JP2022170266A - 走行車システム - Google Patents

Abstract

【課題】走行車システムにおいて、全体の走行効率を高くしつつ、多数の走行車が互いに干渉せずに走行する進路を決定する。【解決手段】搬送車システム１は、複数の搬送車３を備えている。搬送車３は、現在位置から目標位置へ向かう仮想引力と、障害物に関する障害物仮想斥力と、他車である仮想斥力調整対象である対象走行車の位置及び向きから求まる他車仮想斥力とに基づいて、ポテンシャル法により進路を決定する進路決定部３１を有している。進路決定部３１は、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸分に基づいて、対象走行車による他車仮想斥力の到達範囲を調整する他車仮想斥力到達範囲調整部４１を有している。【選択図】図５

Description

本発明は、走行車システム、特に、ポテンシャル法を用いて進路を決定するものに関する。

近年、工場内での無人搬送車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や自動清掃装置、警備ロボット、病院、オフィス、デパートなどでのサービスロボットなどの自律移動体が用いられている。

例えば、工場等の環境において、搬送車は、出発地から目的地まで自律的に移動することで、部品や製品を搬送する。その場合、搬送車は、施設の壁や他の搬送車といった障害物との衝突を回避することが求められる。
複数の物体が存在する領域において、各物体を回避しながら走行する代表的な技術として、仮想ポテンシャル法がある。仮想ポテンシャル法は、出発地及び目的地と障害物の情報に基づいて設定したポテンシャル場を用いて、目的地までの進路を作成する技術である。ポテンシャル場は、走行車の進路を決定づけるための仮想的な力（仮想引力及び仮想斥力）を生み出す場として定義されており、理解のためのアナロジーとして、進路を決定したい走行車が「球体」、ポテンシャル場が「高低差のある床面」、仮想的な力が「床勾配」であるとして考えると、ポテンシャル値は、「床面の高さ」に相当する。つまり、アナロジーとして、球体の出発地から目的地に向かって床面が低くなるように床勾配を設定すれば目的地に向かって「引力」が球体に作用し、障害物領域の床面を球体がある床面より高くなるように床面を設定すれば障害物から「斥力」が走行車に作用する。ポテンシャル場における仮想引力は上記「引力」に相当しており、ポテンシャル場における仮想斥力は上記「斥力」に相当する。その結果、走行車は、球体が床面上をより低くかつより急勾配な方向に転がるように、障害物を回避しながら出発地から目的地まで自律的に移動可能な進路を選択できる。
例えば、仮想ポテンシャル法により進路を決定する自律移動体及びその移動制御方法が知られている（特許文献１を参照）。

特開２００９－２８８９３０号公報

従来より、多数の走行車が走行する走行車システムにおいて走行車同士の衝突を回避する制御アルゴリズムが提案されている。しかし、例えば複数の自律移動体同士の衝突を避けつつ、全体の走行効率を高くするための工夫は十分にされていない。

本発明の目的は、走行車システムにおいて、全体の走行効率を高くしつつ、多数の走行車が互いに干渉せずに走行する進路を決定することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る走行車システムは、複数の走行車を備えている。
走行車は、現在位置から目標位置へ向かう仮想引力と、障害物に関する障害物仮想斥力と、他車である対象走行車の位置及び向きから求まる他車仮想斥力とに基づいて、ポテンシャル法により進路を決定する進路決定手段を有している。
進路決定手段は、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸分に基づいて、対象走行車による他車仮想斥力の到達範囲を調整する他車仮想斥力到達範囲調整手段を有している。

この走行車システムでは、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸分に基づいて、他車仮想斥力の到達範囲が調整される。例えば、デッドロックの可能性がある場合は、障害物仮想斥力によるエネルギー散逸を生じさせないことで、対象走行車の仮想斥力の到達範囲をデッドロック防止可能な範囲を長いままで維持し、それによりデッドロックの発生を抑制できる。デッドロックが生じない状況では、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸を用いることで、他車仮想斥力場の到達範囲を短くできる。したがって、走行車の移動効率の低下を抑制できる。

他車仮想斥力到達範囲調整手段は、対象走行車に近接する別の走行車の仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸分に基づいて、対象走行車の他車仮想斥力を調整してもよい。
この走行車システムでは、別の走行車の仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸に基づいて、対象走行車の他車仮想斥力の到達範囲が調整される。

他車仮想斥力到達範囲調整手段は、対象走行車の通過予定領域の第１ポテンシャル値と、通過予定領域に対して進行方向と直角方向に隣接する領域部の第２ポテンシャル値との差分に比例する量を、対象走行車の進行予定距離に減算又は加算することで、他車仮想斥力の到達範囲を得てもよい。
ポテンシャル値は、例えば、平均ポテンシャル値であってもよい。
ただし、第２ポテンシャル値が第１ポテンシャル値より大きい場合は、進行予定距離を仮想斥力到達範囲とする。

