JP2023072736A - Autonomous traveling apparatus and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律走行装置および制御方法に関する。 The present invention relates to an autonomous mobile device and control method.
予め設定された経路に沿って、距離センサからの検知結果を受けて自装置の位置・姿勢を推定する位置姿勢推定部により自律的に走行する一般環境での一般走行モードと、進行方向に前進を行う壁ならい走行モードとの2つの運転モードを備える自律移動体が知られている(例えば、特許文献1参照)。 A general driving mode in a general environment in which the robot runs autonomously along a preset route using the position and orientation estimation unit that estimates the position and orientation of the device based on the detection results from the distance sensor, and forward movement in the direction of travel. There is known an autonomous mobile body that has two operation modes, a wall-following mode and a wall-following mode (see, for example, Patent Literature 1).
ロボットなどで自律走行を行う際は、センサデータを元にした地図を事前に作成し、そのどこにいるかをセンサデータ等から推定、付近の障害物情報や地図情報を元に、現在地から目的地までの障害物に衝突しないように経路計画を行い、それに基づいて走行を行う、という手法が一般的である。 When autonomous driving is performed by a robot, etc., a map based on sensor data is created in advance, where the robot is located is estimated from the sensor data, etc., and distance from the current location to the destination is calculated based on nearby obstacle information and map information. A common method is to plan a route so as not to collide with an obstacle, and to travel based on the plan.
この自己位置推定用の地図にはグリッドマップと呼ばれる格子状の地図が用いられることが一般的であり、この格子状の地図はグリッドごとにセンサの検出物が存在するかどうかを示す値となっている。 A grid-like map called a grid map is generally used for this self-position estimation map, and this grid-like map has a value indicating whether or not there is an object detected by the sensor for each grid. ing.
この地図と現在のセンサ情報などから自己位置を推定するため、この格子地図の解像度が、自己位置推定精度に大きく依存することとなる。 Since the self-location is estimated from this map and current sensor information, etc., the resolution of this grid map greatly depends on the accuracy of self-location estimation.
自律走行において、AGV(Automatic Guided Vehicle)などを設備に幅寄せするまたは掃除機などで隅々まで掃除を行うなどの用途で壁際をぎりぎり(例えば、数cm)で走行する場合がある。 In autonomous driving, there are cases in which an AGV (Automatic Guided Vehicle) or the like runs close to a wall (for example, several centimeters) for purposes such as cleaning every corner with a vacuum cleaner or the like.
車体の走行において、微小な車輪の滑りなどによるオドメトリのズレの蓄積、また周辺環境の変化やノイズから自己位置にずれが生じるため、ある程度の誤差があることを前提に、それを補正しながら走行を行うことが一般的であり、数cmの精度を要求することは非常に難しい。ある地点から目的の地点までものを運ぶ、というような用途ではこれらの誤差は大きく問題とはならないが、壁から数cmの距離を保ち走行するといった精度が求められる場合は、このずれにより壁に衝突してしまうなどの問題がある。 Accumulation of odometry deviations due to minute wheel slippage, etc., and changes in the surrounding environment and noise cause deviations in the self-position during vehicle travel. and it is very difficult to require an accuracy of several centimeters. These errors are not a big problem in applications such as carrying things from a certain point to a destination point, but when accuracy is required such as maintaining a distance of several centimeters from the wall and traveling, this deviation may cause the wall to move. There are problems such as collisions.
この問題に対し、前述の通り地図の解像度を上げることで改善することが考えられるが、地図の解像度を上げると、自己位置推定を行うための演算負荷の増大につながり、一部の走行に必要な精度を実現するために、自律走行自体の計算コストが高くなるというデメリットがある。 This problem can be solved by increasing the map resolution as described above, but increasing the map resolution leads to an increase in the computational load for self-localization, which is necessary for some driving. However, there is a disadvantage that the calculation cost of autonomous driving itself is high in order to achieve high accuracy.
前述の自律走行とは別に、壁際の走行など、精度の高い走行が求められる場合、センサで検出した壁との距離・角度を直接走行にフィードバックし走行する、といった手法が取られるが、これはセンサ値を直接用いた走行であり、局所的に最適な走行を行うための動作となる。つまり、前述の自律走行などのように、地図などの情報を用いていないため、遠方の目的地に向かう場合や、経路が塞がれている場合に迂回を行うなどの柔軟な走行を行うことは難しい。 In addition to the autonomous driving described above, when high-precision driving is required, such as when driving near a wall, a method is adopted in which the distance and angle to the wall detected by the sensor are directly fed back to the driving. This is running that directly uses sensor values, and is an operation for performing locally optimal running. In other words, unlike the above-mentioned autonomous driving, it does not use information such as maps, so it can drive flexibly, such as when heading to a distant destination or taking a detour when the route is blocked. is difficult.
なお、特許文献1では、通常走行と壁倣い走行と呼ばれるモードを用意し、それらを切り替えることで所望の動作を行っている。これらのモードの切り替えは予め設定されたモード変更位置に到達したかどうか、のみを判定条件としており、その位置の環境が変化したなどの場合に対応することが難しく、また、壁倣い走行中は障害物とぶつからないように走行を行うのみのため、経路が塞がれた際に迂回路を走行するなどの柔軟な対応を取ることが難しい。 In addition, in Patent Document 1, modes called normal running and wall-following running are prepared, and a desired operation is performed by switching between them. These modes are switched only based on whether or not they have reached a preset mode change position. Since it only travels without colliding with obstacles, it is difficult to take flexible measures such as traveling on a detour when the route is blocked.
