JP2907918B2 - 経路生成方法及びその装置 - Google Patents
経路生成方法及びその装置Info
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
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- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、限定された領域内を移動する移動体やアー
ムなどの機構の移動目標経路の生成方法に関わり、特に
無人搬送車や自律移動ロボツト，ロボツトアームなどの
動作制御装置に関する。
ムなどの機構の移動目標経路の生成方法に関わり、特に
無人搬送車や自律移動ロボツト，ロボツトアームなどの
動作制御装置に関する。
発明に最も近い公知例： 障害物との干渉を避けて移動する経路を求める問題と
して代表的なものに、移動ロボツトの経路探索問題と、
ロボツトアームの経路探索問題がある。移動ロボツトは
空間内で孤立点として自由に移動できるので、実空間内
でそのまま経路探索ができる。これに対しロボツトアー
ムでは、根元位置や関節動作角度範囲が限定されている
ため、実空間内で先端位置だけに着目して経路を求める
ことはできない。そこで一般には、ｎ自由度の関節動作
範囲をｎ次元の直交座標空間に写像した、コンフイギユ
レーシヨン空間内で経路探索をおこなう。これによつて
ロボツトアームの経路探索は、移動ロボツトの経路探索
と同様に扱える。
して代表的なものに、移動ロボツトの経路探索問題と、
ロボツトアームの経路探索問題がある。移動ロボツトは
空間内で孤立点として自由に移動できるので、実空間内
でそのまま経路探索ができる。これに対しロボツトアー
ムでは、根元位置や関節動作角度範囲が限定されている
ため、実空間内で先端位置だけに着目して経路を求める
ことはできない。そこで一般には、ｎ自由度の関節動作
範囲をｎ次元の直交座標空間に写像した、コンフイギユ
レーシヨン空間内で経路探索をおこなう。これによつて
ロボツトアームの経路探索は、移動ロボツトの経路探索
と同様に扱える。
これらの経路探索は種々の方法が提案されているが、
代表的なものとして分岐探索法（比留川博久ほか１名，
安全第一アルゴリズムとポテンシヤル関数に基づくマニ
ピユレータの障害物回避法，日本ロボツト学会誌 第５
巻 第３号（1987年），第３頁から第11頁）がある。平
面上を移動する場合、まず全領域を細かな正方領域に分
割する。起点を含む正方領域の周囲の正方領域へはロボ
ツトが移動できるから経路の候補とする。つぎにそれら
ひとつひとつの正方領域から同様にして経路の候補を得
ることができる。障害物を含む領域は、以後経路を展開
しない。この操作を、終点を含む正方領域に至るまで繰
り返すことにより、起点から終点に至る経路を得ること
ができる。このとき全分岐数は、１回の分岐数をｍ、起
点から終点に至る平均ステツプ数をｎとするとmnとな
る。
代表的なものとして分岐探索法（比留川博久ほか１名，
安全第一アルゴリズムとポテンシヤル関数に基づくマニ
ピユレータの障害物回避法，日本ロボツト学会誌 第５
巻 第３号（1987年），第３頁から第11頁）がある。平
面上を移動する場合、まず全領域を細かな正方領域に分
割する。起点を含む正方領域の周囲の正方領域へはロボ
ツトが移動できるから経路の候補とする。つぎにそれら
ひとつひとつの正方領域から同様にして経路の候補を得
ることができる。障害物を含む領域は、以後経路を展開
しない。この操作を、終点を含む正方領域に至るまで繰
り返すことにより、起点から終点に至る経路を得ること
ができる。このとき全分岐数は、１回の分岐数をｍ、起
点から終点に至る平均ステツプ数をｎとするとmnとな
る。
この方法に要する計算時間は、全分岐数に比例するの
で、m,nが大きくなるにつれて天文学的な数字となる。
例えば分岐数として一般的なｍ＝４を用い、ｎは問題の
複雑さにもよるがｎ＝50とした場合、解が探索過程の中
間段階で見つかるとしても、解に至るまでの総分岐数は
６×1029程度の値になる。このような量の計算は事実上
不可能であり、また移動制御は実時間で行なう必要があ
るため、実際には計算量を圧縮する処理がなされる。
で、m,nが大きくなるにつれて天文学的な数字となる。
例えば分岐数として一般的なｍ＝４を用い、ｎは問題の
複雑さにもよるがｎ＝50とした場合、解が探索過程の中
間段階で見つかるとしても、解に至るまでの総分岐数は
６×1029程度の値になる。このような量の計算は事実上
不可能であり、また移動制御は実時間で行なう必要があ
るため、実際には計算量を圧縮する処理がなされる。
たとえば解が得られそうな方向へ分岐を展開するヒユ
ーリステイク探索法や、起点と終点の間にサブゴールを
与える方法、解が得られる見込みのない分岐を圧縮して
しまう方法がある。しかしこれらの処理によつて解の正
確さが損なわれ、ときには解に到達できなくなる恐れが