走行車システムは、コントローラをさらに備えている。
コントローラは、走行車がＮ台あるとき、１位からＮ位まで同一順位が存在しないように走行車の優先順位を定められている走行車システムにおいて、ポテンシャルマップに基づいて全ての走行車の進路を決定するための方法を実行する。この方法は、下記のステップを備えている。
◎自機より優先度が高い走行車に関して作成された優先車仮想斥力ポテンシャルマップを考慮して走行車のポテンシャルマップを計算・更新するポテンシャルマップ更新ステップ。
◎ポテンシャルマップに基づいて、走行車の進路を決定する進路決定ステップ。
ポテンシャルマップ更新ステップ及び進路決定ステップは、走行車の優先順位の高い順番から低い順番に実行され、一連の実行が繰り返される、
この方法では、各走行車は、自機より優先度が高い走行車に関して作成された優先車仮想斥力ポテンシャルマップを考慮して、ポテンシャルマップを計算・更新する。言い換えると、各走行車は、自機より優先度が低い走行車からの仮想斥力に影響を受けずにポテンシャルマップを更新できる。その結果、優先度の高い走行車ほど優先的に効率が良い進路を得ることができ、そのため走行車システム全体の走行能力が向上する。

ポテンシャルマップ更新ステップ及び進路決定ステップは、走行車のうち少なくとも１台の動作変化が発生するたびに実行されてもよい。
なお、走行車の動作変化とは、例えば、走行車が向きを変えたり、走行車が搬送終了したりすることである。
この走行システムでは、移動し続けている複数の走行車の最新位置に基づいてポテンシャルマップが算出されるので、走行車の進路が適切に決定される。また、走行車の目的地の変更つまり進路変更が生じた場合にも、柔軟に対応できる。

本発明に係る走行車システムでは、走行車システムにおいて、全体の走行効率を高くしつつ、多数の走行車が互いに干渉せずに走行する進路を決定することができる。

第１実施形態に係る搬送車システムの模式的平面図。 搬送車の模式的平面図。 搬送車システムの制御構成を示す機能ブロック図。 他車仮想斥力到達範囲調整の原理を示す模式図。 他車仮想斥力到達範囲調整の具体例を示す模式図。 他車仮想斥力到達範囲調整の具体例を示す模式図。 第２実施形態において、他車仮想斥力到達範囲調整の具体例を示す模式図。 第２実施形態において、他車仮想斥力到達範囲調整の具体例を示す模式図。 第３実施形態において、ポテンシャルマップ作成及び進路決定制御を示すフローチャート。 初期ポテンシャルマップを示す模式図。 優先車仮想斥力ポテンシャルマップを示す模式図。 ポテンシャルマップを示す模式図。 ポテンシャルマップにおける進路決定を示す模式図。

１．第１実施形態
（１）搬送車システム全体の構成
図１を用いて、第１実施形態にかかる搬送車システム１（走行車システムの一例）を説明する。図１は、搬送車システムの模式的平面図である。
図１では、自動倉庫１０１、自動倉庫１０１の入庫ステーション１０３、自動倉庫の１０１の出庫ステーション１０５、ピッキングステーション１０７が示されている。ピッキングステーション１０７と自動倉庫１０１との間には、空間１０９が形成されている。空間１０９には、ラックなどからなる壁１１１（網掛け部分）が配置されており、それ以外が走行可能スペース１１３となっている。
走行可能スペース１１３は、自動倉庫１０１側の第１スペース１１３ａと、ピッキングステーション１０７側の第２スペース１１３ｂと、両者を連結する第１通路１１３ｃ及び第２通路１１３ｄとを有している。

搬送車システム１は、複数の搬送車３（走行車の一例）を有している。搬送車３は、上位の搬送管理コントローラ１７（図３）から割り付けられた搬送タスクに従って、走行可能スペース１１３内で自動走行を行う。具体的には、搬送車３は、予め指定されたタスク開始時刻になると、割り付けられた搬送タスクを開始する。搬送タスクを開始した搬送車３は、直近の進路を決定して、発車後も一定周期ごとにその先の進路を適宜修正しながら、荷積み指定位置から荷下ろし指定位置まで走行する。したがって、１台あたりの計算負荷を現行よりさほど増やさず、かつ、多台数のデッドロック回避性能を向上させることができる。例えば、搬送車３は、出庫ステーション１０５からピッキングステーション１０７まで荷物を搬送する。
搬送車システム１は、全搬送車３と通信可能な上位通信装置（図示せず）を有しており、搬送車３は、上位通信装置を介して互いにデータを送受信できる。なお、上位通信装置は搬送管理コントローラ１７の一部でもよい。

