JP2021189508A - Robot, moving path generation device and program thereof, and movement prediction device - Google Patents
Robot, moving path generation device and program thereof, and movement prediction device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021189508A JP2021189508A JP2020091089A JP2020091089A JP2021189508A JP 2021189508 A JP2021189508 A JP 2021189508A JP 2020091089 A JP2020091089 A JP 2020091089A JP 2020091089 A JP2020091089 A JP 2020091089A JP 2021189508 A JP2021189508 A JP 2021189508A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movement
- robot
- route
- agent
- obstacle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 60
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 121
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 37
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 230000006998 cognitive state Effects 0.000 claims description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 abstract 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 78
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 32
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 208000019901 Anxiety disease Diseases 0.000 description 4
- 230000036506 anxiety Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004800 psychological effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
本発明は、多数の人間や物体等の障害物が存在する混雑環境下においても、適切な自律移動を可能にするロボットと、当該ロボットの移動経路を生成するための移動経路生成装置及びそのプログラム、並びに、移動予測装置に関する。 The present invention is a robot that enables appropriate autonomous movement even in a congested environment where many obstacles such as humans and objects exist, a movement route generation device for generating the movement route of the robot, and a program thereof. , And the movement prediction device.
近時において、人間との共存環境下で自律的に移動可能となるロボットが出現している。当該ロボットとしては、所定のスタート地点からゴール地点まで自律移動する際に、周囲の人間を含む障害物の状況をセンシングし、当該障害物との将来的な干渉を回避しながら移動するものがある。このようなロボットにおいては、単に一方的に人間を避けるだけではなく、人間の動きや他の障害物等に配慮し、干渉を効果的に避けるための人間との協調的な動作が要求される。すなわち、当該環境下での移動時には、干渉回避動作や停止動作等、人間の動作に対して受動的な動作に加え、当該動作を通じてロボットの行動意図を人間に伝達し、人間自身の干渉回避行動を能動的に働きかけることが必要となる。例えば、ロボットの移動経路上に、ロボットがすり抜けられない程の隙間を介して多くの人間が密集しているような場合に、当該隙間に向ってロボットを移動させつつも、ロボットの通路を確保するために、前記隙間の周囲の人間に移動を促す必要が生じる。 Recently, robots that can move autonomously in a coexisting environment with humans have appeared. Some robots move autonomously from a predetermined start point to a goal point while sensing the situation of obstacles including surrounding humans and avoiding future interference with the obstacles. .. In such robots, it is required not only to avoid humans unilaterally, but also to consider human movements and other obstacles, and to cooperate with humans to effectively avoid interference. .. That is, when moving in the environment, in addition to passive movements such as interference avoidance movements and stop movements, the robot's action intention is transmitted to humans through the movements, and the human own interference avoidance behaviors. It is necessary to actively work on. For example, when many people are crowded on the robot's movement path through a gap that the robot cannot slip through, the robot's passage is secured while moving the robot toward the gap. In order to do so, it becomes necessary to encourage people around the gap to move.
そこで、本発明者らは、自身の研究成果として、前述の働きかけを踏まえた経路を計画して移動するロボットを種々提案している(特許文献1、2等参照)。特に、特許文献2においては、人間との干渉が予測される場合に、人間からある程度の空間を隔ててすれ違う移動のみならず、状況に応じて人間に接近若しくは接触しながら移動する協調移動手法が開示されている。 Therefore, as a result of their own research, the present inventors have proposed various robots that plan and move a route based on the above-mentioned action (see Patent Documents 1, 2, etc.). In particular, in Patent Document 2, when interference with a human is predicted, not only the movement of passing by a certain space from the human but also the coordinated movement method of moving while approaching or contacting the human depending on the situation is used. It has been disclosed.
また、特許文献3には、人間とすれ違う際に人間に与える不安感を低減しつつ、より短い移動距離で目的地に移動する自律移動装置が開示されている。この自律移動装置では、周囲の環境に応じて複数の移動経路を計算し、各移動経路について、それらの長さに対応する動作効率の順位付けを行う移動経路計算部と、動作効率の順位に従って移動候補を選択する移動候補選択部と、移動候補選択部で選択された移動候補について周囲の人間に不安感を与えるか否かを判断する斥力判定部と、人間に不安感を与えない最も動作効率の良い順位の移動候補を移動経路とする誘導動作指示部とを備えている。前記斥力判定部では、自律移動装置から人間に与える仮想的な斥力を算出し、当該斥力が大きい程、人間に不安感を与えるとして、予め設定された斥力の閾値を基準に不安感の有無が判定される。ここでの斥力の算出には、公知のSFM(Social Force Model)が用いられる。このSFMは、歩行者等の移動可能なエージェントが複数存在する環境中に仮想的な力を導入し、エージェントに対する目的地からの引力と、静止状態の壁等の障害物であるオブジェクトや他のエージェントからの斥力とをそれぞれ合成することにより、エージェントの移動を予測するモデルである。 Further, Patent Document 3 discloses an autonomous mobile device that moves to a destination with a shorter travel distance while reducing anxiety given to the human when passing by the human. In this autonomous mobile device, a movement route calculation unit that calculates a plurality of movement routes according to the surrounding environment and ranks the operation efficiency corresponding to their lengths for each movement route, and a movement route calculation unit according to the order of the operation efficiency. A movement candidate selection unit that selects a movement candidate, a repulsive force determination unit that determines whether or not the movement candidate selected by the movement candidate selection unit gives anxiety to surrounding people, and the most motion that does not give anxiety to humans. It is equipped with a guidance operation instruction unit that uses a movement candidate in an efficient order as a movement route. The repulsive force determination unit calculates a virtual repulsive force given to a human from an autonomous moving device, and considers that the larger the repulsive force is, the more anxious the human is, and whether or not there is anxiety based on a preset threshold value of the repulsive force. It is judged. A known SFM (Social Force Model) is used for the calculation of the repulsive force here. This SFM introduces a virtual force in an environment where there are multiple movable agents such as pedestrians, attracting the agent from the destination, objects that are obstacles such as stationary walls, and other objects. It is a model that predicts the movement of the agent by synthesizing the repulsive force from the agent.
人間が多く存在する混雑環境下でロボットを自律的に移動させる場合、密接した多くの人間に接近した状態となることから、ロボットの移動に伴って移動する人間と、当該人間の移動に伴って移動する別の人間の行動を配慮したロボットの移動計画が必要となる。前記各特許文献では、前記混雑環境下において、予め定めた経路に従ってロボットが移動した際に、影響を及ぼす周囲の複数の人間への移動伝播は考慮されていない。当該移動伝播の考慮に際して、各人間の移動予測が必要になるが、当該移動予測としては、前述のSFMを用いた手法がある。しかしながら、従来のSFMでは、モデル内で移動可能なエージェントの認知状態について考慮されていない。例えば、対象エージェントの後方から接近する他のエージェントからの斥力も対象エージェントの移動予測に影響してしまうが、実空間では、人間が後方の人間を認知して避ける行動は不自然である等、エージェントの移動予測をより正確に行えない。また、従来のSFMでは、特許文献2に開示されているようにロボットが人間に接触しながら人間の移動を促すような場合について、その接触力が考慮されないため、当該接触力の影響を反映したエージェントの移動シミュレーションができない。 When a robot is autonomously moved in a crowded environment where many humans are present, it is in a state of being close to many humans in close contact with each other. It is necessary to plan the movement of the robot in consideration of the behavior of another person who moves. In each of the patent documents, movement propagation to a plurality of surrounding human beings, which affects when the robot moves according to a predetermined path in the crowded environment, is not considered. In considering the movement propagation, it is necessary to predict the movement of each person, and as the movement prediction, there is a method using the above-mentioned SFM. However, conventional SFM does not consider the cognitive state of agents that can move within the model. For example, repulsive force from other agents approaching from behind the target agent also affects the movement prediction of the target agent, but in real space, it is unnatural for humans to recognize and avoid humans behind. It is not possible to predict the movement of agents more accurately. Further, in the conventional SFM, when the robot is in contact with a human and promotes the movement of the human as disclosed in Patent Document 2, the contact force is not taken into consideration, so that the influence of the contact force is reflected. Agent movement simulation is not possible.
