JP3510195B2 - 移動体制御装置および移動体制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、障害を自律的に回
避して移動する移動体の制御装置および制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、舵角計算法を用いた
制御装置があり、この舵角計算をする自律走行車両制御
装置が、特許第２５４９６６１号公報に示されている。
この自律走行車両制御装置は、第1の障害物に外接する
円形の第1の障害物領域と、第２の障害物に外接する円
形の第２の障害物領域とを設定するとともに、車両の想
定回転半径を決定して、この旋回による最外部および最
内部の軌道を演算し、最外部および最内部の少なくとも
いずれか一方の軌道が、前記第1または第２の障害部の
領域と交差接触する場合、前記想定回転半径を補正して
いる。

【０００３】また他の従来の技術として、ファジー推論
による方法を用いる装置があり、このファジー推論する
自律移動機械が、特開平４−３２４５０５公報に示され
ている。この自律移動機械は、経路とのずれに基づいて
経路追従誘導方式に従う制御出力の中間値を求めるとと
もに、移動可能空間に基づいて障害物回避誘導方式に従
う制御出力の中間値を求め、経路とのずれおよび移動可
能な空間に基づいて経路追従誘導方式に対する第１の重
み付け係数および障害物回避誘導方式に対する第２の重
み付け係数を一群のファジールールを用いる推論によっ
て決定し、得られた各中間値ならびに第1および第２の
重み付け係数に基づいて制御出力値を計算している。

【０００４】さらに他の従来の技術として、探索法を用
いる移動体の制御装置がある。この装置では、空間にメ
ッシュ状の経路を想定し、障害物を避けて通過可能な経
路１つずつ辿り、現在位置から設定ルートに復帰するま
での障害物回避経路を発見および生成している。

【０００５】さらに他の従来の技術として、ポテンシャ
ル法を用いる移動体の制御装置がある。この装置では、
現在位置が高くかつ目的位置が低くなるポテンシャル場
であって、移動体の移動可能領域に比べて障害物占有領
域が高くなるように、障害物占有領域だけに、所定の高
さを加えたポテンシャル場を生成し、このポテンシャル
場において、現在位置から最大傾斜方向を辿ることによ
って、障害物回避経路を生成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特許第２５４９６６１
号公報に示される自律走行車両制御装置では、図１２に
第１の障害物１を例に挙げて示すように、第１の障害物
１に対して、その外接円２を求め、この外接円２に最外
部の軌跡３および最内部の軌跡４が交差接触しない経路
５，６を求めるようにして、第１および第２の障害物に
対して経路を求めている。この装置では、図１３（１）
のように、第１の障害物１および第２の障害物７が近接
して存在する場合、各障害物１，７の各外接円２，８が
交差して、各障害物１，７間を塞いでしまい、経路を導
き出すことができない。仮に、障害物１，７だけで経路
を計算するとしても、一回の操舵における舵角だけを計
算する上記技術では、図１３（２）に示すように舵角を
変更すれば回避できる各障害物１，７であっても、その
各障害物１，７を回避できる経路９を算出することがで
きない。またこの技術では、設定ルートの追従と障害物
回避との両方を同時に考慮することができない。

【０００７】また特開平４−３２４５０５公報に示され
る自律移動機械では、ファジー推論によって、経路追従
と障害物回避の各重み付け係数を求めており、障害物を
回避できることが幾何学的に保証されていない。さらに
上記ファジー推論をはじめとする各演算で用いるパラメ
ータは、試行錯誤を伴う調整によって決定しなければな
らず、多くの手間を要する。

【０００８】さらに探索法を用いる制御装置では、経路
がメッシュ状となり、移動体がその重心を中心として旋
回するその場旋回、いわゆる超信地旋回と直線移動とを
組合わせて移動する移動体の制御には、適用できるけれ
ども、円弧旋回と直線移動とを組合わせて移動する移動
体の制御には、適用が極めて困難である。さらにメッシ
ュ状の経路から障害物を回避できる経路を１つずつ辿る
ので、計算量が極めて膨大となり、リアルタイムでの経
路導出処理が困難であり、主に停止状態での経路探索に
利用されているのが現状である。

【０００９】さらにポテンシャル法を用いる制御装置で
は、極所解に陥り、障害物を回避して設定ルートに復帰
する経路を得られない場合がある。また生成経路は、滑
らかな曲線で表されるが、移動体の初期方位および移動
機構に基づく最小旋回半径が考慮できないので、円弧旋
回と直線移動とを組合わせて移動する移動体の制御に
は、適用が困難である。さらにポテンシャル場の生成の
計算および最大傾斜方向を辿る計算をしなければなら
ず、計算量が極めて膨大となり、リアルタイムでの経路
導出処理が困難であり、主に停止状態での経路探索に利
用されているのが現状である。

【００１０】本発明の目的は、円弧旋回と直線移動とを
組合わせた移動形態の移動体の制御にも適用可能であ
り、複雑な経路が要求される障害配置であっても回避す
ることができ、かつ障害回避が幾何学的に保証される経
路をリアルタイムで求めることができる移動体制御装置
および方法を提供することである。

【００１１】さらに本発明の目的は、障害を回避が可能
であり、かつ設定ルートの追従が可能な移動体制御装置
および方法を提供することである。

【００１２】さらに本発明の目的は、手間を要する設定
が不要である移動体制御装置および方法を提供すること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、移動体が移動
可能な複数の経路を有する経路パターンに関する情報を
記憶する記憶手段と、移動体の障害に関する情報を検出
する検出手段と、経路パターンに関する情報と、検出手
段による障害に関する情報とを対比して、障害を回避可
能な経路を抽出する経路決定処理手段とを含み、記憶手
段には、移動体が追従すべき設定ルートが記憶され、経
路決定処理手段は、障害に関する情報と経路パターンと
を対比して、障害を回避可能な全ての経路を抽出し、抽
出された経路のうち、設定ルートに最も追従する経路を
選定することを特徴とする移動体制御装置である。

