JP3741098B2 - Autonomous mobile device and autonomous mobile control method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人や台車など他の移動物体が移動するのと同じ領域において、障害物を検出して移動し所望の動作を達成する自律移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自律移動装置と障害物までの距離をレーザレーダやソナー等の測距型センサや画像を用いて取得し、得られた距離に応じて自律移動装置の走行速度を設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２２９６４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような自律移動装置では、距離に応じて速度を設定するため、狭い通路などを走行する場合、壁を検知すると壁と自律移動装置との距離に応じた速度が設定され、低速での運行になってしまう。また、障害物検出エリアを狭くすると、横から検出エリアに接近する人などに対して減速する頻度は減るが、障害物が検出エリアに入ったときに急減速することになる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により進行方向側方にある障害物の位置を適切に評価して最適速度による効率的な直進走行を実現できる自律移動装置及び自律移動制御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及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、走行制御条件を記憶する記憶手段と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段と、走行を行うための走行手段と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えた自律移動装置において、前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、及び減速度を記憶しており、前記環境情報取得手段は、装置の進行方向前方の検出範囲を複数に分割、分担して検出し、分担した各検出範囲における障害物距離を計測し、前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した換算障害物距離を算出し、前記所定の最高速度、加速度、減速度、及び前記換算障害物距離に基づいて、現在位置における現在の走行速度を初期値とし、等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求めると共に、現在位置から前記所定の減速度の下で等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な現在位置における走行速度を初期値とし、その走行速度と前記所定の減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求め、前記により求めた所定の制御周期後の走行速度のうち、いずれか大きい方の走行速度を、基礎速度として算出し、角度に依存して求められたそれぞれの換算障害物距離に対して、現在位置における初期値としての現在の走行速度と前記所定の減速度とを用いて、各角度毎に上述の基礎速度を求め、これらの基礎速度のうち最小の速度を候補移動速度とし、前記候補移動速度と、現在位置における現在の走行速度を初期値として前記所定の加速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後に達成できる速度である加速移動速度と、前記所定の最高速度と、のうち小さい方を指令速度とし、この指令速度を最終的に設定された走行速度とすることにより、ある中継点から次の中継点まで直線移動する際の進行方向の走行速度を制御周期毎に算出し設定して走行する自律移動装置である。
【０００７】
上記構成においては、進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物との距離を遠くに見なす処理を行った換算障害物距離を用いて障害物の距離を評価し、進行方向の走行速度を設定するので、狭い通路などを移動するとき、進行方向にある障害物に対する反応と側方にある壁などに対する反応を、区別して設定することができ、区別しない場合に比べてより効率良く移動又は安全に停止でき、より高速に効率的な走行ができる。しかも、進行方向前方進路上及び進路側方に現れる障害物を各角度（分担した検出範囲）毎に障害物までの距離を確実に測定できる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の自律移動装置において、前記記憶手段は予め走行場所に応じて走行方向前方に設定した走行制御対象領域を記憶しており、前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が前記走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に前記進行方向の走行速度を修正して走行するものである。
【０００９】
上記構成においては、換算障害物距離を用いると共に、走行制御領域内部に障害物を検出した場合のみ進行方向の走行速度を設定変更するので、走行制御領域のエリア外の障害物に反応することがないため、通路上にある障害物以外の壁などに対する反応を減らすことができ、走行制御領域を用いない場合に比べてさらに高速に効率的な走行ができる。
【００２２】
請求項３の発明は、記憶手段に記憶した走行制御条件及び環境情報取得手段が検出した障害物位置情報に基づき走行手段を制御して走行移動を行う自律移動装置の自律移動制御方法において、前記環境情報取得手段は、装置の進行方向前方の検出範囲を複数に分割、分担して検出し、分担した各検出範囲における障害物距離を計測し、走行移動時に障害物位置情報として取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した換算障害物距離と、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて、現在位置における現在の走行速度を初期値とし、等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求めると共に、現在位置から前記所定の減速度の下で等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な現在位置における走行速度を初期値とし、その走行速度と前記所定の減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求め、前記により求めた所定の制御周期後の走行速度のうち、いずれか大きい方の走行速度を、基礎速度として算出し、角度に依存して求められたそれぞれの換算障害物距離に対して、現在位置における初期値としての現在の走行速度と前記所定の減速度とを用いて、各角度毎に上述の基礎速度を求め、これらの基礎速度のうち最小の速度を候補移動速度とし、前記候補移動速度と、現在位置における現在の走行速度を初期値として前記所定の加速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後に達成できる速度である加速移動速度と、前記所定の最高速度と、のうち小さい方を指令速度とし、この指令速度を最終的に設定された走行速度とすることにより、ある中継点から次の中継点まで直線移動する際の進行方向の走行速度を制御周期毎に算出し設定して走行する自律移動装置の自律移動制御方法である。
【００２３】
上記制御方法においては、進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物との距離を遠くに見なす処理を行った換算障害物距離を用いて障害物の距離を評価し、進行方向の走行速度を設定するので、狭い通路などを移動するとき、進行方向にある障害物に対する反応と側方にある壁などに対する反応を、区別して設定することができ、区別しない場合に比べてより効率良く移動又は安全に停止でき、より高速に効率的な走行ができる。しかも、進行方向前方進路上及び進路側方に現れる障害物を各角度（分担した検出範囲）毎に障害物までの距離を確実に測定できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る自律移動装置及び自律移動制御方法について、図面を参照して説明する。その主な内容は、自律移動装置がある中継点から次の中継点まで直線移動する際に、走行線上及びその側方に存在する障害物の方向及び距離を検出し、許容値として予め設定した所定の最高速度、加速度、及び減速度と、現在の移動速度とに基づいて、次の移動速度を決定して効率良く移動又は安全に停止する観点からのものである。移動速度は自律移動装置の制御周期毎に決定更新される。
【００２７】
