JP5287060B2 - 経路計画装置及び自律移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動経路を計画する経路計画装置、及び経路計画装置を備えた自律移動装置に関する。

従来から、計画された移動経路に沿って出発点（スタート地点）から目的地（ゴール地点）まで自律して移動する自律移動装置が知られている。また、移動経路の計画方法について種々の方法が考案されている。ここで、特許文献１には、目的地までの経路長が短く、かつ走行効率の良い移動経路を効率よく生成する障害物回避経路生成方法が開示されている。

この障害物回避経路生成方法では、次の手順に沿って移動経路が生成される。
１．レーザレンジファインダによる距離計測の結果得られた地形データを用いて地形図を生成する。
２．生成した地形図に対して障害物領域が尾根、走行可能領域が谷となるようなポテンシャル場を生成し、そのポテンシャル値が所定値以上となる領域を障害物領域、所定値以下となる領域を走行可能領域として再定義する。
３．走行可能領域が基準方向に関して分岐或いは接続する点で分割することでその走行可能領域全体を、基準方向の各座標に一対一対応する上記基準方向とは異なる他方向の区間の集合で表現される部分領域に分割し、その部分領域をノード、その部分領域間の連結関係をアークとするグラフ構造として表現する。
４．スタート地点からゴール地点に至る経路の途中通過領域列及び通過点列を、スタート地点とそれまでに選定した通過点及びゴール地点とを結ぶ折れ線経路の経路長を距離予測値とし、それが最小となるように、グラフ構造を探索して決定する。
５．通過点を結ぶ折れ線経路と障害物領域との衝突チェックを、グラフ構造のノードの区間情報を用いて行い、折れ線経路上で障害物領域と衝突する部分に対応する境界点列又はそれに適度のオフセットをつけた点列を折れ線の頂点列に追加することで障害物領域と衝突しない折れ線経路を生成する。
特開平７−１２９２３８号公報

特許文献１記載の障害物回避経路生成方法によれば、障害物領域と衝突しない折れ線経路を生成することができる。しかしながら、この方法では、折れ線経路上で障害物領域と衝突する部分に対応する境界点列又はそれに適度のオフセットをつけた点列を折れ線の頂点列に追加することで障害物領域と衝突しない折れ線経路を生成しているため、障害物領域の形状によっては、複雑な形状の折れ線経路（例えばジグザグした経路、鋭角に屈曲した経路など）が生成されるおそれがある。そのため、生成される移動経路が、自律移動装置の運動性能（運動特性）から見て、必ずしも自律移動装置の移動に適した形状とならないおそれがあった。すなわち、自律移動装置が、生成された折れ線経路に沿って実際に移動することができなかったり、生成された折れ線経路に沿って移動すると振動してしまうことが起こり得た。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、移動経路に沿って移動する自律移動装置がよりスムーズに移動することができる移動経路を計画することが可能な経路計画装置、及び該経路計画装置を備えた自律移動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る経路計画装置は、移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を、該自律移動装置が自律移動を行う前に計画する経路計画装置であって、障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、環境地図取得手段により取得された環境地図から移動可能領域を抽出するとともに、抽出された移動可能領域を細線化する移動可能領域抽出手段と、移動可能領域抽出手段により抽出され細線化された移動可能領域から、目的地までの最短経路を探索して移動経路を計画する経路計画手段と、経路計画手段により計画された移動経路を、障害物領域と干渉することなく直線化する直線化手段と、直線化手段により直線化された移動経路を、障害物領域と干渉することなく平滑化する平滑化手段とを備え、上記直線化手段が、移動経路上の２点を抽出し、該２点を直線で結び、結んだ直線が障害物領域と干渉しない場合、当該直線を上記２点を結ぶ移動経路として再設定するとともに、該２点のうち一方の点を固定し、２点を結んだ直線が障害物領域と干渉するまで、他方の点を、一方の点との距離がより離れた点に所定グリッドずつ順次替えて直線化を行い、上記平滑化手段が、直線化された移動経路上の点、及び、該点を挟む直線化された移動経路上の２つの点を抽出し、抽出された３点のなす角が自律移動装置の運動性に応じて定められる一定値以下の場合に、２つの点同士を直線で結び、結んだ直線が障害物領域と干渉しない場合には、当該直線を上記２つの点を結ぶ移動経路として再設定するとともに、該２つの点に挟まれた点を固定し、２つの点同士を結んだ直線が障害物領域と干渉するまで、２つの点それぞれを、上記点との距離がより離れた点に所定グリッドずつ順次替えて平滑化を行うことを特徴とする。

