JP6866781B2

JP6866781B2 - 移動車両

Info

Publication number: JP6866781B2
Application number: JP2017118664A
Authority: JP
Inventors: 晋悟服部; 将哉南田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-06-16
Also published as: JP2019003479A

Description

本発明は、センサにより検知した追尾対象を追尾する移動車両に関するものである。

特許文献１に開示の自律移動装置においては、障害物を回避しつつターゲットを追尾走行する際にターゲットを検出できなくなった場合に、その直前に検出していた最後のターゲットの位置を目的地として走行するようにしている。

特開２００７−１９９９６５号公報

ところで、追尾対象をセンサにより検知できなくなった場合に追尾対象を速やかに再検知する必要がある。
本発明の目的は、追尾対象をセンサにより検知できなくなった場合に追尾対象を速やかに再検知することができる移動車両を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、全方向車輪と、センサと、制御部を有し、前記センサの計測結果に基づいて前記制御部により前記全方向車輪を駆動制御して前記センサにより検出した追尾対象を追尾する移動車両であって、前記制御部は、前記追尾対象を前記センサにより検知できなくなった場合に、前記追尾対象を最後に検出した位置へと移動するとともに当該移動中に機台の向きを変えて前記センサで前記追尾対象を再検知すべく前記全方向車輪を駆動制御することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、制御部により、追尾対象をセンサにより検知できなくなった場合に、追尾対象を最後に検出した位置へと移動するとともに当該移動中に機台の向きが変えられてセンサで追尾対象を再検知すべく全方向車輪が駆動制御される。よって、追尾対象をセンサにより検知できなくなった場合に、追尾対象を最後に検出した位置へと移動するときにセンサで追尾対象を再検知することが可能となり、追尾対象を速やかに再検知することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の移動車両において、前記制御部は、前記追尾対象を前記センサにより検知できなくなった場合に、前記追尾対象の予測位置を算出し、前記追尾対象を最後に検出した位置へと移動するとともに当該移動中に機台の向きを変えて前記センサの向きを前記予測位置へ向けて前記センサで前記追尾対象を再検知すべく前記全方向車輪を駆動制御するとよい。

請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載の移動車両において、前記制御部は、前記追尾対象を最後に検出した位置に障害物があると、前記追尾対象を最後に検出した位置の周辺に目的地を再設定するとよい。

本発明によれば、追尾対象をセンサにより検知できなくなった場合に追尾対象を速やかに再検知することができる。

実施形態における４輪オムニホイール車両の概略平面図。車両のブロック図。車両の追尾経路を示す概略平面図。車両の追尾経路を示す概略平面図。旋回を伴う車両の追尾経路を示す概略平面図。作用を説明するためのフローチャート。（ａ）〜（ｅ）は４輪オムニホイール車両の動作を説明するための概略平面図。比較例における車両の追尾経路を示す概略平面図。比較例における車両の追尾経路を示す概略平面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両１０は、全方向移動車両である。車両１０は、機台２０と４つの車輪３０，３１，３２，３３を備えている。４つの車輪３０，３１，３２，３３は、機台２０に設けられている。詳しくは、平面視において機台２０の中心に対し９０°毎に車輪３０，３１，３２，３３が配置されている。各車輪３０，３１，３２，３３は、それぞれ全方向車輪であって、具体的にはオムニホイールであり、各車輪３０，３１，３２，３３は、全方向に駆動可能に構成された車輪である。即ち、各車輪において、車輪の円周方向において自由回転するローラ（樽型を有する小輪）が複数設けられ、前後・左右に自由に動くことができる。このように構成された車輪を４つ用いて車軸を変動させないで機台を全方向に可動できるようになっている。

機台２０にはセンサ６５が装着されている。センサ６５は、距離センサであり、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）を使用している。センサ６５は機台２０に固定されており、水平方向において所定角度となる視界を有する。

図２に示すように、車両１０は、モータ４０，４１，４２，４３と駆動回路５０を備える。モータ４０，４１，４２，４３及び駆動回路５０は機台２０に搭載されている。モータ４０の出力軸が車輪３０と駆動連結されており、モータ４０により車輪３０を駆動することができる。同様に、モータ４１の出力軸が車輪３１と駆動連結されており、モータ４１により車輪３１を駆動することができる。モータ４２の出力軸が車輪３２と駆動連結されており、モータ４２により車輪３２を駆動することができる。モータ４３の出力軸が車輪３３と駆動連結されており、モータ４３により車輪３３を駆動することができる。

