JP2627472B2 - 移動体の障害物回避方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自律進行する移動体に
その進行方向に存在する障害物を回避させる方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】本体の左右に夫々独立して駆動可能な駆
動輪を配置し、夫々の駆動輪の回転速度を同一に、ある
いは異なるように制御して走行速度と操向（ステアリン
グ）とを制御する例えば作業用ロボット，資材等の搬送
車等の移動体が既に実用化されている。このような移動
体の走行制御においては、予め定められた移動経路上に
障害物が存在する場合に、その障害物との衝突を防ぐ方
法が従来から考えられている。

【０００３】障害物との衝突を防ぐ従来方法としては、
移動体の進行方向側に備えた超音波センサ又は赤外線セ
ンサ等の障害物検出器にて移動経路近傍に存在する障害
物を検出し、障害物を検出した場合にその障害物と所定
距離をおいて移動体を停止させる方法があった。ところ
が、この方法では、移動体を停止させた後の回避方法が
考えられておらず、障害物を回避して走行することがで
きないという問題があった。この問題を解決する方法と
しては、移動体の進行方向側に備えたカメラ等の視覚セ
ンサにて移動体の進行方向を撮像し、その撮像した画像
情報を画像処理して障害物を検出し、検出した障害物を
画像情報に基づいて回避する走行を行わせる方法があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
如く画像情報に基づいて障害物を回避する従来の方法で
は、画像処理速度が遅いため、障害物に対する回避走行
が遅れる虞があるという問題があり、また、視覚センサ
及びそのコントローラに関連する機器の容積が大であ
り、これらの機器の搭載場所が移動体において大きいス
ペースを占めるため、移動体における機器及び空間のレ
イアウトの自由度を低下させるという問題があった。

【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、障害物の回避に関する制御が高速で実行可能に
すると共に移動体における障害物の回避制御に関する機
器の小型化により移動体における機器及び空間のレイア
ウトの自由度を大きくすることを可能とする移動体の障
害物回避方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る移動体の障
害物回避方法は、到達目標点へ向けて自律進行する移動
体からその進行方向の障害物を検出し、その検出結果に
基づいて、前記移動体に障害物を回避してその横側を移
動させる移動体の障害物回避方法において、その検出方
向を変更可能である距離検出手段にて前記移動体の進行
方向側の水平方向の所定角度範囲内に存在する障害物ま
での距離を検出すると共にその検出した障害物の検出角
度を検出し、検出した距離及びその検出角度に基づいて
前記障害物が移動体の進行方向の所定範囲内に存在する
か否かを判別し、前記障害物が移動体の進行方向の所定
範囲内に存在する場合は、検出した距離及びその検出角
度に関連して、前記移動体が前記障害物に向かって右側
又は左側へ旋回するための旋回方向及び旋回半径を求
め、求めた旋回方向及び旋回半径にて前記移動体を旋回
動作させ、その旋回動作中に前記障害物が検出されなく
なった場合又はその旋回動作中に前記障害物が前記所定
範囲に存在しなくなった場合も、前記移動体が障害物の
横側に到達するまで前記旋回動作を続行させることを特
徴とする。

【０００７】

【作用】障害物の検出角度及びその検出した障害物まで
の距離がわかると、その情報に基づいて、移動体の進行
方向における障害物の位置を幾何学的に求めることがで
きるので、その障害物が回避すべき位置にあるか否かを
判別することができる。また、障害物の検出角度及びそ
の検出した障害物までの距離がわかると、その情報に関
連して、移動体が障害物を回避してその横側を移動する
ために、障害物に向かって右側又は左側へ旋回するため
の最適な旋回方向及び旋回半径を幾何学的に求めること
ができる。求めた旋回方向及び旋回半径にて前記移動体
を旋回動作させると、移動体が障害物を回避できること
になるが、その旋回動作中に、それまでに検出されてい
た障害物が検出されなくなった場合又はその旋回動作中
に前記障害物が前記所定範囲に存在しなくなった場合
も、急に移動体の進行方向が変わっても移動体が障害物
の横側に至るまで前記旋回動作を続行させることによ
り、障害物回避の旋回動作が終了した後、即時に所定制
御方法による到達目標点へ向けての自律進行を開始して
も、移動体は回避した障害物に衝突しない。