あるうえ、総分岐数が指数関数的に増加することには変
わりない。
ーリステイク探索法や、起点と終点の間にサブゴールを
与える方法、解が得られる見込みのない分岐を圧縮して
しまう方法がある。しかしこれらの処理によつて解の正
確さが損なわれ、ときには解に到達できなくなる恐れが
あるうえ、総分岐数が指数関数的に増加することには変
わりない。
分岐探索以外の方法として、ポテンシヤル法，迷路法
があるが、いずれも膨大な計算時間を要することには変
わりがない。前者は日本ロボツト学会誌，第１巻第３号
（1983年）、第66頁から第72頁に、後者は日本ロボツト
学会誌，第５巻第４号（1987年）、第11頁から第19頁に
詳しく述べられている。
があるが、いずれも膨大な計算時間を要することには変
わりがない。前者は日本ロボツト学会誌，第１巻第３号
（1983年）、第66頁から第72頁に、後者は日本ロボツト
学会誌，第５巻第４号（1987年）、第11頁から第19頁に
詳しく述べられている。
本発明の目的は、移動体や機構の移動に際して、移動
領域の地図と起点，終点が与えられたときに、その移動
領域内の障害物又はその移動領域の境界との干渉を避け
て移動する経路を短時間で生成する経路生成手法を提供
することにある。
領域の地図と起点，終点が与えられたときに、その移動
領域内の障害物又はその移動領域の境界との干渉を避け
て移動する経路を短時間で生成する経路生成手法を提供
することにある。
上記目的を達成するために用いられる基本的構成要件
は、物体が移動する閉領域の境界の情報を含んだ地図、
物体が移動を開始する地図上の起点及び物体が移動の目
標とする地図上の終点が与えられた場合に、前記地図を
その境界のどの部分をとっても外側に凸である閉領域に
写像し、写像領域内で起点と終点を線分で結んで経路を
決め、その後、前記経路を元の地図に逆写像することに
よって移動経路を得る経路生成方法であり、その地図内
に障害物が存在する場合には、その障害物が写像領域外
となる写像領域を設定する構成要件を追加させる。
は、物体が移動する閉領域の境界の情報を含んだ地図、
物体が移動を開始する地図上の起点及び物体が移動の目
標とする地図上の終点が与えられた場合に、前記地図を
その境界のどの部分をとっても外側に凸である閉領域に
写像し、写像領域内で起点と終点を線分で結んで経路を
決め、その後、前記経路を元の地図に逆写像することに
よって移動経路を得る経路生成方法であり、その地図内
に障害物が存在する場合には、その障害物が写像領域外
となる写像領域を設定する構成要件を追加させる。
もう少し具体的に述べれば、以下の通りである。
与えられる地図の境界形状は必ずしも一定ではないの
で、地図が２次元の場合は長方形など、３次元の場合は
直方体など、内側に凸の境界を持たない領域に写像す
る。写像によつて「実際の移動領域の地図」と「写像領
域」を結びつけるわけだが、このときの方法としては内
挿による方法，複素変数による方法，偏微分方程式によ
る方法などがあり、いずれを用いてもよい。
で、地図が２次元の場合は長方形など、３次元の場合は
直方体など、内側に凸の境界を持たない領域に写像す
る。写像によつて「実際の移動領域の地図」と「写像領
域」を結びつけるわけだが、このときの方法としては内
挿による方法，複素変数による方法，偏微分方程式によ
る方法などがあり、いずれを用いてもよい。
写像領域内で経路を決めるには、起点と終点を直線な
いしはある特定の評価関数に従つた曲線で結べばよい。
このとき経路を一意に決めるため、すなわち経路の候補
を複数生ずることを防ぐため、写像領域内には孤立障害
物を含まないことが望ましい。このために、与えられた
地図からあらかじめ孤立障害物を取り除く必要がある。
このために孤立障害物が領域境界と最も近い部分に仮想
的に壁を設けたり、孤立障害物を領域境界に接するまで
仮想的に移動させる操作を施す。
いしはある特定の評価関数に従つた曲線で結べばよい。
このとき経路を一意に決めるため、すなわち経路の候補
を複数生ずることを防ぐため、写像領域内には孤立障害
物を含まないことが望ましい。このために、与えられた
地図からあらかじめ孤立障害物を取り除く必要がある。
このために孤立障害物が領域境界と最も近い部分に仮想
的に壁を設けたり、孤立障害物を領域境界に接するまで
仮想的に移動させる操作を施す。
この方法によれば、移動経路を決める際に分岐探索を
全くおこなわない。したがつて経路決定に必要な所要時
間は、「移動領域の地図」から「写像領域」への写像、
および逆写像の合計となる。実際には写像・逆写像に要
する時間がほとんどを占めるが、これは境界領域の分割
数の２乗に比例する。問題の複雑さと分割数は一般に比
例関係にあるため、本方法の所要時間は問題の複雑さの
２乗に比例する。したがつて従来の経路探索と比べて、
問題が複雑になるほど時間短縮効果が大きくなる。
全くおこなわない。したがつて経路決定に必要な所要時
間は、「移動領域の地図」から「写像領域」への写像、
および逆写像の合計となる。実際には写像・逆写像に要
