JP4518033B2 - 経路作成方法、移動体および移動体制御システム - Google Patents

経路作成方法、移動体および移動体制御システム Download PDF

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Description

本発明は、複数の点をつなぎ合わせて生成された離散経路から、滑らかな経路を作成するための経路作成方法、および移動するための経路を作成し、作成した経路に沿って移動する移動体、および移動体を制御するための移動体制御システムに関する。
近年、屋外の限られたエリアや、屋内といった所定の移動領域を自律的に移動する、車両や歩行ロボットなどの移動体、および超小型ヘリコプタなどの3次元空間内を移動する移動体が開発されている。
このような移動体を移動させるためには、移動領域内での移動体の自己位置を認識させるだけでなく、移動体が目的地まで移動しようとする移動経路を予めまたはリアルタイムに作成する必要がある。律移動体は、このように作成された移動経路に沿って移動するように制御され、目的地まで移動することができる。
前述の移動経路は、通常、移動領域内における通過点を複数特定し、これらの通過点をつなぎ合わせて作成される。つまり、移動開始を行う移動始点から、移動を停止する移動終点までに、移動体が通過する通過点を定め、これらの通過点を通るように移動始点と移動終点とをつなぎ合わせることで、移動始点から移動終点までの移動経路を作成する。(例えば特許文献1、2)
このような移動体の移動経路を作成する手法の一つとして、移動領域内に、略一定間隔に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写して作成した領域マップを求め、この領域マップを用いて移動経路を作成する手法が知られている。この移動経路作成手法は、領域マップ上の格子点を通過点として複数選択し、この通過点を通過するように移動始点から移動終点までを結んで離散経路を生成し、この離散経路を移動経路とするものである。このような移動経路作成方法の場合、格子点を結んで得られる離散経路の長さが最も短くなるような格子点を選択することで、領域内の移動始点から移動終点までを最短距離に結ぶ移動経路を作成することができる。(例えば特許文献3)
特開平6−34386号公報 特開2000−541481号公報 特開2003−266345号公報
しかしながら、このようなグリッド線が仮想的に描写された領域マップ内を用いて作成された移動経路は、直線と直線とがつなぎ合わされて作成される離散経路であるため、得られる経路はつなぎ合わせた部分が直交する形状となっている。そのため、このように作成された移動経路に基づいて移動体を移動させた場合、直交した部分の経路に移動体の動きを追従させることができない。
また、このような離散経路に移動体を追従させて移動させるために、前述のつなぎ合わせた部分の経路に丸みをもたせるように、部分的な経路修正を行ったとしても、前記つなぎ合わせた部分の形状の曲率が、ある程度大きくなってしまう。したがって、これらのつなぎ合わせの部分を全て修正すると、生成された当初の離散経路の形状が保たれなくなる。そのため、グリッド線が仮想的に描写された領域マップ内を移動体が移動する場合に、当初移動を計画した離散経路の形状に基づいた移動計画が立てられなくなる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、平面上や空間内において位置および順序が特定された複数の座標点により得られる離散経路の形状を、ある程度保つような連続経路を作成するための経路作成方法を提供することを目的とするものである。
さらに、本発明は、前述のように平面上や空間内において位置および順序が特定された複数の座標点が与えられた場合に、これらの複数の座標点から生成される離散経路の形状をある程度保った連続経路に沿って移動可能な移動体を提供することをも目的とする。
さらに、本発明は、前述のように平面状において位置および順序が特定された複数の座標点が与えられた場合に、これらの複数の座標点から離散経路を生成し、この離散経路の形状をある程度保った連続経路を作成し、移動体をこの連続経路に追従させて移動させることができる移動体制御システムを提供することをも目的とする。
本発明にかかる経路作成方法は、2次元以上の多次元空間内において、N個の座標点からなる座標点集合を一定の順序でつなぎ合わせて生成される離散経路から、当該離散経路上のN個の座標点のそれぞれの座標値を変換して、滑らかな連続経路上のN個の座標点の座標値を算出することにより当該連続経路を作成する経路作成方法であって、