本発明の一態様は、自己位置推定に基づいて走行する自己位置推定走行モードと、壁との距離を保って走行する壁沿い走行モードと、を適切に切り替えることで、演算負荷の上昇を抑え、かつ壁際における精密な走行を実現する自律走行装置および制御方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to suppress an increase in computational load by appropriately switching between a self-position estimation running mode in which the vehicle runs based on self-position estimation and a wall-along running mode in which the vehicle runs while maintaining a distance from the wall. It is an object of the present invention to provide an autonomous traveling device and a control method that realize precise traveling along a wall.
本発明の一態様に係る自律走行装置は、自己位置推定に基づいて走行する自律走行装置において、周囲の壁との距離および方向を測定するセンサと、前記センサにより測定された距離および方向から前記壁を検出する壁検出部と、前記自律走行装置の自己位置を推定する自己位置推定部と、前記自己位置および地図情報に基づいて、走行経路を計画する走行経路計画部と、前記自己位置推定部による自己位置推定に基づいて走行する自己位置推定走行モードと、前記壁との距離を保って走行する壁沿い走行モードとを切り替える走行モード切替部と、を備え、前記走行モード切替部は、前記走行経路と前記検出された壁とに基づいて、前記自己位置推定走行モードと前記壁沿い走行モードとを切り替える。 An autonomous mobile device according to an aspect of the present invention is an autonomous mobile device that travels based on self-position estimation, comprising: a sensor that measures a distance and direction to a surrounding wall; A wall detection unit that detects a wall, a self-position estimation unit that estimates the self-position of the autonomous mobile device, a travel route planning unit that plans a travel route based on the self-position and map information, and the self-position estimation. a running mode switching unit for switching between a self-position estimation running mode for running based on the self-position estimation by the unit and a wall-along running mode for running while maintaining a distance from the wall, wherein the running mode switching unit The self-position estimation running mode and the wall-along running mode are switched based on the running route and the detected wall.
本発明の一態様に係る制御方法は、自己位置推定に基づいて走行する自律走行装置の制御方法において、周囲の壁との距離および方向を測定し、前記測定された距離および方向から前記壁を検出し、前記自律走行装置の自己位置を推定し、前記自己位置および地図情報に基づいて、走行経路を計画し、前記走行経路と前記検出された壁とに基づいて、自己位置推定に基づいて走行する自己位置推定走行モードと前記壁との距離を保って走行する壁沿い走行モードとを切り替える、処理を備える。 A control method according to an aspect of the present invention is a control method for an autonomous mobile device that travels based on self-position estimation, in which a distance and direction to a surrounding wall are measured, and the wall is moved from the measured distance and direction. estimating a self-position of the autonomous mobile device; planning a travel route based on the self-position and map information; and based on the self-position estimation based on the travel route and the detected wall A process of switching between a self-position estimation running mode in which the vehicle runs and a wall-along running mode in which the vehicle runs while maintaining a distance from the wall is provided.
以下、実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
図1は、実施の形態に係る自律走行装置の構成図の一例である。 FIG. 1 is an example of a configuration diagram of an autonomous mobile device according to an embodiment.
自律走行装置101は、センサ111、自律走行制御部121、壁沿い走行制御部131、走行モード切替部141、記憶部151、および駆動部161を有する。
The autonomous
センサ111は、自律走行装置101の周囲の障害物(例えば、壁)の位置(距離および方向)を測定する。センサ111は、例えば、LiDAR(Light Detection and Ranging)センサである。センサ111は、検出した自律走行制御部111の周囲の障害物に関する情報(センサ情報)を出力する。センサ情報は、例えば、障害物の位置を示す情報であり、具体的には、センサ111に対する障害物の方向、および自律走行装置101(センサ111)と障害物との間の距離等である。自律走行装置101には、例えば、複数のセンサ111が設けられ、自律走行装置101の周囲全体(自律走行装置101を中心とした360度の範囲)の障害物を検出できる。以下、実施の形態において、障害物の位置の一例として壁の位置が測定される場合について説明する。
The
自律走行制御部121は、自己位置推定に基づいて走行する自己位置推定走行モードで走行するための制御を行う。自律走行制御部121は、自己位置推定部122、走行経路計画部123、および走行制御部124を有する。自律走行制御部121は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、または集積回路(IC(Integrated Circuit)チップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)等で実現される。
The autonomous
自己位置推定部122は、記憶部151から地図情報152を取得し、センサ111から検出した自律走行制御部121の周囲の障害物に関する情報(センサ情報)を取得し、地図情報152とセンサ情報に基づいて、自律走行装置101の位置(自己位置)を推定する。
The self-
