JP6941039B2 - Orbit planning equipment, orbit planning methods, and programs - Google Patents

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Description

本発明は、人間が運転操作しなくても自動で走行できる自動車、自動運転車の軌道計画に関する。 The present invention relates to an automobile that can be automatically driven without a human driving operation, and a track plan for an autonomous driving vehicle.

自動運転車の軌道計画の1つに、経路長sに対しての曲率κを計画する方法がある。これは曲率κと前輪操舵角δに強い関数関係があるためである。図1は、前後輪のスリップを無視したバイシクルモデルを示す図である。この図において、lは車両のホイール長である。 One of the track plans for autonomous vehicles is to plan the curvature κ with respect to the route length s. This is because there is a strong functional relationship between the curvature κ and the front wheel steering angle δ. FIG. 1 is a diagram showing a bicycle model ignoring the slip of the front and rear wheels. In this figure, l is the wheel length of the vehicle.

前後輪のスリップを無視したバイシクルモデルは次の微分方程式で表される。 The bicycle model that ignores the slip of the front and rear wheels is expressed by the following differential equation.

Figure 0006941039
なお、式(4)は車の最小回転半径に起因する条件である。
Figure 0006941039
Equation (4) is a condition caused by the minimum turning radius of the vehicle.

ここで車両の状態である姿勢(posture)をx位置、y位置、車両向きθ、曲率κの4変数からなる状態で定義する。つまり、本明細書において、姿勢(posture)は、位置を含む概念である。道路上を走る自動運転車両の運用形態として、予め道路上に決められたマイルストーンに沿って走行する形態があり得る。曲線路も想定すると、このマイルストーンには位置だけでなく、曲線路に対応した適切な車両向き、曲率が定められる。 Here, the posture (posture), which is the state of the vehicle, is defined as a state consisting of four variables: x position, y position, vehicle orientation θ, and curvature κ. That is, in the present specification, the posture is a concept including a position. As an operation mode of the self-driving vehicle running on the road, there may be a mode of traveling along a milestone determined in advance on the road. Assuming a curved road, this milestone defines not only the position but also the appropriate vehicle orientation and curvature corresponding to the curved road.

図2は、ある初期状態にある車両を1つのマイルストーンに乗せる経路長を引数とする操舵計画の例を示す図である。車両がマイルストーンに到着する時には、位置だけではなく、車両向きと、前輪向きから定まる曲率も曲線路に合わせる必要がある。この操舵計画は、車両の初期の位置、向き、前輪向きからなる姿勢(posture)を始端(Start)として、道路上のマイルストーンにおける姿勢(posture)を終端(End)とする軌道計画として考えることができる。本明細書で対象とする軌道計画は、この種の経路長sに対しての曲率κを計画するものを対象とする。この種の軌道計画では、車両が止まることなく進行するために、曲率κ(s)が経路長sの連続関数であることが要求される。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a steering plan in which a route length for putting a vehicle in a certain initial state on one milestone is used as an argument. When the vehicle arrives at the milestone, it is necessary to match not only the position but also the curvature determined by the vehicle orientation and the front wheel orientation to the curved road. This steering plan should be considered as a track plan with the attitude (posture) consisting of the initial position, orientation, and front wheel orientation of the vehicle as the start (Start) and the attitude (posture) at the milestone on the road as the end (End). Can be done. The orbital design covered herein is intended to plan the curvature κ with respect to this type of path length s. In this type of track planning, the curvature κ (s) is required to be a continuous function of the path length s in order for the vehicle to travel without stopping.

以下説明のため、軌道計画の始端(Start)における姿勢(posture)を、車両位置(x,y)=(x,y)、車両向きθ=θ、曲率κ=κとする。同様に終端(End)における姿勢(posture)を、車両位置(x,y)=(x,y)、車両向きθ=θ、曲率κ=κとする。車両位置を2次元ベクトルとして取り扱うときはP=[x,y]と表す。 For the following explanation, the attitude (posture) at the start of the track plan is assumed to be vehicle position (x, y) = (x 0 , y 0 ), vehicle orientation θ = θ 0 , and curvature κ = κ 0 . Similarly, the posture at the end is the vehicle position (x, y) = (x 1 , y 1 ), the vehicle orientation θ = θ 1 , and the curvature κ = κ 1 . When the vehicle position is treated as a two-dimensional vector, it is expressed as P = [x, y] T.

始端、終端の車両位置はそれぞれ、P=[x,y、P=[x,yとなる。以下、始端の位置を「始点」、終端の位置を「終点」という。この種の始端の姿勢(posture)から、終端での姿勢(posture)への軌道計画は、自動運転に限定されるものではなく、多くの研究が行われている(特許文献1、非特許文献1、非特許文献2)。ただし、姿勢(posture)という用語が使われないことがある点に留意する。 The vehicle positions at the start and end are P 0 = [x 0 , y 0 ] T and P 1 = [x 1 , y 1 ] T , respectively. Hereinafter, the position of the start end is referred to as "start point", and the position of the end end is referred to as "end point". This kind of trajectory planning from the posture at the beginning (posture) to the posture at the end (posture) is not limited to automatic driving, and many studies have been conducted (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). 1. Non-patent document 2). However, keep in mind that the term posture may not be used.

特開2011−145797号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-145977

D. H. Shin and S. Singh. “Path generation for robot vehicles using composite clothoid segments,” Carnegie-Mellon Univ. Pittsburgh PA Robotics Inst., No. CMU-TR-90-31, 1990.D. H. Shin and S. Singh. “Path generation for robot vehicles using composite clothoid segments,” Carnegie-Mellon Univ. Pittsburgh PA Robotics Inst., No. CMU-TR-90-31, 1990. 蘭豊礼, 玉井博文, and 牧野洋. "三連クロソイドによる自由点列補間." 精密工学会誌 76.10 (2010): 1194-1199.Horei Ran, Hirofumi Tamai, and Hiroshi Makino. "Free point sequence interpolation by triple clothoid." Journal of Precision Engineering 76.10 (2010): 1194-1199.

上記したいずれの文献も、部分問題として、3本のクロソイドによる初期の姿勢(posture)から終端での姿勢(posture)への軌道計画を解いているが、問題設定に制約が与えられている。すなわち、Shinらによる研究ではクロソイドの長さに制約はないが、曲率の経路長による変化率の絶対値が3つのクロソイドにわたりすべて一定とするという強い制約を与えている。蘭らの研究では、3つのクロソイドの長さの比をあらかじめ固定するという強い制約を与えている。 All of the above documents solve the trajectory plan from the initial posture (posture) to the posture at the end (posture) by the three clothoids as a partial problem, but the problem setting is restricted. That is, in the study by Shin et al., There is no restriction on the length of the clothoid, but it gives a strong restriction that the absolute value of the rate of change due to the path length of curvature is constant across all three clothoids. Ran et al.'S study imposes a strong constraint that the ratio of the lengths of the three clothoids is fixed in advance.

本発明は、上記背景に鑑み、上記のような制約のないクロソイド長が可変の場合の始端の姿勢(posture)から終端での姿勢(posture)への軌道を計画する方法である。 In view of the above background, the present invention is a method of planning a trajectory from a posture at the beginning (posture) to a posture at the end (posture) when the clothoid length is variable without the above-mentioned restrictions.

本発明のプログラムは、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを実行させる。 The program of the present invention is a program for planning a trajectory consisting of three clothoid curves, and a computer is used to provide attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the start and the position of the vehicle at the end. , An input step that accepts input of attitude data specified by orientation and curvature, and a function for obtaining the position, orientation, and curvature of the vehicle at the destination from the starting attitude, at least clothoid. The arrival point function including the length of the curve as a parameter is read from the storage unit, the total length of the three clothoid curves is set as a fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are used as sample parameters. The rough search step of applying the parameters to the arrival point function to obtain the arrival point, and obtaining the parameter obtained by obtaining the nearest arrival point closest to the end among the arrival points, and the parameter obtained in the coarse search step. As an initial value, the parameter of the arrival point function is changed, and an optimization step of finding an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end point is executed.

本発明のプログラムは、前記粗探索ステップにて、前記終端までの距離が所定の閾値以下となる最近傍到達点を与えるサンプルのパラメータが存在しなかった場合には、入力された条件を満たす解が存在しないと判定してもよい。 The program of the present invention satisfies the input condition when there is no sample parameter that gives the nearest neighbor arrival point at which the distance to the end is equal to or less than a predetermined threshold in the rough search step. May be determined that does not exist.

本発明のプログラムは、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを実行させる。 The program of the present invention is a program for planning a trajectory consisting of three clothoid curves, and a computer is used to provide attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the start and the position of the vehicle at the end. , An input step that accepts input of posture data specified by orientation and curvature, and a function for obtaining the posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the destination from the starting posture, and at least clothoid. The arrival point function including the length of the curve is read from the storage unit, the total length of the three clothoid curves is set as the first fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are used as sample parameters. The parameter of the sample is applied to the arrival point function to obtain the inner circumference arrival point in front of the end, and the nearest inner circumference arrival point closest to the end among the inner circumference arrival points is obtained. As the first parameter calculation step, and the total length of the three clothoid curves is set as the second fixed length longer than the first fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are sampled. By applying the parameter of the sample to the arrival point function to obtain the outer peripheral arrival point deeper than the end, the nearest outer peripheral arrival point closest to the end among the outer outer arrival points was obtained. The length of each of the clothoid curves is set as the second parameter calculation step in which the parameter is obtained as the second parameter and the total length of the three clothoid curves as an intermediate fixed length between the first fixed length and the second fixed length. The plurality of combinations of the above are used as sample parameters, and the parameters of the sample are applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter obtained from the nearest inner circumference arrival point. Is given as the third parameter, the third and fourth parameter calculation steps for obtaining the parameter obtained from the nearest outer peripheral reach point as the fourth parameter, the nearest outer peripheral reach point given by the second parameter, and the fourth parameter. When the nearest outer peripheral reach point given by the fourth parameter is closer to the end, the intermediate fixed length is set as a new second fixed length, and the second fixed length is used. When the nearest outer peripheral arrival point given by the parameter is closer to the end, the nearest inner circumference arrival point given by the first parameter is compared with the nearest inner circumference arrival point given by the third parameter. , Given in the third parameter When the nearest neighbor inner circumference arrival point is closer to the end, the fixed length update step in which the intermediate fixed length is set as a new first fixed length, and the first fixed length in the fixed length update step. Alternatively, while updating the second fixed length, the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point are repeatedly obtained, and the difference between the first fixed length and the second fixed length becomes equal to or less than a predetermined threshold value. At that time, of the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point, the parameter determination step for obtaining the parameter giving the nearest neighbor arrival point closer to the end and the parameter obtained in the parameter determination step are obtained. As an initial value, the parameter of the arrival point function is changed, and an optimization step of finding an optimum parameter such that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end point is executed.