【００１４】本発明に従えば、記憶手段に記憶される経
路パターンの情報と検出手段による障害に関する情報と
を対比して、経路決定処理手段で障害を回避する経路が
抽出される。経路パターンは、移動体が移動可能な複数
の経路を有する構成であり、抽出される経路は、移動体
が移動可能な経路である。したがって移動体の移動形態
に応じて経路パターンを設定しておくことによって、そ
の移動体がその場旋回と直線移動とを組合わせた移動形
態または円弧旋回と直線移動とを組合わせた移動形態な
ど、様々な移動形態の場合であっても、障害回避が可能
な経路を求めることができる。また経路パターンとし
て、たとえば舵角の変更を要するＳ字状などの経路を有
する経路パターンを設定しておくことによって、障害回
避のために複雑な経路が要求される障害配置であっても
回避することができる経路を求めるとができる。さらに
経路パターンの情報と障害に関する情報とを対比して経
路を抽出するので、この抽出された経路は、障害回避が
幾何学的に保証される経路である。さらに検出した障害
に関する情報に基づいて、一から経路を生成するのでは
なく、経路パターンが有する複数の経路から抽出するだ
けであり、計算量は少なく、リアルタイムで経路の抽出
が可能である。また経路決定処理手段によって、経路パ
ターンの有する各経路のうち、障害を回避可能な全ての
経路が抽出され、抽出された各経路のうち、記憶手段に
記憶されている設定ルートに最も追従する経路が選定さ
れる。これによって障害の回避だけでなく、障害を回避
したうえで、設定ルートの追従を可能にする経路を選定
することができる。

【００１５】また本発明は、前記経路パターンは、複数
段の分岐点で複数の経路に分岐する探索木で表されるこ
とを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、経路パターンが複数段の
分岐点で複数の経路に分岐する探索木で表されるので、
移動体が移動可能な領域に均一的に分散する経路を網羅
したうえで、経路抽出のための計算量を少なくすること
ができる。

【００１７】また本発明は、記憶手段には、複数のセル
に分割され、各セルに経路パターンの各経路に関する情
報が記されるマップが記憶され、経路決定処理手段は、
障害に関する情報とマップとを対比させることによっ
て、障害を回避可能な経路を抽出することを特徴とす
る。

【００１８】本発明に従えば、記憶手段に記憶されるマ
ップと障害に関する情報とが対比され、経路決定処理手
段で障害を回避可能な経路が抽出される。マップには、
各セルに経路パターンに関する情報が記されており、マ
ップと障害とを対比して、障害が存在するセルに記され
る情報が対応する経路を除外することによって、障害を
回避できない経路を除外することができ、障害を回避可
能な経路を容易に抽出することができる。したがってこ
のようなマップを用いずに、経路パターンの各経路が障
害を回避できるか否かを１つずつ判定する場合に比べ
て、経路抽出のための計算量を格段に少なくすることが
できる。

【００１９】

【００２０】

【００２１】また本発明は、移動体の障害に関する情報
を検出する検出工程と、検出工程による障害に関する情
報と、予め設定され、移動体が移動可能な複数の経路を
有する経路パターンに関する情報とを対比して、障害を
回避可能な経路を抽出する経路決定処理工程とを含み、
移動体が追従すべき設定ルートを予め設定し、経路決定
処理工程で、障害に関する情報と経路パターンとを対比
して、障害を回避可能な全ての経路を抽出し、抽出され
た経路のうち、設定ルートに最も追従する経路を選定す
ることを特徴とする移動体制御方法である。

【００２２】本発明に従えば、予め設定された経路パタ
ーンの情報と検出工程で検出された障害に関する情報と
を、経路決定処理工程で対比して、障害を回避する経路
が抽出される。経路パターンは、移動体が移動可能な複
数の経路を有する構成であり、抽出される経路は、移動
体が移動可能な経路である。したがって移動体の移動形
態に応じて経路パターンを予め設定しておくことによっ
て、その移動体がその場旋回と直線移動とを組合わせた
移動形態または円弧旋回と直線移動とを組合わせた移動
形態など、様々な移動形態の場合であっても、障害回避
が可能な経路を求めることができる。また経路パターン
として、たとえば舵角の変更を要するＳ字状などの経路
を有する経路パターンを設定しておくことによって、障
害回避のために複雑な経路が要求される障害配置であっ
ても回避することができる経路を求めることができる。
さらに経路パターンの情報と障害に関する情報とを対比
して経路を抽出するので、この抽出された経路は、障害
回避が幾何学的に保証される経路である。さらに検出し
た障害に関する情報に基づいて、一から経路を生成する
のではなく、経路パターンが有する複数の経路から抽出
するだけであり、計算量は少なく、リアルタイムで経路
の抽出が可能である。また移動体が追従すべき設定ルー
トが予め設定され、経路決定処理工程で、経路パターン
の有する各経路のうち、障害を回避可能な全ての経路が
抽出され、抽出された各経路のうち、設定ルートに最も
追従する経路が選定される。これによって障害の回避だ
けでなく、障害を回避したうえで、設定ルートの追従を
可能にする経路を設定することができる。

