JP6603253B2 - 移動体制御システム、および移動体制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、移動体の走行を制御する移動体制御システムおよび移動体制御方法に関し、特に、走路周辺に設置されたビーコン送信機から発出される信号により移動体の位置を特定して当該移動体の走行を制御する移動体制御システムおよび移動体制御方法に関する。
従来、走行路に描画されたライン(白線等)を検知し、当該白線に沿ったライントレースを行うことで車両を自動走行させるシステムが知られている(特許文献1参照)。また、GNSS(Global Navigation Satellite System)により自車両位置を特定しつつ、地図上で特定される道路に沿って車両を自動走行させるシステムも知られている。
しかしながら、ライントレースを用いたシステムでは、自車両位置を検知することなくラインにのみ依拠して自動走行が行われるため、白線のかすれ等によりラインから逸脱した場合には、システム自身が車両を元の走路へ戻すことは困難である。また、GNSSを用いたシステムでは、電波受信環境の悪い場所(例えば屋内や地下の駐車場、あるいはトンネル等)では、自車両位置を適切に特定することができず、適切な自動走行を行うことが困難となる。あるいは、GNSS電波環境が良好な場所であっても、GNSSと慣性航法とを併用するシステムでは、例えば複数階で構成される建物駐車場の各階をつなぐ螺旋状走路等では、慣性航法による位置特定が困難となり得る。
一方、走路エリア内に複数のビーコン送信機を例えば一定間隔で設置し、走行する車両によりこれらビーコン送信機からの電波を受信することで車両の位置を特定しつつ当該車両の自動走行制御を行うシステムが知られている。このシステムでは、車両が受信した電波の受信強度が所定の閾値を超えたときに、当該電波の発信元であるビーコン送信機に接近したものと判断することで、当該車両の位置が特定される。
しかしながら、ビーコン(あるいはWi−FiアクセスポイントやBLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)発信機からの電波等)を用いた従来のシステムでは、車両ごとにビーコン電波を受信する受信装置(端末装置)の感度に違いがある場合には、電波受信強度が車両毎に異なるものとなることから、ビーコン電波から位置を特定するためのモデルを車両ごと(又は車両に搭載された端末装置毎)に作成しなければならない(例えば、特許文献2参照)。
また、建物や壁等の障害物による電波反射がある場所では、ビーコン電波の反射や、自車両の駆動装置の放射電磁波が反射されることによって生ずる当該放射電磁波とビーコン電波との干渉によって、ビーコン電波の受信強度の測定値に誤差が生じ、位置特定が困難となる場合もあり得る。さらに、上記従来のシステムでは、電波受信強度が所定の閾値を超える位置まで車両が当該ビーコンに接近したときに、初めて自車両位置が特定されるため、ビーコンの配置の態様(例えば、ビーコン配置位置における走行路の形状(カーブや屈曲など))によっては、自動走行制御における速度の変化や加速度、減速度の変化が急峻なものとなって車両乗員の快適性を損なう結果となり得る。
特開2006−209641号公報 特開2016−170005号公報
上記背景より、走行路に配されたビーコン送信機からのビーコン電波を用いて移動体の位置特定を行いつつ当該移動体の走行を制御する移動体制御システムにおいて、当該位置特定のためのモデルを移動体毎に作成することなく、共通的なモデルにより任意の移動体の走行を制御することが望まれている。また、そのような共通的なモデルは、走行路周辺の壁等の障害物による電波反射があっても適切に現在位置を特定し得るものであって、且つ、ビーコン送信機の直前での急峻な速度変化や加速度変化の発生しないスムーズな走行を実現し得るものであることが望まれている。
本発明の一の態様は、移動体が走行する走行路の周辺に配置された複数のビーコン送信機と、前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波を受信するビーコン受信手段を備えた移動体と、前記移動体の走行を制御する走行制御手段と、を備える移動体制御システムである。当該システムにおいて、前記走行制御手段は、前記ビーコン受信手段により受信される前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波のビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布に基づいて生成されたモデルと、前記ビーコン電波受信強度の現在の時系列測定値の分布と、に基づいて、前記移動体が現在走行するエリアを特定し、前記エリアは、前記移動体の前記走行路を、当該走行路の各部における3次元形状特徴を基準として複数に分割したものである。
本発明の他の態様によると、前記走行路のルート及び当該走行路を含む周囲の3次元形状の情報を含んだ地図情報を記憶する記憶手段を備え、前記地図情報は、前記走行路を周囲の3次元形状特徴に基づいて分割したエリアの情報と、当該エリアについての前記3次元形状特徴の情報と、を含み、前記走行制御手段は、前記エリアについての前記3次元形状特徴の情報にも基づいて、前記移動体の走行を制御する。
本発明の他の態様によると、前記移動体は、当該移動体の周辺の環境に存在する障害物を検知する検知手段を備え、前記走行制御手段は、前記検知手段が検知した障害物の情報にも基づいて、前記移動体の走行を制御する。
本発明の他の態様によると、前記モデルは、当該モデルの生成に用いられた前記移動体とは異なる任意の前記移動体において用いられて、当該任意の前記移動体の走行が制御される。
本発明の他の態様によると、前記走行制御手段は、前記移動体の走行距離及び走行方向に基づくオドメトリにも基づいて、前記移動体の走行を制御する。
本発明の他の態様によると、前記走行制御手段は、前記移動体の加速度、減速度、及び又は躍度が、それぞれ所定の上限値を超えないように、前記移動体の速度及び又は速度の変化率を計画し、当該計画に従って、前記移動体の目標速度を決定する。
本発明の他の態様によると、前記移動体は自動車である。
本発明の更に他の態様によると、前記移動体は車椅子である。
本発明の他の態様は、移動体が走行する走行路の周辺に配置された複数のビーコン送信機と、前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波を受信するビーコン受信手段を備えた移動体と、前記移動体の走行を制御する走行制御手段と、を備える移動体制御システムが実行する移動体制御方法である。前記移動体制御方法は、前記ビーコン受信手段により受信される前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波のビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布に基づいて生成されたモデルと、前記受信するステップで受信した前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波の受信強度であるビーコン電波受信強度の現在の時系列測定値の分布と、に基づいて、前記走行制御手段により、前記移動体が現在走行するエリアを特定するステップと、前記走行制御手段により、前記特定するステップにより特定した前記移動体が現在走行するエリアに基づき、前記移動体の走行を制御するステップと、を有する。そして、前記エリアは、前記移動体の走行路を、前記走行路の各部における3次元形状特徴を基準として複数に分割したものである
本発明の一実施形態に係る移動体制御システムの構成を示す図である。 図1に示す移動体制御システムを構成する電動車椅子である移動体の構成を示す図である。 図2に示す移動体の構成を示すブロック図である。 図1に示す移動体制御システムを構成するサーバの構成を示す図である。 本移動体制御システムにおける、モデル学習の際に用いられる移動体の走行路の一例を示す図である。 図5に示す走行路を走行した際に計測される、ビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布の一例である。 本移動体制御システムにおける移動体が学習モード動作において実行する、学習データ送信処理の手順を示すフロー図である。 本移動体制御システムにおけるサーバが学習モード動作において実行する、モデル学習処理の手順を示すフロー図である。 本移動体制御システムにおける移動体が運用モード動作において実行する、走行データ送信処理の手順を示すフロー図である。 本移動体制御システムにおける移動体が運用モード動作において実行する、走行処理の手順を示すフロー図である。 本移動体制御システムにおけるサーバが運用モード動作において実行する、走行制御処理の手順を示すフロー図である。 図11に示す走行制御処理において実行する、走行指示算出処理の手順を示すフロー図である。 図11に示す走行制御処理において実行する、走行指示算出処理の手順を示すフロー図である。 本移動体制御システムの運用モード動作の一例を説明するための説明図である。 本移動体制御システムに用いられ得る、自動車である移動体の構成を示すブロック図である。 図15に示す移動体におけるステレオカメラ等の配置の一例を示す図である。 図15に示す移動体が利用されるシーンの一例を説明するための説明図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る移動体制御システムの概要構成を示す図である。本移動体制御システム100は、一つ又は複数の、電動車椅子である移動体102と、移動体102の走行路104の周辺に設置された複数のビーコン送信機106と、サーバ110と、を有する。また、各移動体102は、サーバ110と通信可能に接続された移動体制御装置108を備える。
なお、本実施形態では、一例として、移動体102は電動車椅子であるものとするが、本発明に係る移動体制御システムを構成する移動体は、これに限らず、自動車、電動カート、工場内の電動運搬車等、広く一般に駆動装置及び操舵装置を備える移動体であるものとすることができる。