する時間がほとんどを占めるが、これは境界領域の分割
数の２乗に比例する。問題の複雑さと分割数は一般に比
例関係にあるため、本方法の所要時間は問題の複雑さの
２乗に比例する。したがつて従来の経路探索と比べて、
問題が複雑になるほど時間短縮効果が大きくなる。
本方法では、写像後の地図が距離・時間情報を持たな
い。このため写像領域内で起点と終点を直線で結んで得
た経路は、最短距離・最短時間経路にはならない。しか
しながら本方法では、障害物と干渉せずに終点に至る解
が必ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停
留することがない。
い。このため写像領域内で起点と終点を直線で結んで得
た経路は、最短距離・最短時間経路にはならない。しか
しながら本方法では、障害物と干渉せずに終点に至る解
が必ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停
留することがない。
つぎに本発明の一実施例を、図を用いて説明する。第
１図は、本発明の経路生成方法を用いた移動ロボツトの
システム構成である。経路生成に先だつて、まず操作者
によつて入力装置１から入力データ２が地図入力サブシ
ステム３に送られる。地図入力サブシステム３はこれら
を地図情報６にまとめあげ、格子生成サブシステム７に
送る。格子生成サブシステム７では、写像時に実際の地
図と写像領域を結びつけるための格子点を地図に付加
し、その結果を地図情報記憶領域８に送る。地図情報メ
モリ８に記憶されている格子付き地図12は、写像・逆写
像サブシステム９によつて長方形領域13に写像され、写
像領域メモリ０に記憶される。このとき同時に、地図上
の起点，終点も長方形領域13に写像する。長方形領域13
上の起点・終点は、経路生成サブシステム11によつて直
線あるいは何らかの評価関数に従つた曲線で結ばれる。
つぎにこの長方形領域13の情報を写像・逆写像サブシス
テム９によつて元の形状に逆写像し、経路情報入り地図
14を得る。地図情報メモリ８から目標経路15が走行制御
サブシステム16に送られ、これに基づいて走行指令17が
移動機構18に送られることにより移動する。なお移動に
ともなつて、走行制御サブシステム16から地図入力サブ
システム３に移動情報19が送られ、これに基づいて一定
距離走行ごとにソナー４で移動ロボツトの周辺環境を測
定し、地図データを更新し同じ動作を繰り返す。
１図は、本発明の経路生成方法を用いた移動ロボツトの
システム構成である。経路生成に先だつて、まず操作者
によつて入力装置１から入力データ２が地図入力サブシ
ステム３に送られる。地図入力サブシステム３はこれら
を地図情報６にまとめあげ、格子生成サブシステム７に
送る。格子生成サブシステム７では、写像時に実際の地
図と写像領域を結びつけるための格子点を地図に付加
し、その結果を地図情報記憶領域８に送る。地図情報メ
モリ８に記憶されている格子付き地図12は、写像・逆写
像サブシステム９によつて長方形領域13に写像され、写
像領域メモリ０に記憶される。このとき同時に、地図上
の起点，終点も長方形領域13に写像する。長方形領域13
上の起点・終点は、経路生成サブシステム11によつて直
線あるいは何らかの評価関数に従つた曲線で結ばれる。
つぎにこの長方形領域13の情報を写像・逆写像サブシス
テム９によつて元の形状に逆写像し、経路情報入り地図
14を得る。地図情報メモリ８から目標経路15が走行制御
サブシステム16に送られ、これに基づいて走行指令17が
移動機構18に送られることにより移動する。なお移動に
ともなつて、走行制御サブシステム16から地図入力サブ
システム３に移動情報19が送られ、これに基づいて一定
距離走行ごとにソナー４で移動ロボツトの周辺環境を測
定し、地図データを更新し同じ動作を繰り返す。
第２図は本発明の経路生成の手順を示したものであ
る。経路生成を開始21すると、まず地図入力22を行な
う。この地図データにおいて境界に接しない孤立障害物
があると、経路が一意に定まらなくなるので、孤立障害
物を検出・消去23する操作を行なう。この地図を長方形
領域に写像するのに、両者の境界上の点の対応関係を定
めれば、内挿などにより領域内部の点の対応も定まる。
このために、写像後に長方形の４頂点になるべき地図上
の点を決定24する。４頂点および境界上の点の対応関係
が定まれば、内挿または偏微分方程式を解いて領域全体
の対応関係が求まる。すなわちもとの地図から長方形領
域への写像25が可能である。つぎに長方形領域上で起点
と終点を接続することにより、経路決定26ができる。さ
らに、さきほどの地図と長方形領域の対応関係を用い
て、この経路を実際の地図上に逆写像27できる。この結
果、実際の地図上における移動経路が得られる。最後に
この移動経路を出力28して、経路生成を終了29する。
る。経路生成を開始21すると、まず地図入力22を行な
う。この地図データにおいて境界に接しない孤立障害物