走行経路計画部123は、自律走行装置101が走行する経路(走行経路)を計画(算出)する。例えば、走行経路計画部123は、外部からの入力等により出発位置と目的位置とを設定するとともに、地図情報等に基づいて目的位置までの走行経路を計画する。走行経路計画部123は、計画した走行経路を示す走行計画経路を走行モード切替部141に出力する。
The travel
走行制御部124は、自己位置推定部122により推定された自己位置に基づいて、走行経路計画部123で計画した走行経路を走行するための走行コマンドを生成し、走行モード切替部141に出力する。すなわち、走行制御部124は、自己位置推定走行モードで走行するための走行コマンドを生成及び出力する。走行コマンドは、例えば、走行経路を走行するように駆動部161を制御するコマンドを含む。
壁沿い走行制御部131は、センサ情報に基づいて周囲の壁を検出し、自律走行装置101と壁との距離および自律走行装置101の進行方向と壁と角度をフィードバックしながら、壁から所定の距離(例えば、数cm)を保った壁沿い走行モードで走行するための制御を行う。壁沿い走行制御部131は、壁検出部132および走行制御部133を有する。壁沿い走行制御部131は、例えば、CPU等のプロセッサ、または集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)等で実現される。
The wall-along-
壁検出部132は、センサ111からのセンサ情報に基づいて、自律走行装置101の周囲の壁を検出する。壁検出部132は、検出した壁の位置を示す壁情報を走行モード切替部141に出力する。壁情報は、例えば、自律走行装置101(センサ111)に対する壁が存在する方向、および自律走行装置101(センサ111)と壁との間の距離を含む。
The
走行制御部133は、センサ111からセンサ情報を受信し、壁検出部132により検出された壁の情報(壁情報)に基づいて、壁沿いを走行、すなわち壁との距離を一定に保って走行するための走行コマンドを生成し、走行モード切替部141に出力する。すなわち、走行制御部133は、壁沿い走行モードで走行するため走行コマンドを生成および出力する。尚、壁沿いを走行する場合の自律走行装置101と壁との距離は予め設定されている。また、壁沿いを走行する場合の自律走行装置101と壁との距離は、走行中に外部から与えられてもよい。走行コマンドは、例えば、壁との距離を一定に保って走行するように駆動部161を制御するコマンドを含む。
The traveling
走行モード切替部141は、判定部142および離脱動作制御部143を有する。走行モード切替部141は、例えば、CPU等のプロセッサ、または集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)等で実現される。
The running
判定部142は、走行経路計画部123から受信した走行計画経路と壁検出部132から受信した壁情報に基づいて、自己位置推定走行モードと壁沿い走行モードとを切り替える。具体的には、例えば、判定部142は、走行経路計画部123から受信した走行計画経路と壁検出部132から受信した壁情報に基づいて、自己位置推定走行モードと、壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するか判定する。
Based on the travel plan route received from the travel
例えば、判定部142は、以下に説明するように、走行計画経路と壁との距離に基づいて、自己位置推定走行モードと、壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するか判定する。尚、走行計画経路と壁との距離は、壁の位置を示す壁情報に基づいて算出可能である。
For example, as described below, the
図2Aは、自己位置推定走行モードで走行すると判定される場合の一例を示す図である。図2Bは、壁沿い走行モードで走行すると判定される場合の一例を示す図である。 FIG. 2A is a diagram showing an example when it is determined that the vehicle is traveling in the self-position estimation traveling mode. FIG. 2B is a diagram showing an example of a case where it is determined that the vehicle will travel in the along-the-wall traveling mode.
図2Aおよび2Bは、自律走行装置101を上方から見た場合の平面図である。自律走行装置101内の矢印は、自律走行装置101の進行方向を示し、図2Aおよび2Bにおける右方向が自律走行装置101の進行方向である。図2Aおよび2Bにおいて、自律走行装置101の進行方向の右側には、壁検出部132より検出された壁Wがある。また、自律走行装置101から出ている矢印は、走行経路計画部123により計画された走行経路(走行計画経路)を示す。
2A and 2B are plan views of the autonomous
図2Aおよび2Bにおいて、点線で囲まれる矩形の範囲は、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまで、且つ壁Wから壁の垂直方向に距離が閾値thまでの範囲を示す。
In FIGS. 2A and 2B, a rectangular range surrounded by dotted lines indicates a range from the autonomous
図2Aでは、走行計画経路は途中で壁Wからの距離が閾値thよりも遠い位置にある。 In FIG. 2A, the travel plan route is at a position where the distance from the wall W is greater than the threshold value th.
図2Aに示すように、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまでの間に、走行計画経路の少なくとも一部が壁Wから閾値thよりも遠い位置にある場合には、判定部142は、自己位置推定走行モードで走行すると判定する。
As shown in FIG. 2A, if at least part of the travel plan route is located farther from the wall W than the threshold value th between the autonomous
図2Bでは、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまでの間において、走行計画経路の全ては、壁Wから閾値th以内の距離にある。
In FIG. 2B, from the autonomous
図2Bに示すように、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまでの間に、走行計画経路の少なくとも一部が壁Wから閾値thよりも遠い位置にない場合には、判定部142は、壁沿い走行モードで走行すると判定するすなわち、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまでの間に、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまでの走行計画経路のすべてが壁Wから閾値th以内の位置にある場合には、判定部142は、壁沿い走行モードで走行すると判定する。
As shown in FIG. 2B, if at least part of the travel plan route is not located farther from the wall W than the threshold value th within the distance D from the autonomous
このように、走行計画経路と壁と間が一定距離(閾値)以内である場合には、壁沿い走行モードで走行すると判定され、そうでない場合は、自己位置推定走行モードで走行すると判定される。 In this way, when the distance between the planned travel route and the wall is within a certain distance (threshold value), it is determined that the vehicle will travel in the wall-along traveling mode. .
図1に戻り説明を続ける。 Returning to FIG. 1, the description continues.