図１は本発明にかかる移動体装置のブロック構成を示す。移動体装置１は、走行制御条件を記憶する記憶手段２と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段３と、走行を行うための走行手段４と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段５とを備えている。記憶手段２は走行制御条件として最高速度、加速度、及び減速度を含む複数の設定条件の組を記憶している。また、環境情報取得手段３は、障害物検出センサとして超音波距離計やレーザレーダを備えている。走行制御手段５は環境情報取得手段３が取得した障害物までの距離、走行制御手段４から出力される現在の走行速度情報、及び走行制御条件に基づいて自律移動を制御する。以下その詳細を述べる。
【００２８】
（実施形態１：障害物までの距離と角度を考慮した速度設定）
本実施形態において、進行方向にある障害物に対する反応と進行方向側方にある壁などに対する反応を区別するために、換算障害物距離が導入される。障害物の検出は、図２に示されるように、自律移動装置の移動方向前方のセンサ取付部３１に設けられた５つの超音波距離計（不図示）によって行われる。各超音波距離計は、移動方向前方の−９０゜から＋９０゜までの方位を分割して分担し、各検出角範囲ＳＡ０〜ＳＡ４における検出物の距離を計測する。例えば、検出角θ(0)〜θ(4)の一つの角θにおいて、距離ｄに障害物を検出したとする。進行方向前方にある障害物について、その障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くにあるように見なす換算処理を行う。進行方向から測った障害物の方向の角度θ毎に、障害物までの距離ｄに付加する重みを定める。例えば、図３（ａ）（ｂ）に示される重み係数ｙ＝１＋α（θ）を距離ｄに掛け算する。重みをつけて距離ｄから換算した換算障害物距離Ｄは、Ｄ＝ｄ×（１＋α(θ)）となる。重み付け関数α(θ)は値が正であり、また角度θの絶対値に関する単調増加関数であればよく、角度の単位を度とした場合、図に示すように、α(θ)＝|θ|／３０などとすればよい。この例では、障害物が真横にある場合、Ｄ＝ｄ×（１＋９０／３０）＝４ｄとなり、実際の距離の４倍の位置に障害物があると見なすことになる。
【００２９】
ここで、効率良く移動又は安全に停止する観点から、進行方向前方（走行線上及びその側方）に出現する障害物（ここでは、障害物は静止していると仮定）との衝突回避についての基本的な考えを述べる。それは、自律移動装置が障害物に対面した場合に所定の減速度の下で停止できる移動速度を確保しつつ、最大の許容移動速度での移動を実現することである。走行制御手段は、走行線側方に現れる、自律移動装置に対面しない障害物については、自律移動装置が現在の移動速度でその障害物に向かっていると考えるか、その移動速度で障害物が斜め方向から接近して来ると考えて、次の制御周期における移動速度を設定する。最終的に自律移動装置の移動速度を決める指令速度Vcmdは、各検出角方向における基礎速度V(θ)を算出し、その中から候補移動速度Vminを算出した後に設定される。
【００３０】
図４は、自律移動装置が減速しながらそのまま直進し、距離Ｄで停止する場合の時間ｔと距離ｘの関係を示す。等加速度直線運動の前提の下で、自律移動装置の現在の速度をV_Currentとすると、距離Ｄで停止するための減速度Decは、
Dec ＝ V_Current× V_Current / 2 / Ｄ ・・・・（１）
となる（放物線ａ）。制御周期をCycleとすると、一周期後の速度V_Nextは、
V_Next ＝ V_Current - Dec × Cycle ・・・・（２）
となる。予め定めた減速度PreDefDecにより距離Ｄで止まるとき（放物線ｂ）、その一周期後の速度Vmaxは次式となる。ここで、sqrt( )は平方根を示す。
Vmax ＝ sqrt( 2× PreDefDec×Ｄ) - PreDefDec × Cycle ・・（３）
そこで、移動効率の観点からV_NextとVmaxの大きい方を、次の制御周期における移動速度を設定するための基礎的な速度（基礎速度Ｖ）とする。大きい速度を選択するのは、この減速度Decが予め定めた減速度PreDefDecよりも小さい場合には距離Ｄに余裕があることを意味するので、現在の速度V_Currentから増速して移動効率を上げるためである。図４の放物線ｃに対応する減速状態は、検出物が自ら接近して来る場合などの異常事態であり、別途急速停止等の措置が取られる。
【００３１】
上記は、自律移動装置とその走行線上の障害物が距離Ｄで対面している場合である。障害物の検出は、前出の図２に示すように、進行方向前方を所定の角度範囲に区切り、各角度範囲毎に障害物検出センサによって行う。検出角θに障害物を検出した場合、次の制御周期における検出角θでの基礎速度V(θ)を上記同様にV_NextとVmaxの大きい方とする。ただし、予め定めた検出最大距離Rmax内に障害物が検出されない検出角範囲については、予め定めた最高速度VPreDefMaxをV(θ)として設定する。このようにして、障害物までの距離に角度に依存した重みを付加し、各方向における基礎速度V(θ)が計算される。図２に示したように５つの超音波距離センサを前方に配置して、障害物を検出する検出角範囲が５つの場合、次の基礎速度V(θ)が得られる。
V(β)、 V(α)、 V( 0 )、 V(−α)、 V(−β)
これらの基礎速度V(θ)の中から、確実な停止を確保するため、最小のものを選択して候補移動速度Vminとする。また、距離センサとして角度スキャン可能なレーザレーダを用いる場合は、角度スキャン分割数に応じて基礎速度V(θ)を求める。例えば、レーザレーダが進行方向に対して−９０°から＋９０°までの角度をm区間に分割して測定しているとすると測定角を、θ＝ −90 + n×a、n＝0、1、・・、m-1、ａ＝180／m、とすることができる。これらm個の基礎速度V(θ)の中から最小値を選択して候補移動速度Vminとする。
【００３２】
そして、予め定めた加速度PreDefAccを用いて現在の速度V_Currentから増速した一周期後における加速移動速度Vdefを求める。これと上記の候補移動速度Vminとの大小を比較して、小さい方を指令速度Vcmdとする。
Vdef ＝ V_Current ＋ PreDefAcc × Cycle ・・・・（４）
Vcmd ＝ min(Vdef，Vmin) ・・・・（５）
ここで、min( ， )は「かっこ内の小さい方の値」の意味である。図５は、加速移動速度Vdefが小さい場合を示し、図６は候補移動速度Vminが小さい場合を示す。加速移動速度Vdefが小さい場合とは、Vminが現状速度V_Currentから所定の加速度PreDefAccで加速しても得られない大きな速度となる場合である。
【００３３】
さらに、安全のため、所定の最高速度VPreDefMaxと上記で求めたVcmdとを比較して小さい方を指令速度Vcmdとする。
Vcmd ＝ min(VPreDefMax，Vcmd) ・・・・（６）
このようにして、進行方向前方に存在する障害物の方向及び距離を検出し、所定の最高速度VPreDefMax、加速度PreDefAcc、減速度PreDefDec、及び前記換算障害物距離Ｄに基づいて進行方向の走行指令速度Vcmdが設定される。
【００３４】
さらに、上記の障害物に対する停止動作ではなく、ある中継点から次の中継点（所定の目的地Ｔ）まで移動して停止する場合について述べる。前述の障害物に対する場合の移動速度の計算と同様の計算が行われる。現在地から目的地Ｔまでの距離をddとしたとき、等加速度直線運動の前提の下で、目的地Ｔで停止するための減速度DecTは、
DecT = V_Current× V_Current / 2 / dd ・・・・（７）
となる。制御周期をCycleとすると、一周期後の速度V_NextTは、
V_NextT = V_Current - DecT × Cycle ・・・・（８）
となる。また、予め定めた減速度PreDefDecにより距離ddで止まるとき、その一周期後の速度VmaxTは、次式で求まる。
VmaxT ＝sqrt( 2× PreDefDec×dd）- PreDefDec × Cycle ・・（９）
ここで、前記同様に移動効率の観点からV_NextTとVmaxTの大きい方を目的地到達速度VcmdTとする。さらに、安全のため、前出の指令速度Vcmdと上記で求めたVcmdTとを比較して小さい方を新たに指令速度Vcmdとする。
Vcmd ＝ min(VcmdT，Vcmd) ・・・・（１０）
このようにして求めた指令速度Vcmdによって自律移動装置の各制御周期毎の走行が行われる。
【００３５】
（実施形態２：障害物を検出する領域を考慮した速度設定）
本実施形態では、上記で導入した換算障害物距離に替わって、走行方向前方に設定した走行制御対象領域を導入する。走行制御手段は、環境情報取得手段が走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合と外部に障害物を検出した場合とを区別して、所定の最高速度、加速度、及び減速度に基づいて進行方向の走行速度を設定する。走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に走行速度制限を行うことにより、高速で安全な走行移動を実現できる。この走行制御領域は、自律移動装置の前方に設定され、自律移動装置の移動に伴って移動する。また、この走行制御領域は、移動の中継点から次の中継点に至る区間で定義される走行場所毎に設定することができ、自律移動装置の記憶手段に記憶されている。