本発明に係る経路計画装置によれば、環境地図から抽出された移動可能領域を通るように計画された移動経路が、障害物領域と干渉することなく直線化される。そのため、例えば、経路計画手段によりジグザグしたような移動経路が計画された場合であっても、該移動経路を障害物と接触しない範囲で直線化することができる。また、この場合、抽出された移動経路上の２点を結んだ直線が障害物領域と干渉しない場合に、該２点を結ぶ直線が移動経路として再設定されるとともに、該２点のうち一方の点が固定され、２点を結んだ直線が障害物領域と干渉するまで、他方の点が、一方の点との距離がより離れた点に所定グリッドずつ順次替えて直線化が進められる。そのため、障害物領域と干渉しない範囲でより大きく移動経路の直線化を進めることが可能となる。
さらに、本発明に係る経路計画装置によれば、移動経路が直線化された上に、平滑化されるため、移動経路をより簡略化することができる。そのため、例えば、経路計画手段により複雑に曲がった移動経路が計画された場合であっても、該移動経路を障害物と接触しない範囲で簡略化することができる。また、この場合、直線化された移動経路上の点を挟む２つの点同士を結んだ直線が障害物領域と干渉しない場合に、該２つの点を結ぶ直線が移動経路として再設定されるとともに、該２つの点に挟まれた点が固定され、２つの点同士を結んだ直線が障害物領域と干渉するまで、２つの点それぞれが、上記点との距離がより離れた点に所定グリッドずつ順次替えて平滑化が進められる。そのため、障害物領域と干渉しない範囲でより大きく移動経路の平滑化を進めることが可能となる。その結果、移動経路に沿って移動する自律移動装置がよりスムーズに移動することができる移動経路を計画することが可能となる。

さらに、上記直線化手段は、移動経路の一方の端点から他方の端点まで、繰り返し、移動経路の直線化を行うことが好ましい。

このようにすれば、移動経路の一方の端点（例えばスタート地点）から他方の端点（例えばゴール地点）まで、移動経路全体にわたって直線化を行うことが可能となる。

さらに、上記平滑化手段は、移動経路の一方の端点から他方の端点まで、繰り返し、移動経路の平滑化を行うことが好ましい。

このようにすれば、移動経路の一方の端点（例えばスタート地点）から他方の端点（例えばゴール地点）まで、移動経路全体にわたって平滑化を行うことが可能となる。

本発明に係る自律移動装置は、周囲環境の中を計画された移動経路に沿って移動する自律移動装置であって、上述したいずれかの経路計画装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る自律移動装置によれば、上述したいずれかの経路計画装置を備えているため、障害物と接触することなく直線化及び／又は平滑化された移動経路、すなわち、自律移動装置の移動により適した形状の移動経路を取得することができる。その結果、自律移動装置が計画された移動経路に沿って移動する際に、よりスムーズに移動することが可能となる。

本発明によれば、移動経路に沿って移動する自律移動装置がよりスムーズに移動することができる移動経路を計画することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、実施形態に係る経路計画装置３、及び該経路計画装置３が搭載された自律移動装置１の構成について説明する。図１は、経路計画装置３が搭載された自律移動装置１の構成を示すブロック図である。

自律移動装置１は、周囲の環境地図（障害物が存在する領域と存在しない領域を表した地図、以下「グローバルマップ」ともいう）を生成し、ユーザから与えられた、グローバルマップ上の出発点（スタート地点）と目的地（ゴール地点）との間をつなぐ移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿ってスタート地点からゴール地点まで自律して移動する機能を有するものである。そのため、自律移動装置１は、その下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する障害物との距離を計測するレーザレンジファインダ２０とを備えている。また、自律移動装置１は、移動経路を計画する経路計画装置３を含み、計画された経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する電子制御装置３０を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。