本発明のプログラムは、前記固定長更新ステップにおいて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めてもよい。 In the fixed length update step, the program of the present invention compares the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the first parameter with the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter, and uses the first parameter. When the given nearest neighbor inner circumference arrival point is closer to the end, the parameter giving the nearest neighbor arrival point of the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point, which is closer to the end, is obtained. You may.

本発明のプログラムは、前記第1パラメータ算出ステップにおける計算によって前記内周到達点が見つからなかった場合には、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定してもよい。 The program of the present invention may determine that the clothoid curve connecting the start end and the end does not exist when the inner circumference arrival point is not found by the calculation in the first parameter calculation step.

本発明のプログラムは、前記第2パラメータ算出ステップにおける計算によって前記外周到達点が見つからなかった場合には、前記外周到達点が見つかるか、前記第2の固定長が所定の閾値以上になるまで、前記第2の固定長を長くして外周到達点を求める処理を行い、前記第2の固定長が所定の閾値以上になったときは、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定してもよい。 In the program of the present invention, when the outer peripheral arrival point is not found by the calculation in the second parameter calculation step, until the outer peripheral arrival point is found or the second fixed length becomes equal to or more than a predetermined threshold value. When the second fixed length is lengthened to obtain the outer peripheral arrival point and the second fixed length exceeds a predetermined threshold value, the clothoid curve connecting the start end and the end end does not exist. You may judge.

本発明のプログラムにおいて、前記到達点関数は、前記車両の旋回曲率をパラメータとして含み、前記旋回曲率の最大値を拘束条件として有してもよい。 In the program of the present invention, the reaching point function may include the turning curvature of the vehicle as a parameter and may have the maximum value of the turning curvature as a constraint condition.

本発明の軌道計画方法は、軌道計画装置によって3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記軌道計画装置は、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、前記軌道計画装置は、前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを備える。 The track planning method of the present invention is a method for planning a track composed of three clothoid curves by a track planning device, and the track planning device is a posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the start end. And the input step that accepts the input of the data of the posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end, and the track planning device is based on the position, orientation, and curvature of the vehicle from the posture of the start to the arrival point. A function for obtaining a specified posture, which is a function for obtaining at least the length of the clothoid curve as a parameter, is read out from the storage unit, and the trajectory planning device uses the total lengths of the three clothoid curves as fixed lengths. A plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve are used as sample parameters, and the sample parameters are applied to the arrival point function to obtain the arrival point, and the nearest nearest arrival point among the arrival points is reached. The rough search step for obtaining the parameter obtained by the point and the orbit planning device change the parameter of the arrival point function with the parameter obtained in the rough search step as an initial value, and the attitude of the arrival point is the end. It is provided with an optimization step for finding an optimum parameter that matches the clothi cloth.

本発明の軌道計画方法は、軌道計画装置によって、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、前記軌道計画装置は、始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、前記軌道計画装置は、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、前記軌道計画装置は、前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、前記軌道計画装置は、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップとを備える。以下、この粗探索方法を「2分探索法」という。 The track planning method of the present invention is a method for planning a track composed of three clothoid curves by a track planning device, and the track planning device is designated by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the start end. The input step that accepts the input of the attitude data and the attitude data specified by the position, orientation, and curve of the vehicle at the end, and the track planning device are based on the position, orientation, and curve of the vehicle from the attitude at the start to the arrival point. A function for obtaining a designated posture, which is a function for obtaining at least the length of the clothoid curve as a parameter, is read out from the storage unit, and the trajectory planning device sets the total length of the three clothoid curves as the first. As a fixed length, a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve are used as sample parameters, and the sample parameters are applied to the arrival point function to obtain an inner circumference arrival point in front of the end point. The first parameter calculation step for obtaining the parameter obtained from the nearest inner circumference arrival point closest to the end among the circumference arrival points as the first parameter, and the trajectory planning device obtain the total length of the three clothoid curves. As a second fixed length longer than the first fixed length, a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve are used as sample parameters, and the sample parameters are applied to the reaching point function to be deeper than the end. The second parameter calculation step of obtaining a certain outer peripheral arrival point and obtaining the parameter obtained by obtaining the nearest nearest outer peripheral arrival point closest to the end among the outer peripheral arrival points as the second parameter, and the orbit planning device have three lines. The total length of the clothoid curve is set as an intermediate fixed length between the first fixed length and the second fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve are used as sample parameters, and the sample parameters are used as the sample parameters. The nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point are obtained by applying to the arrival point function, the parameter obtained from the nearest inner circumference arrival point is the third parameter, and the parameter obtained from the nearest outer circumference arrival point is the third parameter. The third and fourth parameter calculation steps obtained as the four parameters are compared with the nearest outer peripheral arrival point given by the second parameter and the nearest outer peripheral arrival point given by the fourth parameter. When the nearest outer peripheral reach point given by the fourth parameter is closer to the end, the intermediate fixed length is set as a new second fixed length, and the nearest outer peripheral reach point given by the second parameter is the one. When is close to the end, the first parameter When the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the function is compared with the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter, and the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end. Is a fixed length update step in which the intermediate fixed length is set as a new first fixed length, and the track planning device updates the first fixed length or the second fixed length in the fixed length updating step. While doing so, the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point are repeatedly obtained, and when the difference between the first fixed length and the second fixed length becomes equal to or less than a predetermined threshold value, the nearest neighbor outer circumference arrival point Of the nearest neighbor inner circumference arrival points, the parameter determination step for obtaining the parameter giving the nearest neighbor arrival point closer to the end, and the trajectory planning device use the parameter obtained in the parameter determination step as an initial value. , The parameter of the reaching point function is varied, and an optimization step for finding an optimum parameter such that the posture of the reaching point matches the posture of the terminal is provided. Hereinafter, this rough search method is referred to as a "two-minute search method".

本発明の軌道計画装置は、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、3本の前記クロソイド曲線の全長を固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、前記粗探索部で求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部とを備える。 The track planning device of the present invention is a track planning device for planning a track composed of three clothoid curves, and includes attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the start end and the vehicle at the end. An input unit that accepts input of attitude data specified by the position, orientation, and curve, and a function for obtaining the attitude specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the arrival point from the starting attitude, at least. A storage unit that stores an arrival point function that includes the length of the clothoid curve as a parameter, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves as fixed lengths with the total lengths of the three clothoid curves as sample parameters. A rough search unit that applies the sample parameters to the arrival point function read from the storage unit to obtain the arrival point, and obtains the parameter obtained from the nearest arrival point closest to the end among the arrival points, and the above-mentioned rough search unit. It is provided with an optimization unit that uses the parameter obtained by the rough search unit as an initial value, fluctuates the parameter of the arrival point function, and obtains the optimum parameter so that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end point.

本発明の別の態様の軌道計画装置は、3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、複数の組合せをサンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部とを備え、前記粗探索部は、上述した2分探索法を実行する。 The track planning device of another aspect of the present invention is a track planning device for planning a track composed of three clothoid curves, and includes data on a posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the starting end. It is a function to obtain the posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the reaching point from the input unit that accepts the input of the attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end. Then, a storage unit that stores at least the arrival point function including the length of the clothoid curve as a parameter and a plurality of combinations are applied to the arrival point function that reads the sample parameters from the storage unit to obtain the arrival point. The parameters of the arrival point function are varied by using the coarse search unit for obtaining the parameter obtained from the nearest arrival point closest to the end among the arrival points and the parameter obtained in the parameter determination step as initial values. The rough search unit is provided with an optimization unit that obtains an optimum parameter so that the attitude of the arrival point matches the attitude of the end point, and the rough search unit executes the above-mentioned two-minute search method.

本発明によれば、クロソイド長が可変の場合の始端の姿勢と終端の姿勢から、軌道を計画することができる。 According to the present invention, the trajectory can be planned from the posture of the start end and the posture of the end when the clothoid length is variable.

前後輪のスリップを無視したバイシクルモデルを示す図である。It is a figure which shows the bicycle model which ignored the slip of the front and rear wheels. ある初期状態にある車両を1つのマイルストーンに乗せる経路長を引数とする操舵計画の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the steering plan which takes the path length which puts a vehicle in a certain initial state on one milestone as an argument. 3連クロソイドの軌道モデルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the orbital model of a triple clothoid. 第1の実施の形態の軌道計画装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the track planning apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の軌道計画装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the trajectory planning apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態における初期値決定の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of initial value determination in 1st Embodiment. 第2の実施の形態における粗探索処理の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation of the rough search process in 2nd Embodiment. 固定全長下限htotalLBを求める処理を示す図である。It is a figure which shows the process which obtains the fixed total length lower limit h totalLB. 固定全長上限htotalUBを求める処理を示す図である。It is a figure which shows the process which obtains the fixed total length upper limit h totalUB. (a)内周到達点の範囲を示す図である。(b)外周到達点の範囲を示す図である。(A) It is a figure which shows the range of the inner circumference arrival point. (B) It is a figure which shows the range of the outer peripheral arrival point. 第1実施例の軌道計画を行う始端と終端のデータを示す図である。It is a figure which shows the data of the start end and the end which perform the trajectory plan of 1st Example. total=|P−P|とした場合の到達点集合SParr(htotal)を示す図である。It is a figure which shows the reaching point set S Parr (h total ) when h total = | P 1 −P 0 |. ,h ,h ,θd,1 から微小変化した次式で与えられる4パラメータh ,h ,h +Δh,θd,1 +Δθd,1により、Parr+ΔParrに近い位置に到達点を変更した図である。 h 1 ※, h 2 ※, h 3 ※, θ d, 1 4 given by minute change the following equation parameters h 1 ※, h 2 ※, h 3 ※ + Δh 3, θ d, 1 ※ + Δθ d, It is a figure which changed the arrival point to the position close to Parr + ΔP arr according to 1. (a)htotal=1・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。(b)htotalの長さを1・|P−P|から増やし、htotal=2・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。(A) It is a figure which shows the destination set S ParrG (h total ) when h total = 1 · | P 1 −P 0 |. (B) In the figure showing the arrival point set S ParrG (h total ) when the length of h total is increased from 1 · | P 1 −P 0 | and h total = 2 · | P 1 −P 0 |. be. totalLBとhtotalUBの更新処理を行ったときの到達点の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the arrival point at the time of performing the update process of h totalLB and h totalUB. 繰り返し最適化手法(主双対内点法)を行って得られた軌道を示す図である。It is a figure which shows the trajectory obtained by performing the iterative optimization method (main dual interior point method). 別の各ケースにおいて計算された軌道を示す図である。It is a figure which shows the trajectory calculated in each different case.

以下、本発明の実施の形態の軌道計画装置および軌道計画方法について図面を参照して説明する。まず、本実施の形態の軌道計画装置を説明する前提として、3連クロソイドの軌道について述べるが、まずは、3連クロソイドによる軌道のモデル化の準備段階として、xy座標原点を始点とする1セグメントのクロソイドの軌道について述べる。 Hereinafter, the track planning device and the track planning method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the trajectory of the triple clothoid will be described as a premise for explaining the trajectory planning device of the present embodiment. First, as a preparatory step for modeling the trajectory by the triple clothoid, one segment starting from the xy coordinate origin The orbit of clothoid is described.

