JP5666322B2 - 経路生成装置と方法および経路生成装置を備える移動装置 - Google Patents
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Description
移動装置が自律移動・走行するために、移動装置は、既知の地図上に設定された移動経路に沿って移動するように制御される(例えば、下記特許文献1)。
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、
前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置と、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する経路探索装置と、を備え、
前記経路探索装置は、
複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、
これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、
該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定する、ことを特徴とする経路生成装置が提供される。
前記経路探索装置は、前記各要素の値に応じて前記高速走行可能度を算出する。
前記経路探索装置は、局所地図において、前記現在位置から多数の直線状の探索線を、障害物の有無が検出されていない未検出領域または障害物に至るまで放射状に延ばすことにより、両側が障害物に挟まれた移動装置の走行可能箇所を特定し、該走行可能箇所に至る前記複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出する。
(A)次に通過する経由位置に向かう方向に対する左右両側に障害物が存在する場合に、左右の障害物の間に存在する前記移動装置の走行可能領域を抽出し、
(B)走行可能領域内に位置して走行可能領域の境界に接する複数の内接円を生成し、
(C)各内接円の中心を通過するラインに基づいて道なりラインを生成し、
(D)前記現在位置から多数の直線状の前記探索線を放射状に延ばし、互いに連続して隣接し障害物に衝突することなく前記未検出領域に至る複数の探索線のうち一方端の探索線と隣接する探索線が、左側の障害物に衝突する衝突点を第1衝突点として特定し、前記複数の探索線のうち他方端の探索線と隣接する探索線が、右側の障害物と衝突する衝突点を第2衝突点として特定し、
(E)第1衝突点と第2衝突点を比較し、両衝突点のうち前記現在位置に近い方を、対象衝突点とし、
(F)前記対象衝突点から延びて、前記道なりラインと直交し、対象衝突点と反対側にある前記障害物まで延びる線分を前記走行可能箇所として生成し、
(G)前記線分に至る前記複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出する。
(A)前記現在位置から多数の直線状の前記探索線を放射状に延ばし、互いに連続して隣接し障害物に衝突することなく未検出領域に至る複数の探索線のうち一方端の探索線と隣接する探索線が、左側の障害物に衝突する衝突点を第1衝突点として特定し、前記複数の探索線のうち他方端の探索線と隣接する探索線が、右側の障害物と衝突する衝突点を第2衝突点として特定し、
(B)第1衝突点と第2衝突点を比較し、両衝突点のうち前記現在位置に近い方を、対象衝突点とし、
(C)対象衝突点と反対側の前記障害物において、前記対象衝突点からの距離が最も短くなる点を設定し、当該点から前記対象衝突点まで延びる線分を前記走行可能箇所として生成し、
(D)前記線分に至る前記複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出してもよい。
前記車両には、その走行時に前記車両の振動を計測する振動センサが搭載されており、
前記振動センサにより計測された振動に基づいて、前記車両が現在走行している路面が、未舗装路面と舗装路面のいずれであるかを判定する路面判定装置が設けられ、
前記高速走行可能度は、その要素として、前記路面良好度を含むだけでなく、前記経路長さと最小曲率半径の一方または両方を含み、
前記経路探索装置は、前記各要素の値を規格値に換算して算出し、各要素の規格値を反映させた高速走行可能度を算出し、
前記経路探索装置は、同じ移動経路候補について、前記路面が未舗装路面であると判定された場合には、前記路面が舗装路であると判定された場合よりも、前記経路長さと前記最小曲率半径の規格値を小さく算出する。
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置とを設け、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する場合に、
複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、
これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、
該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定する、ことを特徴とする経路生成方法が提供される。
本実施形態による経路生成装置10は、図1に示すように、記憶装置3、位置検出装置5、経路探索装置9、障害物検出装置7を備える。
代わりに、位置検出装置5は、移動装置の移動速度、移動方向を随時検出し、検出した移動速度と移動方向と移動装置の初期位置情報に基づいて、移動装置の現在位置を演算して検出するものであってもよい。