図２を用いて、搬送車３の基本構成を説明する。図２は、搬送車の模式的平面図である。
搬送車３は、本体５を有している。本体５には、図示しない移載装置が搭載されている。
搬送車３は、走行部７を有している。走行部７は、本体５を移動させる。走行部７は、本体５に設けられた駆動輪やモータからなる。

搬送車３は、障害物センサ９を有している。障害物センサ９は、レーザレンジファインダであり、トランスミッタから照射したレーザＬを回転ミラーで反射させることで、搬送車３の正面側を平面視で扇状に走査することができる。そして、照射されたレーザＬが物体で反射して戻ってくるまでの時間を計測することにより、物体までの距離を測定する。

（２）搬送車システムの制御構成
図３を用いて、搬送車システム１の制御構成を説明する。図３は、搬送車システムの制御構成を示す機能ブロック図である。
搬送車３は、コントローラ１５を有している。コントローラ１５、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。コントローラ１５は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
コントローラ１５は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
コントローラ１５の各要素の機能は、一部又は全てが、制御部を構成するコンピュータシステムにて実行可能なプログラムとして実現されてもよい。その他、コントローラ１５の各要素の機能の一部は、カスタムＩＣにより構成されていてもよい。
コントローラ１５には、図示しないが、対象物の大きさ、形状及び位置検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
搬送管理コントローラ１７は、コントローラ１５と同じようなコンピュータシステムである。

（２－１）制御構成の概要
図３に示すように、コントローラ１５は、マップ記憶部２１と、自機情報取得部２３と、障害物情報取得部２５と、を有している。
搬送管理コントローラ１７は、進路決定部３１を有している。
コントローラ１５は、進路決定部３１によって得られた進路に基づいて、駆動信号を生成し、走行部７に送信する走行指令送信部３３をさらに有している。

（２－２）制御構成の詳細
マップ記憶部２１は、搬送車３の行動範囲における静的障害物を示すマップを記憶する。静的障害物とは、消えたり位置が変化したりすることのない障害物をいい、具体的には壁、柱等の静的構造物及び重量物等である。このマップを作成するには、人間等の動的障害物を全て取り除いた状態で、搬送車３を移動させつつ、障害物センサ９によって障害物を走査する。すると、搬送車３は静的障害物の位置及び形状を認識してマップを自動的に作成し、適宜のメモリに記憶できる。

自機情報取得部２３は、自機の位置及び速度を計算して取得する。これらの自機情報は、障害物センサ９から得られた周囲の障害物の情報と前記マップとを照合した結果と、走行部７のモータの回転角度の情報と、を総合的に考慮して決定される。

障害物情報取得部２５は、障害物が、搬送車３が所有している環境地図上に『ない』場合（静止又は移動に関わらず）は、障害物センサ９からの信号に基づいて障害物を検出し、その位置、向き及び速度を取得する。障害物が、搬送車３が所有している環境地図上に『ある』場合（静止又は移動に関わらず）は、上位通信装置を介して障害物の位置、向き及び速度を取得する。

（３）ポテンシャル法によるポテンシャルマップ作成及び進路決定方法
進路決定部３１は、障害物を回避しながら搬送車３を目標位置へ移動させるための制御方法として、仮想ポテンシャル法を採用している。仮想ポテンシャル法は、目標位置に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、回避すべき障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場と、をそれぞれ生成して重ね合わせることでポテンシャルマップを作成し、それに基づいて、障害物に衝突することのない目標位置までの進路を生成する方法である。

進路決定部３１は、下記のステップ１）～４）を実行することで、進路を決定する。
１）進路決定部３１は、自機情報取得部２３で得られた自機の位置に基づいて、現在位置から目標位置へ向かうための仮想引力を計算する（仮想引力場を仮定する）。
２）進路決定部３１は、障害物情報取得部２５で得られた障害物の位置及び向きに基づいて、例えば棚や装置といった静的障害物から得られる障害物仮想斥力と、仮想斥力調整対象である搬送車（以下、「対象搬送車」という）の位置及び向きから求まる他車仮想斥力とが自機に生じるように、マップ上の各位置のポテンシャル値（斥力ポテンシャル場の属性値）を設定する。なお、進路決定部３１は、他車仮想斥力を得るときに、対象搬送車の位置及び向きに加えて、速度を考慮してもよい。

