JP6035209B2 - ナビゲーション装置、シミュレーション装置、移動装置およびナビゲーション方法 - Google Patents
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Description
また、重み情報における複数の重み係数は、複数の移動経路を含む仮想的な地形において、任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報、任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報、および複数の移動経路の予め取得した価値を用いて、正準相関分析により算出される。
この場合、複数の目的地位置情報、複数の地形特徴情報および複数の移動経路の目的地までの価値は、複数の移動経路を含む仮想的な地形を用いて取得される。これにより、任意の地形の複数の目的地位置情報、複数の地形特徴情報および複数の移動経路の目的地までの価値を容易に取得することができるとともに、任意の地形の重み係数を容易に算出することができる。
以下、本発明の一実施の形態に係るナビゲーション装置および移動装置について図面を参照しつつ説明する。移動装置は、農作業場または災害現場等において用いられる運転手による運転および操作を必要としない自律式の移動装置である。
図1の記憶部130に記憶される重み情報は、シミュレーション装置により算出される。図3は、本発明の一実施の形態に係るシミュレーション装置の構成の一例を示すブロック図である。図3に示すように、シミュレーション装置300は、操作部310、表示部320、記憶部330、経路設定部340、価値算出部350、情報取得部360および重み情報算出部370を含む。経路設定部340、価値算出部350、情報取得部360および重み情報算出部370は、例えばCPUおよびコンピュータプログラムにより実現される。
(a)経路設定処理
図4は、経路設定処理に用いられる仮想地形を示す図である。図4に示すように、仮想地形10は、仮想移動装置が移動可能な複数の仮想的な移動経路11および仮想移動装置が移動不可能な草木および岩石等の仮想的な障害物12を含む。以下、仮想的な移動経路11および仮想的な障害物12をそれぞれ仮想移動経路11および仮想障害物12と呼ぶ。図4においては、仮想移動経路11が白抜きにより示され、仮想障害物12上がドットパターンにより示されている。図4においては、仮想地形10の高低差の図示は省略する。
価値算出部350は、経路設定処理の終了後、価値算出処理を実行する。図6は、価値算出部350による価値算出処理を示すフローチャートである。価値算出処理は、シミュレーション装置300のCPUが価値算出プログラムを実行することにより行われる。
情報取得部360は、経路設定処理の終了後、目的地位置情報取得処理を実行する。図7は、情報取得部360による目的地位置情報取得処理を示すフローチャートである。目的地位置情報取得処理は、シミュレーション装置300のCPUが目的地位置情報取得プログラムを実行することにより行われる。
情報取得部360は、経路設定処理の終了後、地形特徴情報取得処理を実行する。図9は、情報取得部360による地形特徴情報取得処理を示すフローチャートである。地形特徴情報取得処理は、シミュレーション装置300のCPUが地形特徴情報取得プログラムを実行することにより行われる。
重み情報算出部370は、価値算出処理、目的地位置情報取得処理および地形特徴情報取得処理の終了後、重み情報算出処理を実行する。図11は、重み情報算出部370による重み情報算出処理を示すフローチャートである。重み情報算出処理は、シミュレーション装置300のCPUが重み情報算出プログラムを実行することにより行われる。
図12および図13は、ナビゲーション装置100によるナビゲーション処理を示すフローチャートである。ナビゲーション処理は、ナビゲーション装置100のCPUがナビゲーションプログラムを実行することにより行われる。移動装置200は、実際に使用する農作業場または災害現場に配置される。記憶部130には、重み情報算出処理のステップS44で算出された重み情報が記憶されている。
本実施の形態に係るナビゲーション装置100においては、一または複数の移動経路が移動経路検出部150により検出される。目的地位置情報(r成分、h成分およびθ成分)が目的地位置情報取得部140により取得される。地形特徴情報(f1〜f16成分)が地形特徴情報取得部160により取得される。記憶部130に重み情報(複数の重み係数A1〜A19を含む第1正準相関ベクトルA)が予め記憶されている。
(a)上記実施の形態において、移動経路の目的地までの価値は、移動時間または消費エネルギーであるが、これに限定されない。移動経路の目的地までの価値は、移動時間および消費エネルギーであってもよい。この場合、移動装置200が移動経路を移動する際の移動時間が短くかつ消費エネルギーが少ないほど移動経路の目的地までの価値が高い。したがって、ナビゲーション装置100は、高い価値を有する移動経路を選択することにより、移動装置200を目的地まで短時間でかつ少ない消費エネルギーで移動させることが可能になる。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(8)参考形態