なお、障害物検出装置7は、上記のものに限定されず他の公知の装置であってもよい。例えば、レーザ光を用いた障害物検出装置以外に、CCDカメラなどを用いた装置を障害物検出装置7としてもよい。
κ(S)=a1+a2S+a3S2+・・・+an+1Sn ・・・(Eq1)
この式(Eq1)で表わされるκ(S)は、移動経路候補の曲率である(例えば、非特許文献1)。
この式(Eq1)において、
nは、1または2以上の整数であり、
Sは、移動装置の現在位置から前記移動経路候補上の任意位置までの前記移動経路候補に沿った経路長さを示し、該Sの上限値は、該現在位置から前記移動経路候補の終了位置までの移動経路候補に沿った移動経路長さであり、
a1〜an+1は、係数である。
この式(Eq1)において、Sの上限値、a1、a2、a1・・・、およびan+1の少なくともいずれかが互いに異なる複数のκ(S)により、それぞれ、複数の移動経路候補が特定・生成されてよい。
なお、移動経路候補の経路長さが長いほど、次の移動経路候補が見つからないことにより移動装置の移動を一時的に停止させる必要性が低くなる。その結果、目標到達位置に到達するのに要する時間が短縮される。また、前記近接度が高いほど、現在使用している移動経路から移動経路候補から逸れている程度が小さくなるので、移動経路候補は、それだけ少ないカーブを有する可能性が高くなる。カーブが少ないと、高速で移動できる部分が多くなる。
移動経路候補の経路長さは、移動経路候補の始点から終点(終了位置)までの、移動経路候補に沿った長さである。すなわち、κ(S)におけるSの上限値である。
移動経路候補の最小曲率半径は、移動経路候補の全範囲(移動経路候補の始点から終点まで)の各位置における曲率半径(旋回半径)のうちの最小値である。具体的には、移動経路候補の各位置の曲率半径は、上述のκ(S)の逆数1/κ(S)であるので、当該各位置における1/κ(S)のうちの最小値である。
Z=(1/n)×logR ・・・(Eq4)
すなわち、規格値は、最小曲率半径Rに対して10を底とする対数のn分の1であり、nは、移動経路候補を直線と見なす曲率半径(設定値)に対して10を底とする対数値である。なお、移動経路候補の最小曲率半径が、移動経路候補を直線と見なす曲率半径(設定値)を超える場合には、その規格値を1にする。
前記路面良好度は、移動経路候補に沿った路面領域の高低差に基づいて算出される。前記路面良好度は、次のように、移動経路候補の各評価領域について算出した評価値の最低値である。まず、対象とする移動経路候補に沿って該移動経路候補の始点から終点まで移動装置が移動した場合に、移動装置が通過することになる、移動経路候補に沿って間隔をおいた各評価領域毎に、該評価領域における各計測点の高さに基づいて、該評価領域が、走行不能であるか、段差面であるか、平面であるか、または、凹凸面であるかを判断する。その上で、移動経路候補の各評価領域の中に、走行不能であると判断されたものがある場合には、移動経路候補の路面良好度を0にし、そうでない場合には、次のようにする。すなわち、各評価領域毎に、段差面であると判断した場合には、その段差がどれだけ小さいかを示す路面良好度の評価値を算出し、平面であると判断した場合には、その路面良好度の評価値を算出し、凹凸面であると判断した場合には、その凹凸がどれだけ小さいかを示す路面良好度の評価値を算出し、移動経路候補のすべての評価領域の各評価値のうち最も小さい値を、移動経路候補の路面良好度とする。なお、移動経路候補の路面良好度は、0〜1までの値をとるので、そのまま上述の規格値となる。
第1〜第4の計測点Pm1〜Pm4を図5に基づいて説明する。図5において、破線は、移動装置(車両)の左右の走行タイヤを示す。図5のように、このステップST1で使用する計測点が各タイヤの幅(図における左右方向の幅)内に2〜3つ以上存在する。より詳しく述べると、図5の破線で囲まれた2つの部分は、前記局所地図上に、対象の移動経路候補が仮に後述のように設定された場合に、移動装置の左右の2つの走行タイヤが評価領域ERを通過する時のこれら走行タイヤを示す。第1および第2の計測点Pm1、Pm2は、図5に示すように、路面が平面である場合に走行タイヤが当該路面と接触する接触領域における当該走行タイヤの左右一方側端を挟む。第3および第4の計測点Pm3、Pm4は、路面が平面である場合に走行タイヤが当該路面と接触する接触領域における当該走行タイヤの左右他方側端を挟む。第1および第4の計測点Pm1、Pm4は、前記接触領域外にあり、第2および第3の計測点Pm2、Pm3は、前記接触領域内にある。
上述した2つの計測点の高低差は、当該2つの計測点の前記高さの差であり、上述した2つの計測点間の勾配は、水平面からの傾き角度であり、前記局所座標における、水平方向に関する当該2つの計測点の位置座標値の差をXとし、当該2つの計測点の前記高さの差をYとして、Atan(Y/X)である。Atanは、正接の逆関数(アークタンジェント)である。
なお、2つの計測点の高低差は、当該2つの計測点の前記高さの差であり、2つの計測点間の勾配は、水平面からの傾き角度であり、前記局所地図上の当該2つの計測点の距離に相当する実際の距離をXとし、当該2つの計測点の前記高さの差をYとして、Atan(Y/X)である。Atanは、正接の逆関数(アークタンジェント)である。
例えば、図6(A)の場合には、対象とする評価領域が段差面であるとして、ステップST5に進む。図6(A)〜(C)のグラフにおいて、横軸は、走行タイヤに対応する各計測点Pm1〜Pm4の水平方向位置座標を示し、縦軸は、これら計測点Pm1〜Pm4の高さを示し、白丸は、各計測点Pm1〜Pm4を示す。