【００２３】また本発明は、前記経路パターンは、複数
段の分岐点で複数の経路に分岐する探索木で表されるこ
とを特徴とする。

【００２４】本発明に従えば、経路パターンが複数段の
分岐点で複数の経路に分岐する探索木で表されるので、
移動体が移動可能な領域に均一的に分散する経路を網羅
したうえで、経路抽出のための計算量を少なくすること
ができる。

【００２５】また本発明は、複数のセルに分割され、各
セルに経路パターンの各経路に関する情報が記されるマ
ップを予め設定し、経路決定処理工程で、障害に関する
情報とマップとを対比させることによって、障害を回避
可能な経路を抽出することを特徴とする。

【００２６】本発明に従えば、各セルに経路パターンに
関する情報が記されるマップが予め設定され、経路決定
処理工程では、マップと障害に関する情報とが対比さ
れ、障害を回避可能な経路が抽出される。このようにマ
ップと障害とを対比して、障害が存在するセルに記され
る情報が対応する経路を除外することによって、障害を
回避できない経路を除外することができ、障害を回避可
能な経路を容易に抽出することができる。したがってこ
のようなマップを用いずに、経路パターンの各経路が障
害を回避できるか否かを１つずつ判定する場合に比べ
て、経路抽出のための計算量を格段に少なくすることが
できる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
移動体制御装置１０の概略的構成を示すブロック図であ
る。また図２は、移動体制御装置１０が搭載される移動
体１１を示す斜視図である。移動体制御装置（以下、単
に「制御装置」という場合がある）１０は、たとえば地
表面に沿って２次元的に移動する移動体１１に搭載さ
れ、この移動体１１の移動を制御するための装置であ
る。移動体１１は、障害を自律的に回避して移動する物
体、換言すれば自律移動体であればよく、本実施の形態
では、たとえば自律移動車両である。この制御装置１０
は、基本的に、記憶手段１２と、検出手段１３と、処理
手段１４とを含み、さらに入力手段１５と、駆動制御手
段１６とを含む。

【００３０】図３は、記憶手段１２の構成を示すブロッ
ク図である。記憶手段１２は、経路パターン記憶領域２
０と、設定ルート記憶領域２１と、マップ記憶領域２２
と、経路データ記憶領域２３とを有する。経路パターン
記憶領域２０には、予め設定される経路パターンであっ
て、移動体１１が移動可能な複数の経路を有する経路パ
ターン２５が記憶されている。設定ルート記憶領域２１
には、予め設定される設定ルートであって、移動体１１
が追従すべきルートである設定ルート２６が記憶されて
いる。マップ記憶領域２２には、予め設定されるマップ
であって、複数のセルに分割され、各セルに経路パター
ン２５の各経路に関する情報が記されるマップが記憶さ
れている。経路データ記憶領域２３には、経路パターン
２５に関する経路データが記される経路データ表２８が
記憶されている。経路パターン２５、設定ルート２６、
マップ２７および経路データ表２８は、制御装置１０の
製造時に設定されてもよく、制御装置の起動時に毎回計
算し設定するようにしてもよく、後に作業者が入力設定
するようにしてもよい。

【００３１】再び図１および図２を参照して、検出手段
１３は、移動体の障害に関する情報、したがって移動体
が移動可能な領域と、移動体が移動不可能な障害が存在
する領域とを判別するための情報を検出する。検出手段
１３は、本実施の形態では、移動体１１の上部に設けら
れるレーザ測距器で実現され、このレーザ測距器で移動
体１１の前方を、移動体１１の前後軸方向に垂直な横方
向に走査して走行面までの距離を計測する。この走査、
計測は、繰返し行われ、移動体１１が前方に移動するこ
とによって、移動体１１の前後軸方向の走査も達成す
る。本実施の形態では、このような走行面の形状を特定
するための走行面までの距離が、移動体の障害に関する
情報である。

【００３２】処理手段１４は、たとえばマイクロコンピ
ュータによって実現される。この処理手段１４は、検出
手段１３で検出された走行面までの距離が与えられ、こ
の検出手段１３から走行面までの距離に基づいて、走行
面の高さ地図を作成し、さらにこの高さ地図に基づい
て、走行面の形状、たとえば走行面の傾斜角度、凹凸の
有無などを特定する。処理手段１４は、さらにこの走行
面形状と、移動体の移動性能、たとえば走行可能な走行
面の傾斜角度、走行可能な走行面の凹凸の大きさなどと
を対比し、移動体１１が移動不可能な障害、たとえば盛
土である障害物および凹所（穴）などの障害が存在し走
行不可能な領域を障害領域として抽出する。また処理手
段１４は、経路決定処理手段としての機能も有してお
り、経路パターンに関する情報と検出手段１３による障
害に関する情報とを対比して、具体的には経路パターン
２５に関する情報と障害に関する情報から得られる障害
領域とを対比し、障害を回避可能な経路を抽出し、選定
する。

【００３３】入力手段１５は、入力操作キーを有するキ
ーボードおよび記録媒体に記録される情報を読取るため
のドライブ装置などによって実現され、作業者による入
力キー操作および別途設けられるパーソナルコンピュー
タなどで記録された記録媒体からの読取りによって、経
路パターン２５、設定ルート２６、マップ２７および経
路データ２８を入力し、設定することができる。これら
入力された経路パターン２５、設定ルート２６、マップ
２７および経路データ２８は、処理手段１４に与えら
れ、処理手段１４によって、記憶手段１２に記憶され
る。

【００３４】駆動制御手段１６は、移動体１１を移動さ
せるための駆動源、操舵のためのアクチュエータを含
む、駆動手段を制御し、移動体の移動、したがって移動
速度および舵角などを制御する。この駆動制御手段１６
は、選定された経路に沿って移動するように処理手段１
４から指示が与えられ、駆動手段を制御して、前記移動
速度および舵角を制御して、移動体１１を選定された経
路に沿って移動させる。