前記連続経路を媒介変数t(ただし、tはt:0≦t≦N−1を満たす任意の実数で、前記離散経路の節点に相当する値)を用いて表現した場合に、前記連続経路上の任意の点として表される点Aの座標値を、前記座標点集合に含まれる、tに最も近い整数番目の座標点(以下、対応座標点という)の座標値が、前記点Aの座標値に最も大きく影響を与えるように、前記対応座標点を含む連続した複数の座標点の座標値に基づいて算出する算出処理を、前記離散経路上のN個の座標点のそれぞれにおいて実行して前記連続経路上のN個の座標点の座標値を算出することを特徴とするものである。
上述のような経路作成方法によれば、多次元空間内(例えば平面上や空間内)に特定されたN個の座標点を一定の順序でつなぎあわせた離散経路は、座標点集合中の、tに最も近い値となる順序の座標点の座標値に最も大きく影響が与えられた経路に修正される。言い換えると、作成された経路(以下、連続経路という)は、前記離散経路上に位置する複数の座標点が移動する先の座標値を、各座標点の座標値の重み付け移動平均を算出することによって求め、前記複数の座標点が移動した後の各点を集めることで、連続経路が作成されている。このように連続経路を作成することによって、前記連続経路を、前記座標点集合に含まれる座標点を一定の順序でつなぎあわせた離散経路の形状をある程度保つように作成することができる。
また、複数の座標点の座標値と、媒介変数tの値とで特定される関数に基づいて、前記点Aの座標値を算出するようにしてもよい。このようにすると、連続経路上の任意の点として表される点Aの座標値を簡単に求めることができる。
さらに、このような関数としては、前記複数の座標点のうち、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与えるように重み付けされていることが好ましい。このような関数を用いると、作成された経路(連続経路)が、離散経路の形状を保つ度合いを大きくすることができる。
また、前記複数の座標点が、前記対応座標点よりも早い順序のn/2個(n:2Nを超えない偶数)の連続した座標点から構成される第1座標点集合と、前記対応座標点よりも遅い順序のm/2個(m:2Nを超えない偶数)の連続した座標点から構成される第2座標点集合と、から構成されていてもよい。
また、前記第1座標点集合の個数(n/2)と、第2座標点集合の個数(m/2)の合計が、座標点集合の座標点数(N)よりも小さく、これらの個数を選ぶことができるのであれば、前記第1座標点集合の個数(n/2)と、第2座標点集合の個数(m/2)との個数を等しくしてもよい。このような個数n/2,m/2の選び方は、作成する経路の形状や初めに与えられた座標点集合に含まれる座標点の個数に応じて適宜定めればよい。
なお、前記点Aの座標値を算出する複数の座標点の数が増えるほど、作成される連続経路の全体形状は滑らかになるが、形状の滑らかさの度合いに応じて、元の離散経路の形状から遠ざかることになる。逆に、点Aの座標値を算出するための座標点の数を減らすと、元の離散経路の形状を保つ度合いが大きくなる。そのため、前記点Aの座標値を算出するための座標点の数は、離散経路の形状を維持する度合いと、作成する連続経路の滑らかさとを考慮して、適宜定めればよい。
なお、本発明に係る経路作成方法は、多次元空間内におけるN個の座標点の座標値と、それらをつなぎ合わせる順序とが特定されれば、経路作成を可能とするものである。すなわち、これらの座標点を必ずしも実際につなぎ合わせて離散経路を生成する必要はなく、仮想的に離散経路を生成するものであってもよい。
そして、本発明にかかる移動体は、2次元以上の多次元空間内を移動領域として、前記多次元空間内において特定された移動始点から、同じく前記多次元空間内において特定された移動終点までを移動するものであって、前記多次元空間内に前記移動始点および移動終点を含むN個の座標点集合を特定し、これらの座標点集合から、上記の経路作成方法を用いて連続経路を作成し、作成された連続経路を移動経路とし、この移動経路に基づいて前記移動領域を移動することを特徴とする。
このような移動体は、移動する領域内において、通過点としての複数の座標点(座標点集合)を大まかに定め、その通過点を通過する順序を特定すると、その通過点を結んで生成される離散経路の形状をある程度保った連続経路を移動経路として移動するものである。
なお、このような移動体としては、定められた複数の座標点を結んで離散経路を作成せず、座標点集合とその座標点集合を通過する順序だけを定めるだけで、前述の経路作成方法を用いることで作成された連続経路を移動経路とするものであってもよい。