【００３６】
上述の走行制御領域として長方形制御領域を設定した場合について述べる。図７に示すように、長方形の横幅の半分の長さr1及び縦の長さr2を予め設定したエリア特徴量として記憶手段に記憶しておく。また、予め環境情報取得手段の方向毎に、例えば５つの超音波距離センサを設置した５方向毎に、長方形制御領域の端部までの距離を領域距離Larea(k)、k＝0〜4、として計算して記憶しておく。環境情報取得手段による検出があった場合に、走行制御手段は検出物までの距離と領域距離Lareaとを比較してその検出物の位置が長方形制御領域内かどうか判断し、内部にあればその検出物を障害物とする。なお、センサの検出方向が走行制御領域の進行方向左辺又は右辺と交わる方向の場合、
Larea(k)＝r1／sin(｜θ(k)｜) ・・・・（１１）
であり、進行方向前方の辺と交わる方向の場合、
Larea(m)＝r2／cos(｜θ(m)｜) ・・・・（１２）
である。ここで、θ(k)、θ(m)はセンサの検出角である。
【００３７】
また、走行制御領域として楕円形制御領域を設定した場合、図８に示すように、楕円の中心が自律移動装置の中心線上の先端（距離センサが角度スキャンするときの中心）に設定される。楕円の進行方向半径をEx、これに直交する半径をEyとすると、楕円中心から楕円上の点までの距離、つまり領域距離Lareaは、
Larea(k) ＝ 1／(cos(θ(k))２／Ex２ ＋ sin(θ(k))２／Ey２) ・・（１３）
となる。
【００３８】
上述の楕円形走行制御領域を用いる場合の指令速度Vcmdの設定方法について説明する。走行制御領域における領域距離Lareaに基づく指令速度Vcmdの設定方法は、前記の換算障害物距離Ｄと検出最大距離Rmaxに基づいた設定の方法と同様に行われる。走行制御手段は、自律移動装置の移動中に各検出角毎に検出された検出距離d(k)と領域距離Larea(k)とを比較して、d(k)≦Larea(k)、の場合、つまり走行制御領域内に障害物を検出した場合には、前出の（１）（３）式において距離Ｄをd(k)に置き換えると共に、前出の式及びそれらの式に続いて記述された手順に従って、上記同様にV_NextとVmaxの大きい方を検出角θ(k)での基礎速度V(θ(k))とする。また、走行制御領域内に障害物検出がない検出角範囲については、予め定めている最高速度VPreDefMaxをその角度範囲における基礎速度V(θ(k))として設定する。この後は、前記の手順同様に、各基礎速度V(θ(k))の中の最小値が候補移動速度Vminとして選択され、前出の（４）〜（１０）式等に従って指令速度Vcmdが求められる。このようにして得られた指令速度Vcmdによって自律移動装置の各制御周期毎の走行が行われる。
【００３９】
（実施形態３：距離センサにより検出された距離の補正処理）
前述の換算障害物距離Ｄを求めて走行指令速度Vcmdを算出するために用いられる距離d、又は番号ｋ等をつけて区別して表記（以下、同様に表記）した各検出角方向毎の個別距離d(k)は、距離センサの出力値ds又はds(k)に対してセンサ配置や自律移動装置の外形サイズなどを考慮して補正して得た値である。超音波距離センサの場合、図９に示すように、超音波受信面は、各距離センサが臨む検出角範囲の頂点（仮想中心）Ｏからオフセット距離Soff(k)だけ離れた点に位置している。レーザレーダの場合は１個のセンサが角度スキャンして用いられるため、図１０に示すように、通常、オフセット距離Soff(k)＝０である。また、自律移動装置には障害物に接近できない範囲が、図９の接近限界線Ｃで示されるように予め定められており、その限界点は、各検出角範囲毎に頂点Ｏから限界距離Climit(k)だけ離れた点として、距離センサよりも外部側の位置に設定されている。従って、有効な距離としての距離dは、
d(k) ＝ ds(k) ＋ Soff(k) − Climit(k)
により求める必要がある。このようにして補正処理して求めた距離d(k)＞０に対して重みを与えて換算障害物距離Ｄを計算すればよい。もし、d(k) ≦０となるものがあれば、走行制御手段は走行手段に対して、Vcmd ＝０、即ち停止指令を発信する。
【００４０】
次に、前述の走行制御領域における領域距離Larea(k)と各検出角毎の距離センサの出力値ds(k)とに基づいて指令速度Vcmdを算出する場合の距離の補正処理について述べる。指令速度Vcmdを算出するために用いる距離は、距離センサが検出して出力した出力値ds(k)に上述のオフセット距離Soff(k)を加えると共に、前述の限界距離Climit(k)を引き去ったものを検出距離Ｄ又はＤ(k)として用いればよい。また、前述の領域距離Larea(k)は、超音波距離センサ集合体の仮想中心、又は、レーザレーダの角度スキャン中心から走行制御領域の境界点までの距離として定義されている。従って、これを補正するために図１０に示すように補正前の領域距離Larea(k)から前述の限界距離Climit(k)を引き去って補正したものを新たに領域距離Larea(k)として用いればよい。
【００４１】
（実施形態４：走行場所により走行制御条件の設定値を変更）
上述したように、指令速度Vcmdを設定するために用いられる走行制御条件が設定値テーブルとして記憶手段により記憶されている。図１１に示すように、このような設定値テーブルの組を規定設定２０の他に、自律移動装置が走行している場所によって切り替えるための複数の設定を用意しておくことにより、より効率的な走行が可能となる。例えば、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、最終目的地に向かうまでの、移動の中継点（ｎ−１）から次の中継点（ｎ）に至る区間では設定１が用いられる。また、出発中継点と到着中継点の組み合わせがない場合には、既定設定２０が用いらる。
【００４２】
（実施形態５：換算障害物距離と検出最大距離による自律移動制御方法）
図１３を参照して、換算障害物距離Ｄと検出最大距離Rmaxを用いた自律移動装置の走行制御フローを説明する。自律移動スタート後、まず設定値テーブル２４から所定の走行制御条件の読み込みが行われる（Ｓ１０１）。この後、以下のステップによって、指令速度Vcmdの設定とその速度による走行が制御周期Cycle毎に繰り返される。ステップＳ１０２での初期値の設定に続く検出方向数mの回数行われるステップＳ１０３〜Ｓ１１１のループにおいて、基礎速度V(θ(i))の算出と、その中から候補移動速度Vminの決定が行われる。このループの中で、ｉ番目の検出角θ(i)について距離センサの出力値ds(i)にオフセット距離Soff(i)の加算と限界距離Climit(i)の減算が行われて有効検出距離d(i)が得られる（Ｓ１０３）。この距離d(i)が負かゼロの場合、Vcmd=0として停止指令が出される（Ｓ１０４でＮｏ）。距離d(i)が正の場合、距離d(i)に重み係数ｙ＝１＋α（θ）が乗算されて換算障害物距離Ｄが得られる（Ｓ１０６）。距離Ｄが検出最大距離Rmax以下の場合、停止を前提にした計算のもとで基礎速度V(θ(i))が算出され（Ｓ１０７でＹｅｓ、Ｓ１０８）、距離Ｄが検出最大距離Rmaxよりも遠い場合、基礎速度V(θ(i))として既定の最大速度VPreDefMaxが割り当てられる（Ｓ１０７でＮｏ、Ｓ１０９）。この後、以前のVminと基礎速度V(θ(i))の大小が比較され、小さい方が新たなVminとして設定される（Ｓ１１０）。ステップＳ１１１でループが完了した場合、最終の候補移動速度Vminが決定されている。
【００４３】
次に、現状速度V_Currentから既定の加速度PreDefAccで加速した場合の一周期後の速度Vdef＝V_Current＋PreDefAcc×CycleとVminとの大小が比較され、いずれか小さい方が指令速度Vcmdとして決定される（Ｓ１１２〜Ｓ１１４）。さらに、この指令速度Vminと既定の最大速度VPreDefMaxとの大小比較によりいずれか小さい方が新たな指令速度Vcmdとして決定される（Ｓ１１５、Ｓ１１６）。
【００４４】
次に、検出物よりも目的地の方が近い場合などを考慮した計算を行う。事前に記憶手段に記憶していた、出発点から目的地（中継点）までの距離と、過去の移動距離に基づいて、現在の自己位置座標から目的地座標までの距離ddを計算する（Ｓ１１７）。次に、前記同様に停止を前提とした一周期後の速度V_NextTが計算され（Ｓ１１８）、この速度V_NextTと既定の減速度に基づいて計算された速度VcmdTとの大小比較がなされ、走行効率を考慮して大きい方が目的地到達速度VcmdTとされる（Ｓ１１９）。最後に、上記で決定された指令速度Vcmdとこの目的地到達速度VcmdTとが大小比較されて、小さい方が最終の指令速度Vcmdとして新たに決定されてこの制御周期における指令速度Vcmd設定フローが終了する。
【００４５】
（実施形態６：走行制御領域と領域距離による自律移動制御方法）