駆動回路５０は、コントローラ６０と駆動回路６１，６２，６３，６４を有する。コントローラ６０はセンサ６５から車両周辺の物体の検出信号を入力する。
駆動回路６１によりモータ４０が駆動され、このモータ４０の駆動により車輪３０が駆動される。駆動回路６２によりモータ４１が駆動され、このモータ４１の駆動により車輪３１が駆動される。駆動回路６３によりモータ４２が駆動され、このモータ４２の駆動により車輪３２が駆動される。駆動回路６４によりモータ４３が駆動され、このモータ４３の駆動により車輪３３が駆動される。

コントローラ６０は駆動回路６１，６２，６３，６４を介してモータ４０，４１，４２，４３を制御して各車輪３０，３１，３２，３３を駆動させる。これにより、機台２０を前後方向、左右方向及び回転方向に移動させることができる。

このようにして、全方向移動車両である車両１０は、全方向車輪３０〜３３と、センサ６５と、制御部としてのコントローラ６０を有し、センサ６５の計測結果に基づいてコントローラ６０により全方向車輪３０〜３３を駆動制御してセンサ６５より検出した追尾対象を追尾する。追尾対象は、人（追尾対象者）でも車両等の物（追尾対象物）でもよい。センサ６５は、追尾対象の位置を検出するとともに移動時の障害物の位置を検出する。

次に、作用について説明する。
全方向移動車両である４輪オムニホイール車両における走行の際の動きとして、並進、旋回、斜行により自由な動作が可能であり、例えば、図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように駆動することができる。図７（ａ）に示すように、４つの車輪３０，３１，３２，３３のうちの車輪３０を正転させ、車輪３１を逆転させ、車輪３２を逆転させ、車輪３３を正転させることにより、機台２０を前進させることができる。図７（ｂ）に示すように、４つの車輪３０，３１，３２，３３のうちの車輪３０を停止させ、車輪３１を逆転させ、車輪３２を停止させ、車輪３３を正転させることにより、機台２０を斜行させることができる。図７（ｃ）に示すように、４つの車輪３０，３１，３２，３３のうちの車輪３０を逆転させ、車輪３１を逆転させ、車輪３２を正転させ、車輪３３を正転させることにより、機台２０を横行させることができる。図７（ｄ）に示すように、４つの車輪３０，３１，３２，３３のうちの車輪３０を正転させ、車輪３１を正転させ、車輪３２を正転させ、車輪３３を正転させることにより、機台２０を旋回させることができる。

コントローラ６０は、図６に示す処理を示す実行する。図６に示す処理は一定時間ごとに行われる。
図６において、追尾対象７０を登録した後、コントローラ６０はステップＳ１００でセンサ６５で追尾対象７０が検知可能か否か判定して、検知可能であればステップＳ１０１に移行して追尾対象７０に追従するように移動する。

一方、コントローラ６０はステップＳ１００で追尾対象７０が検知不可能であると、即ち、追尾対象をセンサ６５により検知できなくなった場合には、ステップＳ１０２に移行して見失った位置を目的地（第一目的地）に設定し、ステップＳ１０３で目的地に向かって移動する。つまり、図３に示すように、追尾対象を最後に検出した位置へと移動すべく、見失った位置を目的地にして原則、経路Ｒ１０で示すごとく直線的に走行する（全方向車輪３０〜３３を駆動制御する）。

そして、コントローラ６０はステップＳ１０４でセンサ６５により目的地の障害物の有無を判定して障害物が有るとステップＳ１０５で追尾対象７０を最後に検出した位置の周辺に目的地を再設定する。即ち、前回設定の目的地とは異なる周辺位置を、新しい目的地（第二目的地）とする。コントローラ６０はステップＳ１０５を処理した後ステップＳ１０３に戻って目的地に向かって移動する。つまり、図３に示すように、見失った位置から目的地に向かう際に目的地に障害物が有ると見失った位置の周辺位置に目的地を再設定して走行する。