(8−1)第1の参考形態に係るナビゲーション装置は、移動装置に搭載されるナビゲーション装置であって、移動装置が移動可能な一または複数の移動経路を検出する移動経路検出部と、移動装置を基準とした目的地の位置に関する情報を目的地位置情報として取得する目的地位置情報取得部と、移動装置の周囲の地形の特徴に関する情報を地形特徴情報として取得する地形特徴情報取得部と、目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含み目的地位置情報および地形特徴情報から移動経路の目的地までの価値に相関する情報を価値相関情報として算出するための重み情報を予め記憶する記憶部と、記憶部に記憶された重み情報に基づいて、目的地位置情報取得部により取得された目的地位置情報および地形特徴情報取得部により取得された地形特徴情報から、移動経路検出部により検出された一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報を算出し、算出された価値相関情報に基づいて一または複数の移動経路の目的地までの価値を推定する価値推定部とを備えるものである。
このナビゲーション装置においては、移動装置が移動可能な一または複数の移動経路が検出される。また、移動装置を基準とした目的地の位置に関する目的地位置情報が取得される。移動装置の周囲の地形の特徴に関する地形特徴情報が取得される。
目的地位置情報および地形特徴情報から移動経路の目的地までの価値に相関する価値相関情報を算出するための重み情報が予め記憶されている。ここで、重み情報は、目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含む。
記憶された重み情報に基づいて、取得された目的地位置情報および地形特徴情報から、検出された一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報が算出される。算出された価値相関情報に基づいて一または複数の移動経路の目的地までの価値が推定される。
この構成によれば、移動経路の事前情報がない場合でも、一または複数の移動経路の目的地までの価値を推定することができる。移動装置は、高い価値を有すると推定された移動経路を移動することにより、高い確率で目的地に到達することができる。それにより、ナビゲーション装置は、移動経路の事前情報がない場合でも、移動装置を目的地まで効率よく移動させることが可能になる。
(8−2)重み情報における複数の重み係数は、複数の移動経路を含む仮想的な地形において、任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報、任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報、および複数の移動経路の予め取得した価値を用いて、正準相関分析により算出されてもよい。
この場合、複数の目的地位置情報、複数の地形特徴情報および複数の移動経路の目的地までの価値は、複数の移動経路を含む仮想的な地形を用いて取得される。これにより、任意の地形の複数の目的地位置情報、複数の地形特徴情報および複数の移動経路の目的地までの価値を容易に取得することができるとともに、任意の地形の重み係数を容易に算出することができる。
(8−3)複数の移動経路を含む仮想的な地形における任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報および任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報を複数の第1の変数として含みかつ複数の第1の変数にそれぞれ対応する複数の第1の係数を含む第1の関数が設定されるとともに、仮想的な地形における複数の移動経路の目的地までの価値を一または複数の第2の変数として含みかつ一または複数の第2の変数にそれぞれ対応する一または複数の第2の係数を含む第2の関数が設定され、第1の関数の値と第2の関数の値との相関が最大となるように複数の第1の係数の値および一または複数の第2の係数の値が決定され、重み情報は、決定された複数の第1の係数の値を複数の重み係数として含んでもよい。
この場合、決定された第1の係数を用いることにより、実際の移動経路における目的地位置情報および地形特徴情報から算出される一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報の信頼性が向上する。これにより、推定される一または複数の移動経路の目的地までの価値の信頼性を向上させることができる。
(8−4)ナビゲーション装置は、価値推定部により推定された価値のうち、最も高い価値を有する移動経路を選択する経路選択部をさらに備えてもよい。
この場合、移動装置は、最も高い価値を有すると推定された移動経路を移動する。それにより、移動装置は最良の移動経路を通って目的地に到達することができる。その結果、ナビゲーション装置は、移動経路の事前情報がない場合でも、移動装置を目的地までより効率よく移動させることが可能になる。
(8−5)ナビゲーション装置は、目的地の位置を指定するために使用者により操作される操作部と、全地球測位システムから移動装置の測位情報を受信する位置姿勢センサとをさらに備え、目的地位置情報取得部は、操作部により指定された目的地の位置と、位置姿勢センサにより受信された移動装置の測位情報とに基づいて目的地位置情報を取得してもよい。この場合、目的地位置情報を容易かつ正確に取得することができる。
