JP6399436B2 - 移動体の経路計画方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、自律的に認識した走行可能領域のうち幅が広い経路を自律的に選択して走行する自律移動可能な移動体の経路計画方法と装置に関する。

無人走行可能な移動体の操縦手段は、遠隔操縦、半自律走行、及び自律走行に大別することができる。
半自律走行は例えば特許文献１に、自律走行は例えば特許文献２に開示されている。

遠隔操縦は、ラジコン的な制御手段であり、操縦者が操作デバイス（ジョイスティックやハンドル、ペダルなど）により旋回方向や速度を指示し、移動体はそれに従って走行する。操縦画面には移動体のカメラで撮影した進行方向画像が表示されているので、操縦者はそれを見ながら車を運転するような感覚で操縦するものである。

半自律走行（又はコマンド操縦と呼ぶ）は、移動体自身が、走行可能な領域や分岐路を認識しながら走行する。操縦画面上には、移動体の搭載カメラで撮影した進行方向の画像に、移動体の搭載センサで認識した進入可能分岐路が矢印などで重畳表示される。分岐路に入るかどうかの判断と指示は操縦者が行う。操縦者が何もしなければ、どの分岐路にも入らず、移動体が認識した走行可能領域のうち最も幅が広く見える方へ走行する。

自律走行（又はウェイポイント操縦と呼ぶ）は、経由すべき地図上のポイント群（ウェイポイント）を走行開始前に与えておき、移動体は搭載センサで走行可能な領域を認識しながらウェイポイントを順次通過していくものである。
ウェイポイント操縦では、操縦者は走行開始の指示をしたりカメラ画像を確認したりすることはあるが、走行中に進行方向を指示することは無い。

特開２０１１−１７０８４４号公報 特開２０１１−１７０８４３号公報

上述したように、半自律走行において、移動体は、自律的に認識した走行可能領域のうち幅が広い経路を自律的に選択して走行する。
この場合、従来の経路計画手段では、１回の制御サイクルごとに経路計画をやり直すため、自律的に認識した環境認識のノイズや移動体の位置や姿勢の変化によって、経路の頻繁な切り替わりが発生することがあった。

図１、図２は、従来の経路の切り替わりの説明図である。
例えば、図１（Ａ）（Ｂ）のように静止した障害物３が移動体１の進行方向に存在する場合、障害物３の位置が変化したと誤認して、左に避ける経路２ａと右に避ける経路２ｂが切り替わる現象が発生する。その結果、静止した障害物３の前で移動体１が右往左往し、最終的には障害物３に衝突する可能性もある。
また、たとえ環境認識の精度が良く、認識された障害物３の位置に全く変化が無いとしても、図２（Ａ）（Ｂ）のように移動体１から見た障害物３の回避のしやすさが変化し、経路２ａ，２ｂが突然切り替わる現象が発生する可能性がある。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、自律的に認識した環境認識のノイズや位置や姿勢の変化による経路の頻繁な切り替わりを防止することができる自律移動可能な移動体の経路計画方法と装置を提供することにある。

本発明によれば、前方の障害物位置を検出可能な障害物センサを有する自律移動可能な移動体の経路計画方法であって、
コンピュータにより、
（Ａ）前記障害物センサによる障害物位置から、移動体の前方の探索領域に障害物位置を含む局所地図を設定し、
（Ｂ）探索領域内において、移動体の現在位置から障害物に遮られずに見通すことができる視野角内の前記障害物より遠い位置に１又は複数の仮目標点を設定し、
（Ｃ）前記仮目標点のうち、前記直前経路が向かう方向に最も近いものを実目標点として選択し、
（Ｄ）現在位置と実目標点を結ぶ線上に間隔を隔てた複数の探索点を順に設定し、互いに間隔を隔てて前記探索点を通る直線上に位置し、障害物までの最短距離が最大又は第１閾値以上となる複数の更新点を設定し、各更新点の位置を結ぶ経路を現在位置から前記実目標点までの新経路として生成する、ことを特徴とする移動体の経路計画方法が提供される。