(1セグメントのクロソイドの軌道)
この種のクロソイドの軌道は始端及び終端の位置と始端及び終端における車両の向きと曲率で一意に決定される。例えば、始端での向きと曲率を(θα、κα)、終端での向きと曲率を(θβ、κβ)とすると、クロソイドの1セグメント全経路長hは次式で表される。
(1 segment clothoid orbit)
The trajectory of this type of clothoid is uniquely determined by the position of the start and end and the orientation and curvature of the vehicle at the start and end. For example, if the orientation and curvature at the beginning are (θ α , κ α ) and the orientation and curvature at the end are (θ β , κ β ), the total path length h of one segment of the clothoid is expressed by the following equation.

Figure 0006941039
1セグメント全経路長が定まるので、曲率κの軌道は次式で表される。ただし、Sは1セグメント全経路長hによる規格化経路長とする(S=s/h)
Figure 0006941039
Since the total path length of one segment is determined, the trajectory of curvature κ is expressed by the following equation. However, S is a normalized path length based on the total path length h of one segment (S = s / h).

Figure 0006941039
ここでクロソイドの1セグメントにおける向きの変化θ=θβ−θαを導入すると,次式を得る。
Figure 0006941039
Here, by introducing the change in orientation of clothoid in one segment θ d = θ β − θ α , the following equation is obtained.

Figure 0006941039
車両向きθの軌道、経路長sに対する曲線の変化率η、sharpnessは、次式で表される。
Figure 0006941039
The track of θ for the vehicle, the rate of change η of the curve with respect to the path length s, and sharpness are expressed by the following equations.

Figure 0006941039
Figure 0006941039

曲線の変化率η、sharpnessは、1クロソイドセグメントにおいて定義から明らかなように一定である。車両向きθの軌道が決まれば式(1)(2)より、座標原点からの移動量を表すP(S)=[x(S),y(S)]の軌道が次式で決定される。

Figure 0006941039
式(12)において、S=1とおき、1セグメントクロソイドのxy移動量P=[x,yが次式で与えられる。
Figure 0006941039
The rate of change η and sharpness of the curve are constant in one clothoid segment as is clear from the definition. Once the trajectory of the vehicle orientation θ is determined, the trajectory of P (S) = [x (S), y (S)] T representing the amount of movement from the coordinate origin is determined by the following equation from equations (1) and (2). NS.
Figure 0006941039
In the equation (12), S = 1 is set, and the xy movement amount P d = [x d , y d ] T of the 1-segment clothoid is given by the following equation.
Figure 0006941039

このP=(θα,κα,h,θ)を関数として、3連クロソイドによる軌道のモデル化で使用する。軌道計画の数値解法のために、式(12)(15)の計算について述べる。ただし、C(・・・)、S(・・・)以外の要素の数値計算は容易であるので省略する。C(・・・)、S(・・・)の計算は3つのケースに分ける。 This P d = (θ α , κ α , h, θ d ) is used as a function in the modeling of the orbit by the triple clothoid. The calculations of equations (12) and (15) will be described for the numerical solution of the trajectory plan. However, C R (···), since the numerical calculation of S R (· · ·) other than the elements is easy omitted. C R (···), the calculation of S R (· · ·) are divided into three cases.

[ケース1(θ−hκα=0かつκα=0)]
このケースは、直線運動に相当する。このケースも、定義上、クロソイドに含まれる。
[Case 1 (θ d - α = 0 cutlet κ α = 0)]
This case corresponds to linear motion. This case is also included in clothoid by definition.

Figure 0006941039
Figure 0006941039

[ケース2(θ−hκα=0かつκα≠0)]
このケースは、円運動に相当する。このケースも、定義上、クロソイドに含まれる。

Figure 0006941039
[Case 2 (θ d - α = 0 cutlet κ α ≠ 0)]
This case corresponds to a circular motion. This case is also included in clothoid by definition.
Figure 0006941039

[ケース3(θ−hκα≠0)]
このケースは、フレネル積分(Fresnel integral)を含むため、計算が難しい。数値積分を使う方法もあるが、十分な精度を出すためには,計算量が大きくなる。以下の式を用いて計算する。
フレネル積分に相当するのは式(23)(24)の部分であり,近似の有効な領域の違う2つの近似公式を切り替えて用いる。

Figure 0006941039
ただし、 [Case 3 (θ d −α ≠ 0)]
This case is difficult to calculate because it involves the Fresnel integral. There is also a method using numerical integration, but the amount of calculation is large in order to obtain sufficient accuracy. Calculate using the following formula.
The part corresponding to the Fresnel integral is the part of equations (23) and (24), and two approximation formulas with different effective regions of approximation are used by switching.
Figure 0006941039
However,

Figure 0006941039
Figure 0006941039
Figure 0006941039
Figure 0006941039
Figure 0006941039
Figure 0006941039

以上の準備で、1セグメントクロソイドのxy移動量P=(θα,κα,h,θ)は,セグメントの始端での向きθαと曲率κα、1セグメント全経路長h、1セグメントでの向き変化θの4変数で関数として定義され、計算可能なことが示された。 With the above preparation, the xy movement amount P d = (θ α , κ α , h, θ d ) of the 1-segment clothoid is the direction θ α and the curvature κ α at the beginning of the segment, and the total path length h of 1 segment. It was defined as a function with four variables of orientation change θ d in the segment, and it was shown that it can be calculated.

引き続き、クロソイド長が可変の場合の3連クロソイドによる始端での姿勢(posture)から終端での姿勢(posture)への軌道計画を数値最適化問題として定式化する。 Subsequently, the trajectory plan from the posture at the start (posture) to the posture at the end (posture) by the triple crossoid when the crossoid length is variable is formulated as a numerical optimization problem.

(3連クロソイドの軌道)
3連クロソイドの軌道の数値最適化問題への定式化は、次のアプローチをとる。
・第1のクロソイドの始端の姿勢を(x,y,θ,κ)とする。
・曲率θと向きκが連続となるように、3セグメントのクロソイドを接続する。
・第3のクロソイドの終端の姿勢を(xarr,yarr,θ,κ)とする。
・xarr=x,yarr=yとなるまで、第1〜第3のクロソイドのパラメータを|κ|≦κlimitの制約の下で数値最適化する。
(Orbit of triple clothoid)
The formulation for the numerical optimization problem of the orbit of the triple clothoid takes the following approach.
-The posture of the starting end of the first clothoid is (x 0 , y 0 , θ 0 , κ 0 ).
-Connect the clothoids of 3 segments so that the curvature θ and the direction κ are continuous.
-Let the posture of the end of the third clothoid be (x arr, y arr , θ 1 , κ 1 ).
-Numerically optimize the parameters of the first to third clothoids under the constraint of | κ | ≤ κ limit until x arr = x 1 and y arr = y 1.

図3は、このアプローチによる3連クロソイドの軌道モデルを示す概念図である。第kセグメント(k=1,2,3・・・)に関する変数を、以下のように定義する。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing an orbital model of a triple clothoid by this approach. The variables related to the kth segment (k = 1, 2, 3 ...) Are defined as follows.

Figure 0006941039
Figure 0006941039

進行する車両の軌道としては、前輪の舵角は経路に対して連続的に変化する必要がある。このため、車両の向きθと車両の曲率κは、セグメント間の端点において連続する。まず、車両向きθについて考えると、各セグメントの両端点での連続性から以下の式を満たす必要がある。

Figure 0006941039
Figure 0006941039
As for the trajectory of the traveling vehicle, the steering angle of the front wheels needs to change continuously with respect to the path. Therefore, the direction θ of the vehicle and the curvature κ of the vehicle are continuous at the end points between the segments. First, considering the vehicle orientation θ, it is necessary to satisfy the following equation from the continuity at both end points of each segment.
Figure 0006941039
Figure 0006941039

式(25)〜式(40)をまとめると、次の式を得る。

Figure 0006941039
The following equations can be obtained by summarizing the equations (25) to (40).
Figure 0006941039

8変数h,h,h,θd,1,θd,2,θd,3,κα,2,κα,3が式(41)を満たせば、式(25)〜式(40)で定める軌道は、軌道計画問題の車両向きと曲率の連続性に関する条件を満たす。ここで、式(41)は4本の等式拘束であり、本質的なパラメータは8変数から4変数に絞ることができる。本発明では、(h,h,h,θd,1)を3連クロソイドセグメントの4パラメータに選ぶ(図3参照)。各クロソイドのθd,2,θd,3,κα,2,κα,3,θα,2,θα,3は、式(41)からパラメータ(h,h,h,θd,1)の関数として次式で決定される。

Figure 0006941039
If the eight variables h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 , θ d, 2 , θ d, 3 , κ α, 2 , κ α, 3 satisfy equation (41), then equations (25) to equations (25) to equations (25) to The track defined in (40) satisfies the conditions relating to the vehicle orientation and the continuity of curvature in the track planning problem. Here, equation (41) is an equation constraint of four, and the essential parameters can be narrowed down from eight variables to four variables. In the present invention, (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) is selected as the four parameters of the triple clothoid segment (see FIG. 3). The θ d, 2 , θ d, 3 , κ α, 2 , κ α, 3 , θ α, 2 , θ α, 3 of each clothoid are the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , It is determined by the following equation as a function of θ d, 1).
Figure 0006941039

(h+h)≠0であれば、式(42)〜式(47)の右辺は、不定になることはない。本実施の形態では、h>0,h>0,h>0を想定しているので、この条件を満たす。式(44)より、|κα,2|<κlimitは、h,θd,1に関する以下の不等式拘束に変換される。

Figure 0006941039
If h 1 (h 2 + h 3 ) ≠ 0, the right-hand side of equations (42) to (47) is not indefinite. In the present embodiment, h 1 > 0, h 2 > 0, h 3 > 0 is assumed, and this condition is satisfied. From equation (44), | κ α, 2 | <κ limit is converted into the following inequality constraints for h 1 , θ d, 1.
Figure 0006941039

式(45)より、|κα,3|<κlimitは、h,h,h,θd,1に関する以下の不等式拘束に変換される。

Figure 0006941039
From equation (45), | κ α, 3 | <κ limit is converted into the following inequality constraints for h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1.
Figure 0006941039

パラメータ(h,h,h,θd,1)を決めると、式(42)〜式(47)より、θα,k,κα,k,θd,k(k=1,2,3)が定まる。さらに、3連クロソイドセグメントの到達点Parrが式(15)より以下のように計算される。

Figure 0006941039
After determining the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ), from equations (42) to (47), θ α, k , κ α, k , θ d, k (k = 1, 2 and 3) are decided. Further, the arrival point Parr of the triple clothoid segment is calculated from the equation (15) as follows.
Figure 0006941039

つまり(h,h,h,θd,1)のパラメータを使えば、車両向き及び曲率に関する条件は自動的に満たされるので、位置に関する条件Parr=Pを満たせば、所望の始端の姿勢(posture)から終端の姿勢(posture)への軌道が得られる。以下、(h,h,h,θd,1)によるパラメータ表現を4パラメータ表現という。 In other words, if the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) are used, the conditions related to vehicle orientation and curvature are automatically satisfied. Therefore, if the condition related to position Parr = P 1 is satisfied, the desired condition is satisfied. A trajectory from the starting position (posture) to the ending position (posture) is obtained. Hereinafter, the parameter expression by (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) is referred to as a four-parameter expression.

arr(h,h,h,θd,1)=Pとなる(h,h,h,θd,1)を探索する問題は数値最適化問題として定式化される。目的関数fobj(Parr)をParr−Pのユークリッド2ノルムの二乗値に選ぶ。このとき、数値最適化問題として以下のように記述できる。 The problem of searching for P arr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) = P 1 (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) is formulated as a numerical optimization problem. NS. Select the objective function obj ( Parr ) as the square value of the Euclidean 2 norm of Parr −P 1. At this time, the numerical optimization problem can be described as follows.