(8−6)ナビゲーション装置は、移動装置の周囲における第1の数の地点を測量する環境認識センサをさらに備え、移動経路検出部は、環境認識センサによる第1の数の地点にそれぞれ対応する第1の数の測量の情報に基づいて移動装置が移動可能な一または複数の移動経路を検出し、地形特徴情報取得部は、第1の数の測量の情報から一または複数の移動経路上における第1の数よりも少ない第2の数の測量の情報を地形特徴情報として抽出してもよい。
この場合、複数の地形特徴情報の数が第1の数から第2の数に低次元化される。これにより、信頼性を大きく低下させることなく一または複数の移動経路の目的地までの価値を高速に推定することができる。
(8−7)環境認識センサはレーザレンジファインダを含んでもよい。この場合、簡単な構成で第1の数の地点を測量することができる。
(8−8)移動経路の目的地までの価値の高さは、移動装置が移動経路を移動する際の移動時間の短さを含んでもよい。この場合、ナビゲーション装置は、移動装置を目的地まで短時間で移動させることが可能になる。
(8−9)移動経路の目的地までの価値の高さは、移動装置が移動経路を移動する際の消費エネルギーの少なさを含んでもよい。この場合、ナビゲーション装置は、移動装置を目的地まで少ない消費エネルギーで移動させることが可能になる。
(8−10)第2の参考形態に係るシミュレーション装置は、第1の参考形態に係るナビゲーション装置において移動経路の目的地までの価値を推定するために用いられる重み情報を作成するシミュレーション装置であって、複数の移動経路を含む仮想的な地形を示す地形データを記憶する記憶部と、記憶部に記憶された地形データにより示される仮想的な地形における複数の移動経路を走行可能な仮想的な移動装置と、仮想的な地形における任意の地点から任意の目的地まで移動装置を移動させることにより複数の移動経路の価値を取得し、取得された複数の移動経路の価値に基づいて、任意の目的地までの最適な移動経路の価値を算出する価値算出部と、仮想的な地形における任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報および任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報を取得する情報取得部と、価値算出部により複数の目的地の各々について算出された最適な移動経路の価値ならびに情報取得部により取得された複数の目的地位置情報および複数の地形特徴情報に基づいて、移動経路の目的地までの価値に相関する価値相関情報を算出するための重み情報を正準相関分析により算出する重み情報算出部とを備え、重み情報は、目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含むものである。
このシミュレーション装置においては、複数の移動経路を含む仮想的な地形を示す地形データが記憶される。仮想的な移動装置が、記憶された地形データにより示される仮想的な地形における複数の移動経路を走行可能である。仮想的な地形における任意の地点から任意の目的地まで移動装置を移動させることにより複数の移動経路の価値が取得され、取得された複数の移動経路の価値に基づいて、任意の目的地までの最適な移動経路の価値が算出される。仮想的な地形における任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報および任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報が取得される。
複数の目的地の各々について算出された最適な移動経路の価値ならびに取得された複数の目的地位置情報および複数の地形特徴情報に基づいて、移動経路の目的地までの価値に相関する価値相関情報を算出するための重み情報が正準相関分析により算出される。ここで、重み情報は、目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含む。
ナビゲーション装置においては、シミュレーション装置により算出された重み情報が記憶される。記憶された重み情報に基づいて、取得された目的地位置情報および地形特徴情報から、検出された一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報が算出される。算出された価値相関情報に基づいて一または複数の移動経路の目的地までの価値が推定される。
この構成によれば、移動経路の事前情報がない場合でも、一または複数の移動経路の目的地までの価値を推定することができる。移動装置は、高い価値を有すると推定された移動経路を移動することにより、高い確率で目的地に到達することができる。それにより、ナビゲーション装置は、移動経路の事前情報がない場合でも、移動装置を目的地まで効率よく移動させることが可能になる。
また、シミュレーション装置は、移動経路の事前情報がない場合でも、移動装置を目的地まで効率よく移動させることが可能なナビゲーション装置において移動経路の目的地までの価値を推定するために用いられる重み情報を作成することができる。
(8−11)第3の参考形態に係る自律移動装置は、移動可能に構成される本体部と、本体部に搭載される第1の参考形態に係るナビゲーション装置と、ナビゲーション装置により推定された各移動経路の目的地までの価値に基づいて本体部の移動を制御する制御部とを備えたものである。
この自律移動装置においては、本体部に上記のナビゲーション装置が搭載される。ナビゲーション装置により推定された各移動経路の目的地までの価値に基づいて本体部が移動する。この構成によれば、自律移動装置は、上記のナビゲーション装置を含むので、移動経路の事前情報がない場合でも、目的地まで効率よく移動することが可能になる。