また、本発明にかかる移動体制御システムは、2次元以上の多次元空間内を移動領域として、前記多次元空間内を移動可能な移動体と、前記多次元空間内で特定されたN個の座標点の各座標値に基づいて移動体を移動させるように制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記N個の座標点のうち、特定の座標点を多次元空間内における移動始点および移動終点としてそれぞれ特定した後に、前記移動始点から移動終点までをつなぐ経路を、前記N個の座標点を座標点集合として上記の経路作成方法を用いて作成し、作成された連続経路を移動経路として、この移動経路に基づいて前記移動体を移動させるように制御することを特徴とする。
このような移動体制御システムは、移動体の移動を制御する制御部が、移動体の通過する点(座標点集合)を定め、離散経路を実際にまたは仮想的に生成した後、その離散路に基づいて連続経路を作成し、この連続経路を移動経路として前記移動体を移動させる。したがって、制御部が移動体の移動領域についてのマップ情報を記憶しており、このマップ情報に基づいて移動体を移動させる経路を定める場合に、本発明を効果的に用いることができる。
また、前記移動体制御システムにおいて、前記制御部が、多次元空間内において個の座標点を特定し、これらの座標点から特定の座標点を多次元空間内における移動始点および移動終点としてそれぞれ特定し、前記移動始点から移動終点までをつなぐ連続経路を前記N個の座標点を座標点集合として上記の経路作成方法を用いて作成する経路作成部と、前記経路作成部で作成された連続経路に沿って移動体を移動させるための移動信号を生成し、移動体に対して前記移動信号を送信する移動信号送信部と、を備えており、前記移動体が、制御部からの移動信号を受けて、前記多次元空間内を移動始点から移動終点に到達するように移動するものであってもよい。
なお、前記移動体制御システムは、移動体の通過する点(座標点集合)を定めた後に、離散路を実際に作成せずに、座標点集合の各座標値と、その座標点集合に含まれる座標点を通過する順序を定めるだけで、移動体の移動経路を作成するものであってもよい
以上、説明したように、本発明によると、多次元空間において位置および順序が特定された複数の座標点により得られる離散経路の形状をある程度保つような連続経路を作成するための経路作成方法を提供することができる。
さらに、多次元空間内において位置および順序が特定された複数の座標点が与えられた場合に、これらの複数の座標点から生成される離散経路の形状をある程度保った連続経路に沿って移動可能な移動体を提供することもできる。
さらに、本発明は、前述のように平面状において位置および順序が特定された複数の座標点が与えられた場合に、これらの複数の座標点から離散経路を作成し、この離散経路の形状をある程度保った連続経路を作成し、移動体をこの連続経路に追従させるように移動させることができる移動体制御システムを提供することをもできる。
発明の実施形態1.
以下に、図を参照しつつ本発明の実施の形態1にかかる経路作成方法について説明する。この実施形態においては、多次元空間の一例として平面上における経路作成方法について説明する。図1は、座標平面上に、47個(N=47)の座標点集合{a(x,y),a(x,y),a(x,y),...a46(x46,y46)}が配置された様子を示している。なお、図1に示すように、前記座標点集合は、略一定間隔dに配置された格子点を結ぶグリッド線22が仮想的または現実的に描写された領域21内に含まれており、かつ、これらの座標点集合は、グリッド線22上に配置されている。そして、これらの座標点集合をこの順序でつなぎ合わせて作成された離散経路30が、領域21内に生成されている。この離散経路30は、前記座標点集合を所定の順序でつなぎ合わせて作成されるものであるが、本実施形態では、座標点の一部(本実施形態ではa,a,a,a,a12,a16,a20,a22,a25〜a32,a38,a41,a42,a45)において、つなぎ合わせる直線が直交している。
次に、このような領域21内に作成された離散経路の形状を部分的に保つように得られる経路(以下、連続経路という)について図2から図5を用いて説明する。この連続経路は、離散経路30上の各点を各々別の位置に移動させ、その移動後の各点を集めることで作成されるものである。
図2は、前記座標点集合の一部である10個の座標点{a(x,y),a(x,y),a(x,y),...a14(x14,y14)}を抽出した様子を示すものであり、これらの10個の座標点を用いて、座標点a(x,y)を座標点A(X,Y)に移動させる例について説明する。なお、本実施形態では、前記10個の座標点の座標値として、点Aの対応座標点aのx座標、y座標に基づいて、点Aの座標点であるx座標(X)、y座標(Y)をそれぞれ求める。
また、本実施形態で点Aの座標点を算出するために用いる関数をf(i,t)とすると、点Aのx座標であるX、y座標であるYは、それぞれ以下の式1,2に示すように表される:
Figure 0004518033