前記（Ｂ）において、前記仮目標点を、現在位置から最も離れた前記探索領域の端部、現在位置から一定距離の位置、又は移動体の走行速度に比例する距離の位置に設定する。

また、本発明によれば、前方の障害物位置を検出可能な障害物センサを有する自律移動可能な移動体の経路計画装置であって、
前記障害物センサによる障害物位置から移動体の前方の探索領域に障害物位置を含む局所地図を設定する探索領域設定部と、
探索領域内において、移動体の現在位置から障害物に遮られずに見通すことができる視野角内の前記障害物より遠い位置に１又は複数の仮目標点を設定する仮目標点設定部と、
前記仮目標点のうち、前記直前経路が向かう方向に最も近いものを実目標点として選択する実目標点選択部と、
現在位置と実目標点を結ぶ線上に間隔を隔てた複数の探索点を順に設定し、互いに間隔を隔てて前記探索点を通る直線上に位置し、障害物までの最短距離が最大又は第１閾値以上となる複数の更新点を設定し、各更新点の位置を結ぶ経路を現在位置から前記実目標点までの新経路として生成する新経路生成部と、を有する、ことを特徴とする移動体の経路計画装置が提供される。

上記本発明の方法と装置によれば、障害物センサによる障害物位置から、移動体の前方の探索領域に障害物位置を含む局所地図を設定する。次いで、探索領域内において、移動体の現在位置から障害物に遮られずに見通すことができる位置に仮目標点を設定し、仮目標点のうち、直前経路が向かう方向に最も近いものを実目標点として選択する。
これにより、実目標点は、局所地図上の仮目標点に近接し、障害物に遮られずに見通すことができ、直前経路が向かう方向に最も近い点となる。従って、現在位置から実目標点までの経路を新経路とすることにより、新経路がたどり着く先を予め決めておくことができ、かつ環境認識結果に多少のぶれがあっても、直前経路に近い経路になり、経路の突然の切り替わりが低減される。

従って、意図しない経路の切り替わりがなくなり、移動体が右往左往しなくなり走行が安定し、移動体が障害物に衝突する可能性を大幅に低下することができる。

従来の経路の切り替わりを示す第１の説明図である。 従来の経路の切り替わりを示す第２の説明図である。 本発明の経路計画装置を備えた移動体の全体構成図である。 本発明の経路計画装置の全体構成図である。 本発明による移動体の経路計画方法の全体フロー図である。 本発明による経路生成の説明図である。 仮目標点の設定方法の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図３は、本発明の経路計画装置２０を備えた移動体１０の全体構成図である。
この図において、移動体１０は、前方の障害物位置を検出可能な障害物センサ１２を有し、自律移動可能に構成されている。障害物センサ１２は、この例では、カメラ１３とレーザセンサ１４である。
カメラ１３は、例えば１又は複数のデジタルカメラであり、移動体１０の前方を撮影し、所定の周期（例えば制御サイクル）で画像データを出力する。例えば、一定の間隔を隔てた１対のカメラ１３を用いることで、画像データから前方の障害物３の位置を検出することができる。
レーザセンサ１４は、例えば１又は複数のレーザレーダであり、移動体１０の前方の障害物３の位置（以下、障害物位置）を検出し、所定の周期（例えば制御サイクル）で障害物３の位置データを出力する。
なお、本発明において、前方の障害物位置を検出可能である限りで、障害物センサ１２は、カメラ１３又はレーザセンサ１４のいずれか一方のみでもよい。

図３において、移動体１０は、さらに、操舵用アクチュエータ１５、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ１６、車両制御用コンピュータ１７、及びアンテナ１８を備える。