図１４を参照して、走行制御領域と領域距離Lareaを用いた自律移動装置の走行制御フローを説明する。自律移動スタート後、まず設定値テーブル２５から所定の走行制御条件の読み込みが行われる（Ｓ２０１）。この後、以下のステップによって、指令速度Vcmdの設定とその速度による走行が制御周期Cycle毎に繰り返される。ステップＳ２０２での初期値の設定に続く検出方向数mの回数行われるステップＳ２０３〜Ｓ２１０のループにおいて、基礎速度V(θ(k))の算出と、その中から候補移動速度Vminの決定が行われる。前述の図１３に示した制御フローとの大きな違いは、ステップＳ１０６における距離の換算がないこと、及びＳ１０７において距離Ｄと検出最大距離Rmaxと比較する替わりに、ステップＳ２０６において距離Ｄと領域距離Larea(k)とが比較されていることである。この２点を除いて、本図における制御フローは上述したものと同様である。
【００４６】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、換算障害物距離を用いる制御と走行制御領域を用いる制御を走行区間毎に切り替えたり、また両制御方法を同時に用いることもできる。上記においては、主に自律移動装置が直線走行して停止するまでについて述べているが、走行途中で走行方向を変更する制御や、障害物回避を行う制御と組み合わせた制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による自律移動装置の制御ブロック概念図。
【図２】 同上装置における距離センサの検出角範囲を示す平面図。
【図３】 （ａ）は同上装置において用いられる距離換算の重み係数の図、（ｂ）は同重み係数の極座標表示図。
【図４】 等加速度直線運動における時間と距離の関係図。
【図５】 等加速度直線運動における時間と距離の関係図。
【図６】 等加速度直線運動における時間と距離の関係図。
【図７】 同上装置における長方形の走行制御領域を説明する平面図。
【図８】 同上装置における楕円形の走行制御領域を説明する平面図。
【図９】 同上装置における距離測定値の補正を説明する平面図。
【図１０】 同上補正の楕円形走行制御領域への適用を説明する平面図。
【図１１】 同上装置における走行制御条件の設定を説明する図。
【図１２】 （ａ）は同上装置における移動経路を説明する平面図、（ｂ）は走行制御条件設定の組合せを説明する図。
【図１３】 本発明の一実施形態による自律移動制御方法の制御フロー図。
【図１４】 本発明の一実施形態による自律移動制御方法の他の制御フロー図。
【符号の説明】
１ 自律移動装置
２ 記憶手段
３ 環境情報取得手段
４ 走行手段
５ 走行制御手段
Ａ１，Ａ２ 走行制御領域
Ｄ 換算障害物距離、距離
PreDefAcc 加速度
PreDefDec 減速度
VPreDefMax 最高速度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an autonomous mobile device that detects an obstacle and moves to achieve a desired operation in the same region where other moving objects such as a person and a carriage move.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the distance between an autonomous mobile device and an obstacle is obtained by using a distance measuring sensor such as a laser radar or sonar or an image, and the traveling speed of the autonomous mobile device is set according to the obtained distance. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-229645 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the autonomous mobile device as described above, the speed is set according to the distance. Therefore, when traveling in a narrow passage or the like, if a wall is detected, the speed according to the distance between the wall and the autonomous mobile device is set. It becomes service in. Also, if the obstacle detection area is narrowed, the frequency of deceleration with respect to a person approaching the detection area from the side is reduced, but suddenly decelerates when the obstacle enters the detection area.
[0005]
The present invention solves the above-described problem, and an autonomous mobile device and autonomous system capable of appropriately evaluating the position of an obstacle on the side of the traveling direction with a simple configuration and realizing efficient straight traveling at an optimum speed An object is to provide a movement control method.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve the above object, the invention of
[0007]
In the above configuration, as the degree of deviation from the traveling direction is larger, the obstacle distance is evaluated using the converted obstacle distance obtained by performing the process of considering the distance from the obstacle farther, and the traveling speed in the traveling direction is set. When moving in a narrow passage, the reaction to obstacles in the direction of travel and the reaction to walls on the side can be set separately, compared to the case of not distinguishing Move more efficiently or stop safely, Efficient driving at higher speeds is possible. In addition, it is possible to reliably measure the distance to the obstacle at each angle (shared detection range) of the obstacle appearing on the forward path in the traveling direction and on the side of the path.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the autonomous mobile device according to the first aspect, the storage means stores a travel control target area set in advance in the travel direction in accordance with the travel location, and the travel control means is the environment. When the information acquisition means detects an obstacle inside the travel control target area, the travel speed in the traveling direction is corrected to travel.