・・・・・・式1
Figure 0004518033

・・・・・・式2
ただし、上記の式1および式2において、f(i,t)はA(X,Y)の対応座標点a(x,y)のx座標およびy座標の値が最も大きく影響を与えるように(重み付けを行うように)、この対応座標点を含む連続した複数の座標点の座標値(x座標およびy座標)に基づいて、点Aの座標値(x座標Xおよびy座標Y)を、それぞれ算出するための関数である(この場合、t=9,i=0,1,2,...9)。この関数の定め方については後述するが、関数f(i,t)の具体的な一例を以下の式3に示す:
Figure 0004518033

・・・・・・式3
また、式3におけるq(i,t)は以下の式4に示す式で表されるiおよびtに基づく変数である。なお、式4において、int(t)は、実数tの小数点以下第1位を四捨五入することで得られる整数である。
Figure 0004518033

・・・・・・式4
これらの式1〜式4から、X、Yの値はx〜x14,y〜y14を用いると、それぞれ以下の式5および式6に示すように表すことができる。
Figure 0004518033

・・・・・・式5
Figure 0004518033

・・・・・・式6
上記式5および式6に、座標値(x〜x14およびy〜y14)を代入すると、座標値X、Yを算出することができる。このような座標値の算出方法によって、点A(X,Y)は、この点に対応する対応座標点a(x,y)のx座標およびy座標の値が最も大きく影響を与えるように、かつ、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与えるように、前記対応座標点を含む連続した複数の座標点のx座標およびy座標の値に基づいて求めることができる。
上述の例においては、点A(X,Y)として、t=9である一例を示したが、tが0≦t≦Nを満たす全てのtについて点A(X,Y)の値を算出することができる。このように、本経路作成方法により得られる連続経路上の任意の点として表される点Aの座標値(x座標:Xおよびy座標:Y)を、座標点{a(x,y),a(x,y),a(x,y),...aN−1(xN−1,yN−1)}の座標値(x座標およびy座標)を用いて一般的に表した式を以下の式7に示す。
Figure 0004518033

・・・・・・式7
また、関数f(i,t)は、点A(X,Y)に対応する座標点集合中の対応座標点を含むのx座標およびy座標の値が最も大きく影響を与えるように、かつ、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与えるように、前記対応座標点を含む連続した複数の座標点のx座標およびy座標の値に基づいて、点Aのx座標およびy座標を求めるための関数である。
前述の例ではtが整数(例としてt=9)の場合を説明したが、tが座標点数Nを超えない0以上の実数である場合について、一般式を以下の式8に示す。
Figure 0004518033