Figure 0006941039
上記の最適化問題を解いて,最適化の結果、
Figure 0006941039
が達成できれば、解となる軌道が得られる。つまり、所望の始端の姿勢(posture)から終端の姿勢(posture)への軌道が得られる。
Figure 0006941039
Solving the above optimization problem, the result of optimization,
Figure 0006941039
If can be achieved, the orbit that becomes the solution is obtained. That is, a trajectory from the desired starting position (posture) to the ending position (posture) is obtained.

(第1実施の形態)
式(55)のような最適化問題には、疑似ニュートン法に基づく、主双対内点法(PDIPM)や遂次2次計画法(SQP)などの繰り返し最適化手法が適用可能である。しかし、式(55)の最適化問題は非線形非凸であるため、不適切な初期値を選ぶと、解が求まらないという問題が生じる。本実施の形態は、式(55)の最適化問題において、繰り返し最適化手法に用いる適切な初期値を求める。
(First Embodiment)
Iterative optimization methods such as the principal dual interior point method (PDIPM) and the sequential quadratic programming (SQP) based on the pseudo-Newton method can be applied to the optimization problem such as the equation (55). However, since the optimization problem of equation (55) is non-linear and non-convex, there arises a problem that a solution cannot be obtained if an inappropriate initial value is selected. In this embodiment, in the optimization problem of the equation (55), an appropriate initial value to be used in the iterative optimization method is obtained.

図4は、第1の実施の形態の軌道計画装置1の構成を示す図である。図4に示すように第1の実施の形態の軌道計画装置1は、入力部10と、粗探索部11と、最適化部12と、出力部13と、記憶部14とを有している。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the track planning device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the trajectory planning device 1 of the first embodiment includes an input unit 10, a rough search unit 11, an optimization unit 12, an output unit 13, and a storage unit 14. ..

入力部10は、軌道計画の条件として車両の始端および終端のデータの入力を受け付ける機能を有する。具体的には、車両の始端の姿勢(位置、向き、曲率)と、終端の姿勢(位置、向き、曲率)である。 The input unit 10 has a function of accepting input of data on the start end and the end of the vehicle as a condition of track planning. Specifically, it is the posture (position, orientation, curvature) of the start end of the vehicle and the posture (position, orientation, curvature) of the end end.

記憶部14には、始端から到達点を計算する到達点関数が記憶されている。到達点関数は、上述した式(53)で示した関数であり、(h,h,h,θd,1)の4つのパラメータを有する関数である。 The storage unit 14 stores a destination function that calculates the destination from the start. The reaching point function is a function shown by the above equation (53), and is a function having four parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1).

粗探索部11は、到達点関数に適当なサンプルパラメータを適用して求めた到達点の中から、終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める。粗探索部11は、htotal=h+h+hを固定した際のパラメータ(h,h,h,θd,1)の集合により、次式で定義される到達点集合SParrG(htotal)を求める。 The coarse search unit 11 obtains a parameter obtained by obtaining the nearest neighbor arrival point closest to the end from the arrival points obtained by applying an appropriate sample parameter to the arrival point function. The coarse search unit 11 is a set of reaching points S defined by the following equation based on a set of parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) when h total = h 1 + h 2 + h 3 is fixed. Find ParrG (h total ).

Figure 0006941039
Figure 0006941039

この集合が空であれば、適切な初期値はなしと判定し、空でなければ、到達点集合SParrG(htotal)の中で終端位置Pに最も近い要素(最近傍到達点)に対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)を繰り返し最適化手法の初期値として用いる。なお、式中のΔθfanは、到達点Parrが存在すべき角度範囲を規定するものであり、例えば、π/4である。 If this set is empty, appropriate initial value, it is determined that no, not empty, corresponding to the closest element to the end position P 1 in the goal set S ParrG (h total) (nearest goal) The four parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) are used as the initial values of the iterative optimization method. Note that Δθ fan in the equation defines the angle range in which the arrival point Parr should exist, and is, for example, π / 4.

最適化部12は、粗探索部11にて求めたパラメータを初期値として用いて、上述した式(55)を満たすパラメータの最適化処理を行うことにより、到達点の姿勢が終端の姿勢になるようなパラメータを求める機能を有する。このパラメータにより車両が通るべき軌道が計画される。続いて、最適化部12は、求めたパラメータ(h,h,h,θd,1)から、各位置における旋回曲率κも求める機能を有する。 The optimization unit 12 uses the parameter obtained by the rough search unit 11 as an initial value, and performs the optimization processing of the parameter satisfying the above-mentioned equation (55), so that the posture of the arrival point becomes the posture of the end point. It has a function to obtain such parameters. This parameter plans the track that the vehicle should take. Subsequently, the optimization unit 12 has a function of also obtaining the turning curvature κ at each position from the obtained parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1).

出力部13は、最適化部12にて求めたパラメータ(h,h,h,θd,1)および旋回曲率κを車両の制御を行う自動運転制御部(図示せず)に対して出力する。 The output unit 13 applies the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) obtained by the optimization unit 12 and the turning curvature κ to the automatic driving control unit (not shown) that controls the vehicle. And output.

図5は、第1の実施の形態の軌道計画装置1の動作を示すフローチャートである。軌道計画装置1は、軌道計画の条件として車両の始端および終端のデータの入力を受け付ける(S10)。軌道計画装置1は、記憶部14から到達点関数を読み出し(S11)、到達点関数を用いて初期値を決定する(S12)。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the track planning device 1 according to the first embodiment. The track planning device 1 accepts input of vehicle start / end data as a condition for track planning (S10). The trajectory planning device 1 reads the arrival point function from the storage unit 14 (S11), and determines the initial value using the arrival point function (S12).

図6は、第1の実施の形態における初期値決定の処理を示すフローチャートである。粗探索部11は、到達点関数に適当なパラメータを設定して、終端に最も近い到達点(最近傍到達点)を得ることができるパラメータをラフに探索する。具体的には、粗探索部11は、3連クロソイドの全長(h+h+h)を始端位置である始点Pから終端位置である終点Pまでの直線距離htotalに固定し(S20)、4つのパラメータ(h,h,h,θd,1)の組合せを、例えば1000通り選び、各パラメータを到達点関数に適用したときの到達点を求める(S21)。 FIG. 6 is a flowchart showing a process of determining an initial value in the first embodiment. The coarse search unit 11 sets an appropriate parameter in the arrival point function, and roughly searches for a parameter capable of obtaining the arrival point closest to the end (nearest neighbor arrival point). Specifically, the coarse search unit 11 fixes the entire length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid to a linear distance h total from the start point P 0 which is the start position to the end point P 1 which is the end position ( S20), for example, 1000 combinations of four parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) are selected, and the arrival point when each parameter is applied to the arrival point function is obtained (S21).

粗探索部11が到達点の近傍到達点を見つけた場合には(S22でYES)、終点Pの最近傍の到達点を得たパラメータを初期値として決定する(S23)。もし、近傍到達点が見つからなかった場合には(S22でNO)、始端から終端に至る軌道が存在しないと判断する(S24)。 If the coarse search unit 11 finds a near arrival points of arrival point for determining the parameters was obtained (YES in S22), arrival point nearest end point P 1 as the initial value (S23). If a nearby arrival point is not found (NO in S22), it is determined that there is no orbit from the start end to the end point (S24).

図5に戻って説明を続ける。軌道計画装置1は初期値を決定すると、決定された初期値を用いてパラメータ(h,h,h,θd,1)の最適化を行い、始端から終端への軌道を描く最適パラメータを算出する(S13)。また、軌道計画装置1は、求めた最適パラメータに基づいて、各位置における旋回曲率κも求める。続いて、軌道計画装置1は、パラメータ(h,h,h,θd,1)および旋回曲率κを自動運転制御部に対して出力する(S14)。 The explanation will be continued by returning to FIG. When the trajectory planning device 1 determines the initial value, it optimizes the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) using the determined initial value, and optimizes the trajectory from the start to the end. Calculate the parameters (S13). The trajectory planning device 1 also obtains the turning curvature κ at each position based on the obtained optimum parameters. Subsequently, the track planning device 1 outputs the parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) and the turning curvature κ to the automatic operation control unit (S14).

以上、軌道計画装置1の構成及び動作について説明したが、上記した軌道計画装置1のハードウェアの例は、CPU、RAM、ROM、ハードディスク、ディスプレイ、キーボード、マウス、通信インターフェース等を備えたコンピュータである。上記した各機能を実現するモジュールを有するプログラムをRAMまたはROMに格納しておき、CPUによって当該プログラムを実行することによって、上記した軌道計画装置1が実現される。このようなプログラムも本発明の範囲に含まれる。 The configuration and operation of the track planning device 1 have been described above, but the hardware example of the track planning device 1 described above is a computer equipped with a CPU, RAM, ROM, hard disk, display, keyboard, mouse, communication interface, and the like. be. The orbit planning device 1 described above is realized by storing a program having a module that realizes each of the above functions in a RAM or ROM and executing the program by a CPU. Such programs are also included in the scope of the present invention.

(第2実施の形態)
次に、第2の実施の形態の軌道計画装置について説明する。第2の実施の形態の軌道計画装置の基本的な構成は、第1の実施の形態の軌道計画装置1の構成と同じであるが(図4)、粗探索部11における探索処理が異なる。
(Second Embodiment)
Next, the track planning device of the second embodiment will be described. The basic configuration of the track planning device of the second embodiment is the same as the configuration of the track planning device 1 of the first embodiment (FIG. 4), but the search process in the rough search unit 11 is different.

第2の実施の形態における粗探索の処理の概要は、以下のとおりである。到達点の分布が始点Pから見て終点Pの手前に生じるように3連クロソイドの全長(h+h+h)を固定する。例えば、3連クロソイドの始点Pから終点Pまでの直線距離とすれば、到達点の分布は始点Pから見て終点Pの手前に生じることになる。この固定長をhtotalLBとする。 The outline of the rough search process in the second embodiment is as follows. The total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid is fixed so that the distribution of the arrival points occurs before the end point P 1 when viewed from the start point P 0. For example, if the linear distance from the start point P 0 to the end point P 1 of the triple clothoid is taken, the distribution of the arrival points will occur before the end point P 1 when viewed from the start point P 0. Let this fixed length be h totalLB.