[0009]
In the above configuration, since the converted obstacle distance is used and the traveling speed in the traveling direction is changed only when an obstacle is detected inside the traveling control area, it can react to an obstacle outside the area of the traveling control area. Therefore, reaction to walls other than obstacles on the passage can be reduced, and more efficient traveling can be performed at a higher speed than in the case where the traveling control area is not used.
[0022]
The invention according to claim 3 is an autonomous movement control method for an autonomous mobile device that performs traveling movement by controlling the traveling means based on the traveling control condition stored in the storage means and the obstacle position information detected by the environment information acquiring means. The environment information acquisition means divides the detection range ahead of the direction of travel of the device into multiple parts, detects them, measures the obstacle distance in each shared detection range, and acquires obstacles as obstacle position information when traveling The weight that considers the distance to the obstacle farther as the direction of the obstacle deviates from the traveling direction is larger than the distance to Conversion obstacle Based on the distance and the predetermined maximum speed, acceleration and deceleration stored in the storage means The running speed after a predetermined control cycle from the current time under a deceleration that can be stopped at a position that is linearly decelerated linearly and advanced by the converted obstacle distance with the current running speed at the current position as an initial value And the initial value is the traveling speed at the current position at which the vehicle can stop at a position advanced by the converted obstacle distance under the predetermined deceleration from the current position, and the traveling speed and the Under a predetermined deceleration, the travel speed after a predetermined control cycle is obtained from the current time, and the greater travel speed after the predetermined control cycle determined above is calculated as the basic speed. Then, for each converted obstacle distance determined depending on the angle, using the current traveling speed as the initial value at the current position and the predetermined deceleration, the basic speed described above for each angle. Ask this The minimum speed among these basic speeds is set as a candidate moving speed, and the candidate moving speed and the current traveling speed at the current position are set as initial values, and can be achieved after a predetermined control cycle from the current time under the predetermined acceleration. By setting the smaller one of the acceleration movement speed, which is the speed, and the predetermined maximum speed as a command speed, and setting the command speed as a finally set running speed, The traveling speed in the direction of travel when moving straight from one relay point to the next Calculated every control cycle It is the autonomous movement control method of the autonomous mobile device which sets and runs.
[0023]
In the above control method, as the degree of deviation from the traveling direction increases, the distance of the obstacle is evaluated using the converted obstacle distance obtained by performing the process of considering the distance from the obstacle farther, and the traveling speed in the traveling direction is set. So, when moving in a narrow passage, etc., the reaction to obstacles in the direction of travel and the reaction to walls on the side can be set separately, compared to the case where they do not distinguish Move more efficiently or stop safely, Efficient driving at higher speeds is possible. In addition, it is possible to reliably measure the distance to the obstacle at each angle (shared detection range) of the obstacle appearing on the forward path in the traveling direction and on the side of the path.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an autonomous mobile device and an autonomous mobile control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The main content is that when the autonomous mobile device moves linearly from one relay point to the next, it detects the direction and distance of obstacles on the travel line and on its side, and presets it as an allowable value. This is from the viewpoint of efficiently moving or stopping safely by determining the next moving speed based on the predetermined maximum speed, acceleration, deceleration and the current moving speed. The moving speed is determined and updated every control cycle of the autonomous mobile device.
[0027]
FIG. 1 shows a block configuration of a mobile device according to the present invention. The
[0028]
(Embodiment 1: Speed setting considering distance and angle to obstacle)
In this embodiment, a converted obstacle distance is introduced in order to distinguish a response to an obstacle in the traveling direction from a reaction to a wall or the like on the side of the traveling direction. As shown in FIG. 2, the obstacle is detected by five ultrasonic distance meters (not shown) provided in the
[0029]
Here, from the viewpoint of efficiently moving or safely stopping, the collision avoidance with an obstacle (here, it is assumed that the obstacle is stationary) appearing in the forward direction (on the travel line and its side) is assumed. State the basic idea. It is to realize movement at the maximum allowable movement speed while ensuring a movement speed that can be stopped under a predetermined deceleration when the autonomous mobile device faces an obstacle. The travel control means thinks that the obstacle that appears on the side of the travel line and does not face the autonomous mobile device is that the autonomous mobile device is heading toward the obstacle at the current travel speed, or the obstacle is detected at the travel speed. Assuming that it is approaching from an oblique direction, the moving speed in the next control cycle is set. The command speed Vcmd that finally determines the moving speed of the autonomous mobile device is set after calculating the basic speed V (θ) in each detection angle direction and calculating the candidate moving speed Vmin from the basic speed V (θ).
[0030]
FIG. 4 shows the relationship between time t and distance x when the autonomous mobile device travels straight while decelerating and stops at distance D. Under the premise of constant acceleration linear motion, if the current speed of the autonomous mobile device is V_Current, the deceleration Dec for stopping at a distance D is
Dec = V_Current x V_Current / 2 / D (1)
(Parabola a). If the control cycle is Cycle, the speed V_Next after one cycle is
V_Next = V_Current-Dec x Cycle (2)
It becomes. When stopping at a distance D by a predetermined deceleration PreDefDec (parabola b), the speed Vmax after one cycle is expressed by the following equation. Here, sqrt () indicates a square root.
Vmax = sqrt (2 x PreDefDec x D)-PreDefDec x Cycle (3)
Therefore, from the viewpoint of movement efficiency, the larger V_Next and Vmax is set as a basic speed (basic speed V) for setting the moving speed in the next control cycle. Selecting a large speed means that if the deceleration Dec is smaller than the predetermined deceleration PreDefDec, the distance D has a margin, so the speed is increased from the current speed V_Current to increase the movement efficiency. Because. The deceleration state corresponding to the parabola c in FIG. 4 is an abnormal situation such as a case where the detected object approaches itself, and measures such as a rapid stop are taken separately.
[0031]
The above is a case where the autonomous mobile device and the obstacle on the travel line face each other at a distance D. As shown in FIG. 2, the obstacle is detected by dividing the front in the traveling direction into a predetermined angle range and using an obstacle detection sensor for each angle range. When an obstacle is detected at the detection angle θ, the basic speed V (θ) at the detection angle θ in the next control cycle is set to the larger of V_Next and Vmax as described above. However, for a detection angle range in which no obstacle is detected within the predetermined maximum detection distance Rmax, a predetermined maximum speed VPreDefMax is set as V (θ). In this way, the weight depending on the angle is added to the distance to the obstacle, and the basic speed V (θ) in each direction is calculated. As shown in FIG. 2, when five ultrasonic distance sensors are arranged in front and there are five detection angle ranges for detecting an obstacle, the following basic velocity V (θ) is obtained.