一方、コントローラ６０はステップＳ１０４で目的地に障害物が無いとステップＳ１０６に移行して追尾対象７０の予測位置を算出する。つまり、図４に示すように、見失った後において例えば所定時間ごとに追尾対象７０の予測位置を算出する。

そして、コントローラ６０は、ステップＳ１０７で予測位置への車両姿勢の変更を実行して、移動中に機台２０の向きを変えてセンサ６５の向きを予測位置へと向けてセンサ６５で追尾対象７０を再検知できるようにする（全方向車輪３０〜３３を駆動制御する）。図５においては、車両１０の位置Ｘ１において追尾対象７０の位置Ｐ１で見失い、車両１０の位置Ｘ２において追尾対象７０の予測位置Ｐ２を向き、車両１０の位置Ｘ３において追尾対象７０の予測位置Ｐ３を向き、車両１０の位置Ｘ４において追尾対象７０の予測位置Ｐ４を向き、車両１０の位置Ｘ５において追尾対象７０の予測位置Ｐ５を向く。

なお、図５では車両１０の位置Ｘ４は障害物８０が移動等によりそれまでの位置には存在しなくなった場合を想定している。
詳しく説明する。

図５に示すように、全方向へ移動可能な車両（オムニホイール車両）を用いて、追尾対象７０をセンサ６５の視野方向である正面で捉えるように旋回を制御する。つまり、２輪駆動では、車両の進行方向とセンサの向きが一致してしまう。これに対し全方向移動車両では、図７（ｅ）に示すように、４つの車輪３０，３１，３２，３３のうちの車輪３０を正転させ、車輪３１を所定の速度で回転させ、車輪３２を所定の速度で回転させ、車輪３３を正転させる。こうすることにより、機台２０を前進させながら旋回させるといった並進と旋回を組み合わせることで旋回しながら並進することも可能である。このように全方向移動車両では、車両を回転させながら移動することが可能であり、図５に示すように、追尾対象７０を常にセンサ６５の検出方向である正面に捉えるように回転させながら移動することができる。このように、センサ６５の視界も考慮して移動を行うこととし、全方向移動車両における特性を活かして、コントローラ６０は、センサ６５が追尾対象７０の視野内に入るように姿勢を保持するように全方向車輪３０，３１，３２，３３を制御する。

図６の説明に戻り、コントローラ６０はステップＳ１０７の処理を実行した後、ステップＳ１０８において、登録された追尾対象７０の再検知のための動作を行い、ステップＳ１０９でセンサ６５により追尾対象７０が検知可能か否か判定して、検知可能であればステップＳ１０１に戻って追尾対象７０に追従するように移動する。また、コントローラ６０はステップＳ１０９で追尾対象７０が検知不可能であればステップＳ１１０に移行して目的地に到達したか否か判定して目的地に到達していないとステップＳ１０３に戻って目的地に向かって移動する。

コントローラ６０はステップＳ１１０において目的地に到達するとステップＳ１１１に移行して追尾対象７０の再検知のための動作を行い、ステップＳ１１２で追尾対象７０が検知可能か否か判定して、検知可能であればステップＳ１０１に戻って追尾対象７０に追従するように移動する。また、コントローラ６０はステップＳ１１２で追尾対象７０が検知不可能であればステップＳ１１３に移行して追尾対象７０の予測位置を算出し、ステップＳ１１４で予測位置を目的地に設定する。そして、コントローラ６０はステップＳ１１５で目的地に向かって移動し、ステップＳ１１６で追尾対象７０の再検知のための動作を行い、ステップＳ１１７で追尾対象７０が検知可能か否か判定して、検知可能であればステップＳ１０１に戻って追尾対象７０に追従するように移動する。また、コントローラ６０はステップＳ１１７で追尾対象７０が検知不可能であればステップＳ１１８に移行して目的地に到達したか否か判定して目的地に到達していないとステップＳ１１５に戻って目的地に向かって移動する。

コントローラ６０はステップＳ１１８で目的地に到達するとステップＳ１１９で見失ったことをユーザーに通知する。
図８及び図９は比較例である。

図８は、追尾対象の予測位置を目標位置とする手法の説明図である。図８に示すように追尾対象１００が経路Ｒ１００で移動し、車両１１０が追尾する場合、障害物１２０により追尾対象１００を見失う前の追尾対象１００の速度から、現在の追尾対象１００の位置を予測し、その予測位置を目的地として車両１１０を経路Ｒ１００で走行する。

