JP6572205B2 - 自律移動体 - Google Patents

Description

本発明は、自律移動体に関する。

自律移動体の横断歩道の横断に関し、アクテイブタグが位置する方向および当該アクテイブタグと携帯端末の距離を精度良く検知して歩行者あるいはロボット等の自律的な移動を支援するための装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、アクテイブタグの指向性アンテナの方向に対向して携帯端末の指向性アンテナを向け、アクテイブタグ１が高周波信号を発信中に指向性アンテナを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせの変化をリアルタイムで測定し、当該アクテイブタグが位置する方向と当該アクテイブタグと携帯端末との距離を検知することによって、歩行者が横断歩道の範囲を逸脱せずに安全に歩行することができる、と記載されている。

また、自律移動体の狭路通行に関し、自己位置推定しながら地図上の指定された基準の経路を自律走行する自律移動体の自律移動システムが開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された発明の目的は、自律移動体の通行幅を可変とする経路の計画と、自車の制動条件と障害物の移動を考慮した速度の計画とを独立に行うことで、安全で迅速な狭路通行が可能な自律移動システムを提供することにある。

特許文献２には、自律移動体の周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段と、基準経路が登録された地図情報を保持する記憶情報処理手段と、前記環境情報と前記地図情報に基づき前記自律移動体の自己位置を推定する自己位置推定手段と、前記環境情報に基づき障害物の情報を検出する障害物検出手段と、前記自己位置と前記障害物の情報と前記基準経路の情報に基づき移動方向を決定する経路決定手段と、前記障害物情報に基づき移動速度を決定する速度決定手段と、前記移動方向と前記移動速度に基づき自律移動体の移動を制御する車両制御手段とを備えた自律移動システムにおいて、前記経路決定手段は、前記自律移動体の現在位置から前記基準経路に追従するための追従移動方向に存在する前記障害物を回避するため、複数の移動方向について、所定の通行幅以上を有して障害物の侵入のない通行距離と通行幅からなる通行領域を算出して、前記追従移動方向と前記通行領域に基づき前記自律移動体の移動方向を決定し、前記速度決定手段は、前記自律移動体の制動条件と前記障害物の位置と速度に応じて、前記自律移動体が前記障害物との衝突前に停止可能な移動速度を決定する、と記載されている。

特開２００５−３５１８７７号公報 ＷＯ２０１２／１６４６９１号公報

自己位置を推定しながら地図上の指定された基準の経路を自律走行する自律移動体であって、特に、歩道を自律移動する自律移動体においては、目的地に到達するために、横断歩道を安全に横断することが必須である。従来は、歩道を移動する自律移動体が横断歩道を安全、且つ、迅速に横断するための検討がされていなかった。

具体的には、例えば、自律移動体が横断歩道を横断中に、信号機の信号が青から、点滅、或いは赤に変わったときに、自律移動体は、（１）横断を継続して横断歩道を渡りきる方がよいのか、或いは、（２）横断を中断して、横断歩道の始点に戻るほうがよいのか、つまり、（１）と（２）のどちらを選択すれば、安全で且つ迅速に横断歩道を横断できるかの検討がされていなかった。実際、特許文献１、また、特許文献２にも、自律移動体が横断歩道を横断中に信号機の信号が変わった場合に、（１）或いは（２）のどちらを選択すればよいかの記載はなく、また、それを暗示する記載もない。

このため、自律移動体が安全に且つ迅速に、横断歩道を横断することが出来なかった。特に、人を乗せて目的地まで走行する自律移動体においては、人を乗せているために、安全・迅速に横断歩道を渡ることが必須である。

横断歩道を利用しないで、目的地までの移動経路を作成することは、可能な場合もあるが、経路が遠回りになったり、横断歩道を通らないと目的地に到達できなくなったりする場合があり、横断歩道を安全・迅速に渡ることは必須である。

本発明の目的は、横断歩道を安全・迅速に渡ることができる自律移動体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、横断歩道と信号機の位置を示す位置情報と、前記信号機の信号の状態が青から赤に変わるまでの所定時間を記憶した記憶情報処理部と、信号機の信号の状態を取得する環境情報取得部と、自律移動体の自己位置を推定する自己位置推定部と、横断歩道上において、前記信号の状態が青から赤に変わることを示す場合、前記記憶情報処理部に記憶した前記位置情報と前記所定時間に基づいて、前記自己位置から前記横断歩道の終点までの第１の経路を移動するために必要な第１の時間と前記自己位置から前記横断歩道の始点までの第２の経路を移動するために必要な第２の時間とを算出し、経路を選択する走行経路決定部と、前記自律移動体の速度を決定する速度決定部と、障害物を検出する障害物検出部と、前記速度決定部によって決定された速度で、前記走行経路決定部によって選択された経路に沿って前記自律移動体が移動するように前記自律移動体の自律移動を制御する車両制御部と、を備え、前記走行経路決定部は、前記横断歩道上において、前記第１の時間に基づいて前記信号の状態が青から赤に変わるまでの前記所定時間以内に前記横断歩道の終点に到着できる経路を選択し、前記所定時間以内に前記横断歩道の終点に到着できないと判断した場合に、前記第２の時間に基づいて前記所定時間以内に前記横断歩道の始点に到着できる経路を選択し、前記速度決定部は、前記障害物検出部によって検出された前記自律移動体の周囲の障害物の速さに応じて前記自律移動体の速度を決定するようにしたものである。