例えば、図6(B)の場合には、対象とする評価領域が平面であるとして、ステップST7に進む。
また、ステップST8において、ステップST1で算出した高低差の大きさのうち最大となるもの(最大高低差という)に応じて、評価値を算出する。例えば、図7(C)に示す関係に従って評価値を算出する。図7(C)のグラフは、最大高低差と評価値との関係を示す。
この近接度は、現在、使用・設定されている移動経路(以下、現在の移動経路という)と移動経路候補との距離を用いて算出される。
前記経路探索条件(即ち、初期の経路探索条件)は、障害物検出装置7が検出した障害物と移動経路候補とが干渉しないという干渉条件と、移動装置が指令速度値に基づいて速度制御されている状態で障害物検出装置が障害物検出を行うという障害物検出条件と、を含む。この場合、前記経路探索装置9は、前記経路探索条件の下で前記移動経路候補を見出せなかった場合に、当該経路探索条件の障害物検出条件において前記速度制御に使用された前記指令速度値(前回の指令速度値ともいう)よりも低速度で移動装置が移動するように、速度指令装置から出力された指令速度値を調整し(即ち、現時点の指令速度値が前回の指令速度値より大きい場合には、減少させ)、これにより、移動装置が該調整された指令速度値に基づいて速度制御されている状態で障害物検出装置が障害物検出を行うことで、経路探索条件を変更し、該変更した経路探索条件の下で移動経路候補を再び探索する。
なお、ステップS1で使用される現在位置と、障害物検出装置7による障害物検出結果情報(障害物の位置と範囲)とは、ステップS1を開始する毎に、それぞれ位置検出装置5および障害物検出装置7により獲得され、局所地図に組み込まれる。
(A)前記複数の係数a1〜an+1および前記Sの上限値にそれぞれ所定の値を与えることで得られるκ(S)について、該κ(S)により定まる移動経路候補が前記経路探索条件(干渉条件と曲率条件)を満たすかを判断する。
(B)前記(A)の処理を複数回行う場合に、前記(A)の処理を行うごとにa1〜an+1のうち少なくとも1つの値を変更して前記(A)の処理を行う。なお、前記Sの上限値は一定にしたまま前記(A)の処理を複数回行ってよいし、複数の前記(A)の処理うち少なくとも1回の処理で前記Sの上限値を変更してもよい。
経路探索装置9が、前記(A)または(B)の処理により、前記経路探索条件を満たす移動経路候補を見出せなかった場合には、ステップS3に進み、経路探索条件を満たす移動経路候補を見出せた場合、ステップS4へ進む。
また、ステップS3では、経路探索装置9は、上述のように前記指令速度値を調整するとともに、前記曲率基準値を増加させてもよい。
なお、ステップS3において、指令速度値を調整することを行わないようにしてもよい。即ち、単に前記曲率基準値を増加することで経路探索条件を変更してもよい。この場合には、図9と異なり、ステップS3からステップS1を経由せずにステップS2へ戻ってもよいし、図9のように、ステップS3からステップS1へ戻って新たな現在位置と障害物検出結果とに基づいて再び局所地図を生成してもよい。
なお、ステップS2で見出した移動経路候補が1つのみである場合には、ステップS4を省略して、ステップS2からステップS5へ進む。
これにより、所定時間経過毎に、局所地図の生成および経路探索を行う。これに対応して、位置検出装置5は、上記の所定時間経過毎に移動装置の現在位置を検出し、障害物検出装置7は、上記の所定時間経過毎に障害物の検出を行う。
ステップS6からステップS1に戻りステップS2へ戻った時、このステップS2での経路探索は、変更した経路探索条件ではなく初期の経路探索条件(例えば、初期の干渉条件と障害物検出条件と曲率条件)で行う。
上述した第1実施形態によると、経路探索装置9は、複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定するので、高速走行可能度がより高い移動経路が設定される。これにより、移動装置の高速移動が可能になる。
これに対し、第1実施形態では、移動経路候補を見出せなかった場合に、上述のように指令速度値を調整し、移動装置がより低速で移動している状態で障害物検出装置7が障害物検出を行うので、障害物の誤検出により移動経路候補が見出せない可能性を効果的に小さくできる。
次に、第1実施形態の実施例について説明する。この実施例では、移動装置は車両であってよい。
κ(S)=a1+a2S+a3S2+a4S3 ・・・(Eq5)
この式において、
Sは、移動装置の現在位置から前記移動経路候補上の任意位置までの前記移動経路候補に沿った経路長さを示し、該Sの上限値は、該現在位置から前記移動経路候補の終了位置までの移動経路候補に沿った移動経路長さであり、
a1〜a4は、パラメータ(係数)である。
(1)移動経路候補の開始点、即ち、移動装置の現在位置における曲率についての次の境界条件(Eq6)
κ(0)=κ0=a1 ・・・(Eq6)
(2)探索・生成対象の移動経路候補の終了点Sf(即ち、Sの上限値)における曲率についての次の境界条件(Eq7)
κ(Sf)=κf=a1+a2Sf+a3Sf 2+a4Sf 3 ・・・(Eq7)
(3)探索・生成対象の移動経路候補の終了点Sfにおける移動経路方向(移動経路の接線方向)についての次の境界条件(Eq8)
θ(Sf)=θf=a1Sf+a2Sf 2/2+a3Sf 3/3+a4Sf 4/4
・・・(Eq8)
なお、κ0,κf,θfは、既知であるとする。また、好ましくは、κfは、ゼロであり、θfは、移動経路候補の終了点と次の経由地点を結ぶ直線と同じ方向である。
a3Sf 2+a4Sf 3=κf−κ0−a2Sf ・・・(Eq9)
a3Sf 3/3+a4Sf 4/4=θf−κ0Sf−a2Sf 2/2 ・・・(Eq10)