判定部142は、自己位置推定走行モードで走行すると判定した場合、走行制御部124から受信した走行コマンドを駆動部161に出力する。これにより、自律走行装置101は、自己位置推定走行モードで走行する。
When determining to travel in the self-position estimation travel mode,
判定部142は、壁沿い走行モードで走行すると判定した場合、走行制御部133から受信した走行コマンドを駆動部161に出力する。これにより、自律走行装置101は、壁沿い走行モードで走行する。
When determining to travel in the along-the-wall travel mode, the
このように、判定部142は、走行モードの判定結果に応じた走行コマンドを出力することで、自己位置推定走行モードと壁沿い走行モードとを切り替える。
In this way, the
離脱動作制御部143は、自律走行装置101が壁と衝突しないように壁から離れるように走行する離脱動作を行う走行コマンドを生成し、駆動部161に出力する。離脱動作制御部143は、例えば、壁情報および自律走行装置101の形状を示す情報に基づいて、自律走行装置101が壁と衝突しないように、壁と衝突する方向への旋回を制限したり、旋回を制限した状態で直進して、壁と衝突しないように壁から離れる離脱動作を行う走行コマンドを生成する。尚、自律走行装置101の形状を示す情報は、記憶部151に予め記憶されている。
The leaving
壁沿いを走行中に自己位置推定走行モードに切り替えると、推定された自己位置と実際の自律走行装置101のズレにより、壁と衝突して走行不可となる場合がある。これを回避するため、離脱動作制御部143は、車体形状や壁との距離・角度に基づく制御により、壁と衝突せずに壁から離れるための走行を実現する。
If the autonomous
図3は、壁との衝突回避を説明する図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining collision avoidance with a wall.
図3は、自律走行装置101を上方から見た場合の平面図である。また、自律走行装置101は、上方から見て矩形であり、自律走行装置101内の矢印は、自律走行装置101の進行方向を示す。
FIG. 3 is a plan view of the autonomous
壁からの離脱動作時には、自律走行装置101は壁に接近しているため、旋回を行うと、壁と衝突してしまう危険性が高い。このため、離脱動作を行う際には、離脱動作制御部143は、車体形状を考慮して適切な制御を行う。
Since the autonomous
具体的には、離脱動作制御部143は、車体の旋回中心からの後方で車体形状として一番壁と近い位置と壁の距離を算出し、旋回時に壁と衝突しそうな場合には衝突方向への旋回を制限することで、衝突を回避する。
Specifically, the leaving
図3において、自律走行装置101が左周りに旋回しようとする場合、丸印で示す自律走行装置101の右後方の角部分が壁Wと一番近い位置となるため、離脱動作制御部143は、自律走行装置101の右後方の角部分と壁との距離を算出し、衝突の危険性がある場合は左旋回を制限し直進を行う走行コマンドを生成することで、壁との衝突を防ぎ壁からの離脱を行う。
In FIG. 3, when the autonomous
図4A、4Bは、離脱動作を説明するための図である。 4A and 4B are diagrams for explaining the detachment operation.
図4A、4Bは、自律走行装置101を上方から見た場合の平面図である。自律走行装置101内の矢印は、自律走行装置101の進行方向を示す。図4Aは、自律走行装置101が壁と衝突せずに壁から離れていく様子を示し、一番左の自律走行装置101が最初の自律走行装置101の位置を示し、離脱動作に伴い、順に右隣の自律走行装置101の位置に自律走行装置101は移動する。距離D1は、壁から離れ、自己位置推定モードによる走行が可能な距離を示し、距離D2は、壁からの離脱に必要な距離を示す。
4A and 4B are plan views of the autonomous
図4Aに示すように自律走行装置101は、自律走行装置101が最初の位置で左周りに旋回しようとすると、自律走行装置101の右後方の角部分が壁Wと衝突するため、左旋回を制限(旋回する角度を小さく)して、前方に移動することで壁との衝突を防ぎ壁からの離脱を行う。そして、自律走行装置101は、離脱動作により、自律走行装置101が壁から距離D1離れたら自己位置推定走行モードで走行する。自律走行装置101を上方から見た場合の形状が円形でない場合、壁Wに衝突せずに旋回できる角度に限界があり、壁Wに衝突せずに自律走行装置101が壁から距離D1離れるためには、離脱動作の開始時点において、自律走行装置101の進行方向に距離D2が必要である。壁からの離脱に必要な距離D2とは、自律走行装置101が壁と衝突せずに壁から離れるため走行(離脱動作)を開始して自己位置推定モードによる走行が可能な位置に移動するまでの離脱動作の開始時点の自律走行装置101から自律走行装置101の進行方向にある壁までの距離である。
As shown in FIG. 4A, when the autonomous
また、判定部142は、壁沿い走行モードで走行中に自律走行装置101から自律走行装置101の進行方向に距離D2以内に障害物があるか否かに基づいて、離脱動作を行うか否か判定してもよい。例えば、判定部142は、壁沿い走行モードで走行中に、自律走行装置101から自律走行装置101の進行方向に距離D2以内に障害物が発生した場合は、離脱動作を行うと判定する。このとき、突発的に発生した障害物などによる影響で、離脱動作の開始時点において、壁Wに衝突せずに距離D2を確保できない場合、自律走行装置101は後ろ向きでの壁沿い走行(後進)を行うことで距離D2を確保した後、壁からの離脱動作を行う。後進の壁沿い走行は前進時と同様に壁の角度をフィードバックしながらの走行で実現可能である。
Further, the
例えば、図4Bに示すように自律走行装置101から自律走行装置101の進行方向の障害物Aまでの距離D3が、壁Wからの離脱に必要な距離D2よりも小さい場合、自律走行装置101は後ろ向きでの壁沿い走行(後進)を行い、自律走行装置101から障害物Aまでの距離D3が距離D2以上となった後に壁からの離脱動作を行う。このように、自律走行装置101の離脱動作の開始時点において、自律走行装置101から自律走行装置101の進行方向の障害物Aまでの距離D3は壁Wからの離脱に必要な距離D2以上である。
For example, as shown in FIG. 4B, when the distance D3 from the autonomous
図1に戻り説明を続ける。 Returning to FIG. 1, the description continues.
