evaluation value calculation means 612 adds a plurality of evaluation values J t (t = 1, 2, ... M t ) at each control time calculated in chronological order in step S35, that is, the above. (2) below, to calculate the overall evaluation value Js k for the time-series moving pattern D k to be processed (step S37). It should be noted that, omitting the calculation of the evaluation value J t at step 35, may be only for calculating the overall evaluation value Js k at step S37.

ここで、上述したように、変数tのループ処理によりステップS33〜S35が繰り返されることで、各制御時刻におけるロボットR及び歩行者Hの状態(移動体情報及び歩行者情報))が累積的に予測(更新)された結果に基づいて評価値Jが算出される。そのため、ステップS37で算出される総合評価値Jsには、ロボットRが時系列移動パターンDで移動したときの環境、すなわち、現在の制御時刻(T)から制御ステップ数Mまで先の制御時刻(T+M)の各々の制御時刻における、ロボットRがロボットR側に向かってくる歩行者Hに与える影響(第1の仮想斥力)や、当該歩行者Hが他の歩行者Hに与える影響(第2の仮想斥力)が累積的に反映されている。 Here, as described above, by the steps S33~S35 are repeated by the loop processing of the variable t, the state of the robot R and pedestrians H i at each control time (mobile information and pedestrian information)) Cumulative The evaluation value Jt is calculated based on the result predicted (updated) in. Therefore, the overall evaluation value Js k calculated in step S37, the environment when the robot R moves in time series moving pattern D k, i.e., the previous from the current control time (T) to control the number of steps M t The effect of the robot R on the pedestrian H approaching the robot R side (first virtual repulsive force) at each control time of the control time (T + M t), and the pedestrian H exerting on other pedestrians H. The effect (second virtual repulsion) is cumulatively reflected.

次に、評価値算出手段612は、変数kをインクリメントして(ステップS38:Yes)、処理対象の時系列移動パターンDを次に変更し、上記のステップS31〜S37を、時系列移動パターンDの組み合わせ数M分繰り返した後、変数kのループ処理を抜ける(ステップS38:No)。 Next, the evaluation value calculation means 612 increments the variable k (step S38: Yes), then changes the time-series movement pattern D k to be processed, and performs the above steps S31 to S37 in the time-series movement pattern. After repeating the combination number of D k for M k , the loop processing of the variable k is exited (step S38: No).

次に、移動制御手段613は、ステップS37でそれぞれ算出された複数の総合評価値Js(k=1,2,…,M)を比較することにより、複数の時系列移動パターンDの中から最小の総合評価値に対応する特定の時系列移動パターンDを選択する(ステップS40)。そして、移動制御手段613は、当該時系列移動パターンDに含まれる、最先の制御ステップの移動パターンCs(T+1)による移動指令C(v,ω)を移動ユニット5に出力することにより、移動ユニット5を制御する(ステップS41)。 Next, the movement control unit 613, a plurality of total evaluation values calculated at steps S37 Js k (k = 1,2, ..., M k) by comparing, for a plurality of time-series moving pattern D k A specific time-series movement pattern D corresponding to the minimum comprehensive evaluation value is selected from among them (step S40). Then, the movement control means 613 moves by outputting the movement command C (v, ω) according to the movement pattern Cs (T + 1) of the earliest control step included in the time-series movement pattern D to the movement unit 5. The unit 5 is controlled (step S41).

以上のようにして、移動体制御装置6が、図7に示す移動体制御処理を所定の制御周期毎に実行し、移動指令C(v,ω)に基づいて移動ユニット5を制御することで、歩行者Hとの衝突を回避しながらロボットRを目標位置P goalに移動させる。 As described above, the mobile body control device 6 executes the mobile body control process shown in FIG. 7 at predetermined control cycles, and controls the mobile unit 5 based on the movement command C (v, ω). , move the robot R to the target position P r goal while avoiding a collision with a pedestrian H i.

(シミュレーションによる解析結果)
次に、移動体制御装置6により制御されたロボットRが移動する状況を、シミュレーションにより解析した結果について説明する。
(Analysis result by simulation)
Next, the result of analyzing the situation in which the robot R controlled by the moving body control device 6 moves by simulation will be described.

(第2の仮想引力の有無による比較)
図9は、第2の仮想引力を「無し」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。図10は、第2の仮想引力を「有り」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。
(Comparison with and without the second virtual attraction)
FIG. 9 is a diagram showing an analysis result simulating the movement state of the robot R when the second virtual attractive force is set to “none”. FIG. 10 is a diagram showing an analysis result simulating the movement state of the robot R when the second virtual attractive force is set to “Yes”.