３）進路決定部３１は、引力ポテンシャル場と、斥力ポテンシャル場とに基づいて、ポテンシャル法によりポテンシャルマップ（人工ポテンシャル場）を作成する。
４）進路決定部３１は、ポテンシャルマップにおいて、ポテンシャル値が小さくなる方向でかつその変化率が最大の方向（ポテンシャル場の最急降下方向）を進路と決定する。なお、ここでの「進路」とは、その時点で一時的に決定されたものであり、その後に繰り返し更新される。

（４）他車仮想斥力到達範囲調整
進路決定部３１は、他車仮想斥力到達範囲調整部４１（他車仮想斥力到達範囲調整手段の一例、以下「調整部４１」という）を有している。調整部４１は、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸に基づいて、他車仮想斥力の到達範囲を調整する。
具体的には、調整部４１は、対象搬送車３の通過予定領域の第１ポテンシャル値と、予定領域に対して進行方向と直角方向に隣接する領域部の第２ポテンシャル値（ポテンシャルエネルギー散逸の一例）との差分に比例する量を、対象搬送車３の進行予定距離に比例する量から減算することで、仮想斥力到達範囲を得る。ポテンシャル値は、例えば、平均値である。
なお、第２ポテンシャル値が第１ポテンシャル値より大きい場合は、上記の調整部４１による調整を行わず、進行予定距離を仮想斥力到達範囲とする。

図４を用いて、他車仮想斥力到達範囲調整の原理を説明する。図４は、他車仮想斥力到達範囲調整の原理を示す模式図である。
図においては、対象搬送車３の仮想斥力場の到達範囲の調整が示されている。以下、対象搬送車３が形成する仮想斥力場の影響範囲が、搬送車３の位置と進行方向、周囲のポテンシャル状態によって調整されることを説明する。

図４の（Ａ）は、対象搬送車３の元々の到達範囲（対象搬送車３が方向転換等の理由で一時停止していた状態から移動を再開して再び一時停止するまでの範囲）である進行予定距離ｈを示している。さらに、（Ａ）は、破線で囲まれた内部平均ポテンシャル値Ｕｉｎ（対象搬送車の通過予定領域の第１ポテンシャル値の一例）を示している。なお、図では元々の到達範囲は直線で示されているが、元々の到達範囲を、「一定時間」だけ先の将来までの間に対象搬送車３が通過または占有する予定の範囲、として定義することによって、到達範囲が他の形状（例えば、折れ曲がり）になってもよい。「一定時間」は、対象搬送車３がデッドロックを起こさないことが保証できる程度の量を、あらかじめ設計者が設定する。

図４の（Ｂ）は、破線で囲まれた、対象搬送車３の進行方向と直角方向に隣接する部分の平均ポテンシャル値Ｕ_ｏｕｔ（対象搬送車の通過予定領域に対して進行方向と直角方向に隣接する領域部の第２ポテンシャル値の一例）を、エネルギー散逸分として示している。
そして、図４の（Ｃ）における仮想斥力場の実到達範囲としての実到達範囲ｄ（仮想斥力到達範囲の一例）は、下記の式から求められる。
ｄ＝ｋ_１＊ｈ－ｋ_２＊（Ｕ_ｉｎ－Ｕ_ｏｕｔ）（ｋ_１、ｋ_２は比例係数である）
以上より、実到達範囲ｄは、搬送車３の進行予定距離ｈに比例する範囲から、仮想斥力ポテンシャルエネルギー散逸分を差し引いた値となる。

図５及び図６を用いて、他車仮想斥力到達範囲調整の具体例を説明する。図５及び図６は、他車仮想斥力到達範囲調整の具体例を示す模式図である。なお、固定障害物の仮想斥力ポテンシャルは、搬送車３の仮想斥力ポテンシャルより大きい値に設定されている。
図５及び図６における破線及び一点鎖線の囲みは、斥力場が届く範囲を示している。

図５では、２つの壁１２１、１２３（固定障害物の一例）の間に比較的狭いスペース１２５が確保されている。さらに、搬送車３Ａが次にスペース１２５の図下側に接近して、次にスペース１２５内に入って図上側に移動しようとしている。そして、対象搬送車３Ｂが、スペース１２５内を図下側に移動中である。このように狭いスペース１２５が確保されているので、搬送車３Ａがスペース１２５に進入するとデッドロックが生じやすい又は発生し得る状況（後退するしか他に逃げ場がなくなる状況）である。それに対して、下記のように仮想斥力場の影響範囲を広くすることで、デッドロックの発生を抑制できる。
図５の例では、Ｕ_ｉｎ＜＝Ｕ_ｏｕｔとなるので、エネルギー散逸が起きず、したがって、調整部４１による仮想斥力調整が行われず、その結果、搬送車３Ｂの実到達距離ｈ_１が長く維持される。具体的には、搬送車３Ｂの仮想斥力場がスペース１２５の図下側及びさらにその下側（デッドロック防止可能な範囲）まで到達する。以上より、搬送車３Ａは、デッドロックを回避する進路をあらかじめ選択できる。