本発明は、このような課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、混雑環境下で自律移動するロボットの経路生成に適した周囲の人間等を含む移動予測モデルを構築し、ロボットの移動効率と周囲の人間等に与える負担を考慮しながら、最適な移動経路を生成することができるロボット、移動経路生成装置及びそのプログラム、並びに、移動予測装置を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such a problem, and the purpose of the present invention is to construct a movement prediction model including surrounding human beings suitable for path generation of a robot that autonomously moves in a congested environment. The present invention is to provide a robot, a movement route generator and its program, and a movement prediction device capable of generating an optimum movement route while considering the movement efficiency of the robot and the burden on surrounding human beings. ..
前記目的を達成するため、本発明は、主として、周囲に存在する障害物を避けながら自律移動するロボットにおいて、前記障害物の位置情報及び速度情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果から、前記障害物の状況を考慮しながら前記自律移動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記障害物の位置情報及び速度情報に基づいて、前記ロボットと前記障害物のうち移動可能な移動障害物とからなるエージェントのうち対象となる対象エージェントが移動する経路の候補となる候補経路を複数生成する候補経路探索手段と、前記各候補経路の中から最適となる最適経路を抽出する最適経路抽出手段と、当該最適経路に基づいて前記自律移動の動作指令をする動作指令手段とを備え、前記最適経路抽出手段は、前記各候補経路について、前記ロボットと前記障害物の相互作用により、前記各エージェントの移動状態をシミュレーションする移動予測シミュレーション部と、当該移動予測シミュレーション部でのシミュレーション結果から、前記対象エージェントの移動効率及び前記移動障害物に与える影響に基づいて前記最適経路を決定する最終決定部とを備え、前記移動予測シミュレーション部では、前記各エージェント間や当該各エージェントと常時静止状態の前記障害物であるオブジェクトとの間で相互に作用する仮想的な力を利用して、前記各エージェントの位置及び速度の変化が経時的に予測され、前記最終決定部では、前記各候補経路について、予め記憶された数式により、前記移動効率に関する第1の指標値と、前記移動障害物に与える負荷に関する第2の指標値とが求められ、これら各指標値を総合して得られる経路コストの最も少ない前記候補経路が前記最適経路として選択される、という構成を採っている。 In order to achieve the above object, the present invention mainly comprises a detection device that detects position information and speed information of the obstacle in a robot that autonomously moves while avoiding obstacles existing in the surroundings, and a detection result of the detection device. Therefore, the control device for controlling the autonomous movement while considering the situation of the obstacle is provided, and the control device moves among the robot and the obstacle based on the position information and the speed information of the obstacle. Candidate route search means for generating a plurality of candidate routes that are candidates for the route to which the target agent moves among agents consisting of possible movement obstacles, and extraction of the optimum route from each of the candidate routes. The optimum route extraction means includes an operation command means for issuing an operation command for the autonomous movement based on the optimum route, and the optimum route extraction means interacts with the robot and the obstacle for each candidate route. From the simulation results of the movement prediction simulation unit that simulates the movement state of each agent and the movement prediction simulation unit, the optimum route is determined based on the movement efficiency of the target agent and the influence on the movement obstacle. The movement prediction simulation unit is provided with a final determination unit, and the movement prediction simulation unit utilizes a virtual force that interacts between the agents or between the agents and the obstacle object that is always stationary. , Changes in the position and speed of each agent are predicted over time, and in the final determination unit, the first index value regarding the movement efficiency and the movement obstacle are obtained by the mathematical formula stored in advance for each candidate route. A second index value relating to a load applied to an object is obtained, and the candidate route having the lowest route cost obtained by summing up these index values is selected as the optimum route.
本発明によれば、混雑環境下で自律移動するロボットの経路生成に適した周囲の人間等を含む移動予測モデルに基づき、ロボットの移動効率と、周囲の人間等に与える物理的負担及び心理的負担からなる移動負荷とを総合的に判断することにより、ロボットと周囲の人間との相互作用をより正確に考慮した最適な移動経路を生成可能となる。つまり、ロボットの移動効率と、ロボットの移動に伴う人間の回避行動時の移動負荷とのバランスを取りながら、複数の候補経路から最適経路を選択することができる。例えば、周囲の人間等の移動負荷が多少高くても、ロボットの移動効率が格段に良ければ、その際の候補経路が最適経路として選択され、逆に、ロボットの移動効率が多少高くても、人間等の移動負荷が格段に低ければ、その際の候補経路が最適経路として選択され得ることになる。 According to the present invention, based on a movement prediction model including surrounding humans and the like suitable for path generation of a robot that autonomously moves in a congested environment, the movement efficiency of the robot and the physical burden and psychological burden on the surrounding humans and the like are given. By comprehensively judging the movement load consisting of the load, it is possible to generate an optimum movement route that more accurately considers the interaction between the robot and the surrounding human beings. That is, it is possible to select the optimum route from a plurality of candidate routes while balancing the movement efficiency of the robot and the movement load during the human avoidance action accompanying the movement of the robot. For example, even if the movement load of surrounding humans is a little high, if the movement efficiency of the robot is remarkably good, the candidate route at that time is selected as the optimum route, and conversely, even if the movement efficiency of the robot is a little high, If the movement load of humans or the like is extremely low, the candidate route at that time can be selected as the optimum route.