(8−12)第4の参考形態に係るナビゲーション方法は、移動装置をナビゲートするナビゲーション方法であって、目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含み、目的地位置情報および地形特徴情報から移動経路の目的地までの価値に相関する情報を価値相関情報として算出するための重み情報を予め記憶するステップと、移動装置が移動可能な一または複数の移動経路を検出するステップと、移動装置を基準とした目的地の位置に関する情報を目的地位置情報として取得するステップと、移動装置の周囲の地形の特徴に関する情報を地形特徴情報として取得するステップと、記憶された重み情報に基づいて、取得された目的地位置情報および取得された地形特徴情報から、検出された一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報を算出し、算出された価値相関情報に基づいて一または複数の移動経路の目的地までの価値を推定するステップとを含むものである。
このナビゲーション方法においては、移動装置が移動可能な一または複数の移動経路が検出される。また、移動装置を基準とした目的地の位置に関する目的地位置情報が取得される。移動装置の周囲の地形の特徴に関する地形特徴情報が取得される。
目的地位置情報および地形特徴情報から移動経路の目的地までの価値に相関する価値相関情報を算出するための重み情報が予め記憶されている。ここで、重み情報は、目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含む。
記憶された重み情報に基づいて、取得された目的地位置情報および地形特徴情報から、検出された一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報が算出される。算出された価値相関情報に基づいて一または複数の移動経路の目的地までの価値が推定される。
この構成によれば、移動経路の事前情報がない場合でも、一または複数の移動経路の目的地までの価値を推定することができる。移動装置は、高い価値を有すると推定された移動経路を移動することにより、高い確率で目的地に到達することができる。それにより、ナビゲーション方法は、移動経路の事前情報がない場合でも、移動装置を目的地まで効率よく移動させることが可能になる。
10 仮想地形
11 仮想移動経路
12 仮想障害物
13 ノード
100 ナビゲーション装置
110 センサ部
111 位置姿勢センサ
112 環境認識センサ
120 操作部
130 記憶部
140 目的地位置情報取得部
150 移動経路検出部
160 地形特徴情報取得部
170 価値推定部
180 経路選択部
200 移動装置
210 制御部
220 アクチュエータ部
221 駆動系アクチュエータ
222 操舵系アクチュエータ
230 移動機構部
231 駆動機構
232 操舵機構
240 車体
300 シミュレーション装置
310 操作部
320 表示部
330 記憶部
340 経路設定部
350 価値算出部
360 情報取得部
370 重み情報算出部
Claims (11)
- 移動装置に搭載されるナビゲーション装置であって、
前記移動装置が移動可能な一または複数の移動経路を検出する移動経路検出部と、
前記移動装置を基準とした目的地の位置に関する情報を目的地位置情報として取得する目的地位置情報取得部と、
前記移動装置の周囲の地形の特徴に関する情報を地形特徴情報として取得する地形特徴情報取得部と、
目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含む重み情報を予め記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された重み情報に基づいて、前記目的地位置情報取得部により取得された目的地位置情報および前記地形特徴情報取得部により取得された地形特徴情報から、前記移動経路検出部により検出された前記一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報を算出し、算出された価値相関情報に基づいて前記一または複数の移動経路の目的地までの価値を推定する価値推定部とを備え、
前記重み情報における前記複数の重み係数は、複数の移動経路を含む仮想的な地形において、任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報、任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報、および複数の移動経路の予め取得した価値を用いて、正準相関分析により算出される、ナビゲーション装置。 - 複数の移動経路を含む仮想的な地形における任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報および任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報を複数の第1の変数として含みかつ前記複数の第1の変数にそれぞれ対応する複数の第1の係数を含む第1の関数が設定されるとともに、前記仮想的な地形における複数の移動経路の目的地までの価値を一または複数の第2の変数として含みかつ前記一または複数の第2の変数にそれぞれ対応する一または複数の第2の係数を含む第2の関数が設定され、前記第1の関数の値と前記第2の関数の値との相関が最大となるように前記複数の第1の係数の値および前記一または複数の第2の係数の値が決定され、