・・・・・・式8
なお、前記式8におけるp(i,t)の一般式は、例えば以下の式9のように表される。
Figure 0004518033

・・・・・・式9
このように関数f(i、t)を定めると、tが0以上かつ座標点数Nを超えない範囲で任意の値をとっても、座標点集合{a(x,y),a(x,y),a(x,y),...a46(x46,y46)}中の特定の個数(例えばn個)の座標点の座標値を用いて点A(X,Y)を表すことができる。
次に、前記関数f(i,t)の定め方について詳細に説明する。前記関数は、点A(X,Y)に対応する対応座標点a(x,y)を暫定的に定め、この点a(x,y)のx座標およびy座標の値が最も大きく影響を与えるように、かつ、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与えるように、点A(X,Y)のx座標およびy座標の値を算出する関数の一例である。以下、詳細に説明する。
式8に示される関数f(i,t)はtについての5次関数で表されているが、これは、以下のような理由により定められている。すなわち、関数f(i,t)は、
(1)対象となる点A(X,Y)の対応座標点の座標値に最も大きく影響を受け、かつ、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与える
(2)座標点集合を用いて特定された点A(X,Y)が、滑らかな曲線となるように定められる
という2つのの条件を満たすものである。ここで、f(i,t)をtについての関数とすると、
f(0)=0,f(1)=1,f'(0)=0,f'(1)=0,f"(0)=0,f"(1)=0
の6つの条件を満たすと都合がよい。言い換えると、このような条件を満たすような関数は、対応座標点の座標値に最も大きく影響を受け、かつ、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与えるとともに、作成した連続経路が全ての点において連続であり、かつ座標値の変動が連続的であり、かつ、座標値の変動の度合い(2階微分値)も連続的であるため、作成される連続経路は滑らかな形状となる。
そして、上述の6つの条件により定められる多項式で特定される関数は、5次関数の場合、f(i,t)=at+bt+ct+dt+et+fに上記6つの条件を代入すると、a=6,b=15,c=−10,d=e=f=0となり、前述の式8で示されるような5次関数となる。
なお、本発明における関数は、上述のような5次関数に限られるものではなく、必要に応じて適宜定められるものである。例えば、作成される連続経路の滑らかさがそれほど必要では無い場合、前記f(i,t)をtについての1階微分値まで特定すればよい場合もある。そのような場合、f(i,t)は、tについての3次関数で求められる。逆に、作成される連続経路に含まれる曲線をより滑らかなものとする場合は、tについての3階微分値まで特定してもよい。この場合は、関数f(i,t)はtについての7次関数で求められる。なお、関数f(i,t)は高次関数のみならず、三角関数を用いて上述のような重み付けを行うように定められてもよい。
図3に、式8で示される関数f(i,t)の一部を概略的に示す。図3に示す関数f(i,t)は、区間の始点(t=0)で0、区間の終点(t=1)で1の値をとるとともに、これらの始点および終点で1階微分値、2階微分値が0となるように定められる。
なお、連続経路を作成するために用いる連続な座標点のうち、第1座標点集合に含まれる座標点を移動させるための関数は、図3に示すf(i,t)で表されるが、第2座標点集合に含まれる座標点を移動させるための関数は、この関数f(i,t)と対称(線対称)の関数:1−f(i,t)で表されることになる。このような関数f(i,t)と1−f(i,t)とを組み合わせることで、前記条件(1):『対象となる点A(X,Y)の対応座標点の座標値に最も大きく影響を受け、かつ、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与える』ように、重み付けを与えることができる。
図4に、このように定められた関数f(i,t)の一例を示す。なお、この例において、図3におけるtの範囲(0〜1)を、0〜10に拡大したものであり、t=0,1,2,...9についてそれぞれ関数f(i,t)を求めている。
また、前述の例では、点A(X,Y)を10個の座標点により求める場合を示したが、例えばt=3の場合に10個の座標点により点Aを求めようとすると、点A(X,Y)に対応する対応座標点a(x,y)の前後5点ずつの座標点のうち、第1座標点集合(対応座標点よりも早い順序の座標点集合)の一部を選択することができない。この場合は、選択できる座標点のみ(すなわち、対応座標点aよりも早い順序の座標点は3点、遅い順序の座標点は5点)を用いて点Aの座標値を求めてもよいが、選択できる最後の座標点を不足する座標点に置き換えることで点Aの座標値を求めてもよい。その場合、前記式7に示すq(i、t)および式9に示すp(i、t)は、以下の式10、式11のように表されることになる。
Figure 0004518033