本発明によれば、自律移動体は横断歩道を安全・迅速に渡ることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態による自律移動体の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による自律移動体の走行状態の概念図（正面図）である。 本発明の第１の実施形態による自律移動体の走行状態の概念図（平面図）である。 本発明の第１の実施形態による自律移動体が横断歩道走行モードと通常走行モードを切り替える処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による自律移動体が実行する横断歩道走行モードの処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による自律移動体が実行する経路候補の探索の概念図である。 本発明の第２の実施形態による自律移動体が用いる各種パラメータ（前進時）の対応関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態による自律移動体が用いる各種パラメータ（後退時）の対応関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態による自律移動体が実行する横断歩道走行モードの処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による自律移動体が実行する経路候補の探索の概念図である。 本発明の第３の実施形態による自律移動体が用いる各種パラメータの対応関係を示す図である。

以下、図面を用いて、本発明の第１〜第３の実施形態による自律移動体の構成及び動作を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

（第１の実施形態）
最初に、図１から図４を用いて、第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による自律移動体１００の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、自律移動体１００は、記憶情報処理部１１０、環境情報取得部１１２、自己位置推定部１１４、障害物検出部１１６、走行経路決定部１１８、速度決定部１２０、車両制御部１２２から構成される。

本実施形態の自律移動体は、一例として４つの車輪を備え、これによって移動する構成となっている。

記憶情報処理部１１０は、少なくとも自律移動体１００が走行する基準となる経路（基準経路）と、この経路の周辺に存在するランドマーク（建物や木々の形状、画像や磁気、道路形状から得られる目印情報）を保持（記憶）する。記憶情報処理部１１０は、自己位置推定部１１４に対して経路周辺のランドマークの情報を送信し、走行経路決定部１１８に対して基準となる経路の情報（経路情報）を送信する。

ここで、経路情報の中には、横断歩道と信号機の位置、また横断歩道の長さや幅、また信号機の点滅時間も記録されている。つまり、記憶情報処理部１１０は、横断歩道と信号機の位置を示す位置情報、横断歩道の形状を示す形状情報、信号機の点滅時間を記憶する。

また、入出力部１３０は、前述の経路情報、ランドマーク、横断歩道や信号機、などの情報を記憶情報処理部１１０へ入力するとともに、記憶情報処理部１１０に記憶された各種の情報を出力する。

図１に示した環境情報取得部１１２は、自律移動体１００が搭載するセンサ１３２から情報を取得する。センサの詳細は図示しないが、レーザ式距離センサや、カメラ、角速度センサ、加速度センサ、地磁気センサ、ＧＰＳ受信機、ホイールエンコーダなどからなる。

自己位置推定部１１４は、各センサから取得した情報に基づき自律移動体１００の現在位置を特定する。詳細として例えば、ホイールエンコーダの値を累積して作られる自己位置情報（ホイールオドメトリ）と、角速度センサや加速度センサや地磁気センサによるジャイロオドメトリと、レーザ距離センサやカメラによる情報と前述記憶情報処理部１１０から得られるランドマーク情報との対応付けによって得られる自己位置情報（マップマッチングによる自己位置）と、ＧＰＳ受信機から得られる自己位置情報を確率的に（例えば、拡張カルマンフィルタと呼ばれる手法を採用して）融合することで、自己位置推定部１１４は、自律移動体１００が移動する領域内において正確な自己の位置と向きを推定する。自己位置推定部１１４は、最終的に得られた自己位置を、後述する障害物検出部１１６と走行経路決定部１１８に送信する。

障害物検出部１１６は、前述のセンサ情報に基づき、自律移動体１００の移動に障害となりうる領域を検出する。ここで、例えば、レーザ式距離センサやカメラ（測距可能なステレオカメラなど）から得られる周囲の形状情報に基づいて、障害物検出部１１６は、自律移動体１００が乗り越え不能な高さの段差や、大きな溝や、空中の突出物などの障害物も検出する。

また、障害物検出部１１６は、本実施形態の自律移動体１００が対象とする施設内や街中などの環境に存在する、歩行者や自転車などの動く障害物も併せて検出する。また、カメラは、横断歩道の信号機の信号の色や点滅の状態の検出にも用いられる。ここで、環境情報取得部１１２は、カメラからの出力信号に基づいて信号機の信号の状態を取得する。

走行経路決定部１１８は、前述の自己位置情報と、走行する基準経路と、障害物検出部１１６で検出された障害物の種類（歩行者、自転車、移動するしない、段差など）と、位置および形状などの障害物情報に基づいて、自律移動体１００の目標方向を決定する。つまり、走行経路決定部１１８は、障害物を回避するように経路を選択する。走行経路決定部１１８は、後述する手順により、基準経路への追従性と障害物の回避性と通行位置の安全性を考慮した移動方向を決定し、車両制御部１２２へ送信する。