図９は、障害物１２０の角で追尾対象を見失った場合の説明図である。図９において経路Ｒ１００で示すごとく障害物１２０の角まで前進し、障害物１２０の角に到達すると走行方向を変えて走行する。

追尾対象と車両の現在位置が図８のような場合、車両１１０は追尾対象１００の位置に近づけない。つまり、図８の状況では、車両１１０は、障害物１２０と追尾対象１００の予測位置から、センサで認識できる既知障害物１２０の左側から経路Ｒ１１０で示すごとく回り込むように移動する。なぜなら、左側の経路Ｒ１１０のほうが移動経路が短くなるためである。しかしながら、左側の経路Ｒ１１０には、センサでは認識できない未知障害物１３０が存在し、追尾対象１００の予測位置に近づくことができない。このように、追尾対象１００の予測位置を目標位置にすると追尾対象１００の予測位置に移動できない場合が存在する。

一方、図９のように追尾対象の位置予測を行わないと、障害物の角を曲がった地点までしか追尾対象に近づけない。つまり、図９の点線の先の位置Ｐ１００までしか近づけない。そのため、追尾対象１００が障害物１２０の角を曲がった後で、大きく移動すると、追尾対象１００と車両１１０の距離が離れるため追尾対象１００の再検知が難しくなる。

これに対し、本実施形態においては以下のようになる。
図３に示すように、障害物８０を最後に検出した位置を走行経路の第一目的地として走行することにより、追尾対象７０まで、確実に、すばやく近づくことができる。

目的地までの移動方法は、障害物回避走行ロジック、例えば、ポテンシャル法等を利用する。
追尾対象７０と同じ方向を走行することで、未知の障害物８１によって追尾対象７０に近づけないということがなくなる。これにより、確実に追尾対象７０に近づくことができる。

もしも、移動中に、第一目的地に障害物等が到来した場合には、（第一）目的地を変更する。具体的には、（第一）目的地の周りで到達可能な位置、例えば、（第一）目的地より前の時刻で、最後に追尾対象７０を検知した位置へと変更する。

本実施形態の他に、追尾対象７０に確実に近づく方法としては、追尾対象７０と同じ経路を走行する方法が考えられる。
しかしながら、この方法は、追尾対象７０が障害物８０に対して外側を大きく周ると（例えば図９の経路Ｒ１００を走行すると）、走行経路が長くなり、追尾の効率が悪くなる。それに対し、図３の本実施形態では、障害物８０を最後に検出した位置まで、障害物にぶつからない範囲で、例えば直線的に走行することにより最短距離で移動できるため、追尾対象７０へすばやく近づくことができる。

追尾対象７０を見失ってからの経過時間が長くなると、追尾対象７０の再検出が難しいため、追尾対象７０へすばやく近づくことのできる図３の本実施形態では、追尾対象７０の再検知には有用である。

また、本実施形態では図５のように全方向駆動車両（１０）を使って、追尾対象７０の再検知をすばやく行うことができる。詳しく説明する。
二輪駆動車両では、第一目的地に到達し、追尾対象７０の予測位置の方向に旋回した後(再検知するための機器（カメラやＬＲＦ等）を追尾対象７０の方向に向けて）から、追尾対象７０の再検知を行う。もしくは、車両の向きを変えるために、大回りで、第一目的地へ移動する。

それに対し、本実施形態のように全方向駆動車両（１０）では、図５のように、第一目的地に到達する前に移動と旋回を同時に行うことで、追尾対象７０の予測位置に再検知するための機器（カメラやＬＲＦ等）を向けることができるため、第一目的地に到達する前から、追尾対象７０の再検知が可能となる。よって、二輪駆動車両に比べて、早めに、追尾対象７０の再検知が可能となり、追尾対象７０を見つけ出す可能性を上げることができる。

さらに本実施形態では図４に示すように追尾対象７０の予測位置を最終目的地とし、追尾対象７０にさらに近づくことができる。詳しくは、第一目的地に到達した後に、追尾対象７０の予測位置を最終目的地として車両１０を走行させる。これにより、追尾対象７０にさらに近づくことができる。目的地までの移動方法は、ポテンシャル法等を利用する。

追尾対象７０の予測位置Ｘｅは、追尾対象７０を最後に検出したときの追尾対象７０の速度Ｖ、位置Ｘ、追尾対象７０を最後に検出してからの経過時間ΔＴを使って、
Ｘｅ＝Ｖ・ΔＴ＋Ｘ
で表すことができる。

図３のごとく障害物８０を最後に検出した位置を走行経路の第一目的地とし、追尾対象７０の予測位置を最終目的地とすることにより、追尾対象７０を最後に検出した位置（第一目的地）を経由する。こうすることにより、確実に追尾対象７０に近づくことが可能となるとともに、追尾対象７０の走行経路に沿って移動せず、第一目的地と追尾対象７０の予測位置のみを目的地とすることで、すばやく追尾対象７０の位置まで移動可能となる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）移動車両１０の構成として、全方向車輪３０，３１，３２，３３と、センサ６５と、制御部としてのコントローラ６０を有し、センサ６５の計測結果に基づいてコントローラ６０により全方向車輪３０，３１，３２，３３を駆動制御してセンサ６５により検出した追尾対象７０を追尾する。コントローラ６０は、追尾対象７０をセンサ６５により検知できなくなった場合に、追尾対象７０を最後に検出した位置へと移動するとともに当該移動中に機台２０の向きを変えてセンサ６５で追尾対象７０を再検知すべく全方向車輪３０，３１，３２，３３を駆動制御する。よって、追尾対象７０をセンサ６５により検知できなくなった場合に、追尾対象７０を最後に検出した位置へと移動するときにセンサ６５で追尾対象７０を再検知することが可能となり、追尾対象７０をセンサ６５により検知できなくなった場合に追尾対象７０を速やかに再検知することができる。

（２）コントローラ６０は、追尾対象７０をセンサ６５により検知できなくなった場合に、追尾対象７０の予測位置を算出し、追尾対象７０を最後に検出した位置へと移動するとともに当該移動中に機台２０の向きを変えてセンサ６５の向きを予測位置へ向けてセンサ６５で追尾対象７０を再検知すべく全方向車輪３０，３１，３２，３３を駆動制御する。よって、検出精度が上がるとともに無駄な機台２０の旋回動作がなくなる。

（３）コントローラ６０は、追尾対象７０を最後に検出した位置に障害物があると、追尾対象７０を最後に検出した位置の周辺に目的地を再設定する。よって、追尾対象７０を最後に検出した位置に障害物がある場合にも最後に検出した位置の周辺に向かって走行して追尾可能となる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 図５では移動中に機台２０の向きを変えてセンサ６５の向きを予測位置へ向けたが、これに限らない。予測位置を算出することなく、移動中に機台２０を回転させてセンサ６５で追尾対象７０を再検知するようにしてもよい。

○ センサ６５はレーザ方式以外のものでもよく、例えば超音波方式のセンサを用いてもよい。さらに、センサ６５はカメラでもよい。
○ 全方向移動車両はオムニホイール方式以外のものを用いてもよく、例えば、メカナムホイール方式やオムニボール方式の全方向移動車両を用いてもよい。

１０…移動車両、２０…機台、３０，３１，３２，３３…全方向車輪、６０…コントローラ（制御部）、６５…センサ、７０…追尾対象。

Claims

複数の全方向車輪と、センサと、制御部を有し、前記センサの計測結果に基づいて前記制御部により前記全方向車輪を駆動制御して前記センサにより検出した追尾対象を追尾する移動車両であって、
前記制御部は、前記追尾対象を前記センサにより検知できなくなった場合に、前記追尾対象を最後に検出した位置を目的地に設定するとともに前記追尾対象の予測位置を算出し、前記算出した予測位置が前記センサの視界に入るように機台を旋回させながら前記設定された目的地へと移動するように前記全方向車輪を駆動制御することを特徴とする移動車両。
前記制御部は、前記追尾対象を最後に検出した位置に障害物があると、前記追尾対象を最後に検出した位置の周辺位置に新しい目的地を再設定することを特徴とする請求項１に記載の移動車両。