【０００８】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明に係る移動体の障害
物回避方法の実施に適用する移動体の模式的平面図であ
る。

【０００９】図中１は移動体であり、該移動体１には、
左右一対の駆動輪である右駆動輪１R と左駆動輪１L と
が設けられている。右駆動輪１R と左駆動輪１L とは、
夫々の駆動輪の回転速度を同一に、あるいは異なるよう
に制御することにより、移動体１の走行速度と操向（ス
テアリング）とを制御するようになっている。

【００１０】また、移動体１の前部（進行方向側）に
は、障害物２までの距離を検出することができる超音波
センサ11が設けられている。この超音波センサ11は、移
動体１の前部上面において水平面内で周方向への往復回
動可能である円板状の回動台12上に取付けられており、
この回動台12の回動によって水平面内にて所定角度範囲
で往復回動するようになっている。

【００１１】このような構成の超音波センサ11は、水平
面内にて所定角度範囲で往復回動することにより、移動
体１の進行方向の所定角度範囲内に超音波を発振し、そ
のエコーの受信結果に基づいて移動体１から障害物２ま
での距離Ｓ_i を検出するようになっており、また、その
超音波の発振角度θ_i は、角度センサ（図示せず）が回
動台12の回動角度（超音波センサの発振部が移動体１の
幅方向を向いた場合を０度とし、移動体１の直進方向を
向いた場合を90度とした回動角度）を検出することによ
って検出されるようになっている。

【００１２】超音波の発振点を原点とし、移動体１の直
進方向をｙ軸，移動体１の幅方向をｘ軸とする座標系
（以下移動体座標系という）を考えた場合、超音波セン
サ11が障害物２を検出した場合の距離Ｓ_i と発振角度θ
_i とに基き、下記(1) 式を用いて移動体座標系における
障害物２のｙ軸方向の位置ｙｏ_i が幾何学的に求めら
れ、下記(2) 式を用いて移動体座標系における障害物２
のｘ軸方向の位置ｘｏ_i が幾何学的に求められる。

【００１３】

【数１】

【００１４】

【数２】

【００１５】このような構成の移動体１は、特願平4-34
318 号に開示した移動体の無経路誘導方法の如き方法に
て自律走行するようになっており、その移動経路上に障
害物２が存在する場合には、以下に示すような方法によ
り障害物２を回避する走行を行う。障害物の回避は、超
音波センサ11が障害物２を検出し、移動体座標系におけ
るその障害物２のｘ軸方向の位置ｘｏ_i が移動体１の全
幅Ｂの１／２よりも小さい場合（移動体１の直進軌道上
に障害物２がある場合）に、障害物２と、移動体１の前
側の角部とを通る円弧に沿って移動体１を旋回させるこ
とにより行う。

【００１６】図２は障害物の回避方法の基本原理を示す
模式図である。移動体１から距離Ｓ_i の位置にある障害
物２を回避する場合に、障害物２と、移動体１の前側の
右角部とを通る円弧ａに沿って移動体１を左旋回（旋回
半径ｒ_piによる左旋回）させるか、又は障害物２と、移
動体１の前側の左角部とを通る円弧ｂに沿って移動体１
を右旋回（旋回半径ｒ_niによる右旋回）させるかの何れ
かの回避方法が考えられるが、この場合は、旋回移動が
容易に実行できるように旋回半径が大きい方を選ぶ。以
上の原理は、小さい障害物２が一つ存在する場合に適用
するものである。