【００３５】図４は、経路パターン２５を示す図であ
る。理解を容易にするために、経路は、移動体１１の重
心位置が通過する線として説明する。経路パターン２５
は、移動体座標系において、移動体１１の前方に想定し
て設定され、複数分岐かつ複数段、本実施の形態では３
分岐かつ３段の探索木で表される。具体的に述べると現
在位置に１段目の分岐点３０が設けられ、この１段目の
分岐点３０で、移動体１１の前後軸に沿って前方に直進
する経路と、この直進する経路の両側に相互に離反する
ように、したがって左右に所定の旋回半径Ｒの円弧に沿
ってそれぞれ旋回する２つの経路とが設けられる。これ
ら１段目の分岐点３０で分岐した経路に沿って分岐点３
０から所定の距離にある位置に２段目の分岐点３１ａ，
３１ｂ，３１ｃがそれぞれ設けられる。２段目の各分岐
点３１ａ〜３１ｃにおいて、１段目の分岐点３０と同様
に分岐する経路がそれぞれ設けられ、これら２段目の分
岐点で分岐した経路に、２段目の分岐点と同様にして３
段目の分岐点が設けられる。さらに３段目の各分岐点に
おいて、１段目および２段目の各分岐点３０，３１ａ〜
３１ｃと同様に分岐する経路であって、３段目の各分岐
点から経路に沿う距離が前記所定の距離の経路がそれぞ
れ設けられる。

【００３６】このようにして、分岐数の段数乗、したが
って３段かつ３分岐である本実施の形態では３³＝２７
本の経路を有する経路パターン２５が設定される。この
経路パターン２５の各経路は、各段の分岐点において、
左方に旋回する経路を「０」、直進する経路を「１」お
よび右方に旋回する経路を「２」とし、経路データ（１
段目における経路Ｌ１，２段目における経路Ｌ２，３段
目における経路Ｌ３）で表すことができる。たとえば一
例を挙げると、１段目の分岐点で左方に旋回し、２段目
の分岐点で直進し、３段目の分岐点で右方に旋回する経
路３３は、経路データ（０，１，２）で表すことができ
る。以下同様に、特定の経路を示す場合、経路データ
（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を付して示す。前記旋回半径Ｒ
は、移動体１１が旋回可能な最小可能旋回半径よりも大
きく選ばれる。

【００３７】図５は、マップ２７を示す図である。マッ
プ２７は、移動体座標系において、移動体１１の現在位
置から前方に広がるように想定して設定され、複数のセ
ル３５に分割され、各セル３５に経路パターン２５の各
経路に関する情報が記される。マップ２７は、本実施の
形態では、移動体の前後軸方向に短辺が配置される長方
形状であり、移動体の前後軸方向およびこれに垂直な横
方向に、各セル３５が並ぶマトリックス状に分割され
る。各セル３５は、たとえば前後軸方向に２１領域形成
され、左右方向に、移動体１１を中心にして左右均等
に、４４領域（移動体の左側２２領域および右側２２領
域）形成される。

【００３８】図６は、経路パターン２５とマップ２７と
を対比させて示す図であり、図７は、経路データ表２８
の一部を示す図である。マップ２７の各セル３５には、
経路パターン２５の各経路に関する情報として、図６に
示すように経路パターン２５とマップ２７とを対比させ
た場合に、そのセル３５を通る経路が存在するか否かが
記されている。経路データ表２８は、個別のデータ番号
Ｎが割り振られた複数のデータ記載領域３７を有する。
データ番号Ｎは、たとえば最上段の左端の領域から右端
に、さらに右端に至ると、１つ下の段に移行して再び左
端から右端に、順に与えられている。各データ記載領域
３７には、経路データ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）と、さらな
る参照先のデータ番号Ｎとが記されている。

【００３９】具体例を挙げて説明すると、たとえばセル
３５のうちの１つのセル３５ａは、経路パターン２５の
いずれの経路も通らないので、このセル３５ａには、い
ずれの経路も通らず、経路データがないことを表す情
報、たとえば「−１」が記されている。このセル３５ａ
と同様に、経路が通らないセル３５は、全て、経路デー
タがないことを表す情報である「−１」が記されてい
る。

【００４０】これに対して、たとえばセル３５のうちの
もう１つのセル３５ｂは、経路パターン２５の１つの経
路（２，２，２）が通っている。このように経路パター
ン２５のうちの１つの経路が通る場合、このセル３５ｂ
には、経路データ表２８における参照先、したがって参
照すべきデータ記載領域３７を示すデータ番号Ｎ、たと
えば「０」が記載されている。これに対応して、経路デ
ータ表２８の各データ記載領域３７の１つであるデータ
番号「０」のデータ記載領域３７ａには、セル３５ｂを
通る経路を表す経路データ「（２，２，２）」と、さら
なる参照先のデータ番号「−１」が記されている。セル
３５ｂには、１つの経路だけが通っており、経路データ
は１つであるので、さらなる参照先が存在せず、したが
って参照先がないことを示す「−１」が記されている。