判定部142は、壁沿いを走行している状態で(壁沿い走行モードで走行中に)自己位置推定走行モードで走行すると判定した場合、離脱動作制御部143からの走行コマンドを駆動部161に出力し、自律走行装置101の離脱動作の後に、走行制御部124から受信した走行コマンドを駆動部161に出力してもよい。すなわち、離脱動作によって、一定以上壁から離れた後、自己位置推定走行モードに遷移する。尚、壁沿いに走行しているか否かの判定は、例えば自律走行装置101が壁から所定の距離以内で走行している場合に、判定部142は、壁沿いに走行していると判定する。
If the
記憶部151は、自律走行装置101が使用するプログラムやデータ等を記憶する記憶装置である。記憶部151は、地図情報152を記憶する。記憶部151は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、またはSSD(Solid State Drive)等である。
The
地図情報152は、例えば、自律走行装置101が走行する領域に存在する壁等の障害物に関する情報を含む。地図情報152は、例えば、グリッドマップと呼ばれる格子状の地図であり、格子状の領域(グリッド)ごとに壁等の障害物の有無が示されている。
The map information 152 includes, for example, information regarding obstacles such as walls that exist in the area where the autonomous
駆動部161は、走行モード切替部141からの走行コマンドに従い、自律走行装置101を走行させる。駆動部161は、例えば、駆動モータおよび車輪を含み、走行モード切替部141からの走行コマンドに従い、駆動モータが車輪を駆動することで、自律走行装置101を走行させる。
The
図5は、実施の形態に係る自律走行制御部の制御方法のフローチャートの一例である。 FIG. 5 is an example of a flowchart of a control method for an autonomous driving control unit according to the embodiment.
ステップS501において、自己位置推定部122は、記憶部151から地図情報を取得し、センサ111からセンサ情報を取得し、地図情報とセンサ情報とに基づいて、自律走行装置101の位置(自己位置)を推定する。
In step S501, the self-
ステップS502において、走行経路計画部123は、自律走行装置101が走行する経路(走行経路)を計画(算出)する。例えば、走行経路計画部123は、外部からの入力等により出発位置と目的位置とを設定するとともに、地図情報に基づいて目的位置までの走行経路を計画する。そして、走行経路計画部123は、計画した走行経路を示す走行計画経路を走行モード切替部141に出力する。
In step S502, the travel
ステップS503において、走行制御部124は、自己位置推定部122により推定された自己位置に基づいて、走行経路計画部123で計画した走行経路を走行するための走行コマンドを生成し、走行モード切替部141に出力する。
In step S503, the traveling
自律走行制御部121は、ステップS501~S503の処理を繰り返し行う。
The autonomous
図6は、実施の形態に係る壁沿い走行制御部の制御方法のフローチャートの一例である。 FIG. 6 is an example of a flow chart of a control method of the along-the-wall traveling control unit according to the embodiment.
ステップS601において、壁検出部132は、センサ111からセンサ情報を取得し、センサ情報に基づいて、自律走行装置101の周囲の壁を検出する。壁検出部132は、検出した壁の位置を示す壁情報を走行モード切替部141に出力する。
In step S601, the
ステップS602において、走行制御部133は、センサ111からのセンサ情報に基づいて、すなわち壁との距離を一定に保って走行(壁沿いを走行)するための走行コマンドを生成し、走行モード切替部141に出力する。
In step S602, the running
図7は、実施の形態に係る走行モード切替部の制御方法のフローチャートの一例である。 FIG. 7 is an example of a flowchart of a control method for the driving mode switching unit according to the embodiment.
ステップS701において、判定部142は、走行経路計画部123から走行計画経路を受信し、走行制御部124から走行コマンドを受信し、壁検出部132から壁情報を受信し、走行制御部133から走行コマンドを受信する。そして、判定部142は、走行計画経路と壁情報に基づいて、自己位置推定走行モードと、壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するか判定する。判定方法の詳細は、図2A,2Bで説明した通りである。
In step S701, the
ステップS702において、ステップS701で壁沿い走行モードで走行すると判定された場合、制御はステップS703に進み、自己位置推定走行モードで走行すると判定された場合、制御はステップS704に進む。 In step S702, if it is determined in step S701 that the vehicle will travel in the wall-along traveling mode, the control proceeds to step S703, and if it is determined that the vehicle will travel in the self-position estimation traveling mode, the control proceeds to step S704.