本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、及び経路計画装置３を含む電子制御装置３０等が取り付けられている。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。

オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に移動させることができる。

４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａには、該駆動軸１２Ａの回転角度を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置３０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置３０に出力する。電子制御装置３０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動量を演算する。

レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザを射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置３０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置３０に出力する。

電子制御装置３０は、自律移動装置１の制御を総合的に司るものである。電子制御装置３０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置３０は、レーザレンジファインダ２０とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１２を駆動するドライバ回路等も備えている。

電子制御装置３０は、移動経路を計画する経路計画装置３を含んでおり、移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する。経路計画装置３は、移動経路を生成するとともに、生成された移動経路に対して直線化及び平滑化を行うために、グローバルマップ取得部３１、拡張領域生成部３２、移動可能領域抽出部３３、経路計画部３４、直線化部３５、及び平滑化部３６を有している。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。

グローバルマップ取得部３１は、例えばＳＬＡＭ技術等を利用して、障害物が存在する領域（障害物領域）と存在しない領域とを表したグローバルマップを生成する。すなわち、グローバルマップ取得部３１は、特許請求の範囲に記載の環境地図取得手段として機能する。ここで、グローバルマップは、水平面を所定の大きさ（例えば１ｃｍ×１ｃｍ）のブロックで分割した平面からからなる地図であり、障害物があるグリッドには例えば「０」より大きな値が与えられ、障害物がないグリッドには「０」未満の値が与えられる。

ＳＬＡＭ技術を利用してグローバルマップを生成する場合、まず、グローバルマップ取得部３１は、レーザレンジファインダ２０から読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてローカルマップを生成するとともに、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に基づいて自機の移動量を演算する。次に、グローバルマップ取得部３１は、生成されたローカルマップ、及び自機の移動量からベイズフィルタ（ベイズの定理）を用いて確率的に自己位置を推定する。続いて、グローバルマップ取得部３１は、レーザレンジファインダ２０を原点にしたローカルマップを、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置にあわせて座標変換することにより、ローカルマップをグローバルマップに投影する。そして、グローバルマップ取得部３１は、この処理を移動しつつ繰り返して実行し、ローカルマップをグローバルマップに順次足し込んで行く（継ぎ足してゆく）ことにより周囲環境全体のグローバルマップを生成する。

拡張領域生成部３２は、グローバルマップ取得部３１により生成されたグローバルマップに含まれる障害物領域の輪郭を、自機の半径だけ拡張して、拡張領域を生成する。拡張領域の生成には、例えば、公知のＭｉｎｋｏｗｓｋｉ和を利用することができる。すなわち、図２に示されるように、障害物領域３００の輪郭（境界）を、自律移動装置１の半径ｒに相当する量だけ拡張することにより、拡張された障害物領域（以下「拡張障害物領域」ともいう）３２１が生成される。この処理により、拡張障害物領域３２１に対して、自律移動装置１の大きさを点とみなすことができる。

移動可能領域抽出部３３は、障害物領域が拡張されたグローバルマップから、障害物と接触することなく移動することができる領域（移動可能領域）を抽出する。すなわち、移動可能領域抽出部３３は、特許請求の範囲に記載の移動可能領域抽出手段として機能する。図３に示されるように、本実施形態では、グローバルマップ上において、拡張障害物領域３２１を除く領域を移動可能領域３４０として抽出する。また、移動可能領域抽出部３３は、抽出された移動可能領域３４０の細線化処理を行う。移動可能領域３４０の細線化処理は、例えば、公知のＨｉｌｄｉｔｃｈの細線化法を利用して行うことができる。すなわち、移動可能領域抽出部３３は、移動可能領域３４０が線になるまで、移動可能領域３４０を拡張障害物領域３２１から１ピクセルずつ削ってゆくことにより細線化を行う。よって、細線化により得られた線状の移動可能領域３４１は、周囲に存在する障害物からもっとも遠い移動可能領域を表す。