図６では、２つの壁１２１、１２３の間に比較的広いスペース１２７が確保されている。さらに、搬送車３Ａが次にスペース１２７の図手前側に接近して、次にスペース１２７内に入って図上側に移動しようとしている。そして、他の搬送車３Ｂがスペース１２７内を図下側に移動中である。このように広いスペース１２５が確保されているので、デッドロックが避けられる又は生じにくい状況である。
この場合、搬送車３Ａのポテンシャルマップ作成及び進路決定を考える。このとき、搬送車３Ｂの仮想斥力場が考慮される。図６の状況ではＵ_ｉｎ＞Ｕ_ｏｕｔであるので、エネルギー散逸が生じて、そのため搬送車３Ｂの実到達距離ｈ_２が短くなり、つまり、搬送車３Ｂの仮想斥力場がデッドロック防止可能な範囲まで到達しない。その結果、搬送車３Ａの過剰な衝突回避動作を防止でき、そのため、搬送効率の低下を抑制できる。

従来であれば、図５の状況では、搬送車３Ｂの位置、移動方向及び速度の情報だけによって仮想斥力到達範囲を狭く設定することになり、その場合は、仮想斥力到達範囲が十分に届かず搬送車３Ａがスペース１２５に進入してしまい、搬送車３Ｂは搬送車３Ａとデッドロックとなる可能性が比較的高い。しかし、そのよう状況を避けるために仮想斥力場が届く範囲を一様に大きく設定すると、図６の状況でも衝突回避動作が行われるので、搬送効率の観点から好ましくない。

２．第２実施形態
第１実施形態では障害物は静的構造物であったが、障害物は別の搬送車（自機でもなく、対象搬送車でもない搬送車）であってもよい。
図７及び図８を用いて、そのような実施例を第２実施形態として説明する。図７及び図８は、第２実施形態において、他車仮想斥力到達範囲調整の具体例を示す模式図である。

調整部４１は、別の搬送車３の他車仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸に基づいて、対象搬送車３の他車仮想斥力の到達範囲を調整する。
図７では、対象搬送車３Ｂが、図下側に移動中である。そして、２台の搬送車３Ｃ、３Ｄが対象搬送車３Ｂの両側を平行に図下側に走行している。２台の搬送車３Ｃ、３Ｄの間は、比較的狭い。さらに、搬送車３Ａ（自機）が次に搬送車３Ｃ、３Ｄの進行方向前側に接近して、次に２台の搬送車３Ｃ、３Ｄの間に入って図上側に移動しようとしている。この状況は、第１実施形態の図５の状況と同等である。したがって、搬送車３Ａのポテンシャルマップ作成及び進路決定を考えるとき、搬送車３Ｂの仮想斥力場が考慮される。実際には、Ｕ_ｉｎ＜＝Ｕ_ｏｕｔとなるので、エネルギー散逸が起きず、したがって、調整部４１による仮想斥力調整が行われず、その結果、搬送車３Ｂの実到達距離ｈ_１が長く維持される。具体的には、搬送車３Ｂの仮想斥力場がスペース１２５の図下側及びさらにその下側（搬送車３Ｂの元々の到達範囲）まで到達する。以上より、搬送車３Ａは、搬送車３Ｂの進路を妨害することのない進路をあらかじめ選択できる。

図８では、対象搬送車３Ｂが、図下側に移動中である。そして、２台の搬送車３Ｃ、３Ｄが対象搬送車３Ｂの両側を平行に図下側に走行している。２台の搬送車３Ｃ、３Ｄの間は、比較的広い。さらに、搬送車３Ａ（自機）が、次に２台の搬送車３Ｃ、３Ｄの進行方向前側に接近して、次に２台の搬送車３Ｃ、３Ｄの間に入って図上側に移動しようとしている。この状況は第１実施形態の図６の状況と同等である。したがって、搬送車３Ａのポテンシャルマップ作成及び進路決定を考えるとき、搬送車３Ｂの仮想斥力場が考慮される。実際にはＵ_ｉｎ＞Ｕ_ｏｕｔであるので、エネルギー散逸が生じて、そのため搬送車３Ｂの実到達距離ｈ_２が短くなり、つまり、搬送車３Ｂの仮想斥力場がデッドロック防止可能な範囲まで到達しない。その結果、搬送車３Ａの過剰な衝突回避動作を防止でき、そのため、搬送効率の低下を抑制できる。