前記重み情報は、前記決定された複数の第1の係数の値を前記複数の重み係数として含む、請求項1記載のナビゲーション装置。 - 前記価値推定部により推定された価値のうち、最も高い価値を有する移動経路を選択する経路選択部をさらに備える、請求項1または2記載のナビゲーション装置。
- 目的地の位置を指定するために使用者により操作される操作部と、
全地球測位システムから前記移動装置の測位情報を受信する位置姿勢センサとをさらに備え、
前記目的地位置情報取得部は、前記操作部により指定された目的地の位置と、前記位置姿勢センサにより受信された前記移動装置の測位情報とに基づいて前記目的地位置情報を取得する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のナビゲーション装置。 - 前記移動装置の周囲における第1の数の地点を測量する環境認識センサをさらに備え、
前記移動経路検出部は、前記環境認識センサによる第1の数の地点にそれぞれ対応する第1の数の測量の情報に基づいて前記移動装置が移動可能な前記一または複数の移動経路を検出し、
前記地形特徴情報取得部は、第1の数の測量の情報から前記一または複数の移動経路上における第1の数よりも少ない第2の数の測量の情報を前記地形特徴情報として抽出する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のナビゲーション装置。 - 前記環境認識センサはレーザレンジファインダを含む、請求項5記載のナビゲーション装置。
- 移動経路の目的地までの価値の高さは、前記移動装置が移動経路を移動する際の移動時間の短さを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のナビゲーション装置。
- 移動経路の目的地までの価値の高さは、前記移動装置が移動経路を移動する際の消費エネルギーの少なさを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のナビゲーション装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載のナビゲーション装置において移動経路の目的地までの価値を推定するために用いられる重み情報を作成するシミュレーション装置であって、
複数の移動経路を含む仮想的な地形を示す地形データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された地形データにより示される仮想的な地形における複数の移動経路を走行可能な仮想的な移動装置と、
前記仮想的な地形における任意の地点から任意の目的地まで前記移動装置を移動させることにより複数の移動経路の価値を取得し、取得された複数の移動経路の価値に基づいて、任意の目的地までの最適な移動経路の価値を算出する価値算出部と、
前記仮想的な地形における任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報および任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報を取得する情報取得部と、
前記価値算出部により複数の目的地の各々について算出された最適な移動経路の価値ならびに前記情報取得部により取得された複数の目的地位置情報および複数の地形特徴情報に基づいて、移動経路の目的地までの価値に相関する価値相関情報を算出するための重み情報を正準相関分析により算出する重み情報算出部とを備え、
前記重み情報は、目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含む、シミュレーション装置。 - 移動可能に構成される本体部と、
前記本体部に搭載される請求項1〜8のいずれか一項に記載のナビゲーション装置と、
前記ナビゲーション装置により推定された各移動経路の目的地までの価値に基づいて本体部の移動を制御する制御部とを備えた、自律移動装置。 - 移動装置をナビゲートするナビゲーション方法であって、
目的地位置情報および地形特徴情報にそれぞれ対応する複数の重み係数を含む重み情報を予め記憶部により記憶するステップと、
前記移動装置が移動可能な一または複数の移動経路を移動経路検出部により検出するステップと、
前記移動装置を基準とした目的地の位置に関する情報を目的地位置情報として目的地位置情報取得部により取得するステップと、
前記移動装置の周囲の地形の特徴に関する情報を地形特徴情報として地形特徴情報取得部により取得するステップと、
前記記憶部に記憶された重み情報に基づいて、前記目的地位置情報取得部により取得された目的地位置情報および前記地形特徴情報取得部により取得された地形特徴情報から、前記移動経路検出部により検出された前記一または複数の移動経路についての目的地までの価値相関情報を算出し、算出された価値相関情報に基づいて前記一または複数の移動経路の目的地までの価値を価値推定部により推定するステップとを含み、
前記重み情報における前記複数の重み係数は、複数の移動経路を含む仮想的な地形において、任意の地点を基準とした任意の目的地の位置に関する複数の目的地位置情報、任意の地点の周囲の地形の特徴に関する複数の地形特徴情報、および複数の移動経路の予め取得した価値を用いて、正準相関分析により算出される、ナビゲーション方法。
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