図9に示すように、第2の仮想引力を「無し」に設定した場合、ロボットRは、ロボットRの前方からロボットR側に向かってくる4人の歩行者H〜H(グループ1)の左側を通過するようにすれ違う。 As shown in FIG. 9, when the second virtual attractive force is set to "none", the robot R is a four pedestrians H 1 to H 4 (group 1) coming from the front of the robot R toward the robot R side. ) Pass by on the left side.

一方、図10に示すように、第2の仮想引力を「有り」に設定した場合、評価値Jの算出に際して、ロボットRの前方に存在し、かつ、ロボットRと同じ方向に向かう2人の歩行者H、H(グループ2)にロボットRを引き付けるように作用する第2の仮想引力が考慮される。そのため、ロボットRは、図10(a),(b)に示すように、2人の歩行者H、H(グループ2)に追従するように、右前方に進路を変更し、ロボットRの前方からロボットR側に向かってくる4人の歩行者H〜H(グループ1)の右側を通過するようにすれ違う。 On the other hand, as shown in FIG. 10, when the second virtual attractive force is set to "Yes", two people who are in front of the robot R and head in the same direction as the robot R when calculating the evaluation value J A second virtual attraction that acts to attract the robot R to the pedestrians H 5 and H 6 (group 2) is considered. Therefore, the robot R, as shown in FIG. 10 (a), (b), so as to follow the two pedestrian H 5, H 6 (Group 2), and diverted to the right front, the robot R pass each other pedestrian H 1 to H 4 from the front of the four coming towards the robot R side so as to pass through the right side of (group 1).

図11は、第2の仮想引力を「無し」に設定した場合(図9)と、第2の仮想引力を「有り」に設定した場合(図10)との間でロボットRの移動状況を比較した比較結果を示す図である。 FIG. 11 shows the movement status of the robot R between the case where the second virtual attraction is set to “none” (FIG. 9) and the case where the second virtual attraction is set to “yes” (FIG. 10). It is a figure which shows the comparison result of comparison.

第2の仮想引力が「無し」の場合には、4人の歩行者H〜H(グループ1)とロボットRとが正対するため、4人の歩行者H〜H(グループ1)がロボットRから受ける斥力(影響)が大きくなる。一方、第2の仮想引力が「有り」の場合には、4人の歩行者H〜H(グループ1)から見ると、ロボットRは、2人の歩行者H、H(グループ2)の後方に隠れるように位置するため、4人の歩行者H〜H(グループ1)がロボットRから受ける斥力(影響)が小さくなる。これにより、ロボットRが、2人の歩行者H、H(グループ2)に追従することで、他の歩行者H〜H(グループ1)に与える影響を低減し、周囲の歩行者と調和して移動できることが分かった。 If the second virtual attraction is "no", in order to directly facing the robot R transgressions 4 pedestrians H 1 ~H 4 (group 1), 4 pedestrians H 1 ~H 4 (group 1 ) Receives a large repulsive force (influence) from the robot R. On the other hand, when the second virtual attraction is "Yes", when viewed from four of the pedestrian H 1 ~H 4 (group 1), the robot R, 2 pedestrians H 5, H 6 (Group to position so as to be hidden behind the 2), 4 pedestrians H 1 to H 4 (group 1) repulsive force (impact) is reduced to receive from the robot R. As a result, the robot R follows two pedestrians H 5 and H 6 (group 2), thereby reducing the influence on other pedestrians H 1 to H 4 (group 1) and walking around. It turned out that it can move in harmony with the person.

(第2の仮想斥力の有無による比較)
図12は、第2の仮想斥力を「無し」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。図13は、第2の仮想斥力を「有り」に設定した場合のロボットRの移動状況をシミュレーションした解析結果を示す図である。
(Comparison with and without the second virtual repulsion)
FIG. 12 is a diagram showing an analysis result simulating the movement state of the robot R when the second virtual repulsive force is set to “none”. FIG. 13 is a diagram showing an analysis result simulating the movement state of the robot R when the second virtual repulsive force is set to “Yes”.

図12に示すように、第2の仮想斥力を「無し」に設定した場合、ロボットRは、ロボットRのやや左側前方からロボットR側に向かってくる4人の歩行者H〜H(グループ1)と、ロボットRのやや右側前方からロボットR側に向かってくる1人の歩行者H(グループ2)との間を割るようにすれ違う。 As shown in FIG. 12, when the second virtual repulsive force is set to "None", the robot R is a four pedestrians H 1 to H 4 (4 pedestrians H 1 to H 4) approaching the robot R side from a slightly left front of the robot R. group 1), pass each other to divide between the robot 1 pedestrians H slightly coming toward the right front to the robot R side of the R 5 (group 2).