操舵用アクチュエータ１５は、移動体１０の進行方向を変更する。
ブレーキ／アクセル用アクチュエータ１６は、移動体１０のブレーキとアクセルを動作させる。
車両制御用コンピュータ１７は、操舵用アクチュエータ１５及びブレーキ／アクセル用アクチュエータ１６を作動、停止させる機能を有している。
車両制御用コンピュータ１７は、さらにアンテナ１８と図示しない無線ＬＡＮを介して、外部の遠隔操縦装置（図示せず）と送受信するようになっている。
遠隔操縦装置は、例えば、カメラ１３の画像を表示する表示部（図示せず）と遠隔操縦手段（図示せず）を備え、移動体１０を遠隔操縦可能に構成されている。

上述した構成により、移動体１０は、遠隔操縦可能であると共に、車両制御用コンピュータ１７により自律移動可能に構成されている。
なお、本発明において、操舵用アクチュエータ１５、ブレーキ／アクセル用アクチュエータ１６、車両制御用コンピュータ１７、アンテナ１８、及び遠隔操縦装置は必須ではなく、これらを省略することができる。

図３において、移動体１０は、さらに本発明の経路計画装置２０を備える。経路計画装置２０は、例えば経路計画用コンピュータ（ＰＣ）である。
なお、経路計画装置２０は、移動体１０に独立して設けられるのが好ましいが、車両制御用コンピュータ１７に搭載してもよく、或いは無線ＬＡＮを介して接続された遠隔操縦装置に搭載してもよい。

経路計画装置２０（経路計画用コンピュータ）は、障害物センサ１２（この例ではカメラ１３とレーザセンサ１４）の検出データを所定の周期（例えば制御サイクル）で受信し、移動体１０の前方の探索領域Ｃに障害物位置を含む局所地図を設定する。
この局所地図は、車両制御用コンピュータ１７に出力され、車両制御用コンピュータ１７はこの局所地図を基に自律移動可能に構成されている。
また、移動体１０は、本発明の経路計画装置２０により、遠隔操縦装置からの入力信号がない場合には、局所地図から自律的に認識した走行可能領域のうち幅が広い経路を自律的に選択するように構成されている。

図４は、本発明の経路計画装置２０の全体構成図である。
この図において、本発明の経路計画装置２０は、記憶装置２１、探索領域設定部２２、仮目標点設定部２３、実目標点選択部２４、及び新経路生成部２５を有する。

記憶装置２１は、コンピュータの記憶媒体（ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードディスクなど）であり、探索領域Ｃを記憶する。
探索領域設定部２２は、障害物センサ１２（この例ではカメラ１３とレーザセンサ１４）による障害物位置から移動体１０の前方の探索領域Ｃに障害物位置を含む局所地図を設定する。探索領域Ｃは、例えば５０ｍ×５０ｍの矩形領域であるが、障害物位置を含む限りで、任意の大きさ及び形状に設定することができる。
なお、探索領域Ｃは、遠隔操縦装置の表示部（図示せず）とは相違し、コンピュータの記憶装置２１に記憶される仮想上の領域である。なお、この探索領域Ｃを、遠隔操縦装置による表示範囲と一致させてもよい。

探索領域Ｃは、制御サイクル毎に更新される。従って移動体１０の前進中は、探索領域Ｃは、制御サイクル毎に変化する。探索領域Ｃは、経路計画装置２０の記憶装置２１に制御サイクル毎に記憶される。

仮目標点設定部２３は、後述する図７に示すように、探索領域Ｃ内において、移動体１０の現在位置Ｓから障害物３に遮られずに見通すことができる位置に１又は複数の仮目標点５を設定する。
仮目標点５の設定は、経路計画装置２０（経路計画用コンピュータ）により、現在位置Ｓから障害物３に遮られずに見通すことができる位置に自動的に設定される。なお本発明はこれに限定されず、上述した遠隔操縦装置の表示部を介して、オペレータの遠隔操縦により仮目標点５を設定してもよい。