【００１７】ここで、障害物回避のための旋回半径
ｒ_pi，ｒ_niを求める方法について説明する。図３は障害
物回避のための旋回半径ｒ_pi，ｒ_niを求める方法を説明
するための模式図である。図中において、ｘｏ _i は移動
体１の幅方向の中点と障害物２を検出した超音波センサ
11の設置位置との間の寸法、Ｌ／２は移動体１の全長Ｌ
の１／２の長さ、Ｂ／２は移動体１の全幅Ｂの１／２の
長さ、Ｆは旋回中心を夫々表している。移動体１から距
離ｙｏ_i の位置に障害物２がある場合の障害物２と移動
体１との位置関係は、図３に示される如くなっているの
で、障害物２と、移動体１の前側の右角部とを通る円弧
の中心点を旋回中心Ｆとする障害物回避のための左旋回
の旋回半径ｒ_piは下記(3) 式の如く幾何学的に求めら
れ、また、これと同様に、障害物回避のための右旋回の
旋回半径ｒ_niは下記(4) 式の如く幾何学的に求められ
る。

【００１８】

【数３】

【００１９】

【数４】

【００２０】しかし、前記(3),(4) 式の如く求められる
旋回半径ｒ_pi，ｒ_niを用いて実際に障害物回避の旋回を
行うと、旋回時の移動体１と障害物２との間隔に余裕が
ないため、移動体１の角部と障害物２とが接触する虞が
ある。このため、旋回時の移動体１と障害物２との間隔
に余裕を有せしめるために、実際には、前記(3),(4)式
に、障害物２と移動体１の端点との最短距離Ｃを考慮し
た下記(5),(6) 式を用いて障害物回避のための旋回半径
ｒ_pi，ｒ_niを求める。

【００２１】

【数５】

【００２２】

【数６】

【００２３】また、障害物２が大きい場合及び障害物２
が複数存在する場合は、複数の超音波センサ11が１回の
回動において障害物２を複数検出する。この場合は、ま
ず、全ての超音波センサ11が検出した距離Ｓ_i (i＝1,2,
…n)について、前述した如き回避のための左旋回半径ｒ
_pi(i＝1,2,…n)と右旋回半径ｒ_ni(i＝1,2,…n)とを求め
る。そして、求めた左旋回半径ｒ_piのなかで最小の左旋
回半径ｒ_pi (min)と、求めた右旋回半径ｒ_niのなかで最
小の右旋回半ｒ_ni(min) とを選び、この最小の左旋回半
径ｒ_pi (min)と最小の右旋回半ｒ_ni(min) との大きい方
を選び、その旋回半径での旋回動作を行う。

【００２４】前述の如き障害物の回避のための旋回動作
を行うと、旋回動作が進むに従って移動体１の進行方向
面が障害物２から外れていくので、超音波センサ11が障
害物２を検出しなくなる。このように障害物の回避のた
めの旋回動作によって障害物２が検出されなくなった場
合又は移動体座標系におけるその障害物２のｘ軸方向の
位置ｘｏ_i が移動体１の全幅Ｂの１／２よりも大きくな
った場合は、移動体１が障害物２の横に到達するまで、
超音波センサ11が最後に検出した障害物２までの距離に
基づいて得られる旋回半径にて移動体１を旋回させる。

【００２５】図４は障害物の回避のための旋回動作によ
って、障害物２が検出されなくなった場合又は移動体座
標系におけるその障害物２のｘ軸方向の位置ｘｏ_i が移
動体１の全幅Ｂの１／２よりも大きくなった場合の移動
体１の走行制御方法を示す模式図であり、移動体１が目
標点Ｐへ向けての走行中に障害物２を検出し、その障害
物２を回避するための右旋回を行い、超音波センサ11が
最後に障害物２を検出した状態を示している。図中の太
矢印はその目標点Ｐ上における目標方位を表しており、
また、図中のｘ軸及びｙ軸は絶対座標系のｘ軸，ｙ軸を
表している。