経路計画部３４は、移動可能領域抽出部３３により抽出され細線化された移動可能領域３４１の中から、スタート地点とゴール地点との間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。すなわち、経路計画部３４は、特許請求の範囲に記載の経路計画手段として機能する。より詳細には、まず、経路計画部３４は、細線化された移動可能領域３４１のノード探索を実行する。すなわち、すべてのノードを探索し、図４に示されるような、ノードマップとして表現する。なお、ここで、細線化された移動可能領域３４１の分岐点（又は結合点）をノード３４２とし、ノード３４２とノード３４２とをつなぐ細線化された移動可能領域３４１をリンク３４３とする。

次に、経路計画部３４は、例えば公知のＡ＊アルゴリズム（Ａスター・アルゴリズム）等の探索アルゴリズムを用いて最短経路探索を行い、移動経路、及び該移動経路上の目標通過地点（以下「サブゴール」ともいう）を決定する。すなわち、経路計画部３４は、図５に示されるように、スタート地点３５１とゴール地点３５２を基点として、例えばＡ＊アルゴリズムを用いて、グローバルマップ上のどのノード３４２、どのリンク３４３を通ると最小コスト（最短経路）になるかを演算し、移動経路３５０を決定するとともに、該移動経路３５０上のサブゴール３６０を決定する。そして、経路計画部３４は、決定された移動経路３５０をサブゴール点列（座標列）で表した経路情報を取得する。

直線化部３５は、経路計画部３４で計画された移動経路３５０に対して、拡張障害物領域３２１と干渉することなく直線化する処理を施す。より詳細には、直線化部３５は、移動経路３５０上の２点（以下「サブゴール候補」ともいう）を抽出し、該２点を直線で結び、結んだ直線が拡張障害物領域３２１と干渉しない場合、当該直線を上記２点を結ぶ移動経路として再設定する。なお、その場合、上記２点に挟まれたサブゴール３６０は削除される。すなわち、直線化部３５は、特許請求の範囲に記載の直線化手段として機能する。

ここで、移動経路３５０の直線化の方法について、図６を参照しつつ、より具体的に説明する。なお、ここでは、図６に示されるように（スタート３５１，第１サブゴール３６０１，第２サブゴール３６０２，ゴール３５２）という移動経路３５０が取得されたと仮定して説明する。まず、ゴール３５２とサブゴール候補３６１０とが抽出された場合、この２点を結ぶ直線は拡張障害物領域３２１と干渉しないため、当該直線が移動経路として再設定される。また、この場合、サブゴール候補３６１０が正規のサブゴールとして設定されるとともに、上記２点に挟まれた第２サブゴール３６０２は削除される。一方、ゴール３５２とサブゴール候補３６１１とが抽出された場合、この２点を結ぶ直線は拡張障害物領域３２１と干渉する。そのため、当該直線は移動経路として再設定されない。

また、直線化部３５は、図７に示されるように、ゴール３５２からスタート３５１まで、繰り返して上述した直線化処理を実行し、移動経路３５０及びサブゴール３６０の再設定を行う。ここで、直線化部３５は、次の手順に沿って、ゴール３５２からスタート３５１まで、移動経路３５０に対して直線化処理を施す。
１．ゴール３５２から移動経路３５０上をスタート３５１方向へ、所定グリッド（例えば１グリッド）ずつたどりながらサブゴール候補（位置１，２，３，・・・ｎ，・・・Ｎ，Ｎ＋１，・・・）を設定する。
２．ゴール３５２とサブゴール候補（位置ｎ）との間に直線を引く。
３．新たに引いた直線が拡張障害物領域３２１と干渉するか否かをチェックする。
４．ｎ＝Ｎ＋１の時、新たに引いた直線が拡張障害物領域３２１と干渉する場合、位置Ｎのサブゴール候補を新たなサブゴール３６０として再設定する。
５．新たなサブゴール３６０から移動経路３５０上をスタート３５１方向にたどりながら上記１〜４の手順を繰り返し実行して逐次サブゴール３６０を再設定していき、スタート３５１にたどり着いた時点で終了する。
ここで、図５に示された移動経路３５０に対して、ゴール３５２からスタート３５１まで直線化処理を行った結果を図８に示す。