があると、経路が一意に定まらなくなるので、孤立障害
物を検出・消去23する操作を行なう。この地図を長方形
領域に写像するのに、両者の境界上の点の対応関係を定
めれば、内挿などにより領域内部の点の対応も定まる。
このために、写像後に長方形の４頂点になるべき地図上
の点を決定24する。４頂点および境界上の点の対応関係
が定まれば、内挿または偏微分方程式を解いて領域全体
の対応関係が求まる。すなわちもとの地図から長方形領
域への写像25が可能である。つぎに長方形領域上で起点
と終点を接続することにより、経路決定26ができる。さ
らに、さきほどの地図と長方形領域の対応関係を用い
て、この経路を実際の地図上に逆写像27できる。この結
果、実際の地図上における移動経路が得られる。最後に
この移動経路を出力28して、経路生成を終了29する。
第３図は、第２図で示した経路生成手順を、具体例で
示したものである。（ａ）は入力する地図で、境界31と
起点32,終点33から成る。（ｂ）は写像後に長方形の頂
点になるべき４点Ａ〜Ｄを決め、領域上を分割したもの
である。計算機を用いて機械的に行なう場合は、AD間と
BC間を同数に等分割、AB間とDC間を同数に等分割すれば
よい。（ｃ）では境界上の点どうしを結んで内挿し、境
界内部の点の位置を知ることができる。（ｄ）は（ｃ）
を（ｃ）と同じ分割数からなる長方形領域37で表わした
ものである。（ｃ）の交点と（ｄ）の交点が一対一に対
応しているので、（ｃ）から（ｄ）へ写像が成り立つ。
起点35と終点36を例えば直線で結ぶことにより、経路38
を得ることができる。（ｄ）で得た経路を実際の地図の
形状に逆写像することにより、（ｅ）に示すように実際
の地図上で目標経路39が得られる。このように内挿によ
つて写像すると、写像は単純な線形計算の繰り返しとな
り、短時間で写像・逆写像を実行できる。
示したものである。（ａ）は入力する地図で、境界31と
起点32,終点33から成る。（ｂ）は写像後に長方形の頂
点になるべき４点Ａ〜Ｄを決め、領域上を分割したもの
である。計算機を用いて機械的に行なう場合は、AD間と
BC間を同数に等分割、AB間とDC間を同数に等分割すれば
よい。（ｃ）では境界上の点どうしを結んで内挿し、境
界内部の点の位置を知ることができる。（ｄ）は（ｃ）
を（ｃ）と同じ分割数からなる長方形領域37で表わした
ものである。（ｃ）の交点と（ｄ）の交点が一対一に対
応しているので、（ｃ）から（ｄ）へ写像が成り立つ。
起点35と終点36を例えば直線で結ぶことにより、経路38
を得ることができる。（ｄ）で得た経路を実際の地図の
形状に逆写像することにより、（ｅ）に示すように実際
の地図上で目標経路39が得られる。このように内挿によ
つて写像すると、写像は単純な線形計算の繰り返しとな
り、短時間で写像・逆写像を実行できる。
写像に必要な格子の生成は、第３図に示した内挿によ
る方法のほか、偏微分方程式を解くことによつても可能
である。この原理を第４図を用いて説明する。（ａ）は
与えられた地図41を示し、最初は境界内部の格子はない
ものとする。座標軸42はｘ−ｙ座標系とし、Ａ〜Ｄの４
点が写像後に長方形の４頂点となる。また（ｂ）は写像
後の長方形領域43とその内部の格子を示す。座標軸44は
ξ−η座標系とする。このとき（ａ）の格子点と（ｂ）
の格子点は、つぎの偏微分方程式で１対１に対応づけら
れる。
る方法のほか、偏微分方程式を解くことによつても可能
である。この原理を第４図を用いて説明する。（ａ）は
与えられた地図41を示し、最初は境界内部の格子はない
ものとする。座標軸42はｘ−ｙ座標系とし、Ａ〜Ｄの４
点が写像後に長方形の４頂点となる。また（ｂ）は写像
後の長方形領域43とその内部の格子を示す。座標軸44は
ξ−η座標系とする。このとき（ａ）の格子点と（ｂ）
の格子点は、つぎの偏微分方程式で１対１に対応づけら
れる。
ξxx＋ξyy＝Ｐ（ξ，η） …（１） ηxx＋ηyy＝Ｑ（ξ，η） …（２） ここでξxxはξのｘによる２階偏微分を示す。したが
つて（ａ）と（ｂ）の境界を対応させながら上記の偏微
分方程式を解けば、地図上に（ａ）に示すような格子を
生成することができる。このとき一般にはＰ＝Ｑ＝０で
よいが、P,Qの値を操作することにより、格子点の分布
を移動させることができる。
つて（ａ）と（ｂ）の境界を対応させながら上記の偏微
分方程式を解けば、地図上に（ａ）に示すような格子を
生成することができる。このとき一般にはＰ＝Ｑ＝０で
よいが、P,Qの値を操作することにより、格子点の分布
を移動させることができる。
Ｐ＝Ｑ＝０とした上記偏微分方程式では、境界線の凹
凸によつて境界近傍の格子間隔が粗密になる性質があ
る。たとえば第５図（ａ）は境界線45が領域内部方向に
凸となつた場合であるが、境界に沿つたη＝一定の格子
線46とｘ軸47との交差状態からηxx＞０となることがわ
かる。したがつて（１）式からηxx＜０となりδη／δ
ｙが単調減少するため、η＝一定の格子線46の間隔は境