一方、図13に示すように、第2の仮想斥力を「有り」に設定した場合、評価値Jの算出に際して、ロボットR側に向かう5人の歩行者H〜Hの各々と、他の歩行者(例えば、歩行者Hに対する他の歩行者としては、4人の歩行者H〜Hが該当する。)との間に作用する第2の仮想斥力が考慮される。そのため、ロボットRは、4人の歩行者H〜H(グループ1)と、1人の歩行者H(グループ2)との間を割ることで歩行者間に作用する第2の仮想斥力が増大しないように、5人の歩行者H〜Hを回避するため、右前方に進路を変更し、5人の歩行者H〜Hの右側を通過するようにすれ違う。 On the other hand, as shown in FIG. 13, when the second virtual repulsive force is set to "Yes", each of the five pedestrians H 1 to H 5 heading toward the robot R side and others when calculating the evaluation value J, etc. pedestrian (e.g., other pedestrian against pedestrians H 1, pedestrian H 2 to H 5 of four applicable.) second virtual repulsive force acting between the are considered. Therefore, the robot R acts between pedestrians by dividing between four pedestrians H 1 to H 4 (group 1) and one pedestrian H 5 (group 2). as the repulsive force is not increased, to avoid the pedestrian H 1 to H 5 of 5 people, and diverted to the right front, pass each other so as to pass through the five right pedestrian H 1 to H 5.

図14は、第2の仮想斥力を「無し」に設定した場合(図12)と、第2の仮想斥力を「有り」に設定した場合(図13)との間でロボットRの移動状況を比較した比較結果を示す図である。 FIG. 14 shows the movement status of the robot R between the case where the second virtual repulsive force is set to “none” (FIG. 12) and the case where the second virtual repulsive force is set to “yes” (FIG. 13). It is a figure which shows the comparison result of comparison.

第2の仮想斥力が「無し」の場合には、ロボットRが、4人の歩行者H〜H(グループ1)と、1人の歩行者H(グループ2)との間を通過する前後の時間帯(図12(b))において、5人の歩行者H〜HがロボットRから受ける斥力(影響力)力が大きくなる。 If the second virtual repulsive force is "None", passing the robot R, and 4 pedestrians H 1 to H 4 (Group 1), between 1 pedestrians H 5 (Group 2) in time period before and after (FIG. 12 (b)), pedestrian H 1 to H 5 of five repulsion (impact) force is increased to receive from the robot R.

一方、第2の仮想斥力が「有り」の場合には、5人の歩行者H〜Hから見ると、ロボットRが自発的に回避するように進路を変更するため、5人の歩行者H〜HがロボットRから受ける力が小さくなる。これにより、ロボットRが、歩行者H〜Hに与える影響を低減し、周囲の歩行者と調和して移動できることが分かった。 On the other hand, if the second virtual repulsive force is "present", when viewed from 5 pedestrians H 1 to H 5, for changing the path to the robot R to avoid spontaneous, five walking The force that the persons H 1 to H 5 receive from the robot R becomes smaller. Thus, the robot R is to reduce the impact on the pedestrian H 1 to H 5, was found to be moving in harmony with the surrounding pedestrian.

(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and can be appropriately modified without departing from the technical idea of the present invention.

例えば、上記実施形態では、移動体1は、自走式のロボットRであるものとして説明したが、移動体1としては、自走式のロボットRに限られず、例えば、自走式の搬送台車や掃除機等でもよい。 For example, in the above embodiment, the moving body 1 has been described as being a self-propelled robot R, but the moving body 1 is not limited to the self-propelled robot R, for example, a self-propelled transport trolley. Or a vacuum cleaner.

また、上記実施形態では、移動体1の移動ユニット5は、複数の車輪50を備えるものとして説明したが、移動ユニット5は、複数の車輪50として、例えば、オムニホイールを備えるものでもよいし、複数の車輪50に代えて、二足歩行を行う歩行機構を備えるものでもよい。 Further, in the above embodiment, the moving unit 5 of the moving body 1 has been described as having a plurality of wheels 50, but the moving unit 5 may have a plurality of wheels 50, for example, an omni wheel. Instead of the plurality of wheels 50, a walking mechanism for bipedal walking may be provided.

また、上記実施形態では、移動体制御装置6が、図8に示す時系列移動パターンを用いるものとして説明したが、単一の移動パターンを用いるものでもよく、その場合には、図7に示すフローチャート(移動体制御処理)において、M=1として処理し、評価値Jを算出すればよい。 Further, in the above embodiment, the mobile control device 6 has been described as using the time-series movement pattern shown in FIG. 8, but a single movement pattern may be used, and in that case, it is shown in FIG. In the flowchart (moving body control process), the process may be performed with M t = 1 and the evaluation value J may be calculated.

また、上記実施形態では、移動体1が移動体制御装置6を備えるものとして説明したが、移動体制御装置6が、移動体1と各種の情報を通信可能に構成されることで、移動体1とは別体の装置に備えられたものでもよい。 Further, in the above embodiment, the moving body 1 has been described as including the moving body control device 6, but the moving body control device 6 is configured to be able to communicate various information with the moving body 1 so that the moving body 1 can communicate with the moving body 1. It may be provided in a device separate from 1.

また、上記実施形態では、移動体制御プログラム603は、記憶部60に記憶されたものとして説明したが、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されてもよい。また、移動体制御プログラム603は、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供されてもよい。 Further, in the above embodiment, the mobile control program 603 has been described as being stored in the storage unit 60, but it can be read by a computer such as a CD-ROM or DVD in an installable format or an executable format file. It may be recorded and provided on various recording media. Further, the mobile control program 603 may be provided by storing it on a computer connected to a network such as the Internet and downloading it via the network.

1…移動体(ロボットR)、2…本体、3…自位置検出ユニット、
4…歩行者検出ユニット、5…移動ユニット(移動手段)、
6…移動体制御装置、7…電源、
40…検出範囲、50…車輪、51…電動モータ、
60…記憶部、61…制御部、62…通信部、
600…移動体情報、601…歩行者情報、
602…設定情報、603…移動体制御プログラム、
610…移動体情報取得手段、611…歩行者情報取得手段、
612…評価値算出手段、613…移動制御手段、
H、H、H〜H…歩行者
1 ... mobile body (robot R), 2 ... main body, 3 ... self-position detection unit,
4 ... Pedestrian detection unit, 5 ... Moving unit (means of transportation),
6 ... mobile control device, 7 ... power supply,
40 ... detection range, 50 ... wheels, 51 ... electric motor,
60 ... storage unit, 61 ... control unit, 62 ... communication unit,
600 ... mobile information, 601 ... pedestrian information,
602 ... Setting information, 603 ... Mobile control program,
610 ... Mobile information acquisition means, 611 ... Pedestrian information acquisition means,
612 ... Evaluation value calculation means, 613 ... Movement control means,
H, H i, H 1 ~H 6 ... pedestrian

Claims (7)

歩行者が存在する環境において所定の目標位置に移動体を移動させるように、前記移動体の移動手段を制御する移動体制御装置であって、
前記目標位置並びに前記移動体の位置及び速度ベクトルを含む移動体情報を取得する移動体情報取得手段と、
前記移動体の周囲に存在する前記歩行者の位置及び速度ベクトルを含む歩行者情報を取得する歩行者情報取得手段と、
前記移動体情報及び前記歩行者情報に基づいて、前記移動手段に対する複数の移動パターンの各々について、複数の評価値をそれぞれ算出する評価値算出手段と、
前記複数の評価値を比較することにより前記複数の移動パターンの中から特定の移動パターンを選択し、当該移動パターンによる移動指令に基づいて前記移動手段を制御する移動制御手段とを備え、
前記評価値算出手段は、
前記目標位置に前記移動体を引き付けるように作用する第1の仮想引力と、
前記移動体の前方に存在し、かつ、前記移動体と同じ方向に向かう前記歩行者に前記移動体を引き付けるように作用する第2の仮想引力と、
前記移動体側に向かう前記歩行者と前記移動体との間に作用する第1の仮想斥力と、
前記移動体側に向かう前記歩行者と他の歩行者との間に作用する第2の仮想斥力とを合成することにより、前記評価値を算出する、
ことを特徴とする移動体制御装置。
A moving body control device that controls the moving means of the moving body so as to move the moving body to a predetermined target position in an environment where a pedestrian exists.
A moving body information acquisition means for acquiring moving body information including the target position, the position of the moving body, and a velocity vector, and
A pedestrian information acquisition means for acquiring pedestrian information including the position and speed vector of the pedestrian existing around the moving body, and
An evaluation value calculating means for calculating a plurality of evaluation values for each of the plurality of movement patterns for the moving means based on the moving body information and the pedestrian information.
A movement control means for selecting a specific movement pattern from the plurality of movement patterns by comparing the plurality of evaluation values and controlling the movement means based on a movement command according to the movement pattern is provided.
The evaluation value calculation means is
A first virtual attraction that acts to attract the moving object to the target position,
A second virtual attraction that exists in front of the moving body and acts to attract the moving body to the pedestrian heading in the same direction as the moving body.
A first virtual repulsive force acting between the pedestrian and the moving body toward the moving body side,
The evaluation value is calculated by synthesizing a second virtual repulsive force acting between the pedestrian toward the moving body side and another pedestrian.
A mobile control device characterized by the fact that.
前記評価値算出手段は、
前記第2の仮想引力を合成する際、
前記移動体の前方に存在し、かつ、前記移動体と同じ方向に向かう前記歩行者が、前記目標位置に向かって歩行しているほど、当該歩行者と前記移動体との間に作用する前記第2の仮想引力が大きくなるように、前記第2の仮想引力に対して重み付けを行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の移動体制御装置。
The evaluation value calculation means is
When synthesizing the second virtual attraction
The more the pedestrian who exists in front of the moving body and heads in the same direction as the moving body walks toward the target position, the more the pedestrian acts between the pedestrian and the moving body. The second virtual attraction is weighted so that the second virtual attraction becomes large.
The mobile control device according to claim 1.
前記評価値算出手段は、
前記第2の仮想引力を合成する際、
前記移動体の前方に存在し、かつ、前記移動体と同じ方向に向かう前記歩行者と、前記移動体との間の相対速度を考慮して、前記第2の仮想引力に対して重み付けを行う、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動体制御装置。
The evaluation value calculation means is
When synthesizing the second virtual attraction
Weighting is performed on the second virtual attraction in consideration of the relative speed between the pedestrian existing in front of the moving body and heading in the same direction as the moving body and the moving body. ,
The mobile control device according to claim 1 or 2, wherein the mobile control device is characterized by the above.
前記評価値算出手段は、
前記第1の仮想斥力を合成する際、
前記移動体側に向かう前記歩行者が、前記移動体に向かって歩行しているほど、当該歩行者と前記移動体との間に作用する前記第1の仮想斥力が大きくなるように、前記第1の仮想斥力に対して重み付けを行う、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の移動体制御装置。
The evaluation value calculation means is
When synthesizing the first virtual repulsive force
The first virtual repulsive force acting between the pedestrian and the moving body increases as the pedestrian heading toward the moving body walks toward the moving body. Weighting the virtual repulsive force of
The mobile control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the mobile control device is characterized by the above.
前記評価値算出手段は、
所定の制御時刻から所定の制御ステップ数まで先の制御時刻に対して、複数の移動パターンを時系列で組み合わせた複数の時系列移動パターンの各々について、前記時系列移動パターンに含まれる前記複数の移動パターンに従って前記移動体が移動したと仮定したときの前記移動体情報及び前記歩行者情報を累積的に予測し、その予測した前記移動体情報及び前記歩行者情報に基づく各制御時刻における前記評価値を加算することにより、総合評価値をそれぞれ算出し、
前記移動制御手段は、
前記複数の総合評価値を比較することにより前記複数の時系列移動パターンの中から特定の時系列移動パターンを選択し、当該時系列移動パターンに含まれる、最先の前記制御ステップの移動パターンによる移動指令に基づいて前記移動手段を制御する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の移動体制御装置。
The evaluation value calculation means is
For each of the plurality of time-series movement patterns in which a plurality of movement patterns are combined in time series with respect to the control time ahead from the predetermined control time to the predetermined number of control steps, the plurality of movement patterns included in the time-series movement pattern. The moving body information and the pedestrian information when it is assumed that the moving body has moved according to the movement pattern are cumulatively predicted, and the evaluation at each control time based on the predicted moving body information and the pedestrian information. By adding the values, the comprehensive evaluation value is calculated respectively.
The movement control means
A specific time-series movement pattern is selected from the plurality of time-series movement patterns by comparing the plurality of comprehensive evaluation values, and the movement pattern of the earliest control step included in the time-series movement pattern is used. Control the moving means based on the moving command,
The mobile control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the mobile control device is characterized by the above.
コンピュータを、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載された移動体制御装置として機能させる、
ことを特徴とする移動体制御プログラム。
The computer functions as the mobile control device according to any one of claims 1 to 5.
A mobile control program characterized by this.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載された移動体制御装置を備える、
ことを特徴とする移動体。
The mobile control device according to any one of claims 1 to 5 is provided.
A mobile body characterized by that.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023082492A1 (en) * 2021-11-09 2023-05-19 中国民航大学 Path expansion and passage method for manned robot in terminal building

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