V (β), V (α), V (0), V (−α), V (−β)
Among these basic speeds V (θ), in order to ensure a reliable stop, the minimum speed is selected as the candidate moving speed Vmin. When a laser radar capable of angle scanning is used as the distance sensor, the basic velocity V (θ) is obtained according to the number of angle scan divisions. For example, if the laser radar measures an angle from −90 ° to + 90 ° with respect to the traveling direction by dividing it into m sections, the measurement angle is θ = −90 + n × a, n = 0, 1 ,..., M−1, a = 180 / m. A minimum value is selected from these m basic speeds V (θ) and set as a candidate moving speed Vmin.
[0032]
Then, an acceleration movement speed Vdef after one cycle increased from the current speed V_Current is obtained using a predetermined acceleration PreDefAcc. This is compared with the above-mentioned candidate moving speed Vmin, and the smaller one is set as the command speed Vcmd.
Vdef = V_Current + PreDefAcc x Cycle (4)
Vcmd = min (Vdef, Vmin) (5)
Here, min (,) means “the smaller value in parentheses”. FIG. 5 shows a case where the acceleration movement speed Vdef is small, and FIG. 6 shows a case where the candidate movement speed Vmin is small. The case where the acceleration movement speed Vdef is small is a case where Vmin becomes a large speed that cannot be obtained even if the acceleration is accelerated from the current speed V_Current with a predetermined acceleration PreDefAcc.
[0033]
Furthermore, for safety, the predetermined maximum speed VPreDefMax is compared with the Vcmd determined above, and the smaller one is set as the command speed Vcmd.
Vcmd = min (VPreDefMax, Vcmd) (6)
In this way, the direction and distance of the obstacle existing ahead in the traveling direction is detected, and the traveling command speed in the traveling direction is based on the predetermined maximum speed VPreDefMax, acceleration PreDefAcc, deceleration PreDefDec, and the converted obstacle distance D. Vcmd is set.
[0034]
Further, a case will be described in which the movement is stopped from one relay point to the next relay point (predetermined destination T), not the stop operation for the obstacle. A calculation similar to the calculation of the moving speed in the case of the obstacle described above is performed. When the distance from the current location to the destination T is dd, the deceleration DecT for stopping at the destination T under the assumption of constant acceleration linear motion is
DecT = V_Current x V_Current / 2 / dd (7)
It becomes. If the control cycle is Cycle, the speed V_NextT after one cycle is
V_NextT = V_Current-DecT × Cycle (8)
It becomes. Further, when stopping at a distance dd by a predetermined deceleration PreDefDec, the speed VmaxT after one cycle is obtained by the following equation.
VmaxT = sqrt (2 x PreDefDec x dd)-PreDefDec x Cycle (9)
Here, similarly to the above, from the viewpoint of movement efficiency, the larger V_NextT and VmaxT is set as the destination arrival speed VcmdT. Furthermore, for safety, the above-mentioned command speed Vcmd is compared with VcmdT obtained above, and the smaller one is set as a new command speed Vcmd.
Vcmd = min (VcmdT, Vcmd) (10)
The autonomous mobile device travels in each control cycle based on the command speed Vcmd thus obtained.
[0035]
(Embodiment 2: Speed setting considering an area where an obstacle is detected)
In this embodiment, instead of the converted obstacle distance introduced above, a travel control target area set in front of the travel direction is introduced. The traveling control means distinguishes between the case where the environment information acquisition means detects an obstacle inside the traveling control target area and the case where an obstacle is detected outside, based on the predetermined maximum speed, acceleration, and deceleration. Set the travel speed in the direction of travel. By restricting the traveling speed when an obstacle is detected inside the traveling control target area, it is possible to realize a safe traveling movement at high speed. This traveling control area is set in front of the autonomous mobile device and moves with the movement of the autonomous mobile device. The travel control area can be set for each travel location defined in the section from the travel relay point to the next relay point, and is stored in the storage means of the autonomous mobile device.
[0036]
A case where a rectangular control area is set as the travel control area will be described. As shown in FIG. 7, the half length r1 and the vertical length r2 of the rectangle are stored in the storage means as preset area feature amounts. In addition, for each direction of the environment information acquisition means, for example, for every 5 directions in which 5 ultrasonic distance sensors are installed, the distance to the end of the rectangular control area is set as the area distance Larea (k), k = 0 to 4, Calculate and remember as When there is detection by the environmental information acquisition means, the traveling control means compares the distance to the detected object with the area distance Larea to determine whether the position of the detected object is within the rectangular control area, and if it is inside, The detected object is an obstacle. In addition, when the detection direction of the sensor is the direction intersecting the left side or the right side in the traveling direction of the travel control region
Larea (k) = r1 / sin (| θ (k) |) (11)
And in the direction that intersects the front edge in the direction of travel,
Larea (m) = r2 / cos (| θ (m) |) (12)
It is. Here, θ (k) and θ (m) are detection angles of the sensor.
[0037]
Further, when an elliptical control region is set as the travel control region, the center of the ellipse is set to the tip on the center line of the autonomous mobile device (center when the distance sensor performs angle scanning) as shown in FIG. If the radius of the ellipse is Ex and the radius orthogonal to this is Ey, the distance from the center of the ellipse to the point on the ellipse, that is, the region distance Larea is
Larea (k) = 1 / (cos (θ (k)) 2 / Ex 2 + Sin (θ (k)) 2 / Ey 2 (13)
It becomes.
[0038]
A method of setting the command speed Vcmd when using the above-described elliptical travel control region will be described. The setting method of the command speed Vcmd based on the area distance Larea in the travel control area is performed in the same manner as the setting method based on the converted obstacle distance D and the detected maximum distance Rmax. The traveling control means compares the detection distance d (k) detected for each detection angle during the movement of the autonomous mobile device with the area distance Larea (k), and d (k) ≦ Larea (k). In this case, that is, when an obstacle is detected in the travel control area, the distance D is replaced with d (k) in the above equations (1) and (3), and the above equations and those equations are followed. According to the described procedure, the larger V_Next and Vmax is set as the basic velocity V (θ (k)) at the detection angle θ (k) as described above. For a detection angle range in which no obstacle is detected in the travel control area, a predetermined maximum speed VPreDefMax is set as the basic speed V (θ (k)) in that angle range. Thereafter, as in the above procedure, the minimum value among the basic speeds V (θ (k)) is selected as the candidate moving speed Vmin, and the command speed Vcmd is determined according to the above-described equations (4) to (10). Is required. Traveling for each control period of the autonomous mobile device is performed by the command speed Vcmd obtained in this way.
[0039]
(Embodiment 3: Correction processing of distance detected by distance sensor)
The distance d used for calculating the travel command speed Vcmd by obtaining the above-mentioned converted obstacle distance D, or the individual distance for each detection angle direction indicated with a number k or the like (hereinafter the same). d (k) is a value obtained by correcting the output value ds or ds (k) of the distance sensor in consideration of the sensor arrangement, the outer size of the autonomous mobile device, and the like. In the case of the ultrasonic distance sensor, as shown in FIG. 9, the ultrasonic receiving surface is located at a point separated from the apex (virtual center) O of the detection angle range facing each distance sensor by an offset distance Soff (k). Yes. In the case of a laser radar, since one sensor is used after angle scanning, the offset distance Soff (k) = 0 is normally set as shown in FIG. Further, a range in which the autonomous mobile device cannot approach an obstacle is determined in advance as indicated by an approach limit line C in FIG. 9, and the limit point is a limit distance Climit from the vertex O for each detection angle range. As a point separated by (k), it is set at a position outside the distance sensor. Therefore, the distance d as an effective distance is
d (k) = ds (k) + Soff (k)-Climit (k)
It is necessary to ask for. Thus, the reduced obstacle distance D may be calculated by giving a weight to the distance d (k)> 0 obtained by the correction processing. If there is one that satisfies d (k) ≦ 0, the travel control means transmits Vcmd = 0, that is, a stop command to the travel means.
