JP5275152B2 - 走行方向制御装置および移動体 - Google Patents
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Description
(2)移動体の周囲に存在する障害物を回避する機能
移動体は、通過すべき理想的な経路が与えられ、理想的な経路の走行を試みる。移動体が理想的な経路を走行中、あらかじめ知ることのできない障害物を検出した場合には、衝突を回避する必要がある。移動体は、経路を修正し、障害物を回避したのち再び理想的な経路に復帰する。このような制御を繰り返し、目的地に到達する。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係る自律走行制御に基づいて移動体1が走行するルートを示す図である。移動体1は、出発点31を出発し、最終目的地36を目指して走行する。移動体1は、途中、通過点32、33、34、35を通過する。移動体1は、理想的には、出発点31と通過点32、通過点32と通過点33、通過点33と通過点34、通過点34と通過点35、通過点35と最終目的地36とを結ぶ直線上を走行する。つまり、移動体1は、出発点31と通過点32とを結ぶ線分41、通過点32と通過点33とを結ぶ線分42、通過点33と通過点34とを結ぶ線分43、通過点34と通過点35とを結ぶ線分44、通過点35と最終目的地36とを結ぶ線分45上を走行する。
本実施の形態の移動体1は、車体の左右に独立して駆動可能な車輪を備える差動二輪型の車両である。左右の車輪にはそれぞれモータが取り付けられており、独立して車輪速度を制御することができる。左右の車輪の回転速度を調整することで、走行速度および走行方向の設定を行うことができる。また、左右の車輪の回転速度を調整することで、移動体1に旋回動作を行わせることができる。
図4は、自律走行制御部11をより詳細に説明するためのブロック図である。自律走行制御部11は大きく分けてナビゲーション部、ガイダンス部、制御部の3つのブロックで構成される。
ナビゲーション部は、拡張カルマンフィルタ(Extended Kalman Filer、EKF)116を備える。
ガイダンス部は、目標方向算出部111を備える。目標方向算出部111は、大域的な経路追従と局所的な障害物回避とを組み合わせ、最終目標方向θd(rad)を算出する。
再び図4を参照する。目標方向算出部111において算出された最終目標方向θdは、演算部112に入力される。また、演算部112は、拡張カルマンフィルタ116から出力された現在方向θcを入力する。演算部112は、最終目標方向θdから現在方向θcを減算する。この減算値は、増幅部113において増幅されて目標角速度ωd(rad/s)として出力される。
図7、図8等を用いて説明したLOS半径Rは、経路追従のための初期目標方向θsの変化の度合いを規定するパラメータである。LOS半径Rが大きい場合は、移動体1が経路から多少離れても初期目標方向θsが現在方向θcから急激に変化することはない。経路追従精度は低下するが、左右に振れることなく滑らかな走行が可能となる。LOS半径Rが小さい場合は、移動体1が経路からわずかでも離れると初期目標方向θsが大きく変化する。経路上で左右に振れる割合が大きくなるが、経路追従精度は向上する。
11 自律走行制御部
12 DGPS
13 慣性計測装置
14 レーザレンジファインダ
15 通過点情報記憶部
θc 現在方向
θd(Ψ,Ψs) 最終目標方向
θs 初期目標方向
Claims (14)
- 走行方向を制御する装置であって、
移動体の現在位置を計測する位置計測部と、
前記移動体が向いている現在の方向を計測する方向計測部と、
前記移動体の現在位置を基準として障害物の方向および距離を計測する障害物計測部と、
前記移動体の出発点と、前記移動体が前記出発点に位置するときに目的地として設定される第1の目的地との位置情報を記憶する目的地記憶部と、
前記位置計測部と前記方向計測部と前記障害物計測部と前記目的地記憶部との出力に基づいて前記移動体の目標方向を算出する自律走行制御部と、
前記自律走行制御部において算出された前記目標方向に従い、前記移動体の走行方向を制御する走行方向制御部とを備え、
前記自律走行制御部は、
前記自律走行制御部が前記第1の目的地を前記移動体の目的地に設定している場合、前記位置計測部と前記目的地記憶部との出力に基づいて、現在位置を中心として所定の半径を有する円と、前記第1の目的地と前記出発点とを結ぶ線分との交点のうち前記第1の目的地に近い方の点の方向を第1の方向に決定する第1方向決定部と、
前記障害物計測部の出力に基づいて前記障害物までの距離が第1しきい値を超える方向の集合である第2方向集合を決定する第2方向決定部と、
前記第1方向と前記第2方向集合とから前記目標方向を決定する目標方向決定部とを備え、
前記目標方向決定部は、
前記移動体の現在の方向における前記障害物までの距離が前記第1しきい値以下の場合には、現在の方向との差が最小となる前記第2方向集合から選択された第3方向と、前記第1方向との差が最小となる前記第2方向集合から選択された第4方向とを決定し、現在の方向と前記第3方向との差が前記第1方向と前記第4方向との差よりも小さい場合は前記第3方向を前記目標方向として決定し、現在の方向と前記第3方向との差が前記第1方向と前記第4方向との差よりも大きい場合は前記第4方向を前記目標方向として決定する第1決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1に記載の走行方向制御装置であって、