ビーコン送信機106は、少なくとも互いの電波の到達範囲が重なる範囲ではそれぞれ異なる周波数を有するように、その送信周波数及び設置位置が設定されている。サーバ110は、各ビーコン送信機106の、送信周波数と設置位置座標(例えば緯度・軽度)とを記憶している。
移動体制御装置108は、移動体102の周辺に存在するビーコン送信機106の電波を受信し、当該受信した電波の周波数や受信強度の情報等を、所定の時間間隔でサーバ110へ送信する。また、移動体制御装置108は、サーバ110から目標車速及び目標操舵角の情報を受信して移動体102を走行させる。
サーバ110は、例えば、無線ネットワーク等を介して移動体制御装置108と接続されるクラウドサーバ、あるいは、移動体102の走行路104を備える施設の内部に設けられたサーバであるものとすることができる。
図2は、移動体102の構成を示す図である。移動体102は、左駆動輪200を駆動する左駆動モータ204、及び右駆動輪202を駆動する右駆動モータ206を備える。左駆動モータ204及び右駆動モータ206は、移動体102を移動させる駆動装置であると共に、互いの回転速度を互いに異なるものとすることにより移動体102を左右方向に転回させる操舵装置でもある。
また、本実施形態では、左駆動モータ204及び右駆動モータ206は、それぞれ、所定の回転角だけ回転するごとに信号パルス(回転信号パルス)を出力する回転角センサ(不図示)を備えており、移動体制御装置108は、左駆動モータ204及び右駆動モータ206からそれぞれ当該信号パルスを受信することにより、左駆動輪200及び右駆動輪202が走行した距離をそれぞれ算出することができる。
更に、移動体102には、移動体102の前方の環境を撮影するステレオカメラ208と、乗員が目的地等を設定するための入力装置210が設けられている。入力装置210は、例えば、スイッチボックスや、地図表示とユーザからの入力とが可能なタッチパネルを備えた表示装置(例えば、タッチスクリーン・デバイスやスマートホン等)などとすることができる。
図3は、移動体102の構成を示すブロック図である。本実施形態では、入力装置210はスイッチボックスであり、学習スイッチ212と、走行スイッチ214と、目的地選択スイッチ216と、を備える。
本実施形態では、ユーザが移動体102を予め定められた複数の案内開始位置のいずれかに配置して学習スイッチ212をオンにすることで、移動体制御システム100の学習モード動作が開始される。また、ユーザが移動体102を予め定められた複数の案内開始位置のいずれかに配置して走行スイッチ214をオンにすることで、移動体制御システム100の運用モード動作が開始される。運用モード動作では、走行スイッチ214の操作の後、ユーザが目的地選択スイッチ216により目的地を選択することで、案内開始位置から当該選択した目的地までの自律走行制御が開始される。なお、目的地選択スイッチ216は、複数のスイッチで構成され、各スイッチには、予め定められた目的地(例えば“1号エレベータ前”、“食堂前”、“談話室前”等)が関連付けられており、いずれかのスイッチをオンすることにより、当該スイッチに対応する目的地が選択される。
移動体制御装置108は、ビーコン送信機106からの電波を受信するビーコン受信器300と、サーバ110との通信を行うための、例えば無線通信器である通信器302と、処理装置304と、モータ駆動装置306と、を備える。
処理装置304は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、プログラムが書き込まれたROM(Read Only Memory)、データの一時記憶のためのRAM(Random Access Memory)等を有するコンピュータであり、ビーコン測定ユニット310と、入力情報取得ユニット320と、画像取得ユニット330と、駆動制御ユニット340と、オドメトリ情報取得ユニット350と、を有する。
処理装置304が備える上記各ユニットは、コンピュータである処理装置304がプログラムを実行することにより実現され、当該コンピュータ・プログラムは、コンピュータ読み取り可能な任意の記憶媒体に記憶させておくことができる。これに代えて又はこれに加えて、上記各ユニットの全部又は一部を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェアにより構成することもできる。
ビーコン測定ユニット310は、一定の時間間隔で、ビーコン受信器300が移動体102周囲の各ビーコン送信機106から受信したビーコン電波の受信強度をビーコン電波毎(すなわち、受信したビーコン電波の周波数毎)に測定すると共に、それら測定値と測定時刻とを含むビーコン受信情報を、通信器302を介してサーバ110へ送信する。
入力情報取得ユニット320は、入力装置210が備える学習スイッチ212、走行スイッチ214、及び目的地選択スイッチ216のオン/オフ状態監視する。処理装置304は、学習スイッチ212がオンされたことを入力情報取得ユニット320により検知すると、自装置の識別IDを付した学習開始要求信号を、通信器302を介してサーバ110へ送信すると共に、学習データ送信処理(後述)を実行する。また、処理装置304は、走行スイッチ214がオンされたことを入力情報取得ユニット320により検知すると、自装置の識別IDを付した走行制御開始要求信号を、通信器302を介してサーバ110へ送信すると共に、走行データ送信処理及び走行処理(共に後述)を実行する。さらに、処理装置304は、目的地選択スイッチ216のいずれかがオンされたことを入力情報取得ユニット320により検知すると、オンされたスイッチに対応した目的地を示す目的地情報を、自装置の識別IDを付して、サーバ110へ送信する。
なお、以下の説明においては、移動体102が信号やデータ、情報等を「送信する」及び「受信する」というときは、それぞれ、当該移動体102の移動体制御装置108が、これらの信号やデータ、情報等を送信し及び受信することを意味するものとする。また、特に断りのない限り、移動体102(すなわち、当該移動体102の移動体制御装置108)は、サーバ110へ信号やデータ、情報等を送信するときは、当該信号、データ、情報等に自装置の識別IDを付して送信するものとし、サーバ110は、付された識別IDにより、受信した信号、データ情報等の送信元である移動体102を特定するものとする。
また、以下の説明においては、特に断りのない限り、サーバ110は、特定の移動体102へ信号やデータ、情報等を送信するときは、送信先である当該特定の移動体102の自装置の識別IDを付してそれらの信号、データ、情報等を送信するものとし、当該信号、データ、情報等を受信した移動体102は、それらに付された識別IDが自装置の識別IDと一致するときに、受信したそれらの信号、データ、情報等を自装置に向けて送信されたものとして処理するものとする。
画像取得ユニット330は、所定の時間間隔で、ステレオカメラ208から移動体102の前方周辺の撮影画像を取得し、当該取得した撮影画像を含む周辺画像情報をサーバ110へ送信する。
駆動制御ユニット340は、サーバ110から送信される目標車速及び目標操舵角に従ってモータ駆動装置306(後述)を介して左駆動モータ204及び右駆動モータ206を制御し、移動体102を走行させる。また、駆動制御ユニット340は、サーバ110から停止指示を受信すると、モータ駆動装置306を介して左駆動モータ204及び右駆動モータ206の回転を停止させ、移動体102の走行を停止する。
オドメトリ情報取得ユニット350は、左駆動モータ204及び右駆動モータ206からそれぞれ回転信号パルスを受信し、所定の時間間隔で、それぞれの回転信号パルスの発生数から換算される左駆動輪200の走行距離及び右駆動輪202の走行距離を、オドメトリ情報としてサーバ110へ送信する。
モータ駆動装置306は、駆動制御ユニット340からの指示に従い、左駆動モータ204及び右駆動モータ206への通電を制御して、移動体102を走行又は停止させる。
図4は、サーバ110の構成を示す図である。サーバ110は、各移動体102の移動体制御装置108と直接又は間接に通信するための通信器400と、処理装置402と、記憶装置404と、を備える。通信器400は、例えば、移動体制御装置108と直接に通信する無線通信器、又は移動体制御装置108と直接に通信を行う他の無線通信装置(不図示)を介して当該移動体制御装置108と間接に通信を行うための、当該他の無線通信装置と無線通信又は有線通信を行う通信器であるものとすることができる。
記憶装置404は、ハードディスク装置や、DVD、CDROM等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の読み取り装置等により構成され、地図情報450、ビーコン情報452が予め記憶されている。
地図情報450には、移動体102の走行路のルートや形状、及び当該走行路を含む周辺の地形や建物等の3次元形状の情報が含まれる。また、移動体102の走行路は、所定の基準に基づいて予め複数のエリアに分割されて記憶されているものとする。上記所定の基準は、“進路側方に壁のない直進路エリア”、“進路右側方に壁のある直進路エリア”、“進路左側方に壁のある直進路エリア”、“壁のあるコーナ路エリア”、“壁のないコーナ路エリア”、“壁のある十字路”、“壁のない十字路”、等々、壁や障害物の存在の有無等の、対応するエリア内の3次元形状特徴を分類する基準とすることができる。
そして、各エリアは、各エリアに固有のエリア識別IDと共に、当該エリアに応じた上記3次元形状特徴のいずれかを表すクラス(例えば、予め定義された、“進路側方に壁のない直進路エリア”、“進路右側方に壁のある直進路エリア”等を表す符号等)が関連付けられて、地図情報450に記憶されているものとする。なお、これらのエリアへの分割は、地図情報450から得られる3次元の地形情報(建物等の人工物の形状情報を含む)に基づいて、サーバ110の処理装置402が予め実行して、地図情報450の一部として記憶しておくものとすることができる。