平滑化部３６は、直線化部３５で直線化された移動経路３５０に対して、拡張障害物領域３２１と干渉することなく平滑化する処理を施す。より詳細には、平滑化部３６は、移動経路３５０上のサブゴール３６０、及び、該サブゴール３６０を挟む移動経路３５０上の２つの点（サブゴール候補）を抽出し、該２つの点同士を直線で結び、結んだ直線が拡張障害物領域３２１と干渉しない場合、当該直線を２つの点を結ぶ移動経路として再設定する。なお、その場合、上記２点に挟まれたサブゴール３６０は削除される。すなわち、平滑化部３６は、特許請求の範囲に記載の平滑化手段として機能する。

ここで、移動経路３５０の平滑化の方法について、図９を参照しつつ、より具体的に説明する。なお、ここでは、図９に示されるように（スタート３５１，第１サブゴール３６０１，第２サブゴール３６０２，第３サブゴール３６０３，ゴール３５２）という移動経路３５０が取得されたと仮定して説明する。平滑化部３６は、次の手順に沿って移動経路３５０の平滑化を行う。
１．スタート３５１、第１サブゴール３６０１、第２サブゴール３６０２の３点を抽出する。
２．３点のなす角が一定値（この値は自律移動装置１の運動性に応じて決められる）以下の場合には次の手順３に進む。一方、３点のなす角が上記一定値よりも大きい場合には、手順１に戻り、次の３点、すなわち第１サブゴール３６０１、第２サブゴール３６０２、第３サブゴール３６０３の３点を抽出して、本手順を再度行う。
３．第１サブゴール３６０１からスタート３５１方向へ、所定グリッド（例えば１グリッド）ずつ、移動経路３５０上をたどりながらサブゴール候補（位置Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・，Ａｎ，・・・，ＡＮ，ＡＮ＋１，・・・）を設定する。
４．同様に、第１サブゴール３６０１から第２サブゴール３６０２の方向へ、例えば１グリッドずつ、移動経路３５０上をたどりながらサブゴール候補（位置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，・・・，Ｂｎ，・・・，ＢＮ，ＢＮ＋１，・・・）を設定する。
５．サブゴール候補のペア（位置Ａｎ，Ｂｎ）の間に直線を引く。
６．新たに引いた直線が拡張障害物領域３２１と干渉するか否かをチェックする。
７．ｎ＝Ｎ＋１の時、新たに引いた直線が拡張障害物領域３２１と干渉する場合、位置ＡＮとＢＮ（図９ではＡ１とＢ１）のサブゴール候補のペアを新たなサブゴール３６０として再設定する。
８．次に、位置ＢＮ（図９ではＢ１）のサブゴール３６０、第２サブゴール３６０２、第３サブゴール３６０３を抽出し、上記と同様の処理（１〜７の手順）を行い、ゴール３５２にたどり着いた時点で終了する。
ここで、図８で示された移動経路３５０に対して平滑化処理を行った結果を図１０に示す。

次に、図１１を用いて経路計画装置３の動作について説明する。図１１は、経路計画装置３による直線化処理及び平滑化処理を含む経路計画処理の処理手順を示すフローチャートである。図１１に示される経路計画処理は、経路計画装置３（電子制御装置３０）によって行われるものであり、自律移動を行う前に、例えばユーザの指示操作を受けて実行される。

まず、ステップＳ１００では、レーザレンジファインダ２０から読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報等に基づいてグローバルマップが生成される。なお、グローバルマップの生成方法については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。次に、ステップＳ１０２では、グローバルマップに含まれている障害物領域３００毎に、その輪郭が自機の半径ｒだけ拡張され、拡張障害物領域３２１が生成される（図２参照）。

続くステップＳ１０４では、グローバルマップからステップＳ１０２で生成された拡張障害物領域３２１を除いた領域が、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域３４０として抽出される。続いて、ステップＳ１０６では、抽出された移動可能領域３４０の細線化処理が行われる（図３参照）。なお、移動可能領域３４０の細線化処理については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ１０８では、細線化された移動可能領域３４１のノード探索が実行される（図４参照）。続くステップＳ１１０では、スタート地点３５１とゴール地点３５２を基点として、例えばＡ＊アルゴリズムを用いて、マップ上のどのノード３４２、どのリンク３４３を通ると最小コスト（最短経路）になるかが演算されて、移動経路３５０及びサブゴール３６０が決定され、サブゴール点列（座標列）で表された経路情報が取得される（図５参照）。