ステップS703において、判定部142は、走行制御部133から受信した壁沿いを走行するための走行コマンドを駆動部161に出力する。これにより、自律走行装置101は、壁沿い走行モードで走行する。
In step S<b>703 , the
ステップS704において、判定部142は、自律走行装置101が壁沿いを走行中であるか否か判定する。例えば、判定部142は、壁情報に基づいて、自律走行装置101の位置が壁から所定の距離以内にいるか判定し、自律走行装置101の位置が壁から所定の距離以内にいる場合、壁沿いを走行中であると判定する。自律走行装置101が壁沿いを走行中であると判定された場合、制御はステップS705に進み、自律走行装置101が壁沿いを走行中でないと判定された場合、制御はステップS706に進む。
In step S704, the
ステップS705において、離脱動作制御部143は、自律走行装置101が壁と衝突しないように離脱動作を行う走行コマンドを生成し、駆動部161に出力する。
In step S<b>705 , the leaving
ステップS706において、判定部142は、走行制御部124から受信した走行経路計画部123で計画した走行経路を走行するための走行コマンドを駆動部161に出力する。これにより、自律走行装置101は、自己位置推定走行モードで走行する。
In step S<b>706 , the
自律走行装置101は、さらに表示部(例えば、液晶パネルまたは有機EL(Electro Luminescence)パネル等)を有してもよい。走行モード切替部132は、走行中に、現在の走行モードを表示部に表示してもよい。具体的には、例えば、走行モード切替部132は、走行中に、自己位置推定走行モード、壁沿い走行モード、または離脱動作中のいずれかで有ることを表示部に表示してもよい。これにより自律走行装置101は、外部に現在の走行モードを通知できる。また、走行モード切替部132は、走行計画経路の障害物に対する角度を表示部に随時表示してもよい。これにより自律走行装置101は、壁沿い走行モードへの遷移や壁からの離脱動作のタイミングなどを外部に通知できる
The autonomous
(他の実施の形態)
判定部142による、自己位置推定走行モードと壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するかの判定について、下記のように走行経路と壁に平行な方向に基づく範囲に基づいて、判定を行ってもよい。
(Other embodiments)
図8Aは、自己位置推定走行モードで走行すると判定される場合の一例を示す図である。図8Bは、壁沿い走行モードで走行すると判定される場合の一例を示す図である。 FIG. 8A is a diagram showing an example when it is determined that the vehicle is traveling in the self-position estimation traveling mode. FIG. 8B is a diagram showing an example of a case where it is determined that the vehicle will travel in the along-the-wall traveling mode.
図8Aおよび8Bは、自律走行装置101を上方から見た場合の平面図である。自律走行装置101内の矢印は、自律走行装置101の進行方向を示し、図8Aおよび8Bにおける右方向が自律走行装置101の進行方向である。図8Aおよび8Bにおいて、自律走行装置101の進行方向の右側には、壁検出部132より検出された壁Wがある。また、自律走行装置101から出ている実線の矢印は、走行経路計画部123により計画された走行経路(走行計画経路)を示す。また、自律走行装置101から出ている点線の矢印は、壁Wに対して平行な方向を示す。
8A and 8B are plan views of the autonomous
図8Aおよび8Bにおいて、点線で囲まれる三角形の範囲は、自律走行装置101から壁Wに平行な方向に距離D以内で、且つ自律走行装置101から壁Wに平行な方向を中心として角度αの範囲を示す。点線で囲まれる三角形の範囲は、壁に平行な方向に基づく範囲の一例である。
In FIGS. 8A and 8B, the range of the triangle surrounded by the dotted line is within the distance D from the autonomous
図8Aでは、自律走行装置101の前方に障害物Aがあるため、走行計画経路は曲がって、走行計画経路の途中から壁Wに平行な方向を中心とした角度αの範囲の外側の位置にある。
In FIG. 8A, since there is an obstacle A in front of the autonomous
図8Aに示すように、自律走行装置101から壁Wに平行な方向に距離Dまでの間に、走行計画経路の少なくとも一部が自律走行装置101から壁Wに平行な方向を中心として角度αの範囲の外側にある場合には、判定部142は、自己位置推定走行モードで走行すると判定してもよい。
As shown in FIG. 8A , at least part of the planned travel route extends from the autonomous
図8Bでは、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまでの間において、走行計画経路の全ては、自律走行装置101から壁Wに平行な方向を中心として角度αの範囲の内側にある。
In FIG. 8B, from the autonomous
図8Bに示すように、自律走行装置101から壁Wに平行な方向に距離Dまでの間に、走行計画経路の少なくとも一部が自律走行装置101から壁Wに平行な方向を中心として角度αの範囲の外側にない場合には、判定部142は、壁沿い走行モードで走行すると判定してもよい。すなわち、自律走行装置101から壁Wに平行な方向に距離Dまでの間に、自律走行装置101から壁Wに沿った方向に距離Dまで走行計画経路のすべてが自律走行装置101から壁Wに平行な方向を中心として角度αの範囲の内側にある場合には、判定部142は、壁沿い走行モードで走行すると判定してもよい。
As shown in FIG. 8B , at least part of the planned travel route extends from the autonomous
図8A、8Bで説明した判定方法は、単独で用いてもよいし、他の判定方法と組み合わせて使用してもよい。 The determination methods described with reference to FIGS. 8A and 8B may be used alone, or may be used in combination with other determination methods.
また、判定部142による、自己位置推定走行モードと壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するかの判定について、下記のように走行経路の壁に対する角度に基づいて、判定を行ってもよい。
In addition, the
図9Aは、自己位置推定走行モードで走行すると判定される場合の一例を示す図である。図9Bは、壁沿い走行モードで走行すると判定される場合の一例を示す図である。 FIG. 9A is a diagram showing an example when it is determined that the vehicle is traveling in the self-position estimation traveling mode. FIG. 9B is a diagram showing an example of a case where it is determined that the vehicle will travel in the wall-along traveling mode.