ビーコン情報452には、ビーコン送信機106それぞれの送信周波数と設置位置座標(例えば緯度・軽度)とが記憶されている。
また、記憶装置404は、後述するモデル生成ユニット416が生成したモデルが、モデル・データベース(モデルDB(Database))454として記憶される。
処理装置402は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、プログラムが書き込まれたROM(Read Only Memory)、データの一時記憶のためのRAM(Random Access Memory)等を有するコンピュータであり、開始位置特定ユニット410と、経路決定ユニット412と、画像認識ユニット414と、モデル生成ユニット416と、現在位置特定ユニット418と、走行制御ユニット420と、を有する。
処理装置402が備える上記各ユニットは、コンピュータである処理装置402がプログラムを実行することにより実現され、当該コンピュータ・プログラムは、コンピュータ読み取り可能な任意の記憶媒体に記憶させておくことができる。これに代えて又はこれに加えて、上記各ユニットの全部又は一部を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェアにより構成することもできる。
開始位置特定ユニット410は、移動体102から学習開始要求信号又は走行制御開始要求信号を受信したときに、これらの信号に続いて当該移動体102から受信するビーコン受信情報に基づいて、複数の所定の案内開始位置のいずれの位置に当該移動体102が存在するかを特定する。
経路決定ユニット412は、移動体102から受信する目的地情報に基づき、当該移動体102の目的地を特定し、記憶装置404が記憶する地図情報450を参照して、開始位置特定ユニット410が特定した案内開始位置から上記目的地までの目標走行経路を決定する。
画像認識ユニット414は、移動体102から受信する周辺画像情報に含まれる画像に対して画像認識処理を行い、移動体102の進行方向の前方に対する障害物検知、及び当該移動体102の前側方に対する障害物検知を行う。ここで、移動体102の進行方向の前方とは、例えば、ステレオカメラ208の視線方向を中心として左右に所定の角度を有する視野範囲(前方視野範囲)をいい、進行方向の前側方とは、当該前方視野範囲の外側の左右の視野範囲(側方視野範囲)をいうものとする。また、障害物検知の実行頻度とは、例えば、単位時間当たりの実行回数をいう。
また、画像認識ユニット414は、当該移動体102の前方周辺の特徴物(例えば、電信柱、建物等)を抽出する。
モデル生成ユニット416は、移動体102から学習開始要求信号を受信したときに、モデル学習処理(後述)を実行し、移動体102から受信するビーコン受信情報等に基づいて、移動体102の走行時に当該移動体102が取得したビーコン電波受信強度の時系列測定値から当該移動体102が走行する走行路のエリアを特定するためのモデルを生成して、記憶装置404のモデルDB454に記憶する。
より具体的には、後述する学習モード動作において、ユーザが移動体102を走行させる間、モデル生成ユニット416は、当該移動体102からビーコン受信情報、周辺画像情報、オドメトリ情報を所定の時間間隔で受信し、これらの情報及び地図情報450から移動体102が走行しているエリアを特定しつつ、移動体102が受信している各ビーコン電波の電波受信強度の時系列測定値のデータを記憶する。
そして、モデル生成ユニット416は、特定したエリア毎に、上記電波受信強度の時系列データから、そのとき走行しているエリアを特定するためのモデルを、例えば機械学習により生成する。より詳細には、モデル生成ユニット416は、特定したエリア毎に、当該エリアを走行したときの各ビーコン電波の電波受信強度の時系列測定値の変化の状態(更に詳細には、時間軸と受信強度軸から成る2次元座標における各ビーコン電波の電波受信強度の時系列測定値の分布(以下、「時間−電波受信強度分布」ともいう)の状態)から、各エリアにおける特徴的な分布を特定し、当該特徴的な分布を当該エリアを特定するためのモデルとする。
このような、各エリアにおける上記特徴的な分布の特定は、例えば、時間−電波受信強度分布についての、混合ガウス分布の最尤推定から得ることができる。また、当該最尤推定は、例えば期待値最大化(EM)アルゴリズムを用いて行うことができる。
図5は、モデル学習の際に用いられる、移動体102の走行路の一例を示す図である。図示の例では、移動体102の走行経路が、走行路104−1上に太線矢印502で示されている。そして、走行路104−1は、“両側方に壁のない直進路”のエリア510、514と、“前方に壁のあるコーナ路”のエリア512と、に分割されている。また、太線矢印502で示された走行経路の進行方向に沿って、当該進行方向の右側の走行路の境界部分に、ビーコン送信機106a、106b、106c、106dが設置されている。
図6は、図5に示す走行経路502を走行した際に計測されたビーコン電波受信強度の時系列測定値の一例である。図6に示す3×4個のグラフは、それぞれ、縦軸が電波受信強度、横軸が時間である。また、図6に示す3×4個のグラフのうち、第1列の3つのグラフは、走行経路502に配されたビーコン送信機106aからのビーコン電波の受信強度の時系列測定値の分布を示しており、左から順に、エリア510、512、514における分布を示している。同様に、第2、3、4列のグラフは、それぞれビーコン送信機106b、106c、106dからの電波受信強度の時系測定値の分布であり、左から順に、エリア510、512、514における分布を示している。
そして、図6のグラフ中に示した長円600、602と604、及び606は、それぞれ、エリア510、512、514に特徴的な分布(すなわち、モデル)として特定されたガウス分布(平均値及び分散値で特定されている)を示している。なお、このように特定されるガウス分布は、同一エリアを走行する毎に得られる複数の混合ガウス分布解析の結果を組み合わせて更新していくことで、よりロバストなモデルとして機能することとなり得る。
図6の例では、“両側方に壁のない直進路”のエリア510、514の場合には、それぞれビーコン送信機106a、106dから遠ざかる際に特徴的な、受信強度が時間に対して直線的に低下していくデータ分布(図示の長円600及び606で囲まれた部分の分布)がモデルとして生成される。
また、図6の例では、“前方に壁のあるコーナ路”のエリア512においては、ビーコン送信機106b、160cからの電波が壁530により反射されて互いに干渉することにより、及び又は移動体102の左駆動モータ204、右駆動モータ206からの雑音電波が壁530により反射されてビーコン送信機106b、160cのビーコン電波と干渉することにより、電波受信強度の時系列測定値の分布は、やや複雑な態様を示している。しかしながら、この分布に対して混合ガウス分布解析を実行することにより、ビーコン送信機106b、106cのビーコン電波について、受信強度の時系列測定値における特徴的な分布(長円602及び604によりそれぞれ囲まれた部分の分布)が捉えられている。そして、この分布は、壁530の存在に起因して生じた電波干渉等の結果として得られる、エリア512に固有の分布であり、エリア512を特定するためのモデルとして使用することができる。
すなわち、上記のようにビーコン電波受信強度の時系列データから作成されるモデルは、ビーコン電波の受信強度の時間変化に着目するものであることから、移動体102間(より具体的には、各移動体102の移動体制御装置108の、各ビーコン受信器300間)におけるビーコン電波の受信感度のばらつきに依存することのない、汎化性のあるモデルとなる。したがって、特定の移動体102を用いて作成したモデルを任意の複数の移動体102において共通的に用いて、これら移動体102の走行を自律的に制御することができる。
また、各ビーコン電波の電波受信強度の時間変化は、移動体102が現在走行しているエリアにおける壁の存在等の3次元形状特徴の結果(すなわち、そのような形状特徴に起因する電波干渉等の結果)として現れたものであることから、上記のように生成されるモデルは、当該エリアにおける3次元形状特徴の影響を含んだものとなる。
さらに、これらのモデルを用いてエリアを特定することで、ビーコン電波の受信強度が閾値以上であるか否かに基づいて位置特定を行う従来の技術に比べて、エリアへの進入や壁等の障害物への接近をより早期に検出し得るので、減速等をより早期に行って、移動体102をスムーズに走行させることができる。
なお、本実施形態では、モデル生成ユニット416は、例えば、上記のように特定される分布を表す混合ガウス関数の平均値及び共分散値を、モデルを表すパラメータとして算出する。そして、モデル(即ち、当該算出した平均値及び共分散値)を、当該モデルが得られたエリア及び当該エリアの形状特徴を表すクラスに関連付けて、モデルDB454に記憶する。
図4に戻り、現在位置特定ユニット418は、移動体102から走行制御開始要求信号を受信したときにサーバ110において実行される走行制御処理(後述)において、移動体102から受信するビーコン受信情報等と、モデルDB454に記憶されたモデルとにより、移動体102が現在走行するエリア(現在エリア)及び当該移動体102の現在位置を特定する。
走行制御ユニット420は、走行制御処理(後述)において、現在位置特定ユニット418が特定した上記現在エリア及び現在位置と、地図情報450等と、に基づき、経路決定ユニット412が決定した目標走行経路に沿って移動体102を走行するための、当該移動体102に設定すべき目標車速及び目標操舵角を決定し、当該移動体102へ送信する。
次に、移動体制御システム100の動作について説明する。