【００２６】このように、障害物２の回避のための旋回
動作によって障害物２が検出されなくなった場合又は移
動体座標系におけるその障害物２のｘ軸方向の位置ｘｏ
_i が移動体１の全幅Ｂの１／２よりも大きくなった場合
は、移動体１の現在位置Ｐ₀が下記(7) 式の条件を満た
すまで（障害物２の横側に到達するまで）、超音波セン
サ11が最後に障害物２を検出した距離ｙｏ_i LASTに基づ
いて得られる障害物の回避のための旋回半径ｒ_LASTで旋
回させる。これは、移動体１が障害物２の回避のための
旋回動作を行って、障害物２が検出されなくなった場合
に、即時に前記旋回動作を中止して予め定められた目標
方位に走行する通常の走行制御に復帰すると、急激に移
動体１の進行方向が変わる場合があり、移動体１の走行
状態によっては移動体１が障害物２に衝突する虞がある
ので、このような衝突を防ぐために行う。

【００２７】

【数７】

【００２８】次に、前述の如き原理を用いて、例えばマ
イクロコンピュータ等の制御手段にて障害物回避制御を
行う方法について説明する。図５は障害物回避制御方法
の手順を表すフローチャートである。

【００２９】まず、超音波センサ11によって障害物２が
検出されたか否かを判別する（ステップS1) 。ステップ
S1において、障害物２が検出されたと判別された場合
は、障害物が検出されている状態を表すフラグを”１”
にセットする（ステップS2) 。

【００３０】そして、超音波センサ11のエコーの受信結
果に基づいて移動体１から障害物２までの距離Ｓ_i を検
出し、前記角度センサによって超音波の発振角度θ_i を
検出する（ステップS3) 。次に、検出した距離Ｓ_i 及び
発振角度θ_i に基づき前記(1),(2) 式を用いて移動体座
標系における障害物２のｙ軸方向の位置ｙｏ_i 及びｘ軸
方向の位置ｘｏ_i を算出する（ステップS4) 。

【００３１】次に、ステップS4で算出された位置ｘｏ_i
の絶対値がＢ／２よりも小さいか否かを判別する（ステ
ップS5) 。ステップS5において位置ｘｏ_i の絶対値がＢ
／２よりも小さいと判別された場合は、障害物２が移動
体１の進行方向に存在する場合であるので、検出した距
離Ｓ_i 及び発振角度θ_i の全てについて障害物回避のた
めの左旋回の旋回半径ｒ_pi及び右旋回の旋回半径ｒ_niを
算出する（ステップS6) 。

【００３２】そして、求めた全ての右旋回の旋回半径ｒ
_piのうちの最小のものと、求めた全ての左旋回の旋回半
径ｒ_niのうちの最小のものとを選択し、選択された旋回
半径ｒ_pi，ｒ_niのうちの大きい旋回半径を、障害物回避
のための旋回半径として決定し（ステップS7) 、決定し
た旋回半径を実現するような右駆動輪１R 及び左駆動輪
１L の夫々の回転速度指令値を算出し（ステップS8) 、
算出し回転速度指令値にて右駆動輪１R 及び左駆動輪１
L の駆動制御を行う（ステップS16)。

【００３３】また、前記ステップS1において、障害物２
が検出されていないと判別された場合及び前記ステップ
S5において、位置ｘｏ_i の絶対値がＢ／２よりも小さく
ないと判別された場合は、前記フラグが”１”にセット
されているか否かを判別する（ステップS9) 。ステップ
S9において、フラグが”１”にセットされていると判別
された場合は、超音波センサ11が障害物２を検出しなく
なった直後又は障害物２が移動体１の進行方向に存在し
なくなった直後であるので、障害物回避のための旋回動
作を継続する必要があるため、前記(7) 式の条件を満た
しているか否かを判別する（ステップS10)。

【００３４】ステップS 10において、前記(7) 式の条件
を満たしていないと判別された場合は、前述した如く超
音波センサ11が最後に障害物２を検出した際の移動体１
から障害物２までの距離ｙｏ_i LASTに関連して得られる
障害物の回避のための旋回半径ｒ_LASTを、移動体１の旋
回半径として決定し（ステップS11)、決定した旋回半径
を実現するような右駆動輪１R 及び左駆動輪１L の夫々
の回転速度指令値を算出し（ステップS12)、算出した回
転速度指令値にて右駆動輪１R 及び左駆動輪１L の駆動
制御を行う（ステップS16)。