前記目標方向決定部は、
現在の方向と前記第1方向との差が第2しきい値を下回る場合であって、前記移動体の現在の方向における前記障害物までの距離が前記第1しきい値を超える場合には、前記第4方向を前記目標方向として決定する第2決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の走行方向制御装置であって、さらに、
現在、障害物を回避走行中であるか否かを設定する回避フラグを管理する回避フラグ管理部を備え、
前記自律走行制御部は、
前記第2方向集合の中で現在方向との差が第3しきい値以下となる方向の集合である第5方向集合を決定する第5方向決定部を含み、
前記目標方向決定部は、
現在の方向と前記第1方向の差が第2しきい値以上の場合であって、かつ、前記移動体の現在方向における前記障害物までの距離が前記第1しきい値を超え、さらに、前記回避フラグがONである場合には、前記第1方向との差が最小となる前記第5方向集合から選択された第6方向を前記目標方向として決定する第3決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の走行方向制御装置であって、さらに、
現在、障害物を回避走行中であるか否かを設定する回避フラグを管理する回避フラグ管理部を備え、
前記目標方向決定部は、
現在方向と前記第1方向の差が第2しきい値以上の場合であって、かつ、前記移動体の現在方向における前記障害物までの距離が前記第1しきい値を超え、さらに、前記回避フラグがOFFである場合には、前記第4方向を前記目標方向として決定する第4決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の走行方向制御装置において、
前記第1決定部は、
現在の方向と前記第3方向との差あるいは前記第1方向と前記第4方向との差のうち、一方の差に重み付けをした上で前記目標方向を決定する重み付け決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項3または4に記載の走行方向制御装置であって、
前記回避フラグ管理部は、
前記移動体の現在の方向における前記障害物までの距離が前記第1しきい値以下である場合、前記回避フラグをONに設定するフラグON設定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項3または4に記載の走行方向制御装置であって、
前記回避フラグ管理部は、
現在の方向と前記第1方向との差が第2しきい値を下回る場合であって、前記移動体の現在の方向における前記障害物までの距離が前記第1しきい値を超える場合、前記回避フラグをOFFに設定するフラグOFF設定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の走行方向制御装置であって、
前記第2方向決定部は、
前記移動体の幅に所定のマージンを加えた幅を横幅、候補方向を高さとする長方形領域を考え、前記長方形領域が障害物とはじめて接触する位置で前記候補方向の高さを決定し、前記候補方向の高さが前記第1しきい値を超える場合、前記候補方向を前記第2目標方向集合に含める車体幅考慮部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の走行方向制御装置であって、
前記目標方向決定部は、
前記移動体の現在位置に応じて前記第1しきい値を決定する第1しきい値決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項5に記載の走行方向制御装置であって、
前記目標方向決定部は、
前記移動体の現在位置に応じて前記重み付け値を決定する重み付け値決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1に記載の走行方向制御装置であって、
前記第1方向決定部は、
前記移動体の現在位置に応じて所定の半径を決定する半径決定部を含む走行方向制御装置。 - 請求項1に記載の走行方向制御装置であって、
前記目的地記憶部は、前記第1の目的地の次に目的地として設定される第2の目的地の位置情報をさらに記憶し、
前記自律走行制御部は、
前記自律走行制御部が前記第1の目的地を移動体の目的地に設定している場合でかつ、前記位置計測部と前記目的地記憶部との出力に基づいて、現在位置を中心として所定の半径を有する円の中に前記第1の目的地が入ったとき、前記第2の目的地を前記移動体の目的地に変更する目的地変更部をさらに備える走行方向制御装置。 - 請求項12に記載の走行方向制御装置であって、
前記第1の方向決定部は、前記自律走行制御部が前記第2の目的地を前記移動体の目的地に設定している場合、前記位置計測部と前記目的地記憶部との出力に基づいて、現在位置を中心として所定の半径を有する円と、前記第2の目的地と前記第1の目的地とを結ぶ線分との交点のうち前記第2の目的地に近い方の点の方向を前記第1方向に決定する走行方向制御装置。 - 請求項1〜請求項13のいずれかに記載の走行方向制御装置を備える移動体。
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