速度決定部１２０は、通常走行モードか横断歩道走行モードかにより、自律移動体１００の走行速度を決定して切り替える。横断歩道走行モードでは、信号機の信号が青から青の点滅、或いは、赤に変わったら、自律移動体１００の走行速度を増加させる、或いは、周囲の障害物の速さに応じて走行速度を決定する。

車両制御部１２２は、走行経路決定部１１８と速度決定部１２０のそれぞれから取得した、自律移動体１００の目標方向と目標速度により車両の運動制御を実施する。具体的には例えば、現在の自律移動体１００の移動方向・移動速度と、目標方向・目標速度との差が小さくなるように制御を行う。また、車両制御部１２２は車輪を制御するためのモータや電子回路を持ち、自律移動体１００の位置や向きの変更を可能とする。

このようにして、車両制御部１２２は、速度決定部１２０によって決定された速度で、走行経路決定部１１８によって選択された経路に沿って自律移動体１００が移動するように自律移動体１００の自律移動を制御する。

図２は、横断歩道２００における自律移動体１００の走行状態の概念図である。なお、図２Ａは、正面図であり、図２Ｂは、平面図である。

図２では、記憶情報処理部１１０に記憶された、基準経路点（横断歩道の始点）２１０から、基準経路点２２０（横断歩道２００の終点）に向かって、自律移動体１００が横断歩道２００上を走行している。

自律移動体１００は、センサとしてカメラ１３４、レーザ距離センサ１３６、ＧＰＳ等（図示せず）を搭載している。本実施形態では、自律移動体１００は、車輪１２４で前進している。カメラ１３４とレーザ距離センサ１３６は、前方と後方を同時に観察するために、自律移動体１００の前後に設けられている。

また、レーザ距離センサ１３６では手前の障害物しか観察されないが、カメラ１３４は、自律移動体１００の上部に取り付けられているため、手前の障害物の後方にある障害物や、遠方の障害物まで観察できる。

横断歩道２００の終点である基準経路点２２０の横には、信号機２３０が設置されている。図２では、一例として、信号機２３０では、青信号２３２が点灯している。自律移動体１００は、横断歩道２００の始点（基準経路点２１０）で、自律移動体１００に設置したカメラ１３４で、信号機２３０が青信号２３２であることを確認して、横断歩道２００の終点（基準経路点２２０）に向かって進んでいる。

なお、図２では、横断歩道２００上には、人、自転車、などの障害物がなく、自律移動体１００のみが存在する場合を示している。自律移動体１００は、障害物が無い時は、基準経路（点）を結ぶ直線経路を選択して進む。このため、図２Ｂに示すように、自律移動体１００は、基準経路点２１０（横断歩道の始点）と基準経路点２２０（横断歩道の終点）を結ぶ直線経路の上を走行している。また、ここでは、自律移動体１００は、基準経路点２１０から自律移動体１００までの距離がＬ２（２１２）、自律移動体１００から基準経路点２２０までの距離がＬ１（２１４）の位置を走行している。

図３、図４に、横断歩道２００を横断する処理のフローを示す。図３は、本発明の第１の実施形態による自律移動体１００が横断歩道走行モードと通常走行モードを切り替える処理を示すフローチャートである。図４は、本発明の第１の実施形態による自律移動体１００が実行する横断歩道走行モードの処理を示すフローチャートである。

前述したように、自律移動体１００は、前述の記憶情報処理部１１０に記憶されている目的地に向かい、環境情報取得部１１２によって得た情報を基に、自己位置推定部１１４で自己位置を推定しながら、且つ、障害物検出部１１６で検知した障害物を回避しながら、走行経路決定部１１８により決められた経路の歩道を、前述の記憶情報処理部１１０に記録されている目的地までの基準経路点をたどって進む。

ここで、自律移動体１００は、自己位置推定部１１４から自己位置の位置情報を取得し、記憶情報処理部１１０から横断歩道の始点である基準経路点２１０の位置情報を取得する。

自律移動体１００は、取得した位置情報に基づいて、自己位置が基準経路点２１０（横断歩道の始点）と一致するか否か判断する（Ｓ１０１）。自律移動体１００は、自己位置が基準経路点２１０（横断歩道の始点）と一致すると判断した場合には（Ｓ１０１；Ｙｅｓ）、自律移動体１００の運転モードを、通常の走行モード（Ｓ１０３）から、横断歩道走行モード（Ｓ１０２）に切り替える。

そして、自律移動体１００は、歩道上における通常の走行モード（Ｓ１０３）と、横断歩道における横断歩道走行モード（Ｓ１０２）を切り替えながら、目的地（Ｓ１０４）まで自律移動する。ここで、通常走行モードでは、自律移動体１００がどのような方法（手順・アルゴリズム）で、自律移動（障害物回避）をして走行してもよい。