[0040]
Next, a description will be given of distance correction processing in the case of calculating the command speed Vcmd based on the area distance Larea (k) in the above-described travel control area and the output value ds (k) of the distance sensor for each detection angle. The distance used to calculate the command speed Vcmd is calculated by adding the offset distance Soff (k) described above to the output value ds (k) detected and output by the distance sensor and subtracting the limit distance Climit (k) described above. May be used as the detection distance D or D (k). The area distance Larea (k) is defined as the distance from the virtual center of the ultrasonic distance sensor assembly or the angle scan center of the laser radar to the boundary point of the travel control area. Therefore, in order to correct this, as shown in FIG. 10, a value obtained by subtracting the aforementioned limit distance Climit (k) from the area distance Larea (k) before correction is newly used as the area distance Larea (k). That's fine.
[0041]
(Embodiment 4: The set value of the travel control condition is changed depending on the travel location)
As described above, the traveling control conditions used for setting the command speed Vcmd are stored as a set value table by the storage means. As shown in FIG. 11, it is more efficient to prepare a plurality of settings for switching such a set of setting value tables depending on the place where the autonomous mobile device is traveling in addition to the prescribed setting 20. Driving is possible. For example, as shown in FIGS. 12A and 12B, setting 1 is used in the section from the moving relay point (n−1) to the next relay point (n) until it reaches the final destination. When there is no combination of the departure relay point and the arrival relay point, the default setting 20 is used.
[0042]
(Embodiment 5: Autonomous movement control method based on converted obstacle distance and maximum detected distance)
A travel control flow of the autonomous mobile device using the converted obstacle distance D and the detected maximum distance Rmax will be described with reference to FIG. After the autonomous movement starts, first, predetermined traveling control conditions are read from the set value table 24 (S101). Thereafter, the setting of the command speed Vcmd and traveling at that speed are repeated for each control cycle Cycle by the following steps. In the loop of steps S103 to S111, which is performed the number of detection directions m following the setting of the initial value in step S102, the basic speed V (θ (i)) is calculated and the candidate moving speed Vmin is determined therefrom. Is called. In this loop, the effective detection distance is obtained by adding the offset distance Soff (i) and subtracting the limit distance Climit (i) to the output value ds (i) of the distance sensor for the i-th detection angle θ (i). d (i) is obtained (S103). When the distance d (i) is negative or zero, a stop command is issued as Vcmd = 0 (No in S104). If the distance d (i) is positive, the distance d (i) is multiplied by the weight coefficient y = 1 + α (θ) to obtain the converted obstacle distance D (S106). When the distance D is equal to or less than the maximum detection distance Rmax, the basic speed V (θ (i)) is calculated based on the calculation based on the stop (Yes in S107, S108), and the distance D is greater than the maximum detection distance Rmax. If it is far away, a predetermined maximum speed VPreDefMax is assigned as the basic speed V (θ (i)) (No in S107, S109). Thereafter, the magnitude of the previous Vmin and the basic speed V (θ (i)) is compared, and the smaller one is set as a new Vmin (S110). When the loop is completed in step S111, the final candidate moving speed Vmin is determined.
[0043]
Next, the speed Vdef = V_Current + PreDefAcc × Cycle after one cycle when accelerating at a predetermined acceleration PreDefAcc from the current speed V_Current is compared with Vmin, and the smaller one is determined as the command speed Vcmd (S112˜). S114). Furthermore, a smaller one is determined as a new command speed Vcmd by comparing the command speed Vmin with a predetermined maximum speed VPreDefMax (S115, S116).
[0044]
Next, calculation is performed in consideration of the case where the destination is closer to the detected object. Based on the distance from the starting point to the destination (relay point) and the past movement distance stored in the storage means in advance, the distance dd from the current self-position coordinates to the destination coordinates is calculated (S117). ). Next, the speed V_NextT after one cycle on the premise of stopping is calculated in the same manner as described above (S118). The speed V_NextT is compared with the speed VcmdT calculated based on the predetermined deceleration, and the running efficiency is increased. The larger one is considered as the destination arrival speed VcmdT (S119). Finally, the command speed Vcmd determined above and this destination arrival speed VcmdT are compared in magnitude, and the smaller one is newly determined as the final command speed Vcmd, and the command speed Vcmd setting flow in this control cycle ends. To do.
[0045]
(Embodiment 6: Autonomous movement control method by travel control area and area distance)
A travel control flow of the autonomous mobile device using the travel control area and the area distance Larea will be described with reference to FIG. After starting the autonomous movement, first, a predetermined traveling control condition is read from the set value table 25 (S201). Thereafter, the setting of the command speed Vcmd and traveling at that speed are repeated for each control cycle Cycle by the following steps. In the loop of steps S203 to S210, which is performed the number m of detection directions following the setting of the initial value in step S202, the basic speed V (θ (k)) is calculated and the candidate moving speed Vmin is determined therefrom. Is called. The major difference from the control flow shown in FIG. 13 is that there is no distance conversion in step S106, and instead of comparing the distance D with the maximum detected distance Rmax in step S107, the distance D and the area distance Larea in step S206. (k) is being compared. Except for these two points, the control flow in this figure is the same as that described above.
[0046]
The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, the control using the converted obstacle distance and the control using the travel control area can be switched for each travel section, or both control methods can be used simultaneously. In the above description, the operation until the autonomous mobile device travels linearly and stops is described. However, control combined with control for changing the travel direction during travel and control for avoiding obstacles can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual block diagram of an autonomous mobile device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a detection angle range of a distance sensor in the apparatus.
FIG. 3A is a diagram of a weight conversion weight coefficient used in the above apparatus, and FIG. 3B is a polar coordinate display diagram of the weight coefficient.
FIG. 4 is a relationship diagram of time and distance in a uniform acceleration linear motion.
FIG. 5 is a relationship diagram of time and distance in a uniform acceleration linear motion.
FIG. 6 is a relationship diagram of time and distance in a uniform acceleration linear motion.
FIG. 7 is a plan view for explaining a rectangular traveling control area in the apparatus.
FIG. 8 is a plan view for explaining an elliptical travel control region in the apparatus.
FIG. 9 is a plan view for explaining correction of distance measurement values in the apparatus.
FIG. 10 is a plan view for explaining the application of the above correction to an elliptical travel control region.
FIG. 11 is a diagram for explaining setting of travel control conditions in the apparatus.
12A is a plan view for explaining a movement route in the apparatus, and FIG. 12B is a diagram for explaining a combination of travel control condition settings.