図9Aおよび9Bは、自律走行装置101を上方から見た場合の平面図である。自律走行装置101内の矢印は、自律走行装置101の進行方向を示し、図9Aおよび9Bにおける右方向が自律走行装置101の進行方向である。図9Aおよび9Bにおいて、自律走行装置101の進行方向の右側には、壁検出部132より検出された壁Wがある。また、自律走行装置101から出ている矢印は、走行経路計画部123により計画された走行経路(走行計画経路)を示す。
9A and 9B are plan views of the autonomous
走行計画経路は、詳細には走行計画経路上の複数の点により与えられ、図9Aおよび9Bにおいて、自律走行装置101から近い順に点a~fにより示されている。図9Aおよび9Bに示すように、走行計画経路は、自律走行装置101と点aを結んだ区間101a、点aと点bを結んだ区間ab、点bと点cを結んだ区間bc、点cと点dを結んだ走行区間cd、点dと点eを結んだ区間de、および点dと点fを結んだ区間efの区間を繋いだものとなる。
The travel plan route is given in detail by a plurality of points on the travel plan route, indicated by points a to f in order of proximity from the autonomous
図9Aでは、自律走行装置101の前方に障害物Aがあるため、走行計画経路は曲がって、Uターンするような経路となっている。また、走行計画経路のうち、区間cdの壁Wに対する角度はθとなっている。また、角度θは、あらかじめ定められた閾値より大きい。また、区間101a、区間ab、および区間bcは、壁Wとほぼ平行であり、区間101a、区間ab、および区間bcそれぞれの壁Wに対する角度は、閾値以下である。
In FIG. 9A, since there is an obstacle A in front of the autonomous
図9Aに示すように、走行計画経路の自律走行装置101に近いほうから順にn個(例えば、n=4とする)の区間(区間101a、区間ab、区間bc、区間cd)のうち、少なくとも一部の区間の壁Wに対する角度が閾値以上である場合、判定部142は、自己位置推定走行モードで走行すると判定してもよい。上述のように、図9Aにおいて、区間cdの壁Wに対する角度θは、閾値以上のため、判定部142は、自己位置推定走行モードで走行すると判定してもよい。
As shown in FIG. 9A , at least n sections (
図9Bでは、走行計画経路の区間101a、区間ab、区間bc、区間cd、区間de、および区間efは、壁Wとほぼ平行であり、区間101a、区間ab、区間bc、区間cd、区間de、および区間efそれぞれの壁Wに対する角度は、閾値以下である。
In FIG. 9B,
図9Bに示すように、走行計画経路の自律走行装置101に近いほうから順にn個(例えば、n=4とする)の区間(区間101a、区間ab、区間bc、区間cd)の全ての区間の壁Wに対する角度が閾値以未満の場合、判定部142は、壁沿い走行モードで走行すると判定してもよい。上述のように、図9Bにおいて、区間101a、区間ab、区間bc、区間cdの壁Wに対する角度は、閾値未満のため、判定部142は、自己位置推定走行モードで走行すると判定してもよい。
As shown in FIG. 9B, all of n sections (
図9A、9Bで説明した判定方法は、単独で用いてもよいし、他の判定方法と組み合わせて使用してもよい。 The determination methods described with reference to FIGS. 9A and 9B may be used alone, or may be used in combination with other determination methods.
判定部142は、以下のように、複数の判定方法を組み合わせて、自己位置推定走行モードと壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するかの判定を行ってもよい。
The
例えば、判定部142は、図2A、2Bで説明した走行計画経路と壁との距離に基づく判定方法、図8A、8Bで説明した走行経路と壁に平行な方向に基づく範囲に基づく判定方法、および図9A、9Bで説明した走行経路の壁に対する角度に基づく判定方法のうち少なくとも2つの判定方法を実行し、実行した少なくとも2つの判定方法の判定結果に基づいて、自己位置推定走行モードと壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するかの判定を行う。例えば、実行した少なくとも2つの判定方法の判定結果の全てが壁沿い走行モード場合、判定部142は、壁沿い走行モードで走行すると判定し、走行制御部133から受信した壁沿いを走行するための走行コマンドを駆動部161に出力する。また、実行した少なくとも2つの判定方法の判定結果の少なくとも1つが自己位置推定走行モードである場合、判定部142は、自己位置推定走行モードで走行すると判定し、走行制御部124から受信した走行経路計画部123で計画した走行経路を走行するための走行コマンドを駆動部161に出力する。
For example, the
また、判定部142は、自己位置推定走行モードと、壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するかの判定を、ユーザーまたは外部から受信した指示に基づいて行っても良い。また、予め地図情報152に壁沿い走行モードで走行するエリアを設定し、判定部142は、自律走行装置101が地図情報152に設定された壁沿い走行モードで走行するエリアにいるか否かに応じて、自己位置推定走行モードと、壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するかの判定を行ってもよい。
Further, the
また、走行モード切替部141が走行コマンドを出力してから駆動部161が走行コマンドに従い自律走行装置101を走行させるまでの間に時間差があるため、計算上の自律走行装置101の位置と実際の自律走行装置101との間にズレが生じる。壁沿い走行を行う場合、自律走行装置101の走行速度が速いと、上記時間差によるズレが大きくなり、また、車輪のスリップの量が大きくなるため、自律走行装置101が壁に衝突する可能性がある。壁との衝突を防止するため、走行制御部133は、壁沿い走行モード時の自律走行装置101の最高速度を自己位置推定走行モードの自律走行装置101の最高速度よりも下げてもよい。すなわち、壁沿い走行モード時の自律走行装置101の最高速度は、自己位置推定走行モード時の自律走行装置101の最高速度より低くてもよい。
In addition, since there is a time lag between when the running
このように、壁沿い走行モード時の走行速度を下げることで、車輪の滑りや駆動部161の走行指示に対する影響を下げ、精密な走行を行うことができ、壁との衝突を防止することができる。
In this way, by lowering the traveling speed in the wall-along traveling mode, it is possible to reduce the influence of the wheel slippage and the traveling instruction of the
また、走行制御部133は、壁沿い走行モード時の自律走行装置101の旋回速度を自己位置推定走行モードの自律走行装置101の旋回速度より上げてもよい。すなわち、壁沿い走行モード時の自律走行装置101の旋回速度は、自己位置推定走行モードの自律走行装置101の旋回速度より大きくてもよい。また、走行制御部133は、壁沿い走行モード時の自律走行装置101の加速度を自己位置推定走行モードの自律走行装置101の加速度より上げてもよい。すなわち、壁沿い走行モード時の自律走行装置101の加速度は、自己位置推定走行モードの自律走行装置101の加速度より大きくてもよい。このように壁沿い走行モード時の走行において、旋回速度または加速度を大きくして機敏に旋回を行うことで、壁との角度ズレのフィードバックを早くし、より正確に壁との平行度を保った状態での走行を行うことができる。
Further, the
尚、壁沿い走行モード時の旋回速度と加速度の変更は片方のみ行っても良いし、双方同時に行っても良い。これらの処理により、壁際に近づいた場合に減速を行ったり、通常よりも機敏に細かく旋回動作を繰り替えることができる。 Note that either one of the turning speed and the acceleration in the wall-along running mode may be changed, or both may be changed at the same time. Through these processes, it is possible to decelerate when approaching a wall, and to repeat turning motions more quickly and finely than usual.