界近傍で狭くなる。一方これと逆に、第５図（ｂ）は境
界線51が領域外部方向に凸となつた場合で、境界に沿つ
たη＝一定の格子線52とｘ軸53との交差状態から境界近
傍で格子間隔が広くなる。このため、上記方法で求めた
格子点は、内挿法で得た格子に比べると滑らかな形状と
なり、移動ロボツトなどの移動経路として適したものに
なる。
凸によつて境界近傍の格子間隔が粗密になる性質があ
る。たとえば第５図（ａ）は境界線45が領域内部方向に
凸となつた場合であるが、境界に沿つたη＝一定の格子
線46とｘ軸47との交差状態からηxx＞０となることがわ
かる。したがつて（１）式からηxx＜０となりδη／δ
ｙが単調減少するため、η＝一定の格子線46の間隔は境
界近傍で狭くなる。一方これと逆に、第５図（ｂ）は境
界線51が領域外部方向に凸となつた場合で、境界に沿つ
たη＝一定の格子線52とｘ軸53との交差状態から境界近
傍で格子間隔が広くなる。このため、上記方法で求めた
格子点は、内挿法で得た格子に比べると滑らかな形状と
なり、移動ロボツトなどの移動経路として適したものに
なる。
つぎに与えられた地図中に境界に接しない孤立障害物
が存在するときに、これを取り除く方法について示す。
第６図は地図内に仮想的に壁を設けて、孤立障害物を境
界につなげる方法である。（ａ）は地図を与えられた状
態を示し、境界55,孤立障害物56,起点57,終点58から成
つている。このとき、境界55の孤立障害物56の距離の最
小の部分を仮想的に壁でつないで通過不能にすると、
（ｂ）で示すような境界59で囲まれた領域となる。
が存在するときに、これを取り除く方法について示す。
第６図は地図内に仮想的に壁を設けて、孤立障害物を境
界につなげる方法である。（ａ）は地図を与えられた状
態を示し、境界55,孤立障害物56,起点57,終点58から成
つている。このとき、境界55の孤立障害物56の距離の最
小の部分を仮想的に壁でつないで通過不能にすると、
（ｂ）で示すような境界59で囲まれた領域となる。
第７図は与えられた地図を展開して、孤立障害物を取
り除く方法を示す。（ａ）は与えられた地図で、境界60
と孤立障害物61からなり、最終的に得られる格子を重ね
て示してある。このとき境界60と孤立障害物61をつなぐ
線62を考え、この線62で地図を切断して展開する。この
結果（ｂ）のように孤立障害物を含まない領域が得られ
る。このとき境界63は孤立障害物61に、境界65は境界60
に対応する。また境界64と境界66は本来同一の場所で、
線62に対応する。
り除く方法を示す。（ａ）は与えられた地図で、境界60
と孤立障害物61からなり、最終的に得られる格子を重ね
て示してある。このとき境界60と孤立障害物61をつなぐ
線62を考え、この線62で地図を切断して展開する。この
結果（ｂ）のように孤立障害物を含まない領域が得られ
る。このとき境界63は孤立障害物61に、境界65は境界60
に対応する。また境界64と境界66は本来同一の場所で、
線62に対応する。
第８図は、写像時に孤立障害物を圧縮して消してしま
う方法である。（ａ）は与えられた地図を示し、境界7
3,孤立障害物74,起点71,終点72から構成されている。移
動ロボツトは移動面上で大きさを持つので、まず（ｂ）
に示すように移動ロボツトの大きさに分け孤立障害物75
を拡大し、障害物との干渉について移動ロボツトの面積
を考慮しなくてもよいようにする。したがつて（ｂ）で
は起点73,終点72とも点で示してある。このとき孤立障
害物75の内部に格子点が入らないように格子分割を施
し、孤立障害物75を一点に収約したうえで長方形領域76
に写像すると、（ｃ）に示すように孤立障害物を圧縮消
去できる。
う方法である。（ａ）は与えられた地図を示し、境界7
3,孤立障害物74,起点71,終点72から構成されている。移
動ロボツトは移動面上で大きさを持つので、まず（ｂ）
に示すように移動ロボツトの大きさに分け孤立障害物75
を拡大し、障害物との干渉について移動ロボツトの面積
を考慮しなくてもよいようにする。したがつて（ｂ）で
は起点73,終点72とも点で示してある。このとき孤立障
害物75の内部に格子点が入らないように格子分割を施
し、孤立障害物75を一点に収約したうえで長方形領域76
に写像すると、（ｃ）に示すように孤立障害物を圧縮消
去できる。
つぎに与えられた地図が複数の部屋からなる場合につ
いて述べる。第９図（ａ）は与えられた地図で、境界8
0,孤立障害物81〜84,起点85,終点86からなる。このとき
は、操作者がドアなどをサブゴールとして指定し、部屋
ごとに分割して経路生成を行なうようにすればよい。た
とえば第９図（ｂ）は、与えられた地図を、３個の領域
91〜93に分割した場合を示す。領域91に対しては起点85
とサブゴール87が指定され、本発明の方法を用いて移動
経路を生成する。領域92,93についても同様である。最
後にこれらの経路をつなぎあわせれば、起点85から終点
86に至る経路となる。