図４は、横断歩道走行モードの横断歩道２００のアルゴリズムを示す。横断歩道走行モード（Ｓ２４０）では、基準経路点２１０で、図２Ａに示すように、自律移動体１００は、カメラ１３４で信号機２３０の信号（点灯状態）を読み取り、青信号が点灯しているか否かを判断する（ステップＳ２４１）。

青信号２３２が点灯していれば（Ｓ２４１）、自律移動体１００は、走行を開始し（Ｓ２４２）、横断歩道を渡り始める。そして、自律移動体１００は、横断歩道を横断中に、信号が青から青の点滅、或いは、赤に変わったら（Ｓ２４５）、速度決定部１２０で走行速度を増加させる（Ｓ２４６）。なお、増加後の走行速度は、通常走行モードにおける走行速度よりも速い所定の速度である。

走行速度を増すことにより、横断走行時間を短縮することができる。これにより、横断歩道を迅速に渡り切ることができる。そのため、横断歩道２００の上の滞在時間を短縮し、危険率を低減でき、安全性を増して横断できる。

また、自律移動体１００は、信号機が変わった時点での自律移動体１００の位置から、横断歩道の終点２２０までの距離Ｌ１を増加速度で横断しきった場合の時間Ｔ１と、横断歩道の始点２１０までの距離Ｌ２を戻った場合の時間Ｔ２を計算する（Ｓ２４７）。そして、自律移動体１００は、Ｔ１とＴ２のうち時間が短いほうの経路を選択する（Ｓ２４８、Ｓ２４９、Ｓ２５０）。すなわち、Ｔ１がＴ２より短い時は、走行（前進）し（Ｓ２５０）、Ｔ１がＴ２より長い時は、引き返す（Ｓ２４９）。

図２は、障害物が無い場合のため、Ｔ１とＴ２の大小関係は、自律移動体１００が横断歩道を渡り切る距離Ｌ１（２１４）と戻り切る距離Ｌ２（２１２）の長さで決まり、その大小関係は変わらない。

しかし、横断歩道２００の終点２２０から、歩行者、自転車等の障害物が自律移動体１００に向かってくる場合には、障害物を回避しながら、横断歩道を渡りきる時間Ｔ１と、戻る時間Ｔ２は、障害物の状況により、時々刻々と変化する。このため、自律移動体１００は、横断歩道２００を渡りきるまでの間（Ｓ２５１；Ｎｏ->Ｙｅｓ）、或いは、戻り切るまでの間（Ｓ２５２；Ｎｏ->Ｙｅｓ）、時間Ｔ１とＴ２を繰り返し計算し（Ｓ２４７）、短い時間となる経路を選択する（Ｓ２４８）。

これにより、障害物を回避しながら、横断歩道２００に滞在する時間を最短にできるので、より安全・迅速に、横断歩道を渡ることができる。ここで、前述したように、カメラ１３４とレーザ距離センサ１３６を自律移動体１００の前後に備えているために、常時、自律移動体１００の前後の障害物を観察できる。また、自己位置推定部１１４により自己位置がわかるので、常時、Ｔ１とＴ２を算出し比較できる。

このようにして、走行経路決定部１１８は、横断歩道上において、信号の状態が所定時間後に青から赤に変わることを示す場合（例えば、青の点滅）又は信号の状態が青から赤に変わった場合、自己位置から横断歩道の終点までの第１の経路を移動するために必要な第１の時間と自己位置から横断歩道の始点までの第２の経路を移動するために必要な第２の時間とを算出し、第１の時間と前記第２の時間のうち小さい方に対応する経路を選択する。

以上説明したように、本実施形態によれば、自律移動体は横断歩道を安全・迅速に渡ることができる。

（第２の実施形態）
次に、図５から図８を用いて、本発明の第２の実施形態による自律移動体１００の構成及び動作を説明する。本実施形態では、横断歩道上に障害物がある場合の自律移動体１００の動作を説明する。なお、本実施形態に用いられる自律移動体１００の構成は、第１の実施形態と同じであるが、機能が異なる。機能の詳細については、後述する。

図５は、本発明の第２の実施形態による自律移動体１００が実行する経路候補の探索の概念図である。具体的には、図５は、障害物のある横断歩道で、信号が青から青の点滅、或いは、赤に変わったときの、経路候補の探索の概念を示す。自律移動体１００（障害物検出部１１６）は、それに搭載しているカメラ１３４やレーザ距離センサ１３６などのセンサ１３２からの情報に基づいて、障害物の大きさ、位置、速度、人か物かの判断を行う。

一例として、障害物検出部１１６により、２つの障害物４００と障害物４０１を検知した場合の障害物回避の経路の探索と、走行経路決定部１１８により、経路を決定する方法を説明する。

自律移動体１００は、センサ１３２により検出された障害物に接触しないように、長さＬと幅aの通行可能距離の矩形３００を自律移動体１００の周りに、所定の角度で回転させて、通行可能距離の矩形３００、３１０、３２０を得る。ここで、長さＬは、自律移動体１００の走行距離をあらわし、幅aは、自律移動体１００のそれ自体の幅に、障害物との安全距離を加算した値とする。