また、到達点の分布が始点Pから見て終点Pの奥に生じるように3連クロソイドの全長(h+h+h)を固定する。例えば、始点Pから終点Pまでの直線距離の2倍とすれば、通常、到達点の分布は始点Pから見て終点Pの奥に生じることになる。この固定長をhtotalUBとする。 Further, the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid is fixed so that the distribution of the arrival points occurs at the back of the end point P 1 when viewed from the start point P 0. For example, if the linear distance from the start point P 0 to the end point P 1 is doubled, the distribution of the arrival points usually occurs in the back of the end point P 1 when viewed from the start point P 0. Let this fixed length be h totalUB.

そして、htotalLB≦htotalUBの関係を保ちながら,2分探索により、htotalLB、htotalUBを更新し、その差htotalUB−htotalLBが十分小さくなったところで、到達点集合SParrG(htotalLB)、SParrG(htotalUB)の中で終端位置Pに最も近い要素に対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)を繰り返し最適化手法の初期値として用いる。 Then, while maintaining the relationship of h totalLB ≤ h total UB , h total LB and h total UB are updated by a 2-minute search, and when the difference h total UB −h total LB becomes sufficiently small, the arrival point set S ParrG (h total LB ) , S ParrG (h totalUB ), the four parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) corresponding to the element closest to the terminal position P 1 are used as the initial values of the iterative optimization method.

図7は、第2の実施の形態における粗探索処理の動作を示す図である。粗探索部11は、3連クロソイドの全長を下限htotalLBに固定し、適当に選んだ複数のパラメータ(h,h,h,θd,1)の組合せについて到達点を求め、到達点の中から最近傍内周到達点を求める(S40)。ここで、最近傍内周到達点とは、図10(a)に示す範囲に含まれる到達点であって、終点Pに最も近い到達点である。なお、扇形の中心角θfanは、あらかじめ設定された値であり、例えば、π/4とする。続いて、粗探索部11は、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定し、適当に選んだ複数のパラメータ(h,h,h,θd,1)の組合せについて到達点を求め、到達点の中から最近傍外周到達点を求める(S41)。ここで、最近傍内周到達点とは、図10(b)に示す範囲に含まれる到達点であって、終点Pに最も近い到達点である。 FIG. 7 is a diagram showing the operation of the rough search process in the second embodiment. The coarse search unit 11 fixes the total length of the triple clothoid to the lower limit h totalLB, finds the arrival point for a combination of a plurality of appropriately selected parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1), and reaches. The nearest inner circumference arrival point is obtained from the points (S40). Here, the nearest inner goal, a goal that is included in the range shown in FIG. 10 (a), the closest goal to the end point P 1. The central angle θ fan of the sector is a preset value, and is, for example, π / 4. Subsequently, the coarse search unit 11 fixes the total length of the triple clothoid to the upper limit h totalUB , and determines the arrival point for a combination of a plurality of appropriately selected parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1). It is obtained, and the nearest neighbor outer peripheral arrival point is obtained from the arrival points (S41). Here, the nearest inner goal, a goal that is included in the range shown in FIG. 10 (b), the closest goal to the end point P 1.

図8は、最近傍内周到達点を求める処理を示す図である。粗探索部11は、始点Pと終点Pの直線距離を3連クロソイドの全長(h+h+h)の下限htotalLBとし(S40)、この条件を満たす複数のパラメータを適当に選んで、そのパラメータに対応する到達点を計算する(S41)。粗探索部11は、求めた到達点の中に、内周到達点があるか否かを判定し(S42)、内周到達点がある場合には(S42でYES)、その内周到達点のうちで、終点Pに最も近い、最近傍内周到達点と対応するパラメータを返す(S43)。内周到達点の有無の判定において、内周到達点がないと判定された場合には(S42でNO)、始端と終端とをつなぐ3連クロソイドの解が存在しないと判定する(S44)。 FIG. 8 is a diagram showing a process of finding the nearest inner peripheral arrival point. The coarse search unit 11 sets the linear distance between the start point P 0 and the end point P 1 as the lower limit h totalLB of the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid (S40), and appropriately selects a plurality of parameters satisfying this condition. Then, the arrival point corresponding to the parameter is calculated (S41). The coarse search unit 11 determines whether or not there is an inner circumference arrival point among the obtained arrival points (S42), and if there is an inner circumference arrival point (YES in S42), the inner circumference arrival point. among the closest to the end point P 1, it returns the corresponding parameters nearest inner goal (S43). In the determination of the presence or absence of the inner circumference arrival point, if it is determined that there is no inner circumference arrival point (NO in S42), it is determined that there is no solution of the triple clothoid connecting the start end and the end (S44).

図9は、最近傍外周到達点を求める処理を示す図である。粗探索部11は、始点Pと終点Pの直線距離に定数C2(>1)を乗じた値を3連クロソイドの全長(h+h+h)の上限htotalUBとし(S50)、この条件を満たす複数のパラメータを適当に選んで、そのパラメータに対応する到達点を計算する(S51)。粗探索部11は、求めた到達点の中に、外周到達点があるか否かを判定し(S52)、外周到達点がある場合には(S52でYES)、その外周到達点のうちで、終点Pに最も近い、最近傍外周到達点と対応するパラメータを返す(S53)。外周到達点の有無の判定において、外周到達点がないと判定された場合には(S52でNO)、上限htotalUBを更新して上述の処理を繰り返す。 FIG. 9 is a diagram showing a process of finding the nearest neighbor outer peripheral arrival point. The coarse search unit 11 sets the value obtained by multiplying the linear distance between the start point P 0 and the end point P 1 by the constant C2 (> 1) as the upper limit h totalUB of the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid (S50). A plurality of parameters satisfying this condition are appropriately selected, and the arrival points corresponding to the parameters are calculated (S51). The rough search unit 11 determines whether or not there is an outer peripheral arrival point among the obtained arrival points (S52), and if there is an outer peripheral arrival point (YES in S52), among the outer peripheral arrival points. , closest to the end point P 1, recently returns the corresponding parameters near the outer periphery goal (S53). If it is determined that there is no outer peripheral arrival point in the determination of the presence or absence of the outer peripheral arrival point (NO in S52), the upper limit h totalUB is updated and the above processing is repeated.

具体的には、始点Pと終点Pの直線距離に定数C3(>0)を乗じた値を上限htotalUBに加算して、新たな上限htotalUBとする(S54)。この新たな上限htotalUBが所定の閾値より大きくない場合には(S55でNO)、新たな上限htotalUBを用いて外周到達点を求める処理を行う(S51)。新たな上限htotalUBが所定の閾値より大きい場合には(S55でYES)、始端と終端とをつなぐ3連クロソイドの解が存在しないと判定する(S56)。 Specifically, the value obtained by multiplying the linear distance between the start point P 0 and the end point P 1 by the constant C3 (> 0) is added to the upper limit h totalUB to obtain a new upper limit h totalUB (S54). When the new upper limit h totalUB is not larger than a predetermined threshold value (NO in S55), a process of finding the outer peripheral arrival point is performed using the new upper limit h totalUB (S51). When the new upper limit h totalUB is larger than a predetermined threshold value (YES in S55), it is determined that there is no solution of the triple clothoid connecting the start end and the end point (S56).

図7に戻って、粗探索部11が行う動作について説明する。粗探索部11は、上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離が所定の閾値より小さいか否かを判定する(S32)。上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離が閾値より小さい場合には(S32でYES)、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定して求めた最近傍外周到達点と、下限htotalLBに固定して求めた最近傍内周到達点のうち、終点Pに近い到達点を与えたパラメータを初期値とする(S39)。 Returning to FIG. 7, the operation performed by the coarse search unit 11 will be described. The coarse search unit 11 determines whether or not the distance of the difference between the upper limit h total UB and the lower limit h total LB is smaller than a predetermined threshold value (S32). When the distance between the difference between the upper limit h totalUB and the lower limit h totalLB is smaller than the threshold value (YES in S32), the nearest neighbor outer peripheral reach point obtained by fixing the total length of the triple clothoid to the upper limit h totalUB and the lower limit h totalLB of fixed and obtained nearest the periphery reaching point, the parameters given arrival point close to the end point P 1 as the initial value (S39).

最初の段階では、上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離は閾値より小さくはないので(S32でNO)、ステップS33の処理に進む。粗探索部11は、上限htotalUBと下限htotalLBとの距離の中間固定長を算出し(S33)、この中間固定長を用いて、最近傍外周到達点と、最近傍内周到達点を求める(S34)。 In the first stage, since the distance of the difference between the upper limit h totalUB and the lower limit h totalLB is not smaller than the threshold value (NO in S32), the process proceeds to step S33. The coarse search unit 11 calculates an intermediate fixed length of the distance between the upper limit h totalUB and the lower limit h totalLB (S33), and uses this intermediate fixed length to obtain the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point. (S34).

続いて、粗探索部11は、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定して求めた最近傍外周到達点よりも、中間固定長に固定して求めた最近傍外周到達点の方が終点Pに近いかを判定する(S35)。この判定結果、中間固定長で求めた方が終点Pに近い場合には(S35でYES)、粗探索部11は、中間固定長を新たな上限htotalUBに設定する(S36)。 Subsequently, the coarse search unit 11 ends at the nearest neighbor outer peripheral arrival point obtained by fixing the intermediate fixed length to the nearest neighbor outer peripheral arrival point obtained by fixing the total length of the triple clothoid to the upper limit h totalUB. It is determined whether it is close to P 1 (S35). This determination result, if those who asked the intermediate fixed length is close to the end point P 1 (YES at S35), the coarse search unit 11 sets the intermediate fixed length new upper limit h totalUB (S36).

上限htotalUBで求めた最近傍外周到達点の方が終点Pに近い場合には(S35でNO)、粗探索部11は、3連クロソイドの全長を下限htotalLBに固定して求めた最近傍内周到達点よりも、中間固定長に固定して求めた最近傍内周到達点の方が終点Pに近いかを判定する(S37)。この判定の結果、中間固定長で求めた方が終点Pに近い場合には(S37でYES)、粗探索部11は、中間固定長を新たな下限htotalLBに設定し(S38)、粗探索部11は、上限htotalUBと下限htotalLBとの差分の距離が所定の閾値より小さいか否かを判定する処理(S32)に戻る。 If towards the nearest outer periphery arrival point obtained by the upper limit h TotalUB is close to the end point P 1 (NO in S35), the coarse search unit 11, recently determined by fixing the entire length of triplicate clothoid the lower h TotalLB than near the circumference arrival point, it determines whether towards the nearest inner circumference arrival point obtained by fixing the intermediate fixed length is close to the end point P 1 (S37). The result of this determination, if those who asked the intermediate fixed length is close to the end point P 1 (YES at S37), the coarse search unit 11 sets the intermediate fixed length new lower limit h totalLB (S38), the crude The search unit 11 returns to the process (S32) of determining whether or not the distance of the difference between the upper limit h total UB and the lower limit h total LB is smaller than a predetermined threshold value.