３．第３実施形態
第１実施形態及び第２実施形態では、ポテンシャルマップ作成及び進路決定は、仮想引力と、障害物仮想斥力と、他車仮想斥力とに基づいていた。他車仮想斥力としては、優先車仮想斥力ポテンシャルマップ（後述）を用いてもよい。

図９～図１３を用いて、そのような実施例を第３実施形態として説明する。図９は、第３実施形態において、ポテンシャルマップ作成及び進路決定制御を示すフローチャートである。図１０は、初期ポテンシャルマップを示す模式図である。図１１は、優先車仮想斥力ポテンシャルマップを示す模式図である。図１２は、ポテンシャルマップを示す模式図である。なお、各ポテンシャルマップでは、格子レイアウト空間においてポテンシャル場が設定され、目標地点が最小ポテンシャルとなる勾配ベクトルにより経路が生成される。
なお、第３実施形態は、第１実施形態のポテンシャルマップ作成及び進路決定を基本としているが、それ以外の種類のポテンシャルマップ作成及び進路決定を採用してもよい。

搬送車システム１内に搬送要求が割り付けられた搬送車３がＮ台あるとする。この場合、１位からＮ位まで同一順位が存在しないように、搬送車３の搬送優先順位が定められている。
優先度は、例えば、下記を指針として決定される。
１）荷積みポイントへの移動、次工程への搬送。
２）保管場への搬送、充電ポイントへの移動。
３）回収場への搬送，待機ポイントへの移動。
なお、１）～３）の各々においての並列記載は、例えば、それ自体では優先度が同じであり、各要求発生の順番によって優先度が決められる。
ただし、「次工程」とは例えばピッキング工程や次段階の生産工程を意味し、「保管場」は例えば立体自動倉庫や平置き棚などの一時保管場所を意味し、「回収場」は例えば空パレットや不良品の回収場所を意味する。搬送時間制約が存在する搬送フローは、「次工程への搬送」に分類される。

進路決定部３１は、図９に示すように、下記のステップを実行する。
以下に説明する制御フローチャートは例示であって、各ステップは必要に応じて省略及び入れ替え可能である。また、複数のステップが同時に実行されたり、一部又は全てが重なって実行されたりしてもよい。
さらに、制御フローチャートの各ブロックは、単一の制御動作とは限らず、複数のブロックで表現される複数の制御動作に置き換えることができる。
なお、各装置の動作は、制御部から各装置への指令の結果であり、これらはソフトウェア・アプリケーションの各ステップによって表現される。

ステップＳ１では、優先車仮想斥力ポテンシャルマップが初期化される。優先車仮想斥力ポテンシャルマップは、例えば、全ての搬送車３のコントローラ１５に保存されており、各搬送車３で更新されるたびに例えば搬送管理コントローラ１７を介して他の搬送車３に送信される。

ステップＳ２では、一連の処理においてポテンシャルマップが更新されていない搬送車の内で優先度が高い次の搬送車３が選択される。
ステップＳ３では、自機より優先度が高い搬送車３に関して作成された優先車仮想斥力ポテンシャルマップを考慮して、走行車のポテンシャルマップが算出される。具体的には、初期ポテンシャルマップに優先車仮想斥力ポテンシャルマップが加算されることで、ポテンシャルマップが作成・更新される。なお、優先順位が１位の場合は、優先車仮想斥力ポテンシャルマップを考慮せずに、つまり初期ポテンシャルマップがそのままポテンシャルマップとなる。

図１０は、搬送車３Ｅの初期ポテンシャルマップを示している。初期ポテンシャルマップは、格子レイアウト空間において、スタート地点「Ｆｒｏｍ」とゴール地点「Ｔｏ」に仮想引力が生じるように、壁１１１から仮想斥力を受けるように、ポテンシャル値が各格子に設定されている。搬送車３Ｅの優先順位が１番であれば、この初期ポテンシャルマップがそのままポテンシャルマップとなり、それにより第１通路１１３ｃを通る進路Ｒ_１が決定される。

図１１は、優先車仮想斥力ポテンシャルマップを示している。
この優先車仮想斥力ポテンシャルマップは、自機より優先度の高い対象搬送車３Ｆ、３Ｇの進行予定経路によって作成されたものであり、対象搬送車３Ｆの現在位置では、進行予定経路の両隣が壁であるのでエネルギー散逸が起こらず、したがって、図右側に１０格子分の仮想斥力場Ａ（黒枠）が延びている（この場合、仮想斥力場が進行予定距離まで届いている）。対象搬送車３Ｇの現在位置では、進行予定経路の片方の隣だけが壁であるのでエネルギー散逸が起こり、図下側に３格子分の仮想斥力場Ｂ（黒枠）が延びている（この場合、仮想斥力場が進行予定距離である５格子分まで届いていない）。