・・・・・・式10
Figure 0004518033

・・・・・・式11
このようにp(i,t)およびq(i,t)を定めることで、求められる経路の始点付近(t<n/2−1)および終点付近(N−n/2≦t)における点Aの座標値(X,Y)を求めることができる。
前述のように10個の座標点により算出された点Aの座標値(X,Y)を、離散経路30に基づいて得られる連続経路40として、領域21内に離散経路30とともに描写した様子を図5に示す。このように、本発明に係る経路作成方法により作成された連続経路40は、離散経路の形状をある程度保ちながら滑らかな形状をとることがわかる。
なお、前述のような関数を用いて連続経路を作成する場合、点Aの座標値を求めるための座標点の点数を増やせば増やすほど、得られる連続経路は滑らかな曲線となるが、その一方、離散経路の形状から遠ざかることになる。図6に、座標点の点数を変化させた場合に得られる連続経路を作成した結果を示す。図6において、実線で描かれているのが6点の座標点により得られた連続経路41、一点連鎖で描かれているのが10点の座標点により得られた連続経路40、破線で描かれているのが14点の座標点により得られた経路42を表している。この図から明らかなように、用いる座標点の数が少ないほど離散経路の形状をより強く保つような経路を作成し、用いる座標点の数が多いほど離散経路の形状から遠ざかるような経路が作成される。
また、離散経路を生成する座標点集合が、略一定間隔dに配置された格子点を結ぶグリッド線が描写された領域の格子点上に存在する場合、格子点上に存在する座標点集合をつないで生成される離散経路と、離散経路から求められる連続経路との距離が間隔dよりも小さい方が好ましい。例えば、図7(a)に示すように、座標点集合により得られる離散経路と、この離散経路から前述の関数を用いて得られる連続経路との距離Dを定めると、この距離Dはできるだけ間隔dよりも小さく保たれる方がよい。図7(b)は、用いる座標点の数を変化させた場合の距離Dと間隔dとの比(D/d)の値の変化を示しており、この例の場合では、距離Dが間隔dより小さく収まる座標点の数は10点であることがわかる。
次に、本発明に係る経路作成方法を用いて移動体が移動するための連続経路を作成し、作成された連続経路に沿って移動する移動体について、説明する。
図8は、領域21に相当する床部60上の限られたエリアP(破線に囲まれた領域)の内部を、移動体としての車両50が自律的に移動する実施形態を概略的に示している。また、床部60上のエリアP内には部分的に物体が載置されており、車両50はエリアP内をこれらの物体を避けるように移動する。以下、詳細に説明する。
図9に示すように、車両50は、箱型の車両本体50aと、1対の対向する車輪51、51と、キャスタ52を備える対向2輪型の車両であり、これらの車輪51、51、キャスタ52とで車両本体50aを水平に支持するものである。さらに、車両本体50aの内部には、車輪51、51をそれぞれ駆動する駆動部(モータ)53、53と、車輪の回転数を検出するためのカウンタ54と、車輪を駆動するための制御信号を作成し、駆動部53、53にその制御信号を送信する演算部55が備えられている。そして、演算部55内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域55aには、制御信号に基づいて車両50の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するためのプログラムが記録されている他、領域21について予め作成されたグリッドマップなどが記録されている。前述の移動速度や移動距離などは、カウンタ54で検知された車輪51、51の回転数に基づいて求められている。
また、車両本体50aの前面には、移動する方向に現れた障害物等を認識するためのカメラ等の障害物検知手段56が固定されており、この障害物検知手段56で認識した障害物の画像や映像等の情報が演算部15に入力される。車両本体50aの上面には、自己位置を認識するためのアンテナ57が備えられており、例えば図示しないGPS等からの位置情報を受け取り、演算部55においてその位置情報を解析することにより、自己の位置を前記グリッドマップ上において正確に認識することができる。その結果、前記プログラムに従って車両の移動する方向や速度等が決定される。
