JP6448118B2 - 移動体の経路計画方法と装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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)前記局所地図が設定された探索領域内において、直前経路を修正した修正経路を探索し、
(B1)前記探索領域内において、現在位置からの更新経路を生成し、
(B2)前記更新経路のほうが前記修正経路より走行しやすい場合に、更新経路を新経路に設定し、それ以外の場合に、前記修正経路を新経路に設定する、ことを特徴とする移動体の経路計画方法が提供される。
(B3)直前経路上に間隔を隔てた複数の修正前通過点を現在位置から順に設定し、
(B4)障害物までの最短距離が最大又は第1閾値以上となるように、前記修正前通過点を通る直線上に、修正後通過点の位置を設定し、前記探索領域内において修正後通過点の位置を結ぶ経路を修正経路とする。
(B1.1)移動体の進行方向前方に間隔を隔てた第1の探索点を設定し、前記第1の探索点を通り移動体の進行方向に直交する直線上に、障害物までの最短距離が最大となる第1の更新点を設定し、
(B1.2)第1の更新点から順次、直前の更新点と新たな更新点を結ぶ方向に間隔を隔てた新たな探索点を設定し、新たな探索点を通り更新点を結ぶ方向に直交する直線上に、障害物までの最短距離が最大となる新たな更新点を設定し、
この設定を新たな更新点が探索領域内にある限り繰り返し、
(B1.3)移動体の現在位置、第1の更新点及び新たな更新点を順に結ぶ経路を更新経路とする。
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、
前記局所地図が設定された探索領域内において、直前経路を修正した修正経路を探索し、これから新経路を設定する新経路設定部と、を有し、
前記新経路設定部は、
探索領域内において、現在位置からの更新経路を生成する更新経路生成部と、
前記修正経路が走行しやすい場合に、修正経路を新経路に設定し、それ以外の場合に、前記更新経路を新経路に設定する経路選択部と、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。
従って、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があっても、修正経路は直前経路を修正したものであり、直前経路の近傍に位置しているので、経路の頻繁な切り替わりを防止することができる。これにより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する。
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。
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。
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。
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。
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。
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及び新経路設定部24を有する。
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。
更新経路生成部25は、探索領域C内において、現在位置Sからの更新経路9を生成する。
経路選択部26は、修正経路6が走行しやすい場合に、修正経路6を新経路に設定し、それ以外の場合に、更新経路9を新経路に設定する。それ以外の場合には、修正経路6の探索が不能、又は探索した修正経路6が走行しにくい場合が含まれる。
この図において、本発明の移動体の経路計画方法は、S1〜S8の各ステップ(工程)からなる。
直前経路4が存在する場合(ステップS3でYes)、直前経路4を修正した修正経路6を探索する(ステップS4)。修正経路6は、直前経路4の近傍に探索するのがよい。
ここで、「直前経路4の近傍」とは、直前経路4の両側に一定幅を想定した場合に、その幅内に修正経路6が含まれることを意味する。この「一定幅」は、例えば移動体10が右往左往することなく走行できる大きさに設定するのがよい。
修正経路6の探索が成功しない場合(ステップS5でNo)、すなわち修正経路6の探索が不能の場合、更新経路9を新経路とする(ステップS8)。
また、ステップS6でNoの場合、修正経路6を新経路とする(ステップS7)。
具体的には、例えば以下の(1)(2)のように判断する。
例えば、後述する図6(A)において、上端部分Dの直前経路4の正面部分に新たな障害物3があり、修正経路6が行き止まりとなる場合、延長部6aが形成されないので、修正経路6の長さ(経路長さ)は更新経路9に比べて制御サイクル毎に徐々に短くなる。従って、第6閾値を1以上(例えば1.5前後)に設定することにより、移動体10が行き止まりに達する前に更新経路9に経路を切り替えることができる。
例えば、後述する図6(A)において、上端部分Dの直前経路4の正面部分に狭い分岐路があり、その狭い分岐路を通る修正経路6の障害物3までの最短距離の平均値は、広い分岐路を通る更新経路9に比べて制御サイクル毎に徐々に小さくなる。従って、第7閾値を1以上(例えば1.5前後)に設定することにより、経路が広く走行しやすい更新経路9に経路を切り替えることができる。
また、(1)(2)のいずれも成立しない場合は、走行しやすさが同程度とみなし、原則どおり修正経路6を新経路に設定する。
さらに、図中の太い折れ線は、記号「○」と記号「×」の選択境界線である。
また、A=「更新経路9の幅」/「修正経路6の幅」とした場合、幅が「広い」とはA>「第1指定値」を意味し、「狭い」とはA<「第2指定値」を意味し、同程度とは、Aが「第2指定値」以上、「第1指定値」以下を意味する。
同様に、B=「更新経路9の長さ」/「修正経路6の長さ」とした場合、長さが「長い」とはB>「第3指定値」を意味し、「短い」とはB<「第4指定値」を意味し、同程度とは、Bが「第4指定値」以上、「第3指定値」以下を意味する。
「第1指定値」〜「第4指定値」は、予め設定する任意の正数である。
図6(A)は、探索領域C上の直前経路4を示している。この図において、Sは移動体10の現在位置、3は障害物である。
この図において、破線で示す上端部分Dは、直前の制御サイクルでは探索領域Cに該当しない。そのため、直前経路4は探索領域Cの上端部まで達しておらずその間に空白領域が存在する。
後述する修正経路6の延長部6aは、この空白領域(上端部分D)に相当する。
この際、修正前通過点5aの間隔を第1間隔L1に設定し、曲率が第2閾値より大きい部分、又は障害物3までの最短距離が第3閾値未満の部分の間隔を第1間隔L1より小さい値に設定することが好ましい。
第2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。この場合、「曲率が第2閾値より大きい部分」は、旋回半径が小さい部分であり、移動体10が自由に旋回できるように設定する。
第3閾値は、移動体10が支障なく通過できる範囲で小さい値に設定する。この場合、「障害物3までの最短距離が第3閾値未満の部分」は、障害物3に接近する部分に相当する。
修正前通過点5aを通る直線は、直前経路4の法線であるのが好ましいが、「移動体10から見て左右方向」、「最も近い障害物3と逆方向」、などでもよい。
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、第1閾値以上であれば、障害物3までの最短距離が最大となるように、修正後通過点5bの位置を修正してもよい。
第4閾値と第5閾値は、移動体10が右往左往することなく走行できる大きさに設定するのがよい。
また、移動体10の前進中の探索領域Cは、制御サイクル毎に変化するので、直前の制御サイクルによる直前経路4は、修正経路6の延長部6aを含んでいない。したがって、図6(D)に示すように、直前経路4を修正して延長部6aを含む修正経路6を形成する。延長部6aの形成は、後述する更新経路9の生成方法と同一であるのがよい。
このステップは、新たな更新点8が探索領域C内にある限り繰り返す。
なお、更新経路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。
従って、自律的に認識した環境認識のノイズや移動体10の位置や姿勢の変化があっても、修正経路6は直前経路4を修正したものであり、直前経路4の近傍に位置しているので、経路の頻繁な切り替わりを防止することができる。これにより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する。
1 移動体、2a,2b 経路、3 障害物、4 直前経路、
5a 修正前通過点、5b 修正後通過点、6 修正経路、6a 延長部、
7 探索点、7a 第1の探索点、8 更新点、8a 第1の更新点、
8b 障害物の向こう側の点、9 更新経路、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、24 新経路設定部、25 更新経路生成部、
26 経路選択部
Claims (7)
- 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)前記局所地図が設定された探索領域内において、直前経路を修正した修正経路を探索し、
(B1)前記探索領域内において、現在位置からの更新経路を生成し、
(B2)前記更新経路のほうが前記修正経路より走行しやすい場合に、更新経路を新経路に設定し、それ以外の場合に、前記修正経路を新経路に設定する、ことを特徴とする移動体の経路計画方法。 - 前記(B2)における前記更新経路のほうが前記修正経路より走行しやすい場合は、前記探索領域内において、前記修正経路および前記更新経路の長さと障害物までの最短距離の2つの指標を用いて判定する、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。
- 前記(B)において、
(B3)直前経路上に間隔を隔てた複数の修正前通過点を現在位置から順に設定し、
(B4)障害物までの最短距離が最大又は第1閾値以上となるように、前記修正前通過点を通る直線上に、修正後通過点の位置を設定し、前記探索領域内において修正後通過点の位置を結ぶ経路を修正経路とする、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。 - 前記(B3)において、修正前通過点の間隔を第1間隔に設定し、曲率が第2閾値より大きい部分又は障害物までの最短距離が第3閾値未満の部分の間隔を前記第1間隔より小さい値に設定する、ことを特徴とする請求項3に記載の移動体の経路計画方法。
- 前記(B4)において、各修正後通過点の位置の修正量が第4閾値以下であり、かつ最大曲率が第5閾値以下となるように、修正経路を設定する、ことを特徴とする請求項3に記載の移動体の経路計画方法。
- 前記(B1)において、前記更新経路は、前記探索領域内において、
(B1.1)移動体の進行方向前方に間隔を隔てた第1の探索点を設定し、前記第1の探索点を通り移動体の進行方向に直交する直線上に、障害物までの最短距離が最大となる第1の更新点を設定し、
(B1.2)第1の更新点から順次、直前の更新点と新たな更新点を結ぶ方向に間隔を隔てた新たな探索点を設定し、新たな探索点を通り更新点を結ぶ方向に直交する直線上に、障害物までの最短距離が最大となる新たな更新点を設定し、
この設定を新たな更新点が探索領域内にある限り繰り返し、
(B1.3)移動体の現在位置、第1の更新点及び新たな更新点を順に結ぶ経路を更新経路とする、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。 - 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、
前記局所地図が設定された探索領域内において、直前経路を修正した修正経路を探索し、これから新経路を設定する新経路設定部と、を有し、
前記新経路設定部は、
探索領域内において、現在位置からの更新経路を生成する更新経路生成部と、
前記修正経路が走行しやすい場合に、修正経路を新経路に設定し、それ以外の場合に、前記更新経路を新経路に設定する経路選択部と、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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