3連クロソイドの全長を下限htotalLBに固定して求めた最近傍外周到達点よりも、中間固定長に固定して求めた最近傍外周到達点の方が終点Pに近いか否かの判定において、下限htotalLBで求めた方が終点Pに近い場合には(S37でNO)、3連クロソイドの全長を上限htotalUBに固定して求めた最近傍外周到達点と、下限htotalLBに固定して求めた最近傍内周到達点のうち、終点Pに近い到達点を与えたパラメータを初期値とする(S39)。 Than nearest periphery goal that the total length was determined by fixing the lower limit h TotalLB triplicate clothoid, determination towards nearest periphery destination point was determined by fixing the intermediate fixed length whether closer to the end point P 1 in the case who determined lower limit h TotalLB is close to the end point P 1 (at S37 NO), the overall length of the triple clothoid and nearest periphery arrival point obtained by fixing the upper limit h TotalUB, the lower limit h TotalLB of fixed and obtained nearest the periphery arrival point, the parameters given arrival point close to the end point P 1 as the initial value (S39).

以下では、具体的に始端および終端における車両の姿勢のデータを与えて、軌道計画を行った例を示す。 In the following, an example in which track planning is performed by specifically giving data on the posture of the vehicle at the start and end is shown.

(第1実施例)
図11は、第1実施例の軌道計画を行う始端と終端のデータを示す図である。始端の位置P(x,y)は(0,0)、終端の位置P(x,y)は(25.61,4.39)である。始端における車両の向きθは0[rad]、車両の旋回曲率κは0[1/m]であり、終端における車両の向きθは0.7854[rad]、車両の旋回曲率κは0.0667[1/m]である。
(First Example)
FIG. 11 is a diagram showing data at the start and end of the trajectory planning of the first embodiment. The start position P 0 (x 0 , y 0 ) is (0, 0), and the end position P 1 (x 1 , y 1 ) is (25.61, 4.39). The vehicle orientation θ 0 at the beginning is 0 [rad], the vehicle turning curvature κ 0 is 0 [1 / m], the vehicle orientation θ 1 at the end is 0.7854 [rad], the vehicle turning curvature κ 1. Is 0.0667 [1 / m].

上で説明したとおり、3連クロソイドの全長(h+h+h)をhtotalに固定したときのパラメータ(h,h,h,θd,1)の集合により、次式で定義される到達点集合SParrG(htotal)を考える。

Figure 0006941039
As explained above, the set of parameters (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) when the total length (h 1 + h 2 + h 3 ) of the triple clothoid is fixed to h total is calculated by the following equation. Consider the defined goal set S ParrG (h total).
Figure 0006941039

図12は、図11のケースにおいて、htotal=|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。ただし、ここでΔθfanは、π/4とした。また、SParrG(htotal)は厳密には無限集合であるため、近似計算により、次のように求める。 FIG. 12 is a diagram showing a set of arrival points S ParrG (h total ) when h total = | P 1 −P 0 | in the case of FIG. However, here, Δθ fan was set to π / 4. Further, since S ParrG (h total ) is strictly an infinite set, it is obtained by approximate calculation as follows.

(1)(h,h,h,θd,1)の下記の集合S4Para(htotal)からサンプリングした有限のパラメータ集合SRS4Para(htotal)を求める。なお、θRangeは、あらかじめ定めたパラメータであり、ここではpi/2としている。

Figure 0006941039
(1) Obtain the finite parameter set S RS4Para (h total ) sampled from the following set S 4Para (h total ) of (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1). Note that θ Range is a predetermined parameter, and is set to pi / 2 here.
Figure 0006941039

(2)S4Para(htotal)の全要素(h,h,h,θd,1)∈S4Para(htotal)に対して,Parr(h,h,h,θd,1)を求め、このうち、式(70)の到達点SParrG(htotal)の定義を満たす要素Parrの集合をSParrG(htotal)とする。図12に示すように、SParrG(htotal)は、おおよそP−Pの方向にある到達点集合となる。 (2) S 4Para (h total ) all the elements of (h 1, h 2, h 3, θ d, 1) ∈S respect 4Para (h total), P arr (h 1, h 2, h 3, theta d, 1) the calculated, of which the set of elements P arr meeting the definition of the arrival point S ParrG (h total) of formula (70) and S ParrG (h total). As shown in FIG. 12, S ParrG (h total) becomes approximate arrival point set in the direction of the P 1 -P 0.

式(15)より、P(θα,κα,h,θ)は、θα,κα,h,θに関して連続であり、式(42)〜(47)より、θd,2,θd,3,κα,2,κα,3,θα,2,θα,3は(h,h,h,θd,1)に関して連続であることから、式(53)が示すParr(h,h,h,θd,1)は、h,h,h,θd,1に関して連続である。 From equation (15), P dα , κ α , h, θ d ) is continuous with respect to θ α , κ α , h, θ d , and from equations (42) to (47), θ d, Since 2 , θ d, 3 , κ α, 2 , κ α, 3 , θ α, 2 , θ α, 3 are continuous with respect to (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1), the equation The Parr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) indicated by (53) is continuous with respect to h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1.

したがって、ある4パラメータh ,h ,h ,θd,1 に対する到達点Parrarr(h,h,h,θd,1)の近傍位置Parr+ΔParrを考えると,これに対応する4パラメータh,h,h,θd,1はh ,h ,h ,θd,1 を微小に変化したもので得られる。例えば,具体的には図13に示すように,h ,h ,h ,θd,1 から微小変化した次式で与えられる4パラメータh ,h ,h +Δh,θd,1 +Δθd,1により、Parr+ΔParrに近い位置に到達点を変更することができる。

Figure 0006941039
Therefore, the vicinity position Parr + ΔP of the arrival point Parr Parr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) with respect to certain four parameters h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 *. Considering arr , the corresponding four parameters h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 are obtained by slightly changing h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 *. Be done. For example, specifically, as shown in FIG. 13, four parameters h 1 * , h 2 * , h given by the following equation, which are slightly changed from h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 *. 3 * + Δh 3 , θ d, 1 * + Δθ d, 1 allows the arrival point to be changed to a position close to Parr + ΔP arr.
Figure 0006941039

逆に言うと,式(55)の最適化問題に解(h ,h ,h ,θd,1 )があれば,その近傍には(h ,h ,h ,θd,1 )から変化したパラメータ集合に対応する到達点集合が存在する。 Conversely, the solution to the optimization problem of Equation (55) (h 1 ※, h 2 ※, h 3 ※, θ d, 1 ※) if any, is in the vicinity of (h 1 ※, h 2 , H 3 * , θ d, 1 * ) There is a set of arrival points corresponding to the set of parameters changed.

ParrG(htotal)はこの到達点集合に対応するので、SParrG(htotal)が空であれば、間接的に式(55)の最適化問題が解を持たないことが推測される。 Since S ParrG (h total ) corresponds to this set of destinations , it is inferred that the optimization problem of equation (55) indirectly has no solution if S ParrG (h total) is empty.

そこで,第1実施例では,SParrG(htotal)が空集合ならば、適切な初期値がないと判断する。SParrG(htotal)に要素があれば、終点Pの最近傍到達点であるParr∈SParrG(htotal)に対応するパラメータ(h,h,h,θd,1)を初期値に使う。 Therefore, in the first embodiment, if SParrG (h total ) is an empty set, it is determined that there is no appropriate initial value. If an element in S ParrG (h total), parameters corresponding to the nearest neighbor goal is P arr ∈S ParrG endpoint P 1 (h total) (h 1, h 2, h 3, θ d, 1) Is used as the initial value.

この方法によれば、ランダムに初期値を選んだ場合に比べて、終点Pに近い位置から繰り返し最適化手法がスタートできるために、極小値に捕らわれることが少ない。また、いきなり繰り返し最適化手法を適用した場合に、解の有無にかかわらず、問題の非凸性により収束せずに計算が終了しないこともあるが、本実施例では、到達点集合SParrG(htotal)を有限のパラメータ集合SRS4para(htotal)から近似計算するため、必ず有限時間で解の有無が推定される。 According to this method, as compared with the case where randomly chosen initial values, in order to optimize techniques repeatedly from a position near the end point P 1 can be started, it is less bound by the minimum value. Further, in the case of applying a sudden iterative optimization technique, or without solution, but the calculation without converged by non-convex issues may not ended, in this embodiment, the reaching points set S ParrG ( Since h total ) is approximately calculated from the finite parameter set S RS4para (h total ), the presence or absence of a solution is always estimated in a finite time.

(第2実施例)
始点Pから到達点Parrの距離|Parr−P|は、3連クロソイドセグメントが直線の場合に最大となるので、常に以下の式が成り立つ。
|Parr(h,h,h,θd,1)−P|≦h+h+h=htotal
(Second Example)
Since the distance from the start point P 0 to the arrival point Parr | Parr −P 0 | is maximum when the triple clothoid segment is a straight line, the following equation always holds.
| Parr (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) −P 0 | ≦ h 1 + h 2 + h 3 = h total

図14(a)は、htotal=1・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図であり、先に示した図12と同じである。図14(a)に見られるように、SParrG(htotal)のすべての要素は必ず始点Pからみて終点Pの手前に分布しており、上記の式を裏付けている。図14(b)は、htotalの長さを1・|P−P|から増やし、htotal=2・|P−P|とした場合の到達点集合SParrG(htotal)を示す図である。この場合、到達点集合SParrG(htotal)には始点Pからみて終点Pの奥に分布する。 FIG. 14A is a diagram showing a set of arrival points S ParrG (h total ) when h total = 1 · | P 1 −P 0 |, and is the same as FIG. 12 shown above. As can be seen in FIG. 14 (a), all the elements of S ParrG (h total ) are always distributed before the end point P 1 when viewed from the start point P 0 , supporting the above equation. FIG. 14 (b) shows the destination set S ParrG (h total ) when the length of h total is increased from 1 · | P 1 −P 0 | and h total = 2 · | P 1 −P 0 |. It is a figure which shows. In this case, the goal set S ParrG (h total) distributed starting P 0 viewed from Te in the back of the end point P 1.

図14(a)及び図14(b)に示す結果は、式(55)が最適解(h ,h ,h ,θd,1 )を持つときの3連クロソイドの全長htotal をhtotal =h +h +h とする。htotal<htotal とhtotalを短くすると、SParrG(htotal)はPから見てPの手前に分布するものが発生する。逆に、htotal>htotal とhtotalを長くすると、SParrG(htotal)は始点Pから見て終点Pの奥に分布するものが発生する。 The results shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b) show the triple clothoid when equation (55) has the optimum solution (h 1 * , h 2 * , h 3 * , θ d, 1 *). Let the total length h total * be h total * = h 1 * + h 2 * + h 3 * . When h total <h total * and h total are shortened, S ParrG (h total ) is distributed before P 1 when viewed from P 0. On the other hand, the longer the h total> h total and h total, S ParrG (h total ) is intended to be distributed to the back of the end point P 1 as seen from the starting point P 0 is generated.

ParrG(htotal)が終点Pの手前に分布するhtotalを下限htotalLB、SParrG(htotal)が終点Pの奥に分布するhtotalを上限htotalUBとする。第2実施例は、下限htotalLBと上限htotalUBとのギャップを2分探索により狭めることで、より良い初期値を得るものである。 S ParrG (h total) lower limit h total that are distributed in front of the end point P 1 h totalLB, S ParrG ( h total) is the upper limit h TotalUB the h total distributed at the back of the end point P 1. In the second embodiment, a better initial value is obtained by narrowing the gap between the lower limit h total LB and the upper limit h total UB by a two-minute search.

始点Pからみて終点Pの手前に分布する到達点を説明するために、次式で定義される内周到達点の集合SParrGIn(htotal)とそれに対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)の集合SRS4parrIn(htotal)を導入する。

Figure 0006941039
To illustrate the arrival point of the start point P 0 viewed from Te distributed in front of the end point P 1, 4 parameter and its corresponding set S ParrGIn of deliberate who point defined by the following equation (h total) (h 1, h 2 , h 3 , θ d, 1 ) set S RS4parrIn (h total ) is introduced.
Figure 0006941039

式(200)は、理論的には無限の要素を持つ集合となるが、第1実施例で示したように、サンプリングした有限のパラメータ集合SRS4parr(htotal)から求めた近似有限集合とする。 Equation (200) is theoretically a set with infinite elements, but as shown in the first embodiment, it is an approximate finite set obtained from the sampled finite parameter set S RS4parr (h total). ..

さらに、SParrGIn(htotal)のうち、終点Pに最も近い最近傍内周到達点をPparGInNN(htotal)、その4パラメータを(h,h,h,θd,1InNN(htotal)とする。式で書くと以下のようになる。

Figure 0006941039
Further, among S ParrGIn (h total ), the nearest neighbor inner peripheral arrival point closest to the end point P 1 is P parGInNN (h total ), and the four parameters are (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ). Let it be InNN (h total ). The formula is as follows.
Figure 0006941039

同様に、始点Pからみて終点Pの奥に分布する到達点に関して説明するために,次式で定義される,到達点集合SParrGOut(htotal)とそれに対応する4パラメータ(h,h,h,θd,1)の集合SRS4paraOut(htotal)を導入する。

Figure 0006941039
Similarly, to explain with respect to reach points starting P 0 viewed from Te distributed to the back of the end point P 1, defined by the following equation, reaching points set S ParrGOut (h total) and 4 parameters corresponding thereto (h 1, Introduce the set S RS4paraOut (h total ) of h 2 , h 3 , θ d, 1).
Figure 0006941039

同様にSParrGOut(htotal)のうち、終点Pに最も近い最近傍外周到達点をPparGOutNN(htotal)、その4パラメータを(h,h,h,θd,1OutNN(htotal)とする。式で書くと以下のようになる。

Figure 0006941039
Similarly, among S ParrGOut (h total ), the nearest neighbor outer peripheral arrival point closest to the end point P 1 is P parGOutNN (h total ), and the four parameters are (h 1 , h 2 , h 3 , θ d, 1 ) OutNN. (H total ). The formula is as follows.
Figure 0006941039

ここで示した最近傍内周到達点、最近傍外周到達点を用いて、図7に示す2分探索の処理によって探索範囲を狭めていき、複数のサンプルパラメータの中から、終点Pの最近傍に到達する4パラメータを求める。 Here indicated nearest inner circumference arrival point, recently used near the outer circumference arrival point, it will narrow the search range by the processing of the binary search as shown in FIG. 7, from the plurality of sample parameters, recent endpoint P 1 Find the 4 parameters that reach the side.

図15は、図11に示したケースに対して、上記したアルゴリズムによってhtotalLBとhtotalUBの更新処理を行ったときの到達点の分布を示す図である。図16は、上記した処理によって求めた初期値を用いて、繰り返し最適化手法(主双対内点法)を行って得られた軌道を示す図である。図16に示すように、適切な初期値からスタートすることによって、式(55)に示す最適化問題を適切に解けることが確認された。
また、図11以外の3つのケースにおいて、本実施の形態の方法で取得した初期値を用いて軌道計画を行った例を示す。
FIG. 15 is a diagram showing the distribution of arrival points when the update processing of h total LB and h total UB is performed by the above algorithm for the case shown in FIG. FIG. 16 is a diagram showing a trajectory obtained by performing an iterative optimization method (main dual interior point method) using the initial values obtained by the above processing. As shown in FIG. 16, it was confirmed that the optimization problem shown in Eq. (55) can be appropriately solved by starting from an appropriate initial value.
Further, in the three cases other than FIG. 11, an example in which the trajectory is planned using the initial values acquired by the method of the present embodiment is shown.

Figure 0006941039
Figure 0006941039

図17は、上記の各ケースにおいて計算された軌道である。図17に示すようにいずれも適切に繰り返し最適化が行われ、軌道が得られた。 FIG. 17 shows the orbits calculated in each of the above cases. As shown in FIG. 17, all of them were appropriately repeatedly optimized to obtain an orbit.

本発明は、車両の軌道を計画する装置等として有用である。 The present invention is useful as a device or the like for planning the track of a vehicle.

1 軌道計画装置
10 入力部
11 粗探索部
12 最適化部
13 出力部
14 記憶部
1 Orbit planning device 10 Input unit 11 Rough search unit 12 Optimization unit 13 Output unit 14 Storage unit

Claims (11)

接続点において曲率が連続する3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記始端から前記終端までの固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、
前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を実行させるプログラム。
A program for planning an orbit consisting of three clothoid curves with continuous curvatures at a connection point, which can be applied to a computer.
An input step that accepts input of attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the beginning and attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end.
It is a function for obtaining the posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the reaching point from the starting posture, and reads out the reaching point function including at least the length of the crossoid curve as a parameter from the storage unit, and three of them. With the total length of the crossoid curve as the fixed length from the start end to the end, a plurality of combinations of the respective lengths of the crossoid curve are used as sample parameters, and the sample parameters are applied to the arrival point function to reach the arrival point. And a rough search step to find the parameter that obtained the nearest reaching point closest to the end among the reaching points.
An optimization step in which the parameter obtained in the rough search step is used as an initial value, the parameter of the arrival point function is changed, and an optimum parameter for obtaining an optimum parameter such that the posture of the arrival point matches the posture of the end point is obtained.
A program that executes.
前記粗探索ステップにて、前記終端までの距離が所定の閾値以下となる最近傍到達点を与えるサンプルのパラメータが存在しなかった場合には、入力された条件を満たす解が存在しないと判定する請求項1に記載のプログラム。 In the rough search step, if there is no sample parameter that gives the nearest neighbor reach point at which the distance to the end is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that there is no solution satisfying the input condition. The program according to claim 1. 接続点において曲率が連続する3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するためのプログラムであって、コンピュータに、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記始端から前記終端までの第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、
前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、
前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、
前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を実行させるプログラム。
A program for planning an orbit consisting of three clothoid curves with continuous curvatures at a connection point, which can be applied to a computer.
An input step that accepts input of attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the beginning and attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end.
It is a function for obtaining the posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the arrival point from the attitude of the start end, and reads out the arrival point function including at least the length of the clothoid curve as a parameter from the storage unit, and three of them. With the total length of the clothoid curve as the first fixed length from the start end to the end, a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curve are used as sample parameters, and the sample parameters are applied to the destination function. In the first parameter calculation step, the inner circumference arrival point in front of the end is obtained, and the parameter obtained from the inner circumference arrival point closest to the end is obtained as the first parameter. ,
The total length of the three clothoid curves is set as a second fixed length longer than the first fixed length, a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are set as sample parameters, and the sample parameters are set as the reaching point function. In the second parameter calculation step, the outer peripheral arrival point deeper than the end is obtained, and the parameter obtained from the outer peripheral arrival point closest to the end is obtained as the second parameter. ,
The total length of the three clothoid curves is set as an intermediate fixed length between the first fixed length and the second fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are used as sample parameters. The parameters were applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter obtained from the nearest inner circumference arrival point was the third parameter, and the nearest outer circumference arrival point was obtained. The third and fourth parameter calculation steps to obtain the parameters as the fourth parameter, and
Comparing the nearest neighbor outer peripheral arrival point given by the second parameter with the nearest neighbor outer peripheral arrival point given by the fourth parameter, when the nearest neighbor outer peripheral arrival point given by the fourth parameter is closer to the end. Uses the intermediate fixed length as a new second fixed length, and when the nearest neighbor outer circumference reaching point given by the second parameter is closer to the end, the nearest neighbor inner circumference given by the first parameter Comparing the arrival point with the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter, if the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end, the intermediate fixed length is newly added. The fixed length update step, which is the first fixed length,
While updating the first fixed length or the second fixed length in the fixed length updating step, the nearest neighbor outer peripheral arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point are repeatedly obtained, and the first fixed length and the first fixed length are obtained. When the difference between the fixed lengths of 2 is equal to or less than a predetermined threshold value, the parameter determination for finding the parameter giving the nearest neighbor arrival point closer to the end of the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point. Steps and
An optimization step in which the parameter obtained in the parameter determination step is used as an initial value, the parameter of the arrival point function is changed, and an optimum parameter is obtained so that the posture of the arrival point matches the posture of the end point.
A program that executes.
前記固定長更新ステップにおいて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べて、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求める請求項3に記載のプログラム。 In the fixed length update step, the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the first parameter is compared with the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter, and the nearest neighbor inner circumference given by the first parameter is compared. The third aspect of claim 3, wherein when the arrival point is closer to the end, a parameter giving the nearest neighbor arrival point closer to the end among the nearest outer peripheral arrival point and the nearest inner circumference arrival point is obtained. program. 前記第1パラメータ算出ステップにおける計算によって前記内周到達点が見つからなかった場合には、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定する請求項4に記載のプログラム。 The program according to claim 4, wherein when the inner peripheral arrival point is not found by the calculation in the first parameter calculation step, it is determined that the clothoid curve connecting the start end and the end end does not exist. 前記第2パラメータ算出ステップにおける計算によって前記外周到達点が見つからなかった場合には、前記外周到達点が見つかるか、前記第2の固定長が所定の閾値以上になるまで、前記第2の固定長を長くして外周到達点を求める処理を行い、前記第2の固定長が所定の閾値以上になったときは、前記始端と前記終端とをつなぐクロソイド曲線が存在しないと判定する請求項4に記載のプログラム。 If the outer peripheral arrival point is not found by the calculation in the second parameter calculation step, the second fixed length is until the outer peripheral arrival point is found or the second fixed length becomes equal to or more than a predetermined threshold value. 4. When the second fixed length exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the clothoid curve connecting the start end and the end does not exist. Described program. 前記到達点関数は、前記車両の旋回曲率をパラメータとして含み、前記旋回曲率の最大値を拘束条件として有する請求項1乃至6のいずれかに記載のプログラム。 The program according to any one of claims 1 to 6, wherein the reaching point function includes the turning curvature of the vehicle as a parameter and has the maximum value of the turning curvature as a constraint condition. 軌道計画装置によって、接続点において曲率が連続する3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、
前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記軌道計画装置は、前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記始端から前記終端までの固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索ステップと、
前記軌道計画装置は、前記粗探索ステップで求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を備える軌道計画方法。
It is a method for planning a trajectory consisting of three clothoid curves having continuous curvatures at a connection point by a trajectory planning device.
The track planning device includes an input step that accepts input of attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the start end and attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end.
The track planning device is a function for obtaining a posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the reaching point from the posture of the starting point, and stores a reaching point function including at least the length of the clothoid curve as a parameter. Read from the unit, the trajectory planning device uses the total length of the three clothoid curves as a fixed length from the start end to the end, and uses a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves as sample parameters. A rough search step in which the parameters are applied to the arrival point function to obtain the arrival point, and the parameter for which the nearest arrival point closest to the end of the arrival points is obtained is obtained.
The trajectory planning device uses the parameter obtained in the rough search step as an initial value, fluctuates the parameter of the arrival point function, and obtains the optimum parameter so that the posture of the arrival point matches the posture of the end point. With the conversion step
Orbit planning method.
軌道計画装置によって、接続点において曲率が連続する3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための方法であって、
前記軌道計画装置は、始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力ステップと、
前記軌道計画装置は、始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶部から読み出し、前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記始端から前記終端までの第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、
前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、
前記軌道計画装置は、3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、
前記軌道計画装置は、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、
前記軌道計画装置は、前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、
前記軌道計画装置は、前記パラメータ決定ステップにて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化ステップと、
を備える軌道計画方法。
It is a method for planning a trajectory consisting of three clothoid curves having continuous curvatures at a connection point by a trajectory planning device.
The track planning device includes an input step that accepts input of attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the start end and attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end.
The track planning device is a function for obtaining a posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the reaching point from the starting posture, and stores a reaching point function including at least the length of the clothoid curve as a parameter. Read from, the orbit planning device uses the total length of the three clothoid curves as the first fixed length from the start end to the end, and uses a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves as sample parameters. The parameter of the sample is applied to the arrival point function to obtain the inner circumference arrival point in front of the end, and the parameter obtained from the inner circumference arrival point closest to the end is obtained. The first parameter calculation step to be obtained as the first parameter, and
In the trajectory planning device, the total length of the three clothoid curves is set as a second fixed length longer than the first fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are used as sample parameters. The parameter is applied to the arrival point function to obtain the outer peripheral arrival point deeper than the end, and the parameter obtained from the outer peripheral arrival point closest to the end is obtained as the second parameter. The second parameter calculation step and
The trajectory planning device sets a total length of three clothoid curves as an intermediate fixed length between the first fixed length and the second fixed length, and samples a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves. As parameters, the parameters of the sample are applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter obtained from the nearest inner circumference arrival point is the third parameter, the nearest neighbor. The third and fourth parameter calculation steps for obtaining the parameter obtained from the outer peripheral arrival point as the fourth parameter, and
The orbit planning device compares the nearest neighbor outer circumference arrival point given by the second parameter with the nearest neighbor outer circumference arrival point given by the fourth parameter, and the nearest neighbor outer circumference arrival point given by the fourth parameter is better. When it is close to the end, the intermediate fixed length is set as a new second fixed length, and when the nearest neighbor outer peripheral arrival point given by the second parameter is closer to the end, the first parameter is used. Comparing the given nearest neighbor inner circumference arrival point with the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter, if the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end, A fixed length update step in which the intermediate fixed length is set as a new first fixed length, and
The orbit planning device repeatedly obtains the nearest neighbor outer peripheral arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point while updating the first fixed length or the second fixed length in the fixed length updating step, and the first When the difference between the fixed length of No. 1 and the second fixed length becomes equal to or less than a predetermined threshold value, the nearest neighbor arrival point of the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point, whichever is closer to the end, is given. The parameter determination step to find the specified parameters and
The track planning device fluctuates the parameter of the arrival point function with the parameter obtained in the parameter determination step as an initial value, and the posture specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the arrival point is the end. The optimization step to find the optimum parameters that match the posture of
Orbit planning method.
接続点において曲率が連続する3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、
前記始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記始端から前記終端までの固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、
前記粗探索部で求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部と、
を備える軌道計画装置。
An orbit planning device for planning an orbit consisting of three clothoid curves having continuous curvatures at a connection point.
An input unit that accepts input of attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the beginning and attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end.
A storage unit that stores the arrival point function, which is a function for obtaining the attitude specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the arrival point from the attitude of the start end, and includes at least the length of the clothoid curve as a parameter.
The total length of the three clothoid curves is set as a fixed length from the start end to the end, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are set as sample parameters, and the sample parameters are read from the storage unit. A rough search unit that obtains the arrival point by applying it to the point function and obtains the parameter that obtains the nearest arrival point closest to the end among the arrival points.
An optimization unit that uses the parameter obtained by the rough search unit as an initial value, fluctuates the parameter of the arrival point function, and obtains an optimum parameter so that the posture of the arrival point matches the posture of the end point.
Orbit planning device equipped with.
接続点において曲率が連続する3本のクロソイド曲線からなる軌道を計画するための軌道計画装置であって、
始端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータと、終端における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢のデータの入力を受け付ける入力部と、
始端の姿勢から到達点における車両の位置、向き、曲率で指定される姿勢を求めるための関数であって、少なくともクロソイド曲線の長さをパラメータとして含む到達点関数を記憶した記憶部と、
複数の組合せをサンプルのパラメータを前記記憶部から読み出した前記到達点関数に適用して到達点を求め、前記到達点の中で前記終端に最も近い最近傍到達点を得たパラメータを求める粗探索部と、
前記粗探索部にて求めたパラメータを初期値として、前記到達点関数の前記パラメータを変動させ、前記到達点の姿勢が前記終端の姿勢に一致するような最適パラメータを求める最適化部と、
を備え、
前記粗探索部は、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記始端から前記終端までの第1の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも手前にある内周到達点を求め、前記内周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍内周到達点を得たパラメータを第1パラメータとして求める第1パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長より長い第2の固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して前記終端よりも奥にある外周到達点を求め、前記外周到達点の中で前記終端に最も近い最近傍外周到達点を得たパラメータを第2パラメータとして求める第2パラメータ算出ステップと、
3本の前記クロソイド曲線の全長を前記第1の固定長と前記第2の固定長の中間の中間固定長として前記クロソイド曲線のそれぞれの長さの複数の組合せをサンプルのパラメータとし、前記サンプルのパラメータを前記到達点関数に適用して最近傍内周到達点及び最近傍外周到達点を求め、前記最近傍内周到達点を得たパラメータを第3パラメータ、前記最近傍外周到達点を得たパラメータを第4パラメータとして求める第3・第4パラメータ算出ステップと、
前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点と前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点とを比べ、前記第4パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第2の固定長とし、前記第2パラメータで与えられる最近傍外周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記第1パラメータで与えられる最近傍内周到達点と前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点とを比べ、前記第3パラメータで与えられる最近傍内周到達点の方が前記終端に近い場合には、前記中間固定長を新たな第1の固定長とする固定長更新ステップと、
前記固定長更新ステップにて前記第1の固定長または前記第2の固定長を更新しつつ、最近傍外周到達点および最近傍内周到達点を繰り返し求め、前記第1の固定長と前記第2の固定長の差が所定の閾値以下となったときに、最近傍外周到達点と最近傍内周到達点のうち、前記終端に近い方の最近傍到達点を与えたパラメータを求めるパラメータ決定ステップと、
を実行する軌道計画装置。
An orbit planning device for planning an orbit consisting of three clothoid curves having continuous curvatures at a connection point.
An input unit that accepts input of attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the beginning and attitude data specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the end.
A storage unit that stores the arrival point function, which is a function for obtaining the attitude specified by the position, orientation, and curvature of the vehicle at the arrival point from the attitude of the start end, and includes at least the length of the clothoid curve as a parameter.
A rough search is performed to obtain the arrival point by applying a plurality of combinations to the arrival point function read from the storage unit and obtaining the parameter obtained from the nearest arrival point closest to the end among the arrival points. Department and
An optimization unit that uses the parameter obtained by the rough search unit as an initial value, fluctuates the parameter of the arrival point function, and obtains an optimum parameter so that the posture of the arrival point matches the posture of the end point.
With
The rough search unit
The total length of the three clothoid curves is used as the first fixed length from the start end to the end, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are used as sample parameters, and the sample parameters are used as the destination function. First parameter calculation to obtain the inner circumference arrival point in front of the end by applying, and to obtain the parameter obtained from the inner circumference arrival point closest to the end as the first parameter. Steps and
The total length of the three clothoid curves is set as a second fixed length longer than the first fixed length, a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are set as sample parameters, and the sample parameters are set as the reaching point function. In the second parameter calculation step, the outer peripheral arrival point deeper than the end is obtained, and the parameter obtained from the outer peripheral arrival point closest to the end is obtained as the second parameter. ,
The total length of the three clothoid curves is set as an intermediate fixed length between the first fixed length and the second fixed length, and a plurality of combinations of the respective lengths of the clothoid curves are used as sample parameters. The parameters were applied to the arrival point function to obtain the nearest inner circumference arrival point and the nearest outer circumference arrival point, and the parameter obtained from the nearest inner circumference arrival point was the third parameter, and the nearest outer circumference arrival point was obtained. The third and fourth parameter calculation steps to obtain the parameters as the fourth parameter, and
Comparing the nearest neighbor outer peripheral arrival point given by the second parameter with the nearest neighbor outer peripheral arrival point given by the fourth parameter, when the nearest neighbor outer peripheral arrival point given by the fourth parameter is closer to the end. Uses the intermediate fixed length as a new second fixed length, and when the nearest neighbor outer circumference reaching point given by the second parameter is closer to the end, the nearest neighbor inner circumference given by the first parameter Comparing the arrival point with the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter, if the nearest neighbor inner circumference arrival point given by the third parameter is closer to the end, the intermediate fixed length is newly added. The fixed length update step, which is the first fixed length,
While updating the first fixed length or the second fixed length in the fixed length updating step, the nearest neighbor outer peripheral arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point are repeatedly obtained, and the first fixed length and the first fixed length are obtained. When the difference between the fixed lengths of 2 is equal to or less than a predetermined threshold value, the parameter determination for finding the parameter giving the nearest neighbor arrival point closer to the end of the nearest neighbor outer circumference arrival point and the nearest neighbor inner circumference arrival point. Steps and
Orbit planning device to perform.
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