このような車両50は、障害物検知手段56でエリアP内に載置された物体の位置を障害物の位置として検知する。そして、エリアPを示すマップ上にそれらの物体の位置を配置し、自らの移動始点と移動終点とを特定すると、これらの物体を避けるような連続経路を作成する。このとき、前記マップ上において、前記物体の配置された場所の周囲について、所定距離に含まれる範囲を移動禁止区域として避けつつ、移動時に通過する座標点を抽出する。そして、前記座標点を所定の順序でつなぎ合わせることで離散経路を作成した後に、前記座標点から特定の数の座標点を抽出して、前述のように、抽出された座標点の座標値に基づいて、離散経路から連続経路を作成し、この連続経路を移動経路とする。
このようにして作成された連続経路(移動経路)に沿って、車両50はエリアP内を移動始点から移動終点まで移動する。前記移動経路は、エリアP内に存在する物体の位置を避けるように作成されているため、車両50はエリア内の障害物を避けつつ、移動始点から移動終点までを移動することができる。また、前記作成された連続経路(移動経路)は、その経路に含まれる曲線の形状が滑らかに作成されているため、車両50の移動がスムーズに行われる。
なお、障害物検知手段は、必ずしも車両に備えられている必要はなく、車両の外部に設けられたカメラ等で検知を行ってもよい。同様に、障害物検知手段によって得られた物体のエリアP内での位置や、エリアP内におけるマップ上での物体の配置、および離散経路の生成などは、車両外部に設けられた制御部(例えばPC)で行っても構わない。そのような実施形態の場合、車両は車両外部のPCから、車両の移動を制御するための移動信号を受信することで、前記制御部にて作成された連続経路(移動経路)に沿った移動を行うことになる。このように、移動体の外部に設けられた制御部から、移動体の移動すべき経路を特定し、移動体に対して移動信号を送信するような移動体制御システムに対しても、本発明は好適に適用し得る。
以上、説明したように、本発明にかかる経路作成方法は、移動体の自律的な移動において有効に用いられる。また、このような経路作成機能を移動体に備えさせた場合、移動体は移動領域内を容易に自律的に移動することができる。また、移動体の外部に設けられた制御部から、移動体の移動すべき移動経路を特定するような移動信号を移動体に対して送信することによって、移動体を任意に移動領域内で移動させることができる。
なお、前述の実施形態においては、平面上を移動する移動体について説明をしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、空中を飛行するような移動体(例えば、小型のヘリコプタや産業用ロボットハンドなど)であっても、本発明における経路作成方法を用いることができる。すなわち、空間内に特定された複数の座標点により得られる離散経路の形状をある程度保つような連続経路に基づいて、その移動を制御することが可能である。
本願発明の第1の実施形態である経路作成方法を説明するために用いられる、座標平面上に47個(N=47)の座標点集合が配置された様子を示す概略図である。 図1に示す座標点集合中の特定の座標点aを、点aを含む10個の座標点の座標値を用いて座標点をAの位置に移動させた様子を示す概略図である。 関数f(i,t)の一部を概略的に示すグラフである。 図3におけるtの範囲(0〜1)を、0〜10に拡大し、t=0,1,2,...9について求めた関数f(i,t)を表すグラフである。 10個の座標点により表された点A(X,Y)を、離散経路から得られた連続経路として領域内に描写した様子を示す概略図である。 座標点の個数を6点、10点、14点に変化させた場合に得られる連続経路を示す概略図である。 座標点集合により得られる離散経路と、この離散経路に基づいて得られる連続経路との距離Dに対する、グリッド間隔dの相対比を、座標点数を変化させて算出した様子を示す図である。 エリアPの内部を、車両が自律的に移動する実施形態を概略的に示す概略図である。 車両50の構造を概略的に示す概略図である。
符号の説明
21 ・・・領域
30 ・・・離散経路
40,41,42・・・連続経路
50 ・・・車両(移動体)
P ・・・エリア