が得られ、従って、上記式(Eq9)、(Eq10)などから次の関係式1が得られる。
[関係式1]
a1=κ0
a3=(−3κf−9κ0)/Sf 2−3a2/Sf+12θf/Sf 3
a4=4(κf+2κ0)/Sf 3+2a2/Sf 2−12θf/Sf 4
移動装置が走行する装置(例えば、車両)である場合、曲率κ(S)の上限値は、例えば、次の、κturn、κslip、κrolloverのうちの最も小さいものである。
(1)車両の最小旋回可能半径を示す移動経路候補の曲率κturn。
(2)車両が、所定速度で走行する時に、横滑りを起こさない限界の曲率κslip。即ち、車両が、所定速度で走行する場合に、移動経路候補上における曲率κslipより大きい曲率κ(S)の箇所で車両が横滑りする。
(3)車両が、前記所定速度で走行する時に、横転を起こさない限界の曲率κrollover。即ち、車両が、前記所定速度で走行する場合に、移動経路候補上における曲率κrolloverより大きい曲率κ(S)の箇所で車両が横転する。
なお、通常は、曲率κslipおよび曲率κrolloverの値は、曲率κturnの値よりも小さい。また、曲率κslipおよび曲率κrolloverの値は、車両の前記所定速度により変化し、一般的に、車両の前記所定速度が大きいほど減少する。また、曲率κslipの値は、車両とその走行面との動摩擦係数にも依存する。
従って、κ(S)が次の大小関係を満足する場合には、曲率条件が満たされることになる。
κ(S)≦κturn、かつ、κ(S)≦κslip、かつ、κ(S)≦κrollover、
このような曲率κslipおよび曲率κrolloverは移動装置(例えば、車両)の特性などに基づいて求めることができる。参考のために述べると、曲率κslipは、例えば非特許文献2に記載された式(2)であってもよく、曲率κrolloverは、非特許文献2に記載された式(4)であってもよい。
経路探索装置9は、上記κ(S)により定められる移動経路候補を探索する時に、Sの上限値Sfを設定長さの値に固定して、上記パラメータa2の値を与えることで、上記関係式1からa1、a3、a4の値を定め、これにより、定まる移動経路候補が干渉条件と曲率条件を満たすかを判断する。
経路探索装置9は、経路探索に使用するパラメータ・係数などに所定の値を与えて経路探索を行う。そのために、記憶装置3は、予め設定されたこれらパラメータ・係数の値を記憶する。具体的には、記憶装置3は、経路長Sの上限値Sf、a2、κ0,κf,θfなどの各設定値を記憶する。
また、複数の移動経路候補を生成するために、a2の複数の値を設定しておく。例えば、a2の最小値a2minおよびa2の最大値a2maxと、この最小値からのa2の増加量da2とを設定しておき、経路探索装置9は、a2min、a2min+da2、a2min+2da2、a2+3da2・・・、a2maxのそれぞれついて移動経路候補が定まるようにしておく。これにより、複数(例えば、21本)の移動経路候補を生成できる。
記憶装置3は、曲率κ(S)の前記曲率基準値を記憶する。
また、κslipやκrolloverが移動装置の速度などの変数に依存する場合には、これら変数とκslipとの関係式と、これら変数とκrolloverとの関係式も記憶装置3に記憶させる。これにより、経路探索装置9は、任意の時に、これら変数の値に基づいて当該関係式を用いてκslipとκrolloverを演算し、κturn、κslip、κrolloverの大小を比較し、これらのうち最小のものを前記曲率基準値として特定する。なお、κturnは記憶装置3に記憶された固定値であってよい、
さらに、記憶装置3は、unknown領域に関する上述の所定の閾値、後述する指令速度値減少量・減少率、および経路長増加量・増加率などを記憶する。
これら移動経路候補が、干渉条件および曲率条件を満足するかを判断する。曲率条件については、各移動経路候補について、κ(S)が、0≦S≦Sfの全範囲にわたって、上述したκ(S)の曲率基準値以下であるかを判断する。曲率基準値以下である場合には、曲率条件が満たされることになる。
このようにして、干渉条件および曲率条件を満たす移動経路候補が存在しない場合には、即ち、移動経路候補のいずれもが干渉条件および曲率条件の両方を満足しない場合には、移動経路候補が見出されなかったことになり、ステップS3へ進む。一方、干渉条件および曲率条件を満たす移動経路候補が存在する場合には、移動経路候補が見出されたことになり、ステップS4へ進む。
このようにすることで、前回の経路探索では、移動経路候補上に障害物が存在していた場合でも、Sfを増加させることで、上記関係式1によりa3、a4の値も変化し、κ(S)により定まる移動経路候補の経路も前回と異なったものとなる。しかも、生成される移動経路候補の全長も大きくなる。これにより、例えば図10に模式的に示すように、障害物を回避するように延びる移動経路候補が生成される可能性が効果的に高まる。なお、図10において、複数の細い曲線は、前回生成された移動経路候補を示し、太い曲線は今回生成された移動経路候補(図10では、簡単のため1本のみ)を示す。
本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態による経路生成装置と方法は以下で述べる点で、第1実施形態と異なる。第2実施形態による経路生成装置と方法の他の内容は第1実施形態と同じであってよい。
(a)前記経路探索装置9は、前記1つ以上の移動経路候補が干渉条件を満足するかを判断する。
(b)該移動経路候補のいずれも干渉条件を満足しないと判断した場合に、前記1つ以上の移動経路候補を変更し、該変更された1つ以上の移動経路候補が前記干渉条件を満足するかを判断する。