【００４１】またたとえばセル３５のうちのさらにもう
１つのセル３５ｃは、経路パターン２５の３つの経路
（２，２，０），（２，２，１），（２，２，２）が通
っている。このように経路パターン２５のうちの複数の
経路が通る場合、経路データ表２８における参照先のデ
ータ番号Ｎ、たとえば「１」が記載されている。これに
対応して、経路データ表２８の各データ記載領域３７の
１つであるデータ番号「１」のデータ記載領域３７ｂに
は、セル３５ｃを通る経路のうちの１つ表す経路データ
「（２，２，０）」と、さらなる参照先のデータ番号
「２」が記されている。セル３５ｃには、３つの経路が
通っており、経路データは３つ必要であるので、データ
記載領域３７ｂには、この領域３７ｂに記される経路デ
ータ以外の残りの経路データが記されるデータ記載領域
３７のデータ番号「２」が記されている。したがって各
データ記載領域３７の１つであるデータ番号「２」のデ
ータ記載領域３７ｃには、セル３５ｃを通る経路のうち
のデータ記載領域３７ｂに記される経路データの経路以
外の残りの経路の１を表す経路データ「（２，２，
１）」と、さらなる参照先のデータ番号「３」が記され
ている。同様にして、各データ記載領域３７の１つであ
るデータ番号「３」のデータ記載領域３７ｄには、セル
３５ｃを通る経路のうちの各データ記載領域３７ｂ、３
７ｃに記される経路データの経路以外の残りの経路を表
す経路データ「（２，２，２）」と、さらなる参照先の
データ番号「−１」（参照先なし）が記されている。こ
のようにして、１つのセル３５を複数の経路が通る場
合、各経路データを複数のデータ記載領域３７に記し、
これら各領域３７を順次参照するようにして、１つのセ
ルに対して複数の経路を関連付けて記載することができ
る。

【００４２】セル３５に、このセルを通る経路が少なく
とも１つある場合には、その経路を表す経路データが記
されるデータ記載領域３７のデータ番号を記し、各デー
タ記載領域３７には、対応するセル３５を通る経路の経
路データと、さらに参照しなければならないデータ記載
領域３７のデータ番号Ｎとを記すことによって、各セル
３５を通る経路を、マップ２７と、経路データ表２８と
で、記憶しておくことができる。

【００４３】仮に経路データ表２８を用いずに、マップ
２７だけで、各セル３５を通る経路を記憶しようとする
と、各セル３５が、経路パターン２５が有する全ての経
路の経路データを記載可能な記憶容量を有していなけれ
ばならず、セル３５ａのように、経路が通らず、経路デ
ータがない領域であっても、全ての経路の経路データを
記載可能な大きな記憶容量が必要であり、記憶容量が無
駄になる。これに対して、上述のようにマップ２７と、
経路データ表２８とを組合わせることによって、記憶容
量の無駄を無くすことができる。

【００４４】また上記例では、３段目の分岐点までは、
同一の経路を通り、３段目の分岐点で分岐する全ての経
路を、個別に、データ記載領域３７に記したけれども、
このように１つの分岐点に関して、この分岐点までは共
通で、この点で分岐する全ての経路が１つのセルを通る
場合には、その分岐点までの経路だけを特定して、経路
データを統合して記すようにしてもよい。たとえば前記
マップ３５ｃを通る３つの経路は、３段目の分岐点まで
は、同一の経路を通り、かつ３段目の分岐点で分岐する
全ての経路が通るので、３段目の分岐点までの経路を特
定し、３段目の先は、全て経路を含むことを表す記号
「＊」を用いて、「（２，２，＊）」と表し、この経路
データを経路データ表２８に記すようにしてもよい。こ
のように複数の経路を統合した経路データを用いて記す
ことによって、さらに容量を小さくすることができる。

【００４５】図８は、設定ルート２６を示す図である。
設定ルート２６は、移動体の出発領域から目標領域まで
の間で、移動体が通過すべき領域を表す。この設定ルー
ト２６は、曲線状帯領域および直線状帯領域を組合わせ
た連続した領域またはこの領域の幅方向の中心線で表さ
れる線ルートあってもよいし、相互に間隔をあけた複数
の領域または各領域の中心位置によって表される点列ル
ートであってもよい。本実施の形態では、たとえば図８
に示すように、設定ルート２６は、出発領域４０から目
標領域４１までの間において通過すべき相互に間隔をあ
けた複数の領域４２，４３で表される点列ルートであ
る。

【００４６】このような制御装置１０では、処理手段１
４は、障害に関する情報から抽出した障害領域とマップ
２７とを対比させることによって、障害に関する情報か
ら抽出した障害領域と経路パターン２５との対比を実現
し、障害を回避可能な経路を抽出する。さらに処理手段
１４は、抽出された経路のうち、設定ルート２６に最も
追従する経路を選定する。

【００４７】図９は、制御装置１０にによって実行され
る本発明の移動体制御方法を示すフローチャートであ
る。図１０は図９の移動体制御方法を説明するための図
であって、図１０（１）は経路パターン２５を示し、図
１０（２）は障害領域４５を示し、図１０（３）は設定
ルート２６の一部を示し、図１０（４）は経路パターン
２５と障害領域４５の対比を示し、図１０（５）は経路
パターン２５と設定ルート２６との対比を示す。また図
１１は経路パターン２５と障害領域４５との対比手順を
説明するための図であって、図１１（１）は障害領域４
５とマップ２７との対比を示し、図１１（２）は障害領
域４５とマップ２７と経路パターン２５の対比を示す。
制御装置１０で実行される移動体制御方法（以下単に
「制御方法」という場合がある）は、検出工程５０と、
経路決定処理工程５１とを有する。