移動体制御システム100は、モデルを生成する学習モード動作と、生成したモデルを用いて移動体102の走行を制御する運用モード動作と、の2つの動作モードで動作する。学習モード動作及び運用モード動作は、移動体102のユーザが入力装置210の学習スイッチ212又は走行スイッチ214をオンすることにより、当該移動体102が学習開始要求信号又は走行制御開始要求信号をサーバ110へ送信することで開始する。また、サーバ110は、電源が投入されると、少なくとも一つの移動体102から学習開始要求信号又は走行制御開始要求信号を受信するのを待機し、学習開始要求信号を受信したときは学習モード動作の処理を開始し、走行制御開始要求信号を受信したときは運用モード動作の処理を開始する。
以下、学習モード動作及び運用モード動作について順に説明する。
<<学習モード動作>>
まず、学習モード動作について説明する。学習モード動作は、ユーザが移動体102を所定の案内開始位置のいずれかに配置し、当該案内開始位置において、入力装置210の学習スイッチ212をオンすることにより開始する。当該学習スイッチ212のオン操作により、移動体102の移動体制御装置108は、学習データ送信処理の実行を開始する。学習データ送信処理では、移動体制御装置108は、まず、サーバ110へ学習開始要求信号を送信し、次に、サーバ110へのビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信を開始する。ユーザは、移動体102を所望の経路に沿って走行させ、その間、当該移動体102の移動体制御装置108は、所定の時間間隔で、ビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報をサーバ110へ継続的に送信する。なお、学習モード動作における上記ユーザによる移動体102の走行は、例えば電動車椅子の分野における周知の技術を用い、駆動制御ユニット340に接続されたジョイスティック(不図示)を介して、電動車椅子である移動体102の搭乗者であるユーザが、前進、左折、右折等の指示を駆動制御ユニット340に与えることにより行うものとすることができる。あるいは、移動体102の搭乗者ではないユーザが移動体102を手で押しながら、当該移動体102を走行させるものとすることもできる。
サーバ110は、移動体102の移動体制御装置108から学習開始要求信号を受信したことに応じて、モデル学習処理を実行する。モデル学習処理では、サーバ110は、ユーザが移動体102を走行させている間、移動体102よりビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報を所定の時間間隔で受信する。そして、サーバ110は、移動体102から受信したそれらのビーコン受信情報、周辺画像情報、オドメトリ情報、及び記憶装置404が記憶する地図情報450に基づいて、移動体102が現在走行しているエリアを特定しつつ、移動体102から所定の時間間隔で受信したビーコン受信情報を当該特定したエリアと対応付けて、学習データとして記憶装置404に記憶する。
ユーザが移動体102の走行を終了して入力装置210の学習スイッチ212をオフにすると、移動体102の移動体制御装置108は学習終了要求信号をサーバ110へ送信すると共に、ビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信を終了して、学習データ送信処理を終了する。学習終了要求信号を受信したサーバ110は、記憶装置404に記憶した学習データを参照し、上記特定されたエリア毎に、当該エリアに対応付けられたビーコン受信情報からビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布(時間−電波受信強度分布)を算出し、当該分布から当該エリアに特徴的な分布を、例えば機械学習により特定する。そして、当該特定した特徴的な分布のパラメータを、ビーコン電波受信強度の時系列データから当該エリアを特定するためのモデルとして、記憶装置404のモデルDB454に記憶し、モデル学習処理を終了する。
以下、学習モード動作の際に移動体102の移動体制御装置108が実行する学習データ送信処理、及び学習モード動作の際にサーバ110が実行するモデル学習処理について、順に説明する。
<学習データ送信処理>
まず、移動体102の移動体制御装置108が実行する学習データ送信処理の手順について、図7に示すフロー図にしたがって説明する。本処理は、ユーザが移動体102を所定の案内開始位置のいずれかに配置し、当該案内開始位置において、入力装置210の学習スイッチ212をオンすることにより開始する。
処理を開始すると、移動体制御装置108の処理装置304は、自装置の識別IDを付した学習開始要求信号を、通信器302を介してサーバ110へ送信する(S100)。また、処理装置304は、サーバ110への、ビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信を開始する(S102)。具体的には、移動体制御装置108は、ビーコン測定ユニット310により、所定の時間間隔で、ビーコン受信器300を介して移動体102の周囲に存在する各ビーコン送信機106からビーコン電波を受信し、ビーコン電波毎(すなわち、周波数の異なる電波毎に)に当該ビーコン電波の受信強度を、そのビーコン電波の周波数と当該受信強度を測定した時刻に関連付けて、ビーコン受信情報としてサーバ110へ送信する。
また、移動体制御装置108は、画像取得ユニット330により、所定の時間間隔で、ステレオカメラ208が撮影した画像を取得し、当該取得した時刻に関連付けて、周辺画像情報としてサーバ110へ送信する。さらに、移動体制御装置108は、オドメトリ情報取得ユニット350により、所定の時間間隔で、当該時間間隔の間に左駆動モータ204及び右駆動モータのそれぞれから受信した回転パルスの数から左駆動輪200及び右駆動輪202のそれぞれの走行距離を算出し、当該算出した時刻に関連付けて、オドメトリ情報としてサーバ110へ送信する。
次に、処理装置304は、入力装置210の学習スイッチ212がオフされたか否かを判断し(S104)、オフされていないときは(S104、No)、ステップS104に戻ってオフされるのを待機する。その間、サーバ110へのビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信は、継続している。
一方、入力装置210の学習スイッチ212がオフされたときは(S104、Yes)、処理装置304は、学習終了要求信号をサーバ110へ送信すると共に(S106)、サーバ110へのビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信を停止した後(S108)、処理を終了する。
〔モデル学習処理〕
次に、サーバ110が行うモデル学習処理の手順について、図8に示すフロー図に従って説明する。本処理は、サーバ110が移動体102から学習開始要求信号を受信したときに開始し、当該学習開始要求信号に付された識別IDにより特定される移動体102を対象として実行される。また、学習開始要求信号を複数の移動体102から受信したときは、それらの学習開始要求信号の送信元である複数の移動体102のそれぞれを対象として、並行に又は順次に、個別に実行される。ただし、以下においては、冗長な記載を避けて理解を容易にするため、一つの移動体102についてのモデル学習処理について記載する。
なお、サーバ110の処理装置402は、移動体102から学習開始要求信号を受信した後は、以下のモデル学習処理と並行して、当該移動体102からビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報を、それぞれ所定の時間間隔で継続的に受信して、モデル学習処理の実行に用いる。また、処理装置402は、モデル学習処理と並行して、移動体102から受信した周辺画像情報に対し、画像認識ユニット414により画像認識処理を行って、周辺画像に写りこんだ壁等の障害物を認識し及び特徴物を抽出し、モデル学習処理の実行に用いる。
モデル学習処理を開始すると、サーバ110のモデル生成ユニット416は、移動体102から受信したビーコン受信情報、周辺画像情報、オドメトリ情報、及び記憶装置404が記憶する地図情報450により、移動体102が現在走行しているエリアを特定し(S200)、当該エリアを走行している際に移動体102から所定の時間間隔で受信したビーコン受信情報を、当該特定したエリアに関連付けて、学習データとして記憶装置404に記憶する(S202)。なお、上述したように、地図情報450には、移動体102の走行路を区分する各エリアの情報が、予め記憶されているものとする。
次に、モデル生成ユニット416は、移動体102から学習終了要求信号を受信したか否かを判断し(S204)、受信していないときは(S204,No)、ステップS200に戻って処理を繰り返す。一方、学習終了要求信号を受信したときは(S204、Yes)、モデル生成ユニット416は、特定したエリア毎に、ビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布から当該エリアに特徴的な分布を特定し(S206)、当該特定した特徴的な分布のパラメータを、対応するエリアのモデルとして、記憶装置404のモデルDB454に記憶して(S208)、処理を終了する。
なお、本実施形態では、ユーザが移動体102を走行させ、当該走行中において取得されるビーコン受信情報等に基づいてサーバ110がモデルを作成するものとしたが、これに限らず、例えば移動体102が利用されていない夜間等に、サーバ110が、移動体102を自動走行させ、当該自動走行中にビーコン受信情報等を取得してモデルを作成するものとしてもよい。当該自動走行は、例えば、サーバ110が、モデルが生成されていないエリアを含む走行経路を探索し、移動体102から受信する周辺画像情報、及び地図情報450等に基づき、移動体102へ目標車速及び目標操舵角を所定の時間間隔で送信することで、上記探索した走行経路に沿って移動体102を走行させて行うものとすることができる。
<<運用モード動作>>