即ち、前記経路探索装置9は、上記κ(S)=a1+a2S+a3S2+・・・+an+1Snの式を用いて、次の処理(A)または(B)を行う。
(A)前記Sの上限値および前記複数の係数a1〜an+1にそれぞれ所定の値を与えることで得られるκ(S)について、該κ(S)により定まる前記移動経路候補が干渉条件を満たすかを判断する。
(B)前記(A)の処理を複数回行う場合に、前記(A)の処理を行うごとにa1〜an+1のうち少なくとも1つの値を変更して前記(A)の処理を行い、これにより、複数回の処理で得られる複数の前記移動経路候補について干渉条件を満たすかを判断する。
第2実施形態では、ステップS3において、前記Sの上限値を増加させ、かつ、前記係数a1〜an+1の少なくともいずれかの値を、対応する当該係数に前記(A)または(B)の処理で与えた値から変更することで、前記1つ以上の移動経路候補を変更し、前記(A)または(B)の処理を再び行う。
次に、本発明の第3実施形態による経路生成装置10と経路生成方法について説明する。第3実施形態による経路生成装置10と経路生成方法は以下で述べない点は、第1実施形態または第2実施形態と同じであってもよいし、第1実施形態または第2実施形態から適宜変更してもよい。
図11(A)の例では、障害物検出装置7により、または、障害物検出装置7と前記地形データにより、障害物11a、11bおよび走行可能領域13が検出される。図11(A)において、他の部分は、障害物検出装置7により障害物11a、11bの有無が検出されていない未検出領域15である。なお、図11(A)のように、移動装置の走行中の揺れにより、障害物検出装置7により検出された走行可能領域13が不連続となる場合もある。
図11(B)は、図11(A)の場合に対して生成された内接円を示す。現在位置Xの側から順に、左右の上述の境界に接する内接円が生成される。
次に生成する内接円(対象内接円という)の中心は、この対象内接円の直前に生成された内接円(1つ手前の内接円という)の中心と、この1つ手前の内接円の直前に生成された内接円(2つ手前の内接円という)の中心とを通る直線と直交する直線(直交直線という)上に位置する。当該次に生成する内接円は、当該直交直線上に中心が位置する最大の内接円である。
なお、当該直交直線は、次に生成する内接円が何番目のものであるかにかかわらず、次に生成する当該内接円に対して2つ手前の内接円の中心から一定の距離だけ離れた位置に生成されてよい。最初の内接円は、現在位置X近傍に生成され、2番目の内接円は、現在位置Xと最初の内接円の中心とを通る直線と直交する直線上に中心が位置するように生成されてよい。
互いに連続して隣接し障害物11a,11bに衝突することなく未検出領域15に至る複数の探索線(図11(D)において符号Gで示す)のうち一方端の探索線Laと隣接する探索線Lbが、左側の障害物11aと衝突する衝突点を第1衝突点Paとして特定し、さらに、前記複数の探索線(図11(D)において符号Gで示す)のうち他方端の探索線Lcと隣接する探索線Ldが、右側の障害物11bと衝突する衝突点を第1衝突点Pbとして特定する。好ましくは、隣接する探索線のなす角度は、いずれの隣接する探索線についても同じであるのがよい。
従って、経路探索装置9は、第1実施形態または第2実施形態の各要素の規格値だけでなく、経由点Piからの距離の規格値も考慮して、(例えば、すべての要素の規格値の総和として)高速走行可能度を算出する。
次に、本発明の第4実施形態による経路生成装置10と経路生成方法について説明する。第4実施形態による経路生成装置10と経路生成方法は、第3実施形態の変更例であり、以下で述べない点は、第3実施形態と同じである。
すなわち、ステップS26において、第1衝突点Paと第2衝突点Pbをそれぞれ含む障害物11a、11bのうち対象衝突点と反対側にある前記障害物の境界において、前記対象衝突点から距離が最も短くなる点を設定し、当該点から前記対象衝突点まで延びる線分21を生成する。図14(A)は、図11(D)の場合に対して生成された線分21を示す。
次に、本発明の第5実施形態による経路生成装置10と経路生成方法について説明する。第5実施形態による経路生成装置10と経路生成方法は、第3実施形態または第4実施形態の変更例であり、以下で述べない点は、第3実施形態または第4実施形態と同じである。
すなわち、互いに隣接して障害物11に至る2本の探索線の長さの差が、しきい値より大きい場合に、当該2本の探索線がそれぞれ障害物11に衝突する点となる第1衝突点および第2衝突点をも特定する。図15(B)は、図15(A)の場合に対して、このように特定した1対の第1衝突点Pa1および第2衝突点Pb1と、別の1対の第1衝突点Pa2および第2衝突点Pb2を示す。
従って、分岐しているとみなされた複数本の走行可能領域13のうちいずれに進むかを決める。
次に、本発明の第6実施形態による経路生成装置10と経路生成方法について説明する。第6実施形態において、以下で説明しない点は、上述の第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態または第5実施形態と同じである。
速度しきい値は、当該値の走行速度で車両が走行すると、舗装路面の場合と未舗装路面の場合とで、車両の振動の大きさに差が現れる車両の走行速度の下限値である。振動しきい値は、走行速度で車両が舗装路面を走行する場合には現れにくい車両の振動の大きさであり、かつ、速度しきい値を超える走行速度で車両が未舗装路面を走行する場合に現れる車両の振動の大きさの下限値である。例えば、走行速度と振動の振幅の平均値(振動の大きさ)とは、図17のグラフに示す傾向があるので、図17のように速度しきい値と振動しきい値を設定してよい。