実目標点選択部２４は、仮目標点５のうち、直前経路４（図６）が向かう方向に最も近いものを実目標点６として選択する。直前経路４とは、直前の経路、すなわちその制御サイクルの前の経路を意味する。
新経路生成部２５は、現在位置Ｓから実目標点６までの経路を新たな経路（以下、新経路９と呼ぶ）として生成する。

図５は、本発明による移動体の経路計画方法の全体フロー図である。
この図において、本発明の制御方法は、Ｓ１〜Ｓ５の各ステップ（工程）からなる。
また、図６は、本発明による経路生成の説明図である。

ステップＳ１では、障害物センサ１２（この例ではカメラ１３とレーザセンサ１４）による障害物位置から、移動体１０の前方の探索領域Ｃに障害物位置を含む局所地図を設定する。

ステップＳ２では、図６（Ａ）に示すように、探索領域Ｃ内において、移動体１０の現在位置Ｓから障害物３に遮られずに見通すことができる位置に１又は複数の仮目標点５を設定する。

図７は、仮目標点５の設定方法の説明図である。
この図において、（Ａ）は仮目標点５を探索領域Ｃの上端に設定した場合、（Ｂ）（Ｃ）は仮目標点５を現在位置Ｓから十分離れた距離に設定した場合、そのうち（Ｃ）はカーブ道路における場合を示している。

図７（Ａ）のように、仮目標点５を、探索領域Ｃ内において、移動体１０の現在位置Ｓから最も離れた探索領域Ｃの端部（この例では上端）に設定する。この場合、現在位置Ｓから障害物３に遮られずに見通すことができる視野角（破線の間）の中央に仮目標点５を設定するのがよい。
図７（Ｂ）（Ｃ）のように、仮目標点５を現在位置Ｓから十分離れた距離に設定する場合、仮目標点５を、現在位置Ｓから一定距離の位置、又は移動体１０の走行速度に比例する距離の位置に設定するのがよい。また、この場合、図７（Ａ）と同様に、現在位置Ｓから障害物３に遮られずに見通すことができる視野角（破線の間）の中央に仮目標点５を設定するのがよい。

図５において、ステップＳ３では、仮目標点５が複数か否かを判断する。仮目標点５が１つ（ステップＳ３でＮｏ）の場合、ステップＳ５に移行する。この場合、仮目標点５を実目標点６とする。

仮目標点５が複数（ステップＳ３でＹｅｓ）の場合、ステップＳ４に移行し、図６（Ｂ）に示すように、直前経路４が向かう方向に最も近い仮目標点５を実目標点６として選択する。

ステップＳ５では、図６（Ｃ）に示すように、現在位置Ｓから実目標点６までの経路を新たな経路（新経路９）として生成する。

ステップＳ５において、図６（Ｃ）に示すように、はじめに探索領域Ｃの現在位置Ｓと実目標点６を結ぶ線上（Ｌ１上）に間隔を隔てた複数の探索点７を順に設定する。現在位置Ｓと実目標点６を結ぶ線Ｌ１は、この例では直線であるが、円弧でも２次曲線でもよい。また、探索点７の間隔は、一定でも、変化してもよい。

次に、互いに間隔を隔てて探索点７を通る直線上（Ｌ２上）に位置し、障害物３までの最短距離が最大又は第１閾値以上となる複数の更新点８を設定する。探索点７を通る直線Ｌ２は、線Ｌ１に直交することが好ましいが斜めに交差してもよい。また、直線Ｌ２の間隔は、一定でも、変化してもよい。
最短距離の第１閾値は、例えば移動体１０が自由に旋回できる値に設定するのがよい。なおこの図において、半径が第１閾値以上の円の中心に更新点８を示している。