いて述べる。第９図（ａ）は与えられた地図で、境界8
0,孤立障害物81〜84,起点85,終点86からなる。このとき
は、操作者がドアなどをサブゴールとして指定し、部屋
ごとに分割して経路生成を行なうようにすればよい。た
とえば第９図（ｂ）は、与えられた地図を、３個の領域
91〜93に分割した場合を示す。領域91に対しては起点85
とサブゴール87が指定され、本発明の方法を用いて移動
経路を生成する。領域92,93についても同様である。最
後にこれらの経路をつなぎあわせれば、起点85から終点
86に至る経路となる。
最後に本発明をロボツトアームの誘導制御に用いた例
を示す。第10図は３個の動作自由度をもつロボツトアー
ムの動作環境を模式的に示したものである。このロボツ
トアームは台座101,第１アーム102,第２アーム103,第３
アーム104とハンド105の要素から成る。台座101と第１
アーム102は鉛直な回転軸をもつ第１関節106で接続され
ている。第１アーム102と第２図アーム103は水平な回転
軸をもつ第２関節107で接続されている。第２アーム103
と第３アーム104は同じく水平な回転軸をもつ第３関節1
08で接続されている。ロボツトアームの近傍には障害物
109があり、これに接触・衝突することなくロボツトア
ームを動作させる必要がある。移動ロボツトの場合は、
障害物に対して移動する点が衝突しないような経路を探
せばよいが、ロボツトアームではアームの先端だけでな
く、アームのすべての部分が障害物に衝突しないように
する必要がある。そこで一般には、関節の回転角度をパ
ラメータにとつた形状空間上で衝突チエツクする。
を示す。第10図は３個の動作自由度をもつロボツトアー
ムの動作環境を模式的に示したものである。このロボツ
トアームは台座101,第１アーム102,第２アーム103,第３
アーム104とハンド105の要素から成る。台座101と第１
アーム102は鉛直な回転軸をもつ第１関節106で接続され
ている。第１アーム102と第２図アーム103は水平な回転
軸をもつ第２関節107で接続されている。第２アーム103
と第３アーム104は同じく水平な回転軸をもつ第３関節1
08で接続されている。ロボツトアームの近傍には障害物
109があり、これに接触・衝突することなくロボツトア
ームを動作させる必要がある。移動ロボツトの場合は、
障害物に対して移動する点が衝突しないような経路を探
せばよいが、ロボツトアームではアームの先端だけでな
く、アームのすべての部分が障害物に衝突しないように
する必要がある。そこで一般には、関節の回転角度をパ
ラメータにとつた形状空間上で衝突チエツクする。
たとえば、第２アーム103および第３アーム104が水平
面となす角度をそれぞれθ１，θ２とし、θ１とθ２を
パラメータとしてロボツトアームの姿勢を形状空間110
として示したものが第11図である。形状空間110がこの
ロボツトアームの取り得る姿勢を示す。この中でハツチ
ングを施した領域111a〜111cは、θ１とθ２を変化させ
たときにロボツトアームが障害物109と接触・衝突する
部分である。ロボツトアームを初期姿勢から最終姿勢ま
で変化させるとき、これらに対応して形状空間110内に
初期姿勢点112と最終姿勢点113を求めることができる。
以上の手続きにより、ロボツトアームを障害物に接触・
衝突することなく初期姿勢から最終姿勢まで変化させる
問題は、形状空間110上でハツチングを施した領域111a
〜111cを通ることなく初期姿勢点112から最終姿勢点113
に至る経路を求める問題に帰着できる。以後は移動ロボ
ツトの場合と同様の手順により、経路を得ることができ
る。
面となす角度をそれぞれθ１，θ２とし、θ１とθ２を
パラメータとしてロボツトアームの姿勢を形状空間110
として示したものが第11図である。形状空間110がこの
ロボツトアームの取り得る姿勢を示す。この中でハツチ
ングを施した領域111a〜111cは、θ１とθ２を変化させ
たときにロボツトアームが障害物109と接触・衝突する
部分である。ロボツトアームを初期姿勢から最終姿勢ま
で変化させるとき、これらに対応して形状空間110内に
初期姿勢点112と最終姿勢点113を求めることができる。
以上の手続きにより、ロボツトアームを障害物に接触・
衝突することなく初期姿勢から最終姿勢まで変化させる
問題は、形状空間110上でハツチングを施した領域111a
〜111cを通ることなく初期姿勢点112から最終姿勢点113
に至る経路を求める問題に帰着できる。以後は移動ロボ
ツトの場合と同様の手順により、経路を得ることができ
る。
以上の説明においては、地図情報は、移動体又は機構
としたが、地図情報は回路パターンを形成する時のもの
でも同様である。
としたが、地図情報は回路パターンを形成する時のもの
でも同様である。
これまで述べた方法では写像時に地図の距離情報が失
われるため、得られる経路は必ずしも最短距離・最短所
要時間とはならない。そこで写像時に地図の距離情報を
反映させることにより、最短距離の経路を得ることがで
