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

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_ｔ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_ｔ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_ｔ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_ｔ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_ｔ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_ｔ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_ｔ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_０（ｘ_０，ｙ_０），ａ_１（ｘ_１，ｙ_１），ａ_２（ｘ_２，ｙ_２），．．．ａ_４６（ｘ_４６，ｙ_４６）｝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_３，ａ_５，ａ_８，ａ_９，ａ_１２，ａ_１６，ａ_２０，ａ_２２，ａ_２５〜ａ_３２，ａ_３８，ａ_４１，ａ_４２，ａ_４５）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_５（ｘ_５，ｙ_５），ａ_６（ｘ_７，ｙ_７），ａ_８（ｘ_８，ｙ_８），．．．ａ_１４（ｘ_１４，ｙ_１４）｝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_９（ｘ_９，ｙ_９）を座標点Ａ_９（Ｘ_９，Ｙ_９）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_９の対応座標点ａ_９のｘ座標、ｙ座標に基づいて、点Ａ_９の座標点であるｘ座標（Ｘ_９）、ｙ座標（Ｙ_９）をそれぞれ求める。

また、本実施形態で点Ａ_９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_９のｘ座標であるＸ_９、ｙ座標であるＹ_９は、それぞれ以下の式１，２に示すように表される：

・・・・・・式１

・・・・・・式２

ただし、上記の式１および式２において、ｆ（ｉ，ｔ）はＡ_９（Ｘ_９，Ｙ_９）の対応座標点ａ_９（ｘ_９，ｙ_９）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_９の座標値（ｘ座標Ｘ_９およびｙ座標Ｙ_９）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：

・・・・・・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。

・・・・・・式４

これらの式１〜式４から、Ｘ_９、Ｙ_９の値はｘ_５〜ｘ_１４，ｙ_５〜ｙ_１４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。

・・・・・・式５

・・・・・・式６

上記式５および式６に、座標値（ｘ_５〜ｘ_１４およびｙ_５〜ｙ_１４）を代入すると、座標値Ｘ_９、Ｙ_９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_９（Ｘ_９，Ｙ_９）は、この点に対応する対応座標点ａ_９（ｘ_９，ｙ_９）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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔの座標値（ｘ座標：Ｘ_ｔおよびｙ座標：Ｙ_ｔ）を、座標点｛ａ_０（ｘ_０，ｙ_０），ａ_１（ｘ_１，ｙ_１），ａ_２（ｘ_２，ｙ_２），．．．ａ_Ｎ−１（ｘ_Ｎ−１，ｙ_Ｎ−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。

・・・・・・式７

また、関数ｆ（ｉ，ｔ）は、点Ａ_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ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。

・・・・・・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。

・・・・・・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_０（ｘ_０，ｙ_０），ａ_１（ｘ_１，ｙ_１），ａ_２（ｘ_２，ｙ_２），．．．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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）に対応する対応座標点ａ_ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）を暫定的に定め、この点ａ_ｔ（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ）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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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^５＋ｂｔ^４＋ｃｔ^３＋ｄｔ^２＋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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔを求めようとすると、点Ａ_３（Ｘ_３，Ｙ_３）に対応する対応座標点ａ_３（ｘ_３，ｙ_３）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_３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_ｔ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_ｔ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。

・・・・・・式１０

・・・・・・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_ｔの座標値（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔの座標値（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ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_９を、点ａ_９を含む１０個の座標点の座標値を用いて座標点をＡ_９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_ｔ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）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_ｔ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_ｔ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_ｔ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Ｎ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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