続いて、ステップＳ１１２では、ゴール３５２からスタート３５１まで、移動経路３５０の直線化処理が行われる（図６〜８参照）。なお、移動経路３５０の直線化については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続いて、ステップＳ１１４において、ステップＳ１１２で直線化された移動経路３５０の平滑化処理が行われる（図９，１０参照）。なお、移動経路３５０の平滑化については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、計画された移動経路３５０が、拡張障害物領域３２１と干渉することなく直線化される。そのため、例えば、経路計画部３４によりジグザグしたような移動経路が計画された場合であっても、該移動経路を障害物と接触しない範囲で直線化することができる。その結果、自律移動装置１がよりスムーズに移動することができる移動経路を計画することが可能となる。なお、本実施形態によれば、抽出された移動経路３５０上の２点を結んだ直線が拡張障害物領域３２１と干渉しない場合に、該２点を結ぶ直線が移動経路３５０として再設定される。そのため、適切かつ確実に、拡張障害物領域３２１と干渉することなく移動経路３５０を直線化することができる。

また、本実施形態によれば、移動経路３５０上のゴール３５２からスタート３５１まで、繰り返し、移動経路３５０の直線化が行われる。そのため、移動経路３５０のスタート３５１からゴール３５２まで、移動経路３５０全体にわたって直線化を行うことが可能となる。

本実施形態によれば、移動経路３５０が、拡張障害物領域３２１と干渉することなく平滑化される。そのため、例えば、経路計画部３４により鋭角に屈曲したような移動経路が計画された場合であっても、該移動経路を障害物と接触しない範囲で平滑化することができる。その結果、自律移動装置１がよりスムーズに移動することができる移動経路を計画することが可能となる。なお、本実施形態によれば、抽出された移動経路３５０上のサブゴール３６０を挟む２つの点同士を結んだ直線が拡張障害物領域３２１と干渉しない場合に、該２つの点を結ぶ直線が移動経路３５０として再設定される。そのため、適切かつ確実に、拡張障害物領域３２１と干渉することなく移動経路３５０を平滑化することができる。

また、本実施形態によれば、移動経路３５０上のスタート３５１からゴール３５２まで、繰り返し、移動経路３５０の平滑化が行われる。そのため、移動経路３５０のスタート３５１からゴール３５２まで、移動経路３５０全体にわたって平滑化を行うことが可能となる。

本実施形態によれば、移動経路３５０が直線化された後、さらに平滑化されるため、移動経路３５０をより簡略化することができる。そのため、例えば、経路計画部３４により複雑に曲がった移動経路が計画された場合であっても、該移動経路を障害物と接触しない範囲で簡略化することができる。その結果、移動経路に沿って移動する自律移動装置１がよりスムーズに移動することができる移動経路を計画することが可能となる。

本実施形態に係る自律移動装置１によれば、上述した経路計画装置３を備えているため、障害物と接触することなく直線化及び平滑化された移動経路３５０、すなわち、自律移動装置１の移動により適した形状の移動経路３５０を取得することができる。その結果、自律移動装置１が計画された移動経路３５０に沿って移動する際に、よりスムーズに移動することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、移動経路３５０の直線化と平滑化とを行ったが、直線化、平滑化のいずれか一方のみを行う構成としてもよい。また、上記実施形態では、ゴール３５２とスタート３５１との間で直線化及び平滑化を行ったが、部分的に直線化及び／又は平滑化を行う構成にしてもよい。

また、上記実施形態では、１グリッドずつ、サブゴール候補を設定していったが、サブゴール候補を設定する幅は、上記実施形態に限られることなく、任意に設定することができる。さらに、直線化及び平滑化が施される元の移動経路３５０の計画方法は、上記実施形態には限定されない。