FIG. 13 is a control flow diagram of an autonomous movement control method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is another control flow diagram of the autonomous movement control method according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Autonomous mobile device
2 storage means
3 Environmental information acquisition means
4 Traveling means
5 Travel control means
A1, A2 Travel control area
D conversion obstacle distance, distance
PreDefAcc acceleration
PreDefDec deceleration
VPreDefMax maximum speed
Claims (3)
前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、及び減速度を記憶しており、
前記環境情報取得手段は、装置の進行方向前方の検出範囲を複数に分割、分担して検出し、分担した各検出範囲における障害物距離を計測し、
前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した換算障害物距離を算出し、
前記所定の最高速度、加速度、減速度、及び前記換算障害物距離に基づいて、
現在位置における現在の走行速度を初期値とし、等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求めると共に、
現在位置から前記所定の減速度の下で等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な現在位置における走行速度を初期値とし、その走行速度と前記所定の減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求め、
前記により求めた所定の制御周期後の走行速度のうち、いずれか大きい方の走行速度を、基礎速度として算出し、
角度に依存して求められたそれぞれの換算障害物距離に対して、現在位置における初期値としての現在の走行速度と前記所定の減速度とを用いて、各角度毎に上述の基礎速度を求め、これらの基礎速度のうち最小の速度を候補移動速度とし、
前記候補移動速度と、現在位置における現在の走行速度を初期値として前記所定の加速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後に達成できる速度である加速移動速度と、前記所定の最高速度と、のうち小さい方を指令速度とし、この指令速度を最終的に設定された走行速度とすることにより、ある中継点から次の中継点まで直線移動する際の進行方向の走行速度を制御周期毎に算出し設定して走行することを特徴とする自律移動装置。Storage means for storing traveling control conditions, environmental information acquisition means for detecting obstacles, measuring their positions and acquiring them as obstacle position information, traveling means for performing traveling, the traveling control conditions and obstacles In an autonomous mobile device comprising travel control means for controlling travel means based on position information,
The storage means stores a predetermined maximum speed, acceleration, and deceleration as traveling control conditions,
The environmental information acquisition means divides the detection range ahead of the traveling direction of the apparatus into a plurality of parts, and detects and measures the obstacle distance in each of the shared detection ranges,
The travel control means is a conversion obstacle with a weight added to consider the distance to the obstacle farther as the degree of the direction of the obstacle deviates from the traveling direction with respect to the distance to the obstacle acquired by the environmental information acquisition means. Calculate the distance,
Based on the predetermined maximum speed, acceleration, deceleration, and the reduced obstacle distance ,
The current running speed at the current position is set as an initial value, and the running speed after a predetermined control cycle from the current time is set under a deceleration that can be stopped at a position that is linearly decelerated linearly and advanced by the equivalent obstacle distance. Asking
The traveling speed at the current position at which the vehicle can stop at a position that is linearly decelerated linearly under the predetermined deceleration from the current position and advanced by the converted obstacle distance is set as an initial value, and the traveling speed and the predetermined deceleration Under the current time, find the running speed after a predetermined control cycle,
Of the traveling speeds after the predetermined control cycle determined above, the larger traveling speed is calculated as the basic speed,
Using the current traveling speed as the initial value at the current position and the predetermined deceleration for each converted obstacle distance determined depending on the angle, the above-described basic speed is obtained for each angle. , The minimum speed of these basic speeds as the candidate movement speed,
The candidate moving speed, the acceleration traveling speed that is a speed that can be achieved after a predetermined control cycle from the current time under the predetermined acceleration with the current traveling speed at the current position as an initial value, and the predetermined maximum speed, The smaller one of these is set as the command speed, and this command speed is set as the finally set travel speed, so that the travel speed in the traveling direction when moving linearly from one relay point to the next relay point for each control cycle. An autonomous mobile device characterized by calculating, setting and traveling.
前記環境情報取得手段は、装置の進行方向前方の検出範囲を複数に分割、分担して検出し、分担した各検出範囲における障害物距離を計測し、
走行移動時に前記環境情報取得手段により障害物位置情報として取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した換算障害物距離と、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて、
現在位置における現在の走行速度を初期値とし、等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求めると共に、
現在位置から前記所定の減速度の下で等減速度直線運動して前記換算障害物距離だけ進んだ位置で停止可能な現在位置における走行速度を初期値とし、その走行速度と前記所定の減速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後の走行速度を求め、
前記により求めた所定の制御周期後の走行速度のうち、いずれか大きい方の走行速度を、基礎速度として算出し、
角度に依存して求められたそれぞれの換算障害物距離に対して、現在位置における初期値としての現在の走行速度と前記所定の減速度とを用いて、各角度毎に上述の基礎速度を求め、これらの基礎速度のうち最小の速度を候補移動速度とし、
前記候補移動速度と、現在位置における現在の走行速度を初期値として前記所定の加速度の下で、現在時刻から所定の制御周期後に達成できる速度である加速移動速度と、前記所定の最高速度と、のうち小さい方を指令速度とし、この指令速度を最終的に設定された走行速度とすることにより、ある中継点から次の中継点まで直線移動する際の進行方向の走行速度を制御周期毎に算出し設定して走行することを特徴とする自律移動装置の自律移動制御方法。In an autonomous movement control method of an autonomous mobile device that performs traveling movement by controlling the traveling means based on the traveling control conditions stored in the storage means and the obstacle position information detected by the environment information acquiring means,
The environmental information acquisition means divides the detection range ahead of the traveling direction of the apparatus into a plurality of parts, and detects and measures the obstacle distance in each of the shared detection ranges,
The weight to consider the distance to the obstacle farther as the direction of the obstacle deviates from the traveling direction with respect to the distance to the obstacle acquired as the obstacle position information by the environmental information acquisition means during traveling movement is added. Based on the converted obstacle distance and the predetermined maximum speed, acceleration, and deceleration stored by the storage means ,
The current running speed at the current position is set as an initial value, and the running speed after a predetermined control cycle from the current time is set under a deceleration that can be stopped at a position that is linearly decelerated linearly and advanced by the equivalent obstacle distance. Asking
The traveling speed at the current position at which the vehicle can stop at a position that is linearly decelerated linearly under the predetermined deceleration from the current position and advanced by the converted obstacle distance is set as an initial value, and the traveling speed and the predetermined deceleration Under the current time, find the running speed after a predetermined control cycle,
Of the traveling speeds after the predetermined control cycle determined above, the larger traveling speed is calculated as the basic speed,
Using the current traveling speed as the initial value at the current position and the predetermined deceleration for each converted obstacle distance determined depending on the angle, the above-described basic speed is obtained for each angle. , The minimum speed of these basic speeds as the candidate movement speed,
The candidate moving speed, the acceleration traveling speed that is a speed that can be achieved after a predetermined control cycle from the current time under the predetermined acceleration with the current traveling speed at the current position as an initial value, and the predetermined maximum speed, The smaller one of these is set as the command speed, and this command speed is set as the finally set travel speed, so that the travel speed in the traveling direction when moving linearly from one relay point to the next relay point for each control cycle. An autonomous movement control method for an autonomous mobile device, characterized by calculating, setting and traveling.
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