【００３５】また、前記ステップS9において、フラグ
が”１”にセットされていないと判別された場合は、通
常の走行制御である無経路誘導のアルゴリズム（特願平
4-34318 号に開示した移動体の無経路誘導方法）を実行
して（ステップS14)、その実行結果に基づいて右駆動輪
１R 及び左駆動輪１L の夫々の回転速度指令値を算出し
（ステップS15)、算出した回転速度指令値にて右駆動輪
１R 及び左駆動輪１L の駆動制御を行う（ステップS1
6)。また、前記ステップS10 において、前記(7) 式の条
件を満たしていると判別された場合は、前記フラグを”
０”にリセットし（ステップS13)、前記ステップS14,S1
5,S16 の処理を実行する。

【００３６】以上説明した如き障害物の回避方法では、
超音波センサ11を用いて障害物２を検出し、その検出結
果に基づいて障害物の回避制御を行うことができるの
で、その制御に関して従来の如き画像処理方法よりも高
速で制御を行うことが可能であり、また、障害物を検出
するためのセンサ及びそのコントローラに関連する機器
の容積が従来の画像処理方法よりも小さくなる。さら
に、単一の超音波センサ11にて障害物２を検出すること
が可能になっているので、複数の超音波センサを設けた
場合に生じる可能性があるセンサ間の干渉が生じない。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る移動体の
障害物回避方法では、障害物までの距離、障害物の検出
角度を求め、旋回方向，旋回半径を求めて、これに従っ
て旋回動作を行わせ、旋回動作中に障害物が検出されな
くなった場合も、又はその旋回動作中に障害物が所定範
囲に存在しなくなった場合も移動体が障害物の横側に至
るまで旋回動作を続行させることで、障害物の回避に関
する制御が高速で実行可能になると共に、移動体におけ
る障害物の回避制御に関する機器の小型化により移動体
における機器及び空間のレイアウトの自由度を大きくす
ることが可能になる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る移動体の障害物回避方法の実施に
適用する移動体の模式的平面図である。

【図２】障害物の回避方法の基本原理を示す模式図であ
る。

【図３】障害物回避のための旋回半径を求める方法を説
明するための模式図である。

【図４】障害物の回避のための旋回動作によって、障害
物が検出されなくなった場合又は移動体座標系における
その障害物のｘ軸方向の位置が移動体の全幅の１／２よ
りも大きくなった場合の移動体の走行制御方法を示す模
式図である。

【図５】障害物回避制御方法の手順を表すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１ 移動体 ２ 障害物 11 超音波センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 到達目標点へ向けて自律進行する移動体
   からその進行方向の障害物を検出し、その検出結果に基
   づいて、前記移動体に障害物を回避してその横側を移動
   させる移動体の障害物回避方法において、 その検出方向を変更可能である距離検出手段にて前記移
   動体の進行方向側の水平方向の所定角度範囲内に存在す
   る障害物までの距離を検出すると共にその検出した障害
   物の検出角度を検出し、 検出した距離及びその検出角度に基づいて前記障害物が
   移動体の進行方向の所定範囲内に存在するか否かを判別
   し、 前記障害物が移動体の進行方向の所定範囲内に存在する
   場合は、検出した距離及びその検出角度に関連して、前
   記移動体が前記障害物に向かって右側又は左側へ旋回す
   るための旋回方向及び旋回半径を求め、 求めた旋回方向及び旋回半径にて前記移動体を旋回動作
   させ、 その旋回動作中に前記障害物が検出されなくなった場合
   又はその旋回動作中に前記障害物が前記所定範囲に存在
   しなくなった場合も、前記移動体が障害物の横側に到達
   するまで前記旋回動作を続行させることを特徴とする移
   動体の障害物回避方法。