【００４８】上述するとともに図１０（１）に示される
経路パターン２５、上述するとともに図１０（３）に一
部が示される設定ルート２６、上述のマップ２７および
上述の経路データ表２８を、予め設定し、記憶手段１２
に記憶する。このようないわば前処理が成された状態
で、ステップｓ０で制御が開始され、ステップｓ１の障
害抽出工程に進む。この障害抽出工程では、検出手段１
３によって移動体１１の障害に関する情報、具体的には
上述のレーザ測距器から走行面までの距離を検出し、処
理手段１４に与える。さらに処理手段１４によって、レ
ーザ測距器から走行面までの距離に基づいて、上述のよ
うにして、移動体１１が移動不可能な障害、たとえば盛
土である障害物および凹所（穴）などの障害が存在する
走行不可能な障害領域４５を抽出する。このステップｓ
１の障害抽出工程を含んで検出工程５０が構成される。

【００４９】このステップｓ１における障害の抽出が終
了すると、ステップｓ２の障害の有無を判定する障害有
無判定工程に進む。ステップｓ２で、処理手段１４が、
障害抽出工程で障害領域４５が抽出されたか否かを判断
する。このステップｓ２で障害領域４５が抽出されたと
判断されるとステップｓ３に進み、ステップｓ２で障害
領域４５が抽出されなかったと判断されるとステップｓ
８に進む。

【００５０】ステップｓ３の経路取得工程では、経路パ
ターン２５を取得、具体的には、処理手段１４が経路パ
ターン２５に関する情報を記すマップ２７を、記憶手段
１２から読出して取得し、ステップｓ４に進む。ステッ
プｓ４の経路削除工程では、図１０（４）に示すよう
に、経路パターン２５と、処理手段１４で抽出された障
害領域４５とを対比し、障害領域４５を通る経路を削除
する。

【００５１】具体的には、処理手段１４によって、図１
１（１）に示すようにマップ２７と障害領域４５とを対
比し、マップ２７上に障害領域４５を対応させた場合
に、障害領域４５の少なくとも一部が存在するセル３５
を抽出し、これら抽出された各セル３５について、経路
データの有無を調べ、存在する経路データを経路データ
表２８から得る。このようにして得られらた経路データ
で表される全ての経路が、図１１（２）に示すように障
害領域４５を通る経路となるので、これら経路を削除
し、このようにして残った経路を障害の回避が可能な経
路として、処理手段１４で抽出する。図１０（４）に
は、抽出経路を実線で、削除された経路を破線で示す。

【００５２】このステップｓ４の経路削除工程が終了す
ると、ステップｓ５に進む。ステップｓ５のルート取得
工程では、図１０（３）に示すような設定ルート２６の
移動体の現在位置付近の一部を、処理手段１４が記憶手
段１２から読出して取得し、ステップｓ６に進む。

【００５３】ステップｓ６の経路選定工程では、図１０
（４）に示すように経路が削除された状態の経路パター
ンと設定ルート２６とが対比され、抽出された障害回避
が可能な経路のうち、設定ルート２６に最も追従する経
路、この例では図１０（５）に示す経路（０，２，２）
が選定される。設定ルート２６に最も追従する経路の選
定は、経路の最終到達位置が設定ルート２６に近く、か
つ経路の最終到達位置における移動体の方位（前方が向
く方向）が、経路の最終到達位置に対して目標領域側に
ある設定ルート２６の通過すべき領域、この例では領域
４２に向かっている経路を選定する。この設定ルート２
６に追従する経路の選定は、所定の評価関数で、経路を
評価し、上述のような設定ルート２６に近い経路を選定
する。図１０（５）では、選定経路を実線で、非選定経
路を破線で示す。

【００５４】このステップｓ６の経路選定工程が終了す
ると、ステップｓ７に進み、処理手段１４が選定した経
路に沿って移動体を移動させるように駆動手段１６に指
示を与えて、制御が終了する。またステップｓ８の経路
取得工程では、ステップｓ３と同様にして経路が取得さ
れ、ステップｓ５に進む。このようにステップｓ４の経
路削除工程を経ずに、ステップｓ６の経路選定工程に進
んだ場合、ステップｓ６では、経路パターン２５の全て
の経路から最も設定ルート２６に追従する経路が選定さ
れる。ステップｓ２〜ｓ６，ｓ８を含んで経路決定処理
工程が構成される。

【００５５】このような一連の制御は、ステップｓ７で
制御が終了すると再びステップｓ０から再開されて繰り
返される。したがって制御装置１０では、このような制
御方法の一連の工程をリアルタイムで繰り返し、障害を
回避し、かつ設定ルートに追従して移動することができ
る。上述の説明では、経路パターンの経路として、移動
体１１の重心が通る軌跡を経路として説明したけれど
も、実際には移動体１１の幅などが考慮され、移動体の
少なくとも一部が通る領域が経路として設定され、上述
の方法によって障害回避を達成する。

【００５６】以上のように本実施の形態によれば、経路
パターン２５と障害に関する情報に基づく障害領域とを
対比して、障害を回避する経路が抽出される。予め設定
される経路パターン２５は、移動体１１が移動可能な複
数の経路を有する構成であり、抽出される経路は、移動
体１１が移動可能な経路である。したがって移動体１１
の移動形態に応じて経路パターンを設定しておくことに
よって、その移動体１１が上述した車両であり、円弧旋
回と直線移動とを組合わせた移動形態で移動する構成で
あっても、障害回避が可能な経路を求めることができ
る。また経路パターン２５として、たとえば舵角の変更
を要するＳ字状などの経路を有する経路パターンを設定
しておくことができ、障害回避のために複雑な経路が要
求される障害配置であっても、たとえば図４に仮想線６
０〜６２で示す障害領域が存在しても、障害を回避する
ことができる経路を求めることができる。さらに経路パ
ターン２５と障害に関する情報に基づく障害領域とを対
比して経路を抽出するので、この抽出された経路は、障
害回避が幾何学的に保証される経路である。さらに検出
した障害に関する情報に基づいて、一から経路を生成す
るのではなく、経路パターンが有する複数の経路から抽
出し、選定するだけであり、計算量は少なく、リアルタ
イムで経路の抽出および選定が可能である。したがって
上述のように一連の工程をリアルタイムで繰り返して、
経路の抽出および選定のためだけに移動体を停止させる
ことなく、障害を回避し、かつ設定ルートに追従して移
動することができる。