実施の形態に係る自律走行装置101によれば、自己位置推定走行モードと、壁沿い走行モードのいずれの走行モードで走行するか適切に判定し、走行モードを切り替えることで、地図の解像度向上などの演算負荷の上昇を抑え、かつ壁際の数cm沿いで走るような精密な走行を実現できる。
According to the autonomous
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく変形可能であり、上記の構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be modified. can be replaced with a configuration that allows
101 自律走行装置
111 センサ
121 自律走行制御部
122 自己位置推定部
123 走行経路計画部
124 走行制御部
131 壁沿い走行制御部
132 壁検出部
133 走行制御部
141 走行モード切替部
142 判定部
143 離脱動作制御部
151 記憶部
152 地図情報
161 駆動部
101 Autonomous
Claims (12)
周囲の壁との距離および方向を測定するセンサと、
前記センサにより測定された距離および方向から前記壁を検出する壁検出部と、
前記自律走行装置の自己位置を推定する自己位置推定部と、
前記自己位置および地図情報に基づいて、走行経路を計画する走行経路計画部と、
前記自己位置推定部による自己位置推定に基づいて走行する自己位置推定走行モードと、前記壁との距離を保って走行する壁沿い走行モードとを切り替える走行モード切替部と、を備え、
前記走行モード切替部は、前記走行経路と前記検出された壁とに基づいて、前記自己位置推定走行モードと前記壁沿い走行モードとを切り替える自律走行装置。 In an autonomous mobile device that travels based on self-position estimation,
a sensor that measures the distance and direction to surrounding walls;
a wall detection unit that detects the wall from the distance and direction measured by the sensor;
a self-position estimation unit that estimates the self-position of the autonomous mobile device;
a travel route planning unit that plans a travel route based on the self-location and map information;
a traveling mode switching unit for switching between a self-position estimation traveling mode in which the vehicle travels based on the self-position estimation by the self-position estimating unit and a wall-along traveling mode in which the vehicle travels while maintaining a distance from the wall;
The traveling mode switching unit switches between the self-position estimation traveling mode and the along-the-wall traveling mode based on the traveling route and the detected wall.
前記第1の判定は、前記走行経路と前記壁との距離に基づいて、前記自己位置推定走行モードと前記壁沿い走行モードのいずれかの走行モードで走行するか判定し、
前記第2の判定は、前記走行経路と前記壁に平行な方向に基づく範囲に基づいて、前記自己位置推定走行モードと前記壁沿い走行モードのいずれかの走行モードで走行するか判定し、
前記第3の判定は、前記走行経路の前記壁に対する角度に基づいて、前記自己位置推定走行モードと前記壁沿い走行モードのいずれかの走行モードで走行するか判定する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の自律走行装置。 The running mode switching unit performs at least two determinations out of a first determination, a second determination, and a third determination, and at least one of the determination results of the at least two determinations is the self-position estimation mode. If there is, switch the running mode to the self-position estimation mode,
The first determination determines whether to run in either the self-position estimation running mode or the wall-along running mode based on the distance between the running route and the wall;
The second determination determines whether to run in either the self-position estimation running mode or the wall-along running mode based on the range based on the running route and the direction parallel to the wall;
5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the third determination determines whether to run in one of the self-position estimation running mode and the wall-along running mode based on the angle of the running route with respect to the wall. The autonomous mobile device according to any one of claims 1 to 3.
周囲の壁との距離および方向を測定し、
前記測定された距離および方向から前記壁を検出し、
前記自律走行装置の自己位置を推定し、
前記自己位置および地図情報に基づいて、走行経路を計画し、
前記走行経路と前記検出された壁とに基づいて、自己位置推定に基づいて走行する自己位置推定走行モードと前記壁との距離を保って走行する壁沿い走行モードとを切り替える、
処理を備える制御方法。 In a control method for an autonomous mobile device that travels based on self-position estimation,
Measure the distance and direction to the surrounding walls,
detecting the wall from the measured distance and direction;
estimating the self-position of the autonomous mobile device;
planning a travel route based on the self-location and map information;
Based on the travel route and the detected wall, switching between a self-position estimation travel mode in which the vehicle travels based on self-position estimation and a wall-along travel mode in which the vehicle travels while maintaining a distance from the wall.
A control method comprising processing.
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