次いで、各更新点８の位置を結ぶ経路を新経路９とする。
なお、新経路９の生成方法はこの例に限定されず、その他の周知の方法であってもよい。

上述した本発明の方法と装置によれば、障害物センサ１２による障害物位置から、移動体１０の前方の探索領域Ｃに障害物位置を含む局所地図を設定する。次いで、探索領域Ｃ内において、移動体１０の現在位置Ｓから障害物３に遮られずに見通すことができる位置に仮目標点５を設定し、仮目標点５のうち、直前経路４が向かう方向に最も近いものを実目標点６として選択する。
これにより、実目標点６は、局所地図上の仮目標点５に近接し、障害物３に遮られずに見通すことができ、直前経路４が向かう方向に最も近い点となる。従って、現在位置Ｓから実目標点６までの経路を新経路９とすることにより、新経路９がたどり着く先を予め決めておくことができ、かつ環境認識結果に多少のぶれがあっても、直前経路４に近い経路になり、経路の突然の切り替わりが低減される。

従って、意図しない経路の切り替わりがなくなり、移動体１０が右往左往しなくなり走行が安定し、移動体１０が障害物３に衝突する可能性を大幅に低下することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

Ｃ 探索領域、Ｌ１ 現在位置と実目標点を結ぶ線、
Ｌ２ 探索点を通る直線、Ｓ 現在位置、１ 移動体、２ａ、２ｂ 経路、
３ 障害物、４ 直前経路、５ 仮目標点、６ 実目標点、７ 探索点、
８ 更新点、９ 新経路、１０ 移動体、１２ 障害物センサ、
１３ カメラ（デジタルカメラ）、１４ レーザセンサ（レーザレーダ）、
１５ 操舵用アクチュエータ、１６ ブレーキ／アクセル用アクチュエータ、
１７ 車両制御用コンピュータ、１８ アンテナ、
２０ 経路計画装置（経路計画用コンピュータ）、２１ 記憶装置、
２２ 探索領域設定部、２３ 仮目標点設定部、２４ 実目標点選択部、
２５ 新経路生成部

Claims (3)

1. 前方の障害物位置を検出可能な障害物センサを有する自律移動可能な移動体の経路計画方法であって、
   コンピュータにより、
   （Ａ）前記障害物センサによる障害物位置から、移動体の前方の探索領域に障害物位置を含む局所地図を設定し、
   （Ｂ）探索領域内において、移動体の現在位置から障害物に遮られずに見通すことができる視野角内の前記障害物より遠い位置に１又は複数の仮目標点を設定し、
   （Ｃ）前記仮目標点のうち、前記直前経路が向かう方向に最も近いものを実目標点として選択し、
   （Ｄ）現在位置と実目標点を結ぶ線上に間隔を隔てた複数の探索点を順に設定し、互いに間隔を隔てて前記探索点を通る直線上に位置し、障害物までの最短距離が最大又は第１閾値以上となる複数の更新点を設定し、各更新点の位置を結ぶ経路を現在位置から前記実目標点までの新経路として生成する、ことを特徴とする移動体の経路計画方法。
2. 前記（Ｂ）において、前記仮目標点を、現在位置から最も離れた前記探索領域の端部、現在位置から一定距離の位置、又は移動体の走行速度に比例する距離の位置に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体の経路計画方法。
3. 前方の障害物位置を検出可能な障害物センサを有する自律移動可能な移動体の経路計画装置であって、
   前記障害物センサによる障害物位置から移動体の前方の探索領域に障害物位置を含む局所地図を設定する探索領域設定部と、
   探索領域内において、移動体の現在位置から障害物に遮られずに見通すことができる視野角内の前記障害物より遠い位置に１又は複数の仮目標点を設定する仮目標点設定部と、
   前記仮目標点のうち、前記直前経路が向かう方向に最も近いものを実目標点として選択する実目標点選択部と、
   現在位置と実目標点を結ぶ線上に間隔を隔てた複数の探索点を順に設定し、互いに間隔を隔てて前記探索点を通る直線上に位置し、障害物までの最短距離が最大又は第１閾値以上となる複数の更新点を設定し、各更新点の位置を結ぶ経路を現在位置から前記実目標点までの新経路として生成する新経路生成部と、を有する、ことを特徴とする移動体の経路計画装置。
   

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