【００５７】また経路パターン２５が複数段の分岐点で
複数の経路に分岐する探索木で表されるので、移動体１
１が移動可能な領域に均一的に分散する経路を網羅し
て、障害の回避を容易にすることができる。そのうえ、
経路抽出のための計算量を少なくすることができる。

【００５８】さらに障害と経路パターンとを直接対比す
るのではなく、マップ２７と障害に関する情報に基づく
障害領域とが対比される。マップ２７には、各セル３５
に経路パターンに関する情報が記されており、マップ２
７と障害領域とを対比して、障害領域に相当するセルを
通る経路を除外することによって、障害を回避できない
経路を除外することができ、障害を回避可能な経路を容
易に抽出することができる。詳しく述べると、一般的な
方法では、各経路と障害領域との衝突、換言すれば各経
路が障害領域を通るか否かの判断は、三角関数を利用す
る幾何計算、したがって浮動小数点計算が必要であり、
１つの経路あたりでも多くの計算が必要となる。さらに
上述では、理解を容易にするために３段３分岐の経路パ
ターンを例に挙げたが、高い障害回避性能を実現するた
めには、できるだけ詳細な、つまり分岐数および段数が
多い経路パターンを設定する必要があるが、経路数は、
分岐数の段数乗で決定されるので、詳細な経路パターン
を想定すると、経路が爆発的に多くなる。たとえば５分
岐３段の経路パターンでは、５³＝１２５本の経路を有
し、５分岐４段の経路パターンでは５⁴＝６２６本の経
路を有し、７分岐４段の経路パターンでは７⁴＝２４０
１の経路を有する。したがって高い障害回避性能を望む
と計算量が多くなり、リアルタイム処理が困難になるけ
れども、マップ２７を用いて障害回避が可能な経路を抽
出することによって、計算量を格段に少なくし、高い障
害回避性能を実現し、かつリアルタイムの処理を可能に
することができる。このマップ２７を用いる計算法は、
経路の増加の影響を比較的受けないので、詳細な経路パ
ターンに対して、リアルタイムの抽出を可能にする。し
たがってリアルタイムでの経路の抽出および選定をより
確実にすることができる。

【００５９】しかもマップだけでなく、経路データ表２
８を用いることによって、全体としての記憶容量を小さ
くすることが可能となる。さらに経路データ表に複数の
経路を統合したデータを記すことによって、さらに記憶
容量を小さくできるうえ、上記の経路抽出における計算
量を少なくし、さらに迅速な経路抽出を実現することが
できる。したがってリアルタイムでの経路の抽出および
選定をより確実にすることができる。

【００６０】さらに経路パターン２５の有する各経路の
うち、障害を回避可能な全ての経路が抽出され、抽出さ
れた各経路のうち、設定ルートに最も追従する経路が選
定される。これによって障害の回避だけでなく、障害を
回避したうえで、設定ルートの追従を可能にする経路を
選定することができる。したがって障害を回避して、最
終的な目標到着位置である設定ルートの目標領域に移動
させることができる。

【００６１】上述の実施の形態は、本発明の実施の形態
の例示に過ぎず、構成を変更することができる。たとえ
ば経路パターンは、３分岐３段以外の複数分岐複数段の
探索木で表されてもよい。またマップ２７は、マトリッ
クス状に分割される直交座標系のマップに代えて、極座
標系のマップを用いるようにしてもよい。また移動体
は、車両以外のたとえば建設機械および産業機械などの
機械であってもよいし、さらに自律移動ロボットなどの
ロボットであってもよいし、船舶であってもよい。さら
に２次元的な移動をする移動体だけでなく、航空機およ
び宇宙機などのように、３次元的な移動をする移動体で
あってもよい。また障害回避が可能な経路から設定ルー
トに追従する経路を選定するための評価方法は、移動体
の移動形態に応じて選ばれるものであって、上記の評価
方法以外の方法であってもよい。

【００６２】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、移動体
の移動形態に拘わらず、具体的に述べるとたとえば、そ
の場旋回と直線移動を組合わせた移動形態だけでなく、
円弧旋回と直線移動とを組合わせた移動形態の移動体の
制御などにも適用可能であり、複雑な経路が要求される
障害配置であっても回避することができ、かつ障害回避
が幾何学的に保証される経路をリアルタイムで求めるこ
とができる。したがってこの抽出される経路を移動する
ように移動体を制御することによって、複雑な障害配置
であっても、その障害を回避して移動体を移動させるこ
とができる。また障害回避のための経路をリアルタイム
で抽出することができ、経路の抽出および選定のためだ
けに移動体を停止させる必要がない。また障害を回避可
能であり、かつ設定ルートに最も追従する経路が選定さ
れるので、障害の回避だけでなく、障害を回避したうえ
で、設定ルートの追従を可能にする経路を選定すること
ができる。したがって障害を回避して、最終的な目標到
着位置である設定ルートの目標領域に移動させることが
できる。