次に、運用モード動作について説明する。運用モード動作は、ユーザが、移動体102を所定の案内開始位置のいずれかに配置し、当該案内開始位置において、入力装置210の走行スイッチ214をオンすることにより開始する。当該走行スイッチ214のオン操作により、移動体102の移動体制御装置108は、走行データ送信処理及び走行処理の実行を開始する。走行データ送信処理では、移動体制御装置108は、まず、自装置の識別IDを付して走行制御開始要求信号をサーバ110へ送信し、次に、サーバ110へのビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信を開始する。一方、走行処理では、移動体制御装置108は、現在の車速及び操舵角(走行処理の開始時点では車速はゼロである)を維持しつつ、サーバ110から目標車速及び目標操舵角を受信する毎に、当該受信した目標車速及び目標操舵角が実現されるように左駆動モータ204及び右駆動モータ206の回転を制御して移動体102を走行させる。また、移動体制御装置108は、サーバ110から停止指示を受信すると、左駆動モータ204及び右駆動モータ206の回転を制御して移動体102を停止させる。
サーバ110は、移動体102から走行制御開始要求信号を受信したことに応じて、走行制御処理を開始する。走行制御処理では、サーバ110は、移動体102から受信するビーコン受信情報及び目的地情報に基づき、移動体102が現在配されている案内開始位置、及び目的地を特定して、当該案内開始位置から目的地に至るまでの目標走行経路を決定する。そして、移動体102から所定の時間間隔で受信するビーコン受信情報からビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布を算出し、モデルDB454が記憶するモデルを参照して、移動体102が現在走行するエリア(現在エリア)を特定すると共に当該移動体102の現在位置を特定する。
また、サーバ110は、上記特定した現在エリア及び現在位置、並びに地図情報450等に基づき、上記決定した目標走行経路に沿って移動体102を走行させるための目標車速及び目標操作角を算出して、移動体102へ送信する。
また、サーバ110は、目的地を含むエリアを現在エリアとして特定したときは、移動体102に停止指示を送信する。
以下、運用モード動作の際に移動体102の移動体制御装置108が実行する走行データ送信処理及び走行処理、並びに運用モード動作の際にサーバ110が実行する走行制御処理について、順に説明する。
<走行データ送信処理>
まず、移動体102の移動体制御装置108が実行する走行データ送信処理について、図9に示すフロー図に従って説明する。本処理は、ユーザが移動体102を所定の案内開始位置のいずれかに配置し、当該案内開始位置において、入力装置210の走行スイッチ214をオンすることに応じて、後述する走行処理と共に開始する。
走行データ送信処理を開始すると、移動体制御装置108の処理装置304は、自装置の識別IDを付した走行制御開始要求信号を、通信器302を介してサーバ110へ送信する(S300)。また、処理装置304は、サーバ110へのビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信を開始する(S302)。これらの情報の送信は、具体的には図7のステップS102における処理と同様である。
次に、処理装置304は、入力装置210の走行スイッチ214がオフされたか否かを判断し(S304)、オフされていないときは(S304、No)、ステップS304に戻ってオフされるのを待機する。その間、サーバ110へのビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信は継続している。一方、走行スイッチ214がオフされたときは(S304、Yes)、処理装置304は、走行制御終了要求信号をサーバ110へ送信すると共に(S306)、サーバ110へのビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報の送信を停止した後(S308)、本処理を終了する。
<走行処理>
次に、移動体102の移動体制御装置108が実行する走行処理について、図10に示すフロー図に従って説明する。本処理は、ユーザが移動体102を所定の案内開始位置のいずれかに配置し、当該案内開始位置において入力装置210の走行スイッチ214をオンすることに応じて、上述した走行データ送信処理と共に開始する。
走行処理を開始すると、処理装置304の駆動制御ユニット340は、まず、現在の車速及び現在の操舵角を維持しつつ(走行処理の開始時点では車速はゼロである)、サーバ110から目標車速及び目標操舵角を受信したか否かを判断し(S400)、受信していないときは(S400、No),サーバ110から停止指示を受信したか否かを判断する(S402)。そして、停止指示を受信していないときは(S402、No)、ステップS400に戻って目標車速、目標操舵角、及び停止指示を受信するのを待機する。
一方、サーバ110から目標車速及び目標操舵角を受信したときは(S400、Yes)、駆動制御ユニット340は、受信した目標車速及び目標操舵角を実現するために左駆動モータ204及び右駆動モータ206に設定すべき目標回転数をそれぞれ算出してモータ駆動装置306に出力する(S404)。モータ駆動装置306は、駆動制御ユニット340が出力した左駆動モータ204及び右駆動モータについての目標回転数に基づき、左駆動モータ204及び右駆動モータのそれぞれの回転数がそれぞれの目標回転数と一致するように、左駆動モータ204及び右駆動モータへの通電を制御する(S406)。
そして、駆動制御ユニット340は、処理をステップS400に戻し、現在の車速及び現在の操舵角を維持しつつ(すなわち、モータ駆動装置306に、左駆動モータ204及び右駆動モータの現在の回転数を維持させつつ)、サーバ110から新たに目標車速及び目標操舵角又は停止指示を受信するのを待機する。
一方、ステップS402においてサーバ110から停止信号を受信したときは(S402、Yes)、駆動制御ユニット340は、モータ駆動装置306に指示して左駆動モータ204及び右駆動モータ206の回転数をゼロにして、移動体102を停止させる(S408)。続いて、駆動制御ユニット340は、入力装置210の走行スイッチ214がオフになったか否かを判断し(S410)、オフになったときは(S410、Yes)、走行処理を終了する。一方、走行スイッチ214がオフになっていないときは(S410、No)、ステップS410に戻って走行スイッチ214がオフになるのを待機する。
なお、上述の走行処理では、移動体102が停止した後に、走行スイッチ214がオフされることで走行処理が終了するものとしたが、これに代えて又はこれに加えて、停止指示を受信した後か否かにかかわらず、移動体102が走行中においても、走行スイッチ214がオフされたときに移動体102の走行を停止して走行処理を終了するものとすることができる。この場合には、駆動制御ユニット340は、所定の減速度で左駆動モータ204及び右駆動モータ206の回転数を減少させるようにモータ駆動装置306に指示を与えて移動体102を停止させるものとすることができる。
〔走行制御処理〕
次に、サーバ110が行う走行制御処理の手順について、図11に示すフロー図に従って説明する。
本走行制御処理は、処理装置402が一つ又は複数の移動体102から走行制御開始要求信号を受信したことに応じて開始し、当該走行制御開始要求信号を送信した一つ又は複数の移動体102について、並行に且つ個別に実行される。ただし、以下においては、冗長な記載を避けて理解を容易にするため、一つの移動体102についての走行制御処理について記載する。
なお、サーバ110の処理装置402は、移動体102から走行制御開始要求信号を受信した後は、以下の走行制御処理と並行して、当該移動体102からビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報を、それぞれ所定の時間間隔で継続的に受信して、走行制御処理の実行に用いる。また、処理装置402は、走行制御処理と並行して、移動体102から受信した周辺画像情報に対し、画像認識ユニット414により画像認識処理を行って、周辺画像に写りこんだ壁等の障害物を認識し及び特徴物を抽出し、走行制御処理の実行に用いる。
走行制御処理の実行を開始すると、処理装置402は、まず、制御対象である移動体102からビーコン受信情報を受信し、開始位置特定ユニット410により、移動体102の現在位置である案内開始位置を特定する(S500)。より具体的には、開始位置特定ユニット410は、走行制御開始要求信号に続いて移動体102から送信されるビーコン受信情報に基づいて、移動体102が受信しているビーコン電波のうち最も受信強度の強いビーコン電波の周波数を特定する。そして、記憶装置404が記憶するビーコン情報452を参照して、当該特定した周波数を持つビーコン送信機106の位置を特定し、当該特定したビーコン送信機106の位置に最も近い所定の案内開始位置を、移動体102の現在位置として特定する。
次に、処理装置402は、移動体102から目的地情報を受信して目的地を特定し(S502)、経路決定ユニット412により、当該特定した目的地と、ステップS500で特定した案内開始位置と、に基づいて、記憶装置404が記憶する地図情報450を参照して、当該案内開始位置から当該目的地までの目標走行経路を決定する(S504)。
次に、処理装置402の走行制御ユニット420は、目標走行経路と地図情報450とを参照して、移動体102に目標走行経路に沿った走行を開始させるための目標車速及び目標操舵角を算出し、当該算出した目標車速及び目標操舵角を移動体102へ送信して、目標走行経路に沿った移動体102の走行を開始する(S506)。なお、走行開始時点において移動体102の前面が向いている方向は、例えば、移動体102から受信した周辺画像情報から画像認識ユニット414が抽出する案内開始位置周辺の特徴物(電信柱、建物等)と、地図情報450に示されている特徴物と、を対比することにより判断するものとすることができる。