上記実施形態では、最短経路探索にＡ＊アルゴリズムを利用したが、その他のアルゴリズム、例えば、ダイクストラ法、最良優先探索等を利用してもよい。

上記実施形態では、グローバルマップを生成する際に、ＳＬＡＭ技術を利用して生成したが、グローバルマップはＳＬＡＭ以外の他の方法を利用して生成してもよい。また、他の装置で生成したグローバルマップを移植してもよい。また、グローバルマップを生成する際にレーザレンジファインダ２０を用いて障害物との距離を測定したが、レーザレンジファインダに代えて又は加えて、例えばステレオカメラ、超音波センサ等を用いる構成としてもよい。

実施形態に係る経路計画装置が搭載された自律移動装置の構成を示すブロック図である。 障害物領域の拡張方法（Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ和演算）を説明するための図である。 移動可能領域の抽出方法及び細線化方法を説明するための図である。 ノードの探索方法を説明するための図である。 最短経路の探索方法を説明するための図である。 移動経路の直線化方法を説明するための図である。 移動経路全体に対する直線化方法を説明するための図である。 直線化された移動経路の一例を示す図である。 移動経路の平滑化方法を説明するための図である。 平滑化された移動経路の一例を示す図である。 実施形態に係る経路計画装置による直線化処理及び平滑化処理を含む経路計画処理の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 自律移動装置
３ 経路計画装置
１０ 本体
１２ 電動モータ
１３ オムニホイール
１４ ホイール
１５ フリーローラ
１６ エンコーダ
２０ レーザレンジファインダ
３０ 電子制御装置
３１ グローバルマップ取得部
３２ 拡張領域生成部
３３ 移動可能領域抽出部
３４ 経路計画部
３５ 直線化部
３６ 平滑化部

Claims (4)

1. 移動経路に沿って移動する自律移動装置により使用される移動経路を、該自律移動装置が自律移動を行う前に計画する経路計画装置であって、
   障害物が存在する障害物領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、
   前記環境地図取得手段により取得された前記環境地図から移動可能領域を抽出するとともに、抽出された移動可能領域を細線化する移動可能領域抽出手段と、
   前記移動可能領域抽出手段により抽出され細線化された前記移動可能領域から、目的地までの最短経路を探索して移動経路を計画する経路計画手段と、
   前記経路計画手段により計画された前記移動経路を、前記障害物領域と干渉することなく直線化する直線化手段と、
   前記直線化手段により直線化された移動経路を、前記障害物領域と干渉することなく平滑化する平滑化手段と、を備え、
   前記直線化手段は、前記移動経路上の２点を抽出し、該２点を直線で結び、結んだ直線が前記障害物領域と干渉しない場合、当該直線を前記２点を結ぶ移動経路として再設定するとともに、該２点のうち一方の点を固定し、２点を結んだ直線が前記障害物領域と干渉するまで、他方の点を、前記一方の点との距離がより離れた点に所定グリッドずつ順次替えて直線化を行い、
   前記平滑化手段は、前記直線化された移動経路上の点、及び、該点を挟む前記直線化された移動経路上の２つの点を抽出し、抽出された３点のなす角が前記自律移動装置の運動性に応じて定められる一定値以下の場合に、前記２つの点同士を直線で結び、結んだ直線が前記障害物領域と干渉しない場合には、当該直線を前記２つの点を結ぶ移動経路として再設定するとともに、前記２つの点に挟まれた前記点を固定し、２つの点同士を結んだ直線が前記障害物領域と干渉するまで、前記２つの点それぞれを、前記点との距離がより離れた点に所定グリッドずつ順次替えて平滑化を行うことを特徴とする経路計画装置。
2. 前記直線化手段は、前記移動経路の一方の端点から他方の端点まで、繰り返し、前記移動経路の直線化を行うことを特徴とする請求項１に記載の経路計画装置。
3. 前記平滑化手段は、前記移動経路の一方の端点から他方の端点まで、繰り返し、前記移動経路の平滑化を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の経路計画装置。
4. 周囲環境の中を計画された移動経路に沿って移動する自律移動装置であって、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の経路計画装置を備える、ことを特徴とする自律移動装置。

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