【００６３】請求項２記載の本発明によれば、経路パタ
ーンが探索木で表されるので、移動体が移動可能な領域
に均一的に分散する経路を網羅し、障害の回避を容易に
することができる。このように経路を分散させたうえ
で、経路抽出のための計算量を少なくすることができ
る。

【００６４】請求項３記載の本発明によれば、マップを
用いて経路抽出をするので、経路パターンの各経路が障
害を回避できるか否かを１つずつ判定する場合に比べ
て、経路抽出のための計算量を格段に少なくすることが
できる。したがってリアルタイムでの経路の抽出および
選定をより確実にすることができる。

【００６５】

【００６６】請求項４記載の本発明によれば、移動体の
移動形態に拘わらず、具体的に述べるとたとえば、その
場旋回と直線移動を組合わせた移動形態だけでなく、円
弧旋回と直線移動とを組合わせた移動形態の移動体の制
御などにも適用可能であり、複雑な経路が要求される障
害配置であっても回避することができ、かつ障害回避が
幾何学的に保証される経路をリアルタイムで求めること
ができる。したがってこの抽出される経路を移動するよ
うに移動体を制御することによって、複雑な障害配置で
あっても、その障害を回避して移動体を移動させること
ができる。また障害回避のための経路をリアルタイムで
抽出することができ、経路の抽出および選定のためだけ
に移動体を停止させる必要がない。また障害を回避可能
であり、かつ設定ルートに最も追従する経路が選定され
るので、障害の回避だけでなく、障害を回避したうえ
で、設定ルートの追従を可能にする経路を選定すること
ができる。したがって障害を回避して、最終的な目標到
着位置である設定ルートの目標領域に移動させることが
できる。

【００６７】請求項５記載の本発明によれば、経路パタ
ーンが探索木で表されるので、移動体が移動可能な領域
に均一的に分散する経路を網羅し、障害の回避を容易に
することができる。このように経路を分散させたうえ
で、経路抽出のための計算量を少なくすることができ
る。

【００６８】請求項６記載の本発明によれば、マップを
用いて経路抽出をするので、経路パターンの各経路が障
害を回避できるか否かを１つずつ判定する場合に比べ
て、経路抽出のための計算量を格段に少なくすることが
できる。したがってリアルタイムでの経路の抽出および
選定をより確実にすることができる。

【００６９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の移動体制御装置１０の
概略的構成を示すブロック図である。

【図２】移動体１１を示す斜視図である。

【図３】記憶手段１２の具体的構成を示すブロック図で
ある。

【図４】経路パターン２５を示す図である。

【図５】マップ２７を示す図である。

【図６】経路パターン２５とマップ２７との対比を示す
図である。

【図７】経路データ表２８の一部を示す図である。

【図８】設定ルート２６を示す図である。

【図９】本発明の移動体制御方法を示すフローチャート
である。

【図１０】図９の制御方法を説明するための図である。

【図１１】経路パターン２５と障害領域４５との対比手
順を説明するための図である。

【図１２】従来の技術の経路計算を説明するための図で
ある。

【図１３】障害と経路の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 移動体制御装置 １１ 移動体 １２ 記憶手段 １３ 検出手段 １４ 処理手段 １５ 入力手段 １６ 駆動制御手段 ２５ 経路パターン ２６ 設定ルート ２７ マップ ２８ 経路データ表 ３５ セル ３７ データ記載領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−200207（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−64634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−200208（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−64106（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−191723（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−259130（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−281748（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−319433（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−143243（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体が移動可能な複数の経路を有する
   経路パターンに関する情報を記憶する記憶手段と、 移動体の障害に関する情報を検出する検出手段と、 経路パターンに関する情報と、検出手段による障害に関
   する情報とを対比して、障害を回避可能な経路を抽出す
   る経路決定処理手段とを含み、 記憶手段には、移動体が追従すべき設定ルートが記憶さ
   れ、 経路決定処理手段は、障害に関する情報と経路パターン
   とを対比して、障害を回避可能な全ての経路を抽出し、
   抽出された経路のうち、設定ルートに最も追従する経路
   を選定することを特徴とする移動体制御装置。
2. 【請求項２】 前記経路パターンは、複数段の分岐点で
   複数の経路に分岐する探索木で表されることを特徴とす
   る請求項１記載の移動体制御装置。
3. 【請求項３】 記憶手段には、複数のセルに分割され、
   各セルに経路パターンの各経路に関する情報が記される
   マップが記憶され、 経路決定処理手段は、障害に関する情報とマップとを対
   比させることによって、障害を回避可能な経路を抽出す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の移動体制御
   装置。
4. 【請求項４】 移動体の障害に関する情報を検出する検
   出工程と、 検出工程による障害に関する情報と、予め設定され、移
   動体が移動可能な複数の経路を有する経路パターンに関
   する情報とを対比して、障害を回避可能な経路を抽出す
   る経路決定処理工程とを含み、 移動体が追従すべき設定ルートを予め設定し、 経路決定処理工程で、障害に関する情報と経路パターン
   とを対比して、障害を回避可能な全ての経路を抽出し、
   抽出された経路のうち、設定ルートに最も追従する経路
   を選定することを特徴とする移動体制御方法。
5. 【請求項５】 前記経路パターンは、複数段の分岐点で
   複数の経路に分岐する探索木で表されることを特徴とす
   る請求項４記載の移動体制御方法。
6. 【請求項６】 複数のセルに分割され、各セルに経路パ
   ターンの各経路に関する情報が記されるマップを予め設
   定し、経路決定処理工程で、障害に関する情報とマップ
   とを対比させることによって、障害を回避可能な経路を
   抽出することを特徴とする請求項４または５記載の移動
   体制御方法。