また、本発明における移動予測モデルは、ロボットが人間に接触しながら移動する際に、その接触力が考慮されるとともに、ロボットの周囲の人間等の認知範囲を考慮して斥力の作用状態を変化させることができるため、ロボットが周囲の人間に接触しながら混雑環境下を移動する場合に、ロボットや人間等の各エージェントについて、より適切な移動予測が可能になる。 Further, in the movement prediction model of the present invention, when the robot moves while touching a human, the contact force is taken into consideration, and the action state of the repulsive force is changed in consideration of the cognitive range of humans and the like around the robot. Therefore, when the robot moves in a crowded environment while in contact with surrounding humans, it becomes possible to more appropriately predict the movement of each agent such as a robot or a human.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本実施形態に係るロボット10の移動に関連する構成のみを概略的に表したブロック図が示されている。この図において、前記ロボット10は、予め設定された移動開始地点(スタート地点)から所定の目標地点(ゴール地点)まで自律的に移動する移動体として機能する。このロボット10では、移動途中で壁等の物体や人間等からなる障害物との将来的な干渉が予想される場合に、これら障害物を避けながら進行する移動経路として、周囲の人間等への影響を軽減して効率良く移動可能な移動経路を探索し、当該移動経路に沿った動作制御がなされる。
FIG. 1 shows a block diagram schematically showing only the configuration related to the movement of the
ここでの障害物としては、ロボット10の移動経路の周辺に存在する壁等、環境中で常時静止した状態の固定障害物と、人間や移動体等、環境中で移動可能となる移動障害物とがある。なお、以下においては、複数の人間を移動障害物として説明するが、他の移動体に対しても後述と同様の処理により、移動経路の生成が可能となる。
Obstacles here include fixed obstacles such as walls existing around the movement path of the
また、特に限定されるものではないが、本実施形態では、障害物を避けながら進行する移動経路として、次の3種の経路が対象となる。すなわち、ここでの移動経路としては、ロボット10と人間の離間距離が所定値以上の状態を保持したまま人間との干渉を回避する回避経路と、ロボット10と人間の離間距離が前記所定値未満であるものの、それらが接触しない接近状態ですれ違い可能にする接近経路と、ロボット10が人間とすれ違う際に、当該人間に接触しながらロボット10の通路を確保する働きかけを行うことを前提とした接触経路とがある。
Further, although not particularly limited, in the present embodiment, the following three types of routes are targeted as movement routes that proceed while avoiding obstacles. That is, as the movement path here, an avoidance path for avoiding interference with a human while maintaining a state where the distance between the
前記ロボット10には、図1に示されるように、各種動作を可能に構成された機構や機器からなる動作部11と、ロボット10の周囲の環境情報を検出する検出装置12と、検出装置12の検出結果に基づき、前記障害物の状況を考慮しながらロボット10の自律移動制御を行う制御装置13とが設けられている。
As shown in FIG. 1, the
前記動作部11は、所定範囲内を自律移動させるための機構やその動力源からなる移動装置14と、所定空間内を動作するための機構やその動力源からなるアーム15とを含む。これら移動装置14及びアーム15等の動作部11については、全て公知の部材、機構、装置類等から構成されており、本発明の本質部分でないため、各構成についての詳細な図示説明を省略する。
The moving unit 11 includes a moving
前記検出装置12は、ロボット10の周囲に存在する人間その他の障害物の位置情報及び速度情報を検出する周囲環境検出部18と、人間の向きを検出するための向き検出部19とからなり、各検出部18,19での検出結果は、制御装置13に逐次送信される。
The detection device 12 includes an ambient
前記周囲環境検出部18としては、特に限定されるものではないが、ロボット10の周囲へのレーザ光の照射による人間を含む物体の反射状態に基づいて、ロボット10の周囲の障害物の各表面部分の位置を検出する公知のレーザレンジファインダ等の測距センサが用いられる。つまり、この周囲環境検出部18では、各種障害物の表面部分を構成する点群における各点の平面視での2次元位置が、ロボット10を基準として測定され、当該測定値に基づいて、前記移動障害物の速度情報が算出される。
The ambient
なお、周囲環境検出部18としては、ロボット10の周囲に存在する各種障害物の位置検出等が可能な限りにおいて、GPS等を利用したセンサ等、他のセンサや装置類を適用することも可能である。
As the ambient
前記向き検出部19としては、特に限定されるものではないが、KINECT(登録商標)等の公知のデプスセンサが用いられ、骨格認識によって人間の顔面部分が特定されるとともに、周囲環境検出部18の検出結果から取得した人間の位置情報を利用して、ロボット10に対する人間の顔面部分の向きが検出される。
The
なお、向き検出部19としては、同様の検出が可能な他のセンサや装置類を利用しても良い。また、周囲環境検出部18及び向き検出部19は、前述の各種情報を取得できる限りにおいて、一体化された装置やシステムにより構成することもできる。
As the
前記制御装置13では、予め設定されたスタート地点から所定のゴール地点まで、障害物への影響を極力低減しながらロボット10が自律移動可能となるように、最適となる移動経路を探索し、動作部11への動作指令が行われる。
The control device 13 searches for and operates an optimum movement route so that the
この制御装置13は、ロボット10に一体的に或いは別体として設けられており、CPU等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成されている。当該コンピュータには、以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。
The control device 13 is provided integrally with the
次に、前記制御装置13の具体的構成について説明する。 Next, a specific configuration of the control device 13 will be described.
前記制御装置13は、周囲環境検出部18での検出結果を用いて、将来的に人間がロボット10に干渉する可能性を推定する干渉予測手段21と、向き検出部19での検出結果を用いて、当該検出時点でのロボット10に対する人間の認知状況を推定する認知状況推定手段22と、干渉予測手段21及び認知状況推定手段22での推定結果に応じて所定の情報を記憶する記憶手段23と、ロボット10がゴール地点に向かって移動する際に、障害物の状況に応じて、ロボット10の移動経路の候補となる候補経路を複数生成する候補経路探索手段24と、これら各候補経路の中から最適となる最適経路を抽出する最適経路抽出手段25と、最適経路に沿ったロボット10の自律移動が可能となるように、動作部11に動作指令する動作指令手段26とを備えている。
The control device 13 uses the interference prediction means 21 for estimating the possibility that a human interferes with the
前記干渉予測手段21では、本発明者らが既に提案した特開2020−46759号公報等に開示されているように、周囲環境検出部18での検出結果から人間の現在の移動状況を取得し、ロボット10が将来的に人間に干渉する可能性の有無が判定される。すなわち、ここでは、ロボット10と人間の周囲に所定のサイズのパーソナルエリアが設定され、将来的に、これらパーソナルエリア同士が少なくとも一部でも重なり合うと予測される場合には、干渉の可能性が有ると判定され、そうでない場合には、干渉の可能性が無いと判定される。具体的には、周囲環境検出部18での検出結果による人間の速度ベクトルに基づいて、ロボット10と人間が横並びになった位置から、ロボット10と人間の各体幹中心の間の距離を計算する。そして、当該距離が各パーソナルエリアの離間距離よりも短いときに、干渉の可能性が有る「干渉度有」と判定され、そうでないときに、干渉の可能性が無い「干渉可能性無」と判定される。
In the interference prediction means 21, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-46759 already proposed by the present inventors, the current movement state of a human being is acquired from the detection result by the ambient
前記認知状況推定手段22では、向き検出部19で検知した人間の顔の向きに基づき、次のようにして、ロボット10に対する人間の認知状況を推定するようになっている。すなわち、先ず、周囲の人間や物体を認知可能となる視野範囲が認知可能範囲として特定される。ここで、人間の認知可能範囲は、人間の視野角(例えば、200度)の範囲として予め設定される。なお、ロボット10の認知可能範囲は、検出装置12での障害物の検知範囲とされる。そして、ロボット10と人間の相対距離が予め設定された距離以下になったときに、ロボット10を視認する目が存在する人間の顔の向きから、人間の認知可能範囲内にロボット10が存在する場合には、人間がロボット10を認知している「認知度有」と判定される。一方、そうでない場合には、人間がロボット10を認知していない「認知度無」と判定される。
The cognitive status estimation means 22 estimates the human cognitive status for the
前記記憶手段23では、ロボット10の周囲の各人間について、干渉予測手段21により干渉度有と判定されたときに、当該人間の位置情報や速度情報と、認知状況推定手段22で推定された当該人間の認知状況とが記憶される。
In the storage means 23, when each human around the
前記候補経路探索手段24では、本発明者らが既に提案した特開2020−46759号公報等に開示された手法等を用い、ロボット10の候補経路を複数生成するようになっている。すなわち、ここでは、図2に示されるように、現在のロボット10の位置をスタート地点SPとし、当該スタート地点SPとゴール地点GPとを直線で結んだ直線経路(同図中破線)が設定される。そして、当該直線経路において、干渉予測手段21での判定により人間Hとの間での干渉が将来的に生じ得る場合、人間Hの左右両側となる横に、人間Hとの干渉を回避する経路の通過点(Way Point:以下、「WP」と称する)が設定される。更に、当該WPとゴール地点GPとを直線で結んだ別の直線経路上において、他の人間Hとの間での干渉が将来的に生じ得る場合に、当該他の人間Hの左右両側となる横に同様にして次のWPが設定され、この処理が繰り返し行われる。最後に、このような手順で設定された各WPを順に通過する候補経路PT(図2の例では4通り)が生成される。