図１２は、ポテンシャルマップを示している。ポテンシャルマップは、初期ポテンシャルマップと優先車仮想斥力ポテンシャルマップを加算によって合成したものである。

ステップＳ４では、進路決定部３１は、ポテンシャルマップに基づいて、搬送車３の進路を決定する。図１３は、ポテンシャルマップにおける進路決定を示す模式図である。ポテンシャルマップでは、自車のとる進路が、ポテンシャルマップの最急降下方向から決定される。このポテンシャルマップでは、第２通路１１３ｄを通る進路Ｒ_２に決定される。つまり、進路Ｒ_１から進路Ｒ_２に変更されている。
ステップＳ５では、優先車仮想斥力ポテンシャルマップが上書き更新される。具体的には、与えられた優先車仮想斥力マップに自機の仮想斥力到達場を追加することで新たな優先車仮想斥力ポテンシャルマップが作成される。

ステップＳ６では、搬送要求が割り付けられた全ての搬送車３の進路が決定されたか否かが判断される。Ｙｅｓであれば（搬送要求が割り付けられた全ての搬送車３の進路が決定されると）プロセスはステップＳ１に戻り、優先車仮想斥力ポテンシャルマップは初期化される。ＮｏであればプロセスはステップＳ２に戻る。つまり、ステップＳ２～Ｓ５は、搬送車３の優先順位の高い順番に繰り返し実行される。つまり、１番目、２番目、、、、Ｎ番目までポテンシャルマップ作成及び進路決定が行われ、それが繰り返される。

各繰り返し内では、優先車仮想斥力ポテンシャルマップは、優先度の高い搬送車３から順番に上書き更新されていき、例えば搬送管理コントローラ１７を介して、搬送要求が割り付けられた全ての搬送車３にデータとして受け渡される。
なお、この実施形態では、ステップＳ２～Ｓ５が一定周期で繰り返されている（つまり、優先車仮想斥力ポテンシャルマップは一定周期ごとに更新される）。この一定周期は、搬送車３の動作変化を識別できる程度の微小時間である。

この実施形態では、上記のように、各搬送車３は、自機より優先度が高い搬送車３に関して作成された優先車仮想斥力ポテンシャルマップを考慮してポテンシャルマップを計算・更新する。言い換えると、各搬送車３は、自機より優先度が低い搬送車３からの仮想斥力に影響を受けずに、ポテンシャルマップを更新できる。その結果、優先度の高い搬送車３ほど優先的に効率が良い進路を得ることができ、そのため搬送車システム１全体の走行能力が向上する。
以上の結果、優先度順位が低い搬送車３に衝突回避動作（待機や迂回）をさせることで、搬送車システム１全体の搬送能力の低下を抑制できる。優先順位が低い搬送車３は、搬送要求の処理遅れがシステム全体の搬送能力の低下にあまり影響しないからである。

以上の結果、搬送車システム１では、全体の走行効率を高くしつつ、多数の搬送車３が互いに干渉せずに走行する進路を決定することができる。
この方法は、特に、搬送車の優先度が異なる流通センターや工場内等の搬送系において有効である。

第３実施形態の変形例では、ポテンシャルマップ更新ステップ及び進路決定ステップは、複数の搬送車３のうち少なくとも１台の動作変化が発生するたびに実行される。「走行車の動作変化」とは、例えば、搬送車３が向きを変えたり、搬送車３が搬送終了したりすることである。その場合、移動し続けている複数の搬送車３の最新位置に基づいてポテンシャルマップが算出されるので、搬送車３の進路が適切に決定される。また、搬送車３の目的地の変更つまり進路変更が生じた場合にも、柔軟に対応できる。

４．実施形態の共通事項
上記第１～第３実施形態は、下記の構成及び機能を共通に有している。
走行車システム（例えば、搬送車システム１）は、複数の走行車（例えば、複数の搬送車３）を備えている。
走行車は、現在位置から目標位置へ向かう仮想引力と、障害物に関する障害物仮想斥力と、他車である対象走行車の位置及び向きから求まる他車仮想斥力とに基づいて、ポテンシャル法により進路を決定する進路決定手段（例えば、進路決定部３１）を有している。
進路決定手段は、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸分に基づいて、対象走行車による他車仮想斥力の到達範囲を調整する他車仮想斥力到達範囲調整手段（例えば、他車仮想斥力到達範囲調整部４１）を有している。

この走行車システムでは、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸に基づいて、他車仮想斥力の到達範囲が調整される（例えば、図４）。例えば、デッドロックの可能性がある場合は、障害物仮想斥力によるエネルギー散逸を生じさせないことで、対象走行車の仮想斥力の到達範囲をデッドロック防止可能な範囲まで長くできる（例えば、図５）。したがって、デッドロックの発生を抑制できる。デッドロックが生じない状況では、障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸を用いることで、他車仮想斥力場の到達範囲を短くできる（例えば、図６）。したがって、走行車の移動効率の低下を抑制できる。