路面判定装置25により路面が舗装路面であると判定された場合には、経路探索装置9は、経路長さの規格値を、上述の第1実施形態の場合と同じ方法で算出する。一方、路面判定装置25により路面が未舗装路であると判定された場合には、経路探索装置9は、上述の第1実施形態と同じ方法で算出された経路長さの規格値に、ゼロ以上であり1未満である値を乗算することにより得た値を経路長さの規格値として算出する。
経路探索装置9は、経路長さの規格値を、車両の停止距離の規格値として算出する。車両の停止距離は、次の式で表される。
停止距離=V×t+V2/(2×μ×G)
ここで、Vは、車両の走行速度の上限値(車両が出せる最高速度)である。tは、後述する車両の空走距離である。μは、路面の動摩擦係数の単位を持ち、例えば、路面判定装置25により路面が舗装路面であると判定された場合には0.8であるとし、路面判定装置25により路面が未舗装路面であると判定された場合には、0.5であるとする。Gは、重力加速度である。
空走距離とは、車両の制御装置が、車両の走行時に、車両を停止させる旨の指令信号を出力してから、車両の制動装置(ブレーキ)が作動を開始するまでの時間である。
このように算出される規格値の一例を、図18(A)に示す。
路面判定装置25により路面が舗装路面であると判定された場合には、経路探索装置9は、最小曲率半径の規格値を、上述の第1実施形態の場合と同じ方法で算出する。一方、路面判定装置25により路面が未舗装路であると判定された場合には、経路探索装置9は、上述の第1実施形態と同じ方法で算出された最小曲率半径の規格値に、ゼロ以上であり1未満である値を乗算することにより得た値を最小曲率半径の規格値として算出する。
走行速度Vで車両が走行している時に、車両が横滑りすることなく旋回できるその最小旋回半径は、次の式で表される。
最小旋回半径=V2/(μ×G)
ここで、Vは、車両の走行速度である。μは、路面の動摩擦係数である。Gは、重力加速度である。
μの値は、舗装路面の場合よりも未舗装路面の場合の方が小さい。従って、最小曲率半径の規格値は、図18(B)のように、路面が舗装路面の場合は、上述の規格値(1/n)×logRで表わされるが、路面が未舗装路面の場合は、この規格値に、ゼロより大きく1より小さい値を乗算した規格値として表されてよい。なお、図18(B)では、最小曲率半径が、走行速度がほぼゼロである時に車両が旋回できる最小旋回半径R0以下である場合には、規格値をゼロにしている。
また、自律移動する移動装置は、第1実施形態または第2実施形態の経路生成装置10と、該経路生成装置10により生成された移動経路に沿って移動するように移動装置を制御する制御装置と、を備える。
制御装置は、位置検出装置5により検出された現在位置、上記生成された移動経路(即ち、記憶装置3に設定されている移動経路)、上述の速度指令装置から出力される指令速度値、移動装置の現在の速度、および、進行方向などに基づいて移動装置の速度制御を行う上述の速度制御装置を有する。また、移動装置は、位置検出装置5により検出された現在位置、上記生成された移動経路、速度指令装置から出力される指令速度値(例えば、一定指定速度値であってもよい)、移動装置の現在の速度および進行方向などに基づいて移動装置の進行方向制御を行う方向制御装置を有する。速度制御装置は、経路探索装置9が上述のように指令速度値を調整する場合には、調整された指令速度値に基づいて移動装置の速度制御を行う。
なお、速度指令装置は、設定されている移動経路における、移動装置が通過する直前の箇所の曲率に基づいて、指令速度値を出力する。この場合、速度指令装置は、曲率が大きいほど小さい速度指令値を出力してよい。
この移動装置は、上述と同様に移動経路をより確実に見出せるので、移動装置の自律移動を継続して行える。
9 経路探索装置、10 経路生成装置、11a,11b 障害物
13 走行可能領域、15 未検出領域、17 道なりライン、19,21 線分、23 振動センサ、25 路面判定装置
Claims (9)
- 自律移動する移動装置の移動経路を生成する経路生成装置であって、
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、
前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置と、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する経路探索装置と、を備え、
前記経路探索装置は、前記移動装置の現在位置と、前記移動装置に設けた障害物検出装置により検出した障害物とに基づいて、前記現在位置近傍の局所地図を生成し、
前記経路探索装置は、局所地図において、障害物の有無が検出されていない領域を未検出領域とし、
(A)次に通過する経由位置に向かう方向に対する左右両側に障害物が存在する場合に、左右の障害物の間に存在する領域を含む前記移動装置の走行可能領域を抽出し、
(B)走行可能領域内に位置して、前記障害物または未検出領域と走行可能領域との境界に接する複数の内接円を生成し、
(C)各内接円の中心を通過するラインに基づいて道なりラインを生成し、
(D)前記現在位置から多数の直線状の探索線を放射状に延ばし、互いに連続して隣接し障害物に衝突することなく前記未検出領域に至る複数の探索線のうち一方端の探索線と隣接する探索線が、左側の障害物に衝突する衝突点を第1衝突点として特定し、前記複数の探索線のうち他方端の探索線と隣接する探索線が、右側の障害物と衝突する衝突点を第2衝突点として特定し、