The candidate route search means 24 uses the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-46759 already proposed by the present inventors to generate a plurality of candidate routes for the
以上のように複数生成される候補経路としては、ロボット10が人間Hのパーソナルエリアに侵入しない回避経路と、ロボット10が人間Hのパーソナルエリアに侵入するが、ロボット10と人間H同士の体幹が接触しない接近経路と、ロボット10のアーム15を使って人間に接触しながら人間を避ける接触経路とがある。本実施形態において、当該接触経路は、後述する移動予測シミュレーション部28でのシミュレーション結果により、後述するデッドロック状態がロボット10に発生し得る場合にのみ生成されるが、当該条件に限定されるものではない。
As a plurality of candidate routes generated as described above, an avoidance route in which the
前記最適軌道抽出手段25は、候補経路探索手段24で探索された各候補経路について、その経路に沿ってロボット10が移動するときに、その周囲に存在する人間とロボット10の相互作用によるこれらの移動を経時的にシミュレーションする移動予測シミュレーション部28と、移動予測シミュレーション部28でのシミュレーション結果から、ロボット10の移動効率及び周囲の人間に与える影響を考慮して各候補経路の中から最適経路を決定する最終決定部25とを備えている。
The optimum orbit extraction means 25 is for each candidate route searched by the candidate route search means 24, when the
前記移動予測シミュレーション部28では、運動方程式に基づく移動予測モデルである従来のSFM(Social Force Model)をベースにして本発明者らが拡張した新たな移動予測モデルにより、ゴール地点にロボット10が移動するまでの間において、ロボット10の移動とその周囲の障害物の相互作用を考慮したロボット10及び人間の経時的な移動状態をシミュレーションするようになっている。
In the movement prediction simulation unit 28, the
前記SFMは、人間やロボット等の移動可能な各エージェントに作用する仮想的な力ベクトルの方向に各エージェントが移動するとして、当該各エージェントの移動を予測するモデルである。このSFMでは、対象エージェントにおける目的地からの仮想的な引力と、壁等の固定障害物のように静止環境下にあるオブジェクトや他のエージェントからの仮想的な斥力とを合成した合力ベクトルが求められ、当該合力ベクトルに従って対象エージェントが移動すると推定される。ところが、ロボット10の移動に伴う周囲の人間に与える物理的負担や心理的負担を考慮して最適経路を生成するに際し、従来のSFMを単に利用してロボット10の周囲の人間の移動予測を行うと、次の理由により、最適となる移動経路の抽出を必ずしも十分に行えない。先ず、第1の理由として、従来のSFMでは、対象となるエージェントの後方から接近する他の人間等のエージェントからの斥力も考慮されてしまうが、実空間においては、人間が後方の人間を認知して避ける行動は不自然である。また、第2の理由として、従来のSFMでは、ロボット10が移動している際に、他のエージェントの状態や目的地の位置により、前記斥力と前記引力が釣り合ってしまうデッドロック状態が生じてしまう。このような場合に、ロボット10が最も斥力を受ける他のエージェントに対して接触を用いた働きかけを行う接触経路が候補経路として生成されるが、この際の接触力は従来のSFMで考慮されていない。
The SFM is a model that predicts the movement of each agent assuming that each agent moves in the direction of a virtual force vector acting on each movable agent such as a human or a robot. In this SFM, a resultant force vector that combines the virtual attractive force from the destination of the target agent and the virtual repulsive force from an object in a stationary environment such as a fixed obstacle such as a wall or another agent is obtained. It is estimated that the target agent moves according to the resultant force vector. However, when generating the optimum route in consideration of the physical burden and the psychological burden on the surrounding humans due to the movement of the
そこで、本発明者らが新たに創出した拡張モデルでは、認知状況推定手段22での認知度と、候補経路探索手段24で求めた接触経路において対象の人間に作用する接触力とを更に考慮し、ロボット10の移動過程において、各エージェント、すなわち、ロボット10及びその周囲に存在する人間の移動予測がなされる。
Therefore, in the extended model newly created by the present inventors, the degree of recognition in the cognitive situation estimation means 22 and the contact force acting on the target human in the contact path obtained by the candidate route search means 24 are further considered. In the process of moving the
ここでの移動予測シミュレーションは、各候補経路について、それぞれ設定されたWP間で時系列に沿ってそれぞれ順に行われる。つまり、スタート地点から最初のWPをロボット10の目的地とした区間で最初のシミュレーションが行われた後、その状態から次のWPにロボット10の目的地を変更した次の区間で同様のシミュレーションが行われ、当該シミュレーションがロボット10のゴール地点までのWP間の各区間において経時的に行われる。
The movement prediction simulation here is performed in order for each candidate route in chronological order between the set WPs. That is, after the first simulation is performed in the section where the first WP from the start point is the destination of the
具体的に、ここでは、各区間でのシミュレーション毎に、各エージェントの移動予測を行うに際し、予測対象となる対象エージェント毎に、それぞれ作用する合力ベクトルFが計算される。当該合力ベクトルFは、ロボット10の仮想移動の際の所定のタイミング毎(例えば、0.5秒毎)に計算され、当該タイミング毎において、各エージェントが対応する合力ベクトルFに従って移動するものと予測される。なお、シミュレーション上、各人間に設定される目的地については、検出装置12での検出結果に基づき算出された移動方向に沿って仮想的に設定された所定地点とされる。
Specifically, here, the resultant force vector F that acts on each target agent to be predicted is calculated for each target agent to be predicted when predicting the movement of each agent for each simulation in each section. The resultant force vector F is calculated at predetermined timings (for example, every 0.5 seconds) at the time of virtual movement of the
前記合力ベクトルFは、対象エージェントにおける目的地からの引力ベクトルFGと、対象エージェントの周囲に存在する他のエージェントiからの斥力ベクトルFi Hの合計と、対象エージェントの周囲に存在する壁等の静止障害物であるオブジェクトjからの斥力ベクトルFj oの合計と、接触経路においてロボット10が人間に付加する接触力ベクトルFk Cとの合計となり、次式によって算出される。
上式(2)において、mは、対象エージェントの重量であり、v0(t)は、対象エージェントの希望速度ベクトルであり、これらは、ロボット10や人間等のエージェントの種類に応じて予め所定値が設定される。また、v(t)は、対象エージェントの現在速度ベクトルであり、ロボット10であれば把握されており、人間であれば検出装置12での検出結果から推定される。更に、τは、シミュレーションを行う前記タイミングの間隔に相当する予め設定された時定数である。
In the above equation (2), m is the weight of the target agent, v 0 (t) is the desired speed vector of the target agent, and these are predetermined according to the type of the agent such as the
上式(3)、(4)において、fpi H、fpj Oは、他のエージェントi、オブジェクトjへの衝突時に発生する力ベクトルと定義され、fsi H、fsj Oは、他のエージェントi、オブジェクトjに対する心理的要素に影響する心理的な斥力ベクトルと定義され、次式で算出される。
また、上式(3)、(4)での各斥力ベクトルFi H、Fj oの算出においては、認知状況推定手段22での認知度が考慮される。すなわち、上式(5)の通り、対象エージェントが認知していない他のエージェントやオブジェクトから心理的な斥力を受けないように、認知度awがゼロ、すなわち、「認知度無」の場合には、心理的な斥力ベクトルfsi H、fsj Oをゼロとして、各斥力ベクトルFi H、Fj oが求められる。換言すれば、「認知度有」の場合にのみ心理的な斥力ベクトルfsi H、fsj Oが加味され、作用することになる。 Further, the above equation (3), each of the repulsive force vector F i H in (4), in the calculation of the F j o, awareness of cognitive state estimation means 22 is considered. That is, as shown in the above equation (5), when the recognition level a is zero, that is, "no recognition level" so as not to receive psychological repulsion from other agents or objects that the target agent does not recognize. psychological repulsion vector fs i H, a fs j O as zero, the repulsive force vector F i H, F j o is obtained. In other words, the psychological repulsive force vectors fs i H and fs j O are added and acted only in the case of "recognition".