５．他の実施形態
以上、本発明の複数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、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

進路決定部は上位のコントローラに設けられていたが、搬送車のコントローラに設けられていてもよい。
第１実施形態の変形例として、調整部４１は、対象搬送車３の通過予定領域の第１ポテンシャル値と、予定領域に対して進行方向と直角方向に隣接する領域部の第２ポテンシャル値との差分に比例する量の逆数を、対象搬送車３の進行予定距離に比例する量に加算することで、仮想斥力到達範囲を得るようにしてもよい。
具体的には、対象走行車の元々の到達範囲を短く設定しておき、エネルギー散逸が生じる場合に元々の到達範囲にエネルギー散逸分を加算することで、他車仮想斥力到達範囲が得られる。

本発明は、搬送車に限定されず、他の走行車（例えば、サービスロボット）にも適用できる。
本発明は、２次元平面上を移動する搬送車に限定されず、３次元空間内を移動する搬送車にも適用できる。３次元空間は例えば３Ｄロボット倉庫システムによって実現される。また、３次元空間に適用される場合は、ＸＹＺ格子空間の各格子にポテンシャル値を設定したポテンシャルマップが用いられる。
障害物センサは、レーザレンジファインダに限定されず、ステレオカメラ、単眼カメラ、超音波センサ、赤外線センサであってもよい。

ポテンシャル法を用いて進路を決定する走行車システム及び走行車の進路決定方法に関する。

１ ：搬送車システム
３ ：搬送車
５ ：本体
７ ：走行部
９ ：障害物センサ
１５ ：コントローラ
１７ ：搬送管理コントローラ
２１ ：マップ記憶部
２３ ：自機情報取得部
２５ ：障害物情報取得部
３１ ：進路決定部
３３ ：走行指令送信部
４１ ：他車仮想斥力到達範囲調整部
１０１ ：自動倉庫
１０３ ：入庫ステーション
１０５ ：出庫ステーション
１０７ ：ピッキングステーション
１０９ ：空間
１１１ ：壁
１１３ ：走行可能スペース
１２１ ：壁
１２３ ：壁
１２５ ：スペース
１２７ ：スペース

Claims (5)

1. 複数の走行車を備えた走行車システムであって、
   前記走行車は、現在位置から目標位置へ向かう仮想引力と、障害物に関する障害物仮想斥力と、他車である対象走行車の位置及び向きから求まる他車仮想斥力とに基づいて、ポテンシャル法により進路を決定する進路決定手段を備え、
   前記進路決定手段は、前記障害物仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸分に基づいて、前記対象走行車による他車仮想斥力の到達範囲を調整する他車仮想斥力到達範囲調整手段を有する、
   走行車システム。
2. 前記他車仮想斥力到達範囲調整手段は、前記対象走行車に近接する別の走行車の仮想斥力によるポテンシャルエネルギー散逸分に基づいて、前記対象走行車の前記他車仮想斥力を調整する、請求項１に記載の走行車システム。
3. 前記他車仮想斥力到達範囲調整手段は、前記対象走行車の通過予定領域の第１ポテンシャル値と、前記通過予定領域に対して進行方向と直角方向に隣接する領域部の第２ポテンシャル値との差分に比例する量を、前記対象走行車の進行予定距離に減算又は加算することで、前記他車仮想斥力の到達範囲を得る、請求項１又は２に記載の走行車システム。
4. コントローラをさらに備え、
   前記コントローラは、
   走行車がＮ台あるとき、１位からＮ位まで同一順位が存在しないように前記走行車の優先順位を定められている走行車システムにおいて、ポテンシャルマップに基づいて全ての走行車の進路を決定するための方法を実行し、
   前記方法は、
   自機より優先度が高い走行車に関して作成された優先車仮想斥力ポテンシャルマップを考慮して前記走行車のポテンシャルマップを計算・更新するポテンシャルマップ更新ステップと、
   前記ポテンシャルマップに基づいて、前記走行車の進路を決定する進路決定ステップと、
   を備え、
   前記ポテンシャルマップ更新ステップ及び前記進路決定ステップは、前記走行車の優先順位の高い順番から低い順番に実行され、一連の実行が繰り返される、請求項１～３のいずれかに記載の走行車システム。
5. 前記ポテンシャルマップ更新ステップ及び前記進路決定ステップは、前記走行車のうち少なくとも１台の動作変化が発生するたびに実行される、請求項４に記載の走行車システム。

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