Claims (8)

  1. 2次元以上の多次元空間内において、N個の座標点からなる座標点集合を一定の順序でつなぎ合わせて生成される離散経路から、当該離散経路上のN個の座標点のそれぞれの座標値を変換して、滑らかな連続経路上のN個の座標点の座標値を算出することにより当該連続経路を作成する経路作成方法であって、
    前記連続経路を媒介変数t(ただし、tはt:0≦t≦N−1を満たす任意の実数で、前記離散経路の節点に相当する値)を用いて表現した場合に、前記連続経路上の任意の点として表される点Aの座標値を、前記座標点集合に含まれる、tに最も近い整数番目の座標点(以下、対応座標点という)の座標値が、前記点Aの座標値に最も大きく影響を与えるように、前記対応座標点を含む連続した複数の座標点の座標値に基づいて算出する算出処理を、前記離散経路上のN個の座標点のそれぞれにおいて実行して前記連続経路上のN個の座標点の座標値を算出することを特徴とする経路作成方法。
  2. 前記複数の座標点の座標値と、媒介変数tの値とで特定される関数に基づいて、前記点Aの座標値を算出することを特徴とする請求項1に記載の経路作成方法。
  3. 前記関数が、前記複数の座標点のうち、対応座標点から離れた順序の座標点ほど影響を小さく与えるように特定されていることを特徴とする請求項2に記載の経路作成方法。
  4. 前記複数の座標点が、前記対応座標点よりも早い順序のn/2個(n:2Nを超えない偶数)の連続した座標点から構成される第1座標点集合と、前記対応座標点よりも遅い順序のm/2個(m:2Nを超えない偶数)の連続した座標点から構成される第2座標点集合と、からなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の経路作成方法。
  5. 前記第1座標点集合の個数(n/2)と、第2座標点集合の個数(m/2)とが等しく、これらの個数の合計が、座標点集合の座標点数(N)よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の経路作成方法。
  6. 2次元以上の多次元空間内を移動領域として、前記多次元空間内において特定された移動始点から、同じく前記多次元空間内において特定された移動終点までを移動する移動体であって、
    前記多次元空間内に前記移動始点および移動終点を含むN個の座標点集合を特定し、これらの座標点集合から、前記請求項1〜5に記載の経路作成方法を用いて経路を作成し、
    作成された経路を移動経路とし、この移動経路に基づいて前記移動領域を移動することを特徴とする移動体。
  7. 2次元以上の多次元空間内を移動領域として、前記多次元空間内を移動可能な移動体と、前記多次元空間内で特定されたN個の座標点の各座標値に基づいて移動体を移動させるように制御する制御部と、を備えた移動体制御システムであって、
    前記制御部が、前記N個の座標点のうち、特定の座標点を多次元空間内における移動始点および移動終点としてそれぞれ特定した後に、前記移動始点から移動終点までをつなぐ経路を、前記N個の座標点を座標点集合として請求項1〜5に記載の経路作成方法を用いて作成し、
    作成された経路を移動経路として、この移動経路に基づいて前記移動体を移動させるように制御することを特徴とする移動体制御システム。
  8. 前記制御部が、多次元空間内において個の座標点を特定し、これらの座標点から特定の座標点を多次元空間内における移動始点および移動終点としてそれぞれ特定し、前記移動始点から移動終点までをつなぐ経路を前記N個の座標点を座標点集合として請求項1〜5に記載の経路作成方法を用いて作成する経路作成部と、
    前記経路作成部で作成された経路に沿って移動体を移動させるための移動信号を生成し、移動体に対して前記移動信号を送信する移動信号送信部と、を備えており、
    前記移動体が、制御部からの移動信号を受けて、前記多次元空間内を移動始点から移動終点に到達するように移動することを特徴とする請求項7に記載の移動体制御システム。
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