次に、処理装置402の現在位置特定ユニット418は、移動体102から所定の時間間隔で受信するビーコン受信情報から、ビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布(時間−電波受信強度分布)を算出する(S508)。そして、現在位置特定ユニット418は、当該算出した測定値の分布に基づき、記憶装置404のモデルDB454が記憶するモデルを参照して、移動体102が現在走行するエリア(現在エリア)を特定すると共に(S510)、当該移動体102の現在位置を特定する(S512)。ここで、移動体102の現在位置の特定は、上記特定した現在エリア、並びに移動体102からの周辺画像情報についての画像認識ユニット414における画像認識結果、及び又は移動体102からのオドメトリ情報に基づいて、行うものとすることができる。
次に、走行制御ユニット420は、上記特定した現在エリアが目的地を含むエリアであるか否かを判断し(S514)、目的地を含むエリアであるときは(S514、Yes)、移動体102に停止指示(例えば、ゼロに設定した目標車速)を送信する(S516)。続いて、走行制御ユニット420は、移動体102から走行制御終了要求信号を受信したか否かを判断し(S518)、受信していないときは(S518,No)、ステップS518に戻って走行制御終了要求信号の受信を待機し、一方、走行制御終了要求信号を受信したときは(S518、Yes)、処理を終了する。
一方、ステップS514において、上記特定した現在エリアが目的地を含むエリアでないときは(S514、No)、走行制御ユニット420は、移動体102に送信すべき目標操舵角及び目標車速を算出する走行指示算出処理(後述)を実行する(S520)。そして、算出した目標操舵角及び目標車速を移動体102へ送信し(S522)、ステップS508に戻って処理を繰り返す。なお、処理装置402は、ステップS508の処理が所定の時間間隔Δt1(例えば100ms)で繰り返されるように、ステップS522の処理終了からステップS508の処理開始までの時間を、例えばサーバ110が備えるタイマ(不図示)を用いて調整するものとする。
<走行指示算出処理>
次に、図11のステップS520の走行指示算出処理について、図12、図13のフロー図に従って説明する。
処理を開始すると、走行制御ユニット420は、地図情報450が記憶する現在エリアのクラスを参照し、現在エリアが進行方向に壁のないエリアであるか否かを判断する(図12のS600)。そして、進行方向に壁のないエリアであるときは(S600、Yes)、画像認識ユニット414に対し、移動体102からの周辺画像情報についての画像認識に関して、移動体102の進行方向の前方に対する障害物検知の実行頻度と前側方に対する障害物検知の実行頻度とを同じとするよう指示する(S602)。
次に、走行制御ユニット420は、地図情報450が記憶する現在エリアのクラスを参照し、現在エリアが直進路(例えば、所定値以上の曲率半径を有する走行路部分。以下同様。)のエリアであるか否かを判断し(S604)、直進路のエリアであるときは(S604、Yes)、移動体102の現在位置、目標走行経路の形状、現在エリアのクラスから得られる形状特徴、移動体102から受信するオドメトリ情報、及び又は画像認識ユニット414における前側方の障害物検知の結果に基づいて、移動体102に設定すべき舵角を算出し、当該算出した舵角を目標操舵角に設定すると共に(S606)、目標車速を、予め定めた直進路用の所定車速に設定して(S608)、処理を終了する。
一方、現在エリアが直進路のエリアでないとき、すなわち、コーナ路(屈曲する走行路部分)又はカーブ路(例えば、所定値未満の曲率半径を有する走行路部分。以下同様)のエリアであるときは(S604、No)、移動体102の現在位置、目標走行経路の形状、及び又は移動体102から受信するオドメトリ情報、並びに現在の車速、及びスムーズな走行のための予め定めた加速度/減速度(及び又は躍度(ジャーク、jerk))の所定の上限値、に基づいて、当該上限値を超えない範囲において、現在エリア内の走行路(すなわち、コーナ路又はカーブ路)をスムーズに走行するための軌道及び当該軌道上の各点で実現すべき車速(計画車速)を算出し(S610)、当該算出した軌道に沿って走行するために現在設定すべき舵角及び車速を目標操舵角及び目標車速に設定して(S612)、処理を終了する。
また、一方、ステップS600において、現在エリアが進行方向に壁のあるエリアであるときは(S600、No)、画像認識ユニット414に対し、移動体102からの周辺画像情報についての画像認識に関して、移動体102の進行方向の前方に対する障害物検知の実行頻度を前側方に対する障害物検知の実行頻度より高くする(例えば2倍とする)よう指示する(図13のS620)。
そして、走行制御ユニット420は、地図情報450が記憶する現在エリアのクラスを参照し、現在エリアが直進路のエリアであるか否かを判断し(S622)、直進路のエリアであるときは(S622、Yes)、現在エリアは、当該エリア内で走行路が終端する終端路のエリアであるものとして、画像認識ユニット414における画像認識結果から得られる前方の壁までの距離、現在の車速、及びスムーズな停止を行うための、予め定めた所定の減速度上限値、に基づいて、当該上限値を超えない範囲内において、前方の壁の手前でスムーズに停止するための軌道及び当該軌道上の各点で実現すべき車速を算出し(S624)、当該算出した軌道に沿って走行するために現在設定すべき舵角及び車速を目標操舵角及び目標車速として設定して(S626)、処理を終了する。
一方、ステップS622において現在エリアが直進路のエリアではなく、コーナ路又はカーブ路のエリアであるときは(S622、No)、移動体102の現在位置、画像認識ユニット414における前方の障害物検知の結果から得られる前方の壁までの距離、目標走行経路の形状、及び又は移動体102から受信するオドメトリ情報、並びに現在の車速、及びスムーズな転回とするための予め定めた加速度/減速度(及び又は躍度(ジャーク、jerk))の所定の上限値、に基づいて、当該上限値を超えない範囲内において、現在エリア内の走行路をスムーズに走行するための軌道及び当該軌道上の各点で実現すべき車速(計画車速)を算出し(S628)、当該算出した軌道に沿って走行するために現在設定すべき舵角及び車速を目標操舵角及び目標車速として設定して(S630)、処理を終了する。
上記処理により、現在走行するエリアのエリア特徴(例えば、壁の存在等)に基づき、当該エリアにおける移動体102の走行が滑らかなものとなるように、当該移動体102の速度を調整し、及び又は当該移動体102の速度の変化率(減速度や加速度)等を調整することができる。
図14は、運用モード動作の一例を説明するための説明図である。図示の例では、駐車場1400の図示左脇の縁石1402が始まる部分に所定の案内開始位置1404が設けられている。また、案内開始位置1404の近傍の縁石1402の脇にビーコン送信機106−1が配置されている。
案内開始位置1404からエレベータ前位置1410までの間には、走行路104−2(図示点線)が設けられており、走行路104−2に沿ってビーコン送信機106−2、106−3、106−4、106−5、106−6、106−7が配されている。走行路104−2は、案内開始位置1404から図示左方向へ延び、ビーコン送信機106−2の位置で右に折れ、ビーコン送信機106−3が配されたエントランス1414を抜け、進行方向前方に存在する壁1418の手前の、ビーコン送信機106−4が設置された付近で左に折れた後、ビーコン送信機106−5、106−6が配された部分を直進して、ビーコン送信機106−7が配されたエレベータ前位置1410に達する。
また、走行路104−2は、図示破線で示す“両側方に壁のない直進路”のエリア1451、“前方に壁のないコーナ路”のエリア1452、“両側方に壁のない直進路”のエリア1453、“側方に障害物のある直進路”のエリア1454、“前方に壁のあるコーナ路”のエリア1455、“両側方に壁のない直進路”のエリア1456、及び“前方に壁のある直進路”のエリア1457に分割されている。
そして、図14に示す建物1406や走行路104−2等の配置の情報、及びエリア1451等の情報は、サーバ110が備える地図情報450に予め記憶されており、ビーコン送信機106−1等のそれぞれの送信周波数及び配置位置は、ビーコン情報452に記憶されているものとする。また、運用モード動作に先立って、移動体102及びサーバ110を上述した学習モードで動作させることにより、エリア1451等についてのモデルが生成されて、サーバ110のモデルDB454に記憶されているものとする。
ユーザが移動体102を案内開始位置1404へ移動して、当該移動体102の入力装置210が備える走行スイッチ214をオンにすると、移動体102及びサーバ110は上述した運用モード動作を開始する。ユーザが移動体102の入力装置210を用いて建物1406のエレベータ1408の前のエレベータ前位置1410を目的地として入力すると、当該目的地を示す目的地情報がサーバ110へ送信される。
サーバ110は、移動体102から受信するビーコン受信情報から、ビーコン送信機106−1の電波の受信強度が最も強いことを検知し、移動体102の現在位置が、ビーコン送信機106−1近傍の案内開始位置1404であることを確認する(図11のステップS500)。サーバ110は、移動体102から受信した目的地情報に基づき、案内開始位置1404からエレベータ前位置1410までの目標走行経路1416を決定する(図11のステップS502、S504)。
そして、サーバ110は、移動体102の移動体制御装置108へ目標車速及び目標操舵角を送信することにより目標走行経路1416に沿って移動体102の走行を開始する(図11のステップS506)。また、サーバ110は、移動体102に走行に伴って当該移動体102からビーコン情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報を所定の時間間隔で受信する。