自律移動体１００が障害物との接触を避けて安全を確保するためには、この値aを大きくすれば良い。自律移動体１００の速度、或いは、障害物との相対速度が大きい時には、幅aを大きくする方が望ましい。例えば、幅aは、自律移動体１００の速度又は障害物との相対速度に応じた距離とする。なお、長さＬも自律移動体１００の速度又は障害物との相対速度に応じた長さとする。

図５に示すように、通行可能距離の矩形３００は、障害物４００を避けて、障害物４００の左側に形成されたものである。また、矩形３１０は、障害物４００と４０１の、２つの障害物の間に形成されたものである。そして、通行可能距離の矩形３２０は、障害物４０１を避けて、障害物４０１の右側に形成されている。これらの通行可能距離の矩形（つまり、経路候補）は、基準経路点２１０と基準経路点２２０を直線で結んだ経路２２１に近いほうが、基準経路点から離れる距離が短いので望ましい。

また、各々の矩形の先端の幅方向の中央には（つまり1/2aの位置には）、障害物回避目標３０１、３１１、３２１が設けられている。また、これらの目標点と、横断歩道２００の終点（基準経路点２２０）を結んだ線を走行経路候補とする。

具体的には、自律移動体１００の現在位置から、走行可能距離の矩形３００の障害物回避目標３０１と、終点２２０を結んだ経路３０２を、前進の経路候補Ｐ１とする。同様にして、障害物を回避した経路候補として、Ｐ２とＰ３が作成されている。Ｐ２は現在位置から、障害物回避目標３１１と終点２２０を結んだ経路とする。また、Ｐ３は現在位置から、障害物回避目標３２１と終点２２０を結んだ経路とする。

図６は、本発明の第２の実施形態による自律移動体１００が用いる各種パラメータ（前進時）の対応関係を示す図である。具体的には、図６は、各経路に対して、経路長Ｐｉと、それぞれの経路を渡りきる時間Ｔiと、危険度Ｒiとの対応関係を示す（ｉ＝１、２、３）。

ここで、一例として、障害物との接近回数を危険度Ｒとしている。つまり、危険度は、検出された障害物と自律移動体１００との接触しやすさを示す。この場合、障害物と接近する回数が多いほど、危険度Ｒは高くなる。具体的には、Ｐ１とＰ３は、障害物と１回接近するだけなので、自律移動体１００は、危険度Ｒを１と評価（カウント）する。Ｐ２では、経路候補の両側で、つまり２回、障害物と接近するので、危険度Ｒは２となる。

本実施形態では、危険度Ｒは、一例として、接近回数で評価されるが、障害物が人か物（自転車など）か、または、静止障害物か移動障害物かで、その危険度に重み付けをする方法でもよい。また、移動障害物の場合には、障害物と自律移動体１００の相対速度で、その危険度に重み付けをする方法でもよい。どのような因子（要因）で、危険度Ｒを判断（重み付け）するかは、適宜、その状況に応じた最適なものを選択すればよい。

ところで、図５には、前進だけではなく、後進（後退）する場合の経路候補の作成方法も示している。以下、後方に障害物がない場合の例を説明する。ここで、後方の障害物は、自律移動体１００の後方に取り付けられたセンサ１３２により検出される。

具体的には、自律移動体１００が方向を変えないでそのまま後退して、横断歩道２００の始点である、基準経路点２１０に戻る場合の経路３３０を、経路Ｑ１として、また、方向を変えて始点２１０に戻る経路３４０を、経路Ｑ２としている。ここでは、障害物がないので、障害物を回避する必要がない。そのため、経路Ｑ１及びＱ２は、最短距離で、始点２１０に戻る経路となる。

この２つの経路における、戻り切り時間Ｔjと危険度Ｒjを図７に示す（ｊ＝１、２）。図７は、本発明の第２の実施形態による自律移動体が用いる各種パラメータ（後退時）の対応関係を示す図である。自律移動体１００の後方には、障害物がないので、危険度Ｒは、両経路とも０となっている。

このようにして形成した前方への３つの経路候補Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と後方への２つの経路候補Ｑ１、Ｑ２のどれを選択するかは、図８に示す、アルゴリズムにより決定する。図８は、本発明の第２の実施形態による自律移動体１００が実行する横断歩道走行モードの処理を示すフローチャートである。

横断中に信号が点滅、あるいは、赤になると（Ｓ４１０）、先ず、自律移動体１００は、速度決定部１２０と障害物検出部１１６とが連携することにより、周囲に移動障害物がある場合には、周囲の障害物の速さの中間値を算出・設定する（Ｓ４１１）。横断歩道には、例えば、障害物として人や自転車が往来するが、一般に人の方が自転車よりも多い。中間値を用いることにより、検出される確率の小さい自転車の速さが、周囲の障害物の速さ（代表値）に与える影響を除外することができる。