以上の移動予測シミュレーション部28では、例えば、図3に示されるように、ロボット10及び周囲の人間A〜Dの移動予測シミュレーションが行われる。つまり、ロボット10及び周囲の人間A〜Dの各エージェントについて、認知状況推定手段22で特定されたそれぞれの認知可能範囲Rに応じて、一定タイミング毎に合力ベクトルFがそれぞれ算出される。そして、当該合力ベクトルFから、各エージェントの移動状態が推定される。
In the above-mentioned movement prediction simulation unit 28, for example, as shown in FIG. 3, the movement prediction simulation of the
先ず、候補経路内に設定されたWPがロボット10の目的地Pとして設定され、その後、各エージェントの移動予測シミュレーションが行われる。図3(A)のタイミングでは、ロボット10が壁Wから斥力(同図中破線矢印)を受け、その影響により、目的地Pとの直線経路よりもやや内側方向にロボット10が移動する。そして、ロボット10が目的地Pに向かって更に進んだ同図(B)のタイミングでのロボット10の移動は、人間Bからの斥力(同図中一点鎖線矢印)にも影響を受ける。その後、同図(C)のようにロボット10が更に進むと、同図(D)に示されるように、ロボット10に接近状態となる人間Aが、ロボット10からの接触力(同図中太線矢印)により同図中右側に移動し、人間Aの移動により、人間B,Cに斥力(同図中一点鎖線矢印)が伝播して、同図(E)に示されるように、人間B,Cも移動することになる。そして、同図(F)に示されるように、ロボット10が目的地Pに達したら、次のWPが目的地として設定され、同様にして移動予測シミュレーションが行われる。
First, the WP set in the candidate route is set as the destination P of the
前記最終決定部29では、各候補経路について、予め記憶された数式により、ロボット10及びその周囲の人間の移動負荷に対応する次の2種の指標値が算出され、これら指標値を総合した経路コストにより、各候補経路の中から最も適切となる最適経路が選択される。
In the
当該最終決定部29での具体的な処理内容を以下に説明する。
The specific processing contents in the
先ず、前記指標値として、ロボット10の移動効率に関する第1の指標値と、移動予測シミュレーション部28での移動予測結果に基づくロボット10の周囲に存在する人間に与える負荷に関する第2の指標値とが求められる。
First, as the index values, a first index value relating to the movement efficiency of the
前記第1の指標値は、移動シミュレーションにおける目的地に対するロボット10の進行方向に係る第1のパラメータと、当該進行方向に直交し、ロボット10が人間や物体を回避するためのロボット10の回避方向に係る第2のパラメータとを合計した移動コストEに対応する。
The first index value is orthogonal to the first parameter related to the traveling direction of the
前記第1のパラメータでは、ロボット10が一定速度で直進し続ける行動を最もコストの低い行動とし、ロボット10の進行方向への加減速度をコストの増減パラメータとしている。
In the first parameter, the action in which the
前記第2のパラメータでは、ロボット10が干渉回避を行う際の回避幅が大きくなる程、ロボット10の移動効率が悪くなることから、ロボット10の進行方向に直交する回避方向の移動をコストの増減パラメータとしている。
In the second parameter, the larger the avoidance width when the
つまり、前記移動コストEは、スタート地点からゴール地点までの間において、移動予測シミュレーション部28でシミュレーションされた各WP間でのロボット10の移動状態の変化を総合して、次式により算出される。
前記第2の指標値は、スタート地点からゴール地点までのロボット10の移動時に、周囲の人間の移動及び心理的な影響をより与えない経路を選択する必要があることから、移動予測シミュレーション部28でのシミュレーション結果により求められた各エージェントの斥力ベクトルFi H、Fj oの総和と、ロボット10が人間に接触する際の接触力ベクトルFk Cを総合した影響度Dである。この影響度Dは、次式により求められる。
次に、次式のように、移動コストE及び影響度Dに重み係数a、bを乗じた上で加算することにより、各候補経路について経路コストCがそれぞれ求められる。なお、重み係数a、bは、事前の実験結果により一定値に設定され、例えば、a=1.7、b=0.3としている。
そして、経路コストCの最も小さい候補経路が最適経路として決定され、この最適経路に沿ったロボット10の移動経路が生成されることになる。ここで、当該最適経路における各WP間のロボット10の移動は、前記シミュレーション結果による移動軌跡に沿って行われる。
Then, the candidate route having the smallest route cost C is determined as the optimum route, and the movement route of the
次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、以下の説明において、前記実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いるものとし、前記実施形態と相違する事項を除き、説明を省略若しくは簡略にする。 Next, a modification of the present embodiment will be described. In the following description, the same reference numerals will be used for the same or equivalent components as those in the above embodiment, and the description will be omitted or simplified except for matters different from those in the above embodiment.