(E)第1衝突点と第2衝突点を比較し、両衝突点のうち前記現在位置に近い方を、対象衝突点とし、
(F)前記対象衝突点から延びて、前記道なりラインと直交し、対象衝突点と反対側にある前記障害物まで延びる線分を走行可能箇所として生成し、
(G)前記線分に至る複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、
前記経路探索装置は、これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定する、ことを特徴とする経路生成装置。 - 自律移動する移動装置の移動経路を生成する経路生成装置であって、
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、
前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置と、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する経路探索装置と、を備え、
前記経路探索装置は、前記移動装置の現在位置と、前記移動装置に設けた障害物検出装置により検出した障害物とに基づいて、前記現在位置近傍の局所地図を生成し、
前記経路探索装置は、局所地図において、障害物の有無が検出されていない領域を未検出領域として、
(A)前記現在位置から多数の直線状の探索線を放射状に延ばし、互いに連続して隣接し障害物に衝突することなく未検出領域に至る複数の探索線のうち一方端の探索線と隣接する探索線が、左側の障害物に衝突する衝突点を第1衝突点として特定し、前記複数の探索線のうち他方端の探索線と隣接する探索線が、右側の障害物と衝突する衝突点を第2衝突点として特定し、
(B)第1衝突点と第2衝突点を比較し、両衝突点のうち前記現在位置に近い方を、対象衝突点とし、
(C)対象衝突点と反対側の前記障害物において、前記対象衝突点からの距離が最も短くなる点を設定し、当該点から前記対象衝突点まで延びる線分を、両側が障害物に挟まれた移動装置の走行可能箇所として生成し、
(D)前記線分に至る複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、
前記経路探索装置は、これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定する、ことを特徴とする経路生成装置。 - 自律移動する移動装置の移動経路を生成する経路生成装置であって、
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、
前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置と、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する経路探索装置と、を備え、
前記経路探索装置は、
複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、
これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、
該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定し、
前記高速走行可能度は、その要素として、移動経路候補の経路長さ、移動経路候補の最小曲率半径、移動経路候補に沿った路面領域の高低差に基づいた路面良好度、および、現在使用している移動経路と移動経路候補との近接度の少なくともいずれかを含み、
前記経路探索装置は、前記各要素の値に応じて前記高速走行可能度を算出し、
移動装置は、回転駆動される走行車輪により路面上を走行する車両であり、
前記車両には、その走行時に前記車両の振動を計測する振動センサが搭載されており、
前記振動センサにより計測された振動に基づいて、前記車両が現在走行している路面が、未舗装路面と舗装路面のいずれであるかを判定する路面判定装置を備え、
前記高速走行可能度は、その要素として、前記路面良好度を含むだけでなく、前記経路長さと最小曲率半径の一方または両方を含み、
前記経路探索装置は、前記各要素の値を規格値に換算して算出し、各要素の規格値を反映させた高速走行可能度を算出し、
前記経路探索装置は、同じ移動経路候補について、前記路面が未舗装路面であると判定された場合には、前記路面が舗装路であると判定された場合よりも、前記経路長さと前記最小曲率半径の規格値を小さく算出する、ことを特徴とする経路生成装置。 - 前記高速走行可能度は、その要素として、移動経路候補の経路長さ、移動経路候補の最小曲率半径、移動経路候補に沿った路面領域の高低差に基づいた路面良好度、および、現在使用している移動経路と移動経路候補との近接度の少なくともいずれかを含み、
前記経路探索装置は、前記各要素の値に応じて前記高速走行可能度を算出する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の経路生成装置。 - 前記高速走行可能度は、前記各要素の値が大きいほど高い、ことを特徴とする請求項3または4に記載の経路生成装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の経路生成装置と、該経路生成装置により生成された移動経路に沿って移動するように移動装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする移動装置。
- 自律移動する移動装置の移動経路を生成する経路生成方法であって、