そして、サーバ110は、移動体102の走行につれて、移動体102から受信するビーコン受信情報に基づいて算出されるビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布(時間−電波受信強度分布)と、モデルと、に基づいて、移動体102が走行するエリア1451、1452、...、を次々と現在エリアとして特定すると共に(図11のステップS508、S510)、当該特定したエリア並びに周辺画像情報及びオドメトリ情報に基づいて、移動体102の現在位置を次々特定する(図11のステップS512)。そして、サーバ110は、目標走行経路1416、上記特定した移動体102の現在位置、及び上記特定したエリアに関連付けられているクラス(例えば進行方向前方における壁の存在等の、各エリアについての3次元形状特徴の表現)の情報等に基づいて、目標車速及び目標操舵角を所定の時間間隔で算出して、移動体102の走行を制御する(図11のステップS520、522)。
さらに、サーバ110は、上記特定した現在エリアが目的地であるエレベータ前位置1410を含むエリアであるときは(図11のステップS514、Yes)、移動体102へ停止指示を送信したのち(図11のステップs516)、移動体102から走行制御終了要求信号を受信するのを待って、走行制御処理を終了する(図11のステップS518)。
〔変形例〕
次に、移動体制御システム100の変形例について説明する。
上述した実施形態においては、一例として、移動体102が電動車椅子であるものとした。ただし、上述したように、本発明に係る移動体制御システムを構成する移動体は、これに限らず、自動車、電動カート、工場内の電動運搬車等、広く一般に駆動装置及び操舵装置を備える移動体であるものとすることができる。
以下、上述した電動車椅子である移動体102に代えて用いることのできる、自動車である移動体102´の例を説明する。
図15は、自動車である移動体102´の構成を示すブロック図である。なお、図15において、図3に示す移動体102の構成要素と同じ構成要素については、図3における符号と同じ符号を用いるものとし、上述した図3についての説明を援用する。
移動体102´は、車輪を駆動する駆動装置1500と、制動装置1502と、操舵装置1504と、センサ群1506と、を備える。センサ群1506は、車速センサ、走行距離センサ、ヨーレートセンサ等を含む。また、移動体102´は、ステレオカメラ1508と、乗員が指示やデータを入力するための入力装置1510と、移動体制御装置1512と、を備える。
図16は、移動体102´における、ステレオカメラ1508、入力装置1510、移動体制御装置1512の配置の一例を示す図である。ステレオカメラ1508は、例えば前方バンパー付近に設けられており、移動体102´の前方の環境を撮影する。また、移動体制御装置1512は、例えば、自動車である移動体102´が備える電子制御装置(ECU、Electronic Control Unit)の一つとして構成されており、エンジンルーム内に配される。また、入力装置1510は、例えば、車載ナビゲーション装置の一部として、車室内に配される。
移動体制御装置1512は、図3に示す移動体制御装置108と同様の構成を有するが、モータ駆動装置306を備えず、処理装置304に代えて処理装置1514を備える点が異なる。
処理装置1514は、処理装置304と同様の構成を有するが、駆動制御ユニット340及びオドメトリ情報取得ユニット350に代えて、駆動制御ユニット1540及びオドメトリ情報取得ユニット1550を有する点が異なる。
駆動制御ユニット1540及びオドメトリ情報取得ユニット1550は、ビーコン測定
ユニット310や入力情報取得ユニット320等と同様に、コンピュータである処理装
置1514がプログラムを実行することにより実現される。これに代えて又はこれに加え
て、駆動制御ユニット1540及びオドメトリ情報取得ユニット1550の全部又は一部
を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェアにより構成することもできる。
駆動制御ユニット1540は、サーバ110から送信される目標車速及び目標操舵角に従って駆動装置1500、制動装置1502、及び操舵装置1504を制御し、移動体102´を走行させる。また、駆動制御ユニット1540は、サーバ110から停止指示を受信すると、駆動装置1500及び制動装置1502を制御して移動体102´の走行を停止する。
オドメトリ情報取得ユニット1550は、所定の時間間隔で、センサ群1506を構成する各センサからのセンサ出力に基づき、移動体102´の走行方向及び走行距離を算出し、当該算出した走行方向及び走行距離を、オドメトリ情報としてサーバ110へ送信する。
図17は、移動体制御システム100を構成する移動体102´が利用されるシーンの一例として、建物内の駐車場での利用について説明するための説明図である。図17には、複数の階で構成された建物内駐車場の一つの階が示されている。自動車である移動体102´は入口ゲート1700から進入する。この階には、それぞれ18台の自動車の駐車スペースを含む図示一点鎖線で囲まれた3つの駐車エリア1702、1704、1706があり、図示左下には、他の階の駐車上へ移動するためのカーブ路で構成された、図1に示す走行路104の一部としての移動路1708を備える。
入口ゲート1700の手前にはビーコン送信機106−21が配置され、駐車エリア1702、1704、1706の周囲には、図示のようにビーコン送信機106−22〜45が配置されている。また、移動路1708に沿って、ビーコン送信機106−46〜49が配置されている。
さらに、駐車エリア1702、1704、1706の間等に設けられた(図1に示す走行路104の一部としての)移動体102´の走行路は、図示破線で示す複数のエリアで区分されており、各エリアは当該エリアの形状特徴を表すクラスが関連付けられて、サーバ110が備える地図情報450に記憶されている。例えば、エリア1720は“右側方に壁のある、左折可能な分岐路”、エリア1722は“右側方に壁、左側方に立ち入り禁止区域のある直進路”、エリア1724は“前方に壁のあるコーナ路”、エリア1726は“左右側方に壁のあるカーブ路”、等のクラスが関連付けられて記憶されている。
サーバ110のモデルDB454には、予め学習モード動作が実行されることにより、図示破線で示すエリアのそれぞれについてのモデルが記憶される。
ここでは、さらに、移動路1708により移動する先の階においても、図17と同様の駐車スペース及び走行路が構成され、同様のエリアに分割されて、当該分割されたエリアの情報及びモデルがサーバ110により記憶されているものとする。また、サーバ110は、駐車管理システムの分野における周知の方法により、(例えば各駐車エリア1702等を撮影するカメラの画像から)どの階のどの駐車スペースが空いているかの情報を取得しているものとする。
上記の構成において、移動体102´の乗員が、当該移動体102´を入口ゲート1700の前(図示の移動体102´の位置)で停止して、移動体102´に備えられた入力装置1510の走行スイッチ(不図示)をオンにすると、サーバ110及び移動体102´の移動体制御装置1512は、運用モード動作を開始する。
サーバ110は、移動体102´からのビーコン受信情報により、移動体102´がビーコン送信機106−21の直近の入口ゲート1700の位置にあることを確認し、当該入口ゲート前から、空いている駐車スペースまでの目標走行経路を決定する。その後、サーバ110は、移動体102´から、ビーコン受信情報、周辺画像情報、及びオドメトリ情報を所定の時間間隔で受信し、モデルDB454に記憶されているモデルを用いてエリアを特定すると共に、移動体102´の現在位置を特定しつつ、目標走行経路に沿って移動体102´を、目標とする駐車スペースの前まで走行させて、動作を終了する。
その後、移動体102´は、乗員により、又は例えば移動体102´が備える自動駐車支援システム等により、空いている駐車スペースに停車される。
なお、図17は、自動車である移動体102´を含む移動体制御システム100が利用されるシーンの一例であって、当該利用は図17に示すシーンには限定されない。例えば、トンネル内にビーコン送信機106を配し、運用モード動作により、サーバ110が、当該トンネル内において移動体102´の走行を制御するものとすることもできる。この場合には、例えば当該トンネルの入口及び出口を案内開始位置及び目的地として用いることができ、例えば移動体102´は、当該移動体102´の周囲環境の明るさの変化や光のスペクトラムの変化から当該移動体102´がトンネル入り口に達したか否かを判断するための光センサを備えるものとすることができる。
以上、説明したように、本実施形態の移動体制御システム100では、移動体102の走行路の周辺に複数のビーコン送信機106が備えられ、移動体102は、走行の際に各ビーコン電波の受信強度を所定の時間間隔で取得する。そして、学習モード動作においては、例えばサーバ110は、移動体102が取得した上記ビーコン電波の受信強度の時間変化(例えば、上述したビーコン電波受信強度の時系列測定値の時間−電波受信強度分布)から当該移動体102が走行する走行路のエリアを特定するためのモデルを生成して記憶する。
一方、運用モード動作においては、移動体102は、ビーコン電波の受信強度を所定の時間間隔で取得し、サーバ110は、当該取得された受信強度から算出されるビーコン電波受信強度の時間変化(例えば、上述したビーコン電波受信強度の時系列測定値の時間−電波受信強度分布)に基づき、上記モデルを参照して、移動体102が現在走行するエリアを特定しつつ、当該移動体102の走行を、目標走行経路に沿って自律的に制御する。
上記のようにビーコン電波受信強度の時系列データから作成されるモデルは、ビーコン電波の受信強度の時間変化に着目するものであることから、移動体102間におけるビーコン電波の受信感度のばらつきに依存せず、当該モデルを任意の複数の移動体102において共通的に用いて、これら移動体102の走行を自律的に制御することができる。