本変形例では、制御装置13により、移動障害物のうちロボット10の周囲から接近する人間(接近者)を対象エージェントとし、当該接近者が将来的に移動し得る複数の経路を候補経路として予測し、その中で最適となる最適経路を特定し、当該最適経路での接近者の移動に合わせて接近者を避けることができるように、ロボット10の移動経路を決定するようになっている。
In this modification, the control device 13 predicts a human (approacher) approaching from around the
すなわち、本変形例に係る候補経路探索手段24では、前記実施形態においてロボット10に対して行ったのと同様の手順により、ロボット10や他の人間等の他のエージェントを避けて通る接近者の将来的な経路を候補経路として予測するようになっており、当該候補経路は、接近者が他のエージェントに接触する前述の接触経路を含め、複数通り導出される。
That is, in the candidate route search means 24 according to the present modification, the approaching person who passes by avoiding other agents such as the
また、本変形例に係る最適経路抽出手段25では、先ず、移動予測シミュレーション部28において、前記実施形態と同様の手順により、接近者の各候補経路について、当該接近者の移動に伴うロボット10の移動及び各障害物の相互作用により、各エージェントの経時的な移動状態がシミュレーションされる。そして、最終決定部29では、前記実施形態に対しロボット10を対象エージェントとなる接近者に代えた接近者の移動効率に関する第1の指標値である移動コストEと、前記実施形態と同様の人間に与える負荷に関する第2の指標値である影響度Dとが求められる。その後は、前記実施形態と同様にして、対象となる接近者の移動コストCが求められ、当該移動コストCが最小となる候補経路が当該接近者の最適経路となる。
Further, in the optimum route extraction means 25 according to the present modification, first, in the movement prediction simulation unit 28, the
そして、最終決定部29では、移動予測シミュレーション部28によるシミュレーション結果により、対象の接近者が最適経路を移動するときのロボット10の経路がロボット10の移動経路として特定される。すなわち、当該移動経路は、対象の接近者が最適経路を移動する条件でシミュレーションされたロボット10の経路である。更に、動作指令手段26では、ロボット10が決定された移動経路に沿って自律移動するように、動作部11への動作指令がなされる。
Then, in the
以上の変形例によれば、ロボット10が人混みを避けて目標地点に移動する前記実施形態での動作制御態様に加え、又は、当該制御態様と選択的に、既に人混みにいるロボット10が、その横を通り抜けようとする接近者を除けるように動作させる制御態様が可能になる。
According to the above modification, in addition to the motion control mode in the embodiment in which the
以上で説明した制御装置13には、エージェントにおける周囲の認知状況を推定する認知状態推定手段22と、エージェントの経時的な移動をシミュレーションする移動予測シミュレーション部28(移動予測シミュレーション手段)とが含まれている。従って、制御装置13は、所定のエージェントが移動する過程で、その周囲に移動可能な他のエージェントと、常時静止状態となるオブジェクトとが存在する際に、各エージェントの経時的な移動を予測する移動予測装置としても機能する。 The control device 13 described above includes a cognitive state estimation means 22 that estimates the cognitive situation of the surroundings of the agent, and a movement prediction simulation unit 28 (movement prediction simulation means) that simulates the movement of the agent over time. ing. Therefore, the control device 13 predicts the movement of each agent over time when there are other agents that can move around the predetermined agent and an object that is always in a stationary state in the process of moving the predetermined agent. It also functions as a movement prediction device.
また、制御装置13は、前記候補経路探索手段24と前記最適経路抽出手段25とを有しており、周囲に存在する障害物を避けながら自律移動する自律移動するロボット10の移動経路を生成する移動経路生成装置としても機能する。
Further, the control device 13 has the candidate route search means 24 and the optimum route extraction means 25, and generates a movement route of the autonomously moving
なお、本発明に係るロボットとしては、前記実施形態で説明した自律移動型のロボット10に限定されるものではなく、自動車両、船舶、飛行体等、所定の空間内を自律的に移動可能な移動体の他に、所定範囲の空間内で移動するロボットアーム等のマニピュレータであってもよく、これら移動時における前記最適経路の生成を前述と同様の構成及び手順により行うことができる。
The robot according to the present invention is not limited to the autonomous
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 In addition, the configuration of each part of the device in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various changes can be made as long as substantially the same operation is achieved.
10 ロボット
11 動作部
12 検出装置
13 制御装置(移動経路生成装置、移動予測装置)
22 認知状態推定手段
24 候補経路探索手段
25 最適経路抽出手段
26 動作指令手段
28 移動予測シミュレーション部(移動予測シミュレーション手段)
29 最終決定部
10 Robot 11 Moving unit 12 Detection device 13 Control device (movement route generator, movement prediction device)
22 Cognitive state estimation means 24 Candidate route search means 25 Optimal route extraction means 26 Motion command means 28 Movement prediction simulation unit (movement prediction simulation means)
29 Final decision department
Claims (8)
前記障害物の位置情報及び速度情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果から、前記障害物の状況を考慮しながら前記自律移動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記障害物の位置情報及び速度情報に基づいて、前記ロボットと前記障害物のうち移動可能な移動障害物とからなるエージェントのうち対象となる対象エージェントが移動する経路の候補となる候補経路を複数生成する候補経路探索手段と、前記各候補経路の中から最適となる最適経路を抽出する最適経路抽出手段と、当該最適経路に基づいて前記自律移動の動作指令をする動作指令手段とを備え、
前記最適経路抽出手段は、前記各候補経路について、前記ロボットと前記障害物の相互作用により、前記各エージェントの移動状態をシミュレーションする移動予測シミュレーション部と、当該移動予測シミュレーション部でのシミュレーション結果から、前記対象エージェントの移動効率及び前記移動障害物に与える影響に基づいて前記最適経路を決定する最終決定部とを備え、
前記移動予測シミュレーション部では、前記各エージェント間や当該各エージェントと常時静止状態の前記障害物であるオブジェクトとの間で相互に作用する仮想的な力を利用して、前記各エージェントの位置及び速度の変化が経時的に予測され、
前記最終決定部では、前記各候補経路について、予め記憶された数式により、前記移動効率に関する第1の指標値と、前記移動障害物に与える負荷に関する第2の指標値とが求められ、これら各指標値を総合して得られる経路コストの最も少ない前記候補経路が前記最適経路として選択されることを特徴とするロボット。 In a robot that moves autonomously while avoiding obstacles around it
It is provided with a detection device that detects the position information and speed information of the obstacle, and a control device that controls the autonomous movement while considering the situation of the obstacle from the detection result of the detection device.
The control device is a candidate for a route to which the target agent among the agents consisting of the robot and the movable obstacle among the obstacles moves based on the position information and the speed information of the obstacle. Candidate route search means for generating a plurality of candidate routes, an optimum route extraction means for extracting the optimum optimum route from each of the candidate routes, and an operation command for issuing an operation command for the autonomous movement based on the optimum route. Equipped with means,
The optimum route extraction means is based on a movement prediction simulation unit that simulates the movement state of each agent by the interaction between the robot and the obstacle for each candidate route, and simulation results in the movement prediction simulation unit. It is provided with a final determination unit that determines the optimum route based on the movement efficiency of the target agent and the influence on the movement obstacle.
In the movement prediction simulation unit, the position and speed of each agent are used by utilizing a virtual force that interacts between the agents or between the agents and the object that is an obstacle that is always stationary. Changes are predicted over time,
In the final determination unit, for each of the candidate routes, a first index value regarding the movement efficiency and a second index value regarding the load applied to the movement obstacle are obtained by a mathematical formula stored in advance, and each of these is obtained. A robot characterized in that the candidate route having the lowest route cost obtained by summing up the index values is selected as the optimum route.
前記移動予測シミュレーション部では、前記各エージェントの目的地からの仮想的な引力と、前記オブジェクトや前記各エージェントとの間に作用する仮想的な斥力と、前記接触時の接触力とを合成した合力ベクトルが算出され、当該合力ベクトルに従って前記各エージェントが移動すると推定されることを特徴とする請求項1記載のロボット。 In the candidate route search means, the candidate route including the contact route that avoids the moving obstacle while the target agent is in contact with the other agent is generated.