きる。同様に距離情報に代えて時間距離情報を反映させ
ることにより、最短所要時間の経路を得ることができ
る。
われるため、得られる経路は必ずしも最短距離・最短所
要時間とはならない。そこで写像時に地図の距離情報を
反映させることにより、最短距離の経路を得ることがで
きる。同様に距離情報に代えて時間距離情報を反映させ
ることにより、最短所要時間の経路を得ることができ
る。
本発明によれば、移動領域の地図と移動体の起点，終
点が与えられたときに、その移動領域内の障害物又はそ
の移動領域の境界との干渉を避けて移動する経路を短時
間で生成することができる。
点が与えられたときに、その移動領域内の障害物又はそ
の移動領域の境界との干渉を避けて移動する経路を短時
間で生成することができる。
また本方法では、障害物と干渉せずに終点に至る解が
必ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停留
することがない。
必ず一意に決まり、従来の探索のように解に至らず停留
することがない。
第１図は本発明を適用した移動ロボツトのシステム構成
図、第２図は手順を示す流れ図、第３図は経路を生成す
る過程を示す原理図、第４図，第５図は格子生成の別の
方法を示す原理図、第６図〜第８図は地図中から孤立障
害物を除去する原理図、第９図は本発明の別の実施例の
原理図、第10図は本発明をマニピユレータの誘導制御に
用いた例を示す図、第11図はマニピユレータに応用した
時の地図を示す図である。 13,37,43,76……長方形領域、15,39……目標経路、31,5
5,59,60,63,64,65,73,80……境界、32,35,57,71,85……
起点、33,36,58,72,86……終点、38……経路、41……地
図、45,51……境界線、56,61,74,75,81〜84……孤立障
害物。
図、第２図は手順を示す流れ図、第３図は経路を生成す
る過程を示す原理図、第４図，第５図は格子生成の別の
方法を示す原理図、第６図〜第８図は地図中から孤立障
害物を除去する原理図、第９図は本発明の別の実施例の
原理図、第10図は本発明をマニピユレータの誘導制御に
用いた例を示す図、第11図はマニピユレータに応用した
時の地図を示す図である。 13,37,43,76……長方形領域、15,39……目標経路、31,5
5,59,60,63,64,65,73,80……境界、32,35,57,71,85……
起点、33,36,58,72,86……終点、38……経路、41……地
図、45,51……境界線、56,61,74,75,81〜84……孤立障
害物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 文信 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−136106（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−134687（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 19/4093
Claims (8)
- 【請求項１】物体が移動する閉領域の境界の情報を含ん
だ地図、物体が移動を開始する地図上の起点及び物体が
移動の目標とする地図上の終点が与えられた場合に、 前記地図をその境界のどの部分をとっても外側に凸であ
る閉領域に写像し、写像領域内で起点と終点を線分で結
んで経路を決め、その後、前記経路を元の地図に逆写像
することによって移動経路を得る経路生成方法。 - 【請求項２】物体が移動する閉領域の境界と障害物の位
置との情報を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上
の起点及び物体が移動の目標とする地図上の終点が与え
られた場合に、 前記地図を障害物のない、その境界のどの部分をとって
も外側に凸である閉領域に写像し、写像領域内で起点と
終点を線分で結んで経路を決め、その後、前記経路を元
の地図に逆写像することによって移動経路を得る経路生
成方法。 - 【請求項３】物体が移動する閉領域の境界と障害物の位
置との情報を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上
の起点及び物体が移動の目標とする地図上の終点が与え
られた場合に、 前記地図をその境界のどの部分をとっても内側に凸では
ない閉領域に写像し、写像領域内で起点と終点を線分で
結んで経路を決め、その後、前記経路を元の地図に逆写
像することによって移動経路を得る経路生成方法。 - 【請求項４】物体が移動する閉領域の境界と障害物の位
置との情報を含んだ地図、物体が移動を開始する地図上
の起点及び物体が移動の目標とする地図上の終点が与え
られた場合に、 前記地図を障害物のない、その境界のどの部分をとって
も内側に凸ではない閉領域に写像し、写像領域内で起点