また、自律移動体１００は、周囲に障害物がない場合には、自律移動体１００の巡航速度（通常の移動速度）かそれ以上の速度を設定する。

そして、図５から図６を用いて説明したように、自律移動体１００は、横断歩道を渡り切る場合の経路Ｐｉの時間Ｔｉと危険度Ｒｉを算出する（Ｓ４１２）。次に、自律移動体１００は、図６に示す各経路に要する時間Ｔｉ（ｉ＝１、２、３）と、信号の点滅時間Ｂ（ｔ）を比較して（Ｓ４１３）、信号の点滅時間Ｂ（ｔ）よりも短い経路Ｐｉを選出する（Ｓ４１３ａ）。Ｂ（ｔ）よりもＴｉが小さい場合には、信号が点滅している間に自律移動体１００が横断歩道を渡りきると判断できる。そして、自律移動体１００は、この条件を満たす経路Ｐｉの中で、危険度Ｒがもっとも小さいものを経路として選択する（Ｓ４１４）。

つまり、走行経路決定部１１８は、検出された障害物と自律移動体１００との接触しやすさを示す危険度を算出し、算出された危険度が最小の経路を選択する。

ここで、例えば、Ｂ（ｔ）＞Ｔ１、Ｂ（ｔ）＞Ｔ２、Ｂ（ｔ）＜Ｔ３であった場合には、図６に示す経路Ｐ１及びＰ２の危険度Ｒを比較し、Ｒの小さい経路Ｐ１が選択され、前進走行による横断が（Ｓ４１５）、横断歩道を渡りきるまで継続される（Ｓ４１６）。このため、図５の経路と図６のＴとＲは、障害物の状況により、時々刻々と更新される。

また、Ｂ（ｔ）も、点滅し始めてから、時間ｔの経緯とともに少なくなる。このため、Ｂ（ｔ）というように、時間ｔの関数（式）で示している。この信号点滅時間Ｂ（ｔ）は、横断歩道ごとに（信号機ごとに）、あらかじめ記憶情報処理部１１０に記憶しておけばよい。

次に、前進して、Ｂ（ｔ）の時間内に終点２２０に到達できない場合には（Ｓ４１３；Ｎｏ）、自律移動体１００は、障害物を回避して戻り切る場合の経路Ｑjの時間Ｔjと危険度Ｒjを算出する（Ｓ４１８）。ここでは、障害物がない場合なので、図５から図７に示すように経路Ｑjが作成され、時間Ｔjと危険度Ｒjが算出される。

次に、自律移動体１００は、図７に示す各経路Ｑjに要する時間Ｔｊ（ｊ＝１、２）と、信号の点滅時間Ｂ（ｔ）を比較して（Ｓ４１９）、信号の点滅時間Ｂ（ｔ）よりも短い経路を選出する（Ｓ４１９ａ）。

自律移動体１００は、この条件を満たす経路Ｑjの中で、危険度Ｒがもっとも小さいものを経路として選択する（Ｓ４２０）。自律移動体１００は、横断歩道の終点まで横断歩道を後進（後退）して引き返す。

すなわち、図７に示す時間Ｔと危険度Ｒの中から、点滅時間Ｂ（ｔ）内に、横断歩道の始点（基準経路点２１０）に戻り切り（Ｓ４１９）、また、危険度Ｒの最も低い経路が決定される（Ｓ４２０）。

後退して、横断歩道の始点に戻る場合で、かつ、障害物がある場合には、上述した、前進と同じ手順で経路と時間Ｔ、危険度Ｒを算出して、経路の選択を行えばよい。

次に、前進しても、後退しても、信号点滅時間Ｂ（ｔ）内に、横断歩道を渡りきることができず、かつ、戻り切ることができない場合には（Ｓ４１３；Ｎｏ、Ｓ４１９；Ｎｏ）、自律移動体１００は、図６に示す渡り切り時間Ｔｉ、図７に示す戻り切り時間Ｔｊのうち、最も短い時間に対応する経路Ｐ又はＱを選択する（Ｓ４２４）。渡り切り時間Ｔｉが最小であれば前進し、戻り切り時間Ｔｊが最小であれば、引き返す。これにより、横断歩道２００上に滞在する時間を最も短くできるので、危険に曝される時間が少なく、安全性を向上できる。

このようにして、走行経路決定部１１８は、横断歩道上において、信号の状態が所定時間後に青から赤に変わることを示す場合（例えば、青の点滅）、信号の状態が赤になるまでの時間以内に横断歩道の始点又は終点に到着できる経路を選択する。

以上説明したように、本実施形態によれば、自律移動体は横断歩道を安全・迅速に渡ることができる。

（第３の実施形態）
次に、図９と図１０を用いて、本発明の第３の実施形態による自律移動体１００の構成及び動作を説明する。図９は、本発明の第３の実施形態による自律移動体が実行する経路候補の探索の概念図である。

図９は、横断歩道の始点である基準経路点２１０から、横断歩道の終点である基準経路点２２０を結ぶ直線経路２２１の上を、自律移動体１００が走行しており、進行方向に、３つの障害物４００、４０１、４０２を検知した場合の、経路候補の作成を示している。

経路候補の横断時間Ｔｉと危険度Ｒｉが決まれば(評価できれば)、経路の選択は、図８で説明した第２の実施形態の方法で行えばよい。このため、ここでは、経路候補の作成とその危険度の評価方法について説明する。

本実施形態と第２の実施形態との違いは、第２の実施形態では障害物が２つであり、横断歩道の幅方向に存在していたが、本実施形態では、障害物４００の奥に、新たな障害物４０２が検出されている。また、横断歩道２００の道幅が狭く、障害物４０１の右側を迂回する経路Ｐ３では、通行可能距離の矩形３５０の端Ａが、横断歩道２００の右側端２０２を越える点（右側端２０２上にある場合を含む）である。

さらに詳細に説明すると、レーザ距離センサ１３６は、センサからレーザ光を発光し、障害物で反射されたレーザ光を受光して障害物を検知する。このため、センサ１３６の直前にある障害物４００でレーザ光が遮断されるため、障害物４００の裏（奥）にある障害物４０２は検出しにくい。

しかし、本実施形態では、自律移動体１００の上部に取り付けたカメラ１３４により、障害物を見下ろすようにして、障害物４０２を捕らえることができる。また、これらのカメラ１３４により、自律移動体１００から横断歩道の終点（基準経路点２２０）までの、障害物を検知できる。

次に、このようにして検知した障害物を回避して、横断歩道の終点への経路候補を作成する方法について述べる。

本実施形態でも、第２の実施形態で述べたように、走行距離の矩形３３０を、自律移動体１００の周りに所定の角度で回転して、障害物と接触しない経路を探す。図９では、最初の走行可能距離の矩形として、３つの矩形３３０、３４０、３５０が見つかった例を示している。

矩形３３０から作成される経路候補をＰ１、矩形３４０から形成される経路候補をＰ２、経路３５０から形成される経路候補をＰ３とする。ここで、Ｐ３は、その走行可能距離の矩形３５０の端Ａが、横断歩道の右側端２０２を越える。このことは、自律移動体１００が横断歩道２００の幅から、はみ出ることを意味する。そのため、危険であると判断して、自律移動体１００は、Ｐ３を経路候補から外す。

自律移動体１００は、障害物回避目標３３１を回転中心として、走行可能距離の矩形３３２を所定角度で回転させて、該矩形の先端に設けられている障害物回避目標３３３が、基準経路点２１０と基準経路点２２０を結んだ直線２２１の線上に最も近くなるように経路候補Ｐ１を選ぶ。ここで、障害物回避目標３３１、３３３は、それぞれ走行可能距離の矩形３３０、３３２の先端の幅方向中央に設けられている。

ここでは、障害物がないので、障害物回避目標３３３は、直線２２１の上に重なっている。そして、障害物回避目標３３３と基準経路点２２０を結ぶ直線Ｌ１をＰ１の経路とする。つまり、Ｐ１の経路長は、２つの矩形の長さ２Ｌと前述のＬ１を足したものとなる。また、Ｐ１の経路では、２つの障害物と近接するので、近接回数を危険度と見なすと、危険度は２となる。

同様にして、自律移動体１００は、経路候補Ｐ２を作成する。Ｐ２では、走行可能距離の矩形３４０の後に、障害物４０２が存在するために、障害物回避目標３４１を中心に、走行可能距離の矩形３４２を回転させても、矩形３４３の先端に設けた障害物回避目標を、前述の基準経路点を結ぶ直線２２１の上に重ねることができない。このため、障害物回避目標３４３から基準経路点２２０までの距離Ｌ２は、経路Ｐ１のＬ１に比べて長くなる。また、危険度は、障害物と３回接近するため、危険度は３となる。

図１０は、本発明の第３の実施形態による自律移動体１００が用いる各種パラメータの対応関係を示す図である。具体的には、図１０は、各経路に対して、経路長と、それぞれの経路を渡りきる時間と、危険度と、特記の対応関係を示す。

図１０に示すように、経路Ｐ１の渡り切り経路長は２Ｌ＋Ｌ１、経路Ｐ２の経路長は２Ｌ＋Ｌ２となる。それぞれの渡り切り時間Ｔｉは、自律移動体１００の速度からＴ１、Ｔ２が算出される。ここでは、Ｌ２の方がＬ１より長いので、Ｔ１よりＴ２が大きくなる。危険度Ｒ１、Ｒ２は、障害物との接近回数から、それぞれ２と３となる。つまり、Ｐ２の方がＰ１より、危険度Ｒが大きい。

ここで、前述したように、障害物の種類（人、物）、障害物の運動状態（静止、移動）により、危険度に重み付けをしても良い。また、移動障害物であれば、それと自律移動体１００との相対速度の大きさ、幅aの大きさ、等により、危険度の重み付けをしても良い。

自律移動体１００は、これらの各経路の渡り切り時間Ｔｉと危険度Ｒｉを基に、図８に示す第２の実施形態のアルゴリズムに従い、移動経路を決定する。これにより、本実施形態でも第２の実施形態と同様に、自律移動体１００は、横断歩道を迅速に安全に横断することが可能となる。

本実施形態では、走行経路決定部１１８は、横断歩道上からはみ出ない経路、かつ、横断歩道の始点と終点を結ぶ直線に最も近い経路を選択する。

以上説明したように、本実施形態によれば、自律移動体は横断歩道を安全・迅速に渡ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

上記実施形態では、自律移動体１００は、４つの車輪を用いて移動するが、車輪の数は任意である。また、自律移動体１００は、足機構など任意の機構を用いて、移動してもよい。

上記実施形態では、横断歩道の始点及び終点の位置情報は、記憶情報処理部１１０に予め記憶されている。これに対し、横断歩道の信号機に発信機を設置し、自律移動体１００がその信号を受信して始点と終点を判定してもよい。また、路面に塗布された横断歩道を示す塗料をカメラなどで認識して始点と終点を判定してもよい。

１００…自律移動体
１１０…記憶情報処理部
１１２…環境情報取得部
１１４…自己位置推定部
１１６…障害物検出部
１１８…走行経路決定部
１２０…速度決定部
１２２…車両制御部
１３０…入出力部
１３２…センサ
１３４…カメラ
１３６…レーザ距離センサ
２００…横断歩道
２１０…基準経路点（横断歩道の始点）
２２０…基準経路点（横断歩道の終点）
２３０…信号機
３００、３１０，３２０…通行可能距離の矩形
３０１、３１１，３２１…障害物回避目標
４００、４０１…障害物

Claims (9)

1. 横断歩道と信号機の位置を示す位置情報と、前記信号機の信号の状態が青から赤に変わるまでの所定時間を記憶した記憶情報処理部と、
   信号機の信号の状態を取得する環境情報取得部と、
   自律移動体の自己位置を推定する自己位置推定部と、
   横断歩道上において、前記信号の状態が青から赤に変わることを示す場合、前記記憶情報処理部に記憶した前記位置情報と前記所定時間に基づいて、前記自己位置から前記横断歩道の終点までの第１の経路を移動するために必要な第１の時間と前記自己位置から前記横断歩道の始点までの第２の経路を移動するために必要な第２の時間とを算出し、経路を選択する走行経路決定部と、
   前記自律移動体の速度を決定する速度決定部と、
   障害物を検出する障害物検出部と、
   前記速度決定部によって決定された速度で、前記走行経路決定部によって選択された経路に沿って前記自律移動体が移動するように前記自律移動体の自律移動を制御する車両制御部と、
   を備え、
   前記走行経路決定部は、前記横断歩道上において、前記第１の時間に基づいて前記信号の状態が青から赤に変わるまでの前記所定時間以内に前記横断歩道の終点に到着できる経路を選択し、前記所定時間以内に前記横断歩道の終点に到着できないと判断した場合に、前記第２の時間に基づいて前記所定時間以内に前記横断歩道の始点に到着できる経路を選択し、
   前記速度決定部は、前記障害物検出部によって検出された前記自律移動体の周囲の障害物の速さに応じて前記自律移動体の速度を決定することを特徴とする自律移動体。
2. 請求項１に記載の自律移動体であって、
   前記走行経路決定部は、前記所定時間以内に前記横断歩道の始点に到着できない場合には、前記第１の時間と前記第２の時間のうち小さい方に対応する経路を選択する
   ことを特徴とする自律移動体。
3. 請求項１に記載の自律移動体であって、
   前記走行経路決定部は、
   時間が経過するにつれて変化する前記自己位置ごとに、前記第１の時間に基づいて前記所定時間以内に前記横断歩道の終点に到着できる経路のうち、前記第１の時間のうち小さい方に対応する経路を選択し、前記所定時間以内に前記横断歩道の終点に到着できないと判断した場合に、前記自己位置ごとに、前記第２の時間に基づいて前記所定時間以内に前記横断歩道の始点に到着できる経路のうち、前記第２の時間のうち小さい方に対応する経路を選択する
   ことを特徴とする自律移動体。
4. 請求項１に記載の自律移動体であって、
   前記速度決定部は、前記横断歩道上において、前記信号の状態が青から赤に変わることを示す場合又は前記信号の状態が赤に変わった場合、前記自律移動体の速度が増加するように速度を決定する
   ことを特徴とする自律移動体。
5. 請求項１に記載の自律移動体であって、
   前記走行経路決定部は、
   前記障害物検出部によって検出された前記障害物を回避するように経路を選択する
   ことを特徴とする自律移動体。
6. 請求項５に記載の自律移動体であって、
   前記走行経路決定部は、
   検出された前記障害物と前記自律移動体との接触しやすさを示す危険度を算出し、算出された前記危険度が最小の経路を選択する
7. 請求項６に記載の自律移動体であって、
   前記危険度は、
   検出された前記障害物と経路との接近回数である
   ことを特徴とする自律移動体。
8. 請求項１に記載の自律移動体であって、
   前記走行経路決定部は、
   前記横断歩道上からはみ出ない経路を選択する
   ことを特徴とする自律移動体。
9. 請求項１に記載の自律移動体であって、
   前記走行経路決定部は、
   前記横断歩道の始点と終点を結ぶ直線に最も近い経路を選択する
   ことを特徴とする自律移動体。

Images