In the movement prediction simulation unit, a resultant force of a virtual attractive force from the destination of each agent, a virtual repulsive force acting between the object and each agent, and a contact force at the time of contact. The robot according to claim 1, wherein a vector is calculated and it is estimated that each agent moves according to the resultant force vector.
前記制御装置は、前記検出装置での検出結果により、前記各エージェントにおける周囲の認知状況を推定する認知状態推定手段を更に備え、
前記認知状態推定手段では、前記各エージェントについて、その周囲の人間や物体を認知可能となる視野範囲を認知可能範囲として特定し、
前記移動予測シミュレーション部では、前記斥力として、予め記憶された数式により、衝突時に発生する力ベクトルと心理的要素として定義された心理的な力ベクトルとがそれぞれ算出された上で、それら力ベクトルを合計することにより求められ、
前記心理的な力ベクトルは、前記オブジェクトや他の前記エージェントが前記認知可能範囲内にあるときにのみ作用すると定義されることを特徴とする請求項3記載のロボット。 The detection device is provided so as to be able to detect the direction of the moving obstacle.
The control device further includes a cognitive state estimation means for estimating the surrounding cognitive state in each agent based on the detection result of the detection device.
In the cognitive state estimation means, for each agent, a visual field range in which humans and objects around the agent can be recognized is specified as a cognitive range.
In the movement prediction simulation unit, as the repulsive force, a force vector generated at the time of a collision and a psychological force vector defined as a psychological element are calculated by a mathematical formula stored in advance, and then the force vector is calculated. Obtained by totaling,
The robot according to claim 3, wherein the psychological force vector is defined to act only when the object or the other agent is within the recognizable range.
前記障害物の位置情報及び速度情報に基づいて、前記ロボットと前記障害物のうち移動可能な移動障害物とからなるエージェントのうち対象となる対象エージェントが移動する経路の候補となる候補経路を複数生成する候補経路探索手段と、前記各候補経路の中から最適となる最適経路を抽出する最適経路抽出手段とを備え、
前記最適経路抽出手段は、前記各候補経路について、前記ロボットと前記障害物の相互作用により、前記各エージェントの移動状態をシミュレーションする移動予測シミュレーション部と、当該移動予測シミュレーション部でのシミュレーション結果から、前記対象エージェントの移動効率及び前記移動障害物に与える影響に基づいて前記最適経路を決定する最終決定部とを備え、
前記移動予測シミュレーション部では、前記各エージェント間や当該各エージェントと常時静止状態の前記障害物であるオブジェクトとの間で相互に作用する仮想的な力を利用して、前記各エージェントの位置及び速度の変化が経時的に予測され、
前記最終決定部では、前記各候補経路について、予め記憶された数式により、前記移動効率に関する第1の指標値と、前記移動障害物に与える負荷に関する第2の指標値とが求められ、これら各指標値を総合して得られる経路コストの最も少ない前記候補経路が前記最適経路として選択され、前記ロボット自身が前記対象エージェントである場合に、前記最適経路を前記移動経路とする一方、前記ロボットに接近する前記移動障害物が前記対象エージェントである場合に、前記移動予測シミュレーション部により、前記移動障害物が前記最適経路を移動する条件でシミュレーションされた前記ロボットの経路を前記移動経路とすることを特徴とする移動経路生成装置。 In a movement route generator that generates a movement route for a robot that moves autonomously while avoiding obstacles around it.
Based on the position information and speed information of the obstacle, there are a plurality of candidate routes that are candidates for the route to which the target agent among the agents consisting of the robot and the movable obstacle among the obstacles move. It is provided with a candidate route search means to be generated and an optimum route extraction means to extract the optimum optimum route from each of the candidate routes.
The optimum route extraction means is based on a movement prediction simulation unit that simulates the movement state of each agent by the interaction between the robot and the obstacle for each candidate route, and simulation results in the movement prediction simulation unit. It is provided with a final determination unit that determines the optimum route based on the movement efficiency of the target agent and the influence on the movement obstacle.
In the movement prediction simulation unit, the position and speed of each agent are used by utilizing a virtual force that interacts between the agents or between the agents and the object that is an obstacle that is always stationary. Changes are predicted over time,
In the final determination unit, for each of the candidate routes, a first index value regarding the movement efficiency and a second index value regarding the load applied to the movement obstacle are obtained by a mathematical formula stored in advance, and each of these is obtained. When the candidate route having the lowest route cost obtained by summing up the index values is selected as the optimum route and the robot itself is the target agent, the optimum route is used as the movement route, while the robot is used. When the approaching moving obstacle is the target agent, the movement prediction simulation unit sets the path of the robot simulated under the condition that the moving obstacle moves on the optimum path as the moving path. A featured movement route generator.
前記障害物の位置情報及び速度情報に基づいて、前記ロボットと前記障害物のうち移動可能な移動障害物とからなるエージェントのうち対象となる対象エージェントが移動する経路の候補となる候補経路を複数生成する候補経路探索手段と、前記各候補経路の中から最適となる最適経路を抽出する最適経路抽出手段として前記コンピュータを機能させ、
前記最適経路抽出手段は、前記各候補経路について、前記ロボットと前記障害物の相互作用により、前記各エージェントの移動状態をシミュレーションする移動予測シミュレーション部と、当該移動予測シミュレーション部でのシミュレーション結果から、前記対象エージェントの移動効率及び前記移動障害物に与える影響に基づいて前記最適経路を決定する最終決定部とを備え、
前記移動予測シミュレーション部では、前記各エージェント間や当該各エージェントと常時静止状態の前記障害物であるオブジェクトとの間で相互に作用する仮想的な力を利用して、前記各エージェントの位置及び速度の変化が経時的に予測され、
前記最終決定部では、前記各候補経路について、予め記憶された数式により、前記移動効率に関する第1の指標値と、前記移動障害物に与える負荷に関する第2の指標値とが求められ、これら各指標値を総合して得られる経路コストの最も少ない前記候補経路が前記最適経路として選択され、前記ロボット自身が前記対象エージェントである場合に、前記最適経路を前記移動経路とする一方、前記ロボットに接近する前記移動障害物が前記対象エージェントである場合に、前記移動予測シミュレーション部により、前記移動障害物が前記最適経路を移動する条件でシミュレーションされた前記ロボットの経路を前記移動経路とすることを特徴とする移動経路生成装置のプログラム。 In the program that makes the computer of the movement route generator function to generate the movement route of the robot that moves autonomously while avoiding the obstacles around it.
Based on the position information and speed information of the obstacle, there are a plurality of candidate routes that are candidates for the route to which the target agent among the agents consisting of the robot and the movable obstacle among the obstacles move. The computer is made to function as a candidate route search means to be generated and an optimum route extraction means for extracting the optimum optimum route from each of the candidate routes.
The optimum route extraction means is based on a movement prediction simulation unit that simulates the movement state of each agent by the interaction between the robot and the obstacle for each candidate route, and simulation results in the movement prediction simulation unit. It is provided with a final determination unit that determines the optimum route based on the movement efficiency of the target agent and the influence on the movement obstacle.
In the movement prediction simulation unit, the position and speed of each agent are used by utilizing a virtual force that interacts between the agents or between the agents and the object that is an obstacle that is always stationary. Changes are predicted over time,
In the final determination unit, for each of the candidate routes, a first index value regarding the movement efficiency and a second index value regarding the load applied to the movement obstacle are obtained by a mathematical formula stored in advance, and each of these is obtained. When the candidate route having the lowest route cost obtained by integrating the index values is selected as the optimum route and the robot itself is the target agent, the optimum route is used as the movement route, while the robot is used. When the approaching moving obstacle is the target agent, the movement prediction simulation unit sets the path of the robot simulated under the condition that the moving obstacle moves on the optimum path as the moving path. A featured travel route generator program.
別途取得した前記各エージェントの位置及び向きにより、当該各エージェントにおける周囲の認知状況を推定する認知状態推定手段と、所定の前記エージェントが移動した際に、前記各エージェント及び前記オブジェクトの相互作用により、前記各エージェントの経時的な移動状態をシミュレーションする移動予測シミュレーション手段とを備え、
前記認知状態推定手段では、前記各エージェントについて、その周囲の人間や物体を認知可能となる視野範囲を認知可能範囲として特定し、
前記移動予測シミュレーション手段では、予め記憶された数式と別途取得した前記各エージェントの位置情報及び速度情報とを用い、前記各エージェントの目的地からの仮想的な引力と、前記オブジェクトや前記各エージェントの間に作用する仮想的な斥力と、所定の前記エージェントが他の前記エージェントに接触する際の接触力との合力ベクトルが算出され、当該合力ベクトルに従って前記各エージェントが移動すると推定されるとともに、前記斥力として、衝突時に発生する力ベクトルと心理的要素として定義された心理的な力ベクトルとがそれぞれ算出された上で、それら力ベクトルを合計することにより求められ、前記心理的な力ベクトルは、前記オブジェクトや他の前記エージェントが前記認知可能範囲内にあるときにのみ作用すると定義されることを特徴とする移動予測装置。 In a movement prediction device that predicts the movement of each agent over time when there are other agents that can move around the predetermined agent and an object that is always in a stationary state in the process of moving.
By the interaction between the cognitive state estimation means that estimates the surrounding cognitive status of each agent based on the position and orientation of each agent separately acquired, and the agent and the object when the predetermined agent moves, the agent and the object interact with each other. A movement prediction simulation means for simulating the movement state of each agent over time is provided.
In the cognitive state estimation means, for each agent, a visual field range in which humans and objects around the agent can be recognized is specified as a cognitive range.
The movement prediction simulation means uses a mathematical formula stored in advance and separately acquired position information and velocity information of each agent to obtain a virtual attractive force from the destination of each agent and the object or each agent. A resultant force vector of a virtual repulsive force acting between them and a contact force when a predetermined agent comes into contact with another agent is calculated, and it is estimated that each agent moves according to the resultant force vector. As a repulsive force, a force vector generated at the time of a collision and a psychological force vector defined as a psychological element are calculated, and then the force vectors are summed up to obtain the psychological force vector. A movement predictor, characterized in that it is defined to act only when the object or other agent is within the recognizable range.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020091089A JP7490193B2 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | ROBOT, MOVEMENT ROUTE GENERATION DEVICE AND ITS PROGRAM, AND MOVEMENT PREDICTION DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020091089A JP7490193B2 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | ROBOT, MOVEMENT ROUTE GENERATION DEVICE AND ITS PROGRAM, AND MOVEMENT PREDICTION DEVICE |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021189508A true JP2021189508A (en) | 2021-12-13 |
JP7490193B2 JP7490193B2 (en) | 2024-05-27 |
Family
ID=78849478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020091089A Active JP7490193B2 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | ROBOT, MOVEMENT ROUTE GENERATION DEVICE AND ITS PROGRAM, AND MOVEMENT PREDICTION DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7490193B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023157235A1 (en) * | 2022-02-18 | 2023-08-24 | 日本電気株式会社 | Arithmetic device |
US11796673B2 (en) | 2016-07-06 | 2023-10-24 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Object sense and avoid system for autonomous vehicles |
CN117093005A (en) * | 2023-10-16 | 2023-11-21 | 华东交通大学 | Autonomous obstacle avoidance method for intelligent automobile |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7125744B2 (en) | 2018-09-14 | 2022-08-25 | 学校法人早稲田大学 | Robot, its action planning device and action planning program |
-
2020
- 2020-05-26 JP JP2020091089A patent/JP7490193B2/en active Active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11796673B2 (en) | 2016-07-06 | 2023-10-24 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Object sense and avoid system for autonomous vehicles |
WO2023157235A1 (en) * | 2022-02-18 | 2023-08-24 | 日本電気株式会社 | Arithmetic device |
CN117093005A (en) * | 2023-10-16 | 2023-11-21 | 华东交通大学 | Autonomous obstacle avoidance method for intelligent automobile |
CN117093005B (en) * | 2023-10-16 | 2024-01-30 | 华东交通大学 | Autonomous obstacle avoidance method for intelligent automobile |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7490193B2 (en) | 2024-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2021189508A (en) | Robot, moving path generation device and program thereof, and movement prediction device | |
JP5112666B2 (en) | Mobile device | |
Lam et al. | Human-centered robot navigation—towards a harmoniously human–robot coexisting environment | |
Rudenko et al. | Joint long-term prediction of human motion using a planning-based social force approach | |
WO2019124001A1 (en) | Moving body behavior prediction device and moving body behavior prediction method | |
Sombolestan et al. | Optimal path-planning for mobile robots to find a hidden target in an unknown environment based on machine learning | |
Saravanakumar et al. | Multipoint potential field method for path planning of autonomous underwater vehicles in 3D space | |
Kivrak et al. | Social navigation framework for assistive robots in human inhabited unknown environments | |
JP7469850B2 (en) | Path determination device, robot, and path determination method | |
Hoeller et al. | Accompanying persons with a mobile robot using motion prediction and probabilistic roadmaps | |
Pérez-Higueras et al. | Robot local navigation with learned social cost functions | |
Song et al. | Reactive navigation in dynamic environment using a multisensor predictor | |
Hamasaki et al. | Prediction of human's movement for collision avoidance of mobile robot | |
JP7036399B2 (en) | Autonomous mobile robots, their control devices and motion control programs | |
Kobayashi et al. | Robot navigation based on predicting of human interaction and its reproducible evaluation in a densely crowded environment | |
Kohlbrecher et al. | Towards highly reliable autonomy for urban search and rescue robots | |
KR102097715B1 (en) | Online waypoint path refinement method and recording medium storing program for executing the same, and computer program stored in recording medium for executing the same | |
Nikdel et al. | Recognizing and tracking high-level, human-meaningful navigation features of occupancy grid maps | |
Jin et al. | Proactive-cooperative navigation in human-like environment for autonomous robots | |
Benenson et al. | Achievable safety of driverless ground vehicles | |
KR102555435B1 (en) | Control system and method of mobile robots by obstacle | |
JPH0816240A (en) | Route searching device adopting time axis into searching space | |
JPH07225612A (en) | Method and device for path search having time base put in search space | |
US20220397904A1 (en) | Information processing apparatus, information processing method, and program | |
JP2021163215A (en) | Mobile object control device, mobile object control program and mobile object |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230516 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240402 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240416 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240507 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240507 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7490193 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |