JP2023091429A - 移動体の管理方法、移動体の制御方法、移動体及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
(移動制御システムの全体構成)
図1は、第1実施形態に係る移動制御システムの模式図である。図1に示すように、第1実施形態に係る移動制御システム1は、移動体10及び情報処理装置12を含む。移動制御システム1は、設備Wに所属する移動体10の移動を制御するシステムである。設備Wは、例えば倉庫など、物流管理される設備であるが、それに限られず任意の設備であってよく、例えば屋外であってもよい。移動制御システム1においては、移動体10を設備Wの領域AR0内で移動させる。領域AR0は、例えば設備Wの床面である。以下、領域AR0に沿った一方向をX方向とし、領域AR0に沿った方向であって方向Xに交差する方向を、Y方向とする。本実施形態では、Y方向は、X方向に直交する方向である。X方向、Y方向は、水平面に沿った方向といってもよい。また、X方向、Y方向に直交する方向を、より詳しくは鉛直方向の上方に向かう方向を、Z方向とする。また、本実施形態においては、「位置」とは、特に断りのない限り、領域AR上の二次元面における座標系(領域ARの座標系)における位置(座標)を指す。また、移動体10の「姿勢」とは、特に断りのない限り、領域ARの座標系における移動体10の向きであり、Z方向から見た場合に、X方向を0°とした際の移動体10のヨー角(回転角度)を指す。
図2は、移動体の構成の模式図である。移動体10は、自動で移動可能な装置である。移動体10は、自動で移動可能な任意のビークルであってよいが、例えば、非ホロノミック系で真横に移動できない移動体である。さらに言えば、本実施形態では、移動体10は、フォークリフトであり、より詳しくはいわゆるAGF(Automated Guided Forklift)である。図2に示すように、移動体10は、車体20と、車輪20Aと、ストラドルレッグ21と、マスト22と、フォーク24と、センサ26と、制御装置28とを備えている。ストラドルレッグ21は、車体20の前後方向における一方の端部に設けられて、車体20から突出する一対の軸状の部材である。車輪20Aは、それぞれのストラドルレッグ21の先端と、車体20とに設けられている。すなわち、車輪20Aは、合計3個設けられているが、車輪20Aの設けられる位置や個数は任意であってよい。マスト22は、ストラドルレッグ21に移動可能に取り付けられ、車体20の前後方向に移動する。マスト22は、前後方向に直交する上下方向(ここでは方向Z)に沿って延在する。フォーク24は、マスト22に方向Zに移動可能に取付けられている。フォーク24は、マスト22に対して、車体20の横方向(上下方向及び前後方向に交差する方向)にも移動可能であってよい。フォーク24は、一対のツメ24A、24Bを有している。ツメ24A、24Bは、マスト22から車体20の前方向に向けて延在している。ツメ24Aとツメ24Bとは、マスト22の横方向に、互いに離れて配置されている。以下、前後方向のうち、移動体10においてフォーク24が設けられている側の方向を、前方向とし、フォーク24が設けられていない側の方向を、後方向とする。
図3は、情報処理装置の模式的なブロック図である。情報処理装置12は、設備Wに設けられ、少なくとも、移動体10の移動に関する情報などを演算する装置、いわゆる地上システムである。ただし、情報処理装置12の設置位置などは任意であり、いわゆる地上システムに限られない。情報処理装置12は、コンピュータであり、図3に示すように、通信部30と記憶部32と制御部34とを含む。通信部30は、制御部34に用いられて、移動体10などの外部の装置と通信するモジュールであり、例えばアンテナなどを含んでよい。通信部30による通信方式は、本実施形態では無線通信であるが、通信方式は任意であってよい。記憶部32は、制御部34の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)のような主記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)などの外部記憶装置とのうち、少なくとも1つ含む。
上限速度設定部40は、設備W内における移動体10の移動速度の上限である上限速度を設定する。すなわち、移動体10は、上限速度以下の移動速度で移動するといえる。ここで、設備W内においては、移動体10が移動可能な複数の経路が予め設定されており、移動体10は、複数の経路のうちから選択された経路Rに沿って移動する。本実施形態においては、上限速度設定部40は、単位長さあたりの経路(単位経路)毎に、上限速度を設定する。より詳しくは、図1に示すように、領域ARには、位置(座標)毎にウェイポイントWPが設定されており、ウェイポイントWPを繋ぐように経路Rが設定される。すなわち、移動体10が経由するものとして選択されたウェイポイントWPを接続する経路が、移動体10の経路Rとなる。この場合例えば、隣り合うウェイポイントWPを接続する経路が、単位経路といえる。ただし、単位経路は、隣り合う一対のウェイポイントWPを接続する経路を指すことに限られず、3つ以上のウェイポイントWPを接続する経路であってよい。また、それぞれの単位経路同士の長さは同じでなくてよく、それぞれの単位経路は任意に設定されてよい。
安全領域ARについて具体的に説明する。図4は、安全領域を説明するための模式図である。安全領域ARは、移動体10の移動速度が高いほど、移動体10の進行方向に交差する横方向に広がるように設定される。また、安全領域ARは、移動体10の移動速度が高いほど、移動体10の進行方向にも広がるように設定されることが好ましい。言い換えれば、移動体10の移動速度と安全領域ARの横方向の長さとの関係は、移動速度が高いほど、安全領域ARの横方向の長さが長くなるように設定されているといえ、移動体10の移動速度と安全領域ARの進行方向の長さとの関係は、移動速度が高いほど、安全領域ARの進行方向の長さが長くなるように設定されているといえる。図4は、移動体10の進行方向がY方向である場合の、移動速度毎の安全領域ARの一例を示しており、(A)よりも(B)の移動速度が高く、(B)よりも(C)の移動速度が高くなっている。従って、図4の例では、安全領域ARの横方向(ここではX方向)と進行方向(ここではY方向)の長さは、(A)よりも(B)が長く、(B)よりも(C)が長くなる。
m:移動体10の質量
Ca:空気抵抗定数
μf:転がり抵抗係数
lf:移動体10の重心から前輪までの距離
lr:移動体10の重心から後輪までの距離
Iz:旋回方向の慣性モーメント
a:移動体10の全幅の半分の値
c:移動体10の全長の半分の値
Kf:前輪のコーナリングパワー
Kr:後輪のコーナリングパワー
rD:前輪径
rL:後輪径
RG:ギア比
Jg:ギアのイナーシャ
τm:モータ時定数
Tup:モータトルクの最大値
τa:操舵系の無駄時間
θmax:最大操舵角
g:重力加速度
上限速度を設定する場合には、上限速度設定部40は、移動体10が上限速度で移動している場合に設定される安全領域AR内に、位置が既知となる対象物Pが位置しないように、上限速度を設定する。本実施形態の例では、上限速度設定部40は、移動体10の移動モデルにおける移動条件(入力値)である操舵角指令値、駆動トルク値、及び移動モデルxの算出に用いる値(すなわち式(2)における記号の数値)を所定の基準値としつつ、移動体10の現在の速度を異ならせて安全領域ARを算出することで、移動体10の速度毎の安全領域ARを算出する。そして、上限速度設定部40は、地図情報に基づき、位置が固定された対象物P(構造物や境界)の位置を読み出す。上限速度設定部40は、移動体10が単位経路上(ウェイポイントWP上又はウェイポイントWP同士の間)に位置していると仮定した場合に、移動体10の速度毎の安全領域ARのそれぞれに対して、位置を読み出した対象物Pが干渉するかを(安全領域AR内に対象物Pが位置するかを)、判断する。上限速度設定部40は、対象物Pが安全領域ARに干渉しない場合の移動体10の速度を、上限速度として設定する。より詳しくは、上限速度設定部40は、対象物Pが安全領域ARに干渉しない場合の移動体10の速度の内の最大値を、上限速度とすることが好ましい。上限速度設定部40は、単位経路毎に、同様の方法で上限速度を設定する。上限速度設定部40は、位置が固定された対象物P(構造物や境界)に対して距離が離れている単位経路ほど、上限速度が高くなるように、単位経路毎の上限速度を設定するといえる。
経路設定部42は、移動体10が移動する経路Rを設定する。経路設定部42は、設定した経路Rの情報を、通信部30を介して、移動体10に送信する。経路設定部42は、例えば移動体10が経由するウェイポイントWPを設定して、経由するウェイポイントWPを接続する経路Rの位置情報を、経路Rの情報として移動体10に送信してもよいし、経由するウェイポイントWPの位置情報を、経路Rの情報として移動体10に送信してもよい。経路設定部42は、任意の方法で、移動体10が移動する経路R(ここでは例えば経由するウェイポイントWP)を設定してよい。例えば、経路設定部42は、移動体10の現在位置の情報を移動体10から取得し、例えば移動体10の作業内容に基づき設定される移動体10の目的位置の情報を取得する。そして、経路設定部42は、現在位置から目的位置に向かう経路(ウェイポイントWP)を、経路Rとして設定してよい。
次に、移動体10の制御装置28について説明する。図5は、移動体の制御装置の模式的なブロック図である。制御装置28は、移動体10を制御して、移動体10を移動させる。制御装置28は、コンピュータであり、図5に示すように、通信部50と記憶部52と制御部54とを含む。通信部50は、制御部54に用いられて、情報処理装置14などの外部の装置と通信するモジュールであり、例えばアンテナなどを含んでよい。通信部50による通信方式は、本実施形態では無線通信であるが、通信方式は任意であってよい。記憶部52は、制御部54の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、RAMと、ROMのような主記憶装置と、HDDなどの外部記憶装置とのうち、少なくとも1つ含む。
経路取得部60は、経路Rの情報を取得する。経路取得部60は、情報処理装置14から経路Rの情報を取得する。ただし、経路取得部60は、情報処理装置14から経路Rを取得することに限られず、自身で経路Rを設定してもよい。この場合例えば、経路取得部60は、情報処理装置14からウェイポイントWPの位置情報と目的位置の情報とを取得して、現在の自己位置からウェイポイントWPを経由して目的位置まで到達する経路を、経路Rとして設定してもよい。
上限速度取得部62は、経路Rにおける上限速度の情報を取得する。経路取得部60は、情報処理装置14から、経路Rにおける上限速度の情報を取得する。
移動制御部64は、移動体10の駆動部やステアリングなどの移動機構を制御して、移動体10の移動を制御する。移動制御部64は、経路取得部60が取得した経路Rに従って、移動体10を移動させる。移動制御部64は、移動体10の位置情報を逐次把握することで、経路Rを通るように、移動体10を移動させる。移動体10の位置情報の取得方法は任意であるが、例えば本実施形態では、設備Wに図示しない検出体が設けられており、移動制御部64は、検出体の検出に基づき移動体10の位置及び姿勢の情報を取得する。具体的には、移動体10は、検出体に向けてレーザ光を照射し、検出体によるレーザ光の反射光を受光して、設備Wにおける自身の位置及び姿勢を検出する。ただし、移動体10の位置及び姿勢の情報の取得方法は、検出体を用いることに限られず、例えば、SLAM(Slmultaneous Localization and Mapping)を用いてもよい。
安全領域取得部66は、安全領域ARの情報を取得する。安全領域ARの形状や大きさは、移動体10の速度などの移動条件に応じて変化するため、安全領域取得部66は、移動体10が移動している際に、逐次、安全領域ARを設定する。安全領域取得部66は、上述で説明した上限速度設定部40による算出方法と同様の方法で、移動体10の現在の移動条件に基づき、安全領域ARを算出する。この場合、移動体10の現在の移動条件のうち、予め設定される移動条件(例えば移動体10の重量などの、値が変化しない車両固有の条件)については、予め設定された値を用い、予め設定されず値が変化する条件(例えば移動体10の速度など)については、例えば移動体10に設けられたセンサによって検出してもよい。ただし、安全領域取得部66は、上述で説明した上限速度設定部40による算出方法と同様の方法で安全領域ARを逐次算出することに限られない。この場合例えば、移動条件(例えば移動体10の速度)と安全領域ARの大きさ及び形状との対応関係が予め設定されており、安全領域取得部66は、予め設定された対応関係において、現在の移動体10の移動条件に対応付けられた大きさ及び形状の安全領域ARを、適用すべき安全領域ARとして取得してよい。
検出制御部68は、移動体10の周囲の対象物Pを検出する。本実施形態では、検出制御部68は、センサ26によって対象物Pを検出させる。例えばセンサ26がレーザ光を照射する構成の場合、検出制御部74は、移動体10が経路Rを移動中に、移動体10の周囲に向けて、センサ26からレーザ光を照射させる。対象物Pは、センサ26からのレーザ光を反射し、センサ26は、対象物Pからの反射光を受光する。検出制御部68は、センサ26が受光した反射光の検出結果に基づき、対象物Pの位置を算出する。
移動体10の制御装置28による移動体10を移動させるための制御フローについて説明する。図6は、移動体を移動させるための制御フローを説明するフローチャートである。図6に示すように、制御装置28は、経路取得部60及び上限速度取得部62により、移動体10用の経路Rと、経路Rにおける上限速度とを取得する(ステップS10)。制御装置28は、安全領域取得部66による安全領域ARの算出と、検出制御部68による対象物Pの位置検出と、移動制御部64による自己位置の検出とを実行しながら、移動制御部64によって移動体10を経路Rに沿って移動させる(ステップS12)。本実施形態においては、移動制御部64は、上限速度取得部62が取得した上限速度以下の速度で、経路Rに従って移動体10を移動させる。上述のように、本実施形態では、上限速度は単位経路毎に設定されているため、経路Rに複数の単位経路が含まれている場合、移動制御部64は、現在移動している単位経路での上限速度以下の速度となるように、移動体10を移動させてよい。
次に、移動体10の経路の設定の他の例について説明する。本例においては、情報処理装置14の経路設定部42は、移動体10の経路を設定する際に、移動体10の現在位置と目的位置とから、設備W内において移動体10が移動を予定する通路(領域)を特定する。そして、その通路が2車線以上の対面走行可能な通路であって、同じ時間帯に他の移動体がその通路の移動を予定していない場合には、その通路における移動体10の経路を、壁や境界などの位置が既知の対象物Pから離れた経路とする。経路を対象物Pから離れる側にすることで、移動体10と対象物Pとの距離が離れるため、移動体10の速度を上げることができる。すなわち、速度上昇により安全領域ARが広がったとしても、対象物Pまでの距離が離れているため、対象物Pが安全領域AR内に入ることなく、高速での移動が可能となる。以下、より具体的に説明する。
第1実施形態においては、情報処理装置14が、上限速度設定部40により上限速度を設定するが、それに限られず、移動体10が上限速度を設定してよい。すなわち、移動体10が、上限速度設定部40を有していてもよい。この場合例えば、情報処理装置14の上限速度設定部40が、安全領域ARを算出する際に用いる移動体10の移動条件のうち、予め設定される移動条件(例えば移動体10の重量などの、値が変化しない車両固有の条件)については、車両を問わない基準値を適用して、仮の上限速度を設定する。そして、移動体10の上限速度設定部40は、設定された経路Rの移動を開始する前に、予め設定される移動条件として自身の車両に対応する値を適用して、上限速度を算出する。移動体10は、情報処理装置14が算出した仮の上限速度を、自身で算出した上限速度で更新して、自身で算出した上限速度を経路Rにおける上限速度として、上限速度以下の速度で移動する。なお、ここでは情報処理装置14が仮の上限速度を算出するが、このように移動体10が上限速度を算出する場合には、情報処理装置14による仮の上限速度の算出は必須ではない。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態においては、移動体10が経路Rを切り替える点で、第1実施形態と異なる。第2実施形態において第1実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。
以上説明したように、本開示に係る移動体10の管理方法は、自動で移動する移動体10の移動条件を取得するステップと、移動条件に基づき、対象物Pが位置すべきでない移動体10の進行方向側の領域である安全領域ARを設定するステップと、を含む。安全領域ARを設定するステップにおいては、移動体10の速度が高いほど、進行方向に交差する横方向に安全領域ARが広がるように、安全領域ARを設定する。このように速度に応じて横方向に安全領域ARを広く設定することで、例えば操舵の不確かさにより、移動体10が停止するまでに意図せず横方向に移動してしまった場合でも、横方向に存在する対象物Pと移動体10との干渉を適切に抑制できる。
10A 第1移動体
10B 第2移動体
12 情報処理装置
40 上限速度設定部
42 経路設定部
60 経路取得部
62 上限速度取得部
64 移動制御部
66 安全領域取得部
68 検出制御部
AR 安全領域
R 経路
Claims (11)
- 自動で移動する移動体の移動条件を取得するステップと、
前記移動条件に基づき、対象物が位置すべきでない前記移動体の進行方向側の領域である安全領域を設定するステップと、
を含み、
前記安全領域を設定するステップにおいては、前記移動体の速度が高いほど、前記進行方向に交差する横方向に前記安全領域が広がるように、前記安全領域を設定する、
移動体の管理方法。 - 前記移動条件を取得するステップにおいては、前記移動体の操舵角指令の基準値を取得し、
前記安全領域を設定するステップにおいては、前記操舵角指令の基準値が入力された場合に前記移動体が停止時に到達することが想定される想定到達位置を含むように、前記安全領域を設定する、請求項1に記載の移動体の管理方法。 - 前記移動条件を取得するステップにおいては、前記移動体を停止させるためのトルク指令の基準値を取得し、
前記安全領域を設定するステップにおいては、前記操舵角指令の基準値及び前記トルク指令の基準値が入力された場合に前記移動体が停止時に到達することが想定される想定到達位置を含むように、前記安全領域を設定する、請求項2に記載の移動体の管理方法。 - 前記移動体の上限速度を設定するステップをさらに含み、
前記上限速度を設定するステップにおいては、前記移動体が前記上限速度で移動した場合の前記安全領域内に、前記対象物が位置しないように、前記上限速度を設定する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の移動体の管理方法。 - 第1方向に向かう第1経路と、前記第1経路に対して横方向に並ぶ第2経路とが設定される通路を、第1移動体が前記第1方向に向けて移動を予定している場合において、第2移動体が同じ時間帯で前記通路の移動を予定しているかを判断するステップと、
前記第2移動体が同じ時間帯で前記通路の移動を予定していない場合に、前記第1経路よりも前記第2経路側に位置する中央経路を、前記第1移動体の経路とするステップと、を含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の移動体の管理方法。 - 前記第2移動体が同じ時間帯で前記通路の移動を予定している場合に、前記第1経路を前記第1移動体の経路とし、前記第2経路を前記第2移動体の経路とするステップを更に含む、請求項5に記載の移動体の管理方法。
- 前記第2移動体が同じ時間帯で前記通路の移動を予定している場合であって、前記第1移動体の移動を優先する旨を示す優先情報を取得した場合には、前記中央経路を前記第1移動体の経路とする、請求項5に記載の移動体の管理方法。
- 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の移動体の管理方法で設定された前記安全領域の情報を取得するステップと、
前記安全領域内に前記対象物が位置しないかを検出しつつ、前記移動体を移動させるステップと、を含む、
移動体の制御方法。 - 前記移動体の進行方向側の第1距離範囲内に他の移動体が存在するかを検出するステップと、
前記移動体の横方向側の第2距離範囲内に位置が固定された前記対象物が存在するかを検出するステップと、
他の移動体が前記第1距離範囲内に存在せず、かつ、前記第2距離範囲内に前記対象物が存在しない場合には、前記移動体の移動する経路を、前記横方向側に切り替えるステップと、を更に含む、請求項8に記載の移動体の制御方法。 - 自動で移動する移動体であって、
前記移動体の移動条件に基づき設定された、対象物が位置すべきでない前記移動体の進行方向側の領域である安全領域の情報を取得する安全領域取得部と、
前記安全領域内に前記対象物が位置しないかを検出しつつ、前記移動体を移動させる移動制御部と、
を含み、
前記安全領域は、前記移動体の速度が高いほど、前記進行方向に交差する横方向に広がるように設定されている、
移動体。 - 自動で移動する移動体の移動条件を取得するステップと、
前記移動条件に基づき、対象物が位置すべきでない前記移動体の進行方向側の領域である安全領域を設定するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記安全領域を設定するステップにおいては、前記移動体の速度が高いほど、前記進行方向に交差する横方向に前記安全領域が広がるように、前記安全領域を設定する、
プログラム。
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