また、各ビーコン電波の電波受信強度の時間変化は、移動体102が現在走行しているエリアにおける壁の存在等の3次元形状特徴の結果(特に、当該形状特徴に起因する電波干渉等の結果)として現れたものであることから、上記のように生成されるモデルは、当該エリアにおける3次元形状特徴の情報を含んだものとなる。
さらに、これらのモデルを用いてエリアを特定することで、ビーコン電波の受信強度が閾値以上であるか否かに基づいて位置特定を行う従来の技術に比べて、エリアへの進入や壁等の障害物への接近をより早期に検出できるので、減速等をより早期に行って移動体102をスムーズに走行させることができる。
なお、上述した実施形態及びその変形例において、入力装置210、1510は、スマートホンやポータブルPC等の、通信機能を有する多機能携帯端末であるものとすることができる。また、入力装置210、1510として多機能携帯端末や車載ナビゲーション装置等を用いる場合には、当該多機能携帯端末や車載ナビゲーション装置等が備えるタッチパネル付き表示装置等に地図を表示してもよい。
この場合には、ユーザが、当該表示される地図上で移動体102の現在位置や目的地を入力して、当該現在位置を案内開始位置として学習モード動作や運用モード動作を行うことができる。また、この場合には、学習モード動作において、上記表示装置に表示される地図上でユーザがエリアを入力することで、当該入力されたエリアの情報がサーバ110へ送信され、当該情報に基づいてモデル生成ユニット416において移動体102が現在走行するエリア(現在エリア)が特定されるものとすることができる。
また、上記実施形態においては予め地図情報450に記憶された各エリアのクラスから、現在エリアにおける壁の存在当の3次元形状特徴が判断されるものとした。しかしながら、上述したように、各エリアにおいて取得される時間−電波受信強度分布は、そのエリアにおける壁の存在等の3次元形状特徴の結果(すなわち、そのような形状特徴に起因する電波干渉等の結果)として現れるものである。したがって、本実施形態のように、予め各エリアのクラスを地図情報450に記憶しておくのではなく、各エリアにおけるモデルが表す時間−電波受信強度分布の特徴的な分布態様から、当該エリアにおける壁の存在有無等の3次元形状特徴が把握されて、運用モード動作が行われるものとすることもできる。
また、サーバ110の処理装置402が備えるユニットや当該ユニットが備える機能は、移動体制御システム100の中(すなわち、サーバ110又は移動体102)に存在すればよく、例えばサーバ110の処理装置402が備えるユニットの一部又はユニットの機能の一部を移動体102の処理装置304に備えるものとすることもできる。
例えば、処理装置402は、移動体102の走行制御は行わず、モデルの生成を行って、当該生成したモデルを移動体102に配信することのみを行うものとし、各移動体102の移動体制御装置108が、それぞれ、上記モデルの配信(例えば、少なくとも移動体102が現在走行している場所周辺のエリアについてのモデルの配信)を受けて、対応する移動体102の走行制御を行うものとしてもよい。この場合には、現在位置特定ユニット418及び走行制御ユニット420は、処理装置402ではなく処理装置304に存在するものとすることができ、更に、移動体102は、地図情報450、ビーコン情報452、モデルDB454を記憶する記憶装置を備えるものとすることができる。
なお、上述した実施形態において、ビーコン受信器300は、ビーコン受信手段を構成し、モデル生成ユニット416は、モデル生成手段を構成する。また、現在位置特定ユニット418及び走行制御ユニット420は、走行制御手段を構成し、記憶装置404は、記憶手段を構成する。また、画像認識ユニット414は、移動体102の周辺の環境に存在する障害物を検知する検知手段を構成する。
100・・・移動体制御システム、102、102´・・・移動体、104・・・走行路、106・・・ビーコン送信機、108、1512・・・移動体制御装置、110・・・サーバ、200・・・左駆動輪、202・・・右駆動輪、204・・・左駆動モータ、206・・・右駆動モータ、208、1508・・・ステレオカメラ、210、1510・・・入力装置、212・・・学習スイッチ、214・・・走行スイッチ、216・・・目的地選択スイッチ、300・・・ビーコン受信器、302、400・・・通信器、304、402、1514・・・処理装置、306・・・モータ駆動装置、310・・・ビーコン測定ユニット、320・・・入力情報取得ユニット、330・・・画像取得ユニット、340、1540・・・駆動制御ユニット、350、1550・・・オドメトリ情報取得ユニット、404・・・記憶装置、410・・・開始位置特定ユニット、412・・・経路決定ユニット、414・・・画像認識ユニット、416・・・モデル生成ユニット、418・・・現在位置特定ユニット、420・・・走行制御ユニット、450・・・地図情報、452ビーコン情報、454・・・モデルDB、510−514、1451−1457、1720−1726・・・エリア、530、1418・・・壁、1400・・・駐車場、1402・・・縁石、1404・・・案内開始位置、1406・・・建物、1408・・・エレベータ、1410・・・エレベータ前位置、1414・・・エントランス、1416・・・目標走行経路、1500・・・駆動装置、1502・・・制動装置、1504・・・操舵装置、1506・・・センサ群、1700・・・入口ゲート、1702、1704、1706・・・駐車エリア、1708・・・移動路。

Claims (9)

  1. 移動体が走行する走行路の周辺に配置された複数のビーコン送信機と、
    前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波を受信するビーコン受信手段を備えた移動体と、
    前記移動体の走行を制御する走行制御手段と
    を備え、
    前記走行制御手段は、前記ビーコン受信手段により受信される前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波のビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布に基づいて生成されたモデルと、前記ビーコン電波受信強度の現在の時系列測定値の分布と、に基づいて、前記移動体が現在走行するエリアを特定し、
    前記エリアは、前記移動体の前記走行路を、当該走行路の各部における3次元形状特徴を基準として複数に分割したものである、
    移動体制御システム。
  2. 前記走行路のルート及び当該走行路を含む周囲の3次元形状の情報を含んだ地図情報を記憶する記憶手段を備え、
    前記地図情報は、前記走行路を周囲の3次元形状特徴に基づいて分割したエリアの情報と、当該エリアについての前記3次元形状特徴の情報と、を含み、
    前記走行制御手段は、前記エリアについての前記3次元形状特徴の情報にも基づいて、前記移動体の走行を制御する、
    請求項1に記載の移動体制御システム。
  3. 前記移動体は、当該移動体の周辺の環境に存在する障害物を検知する検知手段を備え、
    前記走行制御手段は、前記検知手段が検知した障害物の情報にも基づいて、前記移動体の走行を制御する、
    請求項1又は2に記載の移動体制御システム。
  4. 前記モデルは、当該モデルの生成に用いられた前記移動体とは異なる任意の前記移動体において用いられて、当該任意の前記移動体の走行が制御される、
    請求項1ないし3のいずれか一項に記載の移動体制御システム。
  5. 前記走行制御手段は、前記移動体の走行距離及び走行方向に基づくオドメトリにも基づいて、前記移動体の走行を制御する、
    請求項1ないし4のいずれか一項に記載の移動体制御システム。
  6. 前記走行制御手段は、前記移動体の加速度、減速度、及び又は躍度が、それぞれ所定の上限値を超えないように、前記移動体の速度及び又は速度の変化率を計画し、当該計画に従って、前記移動体の目標速度を決定する、
    請求項1ないし5のいずれか一項に記載の移動体制御システム。
  7. 前記移動体は自動車である、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の移動体制御システム。
  8. 前記移動体は車椅子である、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の移動体制御システム。
  9. 移動体が走行する走行路の周辺に配置された複数のビーコン送信機と、
    前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波を受信するビーコン受信手段を備えた移動体と、
    前記移動体の走行を制御する走行制御手段と、
    を備える移動体制御システムが実行する移動体制御方法であって、
    記ビーコン受信手段により、前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波を受信するステップと、
    前記ビーコン受信手段により受信される前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波のビーコン電波受信強度の時系列測定値の分布に基づいて生成されたモデルと、前記受信するステップで受信した前記複数のビーコン送信機からのビーコン電波の受信強度であるビーコン電波受信強度の現在の時系列測定値の分布と、に基づいて、前記走行制御手段により、前記移動体が現在走行するエリアを特定するステップと、
    前記走行制御手段により、前記特定するステップにより特定した前記移動体が現在走行するエリアに基づき、前記移動体の走行を制御するステップと、
    を有
    前記エリアは、前記移動体の走行路を、前記走行路の各部における3次元形状特徴を基準として複数に分割したものである、
    移動体制御方法。
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