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置とを設け、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する場合に、
経路探索装置により、前記移動装置の現在位置と、前記移動装置に設けた障害物検出装置により検出した障害物とに基づいて、前記現在位置近傍の局所地図を生成し、
局所地図において、障害物の有無が検出されていない領域を未検出領域とし、前記経路探索装置により、
(A)次に通過する経由位置に向かう方向に対する左右両側に障害物が存在する場合に、左右の障害物の間に存在する領域を含む前記移動装置の走行可能領域を抽出し、
(B)走行可能領域内に位置して、前記障害物または未検出領域と走行可能領域との境界に接する複数の内接円を生成し、
(C)各内接円の中心を通過するラインに基づいて道なりラインを生成し、
(D)前記現在位置から多数の直線状の探索線を放射状に延ばし、互いに連続して隣接し障害物に衝突することなく前記未検出領域に至る複数の探索線のうち一方端の探索線と隣接する探索線が、左側の障害物に衝突する衝突点を第1衝突点として特定し、前記複数の探索線のうち他方端の探索線と隣接する探索線が、右側の障害物と衝突する衝突点を第2衝突点として特定し、
(E)第1衝突点と第2衝突点を比較し、両衝突点のうち前記現在位置に近い方を、対象衝突点とし、
(F)前記対象衝突点から延びて、前記道なりラインと直交し、対象衝突点と反対側にある前記障害物まで延びる線分を走行可能箇所として生成し、
(G)前記線分に至る前記複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、
前記経路探索装置により、これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定する、ことを特徴とする経路生成方法。 - 自律移動する移動装置の移動経路を生成する経路生成方法であって、
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置とを設け、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する場合に、
経路探索装置により、前記移動装置の現在位置と、前記移動装置に設けた障害物検出装置により検出した障害物とに基づいて、前記現在位置近傍の局所地図を生成し、
局所地図において、障害物の有無が検出されていない領域を未検出領域として、前記経路探索装置により、
(A)前記現在位置から多数の直線状の探索線を放射状に延ばし、互いに連続して隣接し障害物に衝突することなく未検出領域に至る複数の探索線のうち一方端の探索線と隣接する探索線が、左側の障害物に衝突する衝突点を第1衝突点として特定し、前記複数の探索線のうち他方端の探索線と隣接する探索線が、右側の障害物と衝突する衝突点を第2衝突点として特定し、
(B)第1衝突点と第2衝突点を比較し、両衝突点のうち前記現在位置に近い方を、対象衝突点とし、
(C)対象衝突点と反対側の前記障害物において、前記対象衝突点からの距離が最も短くなる点を設定し、当該点から前記対象衝突点まで延びる線分を、両側が障害物に挟まれた移動装置の走行可能箇所として生成し、
(D)前記線分に至る前記複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、
前記経路探索装置により、これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定する、ことを特徴とする経路生成方法。 - 自律移動する移動装置の移動経路を生成する経路生成方法であって、
前記移動装置は、回転駆動される走行車輪により路面上を走行する車両であり、
前記車両には、その走行時に前記車両の振動を計測する振動センサが搭載されており、
前記振動センサにより計測された振動に基づいて、前記車両が現在走行している路面が、未舗装路面と舗装路面のいずれであるかを判定する路面判定装置を用意し、
移動開始位置から目標到達位置までの間に設定され前記移動経路の生成の指標となる複数の経由位置を記憶した記憶装置と、前記移動装置の現在位置を検出する位置検出装置とを設け、
移動装置の移動中において、前記現在位置に基づいて、前記複数の経由位置のうち移動装置が次に通過する経由位置に向かうための移動経路を探索し生成する場合に、経路探索装置により、複数の移動経路候補を生成するとともに、これら移動経路候補の各々について高速走行可能度を算出し、これら高速走行可能度を互いに比較することで、前記複数の移動経路候補の中から、最も高速走行可能度が高い移動経路候補を選択し、該選択した移動経路候補を実際に使用する移動経路として設定し、
前記高速走行可能度は、その要素として、移動経路候補の経路長さ、移動経路候補の最小曲率半径、移動経路候補に沿った路面領域の高低差に基づいた路面良好度、および、現在使用している移動経路と移動経路候補との近接度の少なくともいずれかを含み、
前記高速走行可能度は、その要素として、前記路面良好度を含むだけでなく、前記経路長さと最小曲率半径の一方または両方を含み、
経路探索装置により、前記各要素の値を規格値に換算して算出し、各要素の規格値を反映させた高速走行可能度を算出し、
前記経路探索装置により、同じ移動経路候補について、前記路面が未舗装路面であると判定された場合には、前記路面が舗装路であると判定された場合よりも、前記経路長さと前記最小曲率半径の規格値を小さく算出する、ことを特徴とする経路生成方法。
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