と終点を線分で結んで経路を決め、その後、前記経路を
元の地図に逆写像することによって移動経路を得る経路
生成方法。 - 【請求項５】物体が移動する閉領域の境界と障害物の位
置との情報を含んだ地図、物体が移動を開始する起点お
よび物体が移動の目標とする終点を地図上に入力する手
段と、前記地図をその境界のどの部分をとっても外側に
凸である閉領域に写像する手段と、写像領域内で起点と
終点を線分で結んで経路を決める手段と、前記経路を元
の地図に逆写像する手段とを有する経路生成装置。 - 【請求項６】物体が移動する閉領域の境界と障害物の位
置との情報を含んだ地図、物体が移動を開始する起点お
よび物体が移動の目標とする終点を地図上に入力する手
段と、前記地図を障害物のないその境界のどの部分をと
っても外側に凸である閉領域に写像する手段と、写像領
域内で起点と終点を線分で結んで経路を決める手段と、
前記経路を元の地図に逆写像する手段とを有する経路生
成装置。 - 【請求項７】物体が移動する閉領域の境界と障害物の位
置との情報を含んだ地図、物体が移動を開始する起点お
よび物体が移動の目標とする終点を地図上に入力する手
段と、前記地図をその境界のどの部分をとっても内側に
凸ではない閉領域に写像する手段と、写像領域内で起点
と終点を線分で結んで経路を決める手段と、前記経路を
元の地図に逆写像する手段とを有する経路生成装置。 - 【請求項８】物体が移動する閉領域の境界と障害物の位
置との情報を含んだ地図、物体が移動を開始する起点お
よび物体が移動の目標とする終点を地図上に入力する手
段と、前記地図を障害物のないその境界のどの部分をと
っても内側に凸ではない閉領域に写像する手段と、写像
領域内で起点と終点を線分で結んで経路を決める手段
と、前記経路を元の地図に逆写像する手段とを有する経
路生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2028290A JP2907918B2 (ja) | 1990-02-09 | 1990-02-09 | 経路生成方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2028290A JP2907918B2 (ja) | 1990-02-09 | 1990-02-09 | 経路生成方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03233605A JPH03233605A (ja) | 1991-10-17 |
| JP2907918B2 true JP2907918B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=12244484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2028290A Expired - Fee Related JP2907918B2 (ja) | 1990-02-09 | 1990-02-09 | 経路生成方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2907918B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111759230A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-13 | 深圳拓邦股份有限公司 | 移动机器人的行走控制方法、装置、洗地机以及存储介质 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4605807B2 (ja) * | 1998-02-13 | 2011-01-05 | 株式会社小松製作所 | 車両の誘導装置 |
| CN108481320B (zh) * | 2017-01-09 | 2020-03-27 | 广东宝乐机器人股份有限公司 | 一种机器人的移动控制方法及机器人 |
-
1990
- 1990-02-09 JP JP2028290A patent/JP2907918B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111759230A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-13 | 深圳拓邦股份有限公司 | 移动机器人的行走控制方法、装置、洗地机以及存储介质 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03233605A (ja) | 1991-10-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402 Year of fee payment: 10 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |